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公開番号2025163711
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-30
出願番号2024067162
出願日2024-04-18
発明の名称光学式変位計
出願人株式会社キーエンス
代理人弁理士法人佐野特許事務所
主分類G01B 11/25 20060101AFI20251023BHJP(測定;試験)
要約【課題】X方向に延びるスリット光を、X方向に交差する方向に相対移動を行うワークに照射してワークの形状を測定する場合に、多重反射によるノイズを抑制するための新たな手法を提供する。
【解決手段】光学式変位計の制御部は、ワークの相対移動に伴い複数の受光画像を順次取得するようにイメージセンサを制御し、受光画像ごとに、受光画像の受光量分布に基づいて、U方向(X方向に対応する方向)の位置ごとにV方向(U方向に直交する方向)のピーク位置候補を検出し、U方向の位置ごとに、任意の受光画像のピーク位置候補と、他の受光画像のピーク位置候補との距離が一定以下となるように選択された複数のピーク位置候補からなるクラスタを1つ以上生成し、クラスタの相対移動の方向に対する傾きに基づいて、クラスタにノイズが含まれているか否かの判定を実行し、判定の結果に基づいて、ワークのプロファイルデータを生成する。
【選択図】図8
特許請求の範囲【請求項１】
Ｘ方向に延びるスリット光を、前記Ｘ方向に交差する方向に相対移動を行うワークに照射する投光部と、
前記Ｘ方向に対応するＵ方向と、前記Ｕ方向に直交するＶ方向とに二次元配列された複数の画素を有し、前記複数の画素により前記ワークで反射された反射光を受光し、受光量分布を示す受光画像を出力するイメージセンサと、
前記受光画像に基づいて、前記ワークのプロファイルデータを生成し、前記プロファイルデータに基づいて前記ワークの形状を測定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記相対移動に伴い複数の前記受光画像を順次取得するように前記イメージセンサを制御し、
前記受光画像ごとに、前記受光画像の受光量分布に基づいて、前記Ｕ方向の位置ごとに前記Ｖ方向のピーク位置候補を検出し、
前記Ｕ方向の位置ごとに、
任意の前記受光画像のピーク位置候補と、他の前記受光画像のピーク位置候補との距離が一定以下となるように選択された複数のピーク位置候補からなるクラスタを１つ以上生成し、
前記クラスタの前記相対移動の方向に対する傾きに基づいて、前記クラスタにノイズが含まれているか否かの判定を実行し、
前記判定の結果に基づいて、前記プロファイルデータを生成する、
光学式変位計。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
Ｘ方向に延びるスリット光を、前記Ｘ方向に交差する方向に相対移動を行うワークに照射する投光部と、
前記Ｘ方向に対応するＵ方向と、前記Ｕ方向に直交するＶ方向とに二次元配列された複数の画素を有し、前記複数の画素により前記ワークで反射された反射光を受光し、受光量分布を示す受光画像を出力するイメージセンサと、
前記受光画像に基づいて、前記ワークのプロファイルデータを生成し、前記プロファイルデータに基づいて前記ワークの形状を測定する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記相対移動に伴い複数の受光画像を順次取得するように前記イメージセンサを制御し、
前記受光画像ごとに、前記受光画像の受光量分布に基づいて、前記Ｕ方向の位置ごとに前記Ｖ方向のピーク位置候補を検出し、
各前記Ｕ方向の位置及び各前記Ｕ方向の位置における前記Ｖ方向のピーク位置候補を含むＵＶ座標情報と、前記相対移動に関する情報とを、所定の座標変換条件に基づいて、各ＸＹ座標に対応するＺ方向のピーク位置候補を含むＸＹＺ座標情報に変換し、
前記ＸＹＺ座標情報のＸ軸方向の位置ごとに、
任意のＹ軸方向の位置におけるピーク位置候補と、他のＹ軸方向の位置におけるピーク位置候補との距離が一定以下となるように選択された複数のピーク位置候補からなるクラスタを１つ以上生成し、
前記クラスタの前記Ｙ軸方向に対する傾きに基づいて、前記クラスタにノイズが含まれているか否かの判定を実行し、
前記判定の結果に基づいて、前記プロファイルデータを生成する、
光学式変位計。
【請求項３】
前記制御部は、
前記相対移動方向の任意の範囲において、互いに傾きの異なる第１クラスタ候補及び第２クラスタ候補があった場合に、前記第１クラスタ候補と前記第２クラスタ候補との間の最短距離が前記一定以下であっても、前記第１クラスタ候補及び前記第２クラスタ候補を単一のクラスタではなく、互いに異なるクラスタとみなす、請求項１又は請求項２に記載の光学式変位計。
【請求項４】
前記制御部は、
前記第１クラスタ候補と前記第２クラスタ候補との間の前記最短距離が前記一定以下となった位置から、前記一定以下の距離に第３クラスタ候補が存在する場合であっても、前記第３クラスタ候補を前記第１クラスタ候補及び前記第２クラスタ候補のいずれとも異なるクラスタとみなす、請求項３に記載の光学式変位計。
【請求項５】
前記制御部は、
任意の前記受光画像のピーク位置候補と、他の前記受光画像のピーク位置候補との距離が前記一定以下であっても、クラスタ候補内に一定以上の傾きの変化が生じる場合には、前記傾きの変化が生じる箇所を境に互いに異なるクラスタとみなす、請求項１又は請求項２に記載の光学式変位計。
【請求項６】
前記制御部は、
前記傾きの絶対値が所定値以上であるクラスタ全体をノイズと判定して除去する、請求項１又は請求項２に記載の光学式変位計。
【請求項７】
前記制御部は、
前記相対移動方向の任意の範囲において複数の前記クラスタが存在する場合、当該複数のクラスタのうち前記傾きの絶対値が小さいクラスタを優先的に用いることにより前記プロファイルデータを生成する、請求項１又は２に記載の光学式変位計。
【請求項８】
前記制御部は、
前記相対移動方向の任意の範囲において複数の前記クラスタが存在する場合、当該複数のクラスタのうち前記傾きの絶対値が大きいクラスタをノイズと判定して除去するとともに、前記傾きの絶対値が小さいクラスタに基づいて前記プロファイルデータを生成する、請求項１又は請求項２に記載の光学式変位計。
【請求項９】
前記制御部は、
前記相対移動方向の任意の範囲において複数の前記クラスタが部分的に重複している場合、当該重複している位置においては、当該複数のクラスタのうち前記傾きの絶対値が小さいクラスタに基づいて前記プロファイルデータを生成する一方で、当該重複している位置以外においては、前記複数のクラスタの各々に基づいて前記プロファイルデータを生成する、請求項１又は２に記載の光学式変位計。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、三角測距方式により測定対象物の変位を検出する光学式変位計に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
光切断方式の光学式変位計においては、投光部から線状の断面を有する帯状の光が測定対象物（以下、ワークと呼ぶ。）上に照射され、その反射光が２次元の受光素子により受光される。受光素子により得られる受光量分布のピークの位置に基づいて、ワークのプロファイルが測定される。ここで、ワークに照射された光がワークの表面で多重反射することがある。この場合、多重反射した光が受光素子に入射することにより受光量分布に複数のピークが現れるため、ワークの正確なプロファイルを測定することができない。投光部以外からの光（外乱光）が受光素子に入射した場合、またはワークの測定対象部分以外の部分により反射された光が受光素子に入射した場合等にも、同様の問題が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－２７０５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多重反射によるノイズは、受光画像単位で発生し、観察される。特許文献１で開示される光学式変位計は、Ｘ方向（スリット光が延びる方向で）に対応するＵ方向のピーク候補間の位置関係に基づいて、真のピーク位置と多重反射によるノイズとを受光画像１枚それ自体で区別する。
【０００５】
本発明者等は、多重反射によるノイズに関して種々検討し、光学式変位計とワークとの間の相対移動により、スキャン方向に複数の受光画像及び複数のプロファイルを取得して三次元画像を取得する場合には、スキャン方向のピーク候補間の位置関係に基づいて、真のピーク位置と多重反射によるノイズとを区別できることを見出した。
【０００６】
本発明は、Ｘ方向に延びるスリット光を、Ｘ方向に交差する方向に相対移動を行うワークに照射してワークの形状を測定する場合に、多重反射によるノイズを抑制するための新たな手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一局面に係る光学式変位計は、Ｘ方向に延びるスリット光を、前記Ｘ方向に交差する方向に相対移動を行うワークに照射する投光部と、前記Ｘ方向に対応するＵ方向と、前記Ｕ方向に直交するＶ方向とに二次元配列された複数の画素を有し、前記複数の画素により前記ワークで反射された反射光を受光し、受光量分布を示す受光画像を出力するイメージセンサと、前記受光画像に基づいて、前記ワークのプロファイルデータを生成し、前記プロファイルデータに基づいて前記ワークの形状を測定する制御部と、を備える。前記制御部は、前記相対移動に伴い複数の前記受光画像を順次取得するように前記イメージセンサを制御し、前記受光画像ごとに、前記受光画像の受光量分布に基づいて、前記Ｕ方向の位置ごとに前記Ｖ方向のピーク位置候補を検出し、前記Ｕ方向の位置ごとに、任意の前記受光画像のピーク位置候補と、他の前記受光画像のピーク位置候補との距離が一定以下となるように選択された複数のピーク位置候補からなるクラスタを１つ以上生成し、前記クラスタの前記相対移動の方向に対する傾きに基づいて、前記クラスタにノイズが含まれているか否かの判定を実行し、前記判定の結果に基づいて、前記プロファイルデータを生成する。
【０００８】
本発明の他の局面に係る光学式変位計は、Ｘ方向に延びるスリット光を、前記Ｘ方向に交差する方向に相対移動を行うワークに照射する投光部と、前記Ｘ方向に対応するＵ方向と、前記Ｕ方向に直交するＶ方向とに二次元配列された複数の画素を有し、前記複数の画素により前記ワークで反射された反射光を受光し、受光量分布を示す受光画像を出力するイメージセンサと、前記受光画像に基づいて、前記ワークのプロファイルデータを生成し、前記プロファイルデータに基づいて前記ワークの形状を測定する制御部と、を備える。前記制御部は、前記相対移動に伴い複数の受光画像を順次取得するように前記イメージセンサを制御し、前記受光画像ごとに、前記受光画像の受光量分布に基づいて、前記Ｕ方向の位置ごとに前記Ｖ方向のピーク位置候補を検出し、各前記Ｕ方向の位置及び各前記Ｕ方向の位置における前記Ｖ方向のピーク位置候補を含むＵＶ座標情報と、前記相対移動に関する情報とを、所定の座標変換条件に基づいて、各ＸＹ座標に対応するＺ方向のピーク位置候補を含むＸＹＺ座標情報に変換し、前記ＸＹＺ座標情報のＸ軸方向の位置ごとに、任意のＹ軸方向の位置におけるピーク位置候補と、他のＹ軸方向の位置におけるピーク位置候補との距離が一定以下となるように選択された複数のピーク位置候補からなるクラスタを１つ以上生成し、前記クラスタの前記Ｙ軸方向に対する傾きに基づいて、前記クラスタにノイズが含まれているか否かの判定を実行し、前記判定の結果に基づいて、前記プロファイルデータを生成する。
【０００９】
なお、その他の特徴、要素、ステップ、利点、及び、特性については、以下に続く発明を実施するための形態及びこれに関する添付の図面によって、さらに明らかとなる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る光学式変位計によると、Ｘ方向に延びるスリット光を、Ｘ方向に交差する方向に相対移動を行うワークに照射してワークの形状を測定する場合に、多重反射によるノイズを抑制するための新たな手法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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