JPH08233545A - Hole shape measuring method and measuring device - Google Patents
Hole shape measuring method and measuring deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 比較的小径の穴形状を非接触かつ高精度で測
定することができる穴形状測定方法および測定装置を提
供する。
【構成】 光源4から照射された光は、光軸5に沿って
フィルタ6、スリット7、投光対物レンズ8を通り、ス
リット7の像が小径穴1の壁面上に結像される。線状の
スリット7は、紙面に垂直に開けらている。小径穴1の
壁面により反射されたスリット光は、受光対物レンズ9
により、カメラ10内の図示しない2次元撮像素子上に
弧状の像として結像される。スリット光の像は、モニタ
画面上で観察し、スリット光の結像位置と小径穴1の壁
面上の測定面とが一致するように載物ステージ3の位置
を調節する。
(57) [Abstract] [Purpose] To provide a hole shape measuring method and a measuring apparatus capable of non-contact and highly accurately measuring a hole shape having a relatively small diameter. [Structure] Light emitted from a light source 4 passes through a filter 6, a slit 7 and a projection objective lens 8 along an optical axis 5, and an image of the slit 7 is formed on a wall surface of the small diameter hole 1. The linear slit 7 is opened perpendicularly to the paper surface. The slit light reflected by the wall surface of the small diameter hole 1 is received by the light receiving objective lens 9
Thus, it is formed as an arc-shaped image on a two-dimensional image pickup device (not shown) in the camera 10. The image of the slit light is observed on the monitor screen, and the position of the stage 3 is adjusted so that the image forming position of the slit light and the measurement surface on the wall surface of the small diameter hole 1 coincide with each other.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、比較的小径の穴を測定
対象とする穴形状測定方法および穴形状測定装置に関す
るものである。測定対象は、例えば、光ファイバに樹脂
コートをする際などに用いるダイスや、金属線を製造す
るための伸線用ダイスなどの小径の穴である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hole shape measuring method and a hole shape measuring apparatus for measuring a hole having a relatively small diameter. The measurement target is, for example, a small-diameter hole such as a die used for coating an optical fiber with a resin or a wire drawing die for manufacturing a metal wire.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、測定子が挿入できない小径の内径
を、小径穴のエッジだけではなく、小径穴の円筒面上の
任意の位置で測定するための方法として、レチクルを使
用した光学的方法が用いられている。2. Description of the Related Art Conventionally, an optical method using a reticle is used as a method for measuring an inner diameter of a small diameter in which a probe cannot be inserted not only at the edge of the small diameter hole but at an arbitrary position on the cylindrical surface of the small diameter hole. Is used.
【0003】図6は、従来の小径の内径測定装置を説明
する説明図である。図中、1は小径穴、2は被測定物、
3は載物ステージ、4は光源、5は光軸、51は光源レ
チクル、8は投光対物レンズ、9は受光対物レンズ、1
0はカメラ、11はリニアエンコーダ、52は接眼レチ
クルである。この内径測定装置は、被測定物2に設けら
れた小径穴1の壁面の任意の位置を測定することにより
小径穴1の内径等を測定する装置である。FIG. 6 is an explanatory view for explaining a conventional small-diameter inner diameter measuring device. In the figure, 1 is a small diameter hole, 2 is an object to be measured,
3 is a mounting stage, 4 is a light source, 5 is an optical axis, 51 is a light source reticle, 8 is a projection objective lens, 9 is a receiving objective lens, 1
Reference numeral 0 is a camera, 11 is a linear encoder, and 52 is an eyepiece reticle. The inner diameter measuring device is a device for measuring the inner diameter of the small diameter hole 1 by measuring an arbitrary position on the wall surface of the small diameter hole 1 provided in the object to be measured 2.
【0004】光源4からの光は、光軸5に沿って光源レ
チクル51を照射する。光源レチクル51は、光源の光
軸5を中心とする十字の黒色の指標が透明ガラス板上に
設けられたものである。図6において、十字の一方の黒
線は、紙面に垂直となる方向に設けられ、他方の黒線は
紙面の上下方向に設けられる。光源レチクル51を透過
した光は、図示しない光源プリズムおよび投光対物レン
ズ8等により、小径穴1の一方の壁面に光源レチクル5
1の指標を結像され反射される。指標が結像される位置
は、投光対物レンズ8の焦点位置に相当し、また、結ば
れる像は、微小なものとなる。小径穴1を有する被測定
物2は、図6において小径穴1の軸方向を左右の方向に
して載物ステージ3に固定されている。受光側では、受
光対物レンズ9により、反射像をカメラ10内の2次元
撮像素子、例えば、CCDセンサ上に実像として結像さ
せる。なお、反射された結像を肉眼で観察する場合に
は、カメラ10を用いる代わりに図示しない接眼レンズ
を用いる。The light from the light source 4 illuminates the light source reticle 51 along the optical axis 5. The light source reticle 51 has a cross-shaped black index centered on the optical axis 5 of the light source provided on a transparent glass plate. In FIG. 6, one black line of the cross is provided in the direction perpendicular to the paper surface, and the other black line is provided in the vertical direction of the paper surface. The light transmitted through the light source reticle 51 is projected onto the one wall surface of the small diameter hole 1 by the light source prism (not shown), the projection objective lens 8 and the like.
The index of 1 is imaged and reflected. The position where the index is formed corresponds to the focal position of the projection objective lens 8, and the formed image is minute. The DUT 2 having the small diameter hole 1 is fixed to the stage 3 with the axial direction of the small diameter hole 1 in the left-right direction in FIG. On the light receiving side, the light receiving objective lens 9 forms a reflected image as a real image on a two-dimensional image pickup device in the camera 10, for example, a CCD sensor. When observing the reflected image with the naked eye, an eyepiece lens (not shown) is used instead of using the camera 10.
【0005】光源レチクル51の指標の結像位置を観察
するために、受光対物レンズ9の後方には、接眼レチク
ル52が設けられる。接眼レチクル52は、2本の垂直
線からなる黒色の標線が透明ガラス板上に設けられたも
のである。接眼レチクル52の標線もカメラ10内の撮
像素子上に実像として結像される。あるいは、図示しな
い接眼レンズにより虚像として結像される。図6におい
て、標線は、光源の光軸5を中心とし、紙面に垂直とな
る方向に設けられる。この接眼レチクル52は、接眼レ
ンズの鏡筒内部に設けてもよく、また、接眼レチクル5
2を設ける代わりにカメラ10による撮像画像のモニタ
画面上に同様の標線を設けてもよい。An eyepiece reticle 52 is provided behind the light receiving objective lens 9 in order to observe the image forming position of the index of the light source reticle 51. The eyepiece reticle 52 has a black mark line composed of two vertical lines provided on a transparent glass plate. The marked line of the eyepiece reticle 52 is also formed as a real image on the image pickup element in the camera 10. Alternatively, it is formed as a virtual image by an eyepiece lens (not shown). In FIG. 6, the marked line is provided in a direction perpendicular to the paper surface with the optical axis 5 of the light source as the center. The eyepiece reticle 52 may be provided inside the lens barrel of the eyepiece lens.
Instead of providing 2, the same marked line may be provided on the monitor screen of the image captured by the camera 10.
【0006】小径穴1による反射像においては、小径穴
1の壁面が不鮮明な明暗の境界として観察できる。この
場合、投光対物レンズ8、受光対物レンズ9の各中心を
結ぶ光源4の光軸5と測定対象である小径穴1の壁面と
が一致する時、光源レチクル51の指標の反射像は、接
眼レチクル52の2本の標線の中央、すなわち、光源の
光軸上に暗線として観察される。光源レチクル51の指
標が壁面に垂直なX方向に離れているとき、反射像は、
接眼レチクル52の2本の標線の左または右にずれ、光
源レチクル51の指標が壁面に平行なY方向にずれてい
るとき、反射像は、接眼レチクル52の2本の標線に対
して傾きを生じる。載物ステージ3の送り装置で被測定
物2をX,Y方向に移動させ、調節することにより、測
定対象である小径穴1の壁面を光軸に一致させ、壁面の
位置を検出する。このとき、内径の一方の壁面の位置を
リニアエンコーダ11により測定する。このような壁面
の位置の検出は、反射像を目視することにより、あるい
は、画像処理装置等により自動的に行なうことになる。In the reflection image from the small diameter hole 1, the wall surface of the small diameter hole 1 can be observed as an unclear bright / dark boundary. In this case, when the optical axis 5 of the light source 4 connecting the centers of the light projecting objective lens 8 and the light receiving objective lens 9 and the wall surface of the small diameter hole 1 to be measured coincide, the reflected image of the index of the light source reticle 51 is It is observed as a dark line at the center of the two marked lines of the eyepiece reticle 52, that is, on the optical axis of the light source. When the index of the light source reticle 51 is separated in the X direction perpendicular to the wall surface, the reflected image is
When the two reference lines of the eyepiece reticle 52 are displaced to the left or right and the index of the light source reticle 51 is displaced in the Y direction parallel to the wall surface, the reflected image is relative to the two reference lines of the eyepiece reticle 52. Cause a tilt. By moving and adjusting the object 2 to be measured in the X and Y directions by the feeding device of the mounting stage 3, the wall surface of the small diameter hole 1 to be measured is aligned with the optical axis, and the position of the wall surface is detected. At this time, the position of one wall surface of the inner diameter is measured by the linear encoder 11. Such detection of the position of the wall surface is performed by visually observing the reflected image or automatically by an image processing device or the like.
【0007】しかし、この方法では投光系と受光系に、
指標または標線となる黒色のレチクルを用いており、反
射像から壁面の位置を検出する際に、視野あるいは画面
の領域全体に光を入射させているため、小径穴1の壁面
での散乱光や多重反射光等により、レチクルの指標また
は標線と背景とのコントラストが充分でなく、測定誤差
が大きくなるという問題があった。However, in this method, the light emitting system and the light receiving system are
A black reticle that serves as an index or a reference line is used, and when detecting the position of the wall surface from the reflected image, the light is incident on the entire field of view or screen, so the scattered light on the wall surface of the small diameter hole 1 There is a problem that the contrast between the reticle index or the marked line and the background is not sufficient due to the multiple reflection light or the like, and the measurement error increases.
【0008】また小径で長い穴の測定を行なう場合、レ
チクルの観測状態が安定しないため測定誤差が大きくな
る。したがって、投影レンズの倍率,受光開口数、光源
の光量は測定対象によって大幅に変更する必要があっ
た。When measuring a long hole with a small diameter, the measurement error becomes large because the observation state of the reticle is not stable. Therefore, it is necessary to greatly change the magnification of the projection lens, the light receiving numerical aperture, and the light amount of the light source depending on the measurement target.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、小径の穴形状を非接触かつ
高精度で測定することができる穴形状測定方法および測
定装置を提供することを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a hole shape measuring method and a measuring apparatus capable of non-contact and highly accurately measuring a small diameter hole shape. That is the purpose.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1に記
載の発明においては、穴形状測定方法において、スリッ
ト光を被測定位置に投影させる投光系を介して穴の壁面
に投影させ、該壁面での反射光を受光系で受光位置に結
像させ、該スリット光の光軸と該穴を相対的に移動さ
せ、前記受光位置でのスリット光の弧の先端が該光軸に
一致したとき、前記穴の位置を測定し、該測定を前記穴
の直径の両端に対して行なうことにより前記穴の内径を
測定することを特徴とするものである。According to a first aspect of the present invention, in the hole shape measuring method, the slit light is projected onto the wall surface of the hole through a projection system for projecting the slit light onto the measured position. , The reflected light on the wall surface is imaged at the light receiving position by the light receiving system, the optical axis of the slit light is relatively moved with the hole, and the tip of the arc of the slit light at the light receiving position is aligned with the optical axis. When they coincide with each other, the position of the hole is measured, and the inner diameter of the hole is measured by performing the measurement on both ends of the diameter of the hole.
【0011】請求項2に記載の発明においては、穴形状
測定方法において、前記穴と前記光軸を相対的に回転さ
せ、請求項1に記載の穴形状測定方法を各回転角度ごと
に行なうことにより前記穴の断面形状を測定することを
特徴とするものである。According to the invention of claim 2, in the hole shape measuring method, the hole and the optical axis are relatively rotated, and the hole shape measuring method of claim 1 is performed for each rotation angle. The cross-sectional shape of the hole is measured by.
【0012】請求項3に記載の発明においては、穴形状
測定方法において、前記穴と前記光軸を前記穴の軸方向
に相対的に移動させ、請求項1または2に記載の穴形状
測定方法を各移動位置ごとに行なうことにより穴曲がり
を測定することにより穴曲がりを測定することを特徴と
するものである。According to a third aspect of the present invention, in the hole shape measuring method, the hole and the optical axis are relatively moved in the axial direction of the hole, and the hole shape measuring method according to the first or second aspect. Is performed for each moving position to measure the hole bending, and thereby the hole bending is measured.
【0013】請求項4に記載の発明においては、穴形状
測定装置において、被測定位置に焦点を有しスリット光
を穴の壁面に投影させる投光系と、該投光系に対向し撮
像素子を含み該壁面での反射光を受光し該撮像素子上に
該スリット光を結像させる受光系と、前記投光系と該受
光系からなる光学系と該穴を相対的に移動させる手段
と、該光学系と前記穴の相対位置を測定する位置測定手
段を有し、前記穴の直径の両端における測定値に基づい
て前記穴の断面の内径を求める手段を有することを特徴
とするものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the hole shape measuring apparatus, a light projecting system having a focal point at a position to be measured and projecting slit light onto the wall surface of the hole, and an image pickup device facing the light projecting system. A light receiving system for receiving reflected light on the wall surface and forming an image of the slit light on the image pickup device; an optical system including the light projecting system and the light receiving system; and means for relatively moving the hole. A position measuring means for measuring a relative position between the optical system and the hole, and means for determining an inner diameter of a cross section of the hole based on measurement values at both ends of the diameter of the hole. is there.
【0014】請求項5に記載の発明においては、請求項
4に記載の穴形状測定装置において、前記穴と前記光学
系を相対的に回転させる手段を有することを特徴とする
ものである。According to a fifth aspect of the present invention, the hole shape measuring apparatus according to the fourth aspect is characterized in that it has means for relatively rotating the hole and the optical system.
【0015】請求項6に記載の発明においては、請求項
4または5に記載の穴形状測定装置において、前記穴と
前記光学系を前記穴の軸方向に相対的に移動させる手段
を有することを特徴とするものである。According to a sixth aspect of the invention, in the hole shape measuring apparatus according to the fourth or fifth aspect, there is provided means for relatively moving the hole and the optical system in the axial direction of the hole. It is a feature.
【0016】[0016]
【作用】請求項1に記載の発明によれば、スリット光を
被測定位置に投影させる投光系を介して穴の壁面に投影
させ、壁面での反射光を受光系で受光位置に結像させ、
スリット光の光軸と穴を相対的に移動させ、受光位置で
のスリット光の弧の先端が光軸に一致したとき、穴の位
置を測定し、この測定を穴の直径の両端に対して行なう
ことにより穴の内径を測定するものであるから、測定子
が入らない小径の穴や複雑な構造を持つ穴であっても、
内径を非接触かつ高精度で測定することができる。ま
た、散乱光や多重反射光等が少なく良好なコントラスト
の反射像を得ることができるから、観測状態が安定し、
測定誤差が小さくなる。According to the first aspect of the present invention, the slit light is projected on the wall surface of the hole through the light projecting system which projects the slit light onto the measured position, and the reflected light on the wall surface is imaged on the light receiving position by the light receiving system. Let
When the optical axis of the slit light and the hole are moved relative to each other, and the tip of the slit light arc at the light receiving position coincides with the optical axis, the position of the hole is measured, and this measurement is performed for both ends of the diameter of the hole. Since the inner diameter of the hole is measured by performing it, even if the hole has a small diameter or a complicated structure where the probe cannot be inserted,
It is possible to measure the inner diameter without contact and with high accuracy. In addition, since the reflected image with a small amount of scattered light or multiple reflected light and a good contrast can be obtained, the observation state is stable,
The measurement error becomes small.
【0017】請求項2に記載の発明によれば、穴と光軸
を相対的に回転させ、請求項1に記載の穴形状測定方法
を各回転角度ごとに行なうことにより記穴の断面形状を
測定するものであるから、任意の断面における穴形状を
測定することができる。According to the second aspect of the present invention, the hole and the optical axis are rotated relative to each other, and the hole shape measuring method according to the first aspect is performed for each rotation angle, whereby the sectional shape of the hole is determined. Since the measurement is performed, the hole shape in an arbitrary cross section can be measured.
【0018】請求項3に記載の発明によれば、穴と光軸
を穴の軸方向に相対的に移動させ、請求項1または2に
記載の穴形状測定方法を各移動位置ごとに行なうことに
より穴曲がりを測定するものであるから、穴の軸方向に
おける穴形状の変化を測定することができる。According to the invention described in claim 3, the hole and the optical axis are relatively moved in the axial direction of the hole, and the hole shape measuring method according to claim 1 or 2 is performed for each moving position. Since the hole bending is measured by the method, the change in the hole shape in the axial direction of the hole can be measured.
【0019】請求項4に記載の発明によれば、被測定位
置に焦点を有しスリット光を穴の壁面に投影させる投光
系と、投光系に対向し撮像素子を含み壁面での反射光を
受光し撮像素子上にスリット光を結像させる受光系と、
投光系と受光系からなる光学系と穴を相対的に移動させ
る手段と、光学系と穴の相対位置を測定する位置測定手
段を有し、穴の直径の両端における測定値に基づいて穴
の断面の内径を求める手段を有するものであるから、測
定子を入れることができない小径の穴や複雑な構造を持
つ穴であっても内径を非接触かつ高精度で測定すること
ができる。また、散乱光や多重反射光等が少なく良好な
コントラストの反射像を得ることができるから、観測状
態が安定し、測定誤差が小さくなる。According to the fourth aspect of the present invention, a light projecting system which has a focal point at the position to be measured and projects the slit light onto the wall surface of the hole, and a reflection surface on the wall surface which includes the image pickup element and faces the light projecting system. A light-receiving system that receives light and forms slit light on the image sensor,
An optical system consisting of a light-projecting system and a light-receiving system and means for relatively moving the hole, and position measuring means for measuring the relative position of the optical system and the hole are provided, and the hole is based on the measured values at both ends of the diameter of the hole. Since it has a means for determining the inner diameter of the cross-section, it is possible to measure the inner diameter in a non-contact and highly accurate manner even for a hole having a small diameter in which a probe cannot be inserted or a hole having a complicated structure. In addition, a scattered image, multiple reflected light, and the like can be obtained, and a reflected image with a good contrast can be obtained, so that the observation state is stable and the measurement error is reduced.
【0020】請求項5に記載の発明によれば、前記穴と
前記光学系を相対的に回転させる手段を有するものであ
るから、特定の断面における穴形状を測定することがで
きる。According to the fifth aspect of the present invention, since the means for rotating the hole and the optical system relative to each other is provided, it is possible to measure the hole shape in a specific cross section.
【0021】請求項6に記載の発明によれば、前記穴と
スリット光源の少なくとも一方を前記穴の軸方向に相対
的に移動させる手段を有するものであるから、穴の軸方
向における穴形状の変化を測定することができる。According to the invention described in claim 6, since there is provided means for relatively moving at least one of the hole and the slit light source in the axial direction of the hole, the hole shape in the axial direction of the hole is Changes can be measured.
【0022】[0022]
【実施例】図1は、本発明の一実施例を説明する平面図
である。図中、図6と同様な部分には同じ符号を用い説
明を省略する。6はフィルタ、7はスリットである。光
源4から照射された光は、光軸5に沿ってフィルタ6、
スリット7、投光対物レンズ8を通り、スリット7の像
が小径穴1の壁面上に結像される。被測定位置は、この
結像位置であり、投光対物レンズ8の焦点位置である。
線状のスリット7は、この図において紙面に垂直なY軸
方向に開けられ、スリット7の幅方向はスリット7の長
手方向に比べて十分小さい。被測定物2は、図示しない
アタッチメントを用いて載物ステージ3に保持される。
載物ステージ3は、小径穴1の軸方向が光軸5と同じ左
右のZ軸方向になるように調整される。アタッチメント
への被測定物2の固定および載物ステージ3へのアタッ
チメントの固定は、いずれも図示しない位置決めピンを
用いることにより位置再現性が確保される。1 is a plan view illustrating an embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 6 is a filter and 7 is a slit. The light emitted from the light source 4 is filtered along the optical axis 5 by the filter 6,
An image of the slit 7 is formed on the wall surface of the small diameter hole 1 through the slit 7 and the projection objective lens 8. The measured position is this image forming position, which is the focus position of the projection objective lens 8.
The linear slit 7 is opened in the Y-axis direction perpendicular to the paper surface in this figure, and the width direction of the slit 7 is sufficiently smaller than the longitudinal direction of the slit 7. The DUT 2 is held on the stage 3 using an attachment (not shown).
The mounting stage 3 is adjusted so that the axial direction of the small diameter hole 1 is the same as the left and right Z-axis directions as the optical axis 5. The fixing of the object to be measured 2 to the attachment and the fixing of the attachment to the mounting stage 3 both use position pins (not shown) to ensure position reproducibility.
【0023】受光側では、小径穴1の壁面上に結像して
反射されたスリット光は、受光対物レンズ9により、カ
メラ10内の図示しないCCDセンサ等の2次元撮像素
子上に弧状の像として結像される。スリット光は、撮像
画像のモニタ画面上で観察し、スリット光の結像位置と
小径穴1の壁面上の被測定面とが一致するように載物ス
テージ3の位置を調節する。On the light receiving side, the slit light imaged and reflected on the wall surface of the small diameter hole 1 is reflected by the light receiving objective lens 9 into an arc-shaped image on a two-dimensional image pickup device such as a CCD sensor (not shown) in the camera 10. Is imaged as. The slit light is observed on the monitor screen of the captured image, and the position of the stage 3 is adjusted so that the image forming position of the slit light and the surface to be measured on the wall surface of the small diameter hole 1 coincide with each other.
【0024】光源4としては、例えば、ハロゲン光源を
用いる。フィルタ6は、ハロゲンランプの多色光を単色
光にして、測定精度を上げるためのものである。その
際、緑色系のフィルタを用いるとCCDセンサの感度が
良く好適である。また、光源としては、レーザビームを
光学系を通してビームの径を太くしたものを用いてもよ
く、この場合、フィルタ6を特に必要としない。2次元
撮像素子は、CCDセンサに限らず、撮像管でもよい。
カメラ10は、単独の部品としてのCCDセンサに置き
換えられてもよい。その際、受光系の光学系は適宜変更
される。As the light source 4, for example, a halogen light source is used. The filter 6 is for converting the polychromatic light of the halogen lamp into monochromatic light to improve the measurement accuracy. At that time, it is preferable to use a green filter because the sensitivity of the CCD sensor is good. The light source may be a laser beam having a beam diameter increased through an optical system, and in this case, the filter 6 is not particularly required. The two-dimensional image pickup device is not limited to the CCD sensor and may be an image pickup tube.
The camera 10 may be replaced with a CCD sensor as a separate component. At that time, the optical system of the light receiving system is appropriately changed.
【0025】図2は、本発明の一実施例におけるステー
ジ系を説明する正面図である。図中、図6,図1と同様
な部分には同じ符号を用い説明を省略する。21は基
台、22はXステージ、23はYステージ、24はZス
テージ、25は光学系支持部、26は投光系、27は受
光系、28はθステージ支持部、29はθステージ、3
0はηステージ支持部、31はステージ、32はφステ
ージである。基台21の上には、Xステージ22,Yス
テージ23,Zステージ24からなる自動ステージがこ
の順に取り付けられ、図示しない駆動装置と駆動制御装
置により自動的に各X,Y,Z方向に移動可能にされ
る。基台21上には、図示しないリニアスケールが設け
られ、このリニアスケールの可動子はXステージ22に
取り付けられ、Xステージ22に連動して移動する。Z
ステージ24の上には、光学系支持部25が取り付けら
れ、この光学系支持部25の上には、投光系26,受光
系27からなる光学系が取り付けられている。投光系2
6は、図1に示された、光源4、フィルタ6、投光対物
レンズ8等からなるものであるが、光源4等は、他の位
置に設け、光源4からの光をファイババンドル等で投光
系26に導くようにしてもよい。FIG. 2 is a front view illustrating a stage system according to an embodiment of the present invention. In the figure, the same parts as those in FIG. 6 and FIG. 21 is a base, 22 is an X stage, 23 is a Y stage, 24 is a Z stage, 25 is an optical system supporting unit, 26 is a light projecting system, 27 is a light receiving system, 28 is a θ stage supporting unit, 29 is a θ stage, Three
Reference numeral 0 is a η stage support portion, 31 is a stage, and 32 is a φ stage. An automatic stage including an X stage 22, a Y stage 23, and a Z stage 24 is mounted on the base 21 in this order, and is automatically moved in each of the X, Y, and Z directions by a drive device and a drive control device (not shown). Enabled A linear scale (not shown) is provided on the base 21, and a mover of this linear scale is attached to the X stage 22 and moves in conjunction with the X stage 22. Z
An optical system support 25 is attached on the stage 24, and an optical system including a light projecting system 26 and a light receiving system 27 is attached on the optical system support 25. Projection system 2
Reference numeral 6 denotes the light source 4, the filter 6, the projection objective lens 8 and the like shown in FIG. 1, but the light source 4 and the like are provided at other positions, and the light from the light source 4 is provided by a fiber bundle or the like. It may be guided to the light projecting system 26.
【0026】基台21には、また、θステージ支持部2
8が立設され、このθステージ支持部28にはθステー
ジ29が設けられる。θステージ29は、Z軸の周りに
回転するステージであるが、回転中心が光軸5に一致す
るように設計されている。このθステージ29も、図示
しない駆動装置と駆動制御装置により自動的にZ軸を中
心に回転可能にされる。θステージ29には、小径穴1
に比べて十分大きい開口が設けられている。あるいは、
開口を設ける代わりに、θステージ29自体を透明のも
のにしてもよい。θステージ29にはηステージ支持部
30が取り付けられ、このηステージ支持部30にはη
ステージ31が取り付けらる。このηステージ31は、
手動の回転ステージである。ηステージ31にはφステ
ージ32が取り付けられる。このφステージ32は、手
動のゴニオステージである。φステージ32上には、被
測定物2が載置される。被測定物2は、必要に応じて図
示しないアタッチメントを用いてφステージ32上に保
持される。このように、ステージ系の構成は複雑である
ため、図1では、載物ステージ3とリニアスケール11
に単純化したステージ系を示している。The base 21 also includes the θ stage support 2
8 is provided upright, and a θ stage 29 is provided on the θ stage support portion 28. The θ stage 29 is a stage that rotates around the Z axis, and is designed so that the center of rotation coincides with the optical axis 5. The θ stage 29 is also automatically rotatable about the Z axis by a drive device and a drive control device (not shown). The θ stage 29 has a small hole 1
The opening is sufficiently larger than that of the. Alternatively,
Instead of providing the opening, the θ stage 29 itself may be transparent. An η stage support portion 30 is attached to the θ stage 29, and an η stage support portion 30 is attached to the η stage support portion 30.
The stage 31 is attached. This η stage 31
It is a manual rotation stage. A φ stage 32 is attached to the η stage 31. The φ stage 32 is a manual goniometer stage. The DUT 2 is placed on the φ stage 32. The DUT 2 is held on the φ stage 32 by using an attachment (not shown) as needed. As described above, since the configuration of the stage system is complicated, in FIG.
Shows a simplified stage system.
【0027】投光系26,受光系27からなる光学系
は、図2において、Xステージ22により紙面に垂直な
X軸方向に移動し、Yステージ23により上下のY軸方
向に移動し、Zステージ24により左右、すなわち小径
穴1の深さ方向のZ軸方向に移動する。被測定物2は、
φステージ32により紙面に垂直なX軸を中心に回転
し、ηステージ31により上下のY軸を中心に回転し、
θステージ29により小径穴1の深さ方向のZ軸を中心
に回転する。In FIG. 2, the optical system including the light projecting system 26 and the light receiving system 27 is moved by the X stage 22 in the X axis direction perpendicular to the paper surface, and by the Y stage 23 in the upper and lower Y axis directions, Z The stage 24 moves to the left and right, that is, in the Z-axis direction in the depth direction of the small diameter hole 1. DUT 2 is
The φ stage 32 rotates about the X axis perpendicular to the paper surface, and the η stage 31 rotates about the upper and lower Y axes.
The θ stage 29 rotates about the Z axis in the depth direction of the small diameter hole 1.
【0028】後述する小径穴1の形状測定においては、
各ステージを適宜移動させて調整することにより、被測
定位置である小径穴1の任意の深さZにおいて断面を光
軸5が貫くように位置決めされる。この任意の深さZ
は、投光系26中の投光対物レンズ8の焦点位置であ
る。そして、この断面の中心位置が基準位置として測定
される。Xステージにより光学系をX軸方向の前後に移
動させることにより、基準位置を中心にしてX軸方向に
相対向する両壁面の位置が測定され、この測定結果か
ら、小径穴1の特定の深さZにおける断面の内径の長さ
が得られる。次に、基準位置を中心として、被測定物2
をθステージ29により回転させ、各回転角度ごとに直
径の長さを求めることにより、小径穴1の任意の深さZ
における断面の形状および穴偏心を測定することができ
る。さらに、Zステージにより光学系をZ軸方向に移動
させることにより小径穴1の深さ方向の断面の形状の変
化、すなわち、穴曲がりを測定することができる。な
お、基準位置の定め方、測定順序等は、任意に行なうこ
とができ、上述の説明は、単なる一例である。In measuring the shape of the small diameter hole 1 described later,
By appropriately moving and adjusting each stage, positioning is performed so that the optical axis 5 penetrates the cross section at an arbitrary depth Z of the small diameter hole 1 which is the measured position. This arbitrary depth Z
Is the focus position of the projection objective lens 8 in the projection system 26. Then, the center position of this cross section is measured as the reference position. By moving the optical system back and forth in the X-axis direction by the X-stage, the positions of both wall surfaces facing each other in the X-axis direction around the reference position are measured, and from this measurement result, the specific depth of the small diameter hole 1 is determined. The length of the inner diameter of the cross section at Z is obtained. Next, the measured object 2 is centered around the reference position.
Is rotated by the θ stage 29, and the length of the diameter is obtained for each rotation angle.
The shape of the cross section and the hole eccentricity can be measured. Further, by moving the optical system in the Z-axis direction by the Z stage, it is possible to measure the change in the shape of the cross section of the small diameter hole 1 in the depth direction, that is, the bending of the hole. It should be noted that the method of determining the reference position, the measurement order, and the like can be arbitrarily determined, and the above description is merely an example.
【0029】なお、光学系の光軸5と被測定物2の小径
穴1との相対位置をリニアスケールで測定するものであ
るから、投光系26,受光系27からなる光学系を移動
させる代わりに、被測定物2の小径穴1を移動させても
よいし、両者をを共に移動させてもよい。回転について
も、光軸5が小径穴1の中心の周りに回転するように、
すなわち、スリット光が小径穴1の中心の周りに回転す
るように、投光系26,受光系27からなる光学系を回
転させてもよいし、被測定物2の小径穴1と投光系2
6,受光系27からなる光学系とを共に回転させてもよ
い。また、図2に示されたステージ系は、Z軸を水平に
配置したが、Z軸を鉛直方向に配置し、小径穴1の軸方
向が鉛直になるようにした状態で測定する装置にしても
よい。Since the relative position between the optical axis 5 of the optical system and the small diameter hole 1 of the DUT 2 is measured by a linear scale, the optical system consisting of the light projecting system 26 and the light receiving system 27 is moved. Instead, the small diameter hole 1 of the DUT 2 may be moved, or both may be moved together. As for the rotation, the optical axis 5 is rotated around the center of the small diameter hole 1,
That is, the optical system including the light projecting system 26 and the light receiving system 27 may be rotated so that the slit light rotates around the center of the small diameter hole 1, or the small diameter hole 1 of the DUT 2 and the light projecting system may be rotated. Two
6, the optical system including the light receiving system 27 may be rotated together. Although the stage system shown in FIG. 2 has the Z-axis arranged horizontally, the Z-axis is arranged vertically so that the axial direction of the small-diameter hole 1 becomes vertical, and the stage system is measured. Good.
【0030】図3は、被測定物の第1の位置とモニタ画
面を説明する説明図であり、図3(A)は、平面図、図
3(B)は、モニタ画面である。図中、図6,図1と同
様な部分には同じ符号を用い説明を省略する。41は結
像位置、42はスリット光の反射像、43は標線であ
る。図3(A)において、線状のスリット7は、紙面に
垂直なY軸方向に開けられており、スリット光は、結像
位置41において微小な像を結像する。図3(B)にお
いて、標線43は、モニタ画面の中央に設けられた縦線
である。この標線43は、2次元撮像素子の出力を入力
してモニタ画面に画像を表示させる図示しない画像処理
装置等において、標線となる画像パターン信号を挿入処
理してモニタ画面に描かせたものでも、モニタ装置の表
示画面上にあらかじめ印刷したものでもよい。なお、光
軸5がモニタ画面の中心に位置するように2次元撮像素
子が位置決めされている。3A and 3B are explanatory views for explaining the first position of the object to be measured and the monitor screen. FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a monitor screen. In the figure, the same parts as those in FIG. 6 and FIG. 41 is an image forming position, 42 is a reflection image of slit light, and 43 is a marked line. In FIG. 3 (A), the linear slit 7 is opened in the Y-axis direction perpendicular to the paper surface, and the slit light forms a minute image at the image forming position 41. In FIG. 3B, a marked line 43 is a vertical line provided at the center of the monitor screen. The reference line 43 is an image processing device (not shown) for inputting the output of the two-dimensional image pickup device to display an image on the monitor screen, and the like. However, it may be printed in advance on the display screen of the monitor device. The two-dimensional image pickup device is positioned so that the optical axis 5 is located at the center of the monitor screen.
【0031】図3(A)に示された被測定物2の第1の
位置において、光軸5は、小径穴1の中央からX軸の負
方向、すなわち上方向に若干ずれた位置にある。スリッ
ト光は、結像位置41において微小な像を結像するが、
スリット光の一部は、小径穴1の壁面により反射され
る。 したがって、直接光と反射光の両者がカメラ10
内の2次元撮像素子上に結像される。図3(B)に示さ
れるように、モニタ画面上において、スリット光の像4
2は、弧状のものとして観察され、この弧の先端は、標
線43から左に移動し、近接する壁面寄りに偏位してい
る。At the first position of the DUT 2 shown in FIG. 3A, the optical axis 5 is located at a position slightly deviated from the center of the small diameter hole 1 in the negative direction of the X axis, that is, in the upward direction. . The slit light forms a minute image at the image forming position 41,
Part of the slit light is reflected by the wall surface of the small diameter hole 1. Therefore, both the direct light and the reflected light are reflected by the camera 10.
An image is formed on the two-dimensional image sensor inside. As shown in FIG. 3B, the slit light image 4 is displayed on the monitor screen.
No. 2 is observed as an arc shape, and the tip of this arc moves to the left from the marked line 43 and is displaced toward the adjacent wall surface.
【0032】なお、図示したモニタ画面では、図示左側
を図3(A)における上方向に対応するものとした。し
かし、受光系の構成や、モニタ画面に画像信号を出力す
る際の走査方向等によっては左右が反転して表示され
る。In the illustrated monitor screen, the left side in the figure corresponds to the upward direction in FIG. 3 (A). However, depending on the configuration of the light receiving system and the scanning direction when outputting the image signal to the monitor screen, the left and right are displayed in reverse.
【0033】測定の開始時に、被測定物2が図3(A)
に示された第1の位置にある場合には、モニタ画面を観
察し、スリット光の像42が直線状になるまで被測定物
2をX方向に移動させ、被測定物2が後述する図4
(A)に示された第2の位置になるように調整する。At the start of the measurement, the object 2 to be measured is shown in FIG.
In the case of the first position shown in Fig. 2, the monitor screen is observed, and the DUT 2 is moved in the X direction until the slit light image 42 becomes a straight line. Four
Adjust to the second position shown in (A).
【0034】図4は、被測定物の第2の位置とモニタ画
面を説明する説明図であり、図4(A)は平面図、図4
(B)はモニタ画面である。図中、図6,図1,図3と
同様な部分には同じ符号を用い説明を省略する。被測定
物2の第1の位置において、光軸5は、小径穴1の中心
に位置する。この場合、スリット光は、結像位置41に
おいて微小な像を結像するものの、小径穴1の壁面で反
射されることなく、カメラ10内の2次元撮像素子上に
結像される。したがって、図4(A)に示されるモニタ
画面上において、スリット光の像42は、直線状のもの
として観察される。光軸5がモニタ画面の中心に位置す
るように2次元撮像素子が位置決めされているので、ス
リット光の像42もモニタ画面の中央に位置する。FIG. 4 is an explanatory view for explaining the second position of the object to be measured and the monitor screen. FIG. 4A is a plan view and FIG.
(B) is a monitor screen. In the figure, the same parts as those in FIG. 6, FIG. 1 and FIG. At the first position of the DUT 2, the optical axis 5 is located at the center of the small diameter hole 1. In this case, the slit light forms a minute image at the image forming position 41, but is formed on the two-dimensional image pickup device in the camera 10 without being reflected by the wall surface of the small diameter hole 1. Therefore, on the monitor screen shown in FIG. 4A, the slit light image 42 is observed as a linear one. Since the two-dimensional image pickup device is positioned so that the optical axis 5 is located at the center of the monitor screen, the slit light image 42 is also located at the center of the monitor screen.
【0035】壁面が図4(A)において紙面に垂直なY
軸方向にずれている場合、図4(B)に示されるモニタ
画面上において、スリット光の像42は、上下方向にず
れて観察される。この場合には、載物ステージ3を移動
させ、被測定物2の位置をY軸方向に調節することによ
り、小径穴1の被測定位置の断面の中心に光軸5を一致
させることができる。モニタ画面の観察から、光軸5と
小径穴1の軸がX軸のまわりにずれている場合はφステ
ージを調整し、Y軸のまわりにずれている場合はηステ
ージを調整することにより光軸5と小径穴1の中心軸を
平行にすることができる。The wall surface is Y which is perpendicular to the paper surface in FIG.
When the image is displaced in the axial direction, the image 42 of the slit light is observed vertically displaced on the monitor screen shown in FIG. In this case, the optical axis 5 can be aligned with the center of the cross section of the measurement position of the small diameter hole 1 by moving the mounting stage 3 and adjusting the position of the measurement target 2 in the Y-axis direction. . From observation of the monitor screen, if the optical axis 5 and the axis of the small diameter hole 1 are misaligned around the X axis, adjust the φ stage, and if they are misaligned around the Y axis, adjust the η stage. The axis 5 and the central axis of the small diameter hole 1 can be made parallel.
【0036】スリット光の像42が直線状になりモニタ
画面の中央にくるように調整する。このとき、光軸5が
小径穴1の中心に一致し、光軸5は、モニタ画面上にお
いて中心に位置するするから、小径穴1の中心もモニタ
画面のほぼ中心に位置する。この小径穴1の中心位置を
基準位置とする。このとき、リニアエンコーダ11を用
い、載置ステージ3の位置、すなわち、被測定物2のX
軸方向の位置を記録する。It is adjusted so that the slit light image 42 becomes linear and is located at the center of the monitor screen. At this time, since the optical axis 5 coincides with the center of the small diameter hole 1 and the optical axis 5 is located at the center on the monitor screen, the center of the small diameter hole 1 is also located substantially at the center of the monitor screen. The center position of the small diameter hole 1 is set as a reference position. At this time, using the linear encoder 11, the position of the mounting stage 3, that is, the X of the DUT 2 is measured.
Record the axial position.
【0037】なお、スリット光の像42が直線状になっ
ていても標線から左右に若干ずれる場合は、光軸5の位
置がモニタ画面の中心からずれていることを意味する。
この場合には、このスリット光の像42の画面上での位
置を画面上の基準点として記録しておけばよい。If the slit light image 42 is linearly displaced from the marked line to the left or right, it means that the position of the optical axis 5 is displaced from the center of the monitor screen.
In this case, the position of the slit light image 42 on the screen may be recorded as a reference point on the screen.
【0038】被測定物2を図4(A)において上方向、
すなわちX軸の負の方向にずらせる。このとき、小径穴
1の中心位置から小径穴の直径方向に被測定物2が移動
する。スリット光の一部は、小径穴1の壁面で反射され
はじめる。したがって、図4(B)に示されるモニタ画
面上において、スリット光の像42は、直線状であった
ものが徐々に屈曲し始め、屈曲の先端部はモニタ画面の
中心から近接する側の壁面の方向に徐々に偏位しはじ
め、上述した図3(B)と同様な状態が観察される。The object to be measured 2 is directed upward in FIG.
That is, it is shifted in the negative direction of the X axis. At this time, the DUT 2 moves from the center position of the small diameter hole 1 in the diameter direction of the small diameter hole. A part of the slit light starts to be reflected on the wall surface of the small diameter hole 1. Therefore, on the monitor screen shown in FIG. 4 (B), the slit light image 42, which is linear, begins to bend gradually, and the tip of the bend is on the wall surface closer to the center of the monitor screen. 3B starts to deviate gradually, and the same state as in FIG. 3B described above is observed.
【0039】さらに小径穴1の壁面がスリット光の結像
位置42に近づく方向に移動すると、屈曲の程度が大き
くなるが、小径穴1の壁面が標線43に接近するため、
屈曲の先端は、逆にモニタ画面の標線43に近づく。When the wall surface of the small diameter hole 1 further moves toward the image forming position 42 of the slit light, the degree of bending increases, but the wall surface of the small diameter hole 1 approaches the marked line 43.
On the contrary, the bent tip approaches the marked line 43 on the monitor screen.
【0040】図5は、被測定物の第3の位置とモニタ画
面を説明する説明図であり、図5(A)は、平面図、図
5(B)は、モニタ画面である。図中、図6,図1,図
3と同様な部分には同じ符号を用い説明を省略する。ス
リット光の光軸5と小径穴1の壁面とが一致する時、ス
リット光の結像位置41は、小径穴1の壁面上に位置
し、壁面により反射されたスリット光のみがカメラ10
内の2次元撮像素子に到達する。図5(A)に示される
スリット光の像42において、屈曲の先端が光軸5の位
置に一致し、弧の接線が標線に一致する。このとき、光
軸5と小径穴1の壁面とが一致し、光軸5は、モニタ画
面上において中心に位置するから、小径穴1の壁面もモ
ニタ画面のほぼ中心に位置する。5A and 5B are explanatory views for explaining the third position of the object to be measured and the monitor screen. FIG. 5A is a plan view and FIG. 5B is a monitor screen. In the figure, the same parts as those in FIG. 6, FIG. 1 and FIG. When the optical axis 5 of the slit light and the wall surface of the small diameter hole 1 coincide with each other, the slit light image forming position 41 is located on the wall surface of the small diameter hole 1, and only the slit light reflected by the wall surface is reflected by the camera 10.
To reach the two-dimensional image sensor inside. In the slit light image 42 shown in FIG. 5 (A), the tip of the bend coincides with the position of the optical axis 5, and the tangent line of the arc coincides with the marked line. At this time, the optical axis 5 and the wall surface of the small diameter hole 1 coincide with each other, and the optical axis 5 is located at the center on the monitor screen. Therefore, the wall surface of the small diameter hole 1 is also located substantially at the center of the monitor screen.
【0041】このとき、再びリニアエンコーダ11を用
い、載置ステージ3の位置、すなわち、被測定物2のX
軸方向の位置を記録する。このX軸方向の位置から、図
4に示された被測定物2の第2の位置、すなわち、基準
位置でのX軸方向の位置との差をとることにより、基準
位置から小径穴1の壁面までの移動量、すなわち、基準
位置から小径穴1の壁面までの距離が求められ、これを
記録する。なお、スリット光の像42の弧の接線が標線
に対して傾きを生じる場合には、小径穴1の壁面が小径
穴1の直径に対して傾いていることを意味する。この場
合は、傾きも記録しておくか、スリット光の像42の弧
の接線が標線に対して傾きを生じないように、載置ステ
ージを再調整し、基準位置を再設定して測定をやり直
す。At this time, the linear encoder 11 is used again to move the position of the mounting stage 3, that is, the X-axis of the DUT 2.
Record the axial position. By taking the difference from the position in the X-axis direction at the second position of the DUT 2 shown in FIG. 4, that is, the position at the reference position in the X-axis direction, the small-diameter hole 1 is moved from the reference position. The amount of movement to the wall surface, that is, the distance from the reference position to the wall surface of the small diameter hole 1 is obtained, and this is recorded. In addition, when the tangent line of the arc of the slit light image 42 is inclined with respect to the marked line, it means that the wall surface of the small diameter hole 1 is inclined with respect to the diameter of the small diameter hole 1. In this case, the tilt is also recorded, or the mounting stage is readjusted and the reference position is reset so that the tangent line of the arc of the slit light image 42 does not tilt with respect to the reference line. Start over.
【0042】同様にして、図4に示された基準位置か
ら、X軸上に逆方向に向かって被測定物を移動させ、モ
ニタ画面を観察しながら、小径穴1のもう一方の壁面と
スリット光の光軸5とが一致するようにする。このとき
も、リニアエンコーダ11を用いて被測定物2のX軸方
向の位置を記録する。図4に示された基準位置でのX軸
方向の位置との差をとることにより、基準位置から小径
穴1のもう一方の壁面までの移動量、すなわち、基準位
置から小径穴1のもう一方の壁面までの距離が求めら
れ、これを記録する。Similarly, the object to be measured is moved in the opposite direction on the X-axis from the reference position shown in FIG. 4, and while observing the monitor screen, the other wall surface of the small diameter hole 1 and the slit are measured. The optical axis 5 of the light should be aligned. Also at this time, the position of the DUT 2 in the X-axis direction is recorded using the linear encoder 11. By taking the difference from the position in the X-axis direction at the reference position shown in FIG. 4, the amount of movement from the reference position to the other wall surface of the small diameter hole 1, that is, the other side of the small diameter hole 1 from the reference position. The distance to the wall of is determined and recorded.
【0043】基準位置から小径穴1の各壁面までの移動
量を加算することによって、すなわち、基準位置から小
径穴1の各壁面までの距離を加算することによって、被
測定物2の小径穴1の内径を求めることができる。な
お、リニアエンコーダの測定値の記録及び加減算は、リ
ニアエンコーダ11の出力を入力する情報処理装置によ
って行なうことができる。上述した説明では、基準位置
からの移動量を記録したが、一方の壁面を基準とし、も
う一方の壁面までの移動量、すなわち長さを記録しても
よい。また、基準位置あるいは基準壁面において、リニ
アエンコーダ11をリセットして、壁面までの移動量、
すなわち距離を直読できるようにしてもよい。By adding the movement amount from the reference position to each wall surface of the small diameter hole 1, that is, by adding the distance from the reference position to each wall surface of the small diameter hole 1, the small diameter hole 1 of the object to be measured 2 is added. The inner diameter of can be calculated. The recording and addition / subtraction of the measurement value of the linear encoder can be performed by an information processing device which inputs the output of the linear encoder 11. Although the movement amount from the reference position is recorded in the above description, the movement amount to the other wall face, that is, the length may be recorded with one wall face as a reference. In addition, at the reference position or the reference wall surface, the linear encoder 11 is reset, and the amount of movement to the wall surface,
That is, the distance may be directly read.
【0044】被測定物を、図2に示されたθステージに
より、例えば図4に示された基準位置の状態から、光軸
5に一致するZ軸の周りに回転角度θだけ回転させる。
そして、各回転角度θの位置において上述の内径測定を
行なうことにより、小径穴1の任意の深さにおける断面
の穴形状を測定することができる。さらに、同様にして
小径穴1の異なる深さにおける断面に対して同様に穴形
状を測定しすることにより、小径穴1の深さ方向の穴曲
がりを求めることができる。The object to be measured is rotated by the rotation angle θ around the Z axis coinciding with the optical axis 5 from the state of the reference position shown in FIG. 4, for example, by the θ stage shown in FIG.
Then, by performing the above-mentioned inner diameter measurement at the position of each rotation angle θ, the hole shape of the cross section at an arbitrary depth of the small diameter hole 1 can be measured. Further, similarly, by similarly measuring the hole shapes for the cross sections of the small diameter hole 1 at different depths, the bending of the small diameter hole 1 in the depth direction can be obtained.
【0045】上記の測定の際において、被測定物2の移
動に関しては、撮像画像を画像処理して得られるデータ
を駆動制御装置に入力し、各ステージの駆動を制御する
ことによって、自動測定することができる。このような
自動化により、目視による測定誤差を減らし、測定作業
者の負担を軽減させることができる。この場合、カメラ
10内の2次元撮像素子において得られた撮像画像を画
像処理装置に入力し、図3(B),図4(B),図5
(B)等に示された撮像画像の状態を検出する。図4
(B)においては、2次元撮像素子上の光軸5の位置を
検出記憶する。図3(B),図5(B)等においては、
スリットの像42の弧の屈曲の先端位置を検出記憶す
る。そして、光軸5の位置と弧の屈曲の先端位置との間
の距離を判定し、この距離が0になるように各ステージ
の駆動を制御する。At the time of the above measurement, the movement of the object 2 is automatically measured by inputting data obtained by image-processing the picked-up image to the drive control device and controlling the drive of each stage. be able to. By such automation, it is possible to reduce the visual measurement error and reduce the burden on the measurement operator. In this case, the picked-up image obtained by the two-dimensional image pickup device in the camera 10 is input to the image processing apparatus, and then the image pickup apparatus shown in FIG.
The state of the captured image shown in FIG. FIG.
In (B), the position of the optical axis 5 on the two-dimensional image sensor is detected and stored. In FIG. 3 (B), FIG. 5 (B), etc.,
The tip position of the arc bend of the slit image 42 is detected and stored. Then, the distance between the position of the optical axis 5 and the position of the tip of the arc bend is determined, and the drive of each stage is controlled so that this distance becomes zero.
【0046】光軸5の位置と弧の屈曲の先端位置との間
の距離判定の一具体例としては、画像処理装置内の2次
元画像メモリ上において、モニタ画面に対応する撮像画
像を画素単位に記憶させ、図4(B)に示されたスリッ
トの像42に対応する振幅レベルを有する画素の中か
ら、光軸5の位置、すなわち、スリットの像42中心部
の画素の横軸座標値を検出する。また、図3(B),図
5(B)等に示されたスリットの像41に対応する振幅
レベルを有する画素の中から、横軸方向に最も左にある
画素の横軸座標値を検出する。そして、両横軸座標値の
差を演算する。As one specific example of the determination of the distance between the position of the optical axis 5 and the position of the tip of the arc bend, a picked-up image corresponding to the monitor screen is displayed in pixel units on a two-dimensional image memory in the image processing apparatus. Of pixels having an amplitude level corresponding to the slit image 42 shown in FIG. 4B, the position of the optical axis 5, that is, the horizontal axis coordinate value of the pixel at the center of the slit image 42. To detect. Further, the horizontal axis coordinate value of the leftmost pixel in the horizontal axis direction is detected from the pixels having the amplitude level corresponding to the slit image 41 shown in FIGS. 3B and 5B. To do. Then, the difference between the two horizontal axis coordinate values is calculated.
【0047】また、図4(B),図3(B)におけるス
リットの像41の弧が中央横軸に対して上下対称になる
状態を検出するには、弧の上端が位置する画素の縦軸座
標値と下端が位置する画素の縦軸座標値とを同じ横軸座
標値で比較して、両縦軸座標値の中間が光軸5の縦軸方
向位置、すなわち、図4(B),図3(B)におけるス
リットの像41の中心部の画素の縦軸座標値に一致する
ようにすればよい。To detect the state where the arc of the slit image 41 in FIGS. 4B and 3B is vertically symmetrical with respect to the central horizontal axis, the vertical direction of the pixel where the upper end of the arc is located is detected. The axis coordinate value and the vertical axis coordinate value of the pixel where the lower end is located are compared with the same horizontal axis coordinate value, and the middle of the two vertical axis coordinate values is the vertical axis position of the optical axis 5, that is, FIG. , The vertical axis coordinate value of the pixel at the center of the slit image 41 in FIG.
【0048】画像処理装置または、これと連動する情報
処理装置に、リニアスケール11のX軸方向の位置出力
だけでなく、自動Yステージ23,自動Zステージ2
4,自動θステージ、ηステージ31,φステージに取
り付けられた図示しない測定装置からのY軸方向,Z軸
方向の位置出力、および、角度θ,η,φの角度出力を
受け、小径穴1の直径や偏心率を演算し、演算結果を記
憶あるいは表示させることもできる。画像処理装置にお
いては、スリット光の像42が際立つように強調したり
細線化するなどの画像処理を画像メモリ上において行な
う。また、必要に応じて、標線43や小径穴1の位置を
示す円等の仮想の図形をモニタ画面上に表示するように
図形の挿入処理をしたり、明暗の階調を疑似カラー化す
ることができる。Not only the position output of the linear scale 11 in the X-axis direction but also the automatic Y stage 23 and the automatic Z stage 2 are provided to the image processing apparatus or the information processing apparatus which is linked with the image processing apparatus.
4, a small-diameter hole 1 that receives position outputs in the Y-axis direction and Z-axis direction and angle outputs of angles θ, η, and φ from a measuring device (not shown) attached to the automatic θ stage, η stage 31, and φ stage. It is also possible to calculate the diameter and the eccentricity, and store or display the calculation result. In the image processing device, image processing is performed on the image memory such as emphasizing or thinning the image 42 of the slit light so as to stand out. Also, if necessary, a graphic insertion process is performed so that a virtual graphic such as a circle indicating the position of the marked line 43 or the small diameter hole 1 is displayed on the monitor screen, or the gradation of light and dark is pseudo-colored. be able to.
【0049】上述した説明では、深さ方向に断面形状が
変化せず、壁面の断面が直線状であることを前提として
説明した。しかし、実際のダイス穴のように深さ方向に
断面形状が変化しても測定することができる。ただし、
この場合には、壁面の断面がZ軸方向に沿う光軸5に対
して傾斜してしまうから、光軸5上の入射光も、壁面で
反射して曲がってしまい、測定に若干の誤差が生じるこ
とになる。したがって、例えば、スリットの像の光量が
大きくなるようX軸周りの回転角φ,Y軸周りの回転角
ηも含めて調整して、光軸5上の入射光が壁面と接する
ようにしてから測定位置の所定深さにおける位置を測定
すれば誤差がなくなる。The above description is based on the assumption that the cross-sectional shape does not change in the depth direction and the wall surface has a linear cross section. However, it can be measured even when the cross-sectional shape changes in the depth direction like an actual die hole. However,
In this case, since the cross section of the wall surface is inclined with respect to the optical axis 5 along the Z-axis direction, the incident light on the optical axis 5 is also reflected by the wall surface and bent, which causes a slight error in measurement. Will occur. Therefore, for example, after adjusting the rotation angle φ around the X axis and the rotation angle η around the Y axis so that the light amount of the image of the slit becomes large, the incident light on the optical axis 5 is contacted with the wall surface. The error is eliminated by measuring the position at the predetermined depth of the measurement position.
【0050】上述した一実施例においては、スリット7
の形状は、線状のスリットとしたが、これに限らない。
従来技術の指標と同じ十字状のスリットを採用すれば、
図4(B)等に示されたモニタ画面上で、縦軸方向の位
置合わせが容易になるほか、載置ステージ3を回転させ
ることなく、互いに直交する方向の穴径を測定すること
ができる。また、スポット状のスリットを採用すれば、
光軸5の中心部だけの像が結ばれ、図5(B)等に示さ
れたモニタ画面上で、光軸5の位置と弧の屈曲の先端位
置との間の距離が識別しやすくなる。また、光源4自体
に上述した形状のスリット光を発生するものを採用して
もよい。この場合には、単体部品としてのスリット7は
不要となるが、実質的にスリットを有するということが
できる。In the embodiment described above, the slit 7
The shape of is a linear slit, but is not limited to this.
If you adopt the same cross-shaped slit as the index of the prior art,
On the monitor screen shown in FIG. 4B, etc., the alignment in the vertical axis direction becomes easy, and the hole diameters in the directions orthogonal to each other can be measured without rotating the mounting stage 3. . Also, if you adopt a spot-shaped slit,
An image of only the central portion of the optical axis 5 is formed, and the distance between the position of the optical axis 5 and the tip position of the arc bending can be easily identified on the monitor screen shown in FIG. . Alternatively, the light source 4 itself may generate the slit light having the above-described shape. In this case, the slit 7 as a single component is unnecessary, but it can be said that the slit 7 is substantially provided.
【0051】上述した一実施例においては、スリット光
の検出位置に2次元撮像素子を配置したが、従来技術に
おけると同様にスリットの像を操作者が直接観察するよ
うにしてもよい。このような測定方法を取るときには、
画像処理装置等が不要となる。In the above-mentioned embodiment, the two-dimensional image pickup device is arranged at the slit light detection position, but the operator may directly observe the slit image as in the prior art. When taking such a measurement method,
No image processing device or the like is required.
【0052】[0052]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、入射光をスリット光にすることにより、散乱
光や多重反射等の影響が少なく、結像された像と背景と
のコントラストが向上し、小穴径の形状を高精度に測定
することが可能になるという効果がある。したがって、
さらに、倍率、受光開口数等の特性の異なるレンズや幅
の異なるスリットを組み合わせ、光源の光量を調節する
ことにより、条件の異なる多様な形状の被測定物に対応
した測定をすることができる。本発明を、例えば光ファ
イバの樹脂コートの際に用いるダイス穴の内部形状の測
定に用いると、実際にダイスを用いて光ファイバに樹脂
をコートしてみることなくダイスの良、不良を判定する
ことができ、光ファイバの樹脂コート不良を減少させる
ことができる。As is apparent from the above description, according to the present invention, by making the incident light into slit light, the influence of scattered light, multiple reflection, etc. is small, and the formed image and background are There is an effect that the contrast is improved and it becomes possible to measure the shape of the small hole diameter with high accuracy. Therefore,
Furthermore, by combining lenses having different characteristics such as magnification and light receiving numerical aperture and slits having different widths, and adjusting the light amount of the light source, it is possible to perform measurements corresponding to various shapes of DUT under different conditions. When the present invention is used, for example, to measure the inner shape of a die hole used for resin coating of an optical fiber, it is possible to judge whether the die is good or bad without actually coating the resin on the optical fiber with a die. Therefore, the resin coating failure of the optical fiber can be reduced.
【図1】本発明の一実施例を説明する平面図である。FIG. 1 is a plan view illustrating an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例におけるステージ系を説明す
る正面図である。FIG. 2 is a front view illustrating a stage system according to an embodiment of the present invention.
【図3】被測定物の第1の位置とモニタ画面を説明する
説明図であり、図3(A)は、平面図、図3(B)は、
モニタ画面である。3A and 3B are explanatory views for explaining a first position of the object to be measured and a monitor screen. FIG. 3A is a plan view and FIG.
It is a monitor screen.
【図4】被測定物の第2の位置とモニタ画面を説明する
説明図であり、図4(A)は平面図、図4(B)はモニ
タ画面である。4A and 4B are explanatory views for explaining a second position of an object to be measured and a monitor screen, FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a monitor screen.
【図5】被測定物の第3の位置とモニタ画面を説明する
説明図であり、図5(A)は、平面図、図5(B)は、
モニタ画面である。5A and 5B are explanatory views illustrating a third position of the object to be measured and a monitor screen. FIG. 5A is a plan view and FIG.
It is a monitor screen.
【図6】従来の極小径の内径測定装置を説明する説明図
である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a conventional inner diameter measuring device having an extremely small diameter.
1…小径穴、2…被測定物、3…載物ステージ、4…光
源、5…光軸、6…フィルタ、7…スリット、8…投光
対物レンズ、9…受光対物レンズ、10…カメラ、11
…リニアエンコーダ、41…結像位置、42…スリット
光の反射像、43…標線、51…光源レチクル、52…
接眼レチクル。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Small-diameter hole, 2 ... Object to be measured, 3 ... Mounting stage, 4 ... Light source, 5 ... Optical axis, 6 ... Filter, 7 ... Slit, 8 ... Projection objective lens, 9 ... Receiving objective lens, 10 ... Camera , 11
... Linear encoder, 41 ... Image forming position, 42 ... Reflected image of slit light, 43 ... Mark line, 51 ... Light source reticle, 52 ...
Eyepiece reticle.
Claims (6)
光系を介して穴の壁面に投影させ、該壁面での反射光を
受光系で受光位置に結像させ、該スリット光の光軸と該
穴を相対的に移動させ、前記受光位置でのスリット光の
弧の先端が該光軸に一致したとき、前記穴の位置を測定
し、該測定を前記穴の直径の両端に対して行なうことに
より前記穴の内径を測定することを特徴とする穴形状測
定方法。1. The optical axis of the slit light is projected onto the wall surface of the hole through a light projecting system for projecting the slit light onto the measured position, and the reflected light from the wall surface is imaged on the light receiving position by the light receiving system. When the tip of the slit light arc at the light receiving position coincides with the optical axis, the position of the hole is measured, and the measurement is performed with respect to both ends of the diameter of the hole. A hole shape measuring method, characterized in that the inner diameter of the hole is measured by carrying out.
請求項1に記載の穴形状測定方法を各回転角度ごとに行
なうことにより前記穴の断面形状を測定することを特徴
とする穴形状測定方法。2. The relative rotation of the hole and the optical axis,
A hole shape measuring method comprising: measuring the sectional shape of the hole by performing the hole shape measuring method according to claim 1 for each rotation angle.
対的に移動させ、請求項1または2に記載の穴形状測定
方法を各移動位置ごとに行なうことにより穴曲がりを測
定することを特徴とする穴形状測定方法。3. The hole bend is measured by moving the hole and the optical axis relative to each other in the axial direction of the hole and performing the hole shape measuring method according to claim 1 or 2 for each moving position. A hole shape measuring method characterized by the above.
の壁面に投影させる投光系と、該投光系に対向し撮像素
子を含み該壁面での反射光を受光し該撮像素子上に該ス
リット光を結像させる受光系と、前記投光系と該受光系
からなる光学系と該穴を相対的に移動させる手段と、該
光学系と前記穴の相対位置を測定する位置測定手段を有
し、前記穴の直径の両端における測定値に基づいて前記
穴の断面の内径を求める手段を有することを特徴とする
穴形状測定装置。4. A light projecting system which has a focus at a position to be measured and projects slit light onto a wall surface of a hole, and an image sensor which is opposed to the light projecting system and which receives reflected light on the wall surface. A light receiving system for forming an image of the slit light on the above, an optical system including the light projecting system and the light receiving system, a means for relatively moving the hole, and a position for measuring the relative position of the optical system and the hole. A hole shape measuring device comprising: a measuring means; and a means for obtaining an inner diameter of a cross section of the hole based on measurement values at both ends of the diameter of the hole.
る手段を有することを特徴とする請求項4に記載の穴形
状測定装置。5. The hole shape measuring device according to claim 4, further comprising means for relatively rotating the hole and the optical system.
相対的に移動させる手段を有することを特徴とする請求
項4または5に記載の穴形状測定装置。6. The hole shape measuring device according to claim 4, further comprising means for relatively moving the hole and the optical system in an axial direction of the hole.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3651095A JPH08233545A (en) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | Hole shape measuring method and measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3651095A JPH08233545A (en) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | Hole shape measuring method and measuring device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08233545A true JPH08233545A (en) | 1996-09-13 |
Family
ID=12471835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3651095A Pending JPH08233545A (en) | 1995-02-24 | 1995-02-24 | Hole shape measuring method and measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08233545A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008072369A1 (en) | 2006-12-13 | 2008-06-19 | Nikon Corporation | Measurement device and measurement method |
| JP2009139176A (en) * | 2007-12-05 | 2009-06-25 | Nikon Corp | Measuring apparatus and method |
| US10066931B2 (en) | 2014-11-25 | 2018-09-04 | Adamant Namiki Precision Jewel Co., Ltd. | Optical inner-surface measurement device |
| WO2019221190A1 (en) * | 2018-05-16 | 2019-11-21 | シンクランド株式会社 | Laser device and bone hole positioning method |
-
1995
- 1995-02-24 JP JP3651095A patent/JPH08233545A/en active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2008072369A1 (en) | 2006-12-13 | 2008-06-19 | Nikon Corporation | Measurement device and measurement method |
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| JPWO2019221190A1 (en) * | 2018-05-16 | 2020-09-17 | シンクランド株式会社 | Laser device and bone hole positioning method |
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