JPH0949709A - 部品の傾き・高さ測定方法及びそれを用いた検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スペックル干渉と、光切断像のデフォ−カ
ス、異物・傷に対する検出誤差を低減させた傾き・高さ
測定方法を提供する。 【解決手段】 光源１からのインコヒ−レント光を、コ
リメ−タレンズ２、スリット３で形成したスリット光を
投影レンズ４を部品１０の表面に垂直投影させ、スリッ
ト像５を形成させ、その表面からの回折光及び散乱光の
光切断像を結像レンズ２０によりＴＶカメラ２１に結像
させ、光電変換して画像を形成させる。画像処理部３０
により、各走査線毎に光切断像の中心位置を求め回帰直
線を得て、回帰直線の傾きより部品の傾き・高さを求め
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部品の傾き・高さ
測定方法及びそれを用いた検査装置に係り、特に、磁気
ヘッド等を加工及び組立て後に、傾き及び高さの位置決
め検査を行うのに最適な傾き・高さの検出方法とそれを
用いた検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】部品の製造工程及び組立て工程におい
て、品質管理等の目的で工程の途中及び終了後に位置決
め精度の測定や検査が不可欠な場合がある。このような
場合では、測定対象物の材質や測定環境等によって、非
接触測定でなければならないケ−スが多々ある。このよ
うな非接触測定法の一つとして光切断方式がある。光切
断方式では、スリット光を試料に照明し、反射した光の
位置を検出することにより、試料の連続的な高さを検出
することが可能である。従って、部品を製造或いは組立
て後に、部品の高さや傾きを検出することができ、品質
管理及び検査工程等の測定技術として一般的に適用され
ている。

【０００３】例えば、特開昭６２ー１２７６０２号公報
記載技術の部品検査装置がある。前記記載の検査装置で
は、測定部品の斜め上方からスリット状のレ−ザ−ビ−
ムを照射し、上方に配置したテレビカメラで測定部品上
面のスリット像を撮像し、撮像した光切断像より前記部
品両端の傾きを求めるという技術であり、前記部品の両
端に傾斜部がある場合、これら傾斜部と光学的に共役で
ある光切断像を傾きの演算デ−タとして省くという特徴
を有する技術である。また、例えば、特開平４ー１８１
１０８号公報及び特開平５ー１４９７２９号公報記載技
術の三次元形状認識装置がある。前記三次元形状認識装
置は光切断像を用いるものであり、測定対称物が急傾斜
面における像であって、明確でない場合、テレビカメラ
を移動させ、前記測定対称物からの乱反射光を確実に捉
えて、明確な実像を得るものであつた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の斜方照明を
用いた部品検査装置は、レ−ザ−ビ−ムをスリット状に
制限して測定部品に斜方照明し、その反射光を撮像手段
で撮像し、撮像したスリット像にウインド設定を施し切
りだしを行うことで欠落を検出し、前記切り出したライ
ンの位置と傾きから、測定部品上面の位置と傾きを求め
るように構成したものである。

【０００５】この光学系では、照明光としてレ−ザ−ビ
−ムを用いているため、測定面に凹凸があると、光切断
像がスペックル干渉を起こし、光切断像が部品の表面形
状と関係なく不連続になる場合がある。このため、光切
断像より部品の欠落、傾き、高さを求めても、部品の表
面形状と異なる場合があり、正確な検査及び測定は困難
であるという問題点があった。

【０００６】また、部品の測定面に対して斜方照明する
ことにより、照明光の入射角が一定の角度を有するた
め、部品や高さが測定方向に変位すると、前記部品上で
照明光が反射する位置がシフトする。このため、検出系
の光軸方向にも反射位置がシフトするため、撮像した光
切断像がデフォ−カスする恐れがある。前記光切断像が
デフォ−カスすると、像のコントラストが低くなり、傾
きや高さの測定精度が低下するという問題点があった。

【０００７】同様に、部品に段差があると、部品の高さ
測定方向の位置決め誤差に応じて、スリット光が前記段
差に照明されたり、されなかったりすることがある。こ
の場合、高さ検出結果には、部品の段差量が含まれた
り、含まれなかったりする。このため、部品の表面に段
差部が不規則にある場合などは、正確に傾き・高さを求
めることは困難であるという問題点があった。

【０００８】また、撮像したスリット像にウインド設定
を行うが、このウインドで切りだす画像は光学的に部品
の平面部と共役である部分である。このため、切りだし
た画像と共役な部品面に異物や傷がある場合は、光切断
像は不連続となり、前記光切断像の中心位置を演算して
も誤差を多く含んだ結果となるという課題があつた。ま
た、光切断像はスリット状に得られるため、２次元形状
の測定しか行えず、部品の傾きを一方向しか検出できな
いという問題点があった。

【０００９】また、従来のテレビカメラを移動させる三
次元形状認識装置は、スリット光による実像と虚像とが
同時に検出される場合に、虚像の検出防止には有効であ
る。しかしながら、テレビカメラの移動機構を必要とし
構成が複雑となる。さらに、測定対称物が傾斜している
ため、上記と同様に、前記スリット光の入射角が一定の
角度を有するため、測定対称物が変位をすると、デフォ
ーカスを生じ、測定精度の低下を招くという問題点があ
った。

【００１０】本発明は、かかる上記従来技術の課題を解
決すべく、測定対称物である部品の表面凹凸によるスペ
ックル干渉を防止し、部品の変位に基づく光切断像のデ
フォ−カスを防止及びその傾きの検出誤差を低減、傾き
の二方向を同時に検出すると共に、部品上に投影された
スリット像の位置に異物や傷があっても検出誤差を低減
する傾き・高さの測定方法を提供することを第一の目的
とする。また、本発明の第二の目的は、上記傾き・高さ
の測定方法を用いた検査装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第一の発明に係る部品の傾き・高さ測定方法は、イ
ンコヒ−レント光で形成したスリット像を照明光とし
て、前記部品の測定面上に垂直投影させ、前記測定面上
で回折及び散乱させ、結像手段により、前記回折及び散
乱光を結像させ、光電変換手段により前記結像を光電変
換させ、演算手段により前記光電変換信号から部品の傾
き・高さを演算するようにし達成することができる。

【００１２】より、詳しく説明すると、第一の発明に係
る部品の傾き・高さ測定方法は、インコヒ−レント光の
スリット像の照明光を用いて、部品の測定面に対し、垂
直に照射させ、干渉性を低く、測定面の凹凸によるスペ
ックル干渉を防ぎ、光切断像の非対称化の防止するよう
にし、部品が照明光の軸方向に変位しても、前記部品上
で前記照明光の反射位置を一定とし、部品高さの測定方
向に位置決め誤差が生じても同じ位置に照明し、部品表
面に段差あっても照明され、高さ検出結果に部品表面段
差の影響が除き、照明系の光軸に対して、垂直に検出系
の光軸を配置し、照明系の光軸方向に部品が前後に変位
しても、当該部品上の照明光の反射位置は、検出系の焦
点深度方向には不変であり、撮像した光切断像をデフォ
−カスさせず、部品の位置決め誤差にも拘らず、常に高
コントラストとなるようし、正確に傾きを求めるように
したものである。

【００１３】上記課題を解決するため、第一の発明に係
る他の部品の傾き・高さ測定方法は、インコヒ−レント
光で形成したスリット像の照明光を、部品表面及び部品
取付基準面に垂直投影させ、結像手段により前記スリッ
ト像の前記部品表面上及び部品取付基準面上からの回折
並びに散乱光を結像させ、光電変換手段により前記結像
を光電変換させ、演算手段により前記光電変換信号から
前記部品及び前記部品取付基準面上の傾き・高さを演算
することにより達成することができる。

【００１４】より詳しく説明すると、また、第一の発明
に係る他の部品の傾き・高さ測定方法は、インコヒ−レ
ント光で形成したスリット像の照明光を、部品表面及び
部品取付基準面に垂直投影させ、スリット像の部品表面
上及び部品取付基準面上からの回折並びに散乱光を結像
させることにより、部品の切断像と部品取付基準面の切
断像がえられ、この両切断像から得た両者の高さの差よ
り、部品試料の厚さがえられるようにしたものである。

【００１５】さらに、上記課題を解決するため、第一の
発明に係るさらに他の部品の傾き・高さ測定方法は、照
明光として、インコヒ−レント光で形成した明暗パタ−
ン像を用いることにより達成することができる。さらに
また、前記明暗パタ−ン像として、インコヒ−レント光
で形成した市松模様状に配置したパタ−ンを用いること
により達成することができる。さらにまた、前記明暗パ
タ−ン像として、ラインアンドスペ−ス状のパタ−ンを
用いることにより達成することができる。さらにまた、
演算手段は、前記結像の光量及び前記結像の大きさが特
異な点のデ−タを、前記演算手段の演算対称から除去す
ることにより達成することができる。

【００１６】より詳しく説明すると、第一の発明に係る
さらに他の部品の傾き・高さ測定方法は、部品に投影す
るスリット像を市松模様状の明暗パタ−ン像やラインア
ンドスペ−ス状の複数スリットの明暗パタ−ン像にする
ことにより、部品の傾きを二方向から検出できるように
したものである。また、第一の発明に係るさらに他の部
品の傾き・高さ測定方法は、演算手段において、光量、
像の大きさが特異なデ−タを演算対称から除外すること
により、部品上の異物や傷に起因した誤差を除くことが
できるようにしたものである。

【００１７】上記課題を解決するため、第二の発明に係
る部品の傾き・高さ測定装置は、部品の測定面に対して
インコヒ−レント光で形成されたスリット像を垂直に照
明する照明手段と、部品上で前記スリット像の回折及び
散乱した光を結像させる結像手段と、前記結像を光電変
換させる光電変換手段と、前記光電変換信号より部品の
傾き及び高さを演算する演算手段とを具備することによ
り達成することができる。

【００１８】上記課題を解決するため、第二の発明に係
る他の部品の傾き・高さ測定装置は、部品表面及び部品
取付基準面に対して、インコヒ−レント光で形成したス
リット像を垂直投影する照明手段と、前記投影されたス
リット像が部品表面上及び部品取付基準面上で回折並び
に散乱した光を結像させる結像手段と、前記結像を光電
変換手段させる光電変換手段と、前記光電変換信号より
前記部品及び前記部品取付基準面上の傾き・高さを演算
する演算手段とを具備することにより達成することがで
きる。

【００１９】上記課題を解決するため、第二の発明に係
るさらに他の部品の傾き・高さ測定装置は、前記記載の
いずれかの部品の傾き・高さ測定装置において、前記ス
リット像として、明暗パタ−ン像を用いることにより達
成することができる。前項記載の部品の傾き・高さの測
定装置において、前記明暗パタ−ン像に、市松模様状に
配置したパタ−ンを用いることにより達成することがで
きる。前記記載の部品の傾き・高さの測定装置におい
て、前記明暗パタ−ン像に、ラインアンドスペ−ス状の
パタ−ンを用いることにより達成することができる。前
記記載の部品の傾き・高さ測定装置において、前記演算
手段は、前記結像の光量及び前記結像の大きさが特異な
点のデ−タを、演算対称から除去することにより達成す
ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施の形態を図
１ないし図１１を参照して詳細に説明する。 〔実施の形態 １〕まず、本発明の一実施の形態に係る
傾き・高さ測定方法が用いられる試料の傾き高さ検査装
置について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に
係る試料の傾き・高さ検査装置の模式図、図２は、本発
明の一実施の形態係る傾き・高さ測定方法の模式図、図
３は斜方照明に基づくデフォカスの模式図、図４は図３
のデフォカスに対する垂直照明による低減模式図、図５
は、段差に基づく位置検出誤差の模式図、図６は、図５
の位置検出誤差に対する垂直照明による低減模式図であ
る。

【００２１】図１、２、３、４、５、６のいずれにおい
ても、同一符号は同等部分であるので、７は照明系であ
り、この照明系７において、１は光源、２はコリメ−タ
レンズ、３はスリット、４は投影レンズである。２５は
検出系であり、この検出系２５において、５はスリット
像、１０は部品、２０は結像レンズ、２１はＴＶカメラ
であり、３０は画像処理部、４０はモニタ、５０は光切
断像である。βは入射角、γは反射角である。

【００２２】まず、照明系７について説明する。図１に
示すように、照明系７は、部品１０の傾き及び高さ測定
面に対して垂直に配設されており、その入射角は０°で
ある。前記照明系７は、光源１が配置され、前記光源１
を出射した光がコリメ−タ−レンズ２により平行光とな
る。このコリメ−タレンズ２による平行光となることに
より、光源１とスリット３は光学的に無限遠の位置関係
となる。したがって、前記光源１は、スリット３をケ−
ラ−照明する。なお、前記光学的にケ−ラ−照明するた
めには、光源１からコリメ−タレンズ２までの距離と、
コリメ−タレンズ２からスリット３までの距離とを当該
コリメ−タレンズ２の焦点距離と一致させればよい。投
影レンズ４はケ−ラ−照明されたスリット３の像を部品
１０に投影する。

【００２３】検出系２５は、前記投影された照明光はス
リット像５を形成し、部品１０の表面状態に応じて反
射、回折、散乱し、そのうち、回折光、散乱光を結像レ
ンズ２０に入射させ、入射光のみによる光切断像をＴＶ
カメラ２１の結像面に形成する。この光切断像はＴＶカ
メラ２１で光電変換され、画像となる。この画像は画像
処理部３０に入力され、例えばモニタ４０に示す光切断
像の場合には、各走査線毎に光切断像の中心位置を求め
る。この各走査線毎に求めた光切断像の中心位置は、光
切断像と光学的に共役な位置の照明系光軸方向の位置を
求めている。また、各走査線に付いて求めた光切断像の
中心位置を用いて回帰直線を求め、回帰直線の傾きが部
品１０の傾きを示すことになる。

【００２４】次ぎに、図２を参照して部品の傾き・高さ
を測定する原理について説明する。光源１により発光し
た光はコリメ−タレンズ２に入射し、スリット３をケ−
ラ−照明する。前記スリット３を透過した光は、投影レ
ンズ４によって部品１０上にスリット像を形成する。前
記部品１０上では、反射、回折、散乱した光のうち、回
折光、散乱光が結像レンズ２０に入射し、前記入射光
が、部品１０と共役な位置に結像する。この結像位置は
部品１０がΔＺだけ下降した場合、Ｍだけシフトする。

【００２５】前記シフト量Ｍは、照明系７の入射角を
β、検出系２５の検出角をγ、結像レンズ２０の倍率を
ｍ＝ｂ／ａとした場合、下記（１）式で表される。

【数１】 従って、光切断像５０の中心位置を求めることにより、
部品１０の高さを検出できる。また、部品１０の傾きは
光切断像５０の中心をスリット像５０の長手方向に複数
求め、これらの回帰直線を求めることにより検出でき
る。

【００２６】上記のように構成した傾き・高さ測定方法
及び傾き・高さ測定装置の機能を図３、４を用いて説明
する。まず、部品１０の測定面に対して垂直に照明する
ことによる機能を説明する。従来の図３に示す斜方照明
による誤差について説明をする。図３に示す如く、部品
１０に対してβの入射角で斜方照明し、γの検出角で光
学系を設定した場合、部品１０がΔｚ下降すると、前記
斜方照明光が部品１０で反射する位置が、検出系２５の
光軸方向で、Δｘだけシフトする。このシフト量Δｘは
下記（２）式で求められる。

【数２】

【００２７】前記シフト量Δｘがあると、検出系２５に
おいて、部品１０上に結像したスリット像５がデフォ−
カスする。前記スリット像５がデフォ−カスすると、光
切断像５０のコントラストが低下し、検出誤差を大きく
する要因となる。このデフォ−カス量の許容値として、
一般的に焦点深度ＤＯＦが用いられている。前記焦点深
度ＤＯＦは、照明光の波長をλ、結像レンズの開口数を
ＮＡとすると、下記の（３）式で求められる。

【数３】 従って、斜方照明光学系では、照明系７の入射角β、検
出系２５の検出角γ、部品１０の移動量Δｚに応じてデ
フォ−カス量が決定され、焦点深度よりもずれる場合が
生じることもある。このため、デフォ−カスに起因した
検出誤差が大きくなるおそれがある。

【００２８】次ぎに、図４を参照して、前記デフォ−カ
スに起因した検出誤差の低減について説明する。図４に
示すとおり、部品１０の測定面に対して照明系７の光軸
を垂直に設定、すなわち入射角０°及び検出系２５の光
軸を部品１０の測定面に対して垂直に設定をする。この
ように設定すれば、前記部品１０が変位しても、当該部
品１０上の反射位置は、検出系２５の光軸方向でのシフ
ト量Δｘ＝０となるので不変である。このため、デフォ
−カスに起因した検出誤差は起こらず、測定精度が向上
する。但し、入射角βが小になると、〔１〕式で示す分
母のＣｏｓβが大となり、分子のＳｉｎ（β＋γ）が小
となり、光学系の検出感度は低下する。前記入射角βが
０°になると、光学系の検出感度は０となる。

【００２９】さらに、図５、図６を用いて他の機能につ
いて説明する。図５に示すとおり、従来技術において、
部品１０に対してβの入射角で斜方照明し、γの検出角
で光学系を設定した場合、部品１０がΔｚだけ下降する
と、部品１０で斜方照明光が反射する位置は、試料１０
上の異なる位置となる。また、部品１０に段差Δｚ₁が
ある場合、部品１０がΔｚ₁量だけ移動したと同様であ
る。いま、部品１０がΔｚだけ下降し、かつΔｚ₁だけ
低い段差部で反射すると、検出像５０は、Ｍ₁だけ移動
する。結像レンズ２０の倍率をｍ＝ｂ／ａとすれば、こ
のＭ₁は下記の（４）式で求められる。

【数４】

【００３０】前記Ｍ₁は、部品１０の移動量Δｚと部品
１０の段差量Δｚ₁を合わせた移動量であるので、段差
量Δｚ₁が不明の場合は、部品１０の移動量を正確に求
めることができない。これに対して、図６に示す通り、
部品１０の測定面に対して照明系７の光軸を垂直、すな
わち入射角０°に設定し、検出系２５の光軸を部品１０
の測定面に対して垂直に設定をすれば、前記部品１０が
照明光軸と平行に変位しても当該部品１０上の反射位置
は不変であり、段差の有無に係わらず、部品１０の変位
量Δｚは正確に求めることができる。但し、前記部品１
０の変位Δｚによる光切断像５０のシフト量Ｍ₂は、Ｍ₂
＝Δｚ×ｍ×Ｓｉｎγで求まる値となる。上式におい
て、γ＝９０°とすると、Ｍ₂＝Δｚ×ｍ となる。す
なわち、検出角γが９０°の場合は、部品１０の変位量
Δｚと検出系２５の倍率ｍの積で得られる。

【００３１】次ぎに、図７を参照して画像処理部３０に
おける演算を説明する。図７は、画像処理部における部
品の高さ・傾きの演算フロ−チャ−トである。図７の演
算フロ−チャ−トに示す如く、Ｓ₁において、ＴＶカメ
ラ２１で撮像した光切断像１０を画像処理部３０に入力
する。この画像サイズは、５１２Ｐｉｘ×５１２Ｐｉｘ
としている。この画像において、スリット短手方向がＸ
座標であり、スリット長手方向がＹ座標である。

【００３２】次に、Ｓ₂において、フイルタリングが行
われる。すなわち、入力画像の後、入力画像のサンプリ
ング誤差を低減するため、平均値フィルタリング等の画
像平滑化処理がなされる。次に、Ｓ₃において、特異点
除去が行われる。すなわち、部品１０上に異物や傷があ
る場合、光切断像５０は不連続な像として検出されるた
め、これらの特異点、例えば特異なＹ方向の走査線を以
後の演算対象外とする処理が行われる。

【００３３】次に、Ｓ₄において、各Ｙ方向の走査線毎
に切り出した波形を用いて波形中心位置を求める。座標
Ｘの位置における波形の高さをＩｘとし、例えば、波形
中心位置が波形の重心位置であるとした場合、下記の
（５）式により得られる。

【数５】 上記で求めた波形中心位置をＸｃとし、全ての走査線に
ついてＸｃ₁〜Ｘｃ₅₁₂を求める。このそれぞのＸｃがそ
れぞれの走査線と光学的に共役な部品１０位置の高さを
表している。

【００３４】次に、Ｓ₅において、各走査線毎に求めた
それぞれの波形中心位置Ｘｃを用いて、回帰直線Ｙ＝ａ
Ｘ＋ｂを求める。この回帰直線を求める演算方法として
は、最小２乗法が一般的である。求めた回帰直線Ｙ＝ａ
Ｘ＋ｂのうち、傾きａは、部品１０の傾き、切辺ｂはＹ
座標０と共役な位置における部品１０の高さを示してい
る。以上の画像処理により、部品１０の傾き及び高さを
同時に得ることができる。

【００３５】〔実施の形態 ２〕次ぎに、図８を参照し
て本発明の他の一実施の形態について説明する。図８
は、本発明の他の一実施の形態に係る傾き・高さ測定方
法に用いられる検査装置の模式図であり、本実施の形態
は部品の組立て精度の測定装置を説明するものである。
図中、図１と同一符号は同等部分であるので説明を省略
する。新たな符号を説明する。１１は部品チャック、５
１は部品チャックの光切断像、αは部品１０と部品チャ
ック１１の傾きである。図８に示す構成は、図１の構成
と同一であるので簡単に説明し、特徴部分を中心に説明
する。

【００３６】図８に示すように、前記測定試料である部
品１０を部品チャック１１に取付ける。照明系７は、試
料１０の傾き及び高さ測定面に対して垂直に配置されて
おり、その入射角は０°である。光源１からコリメ−タ
レンズ２までの距離とコリメ−タレンズ２からスリット
３までの距離をコリメ−タレンズ２の焦点距離と一致さ
せると、光源１を出射した光はコリメ−タ−レンズ２に
より平行光となり、光源１とスリット３とは、光学的に
無限遠の関係となり、スリット３をケ−ラ−照明するよ
うになる。

【００３７】前記ケ−ラ−照明されたスリット３は、投
影レンズ４により、スリット像５を部品１０及び部品チ
ャック１１に形成する。前記スリット像５を形成する照
明光は、部品１０及び部品チャック１１の表面状態に応
じて反射、回折、散乱する。これらの反射光、回折光、
散乱光の内、結像レンズ２０に入射する光のみによる光
切断像をＴＶカメラ２１の結像面に形成する。結像した
光切断像はモニタ４０に示すとおり、部品の光切断像５
０と部品チャックの光切断像５１の二つが形成される。
これら二つの光切断像について、画像処理部３０でそれ
ぞれの傾きを求めることにより、部品１０と部品チャッ
ク１１の傾きαが求まる。同様に、２つの光切断像につ
いてそれぞれ高さを求め、両者の差を演算することによ
り、部品１０の厚さを求めることができる。

【００３８】〔実施の形態 ３〕次ぎに、本発明のさら
に他の発明の実施の形態を図９を参照して説明する。図
９は、本発明のさらに他の発明の実施の形態に係る傾き
・高さ測定方法に用いられる検査装置の模式図である。
部品の傾きを同時に二方向求める発明の実施の形態を示
すものである。図９に示す構成は、図１の構成と同一で
あるので共通部分については簡単に説明し、特徴部分を
中心に説明する。図中、図１と同一符号は同等部分であ
るので、説明を省略する。新たな符号のみを説明する。
６０は市松状の明暗パタ−ン、６１はコリメ−タレン
ズ、６２は投影レンズ、６５は市松状明暗パタ−ンの
像、ｘ−ｙは試料である部品の表面を含む平面、α
₁は、ｘ−ｙ平面と図面とのなす角、α₂は、ｘ−ｙ平面
と図面に直交する水平な面とのなす角である。

【００３９】まず、照明系７の光源１を出射した光は、
コリメ−タレンズ２により市松状の明暗パタ−ン６０を
ケ−ラ−照明する。明暗パタ−ン６０は、コリメ−タレ
ンズ６１、投影レンズ６２を介して、部品１０上に市松
状明暗パタ−ンの像６５として投影される。この投影光
学系をテレセントリック光学系とにする。このように、
テレセントリック光学系に設定することにより、部品１
０が照明系７の光軸方向に移動しても前記市松状明暗パ
タ−ンの像６５の中心は不変である。

【００４０】前記部品１０上に投影された市松状明暗パ
タ−ン像６５のうち、明部を形成する照明光は、部品１
０上で回折、散乱し、検出系２５の結像レンズ２０に入
射する。ここで、検出系２５の検出角γはγ＜９０°に
設定する。この検出系２５により、ＴＶカメラ２１上の
撮像面で形成される明暗パタ−ン像５５は、部品１０の
３次元形状を表している。この３次元形状を表す画像を
画像処理部３０に取り込み、前記明暗パタ−ン像５５の
中心位置の間隔を演算することにより、部品１０のα₁
及びα₂方向の傾きを検出することができる。

【００４１】次ぎに、図１０を参照して、前記α₁及び
α₂方向の傾きを検出する原理について説明する。図１
０は、図９の検査装置における検出原理の説明図であ
る。例えば、市松状明暗パタ−ン６０の間隔が一様であ
るとすると、前記撮像面の明暗パタ−ン像５５の内、明
暗どちらかのパタ−ン中心を５５ａとする。それぞれの
パタ−ン中心位置５５ａのｘ方向間隔をｌ₁、ｌ₂、
ｌ₃、ｌ₄、ｌ₅とし、ｙ方向間隔をｍ₁、ｍ₂、ｍ₃、
ｍ₄、ｍ₅とすれば、部品１０の測定面が平滑面であれ
ば、ｌ₁＝ｌ₂＝ｌ₃＝ｌ₄＝ｌ₅＝ｌ、ｍ₁＝ｍ₂＝ｍ₃＝ｍ
₄＝ｍ₅＝ｍ、のような関係となる。いま、α₁及びα₂方
向の傾きが共に０°である場合、パタ−ン中心５５ａの
間隔をｌ，ｍとした場合、このときのα₁及びα₂方向の
部品１０の傾きは、それぞれ下記の（６）、（７）式で
得ることができる。

【数６】

【数７】

【００４２】〔実施の形態 ４〕次ぎに、本発明のさら
に他の一実施の形態を図１１を参照して説明する。図１
１は、本発明のさらに他の一実施の形態に係る傾き・高
さ測定方法に用いられる検査装置の模式図である。図１
１は、部品１０上に投影する明暗パタ−ンとして、ライ
ンアンドスペ−ス状に明暗パタ−ンを配置した場合につ
いて説明する。図中、図１と同一符号は、同等部分であ
るので、再度の説明を省略し、新たな符号のみ説明す
る。３ａはラインアンドスペ−ス状の明暗パタ−ン、５
０ａ，５０ｂ，５０ｃは光切断像である。

【００４３】ケ−ラ−照明されたラインアンドスペ−ス
状の明暗パタ−ン３ａは、明部が開口部、暗部が遮光部
となっている。前記明暗パタ−ン３ａを部品１０に投影
し、検出系２５で光切断像を検出する。図１１に示され
る如く、明暗パタ−ン３ａはその開口部が三本あると、
検出された光切断像も三本、５０ａ、５０ｂ、５０ｃが
得られる。それぞれの傾きを検出することにより、上記
〔発明の実施の形態 ３〕に示す如く、部品１０の二方
向の傾きを検出することが可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上詳細に説明した如く、本発明に係る
傾き・高さ測定方法とそれを用いた検査装置の構成によ
れば、干渉性の低いインコヒ−レント光を照明光に用い
るので、部品の凹凸によるスペックル干渉が起こらず、
光切断像の非対称化防止の効果がある。さらに、部品の
形状測定面に対して、垂直にスリット光を照射させるこ
とにより、当該部品が照明光軸方向に前後して変位して
も、部品上の照明光反射位置がシフトせず、同じ位置と
なる効果がある。また、部品上の照明光反射位置が同じ
位置となるため、前記部品に段差があっても、スリット
光が段差部に照明されたり、されなかったりすることが
起こらず、部品の位置決め誤差があっても高さ検出結果
に部品段差の影響を防止し、部品表面に段差部が不規則
にある場合でも、正確に傾きを求めることができる効果
がある。また、照明系の光軸に対して、垂直に検出系の
光軸を配置することにより、部品が前後して変位して
も、部品上の照明光反射位置が検出系の焦点深度方向に
は不変であり、撮像した光切断像のデフォ−カスさせな
い効果がある。また、デフォ−カスしないため、検出系
で検出した光切断像は、試料の位置決め誤差に係わら
ず、常に高コントラストの像が得られ、傾き、高さ測定
精度を安定させる効果がある。また、検出像より試料形
状の演算について、像の光量及び像の大きさが特異なデ
−タを演算対称から除去するすることにより、部品上の
異物や傷に起因する誤差を除き、傾き、高さ測定精度を
安定させる効果がある。以上により、部品の傾き及び高
さ測定精度が向上し、部品の加工及び組立て工程等の傾
き、高さ検査の信頼性を向上できると共に、製品の歩留
まりを向上させる傾き・高さ測定方法とそれを用いた検
査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る試料の傾き・高さ
検査装置の模式図である。

【図２】本発明の一実施の形態に係る傾き・高さ測定方
法の模式図である。

【図３】斜方照明に基づくデフォカスの模式図である。

【図４】図３のデフォカスに対する垂直照明による低減
模式図である。

【図５】段差に基づく位置検出誤差の模式図である。

【図６】図５の位置検出誤差に対する垂直照明による低
減模式図である。

【図７】画像処理部における部品の高さ・傾きの演算フ
ロ−チャ−トである。

【図８】本発明の他の一実施の形態に係る傾き・高さ測
定方法に用いられる検査装置の模式図である。

【図９】本発明のさらに他の一実施の形態に係る傾き・
高さ測定方法に用いられる検査装置の模式図である。

【図１０】図９の検査装置における検出原理の説明図で
ある。

【図１１】本発明のさらに他の一実施の形態に係る傾き
・高さ測定方法に用いられる検査装置の模式図である。

【符号の説明】

１…光源、２…コリメ−タレンズ、３…スリット、３ａ
はラインアンドスペ−ス状の明暗パタ−ン、４…投影レ
ンズ、５…スリット投影像、７…照明系、１０…部品、
１１…部品チャック、２０…結像レンズ、２１…ＴＶカ
メラ、２５…検出系、３０…画像処理部、４０…モニ
タ、５０、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ…光切断像、５１…
部品チャックの光切断像、６０は市松状の明暗パタ−
ン、６１はコリメ−タレンズ、６２は投影レンズ、６５
…市松状明暗パタ−ンの像、ｄ…部品１０の厚さ、ｘ−
ｙ…試料である部品の表面を含む平面、α₁…ｘ−ｙ平
面と図面とのなす角、α₂…ｘ−ｙ平面と図面に直交す
る水平な面とのなす角、β…入射角、γ…反射角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 窪田 仁志 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 福島 宏一 茨城県ひたちなか市稲田1410番地 株式会 社日立製作所パーソナルメディア機器事業 部内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部品の傾き・高さ測定方法において、 インコヒ−レント光で形成したスリット像の照明光を、
   部品表面に垂直投影させ、結像手段により前記照明光の
   前記部品表面上からの回折光および散乱光を結像させ、
   光電変換手段により前記結像を光電変換させ、演算手段
   により前記光電変換信号から前記部品の傾き・高さを演
   算することを特徴とする部品の傾き・高さ測定方法。
2. 【請求項２】 部品の傾き・高さ測定方法において、 インコヒ−レント光で形成したスリット像の照明光を、
   部品表面および部品取付基準面に垂直投影させ、結像手
   段により前記照明光の前記部品表面上および部品取付基
   準面上からの回折光および散乱光を結像させ、光電変換
   手段により前記結像を光電変換させ、演算手段により前
   記光電変換信号から前記部品及び前記部品取付基準面上
   の傾き・高さを演算することを特徴とする部品の傾き・
   高さ測定方法。
3. 【請求項３】 請求項１、２記載のいずれかの部品の傾
   き・高さ測定方法において、 前記照明光として、インコヒ−レント光で形成した明暗
   パタ−ン像を用いることを特徴とする部品の傾き・高さ
   測定方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の部品の傾き・高さの測定
   方法において、 前記明暗パタ−ン像として、インコヒ−レント光で形成
   した市松模様状に配置したパタ−ンを用いることを特徴
   とする部品の傾き測定方法。
5. 【請求項５】 請求項３記載の部品の傾き・高さの測定
   方法において、 前記明暗パタ−ン像として、ラインアンドスペ−ス状の
   パタ−ンを用いることを特徴とする部品の傾き測定方
   法。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４、５記載のいずれ
   かの部品の傾き・高さ測定方法において、 前記結像の光量及び前記結像の大きさが特異な点のデ−
   タを、前記演算手段の演算対称から除去することを特徴
   とする部品の傾き・高さ測定方法。
7. 【請求項７】 部品の傾き・高さ検査装置において、 部品の測定面に対して、インコヒ−レント光で形成した
   スリット像を垂直に投影する照明手段と、前記投影され
   たスリット像が部品面上で回折及び散乱した光を結像さ
   せる結像手段と、前記結像を光電変換させる光電変換手
   段と、前記光電変換信号より部品の傾き・高さを演算す
   る演算手段とを具備したことを特徴とする部品の傾き・
   高さ検査装置。
8. 【請求項８】 部品の傾き・高さ検査装置において、 部品表面及びに部品取付基準面に対して、インコヒ−レ
   ント光で形成したスリット像を垂直投影する照明手段
   と、前記投影されたスリット像が部品表面上及び前記部
   品取付基準面上で回折並びに散乱した光を結像させる結
   像手段と、前記結像を光電変換させる光電変換手段と、
   前記光電変換信号より前記部品及び前記部品取付基準面
   上の傾き・高さを演算する演算手段とを具備したことを
   特徴とする部品の傾き・高さ測定装置。
9. 【請求項９】 請求項７、８記載のいずれかの部品の傾
   き・高さ測定装置において、 前記スリット像として、明暗パタ−ン像を用いることを
   特徴とする部品の傾き・高さ測定装置。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の部品の傾き・高さの測
    定装置において、 前記明暗パタ−ン像に、市松模様状に配置したパタ−ン
    を用いることを特徴とする部品の傾き測定装置。
11. 【請求項１１】 請求項９記載の部品の傾き・高さの測
    定装置において、 前記明暗パタ−ン像に、ラインアンドスペ−ス状のパタ
    −ンを用いることを特徴とする部品の傾き測定装置。
12. 【請求項１２】 請求項７、８、９、１０、１１記載の
    いずれかの部品の傾き・高さ測定装置において、 前記演算手段は、前記結像の光量及び前記結像の大きさ
    が特異な点のデ−タを、演算対称から除去することを特
    徴とする部品の傾き・高さ測定装置。