形状测量设备的制作方法
【专利摘要】一种形状测量设备，包括：照射部，用于利用线状的线激光来照射工件，所述照射部包括：光源，用于产生光；以及光学元件，用于使来自所述光源的光线状地散开并且生成所述线激光，所述光学元件被构造成能够绕所述线激光的光轴进行转动；以及摄像部，用于对所述工件所反射的线激光进行摄像。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于通过利用光照射待测物、并且对待测物进行摄像来测量该待 测物的形状的形状测量设备。 形状测量设备
【背景技术】
[0002] 传统上，已知这样一种形状测量设备：该形状测量设备用于通过利用探测器扫描 工件的表面、并且获取工件各部分的位置坐标等来测量工件的表面形状。
[0003] 如日本特表2009-534969所述，已知的这类形状测量设备是用于在无需使探测器 与工件表面接触的情况下来进行测量的非接触式设备。
[0004] 在日本特表2009-534969所述的非接触式表面形状测量设备中，通过扫描探测器 利用线状的线激光照射工件表面、并且相对于线激光的照射方向成预定角度对该表面进行 摄像，来测量工件的表面形状。根据这类非接触式表面形状测量设备，无需担心工件表面的 损坏，而且也无需要考虑由于探测器的磨损所导致的对于测量精度的影响。
[0005] 此外，在上述的形状测量设备中，需要使线激光根据工件的形状而转动。在这种情 况下，在日本特开2011-110675中，使扫描探测器整体转动，由此使线激光转动。然而，由于 使扫描探测器整体转动，因此测量速度下降。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种用于提高测量速度的形状测量设备。
[0007] 根据本发明的一种形状测量设备，包括：照射部，用于利用线状的线激光来照射工 件，所述照射部包括：光源，用于产生光；以及光学元件，用于使来自所述光源的光线状地 散开并且生成线激光，所述光学元件被构造成能够绕线激光的光轴进行转动；以及摄像部， 用于对所述工件所反射的线激光进行摄像。
[0008] 根据本发明，可以提供用于提高测量速度的形状测量设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 通过以下给出的详细说明以及附图将更加充分地理解本发明，其中附图仅是为了 例示而给出的，因而并不限制本发明，并且其中：
[0010] 图1是构成根据本发明的第一实施例的形状测量设备的系统的整体图；
[0011] 图2是示出根据本实施例的光学探测器17的结构的图；
[0012] 图3A和3B是示出使用光学探测器17所施加的线激光的示意图；
[0013] 图4是示出光学探测器17的内部的配置的示意图；
[0014] 图5A是示出根据本实施例的激光生成部172的示意图；
[0015] 图5B是示出根据本实施例的激光生成部172的另一状态的示意图；
[0016] 图6是示出根据本实施例的CMOS传感器1732的模式图；
[0017] 图7是示出根据本实施例的CMOS传感器1732的模式图；
[0018] 图8是表示光学探测器17的控制系统的框图；
[0019] 图9是示出根据本实施例的形状测量设备的操作的流程图；以及
[0020] 图10是示出根据另一实施例的形状测量设备的操作的流程图。
【具体实施方式】
[0021] 将参考附图详细说明根据本发明的实施例的形状测量设备。图1是构成根据本实 施例的形状测量设备的系统的整体图。如图1所示，通过安装根据本实施例的光学探测器 17作为坐标测量机1的测量探测器，来构成该形状测量设备。该形状测量设备包括运动控 制器2、操作板3和主机系统4。运动控制器2驱动和控制坐标测量机1，并且还从该坐标测 量机1获取必要的测量坐标值。操作板3通过该运动控制器2手动操作该坐标测量机1。 主机系统4编辑并执行用于指示运动控制器2中的测量过程的部分程序。另外，主机系统4 具有用于进行用以使几何形状与通过运动控制器2所获取的测量坐标值进行拟合的计算、 或者记录或发送该部分程序的功能。
[0022] 如以下所述构成坐标测量机1。也就是说，将面板11置于防振台10上，从而使得 面板11的上表面与作为基面的水平面一致，并且将X轴导轨13支撑在从该面板11的两侧 端坚立的臂支撑体12a、12b的上端。通过Y轴驱动机构14在Y轴方向上驱动臂支撑体12a 的下端，并且将臂支撑体12b的下端以通过空气轴承在Y轴方向上能够移动的方式支撑在 面板11上。X轴导轨13驱动在X轴方向上垂直延伸的Z轴导轨15。Z轴导轨15设置有 沿Z轴导轨15进行驱动的Z轴臂16,并且将非接触式光学探测器17安装至Z轴臂16的下 端。另外，光学探测器17可以在水平面或垂直面上转动。
[0023] 图2示出根据本实施例的光学探测器17的结构。如图2所示，光学探测器17具 有机架171、配置在机架171内的激光生成部172、用于对工件进行摄像的摄像装置173、以 及用于调整激光生成部172的控制电路174。另外，以下将说明激光生成部172的详细结构 和对该结构的控制。
[0024] 激光生成部172利用在与激光生成部172的光轴（扫描方向的中央部的光轴）和 摄像装置173的光轴所形成的平面垂直的方向上延伸的线状的线激光来照射工件5,并且 直线状地照射工件5的表面。
[0025] 摄像装置173具有带通滤波器1731a、透镜1731b和用于通过带通滤波器和透镜来 拍摄工件5的图像的CMOS传感器1732。将摄像装置173配置在用于从与利用来自光源的 光照射工件5的方向成预定角度的方向上接收光的方向上。也就是说，利用线激光照射工 件5的表面，并且通过摄像装置173从预定角度接收沿工件5的表面形状所反射的光。
[0026] 图3A和3B是示出使用光学探测器17所应用的线激光的示意图。如图3A所示， 当通过激光生成部172利用线状的线激光L1照射工件5时，线激光的反射光L1'沿工件5 的表面变形，并且利用反射光L1'来区分在特定平面中切割工件5时的轮廓。如图3B所示， 摄像装置173以与激光生成部172的激光的照射方向成预定角度来拍摄工件5的图像，并 且拍摄反射光L1'的图像。
[0027] 此外，在本实施例中，如图3A所示，激光生成部172可以使线激光L1绕光轴转动， 并且生成线激光L2。
[0028] 图4是示出光学探测器17的内部的配置的示意图。另外，在图4中省略带通滤波 器1731a。根据本实施例的光学探测器17使用沙姆定律（scheimpflug principle),并且 如图4所示，分别从CMOS传感器1732的摄像面、包括透镜1731b的主点的主平面和照射工 件5的线激光的照射面延伸出的面S1?S3相交于一个点P。通过这种配置，在CMOS传感 器1732的整个摄像面上实现聚焦。
[0029] 图5A是示出根据本实施例的激光生成部172的示意图。如图5A所示，激光生成 部172具有：光源1721，用于施加激光；以及棒状透镜1722,用于使激光散开并且生成线激 光。将棒状透镜1722嵌合到齿轮1723的开口 1723a的下部。齿轮1723与齿轮1724啮合， 并且齿轮1724的中心接合至马达1725的转动轴。如图5A所示，将来自光源1721的激光 经由齿轮1723的开口 1723a施加至棒状透镜1722,并且生成线激光L1。
[0030] 图5B是示出激光生成部172的另一状态的示意图。如图5B所示，马达1725使棒 状透镜1722经由齿轮1724、1723绕激光的光轴转动。据此，如图5B所示，线激光L1转动 以生成线激光L2。
[0031] 图6是示出根据本实施例的CMOS传感器1732的模式图。如图6所示，CMOS传感 器1732具有X方向和Y方向上的2D阵列的像素传感器。例如，在本实施例中，CMOS传感 器1732在线状的线激光的延伸方向上具有1024个光接收元件E，并且在与该延伸方向垂直 的方向上具有1280个光接收元件E。
[0032] 此外，CMOS传感器1732具有电子快门（卷帘快门）。在无需停止线激光的转动而 连续驱动电子快门的情况下，可以在短时间内拍摄到多个图像。结果，可以缩短形状测量的 时间。此外，电子快门的快门速度的提高可以防止由于基于线激光的转动的图像�：� 起的测量精度的劣化。另外，为了获取能够计算工件5的形状的图像，可以将快门速度控制 在能够确保所需光量的范围内。
[0033] 例如，在CMOS传感器1732中，如图7所示，首先，在Y方向的大致中心的区域A内 配置成一列的光接收元件同时接收光。随后，使线激光转动角度Θ。然后，配置在区域A 转动了角度Θ所得的区域B内的光接收元件同时接收光。之后，同样使激光转动角度Θ， 并且配置在区域B转动了角度Θ所得的区域C内的光接收元件同时接收光。然而，在这种 测量中，CMOS传感器1732上的焦点偏移（misalignment of focal point)随着棒状透镜 1722的转动而增大。例如，在区域B的两端的区域Ba内的光接收元件中，焦点发生偏移，并 且在区域C的两端的区域Ca内的光接收元件中，焦点发生偏移。然后，区域Ca变得大于区 域Ba。因而，如图7所示，在本实施例中，控制电路174去除了配置在CMOS传感器1732上 的除椭圆形区域Z以外的区域中的光接收元件所接收到的光，计算工件5的形状，并且减少 焦点偏移的影响。
[0034] 图8是表示根据本实施例的光学探测器17的控制系统的框图。如图8所示，控 制电路174具有CPU1741、与CPU1741连接的程序存储部1742、工作存储器1743和多值图 像存储器1744。将CMOS传感器1732所获取的图像信息经由多值图像存储器1744输入至 CPU1741。CPU1741控制马达1725的驱动状态。
[0035] 接着，将参考图9来说明根据本实施例的形状测量设备的操作。图9是示出形状测 量设备的操作的流程图。如图9所示，首先，控制电路174启用（点亮）光源1721 (S101)。 因此，利用线激光照射工件5。接着，控制电路174利用CMOS传感器1732获取工件5的图 像（S102)。随后，控制电路174停用（熄灭）光源1721(S103)。
[0036] 随后，控制电路174判断是否接受到结束命令（S104)。在没有接受到结束命令的 情况下（S104中为"否"），控制电路174使棒状透镜1722转动了预定角度（S105)，并且再 次执行步骤S101的处理。另一方面，在接受到结束命令的情况下（S104中为"是"），控制 电路174基于所获取到的工件5的图像来计算工件5的形状（S106)。
[0037] 在上述的本实施例中，如图5A和5B所示，棒状透镜1722绕线激光的光轴转动。 据此，如图3A和3B所示，线激光也转动。结果，本实施例可以在无需使光学探测器17移动 的情况下测量透镜形状的工件5的端部。也就是说，与使光学探测器17整体转动的情况相 t匕，本实施例可以提高测量速度。
[0038] 其它实施例
[0039] 以上说明了根据本发明的形状测量设备的一个实施例，但是本发明不局限于上述 实施例，并且可以在不脱离本发明的主旨的情况下进行各种改变、添加和替换等。例如，代 替棒状透镜1722,可以形成柱面透镜。
[0040] 此外，如图10所示，控制电路174可以在步骤S102之后判断是否接受到结束命令 (S103a)。在这里没有接受到结束命令的情况下（S103a中为"否"），控制电路174使棒状 透镜1722转动了预定角度（S105)，并且再次执行步骤S102的处理。另一方面，在接受到结 束命令的情况下（S103a中为"是")，控制电路174停用（熄灭）光源1721 (S104a)，之后执 行步骤S106。另外，在图9和10中，例如，在获取到工件5的所有图像之后计算工件5的形 状。然而，可以在获取到各工件5的图像之后计算工件5的形状。
【权利要求】
1. 一种形状测量设备，包括： 照射部，用于利用线状的线激光来照射工件，所述照射部包括： 光源，用于产生光；以及 光学元件，用于使来自所述光源的光线状地散开并且生成线激光，所述光学元件被构 造成能够绕线激光的光轴进行转动；以及 摄像部，用于对所述工件所反射的线激光进行摄像。
2. 根据权利要求1所述的形状测量设备，其中，还包括： 多个光接收元件，其二维地排列在所述摄像部中，并且用于接收所述工件所反射的线 激光并拍摄所述工件的图像；以及 控制部，用于在使所述光学元件转动的情况下，去除排列在椭圆形区域以外的区域内 的光接收元件所接收到的光，并且计算所述工件的形状。
3. 根据权利要求1或2所述的形状测量设备，其中， 所述光学元件是棒状透镜或柱面透镜。
【文档编号】G01B11/24GK104061878SQ201410098254
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2013年3月18日
【发明者】斋藤修, 谷口一郎 申请人:株式会社三丰
专业数控铣床产品供应商
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