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JP5309542B2 - Measuring apparatus and method - Google Patents

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JP5309542B2 JP2007314636A JP2007314636A JP5309542B2 JP 5309542 B2 JP5309542 B2 JP 5309542B2 JP 2007314636 A JP2007314636 A JP 2007314636A JP 2007314636 A JP2007314636 A JP 2007314636A JP 5309542 B2 JP5309542 B2 JP 5309542B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem of a measuring method of a hollow shape by a conventional technology wherein the hollow shape of an object is not obtained at once, the object and a light source are required to be rotated, the device becomes complicated, and there is a problem in accuracy. <P>SOLUTION: This measuring device includes a light transmitting section for transmitting light in the first direction which is the axial direction of a hollow cylindrical shape, a converting section for converting the light direction to the direction orthogonal to the first direction, a detecting section for detecting the light reflected inside a measuring object of the light whose direction is converted by the converting section, a shape measuring section for measuring the inside shape of the measuring object by determining the shift from a predetermined reference position based on the detection result of the detecting section, and a position adjusting section for reducing the deviation of the shift over the full circumference inside the measuring object. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、物体の中空形状を測定する測定装置およびその方法に関する。   The present invention relates to a measuring apparatus and method for measuring a hollow shape of an object.

従来、物体の中空形状を非接触で測定する方法として、距離センサ法や斜入射光学系法などが知られている。例えば、距離センサ法は、中空内側にレーザ光を投光して物体を回転させながら反射光の変位を測定し、物体の中空形状を測定する方法である(例えば、特許文献1参照)。
特開2006−38820号公報
Conventionally, a distance sensor method, an oblique incidence optical system method, and the like are known as methods for measuring the hollow shape of an object without contact. For example, the distance sensor method is a method of measuring the hollow shape of an object by projecting laser light inside the hollow and measuring the displacement of reflected light while rotating the object (see, for example, Patent Document 1).
JP 2006-38820 A

従来技術による距離センサ法は、物体の中空形状を一度に得ることができず、物体や光源を回転させる必要があり、装置が複雑になるだけでなく、精度面での問題もあった。   The distance sensor method according to the prior art cannot obtain a hollow shape of an object at a time, and it is necessary to rotate the object and the light source, which not only complicates the apparatus but also has a problem in accuracy.

本発明の目的は、簡易な構成で複雑な演算を行うことなく、誤差の少ない高精度な中空形状の測定装置およびその方法を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high-precision hollow shape measuring apparatus and a method therefor with less errors and without performing complicated calculations with a simple configuration.

本発明に係る測定装置は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定装置であって、光源からの光を第1の方向に送光する送光部と、前記第1の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射する光線方向変換部と、前記光線方向変換部で偏向された光が前記被測定物の内側で反射した光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部と、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを小さくする位置調整部とを備え、前記位置調整部は、前記第1の方向をZ軸とした場合のZ座標を検出するZ座標検出部と、所定のZ座標でZ軸に直交するXY座標における前記ずれの偏りを検出するXY座標ずれ検出部と、前記XY座標ずれ検出部が検出した前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記送光部と前記光線方向変換部と前記検出部からなる測定光学系と前記被測定物とをXY座標上で相対移動させるXY座標移動部と、前記XY座標ずれ検出部により複数のZ座標でXY座標のずれの偏りを検出し、前記複数のZ座標でのずれの偏りを演算して偏り補正量を求める演算部とを含み、前記位置調整部は、測定前に、前記演算部により求めた前記偏り補正量だけ、前記XY座標移動部により前記測定光学系と前記被測定物とを相対移動させ、前記演算部は、前記複数のZ座標でのずれの偏りを平均化して前記偏り補正量を求めることを特徴とする。 A measuring apparatus according to the present invention is a measuring apparatus that measures the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured, and includes a light transmitting unit that transmits light from a light source in a first direction, and the first direction. A light beam direction conversion unit that deflects light from the light source in a direction substantially orthogonal to the light source, and irradiates light from the light source inside the device under test, and light deflected by the light beam direction conversion unit is the device under test. And detecting a deviation from a reference position on the irradiation direction of the light deflected by the light beam direction conversion unit based on a detection result of the detection unit. a shape measuring unit for measuring the inside shape of the measuring object at a plurality of positions inside of the object to be measured, and a position adjusting section that reduce the deviation of the deviation obtained by the shape measuring unit, the position adjustment The unit detects a Z coordinate when the first direction is the Z axis. A coordinate detection unit, an XY coordinate shift detection unit that detects the shift deviation in an XY coordinate orthogonal to the Z axis at a predetermined Z coordinate, and a direction in which the shift deviation detected by the XY coordinate shift detection unit is reduced. An XY coordinate movement unit that relatively moves the measurement optical system including the light transmission unit, the light beam direction conversion unit, and the detection unit on the XY coordinates, and a plurality of Z coordinates by the XY coordinate deviation detection unit. And a calculation unit that detects a deviation of XY coordinates and calculates a deviation correction amount by calculating a deviation of the plurality of Z coordinates, and before the measurement, the position adjustment unit is operated by the calculation unit. The measurement optical system and the object to be measured are relatively moved by the XY coordinate moving unit by the obtained bias correction amount, and the calculation unit averages the deviation deviations at the plurality of Z coordinates to calculate the bias. characterized by obtaining a correction amount To.

また、前記測定光学系と前記被測定物とを前記第1の方向に相対移動させるZ座標移動部を更に備え、前記位置調整部は、測定中に、前記Z座標移動部が前記測定光学系と前記被測定物とを所定間隔で相対移動させる毎に、前記XY座標ずれ検出部によりずれの偏りを検出し、前記XY座標移動部により前記測定光学系と前記被測定物とを前記ずれの偏りだけ相対移動させることを特徴とする。
また、前記被測定物の内側の像を前記検出部に形成する光学系を更に備え、前記基準位置は、前記検出部と共役な位置であることを特徴とする。
Further, the apparatus further includes a Z coordinate moving unit that relatively moves the measurement optical system and the object to be measured in the first direction, and the position adjustment unit is configured so that the Z coordinate moving unit is the measurement optical system during measurement. And the object to be measured are moved relative to each other at a predetermined interval, the deviation of the deviation is detected by the XY coordinate deviation detection unit, and the measurement optical system and the object to be measured are moved by the XY coordinate movement unit. Relative movement is performed only by bias.
The optical system further includes an optical system for forming an image inside the object to be measured on the detection unit, and the reference position is a conjugate position with the detection unit.

本発明に係る測定方法は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定方法であって、光源からの光を第1の方向に送光し、前記第1の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射し、前記被測定物の内側で反射する光の像を検出する測定光学系の測定結果に基づき、前記光の像の前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する際に、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを検出して、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記測定光学系と前記被測定物とを前記第1の方向に直交するXY座標上で相対移動させて前記被測定物の内側形状を測定する場合に、前記第1の方向をZ軸として、所定のZ座標でZ軸に直交するXY座標における前記ずれの偏りを検出し、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記送光部と前記光線方向変換部と前記検出部からなる測定光学系と前記被測定物とをXY座標上で相対移動させて複数のZ座標でXY座標のずれの偏りを検出し、前記複数のZ座標でのずれの偏りを平均化して偏り補正量を求め、且つ、測定前に、求めた前記偏り補正量だけ前記測定光学系と前記被測定物とを相対移動させておくことを特徴とする測定方法。
本発明に係る測定装置は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定装置であって、光源からの光を第1の方向に送光する送光部と、前記第1の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射する光線方向変換部と、前記光線方向変換部で偏向された光が前記被測定物の内側で反射した光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部と、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを小さくする位置調整部とを備え、前記位置調整部は、前記偏向された光の前記基準位置に対して広がる方向が対称的になるように、前記検出部と前記被測定物とを相対的に移動させることを特徴とする。
本発明に係る測定装置は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定装置であって、光源からの光を第1の方向に送光する送光部と、前記第1の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射する光線方向変換部と、前記光線方向変換部で偏向された光が前記被測定物の内側で反射した光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部と、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを小さくする位置調整部とを備え、前記送光部は、所定形状の開口を有し、前記基準位置と共役な関係となる第1の光制限部材と、前記第1の光制限部材から前記被測定物に照射される光束の一部を遮光する第2の光制限部材とを備えることを特徴とする。
本発明に係る測定方法は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定方法であって、光源からの光を第1の方向に送光し、前記第1の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射し、前記被測定物の内側で反射する光の像を検出する測定光学系の測定結果に基づき、前記光の像の前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する際に、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを検出して、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記測定光学系と前記被測定物とを前記第1の方向に直交するXY座標上で相対移動させて前記被測定物の内側形状を測定する場合に、前記偏向された光の前記基準位置に対して広がる方向が対称的になるように、前記検出部と前記被測定物とを相対的に移動させることを特徴とする。
本発明に係る測定方法は、中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定方法であって、光源からの光を第1の方向に送光し、前記第1の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射し、前記被測定物の内側で反射する光の像を検出する測定光学系の測定結果に基づき、前記光の像の前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する際に、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを検出して、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記測定光学系と前記被測定物とを前記第1の方向に直交するXY座標上で相対移動させて前記被測定物の内側形状を測定する場合に、前記光源から前記第1の方向に送光される光は、所定形状の開口を有し、前記基準位置と共役な関係となる第1の光制限部材と、前記第1の光制限部材から前記被測定物に照射される光束の一部を遮光する第2の光制限部材とを介して送光されることを特徴とする。
A measuring method according to the present invention is a measuring method for measuring the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured, which transmits light from a light source in a first direction and is substantially orthogonal to the first direction. Based on the measurement result of the measurement optical system that deflects the light from the light source in the direction, irradiates the light of the light source on the inside of the object to be measured, and detects the image of the light reflected on the inside of the object to be measured, When measuring the inner shape of the object to be measured by obtaining a deviation from the reference position on the irradiation direction of the light deflected by the light beam direction conversion unit of the light image, the inner side of the object to be measured is measured. The deviation of the deviation obtained by the shape measuring unit is detected at a plurality of positions, and the measurement optical system and the object to be measured are orthogonal to the first direction in a direction in which the deviation of the deviation is reduced. when measuring the inside shape of the object to be measured are relatively moved in the XY coordinates Using the first direction as the Z-axis, the deviation of the deviation in the XY coordinates orthogonal to the Z-axis at a predetermined Z coordinate is detected, and the light transmitting unit and the light beam direction conversion unit are arranged in a direction in which the deviation of the deviation is reduced. And the measurement optical system including the detection unit and the object to be measured are relatively moved on the XY coordinates to detect the deviation of the XY coordinates in the plurality of Z coordinates, and the deviation of the deviation in the plurality of Z coordinates is detected. A measurement method characterized in that a bias correction amount is averaged to obtain a bias correction amount, and the measurement optical system and the object to be measured are relatively moved by the calculated bias correction amount before measurement.
A measuring apparatus according to the present invention is a measuring apparatus that measures the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured, and includes a light transmitting unit that transmits light from a light source in a first direction, and the first direction. A light beam direction conversion unit that deflects light from the light source in a direction substantially orthogonal to the light source, and irradiates light from the light source inside the device under test, and light deflected by the light beam direction conversion unit is the device under test. And detecting a deviation from a reference position on the irradiation direction of the light deflected by the light beam direction conversion unit based on a detection result of the detection unit. A position measuring unit for measuring the inner shape of the object to be measured; and a position adjusting unit for reducing the deviation of the deviation obtained by the shape measuring unit at a plurality of positions inside the object to be measured. A direction in which the deflected light spreads with respect to the reference position As will be symmetrical, and wherein the relatively moving the device under test and the detector.
A measuring apparatus according to the present invention is a measuring apparatus that measures the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured, and includes a light transmitting unit that transmits light from a light source in a first direction, and the first direction. A light beam direction conversion unit that deflects light from the light source in a direction substantially orthogonal to the light source, and irradiates light from the light source inside the device under test, and light deflected by the light beam direction conversion unit is the device under test. And detecting a deviation from a reference position on the irradiation direction of the light deflected by the light beam direction conversion unit based on a detection result of the detection unit. A shape measuring unit that measures the inner shape of the object to be measured; and a position adjusting unit that reduces the deviation of the deviation obtained by the shape measuring unit at a plurality of positions inside the object to be measured. The part has an opening of a predetermined shape and has a conjugate relationship with the reference position. 1 of the optical limiting member, characterized in that it comprises a second optical limiting member for shielding part of the light beam irradiated from the first optical limiting member to the object to be measured.
A measuring method according to the present invention is a measuring method for measuring the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured, which transmits light from a light source in a first direction and is substantially orthogonal to the first direction. Based on the measurement result of the measurement optical system that deflects the light from the light source in the direction, irradiates the light of the light source on the inside of the object to be measured, and detects the image of the light reflected on the inside of the object to be measured, When measuring the inner shape of the object to be measured by obtaining a deviation from the reference position on the irradiation direction of the light deflected by the light beam direction conversion unit of the light image, the inner side of the object to be measured is measured. The deviation of the deviation obtained by the shape measuring unit is detected at a plurality of positions, and the measurement optical system and the object to be measured are orthogonal to the first direction in a direction in which the deviation of the deviation is reduced. When measuring the inner shape of the object to be measured by relative movement on XY coordinates As the spreading direction relative to the reference position of the deflected light becomes symmetric, and wherein the relatively moving the device under test and the detector.
A measuring method according to the present invention is a measuring method for measuring the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured, which transmits light from a light source in a first direction and is substantially orthogonal to the first direction. Based on the measurement result of the measurement optical system that deflects the light from the light source in the direction, irradiates the light of the light source on the inside of the object to be measured, and detects the image of the light reflected on the inside of the object to be measured, When measuring the inner shape of the object to be measured by obtaining a deviation from the reference position on the irradiation direction of the light deflected by the light beam direction conversion unit of the light image, the inner side of the object to be measured is measured. The deviation of the deviation obtained by the shape measuring unit is detected at a plurality of positions, and the measurement optical system and the object to be measured are orthogonal to the first direction in a direction in which the deviation of the deviation is reduced. When measuring the inner shape of the object to be measured by relative movement on XY coordinates The light transmitted from the light source in the first direction has an opening of a predetermined shape and has a conjugate relationship with the reference position, and the first light limiting member from the first light limiting member Light is transmitted through a second light limiting member that blocks a part of the light beam applied to the object to be measured.

本発明によれば、簡易な構成で、複雑な演算を行うことなく、中空筒状の被測定物の内側形状を高精度で測定することができる。   According to the present invention, the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured can be measured with high accuracy with a simple configuration and without performing complicated calculations.

以下、図面を参照して本発明の各実施形態について詳しく説明する。
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係る中空形状測定装置101のブロック図である。中空形状測定装置101は、中空筒状の物体の内側の形状を所定の高さ毎に測定して断面形状を求め、求めた断面形状を高さ方向に合成することによって、物体の中空形状を立体的に構築する装置である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram of a hollow shape measuring apparatus 101 according to the first embodiment. The hollow shape measuring device 101 obtains a cross-sectional shape by measuring the inner shape of a hollow cylindrical object at a predetermined height, and synthesizes the obtained cross-sectional shape in the height direction, thereby obtaining the hollow shape of the object. It is a three-dimensional construction device.

中空形状測定装置101は、送光部102と、円形スリット103と、光制限スリット104と、照明レンズ105と、ハーフミラー106と、対物レンズ107と、円錐型ミラー108と、結像レンズ110と、撮像部111と、画像処理部112と、Z軸駆動部本体113と、移動部114と、パソコン115と、Z軸位置検出部119と、XY座標移動部120とで構成される。   The hollow shape measuring apparatus 101 includes a light transmitting unit 102, a circular slit 103, a light limiting slit 104, an illumination lens 105, a half mirror 106, an objective lens 107, a conical mirror 108, and an imaging lens 110. The imaging unit 111, the image processing unit 112, the Z-axis drive unit main body 113, the moving unit 114, the personal computer 115, the Z-axis position detecting unit 119, and the XY coordinate moving unit 120.

移動部114は、ハーフミラー106に送光部102の光が入射する部分と、円錐型ミラー108の円周方向にあって被測定物109内側に挿入される移動部114の先端部分114aはガラスなどの透明な部材でできている。また、移動部114は、土台(不図示)に固定されたZ軸駆動部本体113によって、中心軸C1の方向に上下に駆動され、被測定物109の中空部分に移動部114の先端部分114aが出入りして被測定物109の内側形状を測定する。尚、送光部102,円形スリット103,光制限スリット104,照明レンズ105,ハーフミラー106,対物レンズ107,円錐型ミラー108,結像レンズ110および撮像部111は、移動部114により支持され一体となって測定光学系を構成し上下に移動する。また、Z軸位置検出部119は、移動部114のZ軸方向の位置を検出して、ケーブル121を介して画像処理部112に出力する。さらに、XY座標移動部120は、被測定物109を載せる台座を構成し、ケーブル122を介して画像処理部112から指示されたXY座標上の位置に移動する。特に、XY座標移動部120はX方向位置検出センサ120aとY方向位置検出センサ120bとを有し、画像処理部112から指示されたXY座標に被測定物109を正確に移動することができる。   The moving unit 114 includes a portion where the light of the light transmitting unit 102 is incident on the half mirror 106, and a tip portion 114a of the moving unit 114 inserted in the measurement target 109 in the circumferential direction of the conical mirror 108. Made of transparent material. The moving unit 114 is driven up and down in the direction of the central axis C1 by a Z-axis driving unit main body 113 fixed to a base (not shown), and the tip portion 114a of the moving unit 114 is placed in the hollow portion of the object to be measured 109. Enters and exits and measures the inner shape of the DUT 109. The light transmitting unit 102, the circular slit 103, the light limiting slit 104, the illumination lens 105, the half mirror 106, the objective lens 107, the conical mirror 108, the imaging lens 110, and the imaging unit 111 are supported and integrated by the moving unit 114. This constitutes the measurement optical system and moves up and down. In addition, the Z-axis position detection unit 119 detects the position of the moving unit 114 in the Z-axis direction and outputs it to the image processing unit 112 via the cable 121. Further, the XY coordinate moving unit 120 constitutes a pedestal on which the object 109 to be measured is placed, and moves to a position on the XY coordinate instructed from the image processing unit 112 via the cable 122. In particular, the XY coordinate moving unit 120 includes an X direction position detection sensor 120a and a Y direction position detection sensor 120b, and can accurately move the object 109 to be measured to the XY coordinates instructed from the image processing unit 112.

送光部102から照射された光は、視野絞りに相当する円形スリット103のスリット103aを通って光制限スリット104に入射される。光制限スリット104を光束が通る際に、光束の半分(光束の中心を示す一点鎖線154を中心とする例えば内側部分の光束151)が遮蔽され、照明レンズ105側には出力されない。   The light emitted from the light transmitting unit 102 enters the light limiting slit 104 through the slit 103a of the circular slit 103 corresponding to the field stop. When the light beam passes through the light restricting slit 104, half of the light beam (for example, the light beam 151 at the inner portion centering on the one-dot chain line 154 indicating the center of the light beam) is blocked and is not output to the illumination lens 105 side.

ここで、円形スリット103および光制限スリット104の形状について、図2を用いて詳しく説明する。図2(a)に示した円形スリット103は、送光部102から照射される光をリング状に透過するスリット103aが設けられている。ここで、図1の光束の中心を示す一点鎖線154が円形スリット103の中央に位置するようにリング状のスリット103aが配置されている。   Here, the shapes of the circular slit 103 and the light limiting slit 104 will be described in detail with reference to FIG. The circular slit 103 shown in FIG. 2A is provided with a slit 103a that transmits light emitted from the light transmitting unit 102 in a ring shape. Here, the ring-shaped slit 103 a is arranged so that the alternate long and short dash line 154 indicating the center of the light beam in FIG. 1 is located at the center of the circular slit 103.

一方、図2(b)に示した光制限スリット104は、円形スリット103を透過した光束の半分を遮蔽して残りの半分を透過するリング状のスリット104aが設けられている。光制限スリット104の特徴は、一点鎖線C2およびC3で示したように、リング状のスリット104aの内径が光束の中心を示す一点鎖線154の位置に対応しているため、リング状のスリット104aは光束の外側半分しか透過しない。尚、円形スリット103および光制限スリット104は、例えば、液晶板を用いてリング状に光を透過するように液晶を制御することで実現できる。或いは、ガラス板などに遮光部分を蒸着したり、透過部分をエッチングするなどの方法によっても構わない。また、遮蔽率により撮像部111の感度がかわる。   On the other hand, the light limiting slit 104 shown in FIG. 2B is provided with a ring-shaped slit 104a that shields half of the light beam transmitted through the circular slit 103 and transmits the other half. The light limiting slit 104 is characterized by the fact that the inner diameter of the ring-shaped slit 104a corresponds to the position of the one-dot chain line 154 indicating the center of the light beam, as indicated by the one-dot chain lines C2 and C3. Only the outer half of the light beam is transmitted. The circular slit 103 and the light limiting slit 104 can be realized by controlling the liquid crystal so as to transmit light in a ring shape using a liquid crystal plate, for example. Alternatively, a method such as vapor-depositing a light shielding part on a glass plate or the like or etching a transmissive part may be used. Further, the sensitivity of the imaging unit 111 changes depending on the shielding rate.

光制限スリット104で光束の半分を遮蔽された光は、照明レンズ105を通ってハーフミラー106に入射される。ハーフミラー106は入射する光の方向を変換して、対物レンズ107側に反射する。ここで、ハーフミラー106が反射する光の方向を第1の方向と定義すると、ハーフミラー106で第1の方向に反射された光は、対物レンズ107を介して円錐型ミラー108に送光され、円錐型ミラー108で第1の方向に略直交する全周方向に被測定物109の内側に向けて水平に照射される。水平に照射された光は、被測定物109の内側で反射して再び円錐型ミラー108に再び入射され、対物レンズ107側に反射された後、ハーフミラー106および結像レンズ110を通って撮像部111の受光面に結像される。尚、撮像部111の受光面と、視野絞りを構成する円形スリット103と、被測定物109を設置する基準位置とは光学的に共役の位置にあり、これらの3ヶ所で焦点が合う状態になっている。また、ハーフミラー106で反射したリング状の光束のリング中心と円錐型ミラー108の中心は一致している。   The light whose half of the light beam is blocked by the light limiting slit 104 enters the half mirror 106 through the illumination lens 105. The half mirror 106 converts the direction of incident light and reflects it to the objective lens 107 side. Here, if the direction of light reflected by the half mirror 106 is defined as the first direction, the light reflected in the first direction by the half mirror 106 is transmitted to the conical mirror 108 via the objective lens 107. The conical mirror 108 irradiates horizontally toward the inside of the object 109 to be measured in the entire circumferential direction substantially orthogonal to the first direction. The horizontally irradiated light is reflected on the inside of the object to be measured 109, is incident again on the conical mirror 108, is reflected on the objective lens 107 side, and then passes through the half mirror 106 and the imaging lens 110 to capture an image. An image is formed on the light receiving surface of the unit 111. Note that the light receiving surface of the imaging unit 111, the circular slit 103 that forms the field stop, and the reference position where the DUT 109 is placed are optically conjugate positions, and these three places are in focus. It has become. Further, the ring center of the ring-shaped light beam reflected by the half mirror 106 is coincident with the center of the conical mirror 108.

ここで、円錐型ミラー108の形状について、図3を用いて説明する。図3(a)は円錐型ミラー108の斜視図、同図(b)は上面図、同図(c)は側面図をそれぞれ示している。ハーフミラー106を介して第1の方向に反射された光束の中心を示す一点鎖線154は、円錐型ミラー108の外側に傾斜したミラー部分108aで第1の方向と略直交する方向に反射され、被測定物109の内側に照射される。この様子を詳しく描いたのが図1(a)である。光制限スリット104で遮光されずに透過した光束は、例えば、光束の中心を示す一点鎖線154から光束の外側を示す点線152の間にあり、円錐型ミラー108のミラー部分108aで反射される。さらに、光束の外側を示す点線152は被測定物109で反射し、実線153で示すように、再び円錐型ミラー108で対物レンズ107の方向に反射される。つまり、被測定物109の内側で反射して戻ってくる光束も半分が遮蔽されたままであり、光束の中心を示す一点鎖線154から光束の外側を示す実線153の間にある。   Here, the shape of the conical mirror 108 will be described with reference to FIG. 3A is a perspective view of the conical mirror 108, FIG. 3B is a top view, and FIG. 3C is a side view. An alternate long and short dash line 154 indicating the center of the light beam reflected in the first direction through the half mirror 106 is reflected in a direction substantially orthogonal to the first direction by the mirror portion 108a inclined outward from the conical mirror 108, Irradiates the inside of the measurement object 109. FIG. 1A illustrates this state in detail. The light beam transmitted without being blocked by the light limiting slit 104 is, for example, between a dashed line 154 indicating the center of the light beam and a dotted line 152 indicating the outside of the light beam, and reflected by the mirror portion 108 a of the conical mirror 108. Further, a dotted line 152 indicating the outside of the light beam is reflected by the object to be measured 109 and again reflected by the conical mirror 108 toward the objective lens 107 as indicated by a solid line 153. That is, half of the light beam reflected and returned from the inside of the object to be measured 109 is still shielded, and is between the alternate long and short dash line 154 indicating the center of the light beam and the solid line 153 indicating the outside of the light beam.

この様子を図4を用いて説明する。図4は、図1の中空形状測定装置101の光学的な構成を描いた図で、図1と同符号のものは同じものを示している。送光部102は、光源130と、照明のNAを決める開口絞り131と、光源130の光を集光するレンズ132と、受光側のNAを決める結像絞り133とで構成される。尚、先に説明したように、撮像部111の受光面と、視野絞りを構成する円形スリット103と、基準位置における被測定物109のエリアとは光学的に共役の位置にあり、これらの3ヶ所で焦点が合う状態になっていることがわかる。図4において、光制限スリット104で光束の半分が遮蔽されているので、被測定物109から戻ってくる光束も半分が遮蔽され、斜線で示した光束の半分160は撮像部111には入射されない。   This will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram depicting the optical configuration of the hollow shape measuring apparatus 101 of FIG. 1, and the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components. The light transmitting unit 102 includes a light source 130, an aperture stop 131 that determines the illumination NA, a lens 132 that condenses the light from the light source 130, and an imaging aperture 133 that determines the NA on the light receiving side. As described above, the light receiving surface of the imaging unit 111, the circular slit 103 constituting the field stop, and the area of the object 109 to be measured at the reference position are optically conjugate positions. It can be seen that the camera is in focus at several locations. In FIG. 4, since half of the light beam is shielded by the light limiting slit 104, half of the light beam returning from the object to be measured 109 is also shielded, and half of the light beam 160 indicated by hatching is not incident on the imaging unit 111. .

次に、撮像部111の受光面に結像される画像を構成する点の像について図5を用いて説明する。同図(a)は、光制限スリット104が無い場合に、被測定物109の内側のある点を撮像部111で撮影した時の様子を示した図で、測定位置において穴径が異なる場合の光束の広がり、つまり撮像部111におけるピントのずれ(画像のボケ)の変化を描いてある。ここで、被測定物109の内径によってピントがずれるが、合焦位置の内径を基準穴径と定義し、中空形状測定装置101の光学系は、この基準穴径でピントがぴったり合うように予め校正されているものとする。   Next, an image of points constituting an image formed on the light receiving surface of the imaging unit 111 will be described with reference to FIG. FIG. 6A is a diagram showing a state when a certain point inside the object to be measured 109 is photographed by the imaging unit 111 when there is no light limiting slit 104, and in the case where the hole diameters are different at the measurement position. A change in the spread of the light beam, that is, a change in focus (blurred image) in the imaging unit 111 is depicted. Here, the focus is shifted depending on the inner diameter of the object 109 to be measured, but the inner diameter at the in-focus position is defined as the reference hole diameter, and the optical system of the hollow shape measuring apparatus 101 is preliminarily adjusted so that the focus is exactly at this reference hole diameter. It shall be calibrated.

同図(a)の451および451aから451fは撮像部111で撮像される像を示しており、直線401で示した部分が基準穴径の場合を示し、直線401より紙面上側に向かって穴径が大きくなり、逆に紙面下側に向かって穴径が小さくなる。例えば、基準穴径を撮影した場合は、光束451のように画像のボケはないが、穴径が基準穴径より大きくなるに従って、光束451a,451bおよび451cのように光束が広がっていく。同様に、穴径が基準穴径より小さくなるに従って、光束451d,451eおよび451fのように光束が広がっていく。つまり、光束の広がり量から基準穴径からのずれの大きさを計測することができる。ところが、この時の光束の広がり方は、穴径が大きくなっても小さくなっても基準穴径の合焦位置を通る軸C4の両側に同じように光束が広がるので、このままでは穴径が大きくなったのか小さくなったのか判別できない。   451 and 451a to 451f in FIG. 5A show images picked up by the image pickup unit 111, where the portion indicated by the straight line 401 is the reference hole diameter, and the hole diameter from the straight line 401 toward the upper side of the paper surface. On the contrary, the hole diameter decreases toward the lower side of the drawing. For example, when the reference hole diameter is photographed, the image is not blurred as the light beam 451, but the light beam spreads as the light beams 451a, 451b, and 451c as the hole diameter becomes larger than the reference hole diameter. Similarly, as the hole diameter becomes smaller than the reference hole diameter, the light beam spreads as light beams 451d, 451e, and 451f. That is, the magnitude of deviation from the reference hole diameter can be measured from the amount of spread of the light beam. However, at this time, the light beam spreads in the same way on both sides of the axis C4 passing through the focus position of the reference hole diameter regardless of whether the hole diameter increases or decreases. Cannot determine whether it has become smaller or smaller.

これに対して、本実施形態の場合は光制限スリット104によって被測定物109に照射する光束の半分を遮光しているので、穴径が異なる場合の光束の広がりの変化は図5(b)のようになる。同図において、基準穴径を撮影した場合は、光束452のように画像のボケはないが、穴径が基準穴径より大きくなるに従って、光束452a,452bおよび452cのように光束が広がっていく。同様に、穴径が基準穴径より小さくなるに従って、光束452d,452eおよび452fのように光束が広がっていく。ところが、図5(a)の場合とは異なり、光束452a,452bおよび452cの光束の広がり方は軸C4の紙面右側方向だけであり、同様に、光束452d,452eおよび452fの光束の広がり方は軸C4の紙面左側方向だけである。つまり、軸C4の紙面右側方向にずれているか左側方向にずれているかによって、被測定物109の穴径が基準穴径より大きくなったのか小さくなったのかを判別することができる。画像処理部112は、この判別結果と光束の広がり量から基準穴径からのずれの大きさを計測し、被測定物109の内側形状が基準穴径に対してどれだけ大きいか或いは小さいかを求めることができる。   On the other hand, in the case of the present embodiment, half of the light beam irradiated to the object to be measured 109 is shielded by the light limiting slit 104, so the change in the spread of the light beam when the hole diameter is different is shown in FIG. become that way. In the figure, when the reference hole diameter is photographed, there is no blur of the image like the light beam 452, but the light beam spreads as the light beams 452a, 452b and 452c as the hole diameter becomes larger than the reference hole diameter. . Similarly, as the hole diameter becomes smaller than the reference hole diameter, the light beam spreads like light beams 452d, 452e and 452f. However, unlike the case of FIG. 5 (a), the light beams 452a, 452b and 452c spread only in the right direction of the plane of the axis C4. Similarly, the light beams 452d, 452e and 452f spread in different ways. This is only in the left direction of the paper surface of the axis C4. That is, it can be determined whether the hole diameter of the DUT 109 is larger or smaller than the reference hole diameter depending on whether the axis C4 is shifted to the right or left of the paper surface. The image processing unit 112 measures the magnitude of the deviation from the reference hole diameter from the determination result and the amount of spread of the light beam, and determines how large or small the inner shape of the DUT 109 is with respect to the reference hole diameter. Can be sought.

図5では撮像部111の受光面に結像された光束の様子について説明したが、被測定物109の穴の形状によって、撮影画像がどのように変化するかについて図6を用いて説明する。同図は撮像部111の受光面501に結像された画像の全体の様子を示しており、同図(a)は基準穴径を測定した時の画像で、基準穴径位置C6部分に結像される。同図(b)は基準穴径より大きい穴を測定した時の画像で、基準穴径位置C6の外側にボケた画像が得られる。逆に、同図(c)は基準穴径より小さい穴を測定した時の画像で、基準穴径位置C6の内側にボケた画像が得られる。尚、同図(a),(b),(c)では分かり易いように基準穴径位置C6の両側に少し離して像を示す斜線部分を描いてあるが、実際には基準穴径位置C6部分に重なる。例えば、基準穴径位置C6より大きかったり小さかったりする四角い内側形状を有する被測定物109を測定した場合は、同図(d)で示すような画像が得られる。   Although the state of the light beam imaged on the light receiving surface of the imaging unit 111 has been described with reference to FIG. 5, how the captured image changes depending on the shape of the hole of the object to be measured 109 will be described with reference to FIG. This figure shows the overall state of the image formed on the light receiving surface 501 of the imaging unit 111. FIG. 10A shows an image when the reference hole diameter is measured, and is connected to the reference hole diameter position C6. Imaged. FIG. 7B shows an image obtained when a hole larger than the reference hole diameter is measured, and an image blurred on the outside of the reference hole diameter position C6 is obtained. On the other hand, FIG. 5C shows an image obtained when a hole smaller than the reference hole diameter is measured, and an image blurred inside the reference hole diameter position C6 is obtained. In FIGS. 6A, 6B, and 6C, hatched portions showing images are drawn slightly apart on both sides of the reference hole diameter position C6 for easy understanding, but in actuality, the reference hole diameter position C6 is shown. Overlapping parts. For example, when the object to be measured 109 having a square inner shape that is larger or smaller than the reference hole diameter position C6 is measured, an image as shown in FIG.

このように、画像処理部112は、撮像部111の受光面に結像された画像データを受け取ると、光束が広がる方向から被測定物109の内側形状が基準穴径よりも大きいか小さいかを判別し、さらに広がった光束の中心またはピーク位置と基準穴径位置C6との距離から被測定物109の内側の径(形状)を求めることができる。例えば、図6(b)の場合は広がった光束のピーク位置と基準穴径位置C6との距離Δx1を測定し、図6(c)の場合は距離Δx2を測定して、被測定物109の穴径を求める。また、全周範囲を細分化(例えば1°〜2°毎)してそれぞれ径(形状)を求めて合成することにより複雑な形状の測定が可能となる。尚、実際の測定においては、基準穴径と大きさが異なる穴径が分かっている校正用の工具を用いて、広がった光束のピーク位置と基準穴径位置C6との距離Δxと実際の穴径の差を予め測定しておき、距離Δxと実際の穴径の差の変換テーブルを準備しておくのが好ましい。   As described above, when the image processing unit 112 receives the image data imaged on the light receiving surface of the imaging unit 111, the image processing unit 112 determines whether the inner shape of the DUT 109 is larger or smaller than the reference hole diameter from the direction in which the light beam spreads. It is possible to determine the inner diameter (shape) of the measured object 109 from the distance between the center or peak position of the further expanded light beam and the reference hole diameter position C6. For example, in the case of FIG. 6B, the distance Δx1 between the peak position of the spread light beam and the reference hole diameter position C6 is measured, and in the case of FIG. Find the hole diameter. Further, a complicated shape can be measured by subdividing the entire circumference range (for example, every 1 ° to 2 °) and obtaining and synthesizing each diameter (shape). In actual measurement, using a calibration tool whose hole diameter is different from the reference hole diameter, the distance Δx between the peak position of the spread light beam and the reference hole diameter position C6 and the actual hole are measured. It is preferable to measure the difference in diameter in advance and prepare a conversion table for the difference between the distance Δx and the actual hole diameter.

次に、断面測定方法について説明する。図7(a)は受光面に結像している光リングを示している。まず、受光面の中心に仮中心を設定する。次に、その仮中心から、設定角度毎に放射方向の光強度を測定していく。光リングが結像している部分では光強度が強くなっている。このリング像の光量分布からリングの円周と定義する部分を算出する。   Next, a method for measuring a cross section will be described. FIG. 7A shows an optical ring imaged on the light receiving surface. First, a temporary center is set at the center of the light receiving surface. Next, from the temporary center, the light intensity in the radial direction is measured for each set angle. The light intensity is high at the portion where the light ring is imaged. A portion defined as the circumference of the ring is calculated from the light amount distribution of the ring image.

定義の方法はいくつかあり、例えば以下の方法が利用できる。
1)光量ピーク法:リングプロファイルのピーク位置周辺の光量分布の離散的なデータを近似式にフィッティングをおこない、そのピーク位置を算出する方法。
2)光量重心法:リングプロファイルのピーク位置周辺の光量分布の重心位置を算出する方法。
3)しきい値法:リングプロファイルのピーク位置から例えば30%暗い位置に閾値を設定し、プロファイルと交わった位置の中間位置を算出する方法。
There are several definition methods. For example, the following methods can be used.
1) Light quantity peak method: A method of calculating the peak position by fitting discrete data of the light quantity distribution around the peak position of the ring profile to an approximate expression.
2) Light intensity centroid method: A method of calculating the centroid position of the light intensity distribution around the peak position of the ring profile.
3) Threshold method: A method in which a threshold is set, for example, at a position 30% darker than the peak position of the ring profile, and an intermediate position between the positions intersecting the profile is calculated.

例えば上記の光重心法でそれぞれの方向における円周位置を求めていく。図7(a)では45度毎に算出した場合を示しており、図7(b)に示す光リングの円周点がポイント8点求まる。その後、これらのポイントから最小自乗法などの数学的手法を用いて、光リングの大きさやリングの中心を求める。さらに、光リングの大きさから直接被測定物の内径を算出することもできる。また、前述のように、基準リング寸法からの差分を算出することもできる。   For example, the circumferential position in each direction is obtained by the above optical center of gravity method. FIG. 7A shows a case where calculation is performed every 45 degrees, and 8 points are obtained as the circumferential points of the optical ring shown in FIG. 7B. Thereafter, the size of the optical ring and the center of the ring are obtained from these points using a mathematical method such as a least square method. Furthermore, the inner diameter of the object to be measured can be directly calculated from the size of the optical ring. Further, as described above, the difference from the reference ring dimension can also be calculated.

ところが、図8(a)に示したように移動部114の中心軸CA1と、被測定物109の中心軸CA2とがXY平面上でずれていた場合や、図8(b),(c)に示したように被測定物109の中心軸CA3がZ軸方向に対して傾きを有する場合、或いは図8(c)に示したように被測定物109の内側の形状がZ軸方向に対してジグザグ状に傾きを有する場合では、図6で説明したように基準穴径位置C6に対して光束の広がる方向が対称的にならない。この様子について図9を用いて説明する。   However, as shown in FIG. 8A, the center axis CA1 of the moving unit 114 and the center axis CA2 of the DUT 109 are shifted on the XY plane, or FIGS. 8B and 8C. When the center axis CA3 of the measured object 109 is inclined with respect to the Z-axis direction as shown in FIG. 8, or when the inner shape of the measured object 109 is relative to the Z-axis direction as shown in FIG. In the case of a zigzag inclination, the direction in which the light beam spreads is not symmetrical with respect to the reference hole diameter position C6 as described with reference to FIG. This will be described with reference to FIG.

図9は、基準穴径位置C6と同じ穴径の被測定物109を測定した時の光束の広がりを示したものであるが、移動部114の中心軸CA1と、被測定物109の中心軸CA2とがXY平面上でずれているので、基準穴径位置C6の中心座標Rxyに対して被測定物109の内側形状の中心座標Pnxyとが偏芯したように像が広がる。基準穴径位置C6の中心座標Rxyに対して被測定物109の内側形状の中心座標Pnxyがずれていない場合は、図6(b),(c)で説明したように、被測定物109の内側形状の大きさに応じて円周上に均一に像が広がるが、基準穴径位置C6の中心座標Rxyに対して被測定物109の内側形状の中心座標Pnxyがずれている場合は、図9の斜線で示した部分のように円周上に均一に像が広がらず、ずれの偏りが生じる。この場合、点Q1および点Q2においては、基準穴径位置C6と被測定物109との内径がぴったりと一致するので、形成される像の輝度QBは高くなるが、断面S1−S2で切り取った像の輝度SB1およびSB2のように広がって分布する。   FIG. 9 shows the spread of the light beam when measuring the measured object 109 having the same hole diameter as the reference hole diameter position C6. The central axis CA1 of the moving unit 114 and the central axis of the measured object 109 are shown. Since CA2 is displaced on the XY plane, the image spreads as if the center coordinate Pnxy of the inner shape of the DUT 109 is decentered with respect to the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6. When the center coordinate Pnxy of the inner shape of the object to be measured 109 is not deviated from the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6, as described with reference to FIGS. If the image spreads uniformly on the circumference according to the size of the inner shape, but the center coordinate Pnxy of the inner shape of the DUT 109 deviates from the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6, As shown by the hatched portion in FIG. 9, the image does not spread uniformly on the circumference, and deviation of deviation occurs. In this case, at the points Q1 and Q2, the inner diameter of the reference hole diameter position C6 and the measured object 109 are exactly the same, so that the brightness QB of the formed image is increased, but the image is cut at the cross section S1-S2. It is spread and distributed like the luminances SB1 and SB2 of the image.

このように、移動部114の中心軸CA1と、被測定物109の中心軸CA2とがXY平面上でずれている場合は、被測定物109の円周上の位置によって測定精度が異なってしまうので、正確な測定を行うことができない。尚、図8(b),(c)に示したように、被測定物109の中心軸CA3,CA4が移動部114の中心軸CA1に対して傾きを有する場合も同様である。   As described above, when the center axis CA1 of the moving unit 114 and the center axis CA2 of the measured object 109 are shifted on the XY plane, the measurement accuracy varies depending on the position of the measured object 109 on the circumference. Therefore, accurate measurement cannot be performed. Note that the same applies to the case where the center axes CA3 and CA4 of the DUT 109 are inclined with respect to the center axis CA1 of the moving unit 114, as shown in FIGS.

そこで、本実施形態では、移動部114の中心と、被測定物109の中心とのXY平面上でのずれを補正するようになっている。次に、移動部114の中心と、被測定物109の中心とのXY平面上でのずれについて図10を用いて説明する。   Therefore, in the present embodiment, the deviation on the XY plane between the center of the moving unit 114 and the center of the DUT 109 is corrected. Next, the shift on the XY plane between the center of the moving unit 114 and the center of the DUT 109 will be described with reference to FIG.

図10は、図8(b)で説明したように、被測定物109の中心軸CA3が移動部114の中心軸CA1(Z軸方向とする)に対して傾いている場合の様子を示している。図10において、移動部114の中心軸CA1に対する被測定物109の中心軸CA3の位置ずれはZ軸方向の位置に応じて変化する。例えば、位置Z1では被測定物109の内側形状601のZ軸に直交するXY平面上の中心座標はP1xyであるが、位置Z2では被測定物109の内側形状602の中心座標はP2xyとなり、基準穴径位置C6の中心座標Rxyとのずれは位置Z1より大きくなる。同様に、位置Z3では被測定物109の内側形状603の中心座標はP3xyとなり、基準穴径位置C6の中心座標Rxyとのずれは位置Z1よりさらに大きくなる。   FIG. 10 shows a state in which the central axis CA3 of the DUT 109 is tilted with respect to the central axis CA1 (referred to as the Z-axis direction) of the moving unit 114 as described with reference to FIG. Yes. In FIG. 10, the displacement of the center axis CA3 of the DUT 109 with respect to the center axis CA1 of the moving unit 114 changes according to the position in the Z-axis direction. For example, the center coordinate on the XY plane orthogonal to the Z-axis of the inner shape 601 of the object to be measured 109 is P1xy at the position Z1, but the center coordinate of the inner shape 602 of the object to be measured 109 is P2xy at the position Z2. The deviation of the hole diameter position C6 from the center coordinate Rxy is larger than the position Z1. Similarly, the center coordinate of the inner shape 603 of the object to be measured 109 is P3xy at the position Z3, and the deviation from the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6 is further larger than the position Z1.

次に、このような位置ずれを補正する場合の中空形状測定装置101の測定の流れについて、図11のフローチャートを用いて説明する。尚、分かり易いように、位置ずれ補正に関係する処理を300番台のステップ番号で示し、位置ずれ補正以外の処理を200番台のステップ番号で示してある。
(ステップS201)先ず、被測定物109を移動部114の下にセットする。
(ステップS202)次に、移動部114のZ軸方向の測定レンジ(移動範囲)やZ軸方向の測定ピッチ(移動ピッチ)などの測定仕様をパソコン115から入力する。パソコン115で入力された測定仕様は、ケーブル118を介して画像処理部112に出力され、画像処理部112はケーブル117を介してZ軸駆動部本体113に移動部114を送光部102等と共に測定開始位置に移動するよう指令する。
(ステップS301)位置ずれ大きさを仮測定する処理を行う。ここで、サブルーチン化された位置ずれ仮測定処理について、図12を用いて詳しく説明する。
Next, the measurement flow of the hollow shape measuring apparatus 101 when correcting such a displacement will be described with reference to the flowchart of FIG. For easy understanding, processes related to misalignment correction are indicated by step numbers in the 300s, and processes other than misalignment correction are indicated by step numbers in the 200s.
(Step S201) First, the DUT 109 is set under the moving unit 114.
(Step S202) Next, measurement specifications such as a measurement range (movement range) in the Z-axis direction and a measurement pitch (movement pitch) in the Z-axis direction of the moving unit 114 are input from the personal computer 115. The measurement specifications input by the personal computer 115 are output to the image processing unit 112 via the cable 118. The image processing unit 112 sends the moving unit 114 to the Z-axis drive unit main body 113 via the cable 117 together with the light transmitting unit 102 and the like. Command to move to measurement start position.
(Step S301) A process of temporarily measuring the size of the positional deviation is performed. Here, the positional deviation temporary measurement processing that is made into a subroutine will be described in detail with reference to FIG.

図12は、位置ずれ仮測定処理のサブルーチンで、図10で示したようにZ軸方向のZ座標毎に被測定物109の内側形状の中心座標を測定する処理である。
(ステップS311)移動部114の現在位置で送光部102から光を照射し、撮像部111で画像を撮影する。
(ステップS312)撮像部111で受光した画像をケーブル116を介して画像処理部112に出力する。
(ステップS313)画像処理部112は、ケーブル121を介して接続されているZ軸位置検出部119から移動部114の現在位置(Z座標)を読み取る。
(ステップS314)画像処理部112は、撮影した画像から被測定物109の内側形状の中心座標を測定する。尚、中心座標は、先ず図6および図7で説明したように被測定物109の内側形状を求め、内側形状の各辺からの等距離の位置或いは重心位置を中心座標として求めることができる。
(ステップS315)測定仕様に従って、測定が完了したか否かを判断する。例えば、移動部114が移動範囲の終了位置に達していない場合はステップS316に進み、終了位置に達している場合はステップS317に進む。
(ステップS316)移動部114を設定された測定ピッチに従って、次の測定位置までZ軸方向に移動してステップS311に戻り、当該位置での位置ずれ仮測定を継続して行う。
(ステップS317)移動部114が設定されたZ軸方向の移動範囲の終了位置に達すると位置ずれ仮測定処理のサブルーチンを終了して、メインルーチンに戻る。
FIG. 12 is a process for measuring the center coordinates of the inner shape of the DUT 109 for each Z coordinate in the Z-axis direction as shown in FIG.
(Step S 311) Light is emitted from the light transmitting unit 102 at the current position of the moving unit 114, and an image is captured by the imaging unit 111.
(Step S 312) The image received by the imaging unit 111 is output to the image processing unit 112 via the cable 116.
(Step S313) The image processing unit 112 reads the current position (Z coordinate) of the moving unit 114 from the Z-axis position detecting unit 119 connected via the cable 121.
(Step S314) The image processing unit 112 measures the center coordinates of the inner shape of the DUT 109 from the captured image. As described above with reference to FIGS. 6 and 7, the center coordinates can be obtained by obtaining the inner shape of the DUT 109 and determining the equidistant position or the barycentric position from each side of the inner shape as the center coordinates.
(Step S315) It is determined whether the measurement is completed according to the measurement specification. For example, if the moving unit 114 has not reached the end position of the moving range, the process proceeds to step S316, and if it has reached the end position, the process proceeds to step S317.
(Step S316) The moving unit 114 is moved in the Z-axis direction to the next measurement position in accordance with the set measurement pitch, and the process returns to Step S311 to continue the temporary displacement measurement at the position.
(Step S317) When the moving unit 114 reaches the end position of the set moving range in the Z-axis direction, the temporary displacement measurement process subroutine is terminated and the process returns to the main routine.

図11のステップS301の位置ずれ仮測定処理が終了すると、ステップS302の処理を行う。
(ステップS302)画像処理部112は、ステップS301の位置ずれ仮測定処理で測定したZ座標毎の被測定物109の内側形状の中心座標から位置ずれ量を算出する。例えば、仮測定したZ座標がZ1,Z2・・・Znのn個であった場合、それぞれの被測定物109の内側形状の中心座標をP1xy,P2xy・・・Pnxyとする。この場合のn個の中心座標の平均値を算出し、これを平均中心座標Pavexyとする。さらに、求めた平均中心座標Pavexyと基準穴径位置C6の中心座標Rxyとの差分ΔxyをXY座標上の位置ずれ量として算出することができる。尚、ここでは説明が分かり易いように、単純にn個のZ座標毎の中心座標の平均値を求めたが、最小二乗法などの手法を用いても構わないし、Z座標(高さ位置)によって重み付けを行うようにしても構わない。例えば、精度良く測定したい高さ位置で重み付けを大きくすることで、当該部分の測定精度を向上することができる。
(ステップS303)画像処理部112は、ステップS302で求めた基準穴径位置C6の中心座標Rxyとの差分ΔxyだけXY座標上の位置ずれを調整する。例えば、差分Δxy(Δx,Δy)であった場合、画像処理部112は、XY座標移動部120に指令して、現在のXY座標位置に対してX軸方向にΔxだけ、Y軸方向にΔyだけ、それぞれ移動させる。
When the temporary displacement measurement process in step S301 in FIG. 11 is completed, the process in step S302 is performed.
(Step S302) The image processing unit 112 calculates the amount of positional deviation from the center coordinates of the inner shape of the measured object 109 for each Z coordinate measured in the temporary positional deviation measurement process of Step S301. For example, if the temporarily measured Z coordinates are n of Z1, Z2... Zn, the center coordinates of the inner shape of each object 109 to be measured are P1xy, P2xy. In this case, an average value of n center coordinates is calculated, and this is set as an average center coordinate Pavexy. Further, the difference Δxy between the obtained average center coordinate Pavexy and the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6 can be calculated as a positional deviation amount on the XY coordinates. Here, for easy understanding, the average value of the center coordinates for each of the n Z coordinates is simply obtained, but a method such as a least square method may be used, and the Z coordinate (height position) may be used. You may make it weight by. For example, by increasing the weighting at the height position where measurement is desired with high accuracy, the measurement accuracy of the part can be improved.
(Step S303) The image processing unit 112 adjusts the positional deviation on the XY coordinates by a difference Δxy from the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6 obtained in Step S302. For example, when the difference is Δxy (Δx, Δy), the image processing unit 112 instructs the XY coordinate moving unit 120 to perform Δx in the X-axis direction and Δy in the Y-axis direction with respect to the current XY coordinate position. Just move each one.

ここまでの処理で、ステップS302で求めた平均中心座標Pavexyと基準穴径位置C6の中心座標Rxyとが一致する位置に被測定物109が配置される。以降、位置ずれ調整された状態で、中空形状測定装置101の内側形状の測定を行う。
(ステップS203)移動部114の現在位置で送光部102から光を照射し、撮像部111で画像を撮影する。
(ステップS204)撮像部111で受光した画像をケーブル116を介して画像処理部112に出力する。
(ステップS205)画像処理部112は、図5および図6で説明したように、被測定物109の内径(形状)を求める。
(ステップS206)測定仕様に従って、測定が完了したか否かを判断する。例えば、Z軸方向の移動部114が移動範囲の終了位置に達していない場合はステップS207に進み、終了位置に達している場合はステップS208に進む。
(ステップS207)移動部114を設定された測定ピッチに従って、次の測定位置までZ軸方向に移動してステップS203に戻り、当該位置での測定を行う。
(ステップS208)移動部114が設定されたZ軸方向の移動範囲の終了位置に達して測定を終了した場合は、被測定物109の内側の高さ(測定光学系との相対位置)毎の形状を求め、これらの形状を合成して中空形状データを作成する。
Through the processing so far, the DUT 109 is arranged at a position where the average center coordinate Pavexy obtained in step S302 matches the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6. Thereafter, the inner shape of the hollow shape measuring apparatus 101 is measured in a state in which the positional deviation is adjusted.
(Step S <b> 203) Light is emitted from the light transmitting unit 102 at the current position of the moving unit 114, and an image is captured by the imaging unit 111.
(Step S <b> 204) The image received by the imaging unit 111 is output to the image processing unit 112 via the cable 116.
(Step S205) As described with reference to FIGS. 5 and 6, the image processing unit 112 obtains the inner diameter (shape) of the DUT 109.
(Step S206) It is determined whether the measurement is completed according to the measurement specification. For example, if the moving unit 114 in the Z-axis direction has not reached the end position of the moving range, the process proceeds to step S207, and if it has reached the end position, the process proceeds to step S208.
(Step S207) The moving unit 114 is moved in the Z-axis direction to the next measurement position according to the set measurement pitch, and returns to Step S203 to perform measurement at the position.
(Step S208) When the movement unit 114 reaches the end position of the set movement range in the Z-axis direction and finishes the measurement, the inner height of the object to be measured 109 (relative position with respect to the measurement optical system) Shapes are obtained, and these shapes are synthesized to create hollow shape data.

ここで、中空形状データの合成方法について、図13を用いて説明する。図13において、701から706は、Z軸方向(高さ方向)にそれぞれ高さ(n)から(n+5)まで所定ピッチ毎に可変した時の被測定物109の内側形状を示している。尚、図10では分かり易いように内側形状は円で示してあるが、被測定物109によっては半径が異なる凹凸のある内側形状の場合もある。各高さ毎に内側形状701から706を合成することによって、被測定物109の中空形状データを求めることができ、この中空形状データから立体的な中空形状109aを構築することができる。   Here, a method for synthesizing hollow shape data will be described with reference to FIG. In FIG. 13, reference numerals 701 to 706 denote inner shapes of the DUT 109 when the height is varied from the height (n) to (n + 5) by a predetermined pitch in the Z-axis direction (height direction). In FIG. 10, the inner shape is shown as a circle for easy understanding. However, depending on the object to be measured 109, there may be an inner shape with irregularities having different radii. By synthesizing the inner shapes 701 to 706 for each height, the hollow shape data of the DUT 109 can be obtained, and the three-dimensional hollow shape 109a can be constructed from the hollow shape data.

さて、図11のフローチャートに戻って説明を続ける。
(ステップS209)画像処理部112で作成された中空形状データは、ケーブル118を介してパソコン115に出力され、パソコン115の画面に表示される。
(ステップS210)必要に応じて、パソコン115では、キーボードやマウスを操作して、画面に表示されている被測定物109の任意の位置を指定して、画像処理部112から受け取った被測定物109の中空形状データから指定された各部の大きさや長さを表示する。
(ステップS211)全ての計測を終了する。
Returning to the flowchart of FIG.
(Step S209) The hollow shape data created by the image processing unit 112 is output to the personal computer 115 via the cable 118 and displayed on the screen of the personal computer 115.
(Step S210) If necessary, the personal computer 115 operates the keyboard or mouse to specify an arbitrary position of the object 109 displayed on the screen, and the object to be measured received from the image processing unit 112. The size and length of each part designated from 109 hollow shape data are displayed.
(Step S211) All measurements are terminated.

このように、本実施形態に係る中空形状測定装置101は、所定ピッチで移動部114を上下させながら、被測定物109の所定の高さ毎に基準穴径とのずれから内側形状を求め、高さ毎の内側形状を合成することによって物体の中空形状を立体的に構築することができる。特に、被測定物109の内側がZ軸方向に対して傾斜している場合でも、傾斜の平均中心座標Pavexyと基準穴径位置C6の中心座標Rxyとが一致する位置に被測定物109が配置されるので、高い精度で被測定物109の中空形状を測定することができる。   As described above, the hollow shape measuring apparatus 101 according to the present embodiment obtains the inner shape from the deviation from the reference hole diameter for each predetermined height of the object to be measured 109 while moving the moving unit 114 up and down at a predetermined pitch. The hollow shape of the object can be three-dimensionally constructed by synthesizing the inner shape for each height. In particular, even when the inside of the measured object 109 is inclined with respect to the Z-axis direction, the measured object 109 is arranged at a position where the average center coordinate Pavexy of the inclination coincides with the central coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6. Therefore, the hollow shape of the DUT 109 can be measured with high accuracy.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る中空形状測定装置101について説明する。本実施形態に係る中空形状測定装置101の構成は、図1に示した第1の実施形態に係る中空形状測定装置101と同じである。本実施形態と第1の実施形態との相違点は、被測定物109の内側形状の中心座標Pnxyと基準穴径位置C6の中心座標Rxyとの位置ずれの補正方法が異なることである。ここでは、第1の実施形態と異なる部分のみ説明する。
(Second Embodiment)
Next, the hollow shape measuring apparatus 101 according to the second embodiment will be described. The configuration of the hollow shape measuring apparatus 101 according to this embodiment is the same as that of the hollow shape measuring apparatus 101 according to the first embodiment shown in FIG. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the correction method of the positional deviation between the center coordinate Pnxy of the inner shape of the DUT 109 and the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6 is different. Here, only a different part from 1st Embodiment is demonstrated.

図14のフローチャートは、本実施形態における中空形状測定装置101の測定の流れを示している。尚、第1の実施形態と同じ処理は同じステップ番号で示してある。また、本実施形態で異なる処理は400番台のステップ番号で示してある。ステップS201,ステップS202,ステップS301までの処理は、第1の実施形態の図11のフローチャートと同じである。つまり、被測定物109を移動部114の下にセットし、移動部114の測定レンジ(移動範囲)や測定ピッチ(移動ピッチ)などの測定仕様をパソコン115から入力する。さらに、位置ずれ大きさを仮測定する処理を行って、Z座標毎に被測定物109の内側形状の中心座標を測定する。   The flowchart of FIG. 14 shows a measurement flow of the hollow shape measuring apparatus 101 in the present embodiment. The same processes as those in the first embodiment are indicated by the same step numbers. Further, different processes in this embodiment are indicated by step numbers in the 400s. The processes up to step S201, step S202, and step S301 are the same as those in the flowchart of FIG. 11 of the first embodiment. That is, the measurement object 109 is set under the moving unit 114, and measurement specifications such as a measurement range (moving range) and a measurement pitch (moving pitch) of the moving unit 114 are input from the personal computer 115. Further, a process for temporarily measuring the size of the displacement is performed, and the center coordinates of the inner shape of the DUT 109 are measured for each Z coordinate.

(ステップS401)画像処理部112は、ステップS301の位置ずれ仮測定処理で測定した被測定物109の内側形状の中心座標から位置ずれ量をZ座標を変数とする関数(位置ずれ関数f(z))を求める。例えば、任意のZ軸位置(高さz)での基準穴径位置C6の中心座標Rxyとの差分Δxyは、
差分Δxy=Rxy−f(z) ・・・(式1)
の式によって求めることができる。尚、位置ずれ関数f(z)は一次関数であるとは限らない。なお、一次関数で求まらない場合は高次関数としてもよく、Z方向を分割して各分割エリア毎に一次関数としてもよい。
(Step S401) The image processing unit 112 uses a function (position shift function f (z) with the Z coordinate as a variable from the center coordinate of the inner shape of the DUT 109 measured by the position shift temporary measurement process in step S301. )). For example, the difference Δxy from the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6 at an arbitrary Z-axis position (height z) is
Difference Δxy = Rxy−f (z) (Formula 1)
It can be calculated by the following formula. Note that the displacement function f (z) is not necessarily a linear function. In addition, when it cannot obtain | require with a linear function, it is good also as a high-order function, and it is good also as a linear function for every divided area by dividing | segmenting a Z direction.

(ステップS402)ステップS202で設定された測定仕様に従って、画像処理部112は、ケーブル117を介してZ軸駆動部本体113に移動部114を送光部102等と共に測定開始位置(初期位置)に移動するよう指令する。   (Step S402) In accordance with the measurement specification set in Step S202, the image processing unit 112 moves the moving unit 114 to the Z-axis drive unit main body 113 via the cable 117 together with the light transmission unit 102 and the like to the measurement start position (initial position). Command to move.

(ステップS403)画像処理部112は、ケーブル121を介して接続されているZ軸位置検出部119から移動部114の現在位置(Z座標)を読み取る。読み取ったZ座標をステップS401で求めた位置ずれ関数f(z)に代入して、現在位置での位置ずれ量を算出する。つまり、(式1)によって差分Δxy(Δx,Δy)を求める。   (Step S <b> 403) The image processing unit 112 reads the current position (Z coordinate) of the moving unit 114 from the Z-axis position detection unit 119 connected via the cable 121. The read Z coordinate is substituted into the positional deviation function f (z) obtained in step S401 to calculate the positional deviation amount at the current position. That is, the difference Δxy (Δx, Δy) is obtained by (Equation 1).

(ステップS404)画像処理部112は、差分Δxy(Δx,Δy)であった場合、画像処理部112は、XY座標移動部120に指令して、現在のXY座標位置に対してX軸方向にΔxだけ、Y軸方向にΔyだけ、それぞれ移動させる。この結果、基準穴径位置C6の中心座標Rxyと高さzでの被測定物109の内側形状の中心座標とが一致する(位置ずれ調整)。尚、画像処理部112は、位置ずれ調整した差分Δxy(Δx,Δy)をZ座標(高さ)に対応させて記憶しておく。   (Step S404) If the difference is Δxy (Δx, Δy), the image processing unit 112 instructs the XY coordinate moving unit 120 to move in the X-axis direction with respect to the current XY coordinate position. Move by Δx and Δy in the Y-axis direction. As a result, the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6 coincides with the center coordinate of the inner shape of the DUT 109 at the height z (position shift adjustment). Note that the image processing unit 112 stores the difference Δxy (Δx, Δy) adjusted for positional deviation in correspondence with the Z coordinate (height).

次のステップS203からステップS205までの処理は、第1の実施形態の図11のフローチャートと同じである。   The processing from the next step S203 to step S205 is the same as the flowchart of FIG. 11 of the first embodiment.

(ステップS405)図11のステップS206と同様に、測定仕様に従って、測定が完了したか否かを判断する。移動部114が設定されたZ軸方向の移動範囲の終了位置に達していない場合はステップS406に進み、終了位置に達している場合はステップS407に進む。   (Step S405) Similar to step S206 in FIG. 11, it is determined whether the measurement is completed according to the measurement specification. If the moving unit 114 has not reached the end position of the set movement range in the Z-axis direction, the process proceeds to step S406, and if it has reached the end position, the process proceeds to step S407.

(ステップS406)図11のステップS207と同様に、移動部114を設定された測定ピッチに従って、次の測定位置までZ軸方向に移動する。処理後は、ステップS403に戻り、当該位置での位置ずれ量の算出を行う。   (Step S406) Similar to step S207 in FIG. 11, the moving unit 114 is moved in the Z-axis direction to the next measurement position in accordance with the set measurement pitch. After the processing, the process returns to step S403, and the amount of positional deviation at that position is calculated.

(ステップS407)移動部114が設定されたZ軸方向の移動範囲の終了位置に達して測定を終了した場合は、被測定物109の内側の高さ(測定光学系との相対位置)毎の形状を求め、これらの形状を合成して中空形状データを作成する。   (Step S407) When the movement unit 114 reaches the end position of the set movement range in the Z-axis direction and completes the measurement, the inner height of the object to be measured 109 (relative position with respect to the measurement optical system) is set. Shapes are obtained, and these shapes are synthesized to create hollow shape data.

ここで、本実施形態における中空形状データの合成方法について、図15を用いて説明する。図15(a)において、711から716は、Z軸方向(高さ方向)にそれぞれ高さ(n)から(n+5)まで所定ピッチ毎に可変した時の被測定物109の内側形状を示している。尚、第1の実施形態の図13では被測定物109の内側形状は斜めに傾いたまま測定されていたが、本実施形態では高さ毎に基準穴径位置C6の中心座標Rxyとのずれを調整して測定するので、図15(a)に示したように、被測定物109の内側形状の傾きは補正されて、傾いていない状態の中空形状データが合成される。そこで、本実施形態ではずれ量を補正して合成する。画像処理部112は、ステップS404において位置ずれ調整した差分Δxy(Δx,Δy)をZ座標(高さ)に対応させて記憶しているので、図15(a)の内側形状711から715のXY座標上の位置をZ座標毎に補正し、図15(b)に示すように、内側形状721から725のように、実際の被測定物109と同じになるように合成して表示する。尚、図15では、内側形状706の中心座標は基準穴径位置C6の中心座標Rxyと一致させて描いてある。   Here, a method for synthesizing hollow shape data in the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 15A, reference numerals 711 to 716 denote the inner shape of the DUT 109 when it is varied at predetermined pitches from the height (n) to (n + 5) in the Z-axis direction (height direction). Yes. In FIG. 13 of the first embodiment, the inner shape of the DUT 109 is measured while being inclined obliquely. However, in this embodiment, the deviation from the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6 for each height. Therefore, as shown in FIG. 15A, the inclination of the inner shape of the object to be measured 109 is corrected, and the hollow shape data in an untilted state is synthesized. Therefore, in this embodiment, the shift amount is corrected and synthesized. Since the image processing unit 112 stores the difference Δxy (Δx, Δy) adjusted in positional deviation in step S404 in correspondence with the Z coordinate (height), the XY of the inner shapes 711 to 715 in FIG. The position on the coordinate is corrected for each Z coordinate, and as shown in FIG. 15 (b), it is synthesized and displayed so as to be the same as the actual object to be measured 109, as in the inner shapes 721 to 725. In FIG. 15, the center coordinates of the inner shape 706 are drawn so as to coincide with the center coordinates Rxy of the reference hole diameter position C6.

次のステップS209からステップS211までの処理は、第1の実施形態の図11のフローチャートと同じで、ステップS407で合成された中空形状データが図15(b)のようにパソコン115の画面に表示される。   The processing from the next step S209 to step S211 is the same as the flowchart of FIG. 11 of the first embodiment, and the hollow shape data synthesized in step S407 is displayed on the screen of the personal computer 115 as shown in FIG. 15B. Is done.

このように、本実施形態に係る中空形状測定装置101は、所定ピッチで移動部114を上下させながら、被測定物109の所定の高さ毎に基準穴径とのずれから内側形状を求め、高さ毎の内側形状を合成することによって物体の中空形状を立体的に構築することができる。特に、被測定物109の内側がZ軸方向に対して傾斜している場合でも、高さ毎の測定時に被測定物109の中心座標Pnxyと基準穴径位置C6の中心座標Rxyとの位置ずれが一致するように被測定物109のXY座標上の位置を調整するので、高さに依らず常に高い精度で被測定物109の中空形状を測定することができる。   As described above, the hollow shape measuring apparatus 101 according to the present embodiment obtains the inner shape from the deviation from the reference hole diameter for each predetermined height of the object to be measured 109 while moving the moving unit 114 up and down at a predetermined pitch. The hollow shape of the object can be three-dimensionally constructed by synthesizing the inner shape for each height. In particular, even when the inside of the object to be measured 109 is inclined with respect to the Z-axis direction, the positional deviation between the center coordinate Pnxy of the object to be measured 109 and the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6 at the time of every height measurement. Since the position on the XY coordinate of the object to be measured 109 is adjusted so as to match, the hollow shape of the object to be measured 109 can always be measured with high accuracy regardless of the height.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る中空形状測定装置101について説明する。本実施形態に係る中空形状測定装置101の構成は、図1に示した第1の実施形態に係る中空形状測定装置101と同じである。本実施形態と第1の実施形態および第2の実施形態との相違点は、被測定物109の内側形状の中心座標Pnxyと基準穴径位置C6の中心座標Rxyとの位置ずれの補正方法が異なることである。ここでは、第1の実施形態および第2の実施形態と異なる部分のみ説明する。
(Third embodiment)
Next, a hollow shape measuring apparatus 101 according to the third embodiment will be described. The configuration of the hollow shape measuring apparatus 101 according to this embodiment is the same as that of the hollow shape measuring apparatus 101 according to the first embodiment shown in FIG. The difference between the present embodiment, the first embodiment, and the second embodiment is that there is a correction method for the positional deviation between the center coordinate Pnxy of the inner shape of the DUT 109 and the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6. Is different. Here, only parts different from the first embodiment and the second embodiment will be described.

図16のフローチャートは、本実施形態における中空形状測定装置101の測定の流れを示している。尚、第1の実施形態と同じ処理は同じステップ番号で示してある。また、本実施形態で異なる処理は500番台のステップ番号で示してある。ステップS201,ステップS202までの処理は、第1の実施形態の図11のフローチャートと同じである。つまり、被測定物109を移動部114の下にセットし、移動部114の測定レンジ(移動範囲)や測定ピッチ(移動ピッチ)などの測定仕様をパソコン115から入力する。   The flowchart of FIG. 16 shows a measurement flow of the hollow shape measuring apparatus 101 in the present embodiment. The same processes as those in the first embodiment are indicated by the same step numbers. Further, different processes in this embodiment are indicated by step numbers in the 500s. The processing up to step S201 and step S202 is the same as the flowchart of FIG. 11 of the first embodiment. That is, the measurement object 109 is set under the moving unit 114, and measurement specifications such as a measurement range (moving range) and a measurement pitch (moving pitch) of the moving unit 114 are input from the personal computer 115.

(ステップS501)図14のステップS402と同様に、ステップS202で設定された測定仕様に従って、画像処理部112は、ケーブル117を介してZ軸駆動部本体113に移動部114を送光部102等と共に測定開始位置(初期位置)に移動するよう指令する。   (Step S501) Similar to step S402 in FIG. 14, according to the measurement specification set in step S202, the image processing unit 112 sends the moving unit 114 to the Z-axis drive unit main body 113 via the cable 117, etc. At the same time, command to move to the measurement start position (initial position).

(ステップS502)図12のステップS314と同様に、画像処理部112は、撮影した画像から被測定物109の内側形状の中心座標を測定する。   (Step S502) Similar to step S314 in FIG. 12, the image processing unit 112 measures the center coordinates of the inner shape of the DUT 109 from the captured image.

(ステップS503)図12のステップS302と同様に、画像処理部112は、ステップS502で求めた被測定物109の内側形状の中心座標から位置ずれ量を算出する。   (Step S503) Similar to step S302 in FIG. 12, the image processing unit 112 calculates a positional deviation amount from the center coordinates of the inner shape of the DUT 109 obtained in step S502.

(ステップS504)図12のステップS303と同様に、画像処理部112は、XY座標移動部120に指令して、ステップS502で求めた基準穴径位置C6の中心座標Rxyとの差分ΔxyだけXY座標上の位置ずれを調整する。この時点で、ステップS502で求めた被測定物109の内側形状の中心座標と基準穴径位置C6の中心座標Rxyとが一致する位置に被測定物109が配置される。尚、画像処理部112は、位置ずれ調整した差分Δxy(Δx,Δy)を調整時のZ座標(高さ)に対応させて記憶しておく。   (Step S504) Similar to step S303 in FIG. 12, the image processing unit 112 instructs the XY coordinate moving unit 120 to set the XY coordinates by the difference Δxy from the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6 obtained in step S502. Adjust the upper misalignment. At this time, the DUT 109 is arranged at a position where the center coordinates of the inner shape of the DUT 109 obtained in Step S502 coincide with the center coordinates Rxy of the reference hole diameter position C6. Note that the image processing unit 112 stores the difference Δxy (Δx, Δy) adjusted for positional deviation in correspondence with the Z coordinate (height) at the time of adjustment.

次のステップS203からステップS205までの処理は、第1の実施形態の図11のフローチャートと同じである。   The processing from the next step S203 to step S205 is the same as the flowchart of FIG. 11 of the first embodiment.

(ステップS505)図11のステップS206と同様に、測定仕様に従って、測定が完了したか否かを判断する。移動部114が設定されたZ軸方向の移動範囲の終了位置に達していない場合はステップS506に進み、終了位置に達している場合はステップS507に進む。   (Step S505) Similar to step S206 in FIG. 11, it is determined whether the measurement is completed according to the measurement specification. If the moving unit 114 has not reached the end position of the set movement range in the Z-axis direction, the process proceeds to step S506, and if it has reached the end position, the process proceeds to step S507.

(ステップS506)図11のステップS207と同様に、移動部114を設定された測定ピッチに従って、次の測定位置までZ軸方向に移動する。処理後は、ステップS502に戻り、当該位置での被測定物109の内側形状の中心座標を測定する。   (Step S506) Similar to step S207 of FIG. 11, the moving unit 114 is moved in the Z-axis direction to the next measurement position according to the set measurement pitch. After the processing, the process returns to step S502, and the center coordinates of the inner shape of the DUT 109 at the position are measured.

(ステップS507)移動部114が設定されたZ軸方向の移動範囲の終了位置に達して測定を終了した場合は、被測定物109の内側の高さ(測定光学系との相対位置)毎の形状を求め、これらの形状を合成して中空形状データを作成する。この時、図14のステップS407と同様に、作成される中空形状データは、ステップS504で高さ毎に被測定物109の内側形状の中心座標のずれは補正されているので、図15(a)に示すように、傾いていない状態の中空形状データが合成される。そこで、第2の実施形態と同様に、ずれ量を補正して合成する。画像処理部112は、ステップS504で位置ずれ調整した差分Δxy(Δx,Δy)を調整時のZ座標(高さ)に対応させて記憶しているので、図15(a)の内側形状711から715のXY座標上の位置をZ座標毎に補正し、図15(b)に示すように、内側形状721から725のように、実際の被測定物109と同じになるように中空形状データを合成する。   (Step S507) When the movement unit 114 reaches the end position of the set movement range in the Z-axis direction and finishes the measurement, the inner height of the object to be measured 109 (relative position with respect to the measurement optical system) Shapes are obtained, and these shapes are synthesized to create hollow shape data. At this time, as in step S407 of FIG. 14, the generated hollow shape data is corrected for the deviation of the center coordinate of the inner shape of the DUT 109 for each height in step S504. ), The hollow shape data in an untilted state is synthesized. Therefore, as in the second embodiment, the shift amount is corrected and synthesized. Since the image processing unit 112 stores the difference Δxy (Δx, Δy) adjusted in position deviation in step S504 in correspondence with the Z coordinate (height) at the time of adjustment, from the inner shape 711 in FIG. The position of 715 on the XY coordinates is corrected for each Z coordinate, and as shown in FIG. 15B, the hollow shape data is set so as to be the same as the actual measured object 109, as shown in the inner shapes 721 to 725. Synthesize.

次のステップS209からステップS211までの処理は、第1の実施形態の図11のフローチャートと同じで、ステップS507で合成された中空形状データが図15(b)のようにパソコン115の画面に表示される。   The processing from the next step S209 to step S211 is the same as the flowchart of FIG. 11 of the first embodiment, and the hollow shape data synthesized in step S507 is displayed on the screen of the personal computer 115 as shown in FIG. 15B. Is done.

尚、第3の実施形態では、ステップS502で位置ずれ調整のための仮測定を行って中心座標を求めた後、位置ずれを調整してからステップS203で被測定物109の内側形状を本測定するようにしたが、仮測定と本測定とを同時に行って、次の測定の位置ずれ調整量を予測するようにしても構わない。例えば、図10の位置Z1での測定時に、次に測定する位置Z2の中心座標を予測し、Z軸の移動と同時にXY座標の移動も行って、次の測定位置Z2で本測定を行う。予測方法は、例えば、最初の数点を測定して、その傾きから次の中心座標を予測することができる。予測処理を行うことで、仮測定が不要となり、移動部114をZ軸方向に移動すると同時にXY座標移動部120で位置ずれを調整するので、測定時間を短縮することができる。   In the third embodiment, provisional measurement for misalignment adjustment is performed in step S502 to obtain the center coordinates, and then the misalignment is adjusted, and then the inner shape of the DUT 109 is measured in step S203. However, the provisional measurement and the main measurement may be performed at the same time to predict the positional deviation adjustment amount of the next measurement. For example, at the time of measurement at the position Z1 in FIG. 10, the center coordinate of the position Z2 to be measured next is predicted, the XY coordinate is moved simultaneously with the movement of the Z axis, and the main measurement is performed at the next measurement position Z2. As a prediction method, for example, the first few points are measured, and the next center coordinate can be predicted from the inclination. By performing the prediction process, provisional measurement becomes unnecessary, and the displacement is adjusted by the XY coordinate moving unit 120 at the same time as the moving unit 114 is moved in the Z-axis direction, so that the measurement time can be shortened.

このように、本実施形態に係る中空形状測定装置101は、所定ピッチで移動部114を上下させながら、被測定物109の所定の高さ毎に基準穴径とのずれを補正して内側形状を求め、高さ毎の内側形状を合成することによって物体の中空形状を立体的に構築することができる。特に、被測定物109の内側がZ軸方向に対して傾斜している場合でも、高さ毎の測定時に被測定物109の中心座標Pnxyと基準穴径位置C6の中心座標Rxyとの位置ずれが一致するように被測定物109のXY座標上の位置を調整するので、高さに依らず常に高い精度で被測定物109の中空形状を測定することができる。   As described above, the hollow shape measuring apparatus 101 according to the present embodiment corrects a deviation from the reference hole diameter for each predetermined height of the object 109 to be measured while moving the moving unit 114 up and down at a predetermined pitch. The hollow shape of the object can be three-dimensionally constructed by obtaining the inner shape for each height. In particular, even when the inside of the object to be measured 109 is inclined with respect to the Z-axis direction, the positional deviation between the center coordinate Pnxy of the object to be measured 109 and the center coordinate Rxy of the reference hole diameter position C6 at the time of every height measurement. Since the position on the XY coordinate of the object to be measured 109 is adjusted so as to match, the hollow shape of the object to be measured 109 can always be measured with high accuracy regardless of the height.

尚、各実施形態では、画像処理を行う画像処理部112と、中空形状測定装置101全体の操作や測定結果の表示を行うパソコン115とを別々に設けたが、パソコン115に画像処理部112のハードウェアおよびソフトウェアを内蔵するようにしても構わない。或いは、逆に画像処理部112に操作部や表示部を設けて、中空形状測定装置101専用の制御部としても構わない。   In each embodiment, the image processing unit 112 that performs image processing and the personal computer 115 that displays the entire operation of the hollow shape measuring apparatus 101 and the display of measurement results are provided separately. You may make it incorporate hardware and software. Or, conversely, an operation unit or a display unit may be provided in the image processing unit 112 to be a control unit dedicated to the hollow shape measuring apparatus 101.

また、各実施形態では、XY座標移動部120で被測定物109を移動するようにしたが、移動部114側を移動するようにしても構わないし、被測定物109をX座標方向またはY座標方向に移動させ、移動部114をY座標方向またはX座標方向に移動させるようにしても構わない。つまり、被測定物109側と移動部114側とをXY座標上で相対移動させる機構であればよい。   Moreover, in each embodiment, although the to-be-measured object 109 was moved by the XY coordinate moving part 120, you may make it move the moving part 114 side, and the to-be-measured object 109 may be made into an X coordinate direction or a Y coordinate. The moving unit 114 may be moved in the Y coordinate direction or the X coordinate direction. That is, any mechanism that relatively moves the DUT 109 side and the moving unit 114 side on the XY coordinates may be used.

第1,2,3の実施形態に係る中空形状測定装置101の構成図である。It is a block diagram of the hollow shape measuring apparatus 101 which concerns on 1st, 2nd, 3rd embodiment. 中空形状測定装置101の円形スリット103および光制限スリット104の構成図である。It is a block diagram of the circular slit 103 and the light limiting slit 104 of the hollow shape measuring apparatus 101. 中空形状測定装置101の円錐型ミラー108の構成図である。2 is a configuration diagram of a conical mirror 108 of the hollow shape measuring apparatus 101. FIG. 中空形状測定装置101の光学系を示す補助図である。3 is an auxiliary diagram showing an optical system of the hollow shape measuring apparatus 101. FIG. 中空形状測定装置101の原理を説明するための補助図である。It is an auxiliary figure for demonstrating the principle of the hollow shape measuring apparatus 101. FIG. 中空形状測定装置101の原理を説明するための補助図である。It is an auxiliary figure for demonstrating the principle of the hollow shape measuring apparatus 101. FIG. 測定原理を説明するための補助図である。It is an auxiliary figure for demonstrating a measurement principle. 被測定物109と移動部114との位置関係を説明するための補助図である。FIG. 5 is an auxiliary diagram for explaining the positional relationship between an object to be measured 109 and a moving unit 114. 位置ずれがある場合に形成される像の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the mode of the image formed when there exists a position shift. 被測定物109の内側形状が傾いている場合の様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode when the inner side shape of the to-be-measured object 109 inclines. 第1の実施形態に係る中空形状測定装置101の測定手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement procedure of the hollow shape measuring apparatus 101 which concerns on 1st Embodiment. 位置ずれ仮測定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a position shift temporary measurement process. 第1の実施形態に係る中空形状測定装置101で形成される中空形状データの合成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the synthesis | combination of the hollow shape data formed with the hollow shape measuring apparatus 101 which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る中空形状測定装置101の測定手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement procedure of the hollow shape measuring apparatus 101 which concerns on 2nd Embodiment. 第2,3の実施形態に係る中空形状測定装置101で形成される中空形状データの合成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the synthesis | combination of the hollow shape data formed with the hollow shape measuring apparatus 101 which concerns on 2nd, 3rd embodiment. 第3の実施形態に係る中空形状測定装置101の測定手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the measurement procedure of the hollow shape measuring apparatus 101 which concerns on 3rd Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

101・・・中空形状測定装置;102・・・送光部;103・・・円形スリット;104・・・光制限スリット;105・・・照明レンズ;106・・・ハーフミラー;107・・・対物レンズ;108・・・円錐型ミラー;109・・・被測定物;110・・・結像レンズ;111・・・撮像部;112・・・画像処理部;113・・・Z軸駆動部本体;114・・・移動部;115・・・パソコン;119・・・Z軸位置検出部;120・・・XY座標移動部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Hollow shape measuring apparatus; 102 ... Light transmission part; 103 ... Circular slit; 104 ... Light limiting slit; 105 ... Illumination lens; 106 ... Half mirror; Objective lens; 108 ... Conical mirror; 109 ... Object to be measured; 110 ... Imaging lens; 111 ... Imaging unit; 112 ... Image processing unit; Main body; 114 ... moving unit; 115 ... personal computer; 119 ... Z-axis position detecting unit; 120 ... XY coordinate moving unit

Claims (21)

中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定装置であって、
光源からの光を第1の方向に送光する送光部と、
前記第1の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射する光線方向変換部と、
前記光線方向変換部で偏向された光が前記被測定物の内側で反射した光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部と、
前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを小さくする位置調整部と
を備え、
前記位置調整部は、
前記第1の方向をZ軸とした場合のZ座標を検出するZ座標検出部と、
所定のZ座標でZ軸に直交するXY座標における前記ずれの偏りを検出するXY座標ずれ検出部と、
前記XY座標ずれ検出部が検出した前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記送光部と前記光線方向変換部と前記検出部からなる測定光学系と前記被測定物とをXY座標上で相対移動させるXY座標移動部と、
前記XY座標ずれ検出部により複数のZ座標でXY座標のずれの偏りを検出し、前記複数のZ座標でのずれの偏りを演算して偏り補正量を求める演算部と
を含み、
前記位置調整部は、測定前に、前記演算部により求めた前記偏り補正量だけ、前記XY座標移動部により前記測定光学系と前記被測定物とを相対移動させ、
前記演算部は、前記複数のZ座標でのずれの偏りを平均化して前記偏り補正量を求める
ことを特徴とする測定装置。
A measuring device for measuring the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured,
A light transmitting section for transmitting light from the light source in the first direction;
A light beam direction conversion unit that deflects light from the light source in a direction substantially orthogonal to the first direction, and irradiates the light of the light source on the inside of the object to be measured;
A detection unit for detecting light reflected by the light to be measured inside the measured object;
Based on the detection result of the detection unit, a shape measurement unit that measures the inner shape of the object to be measured by obtaining a deviation from a reference position on the irradiation direction of the light deflected by the light beam direction conversion unit;
A position adjusting unit that reduces the deviation of the deviation obtained by the shape measuring unit at a plurality of positions inside the object to be measured; and
The position adjusting unit is
A Z coordinate detector for detecting a Z coordinate when the first direction is the Z axis;
An XY coordinate deviation detection unit that detects a deviation of the deviation in an XY coordinate orthogonal to the Z axis at a predetermined Z coordinate;
Relative movement of the measuring optical system including the light transmission unit, the light beam direction conversion unit, and the detection unit and the object to be measured in a direction in which the deviation of the deviation detected by the XY coordinate deviation detection unit is reduced. An XY coordinate moving unit to be
An XY coordinate deviation detection unit that detects a deviation of XY coordinates in a plurality of Z coordinates, and calculates a deviation correction amount in the plurality of Z coordinates to obtain a deviation correction amount; and
Before the measurement, the position adjustment unit relatively moves the measurement optical system and the object to be measured by the XY coordinate movement unit by the bias correction amount obtained by the calculation unit,
The calculation unit obtains the deviation correction amount by averaging deviation deviations at the plurality of Z coordinates.
請求項1に記載の測定装置において、
前記測定光学系と前記被測定物とを前記第1の方向に相対移動させるZ座標移動部を更に備え、
前記位置調整部は、測定中に、前記Z座標移動部が前記測定光学系と前記被測定物とを所定間隔で相対移動させる毎に、前記XY座標ずれ検出部によりずれの偏りを検出し、前記XY座標移動部により前記測定光学系と前記被測定物とを前記ずれの偏りだけ相対移動させること
を特徴とする測定装置。
The measuring apparatus according to claim 1,
A Z coordinate moving unit that relatively moves the measuring optical system and the object to be measured in the first direction;
The position adjustment unit detects deviation of deviation by the XY coordinate deviation detection unit every time the Z coordinate movement unit relatively moves the measurement optical system and the object to be measured at a predetermined interval during measurement. The measurement apparatus characterized in that the measurement optical system and the object to be measured are relatively moved by the deviation deviation by the XY coordinate moving unit.
請求項1または2に記載の測定装置において、
前記被測定物の内側の像を前記検出部に形成する光学系を更に備え、
前記基準位置は、前記検出部と共役な位置であることを特徴とする測定装置。
The measuring apparatus according to claim 1 or 2,
An optical system for forming an image inside the object to be measured on the detection unit;
The measurement apparatus, wherein the reference position is a position conjugate with the detection unit.
中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定方法であって、
光源からの光を第1の方向に送光し、前記第1の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射し、前記被測定物の内側で反射する光の像を検出する測定光学系の測定結果に基づき、前記光の像の前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する際に、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを検出して、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記測定光学系と前記被測定物とを前記第1の方向に直交するXY座標上で相対移動させて前記被測定物の内側形状を測定する場合に、
前記第1の方向をZ軸として、所定のZ座標でZ軸に直交するXY座標における前記ずれの偏りを検出し、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記送光部と前記光線方向変換部と前記検出部からなる測定光学系と前記被測定物とをXY座標上で相対移動させて複数のZ座標でXY座標のずれの偏りを検出し、前記複数のZ座標でのずれの偏りを平均化して偏り補正量を求め、且つ、測定前に、求めた前記偏り補正量だけ前記測定光学系と前記被測定物とを相対移動させておく
ことを特徴とする測定方法。
A measuring method for measuring the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured,
Transmitting light from a light source in a first direction, deflecting light from the light source in a direction substantially perpendicular to the first direction, irradiating light from the light source on the inside of the object to be measured, Based on a measurement result of a measurement optical system that detects an image of light reflected inside the object to be measured, a deviation from a reference position in the irradiation direction of the light deflected by the light beam direction conversion unit of the light image is detected. When measuring the inner shape of the object to be measured, the deviation of the deviation obtained by the shape measuring unit is detected at a plurality of positions inside the object to be measured, and the deviation of the deviation is detected. When measuring the inner shape of the object to be measured by relatively moving the measurement optical system and the object to be measured on an XY coordinate orthogonal to the first direction in a decreasing direction,
Using the first direction as the Z-axis, the deviation of the deviation in the XY coordinates orthogonal to the Z-axis at a predetermined Z coordinate is detected, and the light transmitting unit and the light beam direction conversion unit are arranged in a direction in which the deviation of the deviation is reduced. And the measurement optical system including the detection unit and the object to be measured are relatively moved on the XY coordinates to detect the deviation of the XY coordinates in the plurality of Z coordinates, and the deviation of the deviation in the plurality of Z coordinates is detected. A measurement method characterized in that a bias correction amount is averaged and the measurement optical system and the object to be measured are relatively moved by the calculated bias correction amount before measurement.
中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定装置であって、
光源からの光を第1の方向に送光する送光部と、
前記第1の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射する光線方向変換部と、
前記光線方向変換部で偏向された光が前記被測定物の内側で反射した光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部と、
前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを小さくする位置調整部と
を備え、
前記位置調整部は、前記偏向された光の前記基準位置に対して広がる方向が対称的になるように、前記検出部と前記被測定物とを相対的に移動させる
ことを特徴とする測定装置。
A measuring device for measuring the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured,
A light transmitting section for transmitting light from the light source in the first direction;
A light beam direction conversion unit that deflects light from the light source in a direction substantially orthogonal to the first direction, and irradiates the light of the light source on the inside of the object to be measured;
A detection unit for detecting light reflected by the light to be measured inside the measured object;
Based on the detection result of the detection unit, a shape measurement unit that measures the inner shape of the object to be measured by obtaining a deviation from a reference position on the irradiation direction of the light deflected by the light beam direction conversion unit;
A position adjusting unit that reduces the deviation of the deviation obtained by the shape measuring unit at a plurality of positions inside the object to be measured; and
The position adjustment unit relatively moves the detection unit and the object to be measured so that directions of spreading of the deflected light with respect to the reference position are symmetrical. .
請求項5の測定装置において、
前記第1の方向をZ軸とし、Z軸と直交するXY座標とした場合において、
前記基準位置に対して、前記偏向された光の広がる方向は、XY平面上である
ことを特徴とする測定装置。
The measuring device according to claim 5, wherein
In the case where the first direction is the Z axis and the XY coordinates are orthogonal to the Z axis,
The measuring apparatus, wherein a direction in which the deflected light spreads with respect to the reference position is on an XY plane.
請求項6の測定装置において、
前記基準位置は、前記被測定物の内側の像を前記検出部に形成する光学系を更に備え、且つ、前記基準位置は、前記検出部と共役な位置である
ことを特徴とする測定装置。
The measuring device according to claim 6.
The reference apparatus further includes an optical system that forms an image inside the object to be measured on the detection unit, and the reference position is a position conjugate with the detection unit.
請求項7の測定装置において、
前記送光部は、
所定形状の開口を有し、前記基準位置と共役な関係となる第1の光制限部材と、
前記第1の光制限部材から前記被測定物に照射される光束の一部を遮光する第2の光制限部材と
を備えることを特徴とする測定装置。
The measuring device according to claim 7.
The light transmitter is
A first light limiting member having an opening of a predetermined shape and having a conjugate relationship with the reference position;
And a second light restricting member that shields a part of the light beam applied to the object to be measured from the first light restricting member.
中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定装置であって、
光源からの光を第1の方向に送光する送光部と、
前記第1の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射する光線方向変換部と、
前記光線方向変換部で偏向された光が前記被測定物の内側で反射した光を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する形状測定部と、
前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを小さくする位置調整部と
を備え、
前記送光部は、
所定形状の開口を有し、前記基準位置と共役な関係となる第1の光制限部材と、
前記第1の光制限部材から前記被測定物に照射される光束の一部を遮光する第2の光制限部材と
を備えることを特徴とする測定装置。
A measuring device for measuring the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured,
A light transmitting section for transmitting light from the light source in the first direction;
A light beam direction conversion unit that deflects light from the light source in a direction substantially orthogonal to the first direction, and irradiates the light of the light source on the inside of the object to be measured;
A detection unit for detecting light reflected by the light to be measured inside the measured object;
Based on the detection result of the detection unit, a shape measurement unit that measures the inner shape of the object to be measured by obtaining a deviation from a reference position on the irradiation direction of the light deflected by the light beam direction conversion unit;
A position adjusting unit that reduces the deviation of the deviation obtained by the shape measuring unit at a plurality of positions inside the object to be measured; and
The light transmitter is
A first light limiting member having an opening of a predetermined shape and having a conjugate relationship with the reference position;
And a second light restricting member that shields a part of the light beam applied to the object to be measured from the first light restricting member.
請求項9の測定装置において、
前記基準位置は、前記被測定物の内側の像を前記検出部に形成する光学系を更に備え、且つ、前記基準位置は、前記検出部と共役な位置であることを特徴とする測定装置。
The measuring device according to claim 9.
The measurement apparatus, wherein the reference position further includes an optical system that forms an image inside the object to be measured on the detection unit, and the reference position is a position conjugate with the detection unit.
請求項8から10のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記第1の光制限部材および前記第2の光制限部材は、円形のスリットで構成したこと
を特徴とする測定装置。
In the measuring device according to any one of claims 8 to 10,
The first light restricting member and the second light restricting member are configured by circular slits.
請求項11の測定装置において、
前記光源からの光を、前記第1の光制限部材により輪帯状の光量分布となるように変換し、前記第1の光制限部材により形成された輪帯状の光束の中点位置に前記第2の光制限部材を配置すること
を特徴とする測定装置。
The measuring device of claim 11,
The light from the light source is converted by the first light restricting member into an annular light quantity distribution, and the second light beam is formed at the midpoint position of the annular light flux formed by the first light restricting member. A light measuring member is disposed.
請求項9から12のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記位置調整部は、前記偏向された光の前記基準位置に対して広がる方向が対称的になるように、前記検出部と前記被測定物とを相対的に移動させる
ことを特徴とする測定装置。
In the measuring device according to any one of claims 9 to 12,
The position adjustment unit relatively moves the detection unit and the object to be measured so that directions of spreading of the deflected light with respect to the reference position are symmetrical. .
請求項13の測定装置において、
前記第1の方向をZ軸とし、Z軸と直交するXY座標とした場合において、
前記基準位置に対して、前記偏向された光の広がる方向は、XY平面上である
ことを特徴とする測定装置。
The measuring device of claim 13,
In the case where the first direction is the Z axis and the XY coordinates are orthogonal to the Z axis,
The measuring apparatus, wherein a direction in which the deflected light spreads with respect to the reference position is on an XY plane.
請求項5から12のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記位置調整部は、
前記第1の方向をZ軸とした場合のZ座標を検出するZ座標検出部と、
所定のZ座標でZ軸に直交するXY座標における前記ずれの偏りを検出するXY座標ずれ検出部と、
前記XY座標ずれ検出部が検出した前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記送光部と前記光線方向変換部と前記検出部からなる測定光学系と前記被測定物とをXY座標上で相対移動させるXY座標移動部と
で構成されることを特徴とする測定装置。
In the measuring device according to any one of claims 5 to 12,
The position adjusting unit is
A Z coordinate detector for detecting a Z coordinate when the first direction is the Z axis;
An XY coordinate deviation detection unit that detects a deviation of the deviation in an XY coordinate orthogonal to the Z axis at a predetermined Z coordinate;
Relative movement of the measuring optical system including the light transmission unit, the light beam direction conversion unit, and the detection unit and the object to be measured in a direction in which the deviation of the deviation detected by the XY coordinate deviation detection unit is reduced. And an XY coordinate moving unit to be measured.
請求項15に記載の測定装置において、
前記位置調整部に、前記XY座標ずれ検出部により複数のZ座標でXY座標のずれの偏りを検出し、前記複数のZ座標でのずれの偏りを演算して偏り補正量を求める演算部を更に設け、
前記位置調整部は、測定前に、前記演算部により求めた前記偏り補正量だけ、前記XY座標移動部により前記測定光学系と前記被測定物とを相対移動させる
ことを特徴とする測定装置。
The measuring device according to claim 15,
A calculation unit for detecting a bias correction amount by detecting a bias of an XY coordinate shift at a plurality of Z coordinates by the XY coordinate shift detection unit and calculating a bias of the shift at the plurality of Z coordinates in the position adjustment unit; In addition,
The position adjustment unit relatively moves the measurement optical system and the object to be measured by the XY coordinate movement unit by the bias correction amount obtained by the calculation unit before measurement.
請求項16に記載の測定装置において、
前記演算部は、前記複数のZ座標でのずれの偏りを平均化して前記偏り補正量を求める
ことを特徴とする測定装置。
The measuring device according to claim 16,
The calculation unit obtains the deviation correction amount by averaging deviation deviations at the plurality of Z coordinates.
請求項16に記載の測定装置において、
前記測定光学系と前記被測定物とを前記第1の方向に相対移動させるZ座標移動部を更に設け、
前記位置調整部は、測定中に、前記Z座標移動部が前記測定光学系と前記被測定物とを所定間隔で相対移動させる毎に、前記XY座標ずれ検出部によりずれの偏りを検出し、前記XY座標移動部により前記測定光学系と前記被測定物とを前記ずれの偏りだけ相対移動させる
ことを特徴とする測定装置。
The measuring device according to claim 16,
A Z coordinate moving unit that relatively moves the measuring optical system and the object to be measured in the first direction;
The position adjustment unit detects deviation of deviation by the XY coordinate deviation detection unit every time the Z coordinate movement unit relatively moves the measurement optical system and the object to be measured at a predetermined interval during measurement. The measurement apparatus characterized in that the measurement optical system and the object to be measured are relatively moved by the deviation deviation by the XY coordinate moving unit.
請求項1から3及び請求項5から18のいずれか一項に記載の測定装置において、
前記被測定物の表面形状は、半径が異なる凹凸のある内部形状を有する
ことを特徴とする測定装置。
In the measuring apparatus as described in any one of Claims 1-3 and Claims 5-18 ,
The surface shape of the object to be measured has an internal shape with irregularities having different radii.
中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定方法であって、
光源からの光を第1の方向に送光し、前記第1の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射し、前記被測定物の内側で反射する光の像を検出する測定光学系の測定結果に基づき、前記光の像の前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する際に、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを検出して、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記測定光学系と前記被測定物とを前記第1の方向に直交するXY座標上で相対移動させて前記被測定物の内側形状を測定する場合に、
前記偏向された光の前記基準位置に対して広がる方向が対称的になるように、前記検出部と前記被測定物とを相対的に移動させる
ことを特徴とする測定方法。
A measuring method for measuring the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured,
Transmitting light from a light source in a first direction, deflecting light from the light source in a direction substantially perpendicular to the first direction, irradiating light from the light source on the inside of the object to be measured, Based on a measurement result of a measurement optical system that detects an image of light reflected inside the object to be measured, a deviation from a reference position in the irradiation direction of the light deflected by the light beam direction conversion unit of the light image is detected. When measuring the inner shape of the object to be measured, the deviation of the deviation obtained by the shape measuring unit is detected at a plurality of positions inside the object to be measured, and the deviation of the deviation is detected. When measuring the inner shape of the object to be measured by relatively moving the measurement optical system and the object to be measured on an XY coordinate orthogonal to the first direction in a decreasing direction,
The measurement method, wherein the detection unit and the object to be measured are relatively moved so that a direction in which the deflected light spreads with respect to the reference position is symmetrical.
中空筒状の被測定物の内側形状を測定する測定方法であって、
光源からの光を第1の方向に送光し、前記第1の方向と略直交する方向に前記光源からの光を偏向し、前記被測定物の内側に前記光源の光を照射し、前記被測定物の内側で反射する光の像を検出する測定光学系の測定結果に基づき、前記光の像の前記光線方向変換部で偏向された光の照射方向上にある基準位置からのずれを求めることにより前記被測定物の内側形状を測定する際に、前記被測定物の内側の複数の位置において、前記形状測定部で得られた前記ずれの偏りを検出して、前記ずれの偏りが小さくなる方向に前記測定光学系と前記被測定物とを前記第1の方向に直交するXY座標上で相対移動させて前記被測定物の内側形状を測定する場合に、
前記光源から前記第1の方向に送光される光は、所定形状の開口を有し、前記基準位置と共役な関係となる第1の光制限部材と、前記第1の光制限部材から前記被測定物に照射される光束の一部を遮光する第2の光制限部材とを介して送光される
ことを特徴とする測定方法。
A measuring method for measuring the inner shape of a hollow cylindrical object to be measured,
Transmitting light from a light source in a first direction, deflecting light from the light source in a direction substantially perpendicular to the first direction, irradiating light from the light source on the inside of the object to be measured, Based on a measurement result of a measurement optical system that detects an image of light reflected inside the object to be measured, a deviation from a reference position in the irradiation direction of the light deflected by the light beam direction conversion unit of the light image is detected. When measuring the inner shape of the object to be measured, the deviation of the deviation obtained by the shape measuring unit is detected at a plurality of positions inside the object to be measured, and the deviation of the deviation is detected. When measuring the inner shape of the object to be measured by relatively moving the measurement optical system and the object to be measured on an XY coordinate orthogonal to the first direction in a decreasing direction,
The light transmitted from the light source in the first direction has an opening of a predetermined shape and has a conjugate relationship with the reference position, and the first light limiting member from the first light limiting member A measurement method, wherein the light is transmitted through a second light limiting member that blocks a part of the light beam irradiated to the object to be measured.
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