JPS60218005A - 幅測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は物体表面に形成された凹、凸部の幅の測定を非
接触で行なうのに適した幅測定装置に関する。

〔発明の背景〕

従来、物体表面の凹、凸部の輪を非接触で測定する技術
としては、磁気式と光学式の２方式があった。

磁気式は第１図（イ）に示すように鉄心３、励磁コイル
４、検出コイル５を有するセンサ２を用いて被測定部（
“図示例は物体表面の凹部）１の幅Ｅを測定しようとす
るもので、この方式は原理的に被測定部１を通る磁束ｆ
の量の変化を利用しているため、被測定部である凹部の
深さや凸部の高さにより測定値のバラツキが生じやすい
。また、第１置が少しずれると測定不能になり、関係位
置のずれに対する裕度が小さいので、被測定部とセンサ
の位置関係が不安定な場合には適用しにくいとい光学式
は第２図に示すように撮像装置（イメージセンサ）６を
用いその受光面に結ばれた光学像から被測定部（図示例
は物体表面の凹部）１の幅ｌを測定しようとするもので
あるが、被測定部１と周囲の面との高さの差が小さく、
表面状態もほぼ同等である場合、普通のように物体表面
に一様に光を当てると、被測定部１と周囲の面との間に
明暗のコントラストか十分とれないため、この方式では
幅測定が困難であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、周囲の面との高さの差が小さく、表面
状態もほぼ同等な物体表面の凹、凸部の幅を非接触で精
度良（測定でき、被測定部との関係位置のずれによって
も影響を受けにくい幅測定装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、受光部が被測定部である物体表面の凹、凸部
に対向し被測定部の幅方向と平行になるように設置され
た撮像装置と、測定時に被測定部の各立上り面の影を生
じさせるように被測定部に対しそれぞれ異なる方向から
投光する光源と、前記撮像装置の出力信号の段差により
被測定部の幅方向両端位置を検出する信号処理手段と、
これら２位置間の幅寸法を算出する演算手段とを備えた
ことを特徴とする幅測定装置である。

〔発明の実施例〕

まず本発明の原理を第３図〜第６図により説明する。

第３図は撮像装置、光源、被測定部の位置関係を示す図
で、撮像装置であるイメージセンサの受光部７は被測定
部（図示例は物体表面の凹部）１に対向して被測定部１
の幅方向と平行になるように配置され、光源８，９は受
光部７および被測定部１と同一平面上の受光部７を中心
とする左右対称位置にあって被測定部１に対し異なる方
向から投光するように配置されている。１ｏは被測定部
１の光学像を受光部７に結像させるためのレンズ、１１
、１２は光源８，９がも出た光を均一化して被測定部１
に当てるためのレンズである。受光部７を構成するセン
サ素子の種類は問わないが、ここでは受光部７がｎ個（
たとえは２，０４８個）の光電変換素子を１列に並べ、
入射光量に対応して各素子に蓄積された電荷を走査によ
り時間的に直列な電圧信号として取り出すホトダイオー
ドアレイにより構成されているものとする。

測定は光源苧、９を左右順次点灯させて行なう場合と左
右同時点灯−させて行なう場合とがあるがここでは前者
の場合について述べる。

今、左側の光源８を点灯させると、第４図（イ）に示す
ように光源８から出た光１３により被測定部である凹部
（溝）１内に左側立上り面Ｉへの影１５が生じる。この
ため、物体表面の凹部１と周囲の面との間に第４図（ロ
）に示すような明暗のコントラストが強く現われ、凹部
１の左端Ａが明暗の境目となる。このとき、受光部７に
は反射光の強弱により凹部１の映像が結ばれるので、受
光部７を構成する光電変換素子には第６図に示すように
凹部１の左端Ａに対応する明暗の境目Ａ′が蓄積電荷と
して記憶される。この明暗の境目Ａ′の位置は受光部７
を走査して得られた出力信号の段差により容易に検出す
ることができる。次に、右側の光源９を点灯させると、
第５図（イ）に示すように光源９から出た光１４により
凹部１内に右側立上り面ＩＢの影１６が生じる。このた
め、物体表面の凹部１と周囲の面との間に第５図（ロ）
に示すような明暗のコントラストが強く現われ、凹部１
の右端Ｂか明暗の境目となる。このとき、受光部７を構
成する光電変換素子には第６図に示すように凹部１の右
端Ｂに対応する明暗の境目Ｂ′が蓄積電荷として記憶さ
れ、この明暗の境目Ｂ′の位置は上記と同様に受光部７
を走査して得られた出力信号の段差により容易に検出で
きる。受光部７の素子間隔はＩＣ製造技術により正確に
規定されているので、検出されたＡ′、Ｂ’２位置間の
素子数（ビット数）に映像９倍率により定まる１ビット
当りの換算値ε鰭を掛けることにより、凹部１の幅寸法
がめられる。

このように本発明による幅測定装置は、測定時に被測定
部の各立上り面の影を生じさせるようにそれぞれ異なる
方向から投光することにより、物体表面の被測定部と周
囲の面との間に明暗のコントラストをつけ、撮像装置に
よる被測定部の幅方向両端位置の検出を容易にしたもの
であるから、撮像装置として現在市販されている２、０
４８ビツトというような高分解能のイメージセンサを使
用すれば、被測定部と周囲の面との高さの差や表面状態
の異同にかかわらず精度良く幅測定ができる。

第３図〜第５図には被測定部である凹部１の各立上り面
が周囲の面に対し直角な場合を示したが、凹部１の立上
り面が傾斜している場合でも第７図に示すように光源か
らの光１４の入射角θを立上り面ＩＢの傾斜角度より小
さくすることにより立上り面ＩＢの影１６を生じさせる
ことができ、立上り面ＩＡについても同様に影を生じさ
せることができるので、両方の映像から幅測定ができる
。また、被測定部が凸部であっても第８図に示すように
被測定部１に矢印方向に光１４を当て立上り面ＩＡの影
１５を生じさせた状態および同様に立上り面ＩＢの影を
生じさせた状態で撮像することにより、Ａ、Ｂ２点間の
幅測定ができる。本発明は第９図に示すような積層板の
上層部突合せ端の隙間により生じた四部１０幅測定にも
応用可能であり、この場合も被測定部である凹部１に矢
印方向に光１４を当て立上り面ＩＢの影１６を生じさせ
た状態および同様に立上り面Ｉ　Ａ　、１７）影を生じ
させた状態で撮像す被測定部である凹、凸部が形成され
た物体表面は平面に限ることなく、円筒面等の曲面であ
っても差支えない。また、物体は光を通さないものであ
ればどのような材質であっても測定可能である。

この場合、被測定部１はレンズ１０を通して読み取り可
能な撮像装置の視界内にあ糺はよく、第１図に示す磁気
センサに比べ被測定部との関係位置のずれによる影響を
受けに（いので、被測定部との位置関係が不安定な場合
にも適用できる。

次に、本発明の一実施例を第１０図〜第１２図により具
体的に説明する。

第１０図はシステム構成を示すブロック図である。

１７は受光部と映像信号を取り出す走査回路およで、撮
像装置１７と投光用光源８，９は被測定部１に対して所
定の関係位置となるように１枚の支持板１８に取付けで
ある。ここで、光源８−２９を支持板１８に設けた円弧
状のガイド溝１９，２０に沿って移動可能とし、任意の
位置で図示しない固定具により固定できるようにすれは
、被測定部１の形状、寸法に応じて光の入射角度−を調
整することができる。２１は設定されたプログラムによ
り測定シーケンスを実行する制御部（シーケンサ）、２
２．２３は被測定部１０幅方向両端位置を検出するため
のアドレス設定スイッチ、２４は制御部２１０指令によ
り動作するアドレス切換リレー、２５は同光源切換リレ
ー、２６は撮像装置１７の出力信号の増幅、スライス処
理、マスク処理、ビットカウント等によＦ）被測定部１
の幅方向両端位置を検出する信号処理手段である信号処
理部で、スライスレベル設定用可変抵抗２７とマスクビ
ット数設定用ＢＣＤスイッチ詔、２９を備えている。３
０は信号処理部２６の出力データにより被測定部１０幅
寸法を算出する演算手段である演算部、３１は測定結果
を数値表示する表示部である。

第１１図は信号処理部２６で行なわれる信号処理の過程
を示す。光源８，９を左右順次点灯させたとき撮像装置
１７から出力される生データ（反転信号）を増幅した後
、スライス処理して可変抵抗２７により設定されたスラ
イスレベル以上の信号のみを取り出しパルス波形に変換
する。スライス処理されたデータには被測定部以外の物
体表面の暗部に相当する不要な信号が含まれているので
、次にマスク処理を行ない、イメージセンサ視野の両端
からＢＣＤスイッチ２８　、２９により設定されたマス
クビット数Ｙｌ、　Ｙ２の範囲内にあ舎不要な信号を消
去する。その結果、被測定部１の各立上り面の影に対応
した信号だけが残る。マスク処理後、光源左点灯時には
アドレス設定スイッチ２２により設定された■−■間、
すなわちイメージセンサ視野の一端（■ビット）から信
号の立上り点（■ビット）までのビット数ａをアドレス
カウンタでカウントする。これにより被測定部の映像の
左端位置（第６図Ａ’　）が検出されたことになる。ま
た、光源右点灯時にはアドレス設定スイッチ２３により
設定された■−■間、ｊなわちイメージセンサ視野の一
端（■ビット）から信号の立下り点（■ビット）までの
ビット数すをアドレスカウンタでカウントする。これに
より被測定部の映像の右端位置（第６図Ｂ／）が検出さ
れたことになり、この２つのビット数ａ、ｂが信号処理
部２６の出力データとなる。

第１２図は制御部２１、信号処理部２６、演算部３０の
動作関係を示すフローチャートである。

測定に当り、制御部２１はまずステップ１０１で光源左
点灯を光源切換リレー２５に指令する。これにより光源
８から出た光１３が被測定部１に当たる。

次にステップ１０２でアドレス設定スイッチ２２により
設定されたアドレス■−■の選択をアドレス切換リレー
２４に指令ｊる。すると信号処理部２６はステップ２０
１で前述したように撮像装置１７の出力信号を処理し、
■−■間ビット数ａを出力する。

このとき制御部２１はステップ１０３でタイマの設定時
間用の経過を待って次のステップ１０４に進む。

Ｔ１は信号処理に必要な時間で、たとえは１秒程度に設
定する。ステップ１０４で測定開始信号が出力され、こ
の信号により演算部３０はステップ３０１で■−■間ピ
ット数ａを読込み記憶し、続いてステップ３０２で測定
終了信号を出力する。この信号により制御部２１はステ
ップ１０５で光源左消灯を、続いてステップ１０６で光
源右点灯を光源切換リレー２５に指令する。これにより
光源８に代わって光源９から出た光１４が被測定部１に
当たる。次に制御部２１はステップ１０７でアドレス設
定スイッチ２３により設定されたアドレスＯ−■の選択
をアドレス切換リレー２４に指令する。すると信号処理
手段はステップ２０２で前述したように撮像装置１７の
出力信号を処理し、■−■間ビット数すを出力する。

このとき制御部２１はステップ１０８で前記ステップ１
０３と同様夕１７の設定時間Ｔ＋の経過を待って次のス
テップ１０９に進み、測定開始信号を出力する。この信
号により演算部３０はステップ３０３で■−■間ビット
数すを読込み記憶し、続いてステップ３０４で測定終了
信号を出力する。この信号により制御部２１は光源右消
灯を光源切換リレー２５に指令する。演算部３０はさら
にステップ３０５に進み、（ｂ−ａ）ε＝１（ε：１ピ
ット当り換算値、！＝被測定部幅寸法）の演算を行なっ
た後、ステップ３０６で測定値！をチェックし、異常が
なけれはステップ３０７に進み、測定値！を表示部３１
に表示させる。この演算部３０の出力データは被測定部
の幅寸法を決定する製造装置の制御用データや製品の選
別用データとしても利用することができる。

アドレス切換リレー２４や光源切換リレー２５は手動操
作としてもよいが、上記のようにプログラム設定された
制御部２１の指令で動作させることにより測定の自動化
を実現できる。

次に、光源を左右同時点灯させて幅測定を行なう実施例
について説明する。

たとえは第１３図（イ）に示すように左右の光源（図示
せず）から出た同じ色の光１３．１４を被測定部である
物体表面の凹部１に同時に当てると、凹部１内に左右の
立上り面ＩＡ、ＩＢによる半影１５’、　！６’が生じ
るため、物体表面の凹部１と周囲の面との間に第１３図
（ロ）に示すような明暗のコントラストが現われ、凹部
１の左右端部Ａ、Ｂが明暗の境目となる。

したがって感度の良い撮像装置を使用すれば、その出力
信号から左右端部Ａ、Ｈの位置を十分判別でき、幅測定
が可能である。

また、左右の光源から出る光の色を違え、たとえは第１
４図（イＩＫ示すように左側光源から出た緑色光◎と右
側光源から出た赤色光■を被測定部である物体表面の凹
部１に同時に当てると１．四部１内の緑色光◎が遮ぎら
れた左側立上り面ＩＡの陰の部分には赤色の影１５“が
生じ、赤色光■が遮ぎられた右側立上り面ＩＢの陰の部
分には緑色の影１６“が生じる。凹部１の周囲の面には
緑色光〇と赤色光■の両方か当たるので、撮像装置（図
示せず）の前面に設けたフィルタ３２を切換え、緑色光
のみを透過させたときには第１４図（ロ）に示すような
明暗のコントラストを持つ像が撮像され、赤色光のみを
透過させたときには第１４図（ハ）に示すような明暗の
コントラストを持つ像か撮像されることになる。

したがって第１０図〜第１２図の実施例と同様な信号処
理手段と演算手段を用いてそれぞれの映像の明暗の境目
となる凹部１の左右端部Ａ、Ｂの位置を検出し、幅測定
を行なうことができる。すなわち、本例では光源の左右
切換の代わりにフィルタの切換を行なえはよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、異なる方向からの投光により被測定部
である物体表面の凹、凸部の各立上り面の影を生じさせ
、物体表面に被測定部の左右端部を境目とする明暗のコ
ントラストを強制的に発生させた状態で撮像を行ない、
これにより得られた映像信号の段差から被測定部の幅方
向両端位置を検出して幅測定を行なう構成としたため、
被測定部と周囲の面との高さの差が小さく、表面状態が
ほぼ同等な場合でも容易に幅測定かヂき、被測定部と周
囲の面との高さの差により影響されない精度の良い測定
結果が得られる。また、撮像装置の視界内であれは被測
定部の位置がずれても差支えないので、測定装置に対す
る被測定部の位置関係か不安定な場合にも適用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の幅測定技術の説明図、第３
図は本発明における撮像装置受光部と投光用光源と被測
定部の位置関係を示す説明図、第４図、第５図は光源を
左右順次点灯させたときの被測定部の影の発生状態を示
す説明図、第６図は撮像装置受光部の平面図、第７図〜
第９図は被測定部の他の例を示す断面図、第１０図は本
発明の一実施例を示すブロック図、第１１図は本実施例
における信号処理の過程を示す図表、第１２図は動作説
明用フローチャート、第１３図、第１４図は本発明の他
の実施例における被測定部の影の発生状態を示す説明図
である。 １：被測定部　ＩＡ、ＩＢ：立上り面 Ａ、Ｂ　：幅方向両端部　７：撮像装置受光部８．９：
光源 １５　、１５’、　１５“、　１６　、１６’、　１６
”：影１７：撮像装置　２６：信号処理手段 ３０：演算手段 代理人弁理士　中　村純之助 ９ を

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受光部が被測定部である物体表面の凹、凸部に対向し被
   測定部の幅方向と平行になるように設置された撮像装置
   と、測定時に被測定部の各立上り面の影を生じさせるよ
   うに被測定部に６対しそれぞれ異なる方向から投光する
   光源と、前記撮像装置の出力信号の段差により被測定部
   の幅方向両端位置を検出する信号処理手段と、これら２
   位置間の幅寸法を算出する演算手段とを備えてなる幅測
   定装置。