JPH1038538A - 物体形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物体の複数方向面の形状測定を行う場合に、
各面のデータ間での相対的な位置関係が把握されず、ま
た測定時間がかかる。 【解決手段】 それぞれ垂直下向き、垂直上向きを測定
方向とする光学式測定ヘッドである上部測定ヘッド６
０、下部測定ヘッド６２をそれぞれ装置上部、下部に互
いに正対させて配置する。これらの間に位置するＸＹス
テージ５４に載置した被測定物５８の表側面と裏側面そ
れぞれを、被測定物５８を裏返すことなく、これら測定
ヘッド６０、６２とで同時に形状測定する。測定領域の
変更はＸＹステージ５４による被測定物５８の移動によ
り行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被測定物の画像か
ら被測定物の形状及び寸法などを測定する物体形状測定
装置に関し、複数方向からの測定や複数項目の測定にお
ける整合性の改善及び測定時間短縮に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より用いられている光学式測定ヘッ
ドを有した物体形状測定装置には、被測定物の画像を処
理して被測定物の表面形状を測定するものがあった。こ
の装置は、照明光を被測定物の表側又は裏側から照射
し、その物体の反射光像又は透過光像を測定ヘッドに搭
載したＣＣＤカメラで撮影する。このＣＣＤカメラの出
力画像を画像処理して物体表面の段差等に起因するパタ
ーンやその寸法を測定する。

【０００３】図８は、従来の物体形状測定装置の側面図
である。この装置は、支持台２の上にＸＹステージ４を
備えている。これら支持台２、ＸＹステージ４は中央部
に開口を有する。装置下部に配置された照明器６からの
光は支持台２、ＸＹステージ４の開口を通過し、装置上
部に配置された光学式の測定ヘッド８に到達する。一
方、測定ヘッド８も照明手段を有している。

【０００４】被測定物１０はＸＹステージ４の開口部上
に載置される。照明器６は例えば、被測定物１０の厚み
が薄い場合やスルーホールの形状を測定する場合に使用
され、ＣＣＤカメラはそれによる透過画像を撮像する。
一方、測定ヘッド８の照明手段を用いた場合には、被測
定物１０表面の段差により生じる陰影や反射率の違いに
より生じるパターンがＣＣＤカメラにより撮像される。
ＸＹステージ４は水平面方向に移動させることができ、
これにより、被測定物１０の広範な領域を測定すること
ができる。被測定物１０は例えば、プリント基板や樹脂
成型品などである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の測定ヘッドは、
ＸＹステージ４の垂直上方に配置され、一方向からの測
定のみ、すなわちＸＹステージ４に載置された被測定物
１０の上面のみの測定を行っていた。そのため、両面プ
リント基板など被測定物の上面と底面との両面を測定す
る場合、被測定物を裏返して表裏を別々に測定しなけれ
ばならなかった。また、上記装置の光学式測定ヘッドで
も段差の高さを測定することはできるが、より精度良く
高さ測定を行うためには、レーザ変位計など他方式の測
定ヘッドを備えた形状測定装置を用いて別途測定を行わ
なければならなかった。このように、従来の物体形状測
定装置では、複数の面や複数の測定項目を別々に測定す
るため、測定に要する時間が長くなるという問題や、別
々の測定による各測定データの対応関係を精度良く定め
ることができないという問題があった。例えば、同一の
装置を用いて表側と裏側との測定を行う場合であって
も、被測定物１０を裏返すとそのＸＹステージ４上での
位置がずれ、表側表面形状と裏側表面形状との間の相対
的位置関係が正確には把握されないといった問題があっ
た。

【０００６】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、複数方向からの測定や複数項目の測定にお
ける測定データ間の整合性が向上し、また測定時間が短
縮される物体形状測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る物体形状測
定装置においては、光学式測定ヘッドが複数設けられ、
被測定物の形状を複数の測定方向から同時に測定するこ
とを特徴とする。また本発明の好適な態様においては、
前記複数の光学式測定ヘッドに含まれる第１、第２の光
学式測定ヘッドはそれらの前記測定方向が互いに逆向き
であることを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、被測定物の複数の測定方
向、例えば表側と裏側から見た形状が短時間に測定され
る。また、その際、被測定物を例えば裏返すといった被
測定面を光学式測定ヘッドに向けて配置し直す動作が不
要となるので、装置に対する被測定物の位置合わせによ
るずれが各測定方向間で変動せず、各測定方向の測定デ
ータの相対的位置関係が精度良く定まる、すなわち、測
定データ間の整合性が向上する。

【０００９】本発明の好適な態様においては、さらに、
前記第１と第２の各光学式測定ヘッドをそれらの前記測
定方向に垂直な面方向に互いに独立に移動させるヘッド
移動手段と、前記第１と第２の各光学式測定ヘッドを互
いに独立に移動させて前記被測定物の両側を走査し測定
するモードと前記第１と第２の両光学式測定ヘッドをそ
れらの前記垂直な面方向における測定位置を一致させな
がら移動させて前記被測定物の両側を走査し測定するモ
ードとのいずれかのモードに応じて前記ヘッド移動手段
を制御する移動制御手段と、を有することを特徴とす
る。

【００１０】本装置によれば、被測定物は例えばホルダ
ーに固定されて移動せず、その被測定物の正反両面を測
定するように配置された第１、第２の光学式測定ヘッド
がそれぞれ移動できる。よって、これら両測定ヘッドを
制御して、正反両面間での連携をとらずに測定する動作
モードと、正反両面間で前記面方向における測定位置を
一致させながら、すなわち連携をとりながら測定する動
作モードとが提供される。これらの動作モードのうち前
者によれば、正反両面で測定対象領域の前記面方向の位
置が異なる場合における測定を並列に実行することがで
き、測定時間が短縮される。また後者によれば、両面の
測定データ間に前記整合性を有した測定が行われる。

【００１１】本発明の好適な態様は、前記垂直な面方向
での前記第１の光学式測定ヘッドと前記第２の光学式測
定ヘッドとの相対位置を検出するヘッド相対位置検知手
段をさらに有することを特徴とする。また前記第１と第
２の光学式測定ヘッドが、それぞれフォーカスする光を
照射する照明器と前記光が前記被測定物の表面にフォー
カスしたことを検出するセンサとを含む態様において、
前記ヘッド相対位置検出手段は、前記第１の前記光学式
測定ヘッドの前記照射器に設けられた、目合わせパター
ンを投影する手段と、前記第２の前記光学式測定ヘッド
の前記センサにて前記目合わせパターンの光学像を検知
する手段とを備え、前記光学像の位置から前記第１の光
学式測定ヘッドと前記第２の光学式測定ヘッドとの相対
位置を求め出力することを特徴とする。

【００１２】本装置によれば、第１、第２の光学式測定
ヘッドが互いに独立に移動可能であるために生じる両測
定ヘッド間の相対位置関係の変動が、ヘッド相対位置検
知手段によって検出され、検出された相対位置に基づい
て正反両面の測定データ間の前記面方向の位置の補正を
行うことができ、測定データ間の前記整合性が向上す
る。

【００１３】本発明の好適な態様は、前記第１と第２の
各光学式測定ヘッドのそれぞれの前記測定方向に垂直な
面方向に前記被測定物を移動させる被測定物移動手段を
有し、前記第１と第２の各光学式測定ヘッドは互いに正
対して固定され、前記被測定物を前記被測定物移動手段
により前記垂直な面方向に移動させることにより前記被
測定物の両側を走査し測定することを特徴とする。

【００１４】本装置によれば、被測定物の正反両面を測
定するように配置された第１、第２の光学式測定ヘッド
は、前記面方向に関しては固定であり、被測定物の走査
は、被測定物を例えばＸＹステージのような被測定物移
動手段によって移動させることにより行う。よって、両
測定ヘッドの前記面方向に関する相対位置関係は変化し
ないので、常に両面の測定データ間の前記整合性が確保
される。

【００１５】本発明の好適な態様によれば、前記第１の
光学式測定ヘッドが被測定物を落射照明する照射器を含
み、この照射器が前記第２の光学式測定ヘッドによる測
定において透過照明として用いられることを特徴とす
る。本装置によれば、測定に利用できる照明の種類が増
える。複数種類の照明、例えば、落射照明、透過照明、
斜方照明を備えることにより、例えば形状の境界が明瞭
な画像を形成する照明を選択して、形状測定の精度を向
上させることができる。

【００１６】本発明に係る物体形状測定装置は、光学式
測定ヘッドと同一の前記測定方向から被測定物の表面情
報を測定する他方式の測定ヘッドを有し、これら光学式
測定ヘッドと他方式の測定ヘッドとを相補的に用いて前
記被測定物の表面を測定することを特徴とする。

【００１７】本発明によれば、光学式測定ヘッドでは測
定できない、又は精度が得られない測定項目に関して、
その測定項目を得意とする他方式の測定ヘッドを用い
て、光学式測定ヘッドと同一の測定方向から同時に測定
を行う。これにより、複数測定項目が短時間に測定され
る。また、その際、被測定物を例えば他方式の測定ヘッ
ドを備えた他の測定装置に移し変える動作が不要となる
ので、装置に対する被測定物の位置合わせによるずれが
各測定項目間で生じず、各測定項目の測定データの相対
的位置関係が精度良く定まる、すなわち、測定データ間
の整合性が向上する。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の好適な実施形態に
ついて図面を参照して説明する。

【００１９】［実施形態１］図１は、両面プリント基板
の形状測定に用いる本発明を実施した物体形状測定装置
の機械本体部の側面図である。この装置は、被測定物を
測定し画像等の測定データを出力する図１に示した機械
本体部の他、例えば小型コンピュータ等で構成され画像
処理などの測定データの処理や測定条件の指示などを行
うデータ処理部（図示せず）と機械本体部の動作を制御
する回路であるコントローラ部（図示せず）とを含んで
構成される。

【００２０】機械本体部は、支持台５２の上にＸＹステ
ージ５４を備えている。これら支持台５２、ＸＹステー
ジ５４は中央部に開口５６を有する。このＸＹステージ
５４の開口５６上に被測定物である両面プリント基板５
８が載置される。

【００２１】本装置は、上部測定ヘッド６０と下部測定
ヘッド６２との２つの光学式測定ヘッドを有している。
上部測定ヘッド６０は支柱６４からのアーム６６によっ
て上下可能に、装置上部に配置され、一方、下部測定ヘ
ッド６２は装置下部に上下可能に配置される。上部測定
ヘッド６０の測定方向は垂直下向きであり、測定口６０
Ａから両面プリント基板５８の表側面に形成された配線
パターン等の形状を撮像する。下部測定ヘッド６２の測
定方向は上部測定ヘッド６０の測定方向とは逆向きの垂
直上向きである。下部測定ヘッド６２は支持台５２、Ｘ
Ｙステージ５４の開口５６を介し測定口６２Ａから両面
プリント基板５８の裏側面の配線パターン等を撮像す
る。

【００２２】両測定ヘッド６０、６２は正対するように
配置され、両測定ヘッドのそれぞれの測定位置の水平座
標は一致している。すなわち、下部測定ヘッド６２は、
上部測定ヘッド６０が測定している位置の丁度裏側を同
時に測定する。現実には両測定ヘッドの各測定位置の水
平座標間には微妙な差異が存在することも考えられる
が、そのような差異は、表裏それぞれの同一の水平位置
に目合わせパターンを有するような基準測定物を測定す
ることによって把握される。この把握された差異は、測
定ヘッドから出力された画像を処理する段階で補正され
る。よって、本装置では、２つの測定ヘッドにより両面
プリント基板の表側面と裏側面との形状が同時に測定さ
れ、しかもそれらの水平座標が整合しているので、両面
の形状の相互関係を正確に測定することができる。

【００２３】両測定ヘッド６０、６２はそれぞれ、例え
ばＣＣＤカメラなどの撮像手段と被測定物を照らす照明
手段とを含んだ測定光学系を備えている。照明手段とし
て例えば、測定口６０Ａ、６２Ａの外周に配置され斜方
照明を行えるリング照明光源や、ＣＣＤカメラのレンズ
系から射出される垂直落射照明光源が設けられる。これ
ら光源には、例えばハロゲンランプなどが用いられる。
両測定ヘッドは水平方向に関しては固定されているが、
垂直方向には可動に構成されてこれにより被測定物表面
へのフォーカスを行うことができる。

【００２４】次に本装置の動作を説明する。各測定ヘッ
ド６０、６２の照明手段が両面プリント基板５８の表面
を照明し、その反射光像を各ＣＣＤカメラにて撮像す
る。基板の撮像目標位置は、データ処理部からコントロ
ーラ部に指示される。コントローラ部はＸＹステージ５
４の駆動系を制御して、ＸＹステージ５４を水平方向
（すなわちＸ方向、又はＹ方向）に移動させ、両面プリ
ント基板５８の所望の箇所をＣＣＤカメラの撮像範囲に
持っていく。なお、本装置はコントローラ部にジョイス
ティックボックスを接続可能であり、データ処理部に代
えて、測定者のジョイスティック操作によりＸＹステー
ジ５４を動かすこともできる。

【００２５】ＣＣＤカメラは、基板表面の段差により生
じる陰影や材質に応じた反射率の違いにより生じるパタ
ーンを含んだ画像を出力する。データ処理部は、まずこ
の画像における明暗のコントラストからＣＣＤカメラの
フォーカスが基板表面に合っているかどうかを検出し、
合っていない場合には測定光学系を垂直に変動させて基
板表面にフォーカスさせる。次にデータ処理部はフォー
カスした画像を処理して段差のエッジなどの形状を抽出
する。形状の寸法は、撮像倍率に基づいて求められる。
また、測定光学系の垂直方向の変動量から段差の高さ
を、例えばミクロンオーダーで測定することができる。

【００２６】また、本装置では、一方の測定ヘッドの照
明手段を他方の測定ヘッドに対する透過照明光源として
用いることができる。透過照明で測定すれば、例えば、
プリント基板のスルーホールの透過光像は反射光像より
コントラストが良好であるので、より精度の良いスルー
ホール形状、位置等の測定が可能となる。

【００２７】上述したように、本装置では、両面プリン
ト基板の両面の形状を同時に測定することができる。本
装置では、被測定物を裏返すという動作が不要であるこ
とを考慮すると、片面ずつ測定する従来装置に比べて測
定時間が半分以下となる。また、被測定物を裏返すと、
その前後での被測定物のＸＹステージ５４内での位置の
ずれが、本装置自体の精度に比べて非常に大きくなる、
つまり水平方向の位置関係がミクロンオーダーにおいて
は不明となるのに対し、本装置では被測定物を裏返すこ
となく両面を同時に測定するので、これら測定された両
面の形状の水平方向での相対的位置関係が明確であり、
表側と裏側とで整合した表面形状測定が実現される。

【００２８】なお、本装置では、上部、下部の測定ヘッ
ドを共に光学式測定ヘッドとしたが、例えば一方を、レ
ーザ変位計など他方式の測定ヘッドとしてもよい。

【００２９】［実施形態２］図２は、本発明を実施した
物体形状測定装置の機械本体部の側面図である。図にお
いて実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付し
て説明を省略する。この装置は、実施形態１と同様、機
械本体部の他、データ処理部（図示せず）とコントロー
ラ部（図示せず）とを含んで構成される。本装置が実施
形態１の装置と異なる点は、側面測定ヘッド７０を備え
ている点である。側面測定ヘッド７０は測定口７０Ａか
ら水平の測定方向を撮像する。この側面測定ヘッド７０
を備えたことにより、被測定物７２の上面、底面に加え
て一方向から見た側面も同時に測定でき、多方向の測定
が迅速に行われる。なお、測定ヘッドをさらに設けて、
より多方向の測定を同時に行う装置も可能である。

【００３０】［実施形態３］図３は、本発明を実施した
物体形状測定装置の機械本体部の側面図である。この装
置は、実施形態１と同様、機械本体部の他、データ処理
部（図示せず）とコントローラ部（図示せず）とを含ん
で構成される。

【００３１】機械本体部は下部筺体９０上に設置された
支持台９２を有し、この支持台９２は中央に開口９４を
有し、この開口９４上に被測定物９６が載置される。本
装置は、上部測定ヘッド９８と下部測定ヘッド１００と
の２つの光学式測定ヘッドを有している。これら各光学
式測定ヘッドはその内部構成を実施形態１の両測定ヘッ
ド６０、６２と同じくするが、それぞれ水平面方向に互
いに独立に移動可能に配置されている点で上記実施形態
と異なる。図４は、上部測定ヘッド９８の移動手段の一
例を示す模式的な斜視図である。２つの支柱１０２は下
部筺体９０の両端に設けられたボールねじ１０４を介し
て摺動可能に取り付けられ、ボールねじ１０４をモータ
によって回転させることによってＸ軸方向に移動させら
れる。両支柱１０２の間にはＹ軸方向のボールねじ１０
６が渡される。上部測定ヘッド９８はボールねじ１０６
を介して図示しない摺動面に対して摺動可能に取り付け
られ、モータによってボールねじ１０６を回転させるこ
とによって、Ｙ軸方向に移動させられる。このような移
動手段により上部測定ヘッド９８は水平面方向に自在に
移動可能である。一方、下部測定ヘッド１００は下部筺
体９０に設けられたＸＹステージ１１０上に配置され、
これによりＸ方向、Ｙ方向に自在に移動可能である。な
お、移動手段は他の機構を用いたものであってもよい。

【００３２】上部測定ヘッド９８、下部測定ヘッド１０
０は上記実施形態同様、それぞれ垂直下向き、垂直上向
きの測定方向を有するが、両測定ヘッド９８、１００は
互いに独立に移動可能であるので、必ずしもそれぞれの
測定口９８Ａ、１００Ａは正対するとは限らない。な
お、下部測定ヘッド１００は開口９４を介して被測定物
９６を測定する。両測定ヘッドの移動手段を制御するた
め、コントロール部とデータ処理部とが移動制御手段を
提供する。各測定ヘッドの移動目標位置情報はデータ処
理部からコントロール部に渡され、コントロール部が各
測定ヘッドの移動手段を制御する。

【００３３】移動制御手段は動作モードとして、両測定
ヘッドを互いに独立に移動させる非連動モードと、両測
定ヘッドの測定位置の水平面内での位置を一致させなが
ら移動させる連動モードとを有する。連動モードによれ
ば、上記実施形態の装置と同様、被測定物の表側と裏側
とで水平面方向の整合性を保ちつつ測定が行われる。一
方、非連動モードを用いれば、測定を行いたい領域の水
平面方向の位置が被測定物の表側と裏側とで異なってい
る場合に、それらを並列に測定することができ、上記実
施形態のような装置、又は上記連動モードを用いる場合
に比べて測定時間が短縮される。

【００３４】本装置では、両測定ヘッド９８、１００が
独立に移動可能な構成であるので、両測定ヘッドの水平
面方向の相対位置関係が、例えば上下ヘッドの組付誤差
などによって変動する可能性がある。すなわち、移動制
御手段上では上部測定ヘッド９８と下部測定ヘッド１０
０とが水平面内での同一の座標に移動されても、実際に
はそれらの水平面内での位置はずれている可能性があ
る。その量はわずかなものであるが、本装置のように被
測定物の両面の形状の相関関係を精度良く測定すること
を目的とする場合には、性能劣化の原因となる。そこ
で、本装置では、測定ヘッドの相対位置を検知するヘッ
ド相対位置検出手段を設け、検出された相対位置に基づ
いて移動制御手段の制御誤差を補正する。

【００３５】図５は、ヘッド相対位置検知手段の一例の
原理を示す模式図である。各測定ヘッド９８、１００は
それぞれ、撮像手段としてＣＣＤカメラ１３０、垂直落
射照明光源としてハロゲンランプ１３２とを備えてい
る。垂直落射照明の光軸と撮像される反射光の光軸とは
各測定ヘッドの外では同一線上にあるが、これら２つの
光軸は測定ヘッド内でハーフミラー１３４を用いて分離
される。すなわち、ハロゲンランプ１３２から放射され
た光線の一部がハーフミラー１３４で直角方向に曲げら
れ、被測定物に鉛直に向かう。この光線と同一線上であ
ってハーフミラー１３４の背後にＣＣＤカメラ１３０は
配置され、被測定物からの反射光のうちハーフミラー１
３４で反射されずに直進する成分を受光する。

【００３６】ヘッド相対位置検出手段を構成するため、
上記測定ヘッドの構成において、一方の測定ヘッド（本
装置では下部測定ヘッド１００）に透過形液晶パネルで
構成された目合わせパターン用のマスク１４０が配置さ
れている。マスク１４０は下部測定ヘッド１００のハロ
ゲンランプ１３２とハーフミラー１３４との間に配置さ
れ、測定ヘッドの相対位置を測定する場合に、電圧信号
を印加されて図６に示すような目合わせパターンを生成
する。この目合わせパターンは平面を直交する２つの直
線で４つの領域に分割したものである。これら２つの直
線、ひいては目合わせパターンの中心となるこれら２直
線の交点を画像処理で容易に処理できるように、４つの
領域の明暗は交互に定義されている。目合わせパターン
は画像処理により中心が容易に見出せるものであれば他
のパターンでもよい。

【００３７】ハロゲンランプ１３２からの照明光はレン
ズ１４２によってマスク１４０の位置にフォーカスさ
れ、レンズ１４４、１４６は測定ヘッド１００の測定方
向線上に、マスク１４０の透過光による光像１４８を形
成する。下部測定ヘッド１００のＣＣＤカメラ１３０に
対する目合わせパターンの位置は、物体に投影された光
像１４８を撮像することによりあらかじめ決定されてい
る。

【００３８】上下の測定ヘッドの水平面内での相対位置
の測定は、上下の測定ヘッド間を光が透過しうる状態
で、両測定ヘッドの測定口が移動制御手段によって正対
させられて行われる。すなわち、両測定ヘッドの水平面
内の座標は移動制御手段上は同一である。この状態で、
上部測定ヘッド９８は上下に移動し、その撮像フォーカ
ス位置を上下に移動させてマスク１４０の光像１４８を
検出する。データ処理部では、上部測定ヘッド９８のＣ
ＣＤカメラ１３０から出力された画像における目合わせ
パターンの中心位置を求め、これと予め求められている
下部測定ヘッド１００での中心位置との差異を両測定ヘ
ッドの相対位置として求める相対位置演算処理を行う。

【００３９】各測定ヘッドにて得られた被測定物の表
側、裏側それぞれの形状の測定データの水平座標を、上
記相対位置を用いて補正することにより、両側の形状の
水平面方向の整合性を得ることができる。両測定ヘッド
の相対位置の測定は、例えば、上記連動モードによる測
定の開始時や終了時に支持台９２の開口９４に被測定物
９６を載置しない状態にて行ったり、支持台９２に被測
定物９６載置用の開口９４とは別に相対位置測定用の開
口を設け、これを用いて形状測定の途中にて適宜行うこ
とができるようにしてもよい。上述したヘッド相対位置
検出手段によれば、測定者に支持台９２上に目合わせ用
の基準測定物を置いたりする手間を煩わせる必要がない
ので、相対位置の測定を自動化することができる。

【００４０】［実施形態４］図７は、本発明を実施した
物体形状測定装置の機械本体部の側面図である。この装
置は、上記実施形態と同様、機械本体部の他、データ処
理部（図示せず）とコントローラ部（図示せず）とを含
んで構成される。

【００４１】機械本体部は、支持台１５２の上にＸＹス
テージ１５４を備えている。これら支持台１５２、ＸＹ
ステージ１５４は中央部に開口１５６を有する。このＸ
Ｙステージ１５４の開口１５６上に被測定物１５８が載
置される。

【００４２】本装置は、上部測定ヘッドを２つ有する。
第１の上部測定ヘッドは光学式測定ヘッド１６０であ
る。また第２の上部測定ヘッドはレーザ変位計１６２で
ある。装置下部には、光学式測定ヘッド１６０による測
定に用いる透過照明光源１６４が配置される。光学式測
定ヘッド１６０は支柱１６６からのアーム１６８によっ
て、透過照明光源１６４に正対して装置上部に配置さ
れ、一方、レーザ変位計１６２はアーム１６８によっ
て、光学式測定ヘッド１６０と透過照明光源１６４との
光軸１７０の脇に支持される。

【００４３】レーザ変位計１６２は測定口１６２Ａから
水平方向に射出したレーザを、光軸１７０上に配置され
たハーフミラー１７２にて垂直下方に反射する。そして
被測定物１５８で反射されたレーザ光はハーフミラー１
７２にて反射されてレーザ変位計１６２に入射する。例
えばレーザ光を垂直方向からわずかに傾けて被測定物１
５８に入射させると、レーザ変位計１６２における被測
定物１５８からのレーザ光の反射像の位置と射出位置と
のずれはレーザ光の光路長に比例する。このずれをＣＣ
Ｄラインセンサ上での受光位置から検知して被測定物１
５８上の反射点の垂直位置を測定することができる。そ
の他、射出されたレーザ光と反射により測定口１６２Ａ
に戻ったレーザ光との位相差の変化を検出して、被測定
物１５８の反射点の垂直方向変位を検知するようなレー
ザ変位計も考えられる。レーザ変位計１６２は高さ測定
を光学式測定ヘッド１６０より精度良く行うことができ
る。

【００４４】光学式測定ヘッド１６０は、ハーフミラー
１７２を直進する光を用いて、測定口１６０Ａから被測
定物の表面画像を撮像して、出力する。そしてデータ処
理部がその画像を処理して表面形状を測定する。つま
り、光学式測定ヘッド１６０とレーザ変位計１６２とは
配置位置は異なるが、同一の光軸１７２から被測定物１
５８の表面を測定する。

【００４５】本装置では、同一の測定方向から複数種類
の測定ヘッドを用いて被測定物の複数の表面情報を同時
採取する。つまり、本装置では、光学式測定ヘッド１６
０が画像により水平面方向の形状を精度良く測定し、一
方、レーザ変位計１６２は光学式測定ヘッド１６０のフ
ォーカスによる高さ測定を補助し、精度の良い高さ測定
を実現し、これら両測定ヘッドにより被測定物の表面形
状を水平、垂直いずれにも精度良く測定することができ
る。

【００４６】このように本装置は、平面寸法、高さ寸
法、形状といった複数の測定項目を複数種類の測定ヘッ
ドで同時に測定することにより、測定時間が短縮される
とともに、各測定項目のデータ間の水平面方向の位置の
整合性が確保される。なお光学式測定ヘッドに併用され
る他方式の測定ヘッドは、レーザ変位計以外のもの、例
えばタッチプローブなどであってもよい。

【００４７】

【発明の効果】本発明の物体形状測定装置によれば、複
数の光学式測定ヘッドを備えて複数方向から同時に測定
することにより、複数方向から見た表面形状の測定が短
時間に行われ、またそれら複数方向に係る測定データ間
の座標の整合性が向上するという効果が得られる。ま
た、本発明の物体形状測定装置によれば、異なる方式の
複数測定ヘッドを備えて同一方向から同時に測定するこ
とにより、複数項目の表面情報の測定が短時間に行わ
れ、またそれら複数項目の測定データ間の座標の整合性
が向上するという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態に係る物体形状測定
装置の機械本体部の側面図。

【図２】 本発明の第２の実施形態に係る物体形状測定
装置の機械本体部の側面図。

【図３】 本発明の第３の実施形態に係る物体形状測定
装置の機械本体部の側面図。

【図４】 第３の実施形態における上部測定ヘッドの移
動手段の一例を示す模式的な斜視図。

【図５】 ヘッド相対位置検知手段の一例の原理を示す
模式図。

【図６】 目合わせパターンの一例を示す模式図。

【図７】 本発明の第４の実施形態に係る物体形状測定
装置の機械本体部の側面図。

【図８】 従来の物体形状測定装置の側面図。

【符号の説明】

５２，１５２ 支持台、５４，１５４，１１０ ＸＹス
テージ、６０，９８上部測定ヘッド、６２，１００ 下
部測定ヘッド、７０ 側面測定ヘッド、７２，９６，１
５８ 被測定物、９０ 下部筺体、９２ 支持台、１０
４，１０６ボールねじ、１３０ ＣＣＤカメラ、１３２
ハロゲンランプ、１３４，１７２ハーフミラー、１４
０ 目合わせパターン用マスク、１６０ 光学式測定ヘ
ッド、１６２ レーザ変位計、１６４ 透過照明光源。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物を撮像する光学式測定ヘッドか
   ら出力される画像情報を画像処理して、任意の測定方向
   から見た前記被測定物の表面形状を測定する物体形状測
   定装置において、 前記光学式測定ヘッドが複数設けられ、前記被測定物の
   形状を複数の前記測定方向から同時に測定することを特
   徴とする物体形状測定装置。
2. 【請求項２】 前記複数の光学式測定ヘッドに含まれる
   第１、第２の光学式測定ヘッドはそれらの前記測定方向
   が互いに逆向きであること、を特徴とする請求項１記載
   の物体形状測定装置。
3. 【請求項３】 前記第１と第２の各光学式測定ヘッドを
   それらの前記測定方向に垂直な面方向に、互いに独立に
   移動させるヘッド移動手段と、 前記第１と第２の各光学式測定ヘッドを互いに独立に移
   動させて前記被測定物の両側を走査し測定するモード
   と、前記第１と第２の両光学式測定ヘッドをそれらの前
   記垂直な面方向における測定位置を一致させながら移動
   させて前記被測定物の両側を走査し測定するモードとの
   いずれかのモードに応じて前記ヘッド移動手段を制御す
   る移動制御手段と、を有することを特徴とする請求項２
   記載の物体形状測定装置。
4. 【請求項４】 前記垂直な面方向での前記第１の光学式
   測定ヘッドと前記第２の光学式測定ヘッドとの相対位置
   を検出するヘッド相対位置検知手段をさらに有すること
   を特徴とする請求項３記載の物体形状測定装置。
5. 【請求項５】 前記第１と第２の光学式測定ヘッドが、
   それぞれフォーカスする光を照射する照明器と前記光が
   前記被測定物の表面にフォーカスしたことを検出するセ
   ンサとを含み、 前記ヘッド相対位置検出手段は、 前記第１の前記光学式測定ヘッドの前記照射器に設けら
   れた、目合わせパターンを投影する手段と、前記第２の
   前記光学式測定ヘッドの前記センサにて前記目合わせパ
   ターンの光学像を検知する手段とを備え、前記光学像の
   位置から前記第１の光学式測定ヘッドと前記第２の光学
   式測定ヘッドとの相対位置を求め出力すること、 を特徴とする請求項４記載の物体形状測定装置。
6. 【請求項６】 前記第１と第２の各光学式測定ヘッドの
   それぞれの前記測定方向に垂直な面方向に前記被測定物
   を移動させる被測定物移動手段を有し、 前記第１と第２の各光学式測定ヘッドは互いに正対して
   固定され、 前記被測定物を前記被測定物移動手段により前記垂直な
   面方向に移動させることにより前記被測定物の両側を走
   査し測定すること、を特徴とする請求項２記載の物体形
   状測定装置。
7. 【請求項７】 前記第１の光学式測定ヘッドが被測定物
   を落射照明する照射器を含み、 この照射器が前記第２の光学式測定ヘッドによる測定に
   おいて透過照明として用いられること、 を特徴とする請求項２記載の物体形状測定装置。
8. 【請求項８】 被測定物を撮像する光学式測定ヘッドか
   ら出力される画像情報を画像処理して、任意の測定方向
   から見た前記被測定物の表面形状を測定する物体形状測
   定装置において、 前記光学式測定ヘッドと同一の前記測定方向から前記被
   測定物の表面情報を測定する他方式の測定ヘッドを有
   し、これら光学式測定ヘッドと他方式の測定ヘッドとを
   相補的に用いて前記被測定物の表面を測定することを特
   徴とする物体形状測定装置。