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WO2006030664A1 - 歯車の歯やねじのピッチの非接触測定法 - Google Patents

歯車の歯やねじのピッチの非接触測定法 Download PDF

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WO2006030664A1
WO2006030664A1 PCT/JP2005/016289 JP2005016289W WO2006030664A1 WO 2006030664 A1 WO2006030664 A1 WO 2006030664A1 JP 2005016289 W JP2005016289 W JP 2005016289W WO 2006030664 A1 WO2006030664 A1 WO 2006030664A1
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WO
WIPO (PCT)
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pitch
target shape
optical data
evaluation value
predetermined position
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2005/016289
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Masaharu Komori
Aizoh Kubo
Yoshihiro Oda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyoto University NUC
Original Assignee
Kyoto University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Kyoto University NUC filed Critical Kyoto University NUC
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Priority to JP2006535749A priority patent/JP3960618B2/ja
Priority to US11/662,421 priority patent/US7755771B2/en
Publication of WO2006030664A1 publication Critical patent/WO2006030664A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/2416—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures of gears

Definitions

  • the present invention relates to a pitch measurement method for measuring the pitch of gear teeth, screws, and the like in a non-contact manner.
  • a contact-type measurement method using a stylus is mainly used to measure the pitch of a gear (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 JP 2002-107142 A
  • the present invention is intended to provide a pitch measurement method capable of performing high-accuracy measurement in a short time in a non-contact manner using a simple device in view of the strong situation.
  • the present invention provides a pitch measurement method configured as follows.
  • the pitch measurement method for an object having a plurality of target shape portions having substantially the same shape, the distance between the target points of adjacent target shape portions, that is, the pitch of the target shape portions is measured in a non-contact manner.
  • the pitch measurement method includes first to fourth steps. In the first step, the object is moved so that the shape-of-interest portion moves on the same route. In the second step, from a fixed position For the target shape portion passing through a predetermined position on the route, the optical data is continuously acquired and stored while focusing on the predetermined position.
  • the predetermined position of the acquired optical data using the movement distance as a variable A focus evaluation value obtained by quantifying the degree of focus for the portion corresponding to is calculated, and a point cloud of a combination of the moving distance and the focus evaluation value is obtained.
  • a reference curve is fitted to the point group, and the pitch is determined based on the fitting position of the reference curve.
  • the pitch between adjacent target shape parts can be calculated from the fitting position of the reference curve determined for each target shape part in the fourth step. Or, calculate the difference (pitch error) between the measured pitch value and the normal value.
  • the above method is a non-contact method, measurement can be performed in a shorter time than the contact method.
  • a simple device can be used for movement and shooting of an object, storage of data, processing, and the like.
  • the measurement error of the focus evaluation value with a relatively small change amount of the focus evaluation value is relatively large. It is difficult to accurately determine the peak position. If the reference curve is applied, the influence of measurement errors before and after the peak position can be reduced, and the peak position can be accurately determined in consideration of the shape of the entire focus evaluation value curve.
  • the peak position can be determined in a unit smaller than the movement distance measurement interval.
  • the reference curve is determined based on the focus evaluation value before and after at least one of the target shape portions of the object passes through the predetermined position of the path. decide.
  • the reference curve is determined based on the focus evaluation value for the measured at least one target shape portion.
  • a focus evaluation value curve of the target shape portion measured first is used as a reference curve.
  • a focus evaluation value curve is obtained for each target shape portion of the object, and averaged and used as a reference curve.
  • the reference curve is a curve including a section between at least one extreme value and inflection points existing on both sides thereof.
  • the position of the target shape portion can be determined based on the overall curve shape of the focus evaluation value of the target shape portion, the influence of various noises can be reduced, and the accuracy of pitch measurement can be reduced. Can be improved.
  • the object is moved at a substantially constant speed.
  • the optical data is acquired and stored at substantially constant time intervals.
  • the optical data is acquired and stored every time the target shape portion of the object moves by a substantially constant distance, it becomes easy to associate the optical data with the moving distance of the object, Data processing becomes easy.
  • the accuracy of pitch measurement can be kept substantially constant. For example, the tooth profile pitch of the gear can be accurately measured.
  • the present invention provides a pitch calculation method configured as follows.
  • the pitch calculation method is a method of calculating the distance between the target points of adjacent target shape parts, that is, the pitch of the target shape parts, for an object having a plurality of target shape parts of substantially the same shape. .
  • the target object is moved so that the target shape part moves on the same path, and the target shape part passing through a predetermined position on the path from a fixed position is focused on the predetermined position. Based on the correspondence relationship between the optical data received in the first step and the movement distance of the target shape portion of the target object.
  • an in-focus evaluation value is calculated by quantifying the degree of in-focus for a portion corresponding to the predetermined position of the acquired optical data, and the moving distance and the in-focus evaluation value are calculated.
  • the present invention provides a program for causing a computer to execute the pitch calculation method. I will provide a.
  • the distance between the target points of adjacent target shape parts, that is, the pitch of the target shape part is calculated by the converter.
  • the target object is moved so that the target shape part moves on the same path, and from the fixed position to the target shape part passing through a predetermined position on the path,
  • a first step of receiving input of optical data continuously acquired with a focus on the predetermined position, optical data received in the first step, and movement of the target shape portion of the object Based on the correspondence relationship with the distance, using the movement distance as a variable, a focus evaluation value obtained by quantifying the degree of focus for a portion corresponding to the predetermined position of the acquired optical data is calculated, and the movement distance and
  • the present invention also provides a pitch measuring apparatus configured as follows.
  • the pitch measuring apparatus measures, with respect to an object having a plurality of target shape portions having substantially the same shape, the distance between the target points of adjacent target shape portions, that is, the pitch of the target shape portions without contact.
  • the pitch measuring device moves from a fixed position to the target shape part passing through a predetermined position on the path.
  • an in-focus evaluation value is calculated by numerically indicating the degree of in-focus for the portion corresponding to the predetermined position of the acquired optical data.
  • a pitch calculation unit that obtains a point group of the combination of the in-focus evaluation values, applies a reference curve to the point group, and determines the pitch based on the fitting position of the reference curve;
  • the optical data may be acquired while the object is forcibly driven, or the optical data may be acquired in a state where the object moves freely.
  • the moving distance of the target shape part is not only directly measured when moving the reference point of the object, There are cases where it is calculated from the measurement result of the rolling angle, or it is calculated from the measurement result of the movement time of the reference point of the object.
  • the focus position of the target shape part can be determined by the pitch calculation unit.
  • the data acquisition unit stores the optical data acquired in a state where the object moves freely in association with the time when the optical data was acquired.
  • the pitch calculation unit determines the in-focus position based on the optical data stored in the data acquisition unit and the time associated with the optical data.
  • the movement distance of the target shape portion at the time when the optical data is acquired can be calculated based on the equation of motion of the object during free movement or actually measured data,
  • the pitch can be measured without driving an object.
  • a drive mechanism that rotates the object at a substantially constant speed is not necessary, and the configuration of the pitch measuring device can be simplified.
  • the pitch measurement method, program, and pitch measurement apparatus of the present invention can perform high-precision measurement in a short time without contact using a simple device.
  • FIG. 2 is a block diagram of the measuring apparatus main body. (Example 1)
  • FIG. 3 is a graph of focus evaluation values. (Example 1)
  • FIG. 4 An explanatory diagram of fitting a reference curve. (Example 1)
  • FIG. 6 is a graph of focus evaluation values. (Example 2)
  • FIG. 7 is a graph of focus evaluation values. (Example 2)
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a pitch measurement system. (Example 3)
  • FIG. 10 is an explanatory diagram of a trigger signal. (Example 3)
  • FIG. 11 An explanatory diagram of the fitting of a reference curve. (Example 3) 12] It is explanatory drawing of the pitch measurement of a gearwheel. (Example 4)
  • FIG. 18 is a configuration diagram of a pitch measurement system. (Example 5)
  • the shape of interest is the tooth profile 4 of the gear 2, and a predetermined point 6 on the path along which the tooth profile 4 of the gear 2 rotates, for example, a point on the pitch circle 8, is photographed by the camera 14.
  • the taking lens 15 of the camera 14 is set so that the predetermined point 6 is in focus.
  • the camera 14 is fixed at a position where the photographic lens 15 is separated from the predetermined point 6 by an operating distance L.
  • the rotational drive unit 12 rotationally drives the gear 2 at a specified substantially constant speed based on a command signal from the measurement apparatus main body 16.
  • the camera 14 takes a picture at a specified constant time interval.
  • the data of the photographed image is transmitted to the measuring device main body 16 for each photographing or in a state where photographing data is accumulated to some extent.
  • the measuring device body 16 receives data from the camera 14 and stores the received data in the storage unit 28. When the predetermined number of data is stored in the storage unit 28, the measuring apparatus body 16 transmits a command signal, stops the operations of the rotation drive unit 12 and the camera 14, and ends the measurement operation.
  • the corresponding points are averaged, and an interpolation curve that interpolates or approximates the averaged points.
  • the approximate curve is the reference curve S.
  • an interpolation curve or an approximate curve may be obtained from only a point group for one tooth profile serving as a reference, and this may be used as the reference curve S, and the peak position X and the reference axis T may be determined.
  • a reference curve S is applied to a group of in-focus evaluation value data D corresponding to an arbitrary tooth profile, and the rotation angle of the gear corresponding to the reference axis T when the reference curve S is best applied (for example, the angle from the reference axis T obtained for the point cloud D of the focus evaluation value of the reference tooth profile
  • the reference curve S is moved little by little, and the deviation amount of the focus evaluation value between each point of the point group D of the focus evaluation value D and the reference curve S at each reference curve S position (arrow in FIG. 4). Calculate the sum of squares of the vertical deviations indicated by marks 90, 92, etc. Then, the rotation angle of the gear corresponding to the reference axis T at the position of the reference curve S when the sum of squares of the deviation amount becomes the smallest is obtained.
  • the fitting of the reference curve S includes at least a section of the width W between the inflection points P and P of the focus evaluation value curve, and preferably each section included in a section about twice (2W) thereof. Do this for point data.
  • the position of the reference axis can be determined from the overall curve shape of the focus evaluation value, the influence of various noises can be reduced, and the pitch measurement accuracy can be increased.
  • the pitch measurement system 10 does not require synchronous control driving as in the tooth profile measuring device, and a simple device can be used. In addition, since it is a non-contact method, measurement can be performed in a short time. Furthermore, the measurement system 10 can set the working distance L of the camera 14 within a practical range (about 5 Omm) and measure the tooth profile pitch with a measurement accuracy of 1 ⁇ m or less.
  • the linear table 30 is driven to move the measurement surface 34, and the camera 36 takes an image.
  • the position of the measurement surface 34 and the captured image data are stored in association with each other. Repeat the same measurement surface 34 10 times.
  • the focus evaluation value is calculated for the second and subsequent data, the reference curve is applied, and the peak position (focus position) of the focus evaluation value curve is calculated.
  • the reference curve is applied to a range that is twice the width of the inflection point of the focus evaluation value curve.
  • the variation width of the measured value of the in-focus position was ⁇ 0.3 m.
  • the focus evaluation value changes as shown in FIG. 6 as the measurement surface 34 moves.
  • fine vibrational variations occur, and the peak position is accurately obtained from the maximum value of the focus evaluation value over the entire gentle peak position. It is difficult to mess.
  • the in-focus position can be determined with an accuracy of 1 ⁇ m or less.
  • the rotation angle ⁇ of the gear 2 can be obtained from the time based on the equation of motion of the naturally rotating gear 2. That is, the equation of motion of the gear 2 when it rotates naturally can be expressed as follows.
  • I ⁇ + D ⁇ 0 ⁇ ⁇ ⁇ (1)
  • I and D are constants.
  • the function 0 (t) is obtained from the times t 1, t 2, t for each rotation of the toothed wheel with the number of teeth Z. I can decide. For example, static pressure
  • the function ⁇ (t) can obtain the rotation angle at an arbitrary time from the time of each rotation, for example, by approximating the relationship between the rotation angle and time obtained by solving the equation of motion with a curve. .
  • the time t of the internal clock is used instead of the rotation angle ⁇ of the gear, and the point group D ′ of the combination of the time t of a certain reference tooth and the focus evaluation value f is On that tooth
  • the reference curve S ′ is applied to the point group D ′ in the same manner as in Example 1 to correspond to the reference axis T ′.
  • the pitch measurement system 11 does not require a drive mechanism for rotating the gear 2 at a constant speed, and can simplify the configuration.
  • the gear to be measured 40 is rotated by the gear measuring device as shown by the arrow 49, and the camera 44 is photographed every 0.01 °, and the focus evaluation value is calculated from the image data and is picked up.
  • a Prewitt filter that is a first-order differential (difference) filter may be used.
  • the coefficients shown in Fig. 17 (a) are plotted in the horizontal direction and the coefficients shown in Fig. 17 (b) are plotted in the vertical direction for nine pixel values centered on the target pixel. Multiply each in the direction to find the difference value f in the horizontal direction and the difference value f in the vertical direction, and find the sum of squares of absolute values (f 2 + f 2 ) 1/2 .
  • FIG. 13 shows the relationship between the rotation angle of the gear and the focus evaluation value. Focusing evaluation values were calculated for seven consecutive teeth, with the first tooth, the second tooth, the third tooth, etc. in the order in which the teeth of the gear to be measured 40 were photographed.
  • the rotation angle (horizontal axis) of the focus evaluation value curve for each tooth is the rotation angle obtained by subtracting the theoretical angle between the target tooth and the first tooth. That is, the rotation angle of the ⁇ -th tooth is indicated by the rotation angle obtained by subtracting the angle of the theoretical pitch (9 ° in this example) X ( ⁇ -1).
  • Focus evaluation value is The 8-direction Laplacian filter in FIG.
  • FIG. 18 (a) is an explanatory diagram when measuring the pitch of the V-groove 51 of the V-groove substrate 50 of the optical fiber array.
  • FIG. 18 (b) is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 18 (a).
  • the V-groove substrate 50 is placed on the slide table 52 with the surface on which the V-groove 51 is formed facing upward. While the V-groove substrate 50 is linearly moved in the direction perpendicular to the extending direction, the V-groove 51 of the V-groove substrate 50 is photographed by the camera 54 from the upper fixed position.
  • the V-groove substrate 50 may be linearly moved obliquely with respect to the extending direction of the V-groove 51, but in this case, the pitch in the linear movement direction can be measured.
  • the camera 54 shoots from the normal direction of the main surface of the V-groove substrate 50 as indicated by an arrow 54a, it is viewed from an oblique direction as indicated by an arrow 54x, that is, a substantially normal line of the slope of the V-groove 51. Take a picture from the direction.
  • the slide table 52 is driven by the control from the measuring device main body 56 to move the V-groove substrate 50 in a straight line, and the linear moving distance is measured. I do.
  • the measuring apparatus main body 56 extracts a predetermined range of focused data from the image data from the camera 54 and calculates a focus evaluation value.
  • the pitch of the V-groove 51 is calculated by applying a reference curve to a point group indicating the relationship of the linear movement distance.
  • data acquisition and storage and data analysis may be performed by separate devices.
  • an apparatus for analyzing the latter data for example, a computer
  • Input of optical data for example, image data obtained by photographing a predetermined position
  • optical data for example, image data obtained by photographing a predetermined position
  • a third step of fitting a curve and determining the pitch based on the fitting position of the reference curve is executed.
  • a reference curve can be applied to the point cloud of the focus evaluation value, so that the object can be rotated at a constant speed or imaged. It is not always necessary to keep the interval constant.
  • an appropriate one may be selected according to the surface property of the object.
  • in-focus evaluation values can be calculated from captured image data in accordance with an active or passive ranging method used in cameras and sensors. Simply, the image may be taken with one optical system, and the brightness change may be used as the focus evaluation value.
  • the in-focus evaluation value may be calculated based on a difference (parallax) between the luminance peak positions of the imaging in the two optical systems in which the optical axes are parallel.
  • a predetermined position other than the peak position for example, an intermediate point that divides the width of the reference curve into two equal parts, an inflection point of the reference curve, and a start point and an end point of the reference curve Is the same as using the peak position as the reference curve fitting position.
  • the focus evaluation value can also be defined so that the minimum point corresponds to the focus position. In this case, the unevenness of the reference curve is reversed, but the pitch can be obtained by applying the reference curve to the point group of the focus evaluation value, as in the case where the maximum point corresponds to the focus position.

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Abstract

　簡易な装置を用いて非接触で短時間に高精度な測定が可能であるピッチ測定方法等を提供する。 　ピッチ測定方法は、略同一形状の複数の注目形状部４を有する対象物２について、注目形状部４が同一の経路８上を移動するように対象物２を運動させる第１のステップと、固定位置から、経路８上の所定位置６を通過する注目形状部４について、所定位置６に焦点を合わせて連続的に光学データを取得して記憶する第２のステップと、記憶した光学データと対象物２の注目形状部４の移動距離との対応関係に基づき、移動距離を変数として、取得した光学データの所定位置６に対応する部分について合焦の程度を数値化した合焦評価値を算出し、移動距離と合焦評価値の組み合わせの点群を求める第３のステップと、点群に基準曲線を当てはめ、基準曲線の当てはめ位置に基づいてピッチを決定する第４のステップとを含む。

Description

明 細 書
歯車の歯やねじのピッチの非接触測定法
技術分野
[0001] 本発明は、歯車の歯やねじなどのピッチを非接触で測定するためのピッチ測定方 法に関する。
背景技術
[0002] 歯車などの機械部品は、そのミクロン単位のピッチ誤差が機械の振動、騒音に影響 するため、品質管理上、ピッチの測定が必要となる。
[0003] 歯車のピッチ測定には、触針を用いる接触式測定法が主に用いられて 、る（例え ば、特許文献 1参照)。非接触の測定方法としては、光学的な測距方法がある。 特許文献 1 :特開 2002— 107142号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 接触式の場合、測定時間の短縮や測定精度の向上に限界がある。非接触式測定 法は、必要な作動距離を確保すると測定精度が不十分になること、測定対象の表面 性状が限定されること、使用可能な測定環境が限定されることなどの問題があり、ピッ チ測定に関しては、ほとんど実用に至って!/、な!、。
[0005] 本発明は、力かる実情に鑑み、簡易な装置を用いて非接触で短時間に高精度な 測定が可能であるピッチ測定方法を提供しょうとするものである。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成したピッチ測定方法を提 供する。
[0007] ピッチ測定方法は、略同一形状の複数の注目形状部を有する対象物について、隣 り合う前記注目形状部の着目点間の隔たり、すなわち前記注目形状部のピッチを非 接触で測定するタイプのピッチ測定方法である。ピッチ測定方法は、第 1〜第 4のス テツプを含む。前記第 1のステップにおいて、前記注目形状部が同一の経路上を移 動するように前記対象物を運動させる。前記第 2のステップにおいて、固定位置から 、前記経路上の所定位置を通過する前記注目形状部について、該所定位置に焦点 を合わせて連続的に光学データを取得して記憶する。前記第 3のステップにお 、て、 記憶した前記光学データと前記対象物の前記注目形状部の移動距離との対応関係 に基づき、前記移動距離を変数として、取得した前記光学データの前記所定位置に 対応する部分について合焦の程度を数値化した合焦評価値を算出し、前記移動距 離と前記合焦評価値の組み合わせの点群を求める。前記第 4のステップにお 、て、 前記点群に基準曲線を当てはめ、該基準曲線の当てはめ位置に基づ 、て前記ピッ チを決定する。
[0008] 上記方法にお!、て、第 4のステップで注目形状部ごとに決定した基準曲線の当て はめ位置から、例えば隣接する注目形状部間のピッチを算出することができる。ある いは、ピッチの測定値と正規の値との差 (ピッチ誤差)を算出する。
[0009] 上記方法は、非接触式であるので、接触式よりも短時間で測定を行うことができる。
また、対象物の運動や撮影、データの記憶、処理などには、簡易な装置を用いて行う ことができる。
[0010] 一般に、注目形状部について合焦評価値が極大となるピーク位置近傍では、合焦 評価値の変化量が相対的に小さぐ合焦評価値の測定誤差の方が相対的に大きく なり、ピーク位置を精度よく決定することは難しい。基準曲線を当てはめるようにすれ ば、ピーク位置前後の測定誤差の影響を小さくし、合焦評価値の曲線全体の形状を 考慮して、精度よくピーク位置を決定することができる。
[0011] また、基準曲線の当てはめを移動距離の測定間隔より小さい単位で行えば、ピーク 位置を移動距離の測定間隔よりも小さい単位で決定することが可能である。
[0012] 好ましくは、前記第 3ステップにおいて、前記対象物の少なくとも 1つの前記注目形 状部が前記経路の前記所定位置を通過する前後における前記合焦評価値に基づ いて、前記基準曲線を決定する。
[0013] この場合、基準曲線は、測定した少なくとも 1つの注目形状部についての合焦評価 値に基づいて決める。これにより、個々の対象物のばらつきがあっても、適正に基準 曲線を決めることができ、注目形状部のピッチを精度よく決定することができる。
[0014] 例えば、最初に測定した注目形状部の合焦評価値の曲線を基準曲線として用いる 。あるいは、対象物の注目形状部ごとに合焦評価値の曲線を求め、それを平均化し て基準曲線として用いる。
[0015] 好ましくは、前記基準曲線は、少なくとも 1つの極値とその両側に存在する変曲点 の間の区間を含む曲線である。
[0016] この場合、注目形状部の合焦評価値の全体的な曲線形状に基づ!、て注目形状部 の位置を決定することができ、各種ノイズの影響を少なくし、ピッチ測定の精度を高め ることがでさる。
[0017] 好ましくは、前記第 1のステップにおいて、前記対象物を略等速で運動させる。前 記第 2のステップにお 、て、略一定時間間隔で前記光学データを取得して記憶する
[0018] 対象物の注目形状部が略一定距離移動するごとに光学データを取得し、その光学 データを記憶することになるので、光学データを対象物の移動距離と対応付けること が簡単になり、データ処理が容易となる。また、ピッチ測定の精度を略一定に保つこ とができる。例えば、歯車について歯形のピッチを精度よく測定することができる。
[0019] また、本発明は、以下のように構成したピッチ算出方法を提供する。
[0020] ピッチ算出方法は、略同一形状の複数の注目形状部を有する対象物について、隣 り合う前記注目形状部の着目点間の隔たり、すなわち前記注目形状部のピッチを算 出する方法でる。ピッチ算出方法は、前記注目形状部が同一の経路上を移動するよ うに前記対象物を運動させ、固定位置から、前記経路上の所定位置を通過する前記 注目形状部について、該所定位置に焦点を合わせて連続的に取得した光学データ の入力を受け付ける第 1のステップと、前記第 1のステップで入力を受け付けた光学 データと前記対象物の前記注目形状部の移動距離との対応関係に基づき、前記移 動距離を変数として、取得した前記光学データの前記所定位置に対応する部分に ついて合焦の程度を数値化した合焦評価値を算出し、前記移動距離と前記合焦評 価値の組み合わせの点群を求める第 2のステップと、前記点群に基準曲線を当ては め、該基準曲線の当てはめ位置に基づいて前記ピッチを決定する第 3のステップとを 含む。
[0021] また、本発明は、上記ピッチ算出方法をコンピュータに実行させるためのプログラム を提供する。
[0022] すなわち、略同一形状の複数の注目形状部を有する対象物について、隣り合う前 記注目形状部の着目点間の隔たり、すなわち前記注目形状部のピッチを、コンビュ ータに算出させるためのプログラムであって、前記注目形状部が同一の経路上を移 動するように前記対象物を運動させ、固定位置から、前記経路上の所定位置を通過 する前記注目形状部につ 、て、該所定位置に焦点を合わせて連続的に取得した光 学データの入力を受け付ける第 1のステップと、前記第 1のステップで入力を受け付 けた光学データと前記対象物の前記注目形状部の移動距離との対応関係に基づき 、前記移動距離を変数として、取得した前記光学データの前記所定位置に対応する 部分について合焦の程度を数値化した合焦評価値を算出し、前記移動距離と前記 合焦評価値の組み合わせの点群を求める第 2のステップと、前記点群に基準曲線を 当てはめ、該基準曲線の当てはめ位置に基づ 、て前記ピッチを決定する第 3のステ ップとを、コンピュータに実行させるためのプログラムを提供する。
[0023] また、本発明は、以下のように構成したピッチ測定装置を提供する。
[0024] ピッチ測定装置は、略同一形状の複数の注目形状部を有する対象物について、隣 り合う前記注目形状部の着目点間の隔たり、すなわち前記注目形状部のピッチを非 接触で測定するタイプのものである。ピッチ測定装置は、前記注目形状部が同一の 経路上を移動するように前記対象物が運動するとき、固定位置から、前記経路上の 所定位置を通過する前記注目形状部につ!、て、該所定位置に焦点を合わせて連続 的に光学データを取得して記憶するデータ取得部と、前記データ取得部が記憶した 前記光学データと、前記対象物の前記注目形状部の移動距離との対応関係に基づ き、前記移動距離を変数として、取得した前記光学データの前記所定位置に対応す る部分について合焦の程度を数値ィ匕した合焦評価値を算出し、前記移動距離と前 記合焦評価値の組み合わせの点群を求め、該点群に基準曲線を当てはめ、該基準 曲線の当てはめ位置に基づいて前記ピッチを決定するピッチ演算部とを備える。
[0025] 上記構成において、対象物を強制的に駆動しながら光学データを取得しても、対 象物が自由運動する状態で光学データを取得してもよい。注目形状部の移動距離 は、対象物の基準点の移動距離を直接測る場合のみならず、例えば、対象物の回 転角度の計測結果より算出される場合や、対象物の基準点の移動時間の計測結果 により算出される場合などがある。
[0026] 上記構成によれば、データ取得部により光学データを取得した後、ピッチ演算部に より注目形状部の合焦位置を決定することができる。
[0027] 好ましくは、前記データ取得部は、前記対象物が自由運動する状態で取得した前 記光学データを、その光学データを取得した時刻と対応付けて記憶する。前記ピッ チ演算部は、前記データ取得部が記憶した前記光学データと該光学データと対応 付けられた前記時刻とに基づき、前記合焦位置を決定する。
[0028] 上記構成によれば、自由運動するときの対象物の運動方程式、あるいは実測デー タに基づいて、光学データを取得した時刻における注目形状部の移動距離を算出 することができるので、対象物を駆動せずにピッチを測定することができる。対象物を 略等速回転させる駆動機構等が不要であり、ピッチ測定装置の構成を簡単にするこ とがでさる。
発明の効果
[0029] 本発明のピッチ測定方法、プログラム及びピッチ測定装置は、簡易な装置を用いて 非接触で短時間に高精度な測定が可能である。
図面の簡単な説明
[0030] [図 1]ピッチ測定システムの構成図である。（実施例 1)
[図 2]測定装置本体のブロック図である。（実施例 1)
[図 3]合焦評価値のグラフである。（実施例 1)
[図 4]基準曲線の当てはめの説明図である。（実施例 1)
[図 5]基礎実験の説明図である。（実施例 2)
[図 6]合焦評価値のグラフである。（実施例 2)
[図 7]合焦評価値のグラフである。（実施例 2)
[図 8]基礎実験結果のグラフである。（実施例 2)
[図 9]ピッチ測定システムの構成図である。（実施例 3)
[図 10]トリガー信号の説明図である。（実施例 3)
[図 11]基準曲線の当てはめの説明図である。（実施例 3) 圆 12]歯車のピッチ測定の説明図である。（実施例 4)
圆 13]合焦評価値のグラフである。（実施例 4)
圆 14]累積ピッチ誤差のグラフである。（実施例 4)
圆 15]ピッチ推定誤差のグラフである。（実施例 4)
圆 16]ラプラシアンフィルタの説明図である。（実施例 4)
[図 17]プレヴイットのフィルタの説明図である。（実施例 4)
[図 18]ピッチ測定システムの構成図である。（実施例 5)
符号の説明
2 歯車 (対象物）
4 歯形 (注目形状部）
6 所定位置
10, 11 ピッチ測定システム
12 回転駆動部
13 保持装置
14 カメラ (データ取得部）
15 レンズ (データ取得部）
16, 18 測定装置本体 (データ取得部、ピッチ演算部)
32 試験部材 (対象物）
34 測定面 (注目形状部）
36 カメラ
S 基準曲線
T 基準軸
X ピーク位置（当てはめ位置）
発明を実施するための最良の形態
[0032] 以下、本発明の実施の形態として実施例について、図 1〜図 8を参照しながら説明 する。
[0033] まず、第 1実施例について、図 1〜図 4を参照しながら説明する。
[0034] 図 1は、ピッチ測定を行うピッチ測定システム 10の全体構成図である。対象物であ る歯車 2は、不図示の回転ステージに載せ、回転駆動部 12により略等速で回転駆動 する。回転駆動部 12は、歯車 2の回転角度を検出するロータリーエンコーダを含む。 なお、後述するように、歯車 2は、完全な等速回転でなくても、滑らかに回転すればよ い。また、強制的に回転駆動する代わりに、自然回転させるようにしてもよい。この場 合、歯車の回転角度は、時間計測力 算出することも可能である。
[0035] 注目形状部は歯車 2の歯形 4であり、歯車 2の歯形 4が回転移動する経路上の所定 点 6、例えばピッチ円 8上の点を、カメラ 14で撮影する。カメラ 14の撮影レンズ 15は、 所定点 6にピントが合うよう設定する。カメラ 14は、撮影レンズ 15が所定点 6から作動 距離 Lだけ離れた位置に固定する。
[0036] 測定装置本体 16は、所定のプログラムを実行し、歯車 2を回転駆動する回転駆動 部 12やカメラ 14の動作を制御する。測定装置本体 16は、図 2のブロック図に示すよ うに、制御を統括する制御部 20に、表示パネル等を含む表示部 22と、測定条件の 設定や測定の開始 ·終了などの操作を行うための操作パネル等を含む操作部 24と、 カメラ 14や回転駆動部 12との間で通信するためのインターフェース部 26と、カメラ 1 4で撮影した画像のデータ等を記憶する記憶部 28とが接続されて 、る。制御部 20は 、 CPU等を含み、演算機能を有する。測定装置本体 16は、汎用のパソコンで構成す ることち可會である。
[0037] 次に、測定システム 10の動作について説明する。
[0038] 回転駆動部 12は、測定装置本体 16からの指令信号に基づき、指定された略一定 速度で歯車 2を回転駆動する。カメラ 14は、測定装置本体 16からの指令信号に基づ き、指定された略一定時間間隔で撮影を行う。各々の撮影ごとに、あるいは、ある程 度撮影データが集積された状態で、撮影した画像のデータを測定装置本体 16に送 信する。測定装置本体 16は、カメラ 14からのデータを受信し、受信したデータを記憶 部 28に格納する。所定数のデータが記憶部 28に格納されると、測定装置本体 16は 指令信号を送信し、回転駆動部 12及びカメラ 14の動作を停止させ、測定動作を終 了する。
[0039] 測定装置本体 16は、測定動作の終了後、又は測定動作と並行して、解析動作を 行う。すなわち、記憶部 28に格納されたカメラ 14力ものデータを読み出し、所定点 6 について合焦評価値を算出する。例えば、所定点 6の近傍領域に対応する画素につ いて、 R, G, Bの輝度レベルのラプラシアンをそれぞれ求め、それらに適宜な係数を 乗じて足し合わせた値を、合焦評価値として算出する。この場合、合焦評価値は、画 像のシャープさを数値ィ匕したものである。
[0040] 図 3に模式的に示すように、合焦評価値は、歯車 2の回転に伴い、歯形 4が所定位 置を通過するごとに変動を繰り返す。合焦評価値のピーク位置 Q , Q , Q
0 1 2 , · · ·を求 め、隣接するピーク位置間の回転角の差、すなわちピッチ 0
1 , θ 2 , θ 3 ,…を算出 する。
[0041] 合焦評価値のピーク位置 (合焦位置）は、例えば次のように算出する。
[0042] まず、図 4に示すように、基準曲線 Sと、基準曲線 Sのピーク位置 Xに対応する基準 軸 Tとを決める。
[0043] 例えば、歯車の各歯形に対応する合焦評価値のそれぞれの点群を平均化した基 準曲線 Sを用いる。この場合、適宜な方法で平均化することができる。一例を挙げると 、横軸を回転角、縦軸を合焦評価値とし、ある特定の歯形の点群について補間曲線 を求め、他の歯形の点群を横軸方向に移動しながら、その点群の各点について、特 定の歯形の点群の補間曲線に対する縦軸方向の偏差の二乗和を求め、その二乗和 が最小となる位置に点群を移動する。このようにして移動した特定の歯形以外の歯形 のそれぞれの点群と特定の歯形の点群とについて、対応する点同士を平均化し、そ れらの平均化した点を補間又は近似する補間曲線又は近似曲線を、基準曲線 Sとす る。
[0044] あるいは、基準となる 1つの歯形についての点群のみから、補間曲線あるいは近似 曲線を求め、それを基準曲線 Sとし、ピーク位置 X、基準軸 Tを定めてもよい。
[0045] 次に、任意の歯形に対応する一群の合焦評価値のデータ Dに、基準曲線 Sを当て はめ、基準曲線 Sが最もよく当てはまるときの基準軸 Tに対応する歯車の回転角度（ 例えば、基準となる歯形の合焦評価値の点群 Dについて求めた基準軸 Tからの角
0
度 κ )を算出する。
[0046] 例えば、基準曲線 Sを少しずつ動かし、それぞれの基準曲線 Sの位置において合 焦評価値の点群 Dの各点と基準曲線 Sとの合焦評価値のずれ量（図 4において矢 印 90, 92などで示す上下方向のずれ量)の二乗和を算出する。そして、このずれ量 の二乗和が最も小さくなるときの基準曲線 Sの位置における基準軸 Tに対応する歯 車の回転角度を求める。
[0047] 基準曲線 Sの当てはめは、少なくとも合焦評価値の曲線の変曲点 P , Pの間の幅 W の区間を含み、好ましくは、その 2倍（2W)程度の区間に含まれる各点のデータにつ いて行う。これにより、合焦評価値の全体的な曲線形状から基準軸の位置を決定す ることができ、各種ノイズの影響を少なくし、ピッチ測定の精度を高めることができる。
[0048] ピッチ測定システム 10は、歯形測定装置のような同期制御駆動が不要であり、簡易 な装置を用いることができる。また、非接触方式であるので、短時間に測定を行うこと が可能である。さらに、測定システム 10は、カメラ 14の作動距離 Lを実用的な範囲（5 Omm程度）に設定して、 1 μ m以下の測定精度で歯形ピッチを測定することが可能 である。
[0049] 次に、上記の測定精度を達成できることを検証するための基礎実験（実施例 2)に ついて、図 5〜図 8を参照しながら説明する。
[0050] 図 5に示すようにリニアテーブル 30上に、垂直な測定面 34を有する試験部材 32を 固定し、測定面 34に対して垂直方向からカメラ 36で撮影を行う。カメラ 36の撮影レン ズ 38は、測定面 34が基準位置にあるときにピントが合うように焦点を固定する。撮影 レンズ 38の焦点距離は 55mmである。
[0051] リニアテーブル 30を駆動し、測定面 34を移動しながら、カメラ 36で撮影を行 、、測 定面 34の位置と撮影した画像のデータとを対応付けて記憶する。同一の測定面 34 を 10回繰り返し測定する。測定後、 1回目のデータ力 合焦評価値を算出し、基準 曲線を決める。次に、 2回目以降のデータについて合焦評価値を算出し、基準曲線 を当てはめ、合焦評価値の曲線のピーク位置 (合焦位置)を算出する。このとき、合 焦評価値の曲線の変曲点の幅の 2倍の範囲について、基準曲線を当てはめる。その 結果、図 8に示すように、合焦位置の測定値のばらつき幅は、 ±0. 3 mであった。
[0052] 合焦評価値は、測定面 34の移動に伴い、図 6に示すように変化する。ピーク近傍 部分 Aでは、図 7に示すように、細かい振動的なばらつきが生じ、全体的になだらか なピーク位置近傍部分にぉ 、て、合焦評価値の最大値からピーク位置を正確に求 めることは困難である。ピーク位置近傍部分よりも広い範囲を含む基準曲線を当ては めることにより、合焦位置を 1 μ m以下の精度で求めることができる。
[0053] 次に、第 3実施例のピッチ測定システム 11について、図 9〜図 11を参照しながら説 明する。第 3実施例では、第 1実施例と略同様の方法でピッチを測定する。以下では
、第 1実施例と相違する点を中心に説明し、同じ構成部分には同じ符号を用いる。
[0054] 図 9に示すように、歯車 2を保持装置 13により回転自在に保持する。歯車 2に適宜 な方法で外力を加え回転させた後、外力を加えるのを止める。そして、歯車 2が自然 回転する状態で、実施例 1と同様に、カメラ 14で撮影を行う。
[0055] 測定装置本体 18は、カメラ 14力も受信したデータを、内部クロックの時刻と対応付 けて記憶する。測定装置本体 18は、内部クロックの時刻から歯車 2の回転角度を算 出し、実施例 1と同様に合焦評価値と回転角度の組み合わせの点群に基準曲線を 当てはめ、合焦位置力 ピッチを求める。
[0056] 歯車 2の回転角度 Θは、自然回転する歯車 2の運動方程式に基づいて、時刻から 求めることができる。すなわち、自然回転するときの歯車 2の運動方程式は、次のよう に表すことができる。
[数 1]
I Θ + D Θ = 0 · · · ( 1 ) ここで、 I, Dは定数である。
[0057] 上記の式（1)は 2階微分方程式であるので、図 10に示すように、例えば歯数 Zの歯 車の 1回転ごとの時刻 t , t , t から関数 0 (t)を決めることができる。例えば、静圧
0 Z 2Z
気体軸受により歯車 2の回転軸 3を軸支すると、歯車 2は非常に滑らかに自然回転す るので、精度よく関数 0 (t)を決めることができる。
[0058] 関数 Θ (t)は運動方程式を解く方法だけでなぐ回転角度と時刻の関係を曲線で 近似することにより、例えば 1回転ごとの時刻から、任意の時刻における回転角度を 求めることができる。
[0059] 時刻 t , t , t は、例えば歯車 2に検出マークを設け、光学センサにより検出マーク
0 Z 2Z
を非接触で検出することにより測定することができる。 [0060] カメラ 14で撮影したデータを利用し、時刻 t , t , t を測定することも可能である。
0 Z 2Z
例えば、図 11に示すように、歯車の回転角 Θの代わりに内部クロックの時刻 tを用い 、ある基準歯の時刻 tと合焦評価値 fの組み合わせの点群 D 'と、 1回転後のその歯に
0
ついての点群 D 'に、実施例 1と同様に基準曲線 S'を当てはめ、基準軸 T'に対応す
Z
る時亥 !lt t 'を求める。
0 Z
[0061] ピッチ測定システム 11は、歯車 2を等速回転させる駆動機構が不要であり、構成を 簡単にすることができる。
[0062] 次に、歯車の歯のピッチの測定例（実施例 4)について、図 12〜図 17を参照しなが ら説明する。
[0063] 図 12に示したように、被測定歯車 40が取り付けられた軸 42を、歯車測定装置 (不 図示）のセンター主軸に取り付け、カメラ 44で歯面を測定する。基準となる歯 41の歯 面中央に焦点が合うように焦点位置を調節し、カメラ 44を設置する。また、ライトガイ ド 46, 47を用いて、基準となる歯 41の歯面を、略半径方向と略歯筋方向から照明す る。
[0064] 被測定歯車 40の諸元は次のとおりである。
•モジユーノレ 2
•圧力角 20°
•ねじれ角度 L30°
•歯数 40
•歯幅 20mm
•ピッチ円直径 92. 376mm
なお、被測定歯車 40の歯のうち 1つは、意図的にピッチをずらして製作した。
[0065] 測定時には、矢印 49で示すように歯車測定装置によって被測定歯車 40を回転さ せ、 0. 01° 毎にカメラ 44で撮影を行い、画像データから合焦評価値を算出してピッ チを求める。
[0066] 具体的には、カラービットマップ形式の画像データのうち、焦点を合わせた歯面中 央領域に対応する 64 X 64ピクセルにつ 、て、 R (赤)、 G (緑)、 B (青）のそれぞれの 明るさを 0から 255までの数値に置き換える。画像のピントがあっているときは、画像 内の明暗の差が大きく現れると考えられるので、これを数値ィ匕したものを合焦評価値 とする。
[0067] 例えば、図 16に示すように、 2階微分 (差分)系フィルタである 8方向ラプラシアン (L aplacian)フィルタを用いる。すなわち、注目画素を中心とした上下左右の 9つの画 素値に対し、それぞれ係数を乗算した後それらの和を求め、その絶対値をとる。解析 する範囲（64 X 64ピクセル）内の全ての画素に対して、同様に絶対値を求め、絶対 値を合計した後、解析する範囲の面積で除し、絶対値の平均値 Δ ίを算出する。 R ( 赤）、 G (緑)、 B (青)それぞれについて、絶対値の平均値 A fR, Δ ί°, Δ ίΒを算出し、 それぞれに輝度寄与率 (赤、緑、青の三原色の輝度が全体の輝度値に寄与する割 合) cR, cG, cBをかけて合計したもの、すなわち、
f=cR- A fR+cG- A fG+cB- A fB
を画像の合焦評価値とする。
[0068] あるいは、 1階微分（差分）系フィルタであるプレヴイット（Prewitt)フィルタを用いて もよい。この場合、 8方向ラプラシアンフィルタと同様に、注目画素を中心とした上下 左右の 9つの画素値に対し、図 17 (a)に示す係数を横方向に、図 17 (b)に示す係数 を縦方向に、それぞれ乗算し、横方向の差分値 f と縦方向の差分値 f を求め、絶対 値の 2乗和（f 2+f 2) 1/2を求める。解析する範囲（64 X 64ピクセル）内の全ての画素 に対して、同様に絶対値の 2乗和を求め、絶対値の 2乗和を合計した後、解析する範 囲の面積で除し、絶対値の 2乗和の平均値 Δ ίを算出する。 R (赤）、 G (緑)、 Β (青） について、絶対値の 2乗和の平均値 Δ ίκ, Δ ί°, Δ ίΒを算出し、それぞれに輝度寄与 率 cR, cG, cBをかけて合計したもの、すなわち、
f=cR - A fR+cG- A fG+cB- Δ ίΒ
を画像の合焦評価値とする。
[0069] 図 13に、歯車の回転角と、合焦評価値との関係を示す。被測定歯車 40の歯を撮 影する順に、 1番歯、 2番歯、 3番歯' · ·とし、連続する 7枚の歯について合焦評価値 を算出した。各歯の合焦評価値の曲線の回転角（横軸）は、対象歯と 1番歯の間の理 論上の角度を差し引いた回転角で示している。すなわち、 η番歯の回転角は、理論ピ ツチ (この例では、 9° ) X (η— 1)の角度を差し引いた回転角で示す。合焦評価値は 、図 16の 8方向ラプラシアンフィルタを用い、輝度寄与率は、 cR=0. 299, cG=0. 5 87, cB=0. 114とした。図 13より、各歯とも歯車の回転に伴い合焦評価値が増加し 、極大値を取ったのち減少する変化の曲線が得られた。各歯ごとに合焦評価値の曲 線の高さや形が異なっている。特に 4番歯のみ、大きなピッチ誤差があることが分かる
[0070] 1番歯の合焦評価値の補間曲線を基準曲線とし、 2〜7番歯に基準曲線を当ては め、基準曲線の当てはめ位置から、累積ピッチを求めた。これから理論ピッチを差し 引いたものを累積ピッチ誤差とした。比較例として、被測定歯車 40の歯の撮影箇所 近傍を、接触式測定機でピッチ測定した。図 14に、累積ピッチ誤差の推定値と接触 式での測定値を示す。
[0071] 測定した各歯につ!、て、非接触式による累積ピッチ誤差の推定値力 接触式によ る測定値を差し引き、これをピッチ推定誤差とした。これを図 15に示す。 1番歯から 7 番歯についてピッチ推定誤差の標準偏差を求めると、 1. O /z mとなった。カメラ 44を 用いた非接触式測定によって、接触式と同程度の精度でピッチ測定できることが分 かる。
[0072] 次に、直線運動させてピッチ測定を行う場合 (実施例 5)について、図 18を参照しな がら説明する。
[0073] 図 18 (a)は、光ファイバアレイの V溝基板 50の V溝 51のピッチを測定する場合の説 明図である。図 18 (b)は、図 18 (a)の線 B— Bに沿って切断した断面図である。
[0074] 図 18 (a)に示すように、 V溝基板 50を、 V溝 51が形成された面を上にしてスライド テーブル 52の上に置き、矢印 53で示すように、 V溝 51の延在方向に対して直角方 向に V溝基板 50を直線運動させながら、上方の固定位置カゝらカメラ 54で V溝基板 5 0の V溝 51を撮影する。 V溝 51の延在方向に対して斜め方向に V溝基板 50を直線 運動させてもよいが、その場合には、その直線運動方向のピッチが測定できる。この とき、カメラ 54は矢印 54aで示すように、 V溝基板 50の主面の法線方向から撮影して も、矢印 54xで示すように斜め方向から、すなわち V溝 51の斜面の略法線方向から 撮影してちょい。
[0075] 撮影は、 V溝基板 50の V溝 51の斜面中央 55に焦点を合わせた状態で行う。また、 図 18 (b)に示すように、ライトガイド 57, 58を用いて、撮影方向 54aと略同じ方向 57a , 58aから、焦点を合わせた V溝基板 50の V溝 51の斜面中央 55近傍部分を照明す る。
[0076] 測定時には、測定装置本体 56からの制御によって、スライドテーブル 52が駆動し て V溝基板 50を直線移動させ、その直線移動距離を測定しつつ、これと同期して力 メラ 54が撮影を行う。測定装置本体 56は、実施例 1〜4と同様に、カメラ 54からの画 像データのうち、焦点を合わせた所定範囲のデータを抽出して合焦評価値を算出し 、合焦評価値と直線移動距離の関係を示す点群に基準曲線を当てはめることによつ て、 V溝 51のピッチを算出する。
[0077] 図 18と同様の構成を用いて、液晶パネルのノ ックライト用の導光板や反射板の溝 のピッチやマイクロレンズアレイのピッチ、ねじのピッチ、ラックのピッチなどの測定を 行うことができる。また、これらを製作する金型のピッチを測定することも可能である。
[0078] 以上に説明したように、簡易な装置を用いて非接触で短時間に高精度なピッチ測 定が可能である。
[0079] なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなぐ種々変更を加えて実施可 能である。
[0080] 例えば、歯車にっ 、て説明した力 歯車のピッチ測定に限定されるものではな!/、。
ねじなどのピッチの測定にも適用できる。また、異なるピッチで注目形状部（例えば、 切り欠き部）が形成された対象物や、直線状に注目形状部 (例えば、ラック)が形成さ れた対象物などにも適用可能である。
[0081] また、データの取得や記憶と、データの解析 (ピッチの算出）とを別々の装置で行う ようにしてもよい。その場合、後者のデータの解析を行う装置 (例えば、コンピュータ） は、所定のプログラムに従って、略同一形状の複数の注目形状部を有する対象物を 、注目形状部が同一の経路上を移動するように運動させ、固定位置から、経路上の 所定位置を通過する注目形状部について、該所定位置に焦点を合わせて連続的に 取得した光学データ (例えば、所定位置を撮影した画像のデータ）の入力を受け付け る第 1のステップと、第 1のステップで入力を受け付けた光学データと対象物の注目 形状部の移動距離との対応関係に基づき、移動距離を変数として、取得した光学デ ータの所定位置に対応する部分について合焦の程度を数値化した合焦評価値を算 出し、移動距離と合焦評価値の組み合わせの点群を求める第 2のステップと、点群に 基準曲線を当てはめ、該基準曲線の当てはめ位置に基づいて前記ピッチを決定す る第 3のステップとを実行する。
[0082] また、対象物の移動距離と撮影した画像のデータを対応付けることができれば、合 焦評価値の点群に基準曲線を当てはめることができるので、対象物を等速で回転し たり、撮影間隔を一定にしたりすることは、必ずしも要しない。
[0083] 撮影方法や合焦評価値は、対象物の表面性状等に応じて適切なものを選択すれ ばよい。例えば、カメラやセンサで用いられているアクティブ方式やパッシブ方式の 測距手法に準じて、撮影した画像のデータから合焦評価値を算出することができる。 単純に、 1つの光学系で撮影し、輝度変化を合焦評価値としてもよい。あるいは、光 軸が平行な 2つの光学系で撮影し、それぞれの光学系における結像の輝度ピーク位 置の差 (視差)から、合焦評価値を算出してもよい。
[0084] また、基準曲線の当てはめ位置を定義するため、ピーク位置以外の所定位置、例 えば基準曲線の幅を 2等分する中間点、基準曲線の変曲点、基準曲線の始点ゃ終 点などを用いても、基準曲線の当てはめ位置としてピーク位置を用いるのと実質的に 同じである。また、合焦評価値は、極小点が合焦位置に対応するように定義すること もできる。この場合、基準曲線の凹凸が逆になるが、極大点が合焦位置に対応する 場合と同様に、合焦評価値の点群に基準曲線を当てはめることによってピッチを求 めることができる。

Claims

請求の範囲
[1] 略同一形状の複数の注目形状部を有する対象物について、隣り合う前記注目形状 部の着目点間の隔たり、すなわち前記注目形状部のピッチを非接触で測定するピッ チ測定方法であって、
前記注目形状部が同一の経路上を移動するように前記対象物を運動させる第 1の ステップと、
固定位置から、前記経路上の所定位置を通過する前記注目形状部について、該 所定位置に焦点を合わせて連続的に光学データを取得して記憶する第 2のステップ と、
記憶した前記光学データと前記対象物の前記注目形状部の移動距離との対応関 係に基づき、前記移動距離を変数として、取得した前記光学データの前記所定位置 に対応する部分について合焦の程度を数値化した合焦評価値を算出し、前記移動 距離と前記合焦評価値の組み合わせの点群を求める第 3のステップと、
前記点群に基準曲線を当てはめ、該基準曲線の当てはめ位置に基づ 、て前記ピ ツチを決定する第 4のステップとを含むことを特徴とする、ピッチ測定方法。
[2] 前記第 3ステップにおいて、前記対象物の少なくとも 1つの前記注目形状部が前記 経路の前記所定位置を通過する前後における前記合焦評価値に基づいて、前記基 準曲線を決定することを特徴とする、請求項 1に記載のピッチ測定方法。
[3] 前記基準曲線は、少なくとも 1つの極値とその両側に存在する変曲点の間の区間を 含む曲線であることを特徴とする、請求項 1又は 2に記載のピッチ測定方法。
[4] 前記第 1のステップにおいて、前記対象物を略等速で運動させ、
前記第 2のステップにお 、て、略一定時間間隔で前記光学データを取得して記憶 することを特徴とする、請求項 1、 2又は 3に記載のピッチ測定方法。
[5] 略同一形状の複数の注目形状部を有する対象物について、隣り合う前記注目形状 部の着目点間の隔たり、すなわち前記注目形状部のピッチを算出するピッチ算出方 法であって、
前記注目形状部が同一の経路上を移動するように前記対象物を運動させ、固定位 置から、前記経路上の所定位置を通過する前記注目形状部について、該所定位置 に焦点を合わせて連続的に取得した光学データの入力を受け付ける第 1のステップ と、
前記第 1のステップで入力を受け付けた光学データと前記対象物の前記注目形状 部の移動距離との対応関係に基づき、前記移動距離を変数として、取得した前記光 学データの前記所定位置に対応する部分について合焦の程度を数値ィヒした合焦評 価値を算出し、前記移動距離と前記合焦評価値の組み合わせの点群を求める第 2 のステップと、
前記点群に基準曲線を当てはめ、該基準曲線の当てはめ位置に基づ 1、て前記ピ ツチを決定する第 3のステップとを含むことを特徴とする、ピッチ算出方法。
[6] 略同一形状の複数の注目形状部を有する対象物について、隣り合う前記注目形状 部の着目点間の隔たり、すなわち前記注目形状部のピッチを、コンピュータに算出さ せるためのプログラムであって、
前記注目形状部が同一の経路上を移動するように前記対象物を運動させ、固定位 置から、前記経路上の所定位置を通過する前記注目形状部について、該所定位置 に焦点を合わせて連続的に取得した光学データの入力を受け付ける第 1のステップ と、
前記第 1のステップで入力を受け付けた光学データと前記対象物の前記注目形状 部の移動距離との対応関係に基づき、前記移動距離を変数として、取得した前記光 学データの前記所定位置に対応する部分について合焦の程度を数値ィヒした合焦評 価値を算出し、前記移動距離と前記合焦評価値の組み合わせの点群を求める第 2 のステップと、
前記点群に基準曲線を当てはめ、該基準曲線の当てはめ位置に基づ 1、て前記ピ ツチを決定する第 3のステップとを、コンピュータに実行させるためのプログラム。
[7] 略同一形状の複数の注目形状部を有する対象物について、隣り合う前記注目形状 部の着目点間の隔たり、すなわち前記注目形状部のピッチを非接触で測定するピッ チ測定装置であって、
前記注目形状部が同一の経路上を移動するように前記対象物が運動するとき、固 定位置から、前記経路上の所定位置を通過する前記注目形状部について、該所定 位置に焦点を合わせて連続的に光学データを取得して記憶するデータ取得部と、 前記データ取得部が記憶した前記光学データと、前記対象物の前記注目形状部 の移動距離との対応関係に基づき、前記移動距離を変数として、取得した前記光学 データの前記所定位置に対応する部分について合焦の程度を数値化した合焦評価 値を算出し、前記移動距離と前記合焦評価値の組み合わせの点群を求め、該点群 に基準曲線を当てはめ、該基準曲線の当てはめ位置に基づ 1、て前記ピッチを決定 するピッチ演算部とを備えたことを特徴とする、ピッチ測定装置。
前記データ取得部は、前記対象物が自由運動する状態で取得した前記光学デー タを、該光学データを取得した時刻と対応付けて記憶し、
前記ピッチ演算部は、前記データ取得部が記憶した前記光学データと該光学デー タと対応付けられた前記時刻とに基づき、前記合焦位置を決定することを特徴とする 、請求項 7に記載のピッチ測定装置。
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