傾斜角測定方法及び光学式測定装置
【課題】測定対象に設けられた穴の傾斜角を高精度で測定すること。
【解決手段】測定対象１３０の穴１３２を含む領域の原画像データを取得し、断面が面状の第１測定用光を測定対象１３０の穴１３２を含む領域に照射した状態で前記領域の第１画像データを取得し、断面が複数の線状光である第２測定用光を穴１３２を含む領域に照射した状態で前記領域の第２画像データを取得し、第１画像データと原画像データの差をとることによって、穴１３２を含む領域における第１測定用光に関する第３画像データを取得し、第２画像データと原画像データの差をとることによって、穴１３２を含む領域における第２測定用光に関する第４画像データを取得し、第３画像データにおける穴１３２周縁部と第４画像データにおける第２測定用光との複数の交点の位置データを算出し、前記位置データを用いて穴１３２の傾斜角を算出する。
【解決手段】測定対象１３０の穴１３２を含む領域の原画像データを取得し、断面が面状の第１測定用光を測定対象１３０の穴１３２を含む領域に照射した状態で前記領域の第１画像データを取得し、断面が複数の線状光である第２測定用光を穴１３２を含む領域に照射した状態で前記領域の第２画像データを取得し、第１画像データと原画像データの差をとることによって、穴１３２を含む領域における第１測定用光に関する第３画像データを取得し、第２画像データと原画像データの差をとることによって、穴１３２を含む領域における第２測定用光に関する第４画像データを取得し、第３画像データにおける穴１３２周縁部と第４画像データにおける第２測定用光との複数の交点の位置データを算出し、前記位置データを用いて穴１３２の傾斜角を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
測定対象の穴の傾斜角を光学的に測定する傾斜角測定方法及び光学式測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体レーザ等の光源から発生した測定用光を測定対象に照射し、前記測定対象で反射した前記測定用光を検出することによって、三角測量法を用いて、所定位置から測定対象までの距離や前記測定対象の３次元形状等、測定対象についての長さに関する情報を光学的に測定する光学式測定装置が開発されている。光学的に測定する方式として、光源及び光検出部を各々１つ用いて光学的に測定する光学式測定装置（例えば、特許文献１参照）と、１つの光源と２つの光検出部を用いて光学的に測定する光学式装置が開発されている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
光学的に測定する用途は多岐にわたっており、その一つの例として、測定対象に設けられた穴の中心位置や穴径等を測定する方法が開発されている（例えば、特許文献３参照）。
特許文献３記載の発明では、レーザスポットを用いて測定対象の穴を相互に交差する方向に走査することにより、前記穴縁部の４点の座標を取得し、前記座標に基づいて、前記穴の中心位置や穴径を算出するように構成している。
【０００４】
特許文献３記載の発明では、レーザスポットを用いて走査することによって前記穴縁部の座標を取得するようにしているため、走査に時間がかかり、測定に長時間要するという問題がある。
特許文献４記載の発明のように、断面が線状の複数の光ビームを発生する光源が知られているが、特許文献４記載には単に光源としての発明が開示されているにすぎず、光学的な測定に応用することは何ら記載されていない。
【０００５】
一方、所定位置を基準として、測定対象に設けられた穴の傾斜角を測定することが求められる場合がある。一般に、加工された穴には、その周縁角部にバリ、ダレあるいは面取りによる丸み等が存在するため、穴の周縁角部は先鋭になっておらず、したがって、穴の角部の位置を正確に測定することは困難である。
所定位置を基準として穴の傾斜角を測定する場合、当該穴の周縁角部の位置データを用いて算出する方法が考えられるが、前記理由から、周縁角部の測定誤差が大きくなるため、穴の傾斜角を正確に算出することが困難であり、誤差が大きくなるという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４０８５６号公報
【特許文献２】特開２００７−１９８８４１号公報
【特許文献３】特開２０００−１８９１４号公報
【特許文献４】特開平８−４３６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、測定対象に設けられた穴の傾斜角を高精度で測定することが可能な傾斜角測定方法を提供することを課題としている。
また本発明は、測定対象に設けられた穴の傾斜角を高精度で測定することが可能な光学式測定装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、測定対象の穴を含む領域の原画像データを取得する第１工程と、前記測定対象の穴を含む領域に断面が面状の第１測定用光を照射した状態で、前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを取得する第２工程と、前記測定対象の穴を含む領域に断面が複数の線状である第２測定用光を照射した状態で、前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得する第３工程と、前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって、前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得する第４工程と、前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって、前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得する第５工程と、前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出し、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角を算出する第６工程とを備えて成ることを特徴とする傾斜角測定方法が提供される。
【０００９】
第１工程において、測定対象の穴を含む領域の原画像データを取得する。第２工程において、前記測定対象の穴を含む領域に断面が面状の第１測定用光を照射した状態で、前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを取得する。第３工程において、前記測定対象の穴を含む領域に断面が複数の線状である第２測定用光を照射した状態で、前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得する。第４工程において、前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって、前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得する。第５工程において、前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって、前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得する。第６工程において、前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出し、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角を算出する。
【００１０】
ここで、前記第２測定用光は断面が線状で相互に直交する光ビームまたは断面が線状で所定間隔に配置された複数の平行な光ビームであり、前記第１測定用光は拡散光であるように構成してもよい。
【００１１】
また本発明によれば、断面が面状の第１測定用光を出力する第１光源部と、断面が複数の線状である第２測定用光を出力する第２光源部と、測定対象の穴を含む領域の原画像データを、前記測定対象の穴を含む領域に前記第１測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを、及び、前記測定対象の穴を含む領域に前記第２測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得する検出手段と、前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得し、前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得し、前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出して、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角度を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする光学式測定装置が提供される。
【００１２】
第１光源部は、断面が面状の第１測定用光を出力する。第２光源部は、断面が複数の線状である第２測定用光を出力する。検出手段は、測定対象の穴を含む領域の原画像データを、前記測定対象の穴を含む領域に前記第１測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを、及び、前記測定対象の穴を含む領域に前記第２測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得する。算出手段は、前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得し、前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得し、前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出して、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角度を算出する。
【００１３】
ここで、前記第２測定用光は断面が線状で相互に直交する光ビームであり、前記第１測定用光は拡散光であるように構成してもよい。
この場合、前記穴が円形であれば、前記算出手段は、下記式に基づいて前記穴の傾斜角を算出するように構成してもよい。
θX＝ｔａｎ−１（（Ｚ1−Ｚ2）／（Ｙ1−Ｙ2））
θY＝ｔａｎ−１（（Ｚ3−Ｚ4）／（Ｘ3−Ｘ4））
但し、θXはＸ軸周りの傾斜角、θYはＹ軸周りの傾斜角であり、又、Ｘ3、Ｘ4、Ｙ1、Ｙ2、Ｚ1〜Ｚ4は前記測定対象表面上の前記穴の周縁部と前記線状光との間の４つの交点Ｐ1〜Ｐ4の座標であり、又、Ｘ3、Ｘ4は２つの交点Ｐ3、Ｐ4のＸ座標であり、又、Ｙ1、Ｙ2は２つの交点Ｐ1、Ｐ2のＹ座標であり、又、Ｚ1〜Ｚ4は４つの交点Ｐ1〜Ｐ4のＺ座標である。
【００１４】
また、前記第２測定用光は、断面が線状で所定間隔に配置された複数の平行な光ビームであり、前記第１測定用光は拡散光であるように構成してもよい。
この場合、前記穴が円形であれば、前記算出手段は、下記式に基づいて前記穴の傾斜角を算出するように構成してもよい。
θX＝ｔａｎ−１（（Ｚ6O−Ｚ1O）／（Ｙ6O−Ｙ1O））
θY＝ｔａｎ−１（（Ｚ4R−Ｚ4L）／（Ｘ4R−Ｘ4L））
但し、θXはＸ軸周りの傾斜角、θYはＹ軸周りの傾斜角であり、又、Ｙ10、Ｙ60、Ｚ10、Ｚ60は前記穴の両側に位置し前記穴と交差しない２つの線状光と前記穴の中心を通り前記２つの線状光に直交する線との交点のＹ座標及びＺ座標であり、又、Ｘ4R、Ｚ4R、X4L、Ｚ4Lは前記穴の差し渡しが最長の線状光と前記測定対象表面上の前記穴の周縁部との間の２つの交点のＸ座標、Ｚ座標である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、測定対象に設けられた穴の傾斜角を高精度で測定することが可能な傾斜角測定方法が提供できる。
また、本発明によれば、測定対象に設けられた穴の傾斜角を高精度で測定することが可能な光学式測定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る傾斜角測定方法、及び、前記傾斜角方法に好適な光学式測定装置について説明する。尚、各図において同一部分には同一符号を付している。
図１は、本発明の実施の形態に係る傾斜角測定方法に使用する光学式測定装置の平面図で、ケース本体の一部を省略して内部を示した図である。
図２は図１の光学式測定装置の正面図であり又、図３は図１の光学式測定装置の左側面図であり、各々、ケース本体の一部を省略して内部を示した図である。
【００１７】
本実施の形態に係る光学式測定装置１００は、ケース本体１０１、ケース本体１０１の前面に配設された非透光性の前面板１０２、前面板１０２の貫通穴を覆うように取り付けられケース本体１０１内とケース本体１０１外間の光通過を可能にする円板状の第１〜第３窓部１０３〜１０５を備えている。第１〜第３窓部１０３〜１０５は長方形状等の他の形状にしてもよい。
第１〜第３窓部１０３〜１０５は、透光性部材によって構成され、防塵機能を有すると共に赤外線を遮断して熱を遮蔽する機能を備えている。ケース本体１０１と前面板１０２及び第１〜第３窓部１０３〜１０５により、防塵機能を有する密閉ケースが構成されている。
【００１８】
第１窓部１０３は第１光軸１１９と直交するように前面板１０２に取り付けられると共に第１窓部１０３の中心を光軸１１９が通る位置に取り付けられている。第２光軸１２０と第３光軸１２１は、光軸に対して所定角度傾斜すると共に、光軸１１９を軸として対称に配置されている。第２、第３窓部１０４、１０５は、各々、第２、第３光軸１２０、１２１と直交するように前面板１０２に取り付けられると共に、相互に光軸１１９を軸として対称になる位置に取り付けられている。第２、第３窓部１０４、１０５は、光軸１１９に対して、逆方向に所定角度傾斜するよう取り付けられている。また、第２窓部１０４の中心を光軸１２０が通り、第３窓部１０５の中心を光軸１２１が通るように配置されている。
【００１９】
ケース本体１０１内には、断面が面状の光である第１測定用光を測定対象１３０に向けて出力する第１光源部１０９、及び、断面が複数の線状光によって構成された第２測定用光（本実施の形態では十字状光）を測定対象１３０に向けて出力する第２光源部１０６を備えた光源部１２５が所定位置に取り付けられている。ケース本体１０１の内側から外側に向かって、第２光源部１０６、第１光源部１０９、第１窓部１０３の順に、光軸１１９に沿って並設されている。
尚、測定対象１３０については後述するが、図１に測定対象１３０の断面図を示し、図２及び図３では測定対象１３０は省略して描いている。
【００２０】
第２光源部１０６は、スポット状の光ビームを発生する発光素子１０７と前記光ビームを第２測定用光である十字状光に変換して出力する公知のプロジェクタ１０８を備えている。発光素子１０７は、レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成することができる。本実施の形態では、発光素子１０７は赤色光を出力するレーザによって構成している。第２光源部１０６から出力される十字状の第２測定用光の中心（交点）が光軸１１９に一致するように配置されている。第２測定用光は指向性を有する光であり、収束した光（光ビーム）である。
【００２１】
第１光源部１０９は、長方形の貫通穴１１７の周囲に複数のＬＥＤ１１０を配置した構成となっている。第１光源部１０９は、貫通穴１１７の中心が光軸１１９に一致するように配置されており、複数の発光素子（本実施の形態ではＬＥＤ１１０）を同時に発光させることによって断面が面状の第１測定用光を出力する。第１測定用光は第２測定用光とは異なる指向特性を有する光である。第１測定用光は拡散光（ランダムな方向に進行する光が集まった光）であり、指向性を有しない光である。
【００２２】
貫通穴１１７の形状は、第１光源部１０９の構成によって決定することができる。例えば、第１光源部１０９の複数のＬＥＤの配置構成がリング状（換言すればドーナツ状）の場合には、丸形の貫通穴にする。外形が直方体状のＬＥＤを複数離れて平行に配置する場合には、長方形の貫通穴にする。
第１測定用光、第２測定用光は、各々、第１測定用光と第２測定用光のいずれも測定対象１３０に照射しない状態で得られる測定対象１３０の画像（背景画像）と、第１測定用光、第２測定用光を、各々、照射した状態で得られる測定対象の画像（対象部位画像）との相違を明確にできるような色の光を使用する。
【００２３】
本実施の形態では、測定用光を検出するしきい値として、所定の輝度値をしきい値として設定している。また、背景画像と対象部位画像を区別するため、第１測定用光として白色光を選択して使用している。背景画像が白色の場合には、対象部位画像を得るための光の輝度値を高めるか、背景と対象部位を明確に区別することができるような波長の光（例えば輝度差の得られる波長の光）を用いるようにしてもよい。
第２光源部１０６から出力される十字状光である第２測定用光は、光軸１１９に沿って、第１光源部１０９の貫通穴１１７及び第１窓部１０３を通ってケース本体１０１の外部に出力される。第１光源部１０９から出力される面状光である第１測定用光は、光軸１１９に沿って、第１窓部１０３を通ってケース本体１０１の外部に出力される。
【００２４】
また、ケース本体１０１内には、複数（本実施の形態では２つ）の光検出部１１１、１１４が所定位置に配置されている。第１光検出部１１１は、測定用光を受光する受光レンズ１１２及び受光レンズ１１２が受光した測定用光を検出する光検出素子１１３を備えている。受光レンズ１１２の中心及び光検出素子１１３の中心を結ぶ第２光軸１２０上に、光検出素子１１３、受光レンズ１１２、第２窓部１０４の順で、ケース本体１０１の内側から外側に向かって並設されている。光検出素子１１３としては、例えば平面状のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型光センサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサが使用できる。
【００２５】
第２光検出部１１４は、測定用光を受光する受光レンズ１１５及び受光レンズ１１５が受光した測定用光を検出する光検出素子１１６を備えている。受光レンズ１１５の中心及び光検出素子１１６の中心を結ぶ第３光軸１２１上に、光検出素子１１６、受光レンズ１１５、第３窓部１０５の順で、ケース本体１０１の内側から外側に向かって並設されている。光検出素子１１６として、光検出素子１１３と同様に、ＣＭＯＳ型光センサやＣＣＤセンサが使用できる。
【００２６】
位置合わせ部材１１８は光検出部１１１、１１４の取り付け位置を決めるための補助具である。位置合わせ部材１１８の両斜辺に光検出部１１１、１１４を当接させた状態で光検出部１１１、１１４をケース本体１０１に取り付けることにより、光検出部１１１及び光検出部１１４の相対的な位置関係を予め既知の値に設定した状態で容易に固定できるようにしている。光検出部１１１、１１４を構成する受光レンズ１１２、１１５及び光検出素子１１３、１１６の相対的な位置関係が既知の値に設定される。
【００２７】
光検出部１１１、１１４の相対的な位置関係を所定の既知の関係になるが、その一方、光源部１２５は、光検出部１１１、１１４との位置関係は規定せずに、制約のない自由な位置に取り付けられる。
光軸１２０、１２１は光軸１１９に対して対称となるように位置している。また、光軸１２０、１２１は光軸１１９に対して所定角度傾斜するように配置しており、これによって、光検出部１１１、１１４から所定距離範囲内を、高精度に測定可能な焦点領域に設定している。
【００２８】
また、ケース本体１０１内には、第１光源部１０９及び第２光源部１０６の発光動作の制御処理、第１光検出部１１１及び第２光検出部１１４の光検出動作の制御処理、第１光検出部１１１及び第２光検出部１１４が検出した測定用光に基づいて測定対象１３０についての長さに関する情報等の算出処理、第１光検出部１１１及び第２光検出部１１４が検出した測定用光データの記憶部１１２７に対する書き込み及び読み出し制御処理等を行う制御部１２６が設けられている。
【００２９】
また、ケース本体１０１内には、第１光検出部１１１及び第２光検出部１１４が検出した測定用光のデータや制御部１２６が算出した測定対象１３０についての長さに関する情報等の各種データ、制御部１２６を中央処理装置（ＣＰＵ）によって構成した場合に実行されるプログラム等を記憶する記憶部１２７が設けられている。
尚、第１光検出部１１１及び第２光検出部１１４は検出手段を構成し、制御部１２６は算出手段を構成し、記憶部１２７は記憶手段を構成している。
【００３０】
検出手段は、測定対象の穴を含む領域の原画像データを、前記測定対象の穴を含む領域に前記第１測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを、及び、前記測定対象の穴を含む領域に前記第２測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得することができる。
また、算出手段は、前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得し、前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得し、前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出して、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角度を算出することができる。
【００３１】
図４は、本実施の形態で測定する測定対象１３０の斜視図である。図１及び図４において、測定対象１３０は、平面である測定対象表面１３１、穴１３２、穴１３２の周縁部に形成された角部１３３を備えている。
図４の例では、穴１３２は貫通穴であり又、円形である。また、角部１３３は面取されており、面取された部分は加工によってバリが生じたり、丸みを帯びている。角部１３３は、角部１３３の内側に円形状の内側縁部１３４を有し又、角部１３３の外側に円形状の外側縁部１３５を有している。縁部１３４は貫通穴１３４の端部であり、又、縁部１３５は測定対象表面１３１の端部である。
【００３２】
図５は、本発明の実施の形態に係る光学式測定装置を用いて、測定対象１３０の穴１３２の中心や半径等の測定対象１３０についての長さに関する情報を測定する場合の説明図である。測定対象１３０についての長さに関する情報としては、例えば、所定位置を基準とする測定対象１３０の穴１３２の中心座標、穴１３２の半径や直径、所定位置を基準とする穴１３２の傾斜角、所定位置を基準とする測定対象１３０上の点の座標、所定位置から測定対象１３０上の所定点までの距離、測定対象１３０の２次元又は３次元形状、所定位置を基準とする測定対象１３０の傾きがある。
【００３３】
以下、図１〜図５を用いて、測定対象１３０の穴１３２の中心座標等、測定対象１３０についての長さに関する情報の測定処理を説明する。
先ず、第１光軸１１９が穴１３２内に位置するように、光学式測定装置１００と測定対象１３０の相対的な位置関係を設定する。
この状態で、第２光源部１０６の発光素子１０７がスポット状の光ビームを発生すると、プロジェクタ１０８は、発光素子１０７からの前記光ビームを十字状の第２測定用光に変換して出力する。
【００３４】
第２測定用光は、貫通穴１１７、第１窓部１０３を介して、測定対象１３０に照射される。このとき、第２測定用光５０２の十字中心５０１が光軸１１９に一致しているため、図５に示すように、第２測定用光５０２の十字中心５０１は穴１３２内に位置することになる。第２測定用光５０２は測定対象１３０の測定対象表面１３１に対して垂直に照射される。
測定対象１３０に照射された第２測定用光５０２のうち、穴１３２に照射された第２測定用光５０２は穴１３２を通過し、測定対象１３０における穴１３２を除く領域に照射された第２測定用光５０２は反射する。
【００３５】
測定対象１３０で反射した第２測定用光５０２は、第２窓部１０４、第３窓部１０５を介して、各々、第１光検出部１１１、第２光検出部１１４に入射する。
第１光検出部１１１に入射した第２測定用光５０２は、受光レンズ１１２を介して、光検出素子１１３によって検出される。第２光検出部１１４に入射した第２測定用光５０２は、受光レンズ１１５を介して、光検出素子１１６によって検出される。
【００３６】
制御部１２６は、光検出素子１１３、１１６によって検出された第２測定用光５０２に基づいて、公知の手法（例えば特許文献２記載の手法）により、穴１３２の中心座標等を算出する。
図５に示すように、測定対象１３０が有する穴１３２の中心Ｐ0のＸＹＺ座標を（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）とする。また、貫通穴１３２の内側縁部１３４と十字状の第２測定用光５０２との間の４つの交点Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4のＸＹＺ軸座標を各々、（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）、（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）、（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3）、（Ｘ4，Ｙ4，Ｚ4）とする。各点Ｐ1〜Ｐ4のＸＹＺ座標値は、光検出部１１１、１１６が検出した第２測定用光５０２に基づいて算出される値である。
【００３７】
穴１３２の中心座標Ｐ（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）は、点Ｐ1〜Ｐ4のＸＹＺ座標値を用いて、下記３つの式（１）のように表される。
Ｘ0＝（Ｘ1２−Ｘ2２−Ｘ3２＋Ｘ4２）／（２（Ｘ1−Ｘ2−Ｘ3＋Ｘ4））
Ｙ0＝（Ｙ1２−Ｙ2２−Ｙ3２＋Ｙ4２）／（２（Ｙ1−Ｙ2−Ｙ3＋Ｙ4））
Ｚ0＝（Ｚ1２−Ｚ2２−Ｚ3２＋Ｚ4２）／（２（Ｚ1−Ｚ2−Ｚ3＋Ｚ4）） ・・・（１）
【００３８】
Ｘ1＝Ｘ2、Ｙ3＝Ｙ4の場合、即ち、基軸（受光レンズ１１２と受光レンズ１１５を結ぶ線分）とＸ軸が平行（換言すれば、Ｙ軸が直交）の場合には、穴１３２の中心座標Ｐ0（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）は、下記３つの式（２）によって表すことができる。
Ｘ0＝（Ｘ4−Ｘ3）／２
Ｙ0＝（Ｙ4−Ｙ3）／２
Ｚ0＝（Ｚ1２−Ｚ2２−Ｚ3２＋Ｚ4２）／（２（Ｚ1−Ｚ2−Ｚ3＋Ｚ4）） ・・・（２）
【００３９】
穴１３２の半径Ｒは、点Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3およびＰ4の各々について、下記４つの式（３）のように記述できる。但し、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4は、各々、穴中心Ｐ0と、点Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4の距離である。
Ｒ1＝√（（Ｘ1−Ｘ0）２＋（Ｙ1−Ｙ0）２＋（Ｚ1−Ｚ0）２）
Ｒ2＝√（（Ｘ2−Ｘ0）２＋（Ｙ2−Ｙ0）２＋（Ｚ2−Ｚ0）２）
Ｒ3＝√（（Ｘ3−Ｘ0）２＋（Ｙ3−Ｙ0）２＋（Ｚ3−Ｚ0）２）
Ｒ4＝√（（Ｘ4−Ｘ0）２＋（Ｙ4−Ｙ0）２＋（Ｚ4−Ｚ0）２） ・・・（３）
【００４０】
穴１３２の直径ｄは半径を２倍することにより、半径Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4の夫々から求めることができる。理想状態ではＲ1＝Ｒ2＝Ｒ3＝Ｒ4である。下記式（４）によって半径Ｒ1〜Ｒ4の平均値から求めるようにしてもよい。
ｄ＝２Ｒ＝（Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3＋Ｒ4）／２ ・・・（４）
点Ｐ1〜Ｐ4が全て測定対象表面１３１上の点であれば、穴１３２の傾斜角θは点Ｐ1〜Ｐ4の座標を用いて表すことができる。即ち、Ｘ軸回りの傾斜角θX、Ｙ軸回りの傾斜角θYは、下記２つの式（５）のように表すことができる。
θX＝ｔａｎ−１（（Ｚ1−Ｚ2）／（Ｙ1−Ｙ2））
θY＝ｔａｎ−１（（Ｚ3−Ｚ4）／（Ｘ3−Ｘ4）） ・・・（５）
【００４１】
しかしながら、角部１３３は面取りされている場合、面取部は加工によってバリが生じたり、丸みを帯びているため、内側の周縁部１３４は測定対象表面１３１上の点ではない。したがって、点Ｐ1〜Ｐ4の座標を用いて前記式（５）によって傾斜角θX、θYを算出した場合、正確な傾斜角を得ることができない。正確な傾斜角を得るためには、測定対象表面１３１上の点を用いて算出する必要がある。
本実施の形態では、以下のようにして、測定対象表面１３１上の複数の点の座標を測定し、前記測定した点を用いて正確な傾斜角を得るようにしている。
【００４２】
以下、穴１３２の傾斜角を正確に測定する方法を説明する。
図６〜図９は、本発明の実施の形態に関して、傾斜角を測定するための説明図である。以下、図１〜図９を参照して、測定対象１３０の穴１３２の傾斜角の測定処理を説明する。
先ず、制御部１２６は、光源部１２５が発光しないように制御した状態で、光検出部１１１、１１４によって測定対象１３０の穴１３２周辺の画像を検出し、両光検出部１１１、１１４によって得られた画像を合成することにより、穴１３２を含む測定対象１３０の画像データを得る。
【００４３】
図６は、光検出部１１１、１１４によって検出された穴１３２周辺の画像を合成して得られた、測定対象１３０の穴１３２周辺の画像を示す図である。制御部１２６は、このようにして、測定対象１３０を光源部１２５によって照射しない状態で得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像（原画像）を原画像データとして記憶部１２７に記憶する。
【００４４】
次に、制御部１２６は、第２光源部１０６は発光させずに第１光源部１０９のＬＥＤ１１０を発光させ、断面が面状の第１測定用光７０１によって測定対象１３０の穴１３２を含む領域を照明する。光検出部１１１、１１４は、測定対象１３０の穴１３２を含む領域によって反射された第１測定用光７０１を検出する。制御部１２６は、光検出部１１１、１１４が検出した測定対象１３０の穴１３２周辺の画像を用いて、前記両画像を合成することにより、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を得る。
【００４５】
図７は、光検出部１１１、１１４によって検出された測定対象１３０の穴１３２周辺の画像を合成して得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を示す図である。穴１３２を含む測定対象１３０の領域が第１測定用光７０１によって照射された状態の画像が得られている。
第１測定用光７０１は拡散光であるが、第1光源部１０９からの第１測定用光７０１によって垂直（測定対象表面１３１の法線方向）に照射された領域では、所定値以上の高い輝度の第１測定用光７０１が反射されて光検出部１１１、１１４によって検出される。したがって、外側縁部１３５よりも外側の平坦な面である測定対象表面１３１で反射した第１測定用光７０１は、光検出部１１１、１１４によって検出される。
【００４６】
しかしながら、第１測定用光７０１は拡散光であるため、第１測定用光７０１によって垂直には照射されない領域（図７では角部１３３や穴１３２内壁面）では、所定輝度以上の第１測定用光７０１は光検出部１１１、１１４方向に殆ど反射されない。したがって、外側縁部１３５よりも内側の領域（角部１３３や穴１３２内壁面）で反射した第１測定用光７０１は、光検出部１１１、１１４では殆ど検出されないことになる。
【００４７】
よって、図７に示すように、角部１３３の外側縁部１３５よりも外側で第１測定用光７０１によって照射された領域の測定対象表面１３１の画像が得られることになる。制御部１２６は、このようにして、測定対象１３０を第１測定用光７０１によって照射した状態で得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を第１画像データとして記憶部１２７に記憶する。
【００４８】
次に、制御部１２６は、第１光源部１０９は発光させずに第２光源部１０６のみを発光させて、断面が十字状の第２測定用光５０２によって測定対象１３０の穴１３２を含む領域を照明する。この状態で、光検出部１１１、１１４は測定対象１３０の穴１３２周辺の画像を検出し、制御部１２６は、両光検出部１１１、１１４によって得られた画像を合成することにより、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を得る。
図８は、光検出部１１１、１１４によって検出された測定対象１３０の穴１３２周辺の画像を合成して得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を示す図である。穴１３２を含む測定対象１３０の領域が第２測定用光５０２によって照射された状態の画像が得られている。
【００４９】
第２測定用光５０２は所定の進行方向に絞られた十字状の収束光であるため、第２光源部１０６からの第２測定用光５０２によって垂直（測定対象表面１３１の法線方向）に照射された領域では、所定輝度よりも高い輝度の第２測定用光５０２が反射されて光検出部１１１、１１４によって検出され又、第２測定用光５０２によって垂直には照射されない領域（図８では角部１３３や穴１３２内壁面）でも、所定輝度よりも高い輝度の第２測定用光５０２が反射されて光検出部１１１、１１４によって検出される。
【００５０】
したがって、外側縁部１３５よりも内側の領域（図８では角部１３３や穴１３２内壁面）で反射した第２測定用光５０２も、光検出部１１１、１１４によって検出されることになる。
図８の例では、第２測定用光５０２によって角部１３３の内側縁部１３４まで照射された画像が得られている。制御部１２６は、このようにして、測定対象１３０を第２測定用光５０２によって照射した状態で得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を第２画像データとして記憶部１２７に記憶する。
【００５１】
次に、制御部１２６は、記憶部１２７に記憶した原画像データ、第１、第２画像データを用いて、以下のようにして、穴１３２の傾斜角を求める。
先ず、制御部１２６は、第１画像データから原画像データを差し引くことによって、測定対象１３０を照射した第１測定用光７０１に関する画像データ（第３画像データ）を得る。これにより、図７の第１測定用光７０１の部分の画像データが第３画像データとして得られる。第３画像データは、測定対象１３０上の平面領域である測定対象表面１３１の画像データであり、測定対象１３０における外側縁部１３５よりも外側の領域の画像データである。
【００５２】
次に、制御部１２６は、第２画像データから原画像データを差し引くことによって、測定対象を照射した第２測定用光５０２に関する画像データ（第４画像データ）を得る。これにより、図８の第２測定用光５０２の部分の画像データが第４画像データとして得られる。第４画像データは、測定対象１３０における内側縁部１３４よりも外側の領域の画像データである。
【００５３】
次に、図９に示すように、制御部１２６は、第３画像データと第４画像データを重ねることにより、第４画像データの第２測定用光５０２が測定対象１３０表面の平面領域（測定対象表面１３１上）に位置する部分を検出する。具体的には、第３画像データにおける角部１３３の外側縁部１３５と、第４画像データにおける第２測定用光５０２との４つの交点Ｐ1〜Ｐ4を検出する。
【００５４】
制御部１２６は、交点Ｐ1〜Ｐ4の座標データを用いて、前記式（５）によって穴１３２のＸ軸回りの傾斜角θX、Ｙ軸回りの傾斜角θYを算出する。交点Ｐ1〜Ｐ4は測定対象１３０表面と同一平面上の点であり、穴１３２の傾斜角を正確に求めることが可能になる。穴１３２の表面は測定対象１３０の表面と同一平面であるため、穴１３２の傾斜角を求めることによって測定対象１３０の傾斜角も得られることになる。
以上のように、本実施の形態によれば、下記第１工程〜第６工程の処理を行うことによって測定対象１３０の穴１３２の傾斜角を測定している。
【００５５】
即ち、第１工程では、光源１２５が第１測定用光９０１及び第２測定用光５０２を出力しない状態で、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の原画像データを取得する。第２工程では、測定対象１３０の穴１３２を含む領域に第１光源部１０９から断面が面状の第１測定光７０１のみを照射した状態で、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の第１画像データを取得する。第３工程では、測定対象１３０の穴１３２を含む領域に断面が複数の線状光（本実施の形態では十字状光）である第２測定用光５０２を照射した状態で、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の第２画像データを取得する。
【００５６】
第４工程では、前記第１画像データと原画像データの差をとることによって、穴１３２を含む領域における第１測定用光７０１に関する第３画像データを取得する。第５工程では、前記第２画像データと原画像データの差をとることによって、穴１３２を含む領域における第２測定用光５０２に関する第４画像データを取得する。第６工程では、前記第３画像データにおける第１測定用７０１の穴１３２の外側周縁部１３５と、前記第４画像データにおける第２測定用光５０２との複数の交点P1〜P4の位置データを算出し、前記位置データを用いて幾何学的に、所定位置に対する穴１３２の傾斜角を算出するようにしている。
【００５７】
したがって、測定対象１３０に設けられた穴１３２の傾斜角を高精度で測定することが可能な傾斜角測定方法を提供することが可能になる。また、測定対象１３０に設けられた穴１３２の傾斜角を高精度で測定することが可能な光学式測定装置１００を提供することが可能になる。
尚、前記第１工程〜第６工程は、必ずしも前記順序で行う必要はなく、順序を入れ換えて実行するようにしてもよい。
【００５８】
図１０は、本発明の他の実施の形態の処理を示す説明図である。前述した実施の形態では、第２測定用光５０２として断面が十字状の測定用光を用いたが、断面が複数の線状である線状光であれば他の構成の測定用光を用いることが可能であり、図１０の例は、第２測定用光１００１として断面が線状で所定間隔に配置された複数の平行な光ビーム（マルチライン光）を用いた例である。
【００５９】
第２測定用光１００１は、前記実施の形態で用いた第２測定用光５０２と同様に、指向性を有する光であり、収束した光（光ビーム）である。したがって、測定対象１３０を第２測定用光１００１によって照射した場合、光検出部１１１、１１４では、平坦な測定対象表面１３１から内側縁部１３４に至る領域で反射した所定輝度以上の第２測定用光１００１が検出されることになる。
本他の実施の形態と前記実施の形態とは、第２測定用光の構成が異なるのみであり、構成図その他は同じであるため、図１〜図１０を参照して相違点についてのみ説明する。
【００６０】
尚、図１０では、第２測定用光１００１は、基軸（受光レンズ１１２と受光レンズ１１５を結ぶ線分）に平行な光の例を挙げているが、前記基軸に直交する光でもよい。
図１０において、本実施の形態では、第２測定用光１００１は、相互に平行な６本の線状光Ｌ1〜Ｌ6を有している。各線状光Ｌ1〜Ｌ6相互の間隔は既知の値に設定されている。各線状光Ｌ1〜Ｌ6はＸ軸と平行である。尚、線状光は６本でなくてもよい。
【００６１】
線状光Ｌ2が測定対象１３０の穴１３２の縁部１３４と交差する２点の中の左側の点、右側の点を各々、Ｐ2L、Ｐ2Rとする。同様に、線状光Ｌ3が測定対象１３０の穴１３２の縁部１３４と交差する２点の中の左側の点、右側の点を各々Ｐ3L、Ｐ3R、線状光Ｌ4が測定対象１３０の穴１３２の縁部１３４と交差する２点の中の左側の点、右側の点を各々Ｐ4L、Ｐ4R、線状光Ｌ5が測定対象１３０の穴１３２の縁部１３４と交差する２点の中の左側の点、右側の点を各々Ｐ5L、Ｐ5Rとする。
【００６２】
点Ｐ2L、Ｐ2RのＸＹＺ軸座標は各々、（Ｘ2L，Ｙ2L，Ｚ2L）、（Ｘ2R，Ｙ2R，Ｚ2R）で表される。同様に、点Ｐ3L、Ｐ3R、Ｐ4L、Ｐ4R、Ｐ5L、Ｐ5RのＸＹＺ軸座標は各々、（Ｘ3L，Ｙ3L，Ｚ3L）、（Ｘ3R，Ｙ3R，Ｚ3R）、（Ｘ4L，Ｙ4L，Ｚ4L）、（Ｘ4R，Ｙ4R，Ｚ4R）、（Ｘ5L，Ｙ5L，Ｚ5L）、（Ｘ5R，Ｙ5R，Ｚ5R）で表される。
点Ｐ2Lと点Ｐ2R間、点Ｐ3Lと点Ｐ3R間、点Ｐ4Lと点Ｐ4R間、点Ｐ5Lと点Ｐ5R間の距離（差し渡し）を各々、ｄ2、ｄ3、ｄ4、ｄ5とする。
【００６３】
また、点Ｐ2LとＰ2Rの中点、点Ｐ3LとＰ3Rの中点、点Ｐ4LとＰ4Rの中点、点Ｐ5LとＰ5Rの中点を各々、Ｐ2O、Ｐ3O、Ｐ4O、Ｐ5Oとして、それらを結ぶ直線をＱとする。点Ｐ2O、Ｐ3O、Ｐ4O、Ｐ5OのＸＹＺ軸座標を各々、（Ｘ20，Ｙ20，Ｚ20）、（Ｘ30，Ｙ30，Ｚ30）、（Ｘ40，Ｙ40，Ｚ40）、（Ｘ50，Ｙ50，Ｚ50）とする。直線Ｑと線状光Ｌ1の交点Ｐ10のＸＹＺ軸座標を（Ｘ10，Ｙ10，Ｚ10）、直線Ｑと線状光Ｌ6の交点P60のＸＹＺ軸座標を（Ｘ60，Ｙ60，Ｚ60）とする。
点ＰL1、ＰR1、ＰL2、ＰR2、ＰL3、ＰR3、ＰL4、ＰR4、ＰL5、ＰR5の各座標は測定によって得られる値である。また、点Ｐ10〜Ｐ60の座標、穴１３２の中心Ｐ0の座標、差し渡しｄ2、ｄ3、ｄ4、ｄ5は計算によって得られる値である。
【００６４】
Ｘ軸回りの傾斜角θXは、縁部１３４と交差しない線状光Ｌ1、Ｌ6上の点Ｐ10（Ｘ10，Ｙ10，Ｚ10）、点Ｐ60（Ｘ60，Ｙ60，Ｚ60）の座標を用いて下記式（６）のように表すことができる。
θX＝ｔａｎ−１（（Ｚ6O−Ｚ1O）／（Ｙ6O−Ｙ1O）） ・・・（６）
Ｙ軸回りの傾斜角θYは、差し渡しが最長ｄ4の線状光Ｌ4の点ＰL4（Ｘ4L，Ｙ4L，Ｚ4L）、ＰR4（Ｘ4R，Ｙ4R，Ｚ4R）の座標を用いて下記式（７）のように表すことができる。
θY＝ｔａｎ−１（（Ｚ4R−Ｚ4L）／（Ｘ4R−Ｘ4L）） ・・・（７）
尚、点Ｐ10、点Ｐ60、点ＰL4、点ＰR4の座標は後述するようにして得ることができる。
【００６５】
正確な傾斜角は、前記実施の形態と同様に、（１）測定対象１３０を光源部１２５によって照射しない状態で得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を原画像データとして取得し（図６参照）、（２）測定対象１３０を第１測定用光７０１によって照射した状態で得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を第１画像データとして取得し（図７参照）、（３）測定対象１３０を第２測定用光１００１によって照射した状態で得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を第２画像データとして取得し、（４）原画像データ、第１、第２画像データ及び式（６）、（７）を用いて穴１３２の傾斜角を求めることができる。
【００６６】
穴１３２の中心座標 Ｐ0（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）は、直線Ｑの線上にある。図１０の例では、右側の４点（Ｐ2R、Ｐ3R、Ｐ4R、Ｐ5R）または左側の４点（Ｐ2L、Ｐ3L、Ｐ4L、Ｐ5L）、あるいは、前記計８点から、前記選択した各点を通るような楕円の方程式を算出（楕円フィティング）することで、楕円中心すなわち傾斜した穴１３２の中心Ｐ0の座標を求めることができる。以下、その解析法を説明する。
【００６７】
点Ｐ2R、Ｐ2L、Ｐ3R、Ｐ3L、Ｐ4R、Ｐ4L、Ｐ5L、Ｐ5Rについての半径Ｒ2R、Ｒ2L、Ｒ3R、Ｒ3L、Ｒ4R、Ｒ4L、Ｒ5R、Ｒ5Lは、以下の式（８）の通りであり、穴１３２が理想的な円形状の場合には各半径は等しい。
Ｒ2R２＝（Ｘ2R−Ｘ0）２＋（Ｙ2R−Ｙ0）２＋（Ｚ2R−Ｚ0）２
Ｒ2L２＝（Ｘ2L−Ｘ0）２＋（Ｙ2L−Ｙ0）２＋（Ｚ2L−Ｚ0）２
Ｒ3R２＝（Ｘ3R−Ｘ0）２＋（Ｙ3R−Ｙ0）２＋（Ｚ3R−Ｚ0）２
Ｒ3L２＝（Ｘ3L−Ｘ0）２＋（Ｙ3L−Ｙ0）２＋（Ｚ3L−Ｚ0）２
Ｒ4R２＝（Ｘ4R−Ｘ0）２＋（Ｙ4R−Ｙ0）２＋（Ｚ4R−Ｚ0）２
Ｒ4L２＝（Ｘ4L−Ｘ0）２＋（Ｙ4L−Ｙ0）２＋（Ｚ4L−Ｚ0）２
Ｒ5R２＝（Ｘ5R−Ｘ0）２＋（Ｙ5R−Ｙ0）２＋（Ｚ5R−Ｚ0）２
Ｒ5L２＝（Ｘ5L−Ｘ0）２＋（Ｙ5L−Ｙ0）２＋（Ｚ5L−Ｚ0）２ ・・・（８）
【００６８】
ここで、Ｘ2R、Ｘ2L、Ｘ3R、Ｘ3L、Ｘ4R、Ｘ4L、Ｘ5R、Ｘ5L、Ｙ2R、Ｙ2L、Ｙ3R、Ｙ3L、Ｙ4R、Ｙ4L、Ｙ5R、Ｙ5L、Ｚ2R、Ｚ2L、Ｚ3R、Ｚ3L、Ｚ4R、Ｚ4L、Ｚ5R、Ｚ5Lは測定によって得られる値であり、既知となる数値である。Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0は未知数である。
例えば、穴１３２の右側の４点（Ｐ2R、Ｐ3R、Ｐ4R、Ｐ5R）を用いて、中心Ｐ0の座標を求める場合、上記８つの式（８）から穴１３２の右側の４点（Ｐ2R、Ｐ3R、Ｐ4R、Ｐ5R）の式を抽出すると下記４つの式（９）のようになる。
【００６９】
Ｒ2R２＝（Ｘ2R−Ｘ0）２＋（Ｙ2R−Ｙ0）２＋（Ｚ2R−Ｚ0）２
Ｒ3R２＝（Ｘ3R−Ｘ0）２＋（Ｙ3R−Ｙ0）２＋（Ｚ3R−Ｚ0）２
Ｒ4R２＝（Ｘ4R−Ｘ0）２＋（Ｙ4R−Ｙ0）２＋（Ｚ4R−Ｚ0）２
Ｒ5R２＝（Ｘ5R−Ｘ0）２＋（Ｙ5R−Ｙ0）２＋（Ｚ5R−Ｚ0）２ ・・・（９）
尚、式（９）において、Ｘ0が既知の場合には、４番目の式は不要である。
【００７０】
各点の半径は等しいため、式（９）を用いて、Ｒ2R２＝Ｒ3R２、Ｒ3R２＝Ｒ4R２、Ｒ4R２＝Ｒ5R２、Ｒ5R２＝Ｒ2R２とすると、下記４つの式（１０）が成立する。
（Ｘ2R−Ｘ0）２＋（Ｙ2R−Ｙ0）２＋（Ｚ2R−Ｚ0）２＝（Ｘ3R−Ｘ0）２＋（Ｙ3R−Ｙ0）２＋（Ｚ3R−Ｚ0）２
（Ｘ3R−Ｘ0）２＋（Ｙ3R−Ｙ0）２＋（Ｚ3R−Ｚ0）２＝（Ｘ4R−Ｘ0）２＋（Ｙ4R−Ｙ0）２＋（Ｚ4R−Ｚ0）２
（Ｘ4R−Ｘ0）２＋（Ｙ4R−Ｙ0）２＋（Ｚ4R−Ｚ0）２＝（Ｘ5R−Ｘ0）２＋（Ｙ5R−Ｙ0）２＋（Ｚ5R−Ｚ0）２
（Ｘ5R−Ｘ0）２＋（Ｙ5R−Ｙ0）２＋（Ｚ5R−Ｚ0）２＝（Ｘ2R−Ｘ0）２＋（Ｙ2R−Ｙ0）２＋（Ｚ2R−Ｚ0）２ ・・・（１０）
【００７１】
ここで、既知の係数をつぎのように置く。
Ａ23＝２（Ｘ2R−Ｘ3R）
Ｂ23＝２（Ｙ2R−Ｙ3R）
Ｃ23＝２（Ｚ2R−Ｚ3R）
Ｄ23＝（Ｘ2R２−Ｘ3R２）＋（Ｙ2R２−Ｙ3R２）＋（Ｚ2R２−Ｚ3R２）
【００７２】
同様に Ａ34、Ｂ34、Ｃ34、Ｄ34 および Ａ45、Ｂ45、Ｃ45、Ｄ45 を置き、Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0で記述すると、下記４つの式（１１）が得られる。
Ａ23・Ｘ0＋Ｂ23・Ｙ0＋Ｃ23・Ｚ0＝Ｄ23
Ａ34・Ｘ0＋Ｂ34・Ｙ0＋Ｃ34・Ｚ0＝Ｄ34
Ａ45・Ｘ0＋Ｂ45・Ｙ0＋Ｃ45・Ｚ0＝Ｄ45 ・・・（１１）
穴１３２の中心Ｐ0の座標（Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0）は、下記３つの式（１２）で表される。
【００７３】
【数１】
・・・（１２）
【００７４】
穴１３２の半径Ｒは式（１１）のＸ0、Ｙ0、Ｚ0を式（９）に代入することで求められる。穴１３２の直径は、それぞれの半径、またはそれらの平均値を２倍して求めることができる。
以上述べたように、本他の実施の形態によれば、相互に間隔が既知の複数の線状光より成る測定用光１００１を用いて、測定対象１３０の穴１３２の傾斜角を正確に測定することが可能になる。特に、穴１３２と交差しない線状光を用いて傾斜角を測定することが可能になる。
【００７５】
尚、前記各実施の形態では、２つの光検出部１１１、１１４を用いた光学式測定装置１００を用いて三角測量法によって測定するように構成しているため、光源部１２５を、光検出部１１１、１１４とは位置関係が無関係な位置に設置できるという効果を奏するが、１つの光源部及び１つの光検出部を用いて三角測量法によって測定するように構成してもよい。この場合も、前記同様にして測定対象１３０の穴１３２の傾斜角を正確に測定することが可能になり又、各種の測定対象１３０についての長さに関する情報を測定することができる。
【００７６】
また、相互の相違を明確にした背景画像と測定対象部位画像を得るために、測定用光の強さ（振幅）を利用する方法、測定用光の位相を利用する方法、測定用光の波長（または周波数）を利用する方法がある。強さを利用する方法として、輝度差を利用する方法（例えば２値化法）がある。位相を利用する方法として、照射した測定用光と反して戻ってきた測定用光の位相差を利用する方法（例えば偏光法）がある。また、波長を利用する方法として、波長即ち、色情報を利用する方法がある。背景画像と測定対象画像の相違を明確にするためにはいずれの方法も用いることができるが、前述した実施の形態のように輝度差を利用する方法は構成が簡単で高精度である。
また、前記各実施の形態では、穴の例として貫通穴１３２の例で説明したが、有底穴にも適用可能である。
また、穴の形状は必ずしも円形に限られない。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
少なくとも測定対象に形成された穴の傾斜角測定を測定する傾斜角測定方法や光学式測定装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態に係る傾斜角測定方法に使用する光学式測定装置の平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の左側面図である。
【図４】本発明の実施の形態における測定対象の斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態における測定動作の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態における傾斜角測定の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態における傾斜角測定の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態における傾斜角測定の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態における傾斜角測定の説明図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態における測定動作の説明図である。
【符号の説明】
【００７９】
１００・・・光学式測定装置
１０１・・・ケース本体
１０２・・・前面板
１０３〜１０５・・・窓部
１０６・・・第２光源部
１０７・・・発光素子
１０８・・・プロジェクタ
１０９・・・第１光源部
１１７・・・貫通穴
１１９〜１２１・・・光軸
１１０・・・ＬＥＤ
１１１、１１４・・・光検出部
１１２、１１５・・・受光レンズ
１１３、１１６・・・光検出素子
１１８・・・位置合わせ部材
１２５・・・光源部
１２６・・・制御部
１２７・・・記憶部
１３０・・・測定対象
１３１・・・測定対象表面
１３２・・・穴
１３３・・・角部
１３４・・・内側縁部
１３５・・・外側縁部
５０１・・・十字中心
５０２・・・第２測定用光
７０１・・・第１測定用光
【技術分野】
【０００１】
測定対象の穴の傾斜角を光学的に測定する傾斜角測定方法及び光学式測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体レーザ等の光源から発生した測定用光を測定対象に照射し、前記測定対象で反射した前記測定用光を検出することによって、三角測量法を用いて、所定位置から測定対象までの距離や前記測定対象の３次元形状等、測定対象についての長さに関する情報を光学的に測定する光学式測定装置が開発されている。光学的に測定する方式として、光源及び光検出部を各々１つ用いて光学的に測定する光学式測定装置（例えば、特許文献１参照）と、１つの光源と２つの光検出部を用いて光学的に測定する光学式装置が開発されている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
光学的に測定する用途は多岐にわたっており、その一つの例として、測定対象に設けられた穴の中心位置や穴径等を測定する方法が開発されている（例えば、特許文献３参照）。
特許文献３記載の発明では、レーザスポットを用いて測定対象の穴を相互に交差する方向に走査することにより、前記穴縁部の４点の座標を取得し、前記座標に基づいて、前記穴の中心位置や穴径を算出するように構成している。
【０００４】
特許文献３記載の発明では、レーザスポットを用いて走査することによって前記穴縁部の座標を取得するようにしているため、走査に時間がかかり、測定に長時間要するという問題がある。
特許文献４記載の発明のように、断面が線状の複数の光ビームを発生する光源が知られているが、特許文献４記載には単に光源としての発明が開示されているにすぎず、光学的な測定に応用することは何ら記載されていない。
【０００５】
一方、所定位置を基準として、測定対象に設けられた穴の傾斜角を測定することが求められる場合がある。一般に、加工された穴には、その周縁角部にバリ、ダレあるいは面取りによる丸み等が存在するため、穴の周縁角部は先鋭になっておらず、したがって、穴の角部の位置を正確に測定することは困難である。
所定位置を基準として穴の傾斜角を測定する場合、当該穴の周縁角部の位置データを用いて算出する方法が考えられるが、前記理由から、周縁角部の測定誤差が大きくなるため、穴の傾斜角を正確に算出することが困難であり、誤差が大きくなるという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３４０８５６号公報
【特許文献２】特開２００７−１９８８４１号公報
【特許文献３】特開２０００−１８９１４号公報
【特許文献４】特開平８−４３６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、測定対象に設けられた穴の傾斜角を高精度で測定することが可能な傾斜角測定方法を提供することを課題としている。
また本発明は、測定対象に設けられた穴の傾斜角を高精度で測定することが可能な光学式測定装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、測定対象の穴を含む領域の原画像データを取得する第１工程と、前記測定対象の穴を含む領域に断面が面状の第１測定用光を照射した状態で、前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを取得する第２工程と、前記測定対象の穴を含む領域に断面が複数の線状である第２測定用光を照射した状態で、前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得する第３工程と、前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって、前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得する第４工程と、前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって、前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得する第５工程と、前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出し、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角を算出する第６工程とを備えて成ることを特徴とする傾斜角測定方法が提供される。
【０００９】
第１工程において、測定対象の穴を含む領域の原画像データを取得する。第２工程において、前記測定対象の穴を含む領域に断面が面状の第１測定用光を照射した状態で、前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを取得する。第３工程において、前記測定対象の穴を含む領域に断面が複数の線状である第２測定用光を照射した状態で、前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得する。第４工程において、前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって、前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得する。第５工程において、前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって、前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得する。第６工程において、前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出し、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角を算出する。
【００１０】
ここで、前記第２測定用光は断面が線状で相互に直交する光ビームまたは断面が線状で所定間隔に配置された複数の平行な光ビームであり、前記第１測定用光は拡散光であるように構成してもよい。
【００１１】
また本発明によれば、断面が面状の第１測定用光を出力する第１光源部と、断面が複数の線状である第２測定用光を出力する第２光源部と、測定対象の穴を含む領域の原画像データを、前記測定対象の穴を含む領域に前記第１測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを、及び、前記測定対象の穴を含む領域に前記第２測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得する検出手段と、前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得し、前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得し、前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出して、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角度を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする光学式測定装置が提供される。
【００１２】
第１光源部は、断面が面状の第１測定用光を出力する。第２光源部は、断面が複数の線状である第２測定用光を出力する。検出手段は、測定対象の穴を含む領域の原画像データを、前記測定対象の穴を含む領域に前記第１測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを、及び、前記測定対象の穴を含む領域に前記第２測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得する。算出手段は、前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得し、前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得し、前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出して、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角度を算出する。
【００１３】
ここで、前記第２測定用光は断面が線状で相互に直交する光ビームであり、前記第１測定用光は拡散光であるように構成してもよい。
この場合、前記穴が円形であれば、前記算出手段は、下記式に基づいて前記穴の傾斜角を算出するように構成してもよい。
θX＝ｔａｎ−１（（Ｚ1−Ｚ2）／（Ｙ1−Ｙ2））
θY＝ｔａｎ−１（（Ｚ3−Ｚ4）／（Ｘ3−Ｘ4））
但し、θXはＸ軸周りの傾斜角、θYはＹ軸周りの傾斜角であり、又、Ｘ3、Ｘ4、Ｙ1、Ｙ2、Ｚ1〜Ｚ4は前記測定対象表面上の前記穴の周縁部と前記線状光との間の４つの交点Ｐ1〜Ｐ4の座標であり、又、Ｘ3、Ｘ4は２つの交点Ｐ3、Ｐ4のＸ座標であり、又、Ｙ1、Ｙ2は２つの交点Ｐ1、Ｐ2のＹ座標であり、又、Ｚ1〜Ｚ4は４つの交点Ｐ1〜Ｐ4のＺ座標である。
【００１４】
また、前記第２測定用光は、断面が線状で所定間隔に配置された複数の平行な光ビームであり、前記第１測定用光は拡散光であるように構成してもよい。
この場合、前記穴が円形であれば、前記算出手段は、下記式に基づいて前記穴の傾斜角を算出するように構成してもよい。
θX＝ｔａｎ−１（（Ｚ6O−Ｚ1O）／（Ｙ6O−Ｙ1O））
θY＝ｔａｎ−１（（Ｚ4R−Ｚ4L）／（Ｘ4R−Ｘ4L））
但し、θXはＸ軸周りの傾斜角、θYはＹ軸周りの傾斜角であり、又、Ｙ10、Ｙ60、Ｚ10、Ｚ60は前記穴の両側に位置し前記穴と交差しない２つの線状光と前記穴の中心を通り前記２つの線状光に直交する線との交点のＹ座標及びＺ座標であり、又、Ｘ4R、Ｚ4R、X4L、Ｚ4Lは前記穴の差し渡しが最長の線状光と前記測定対象表面上の前記穴の周縁部との間の２つの交点のＸ座標、Ｚ座標である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、測定対象に設けられた穴の傾斜角を高精度で測定することが可能な傾斜角測定方法が提供できる。
また、本発明によれば、測定対象に設けられた穴の傾斜角を高精度で測定することが可能な光学式測定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る傾斜角測定方法、及び、前記傾斜角方法に好適な光学式測定装置について説明する。尚、各図において同一部分には同一符号を付している。
図１は、本発明の実施の形態に係る傾斜角測定方法に使用する光学式測定装置の平面図で、ケース本体の一部を省略して内部を示した図である。
図２は図１の光学式測定装置の正面図であり又、図３は図１の光学式測定装置の左側面図であり、各々、ケース本体の一部を省略して内部を示した図である。
【００１７】
本実施の形態に係る光学式測定装置１００は、ケース本体１０１、ケース本体１０１の前面に配設された非透光性の前面板１０２、前面板１０２の貫通穴を覆うように取り付けられケース本体１０１内とケース本体１０１外間の光通過を可能にする円板状の第１〜第３窓部１０３〜１０５を備えている。第１〜第３窓部１０３〜１０５は長方形状等の他の形状にしてもよい。
第１〜第３窓部１０３〜１０５は、透光性部材によって構成され、防塵機能を有すると共に赤外線を遮断して熱を遮蔽する機能を備えている。ケース本体１０１と前面板１０２及び第１〜第３窓部１０３〜１０５により、防塵機能を有する密閉ケースが構成されている。
【００１８】
第１窓部１０３は第１光軸１１９と直交するように前面板１０２に取り付けられると共に第１窓部１０３の中心を光軸１１９が通る位置に取り付けられている。第２光軸１２０と第３光軸１２１は、光軸に対して所定角度傾斜すると共に、光軸１１９を軸として対称に配置されている。第２、第３窓部１０４、１０５は、各々、第２、第３光軸１２０、１２１と直交するように前面板１０２に取り付けられると共に、相互に光軸１１９を軸として対称になる位置に取り付けられている。第２、第３窓部１０４、１０５は、光軸１１９に対して、逆方向に所定角度傾斜するよう取り付けられている。また、第２窓部１０４の中心を光軸１２０が通り、第３窓部１０５の中心を光軸１２１が通るように配置されている。
【００１９】
ケース本体１０１内には、断面が面状の光である第１測定用光を測定対象１３０に向けて出力する第１光源部１０９、及び、断面が複数の線状光によって構成された第２測定用光（本実施の形態では十字状光）を測定対象１３０に向けて出力する第２光源部１０６を備えた光源部１２５が所定位置に取り付けられている。ケース本体１０１の内側から外側に向かって、第２光源部１０６、第１光源部１０９、第１窓部１０３の順に、光軸１１９に沿って並設されている。
尚、測定対象１３０については後述するが、図１に測定対象１３０の断面図を示し、図２及び図３では測定対象１３０は省略して描いている。
【００２０】
第２光源部１０６は、スポット状の光ビームを発生する発光素子１０７と前記光ビームを第２測定用光である十字状光に変換して出力する公知のプロジェクタ１０８を備えている。発光素子１０７は、レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成することができる。本実施の形態では、発光素子１０７は赤色光を出力するレーザによって構成している。第２光源部１０６から出力される十字状の第２測定用光の中心（交点）が光軸１１９に一致するように配置されている。第２測定用光は指向性を有する光であり、収束した光（光ビーム）である。
【００２１】
第１光源部１０９は、長方形の貫通穴１１７の周囲に複数のＬＥＤ１１０を配置した構成となっている。第１光源部１０９は、貫通穴１１７の中心が光軸１１９に一致するように配置されており、複数の発光素子（本実施の形態ではＬＥＤ１１０）を同時に発光させることによって断面が面状の第１測定用光を出力する。第１測定用光は第２測定用光とは異なる指向特性を有する光である。第１測定用光は拡散光（ランダムな方向に進行する光が集まった光）であり、指向性を有しない光である。
【００２２】
貫通穴１１７の形状は、第１光源部１０９の構成によって決定することができる。例えば、第１光源部１０９の複数のＬＥＤの配置構成がリング状（換言すればドーナツ状）の場合には、丸形の貫通穴にする。外形が直方体状のＬＥＤを複数離れて平行に配置する場合には、長方形の貫通穴にする。
第１測定用光、第２測定用光は、各々、第１測定用光と第２測定用光のいずれも測定対象１３０に照射しない状態で得られる測定対象１３０の画像（背景画像）と、第１測定用光、第２測定用光を、各々、照射した状態で得られる測定対象の画像（対象部位画像）との相違を明確にできるような色の光を使用する。
【００２３】
本実施の形態では、測定用光を検出するしきい値として、所定の輝度値をしきい値として設定している。また、背景画像と対象部位画像を区別するため、第１測定用光として白色光を選択して使用している。背景画像が白色の場合には、対象部位画像を得るための光の輝度値を高めるか、背景と対象部位を明確に区別することができるような波長の光（例えば輝度差の得られる波長の光）を用いるようにしてもよい。
第２光源部１０６から出力される十字状光である第２測定用光は、光軸１１９に沿って、第１光源部１０９の貫通穴１１７及び第１窓部１０３を通ってケース本体１０１の外部に出力される。第１光源部１０９から出力される面状光である第１測定用光は、光軸１１９に沿って、第１窓部１０３を通ってケース本体１０１の外部に出力される。
【００２４】
また、ケース本体１０１内には、複数（本実施の形態では２つ）の光検出部１１１、１１４が所定位置に配置されている。第１光検出部１１１は、測定用光を受光する受光レンズ１１２及び受光レンズ１１２が受光した測定用光を検出する光検出素子１１３を備えている。受光レンズ１１２の中心及び光検出素子１１３の中心を結ぶ第２光軸１２０上に、光検出素子１１３、受光レンズ１１２、第２窓部１０４の順で、ケース本体１０１の内側から外側に向かって並設されている。光検出素子１１３としては、例えば平面状のＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型光センサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサが使用できる。
【００２５】
第２光検出部１１４は、測定用光を受光する受光レンズ１１５及び受光レンズ１１５が受光した測定用光を検出する光検出素子１１６を備えている。受光レンズ１１５の中心及び光検出素子１１６の中心を結ぶ第３光軸１２１上に、光検出素子１１６、受光レンズ１１５、第３窓部１０５の順で、ケース本体１０１の内側から外側に向かって並設されている。光検出素子１１６として、光検出素子１１３と同様に、ＣＭＯＳ型光センサやＣＣＤセンサが使用できる。
【００２６】
位置合わせ部材１１８は光検出部１１１、１１４の取り付け位置を決めるための補助具である。位置合わせ部材１１８の両斜辺に光検出部１１１、１１４を当接させた状態で光検出部１１１、１１４をケース本体１０１に取り付けることにより、光検出部１１１及び光検出部１１４の相対的な位置関係を予め既知の値に設定した状態で容易に固定できるようにしている。光検出部１１１、１１４を構成する受光レンズ１１２、１１５及び光検出素子１１３、１１６の相対的な位置関係が既知の値に設定される。
【００２７】
光検出部１１１、１１４の相対的な位置関係を所定の既知の関係になるが、その一方、光源部１２５は、光検出部１１１、１１４との位置関係は規定せずに、制約のない自由な位置に取り付けられる。
光軸１２０、１２１は光軸１１９に対して対称となるように位置している。また、光軸１２０、１２１は光軸１１９に対して所定角度傾斜するように配置しており、これによって、光検出部１１１、１１４から所定距離範囲内を、高精度に測定可能な焦点領域に設定している。
【００２８】
また、ケース本体１０１内には、第１光源部１０９及び第２光源部１０６の発光動作の制御処理、第１光検出部１１１及び第２光検出部１１４の光検出動作の制御処理、第１光検出部１１１及び第２光検出部１１４が検出した測定用光に基づいて測定対象１３０についての長さに関する情報等の算出処理、第１光検出部１１１及び第２光検出部１１４が検出した測定用光データの記憶部１１２７に対する書き込み及び読み出し制御処理等を行う制御部１２６が設けられている。
【００２９】
また、ケース本体１０１内には、第１光検出部１１１及び第２光検出部１１４が検出した測定用光のデータや制御部１２６が算出した測定対象１３０についての長さに関する情報等の各種データ、制御部１２６を中央処理装置（ＣＰＵ）によって構成した場合に実行されるプログラム等を記憶する記憶部１２７が設けられている。
尚、第１光検出部１１１及び第２光検出部１１４は検出手段を構成し、制御部１２６は算出手段を構成し、記憶部１２７は記憶手段を構成している。
【００３０】
検出手段は、測定対象の穴を含む領域の原画像データを、前記測定対象の穴を含む領域に前記第１測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを、及び、前記測定対象の穴を含む領域に前記第２測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得することができる。
また、算出手段は、前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得し、前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得し、前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出して、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角度を算出することができる。
【００３１】
図４は、本実施の形態で測定する測定対象１３０の斜視図である。図１及び図４において、測定対象１３０は、平面である測定対象表面１３１、穴１３２、穴１３２の周縁部に形成された角部１３３を備えている。
図４の例では、穴１３２は貫通穴であり又、円形である。また、角部１３３は面取されており、面取された部分は加工によってバリが生じたり、丸みを帯びている。角部１３３は、角部１３３の内側に円形状の内側縁部１３４を有し又、角部１３３の外側に円形状の外側縁部１３５を有している。縁部１３４は貫通穴１３４の端部であり、又、縁部１３５は測定対象表面１３１の端部である。
【００３２】
図５は、本発明の実施の形態に係る光学式測定装置を用いて、測定対象１３０の穴１３２の中心や半径等の測定対象１３０についての長さに関する情報を測定する場合の説明図である。測定対象１３０についての長さに関する情報としては、例えば、所定位置を基準とする測定対象１３０の穴１３２の中心座標、穴１３２の半径や直径、所定位置を基準とする穴１３２の傾斜角、所定位置を基準とする測定対象１３０上の点の座標、所定位置から測定対象１３０上の所定点までの距離、測定対象１３０の２次元又は３次元形状、所定位置を基準とする測定対象１３０の傾きがある。
【００３３】
以下、図１〜図５を用いて、測定対象１３０の穴１３２の中心座標等、測定対象１３０についての長さに関する情報の測定処理を説明する。
先ず、第１光軸１１９が穴１３２内に位置するように、光学式測定装置１００と測定対象１３０の相対的な位置関係を設定する。
この状態で、第２光源部１０６の発光素子１０７がスポット状の光ビームを発生すると、プロジェクタ１０８は、発光素子１０７からの前記光ビームを十字状の第２測定用光に変換して出力する。
【００３４】
第２測定用光は、貫通穴１１７、第１窓部１０３を介して、測定対象１３０に照射される。このとき、第２測定用光５０２の十字中心５０１が光軸１１９に一致しているため、図５に示すように、第２測定用光５０２の十字中心５０１は穴１３２内に位置することになる。第２測定用光５０２は測定対象１３０の測定対象表面１３１に対して垂直に照射される。
測定対象１３０に照射された第２測定用光５０２のうち、穴１３２に照射された第２測定用光５０２は穴１３２を通過し、測定対象１３０における穴１３２を除く領域に照射された第２測定用光５０２は反射する。
【００３５】
測定対象１３０で反射した第２測定用光５０２は、第２窓部１０４、第３窓部１０５を介して、各々、第１光検出部１１１、第２光検出部１１４に入射する。
第１光検出部１１１に入射した第２測定用光５０２は、受光レンズ１１２を介して、光検出素子１１３によって検出される。第２光検出部１１４に入射した第２測定用光５０２は、受光レンズ１１５を介して、光検出素子１１６によって検出される。
【００３６】
制御部１２６は、光検出素子１１３、１１６によって検出された第２測定用光５０２に基づいて、公知の手法（例えば特許文献２記載の手法）により、穴１３２の中心座標等を算出する。
図５に示すように、測定対象１３０が有する穴１３２の中心Ｐ0のＸＹＺ座標を（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）とする。また、貫通穴１３２の内側縁部１３４と十字状の第２測定用光５０２との間の４つの交点Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4のＸＹＺ軸座標を各々、（Ｘ1，Ｙ1，Ｚ1）、（Ｘ2，Ｙ2，Ｚ2）、（Ｘ3，Ｙ3，Ｚ3）、（Ｘ4，Ｙ4，Ｚ4）とする。各点Ｐ1〜Ｐ4のＸＹＺ座標値は、光検出部１１１、１１６が検出した第２測定用光５０２に基づいて算出される値である。
【００３７】
穴１３２の中心座標Ｐ（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）は、点Ｐ1〜Ｐ4のＸＹＺ座標値を用いて、下記３つの式（１）のように表される。
Ｘ0＝（Ｘ1２−Ｘ2２−Ｘ3２＋Ｘ4２）／（２（Ｘ1−Ｘ2−Ｘ3＋Ｘ4））
Ｙ0＝（Ｙ1２−Ｙ2２−Ｙ3２＋Ｙ4２）／（２（Ｙ1−Ｙ2−Ｙ3＋Ｙ4））
Ｚ0＝（Ｚ1２−Ｚ2２−Ｚ3２＋Ｚ4２）／（２（Ｚ1−Ｚ2−Ｚ3＋Ｚ4）） ・・・（１）
【００３８】
Ｘ1＝Ｘ2、Ｙ3＝Ｙ4の場合、即ち、基軸（受光レンズ１１２と受光レンズ１１５を結ぶ線分）とＸ軸が平行（換言すれば、Ｙ軸が直交）の場合には、穴１３２の中心座標Ｐ0（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）は、下記３つの式（２）によって表すことができる。
Ｘ0＝（Ｘ4−Ｘ3）／２
Ｙ0＝（Ｙ4−Ｙ3）／２
Ｚ0＝（Ｚ1２−Ｚ2２−Ｚ3２＋Ｚ4２）／（２（Ｚ1−Ｚ2−Ｚ3＋Ｚ4）） ・・・（２）
【００３９】
穴１３２の半径Ｒは、点Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3およびＰ4の各々について、下記４つの式（３）のように記述できる。但し、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4は、各々、穴中心Ｐ0と、点Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4の距離である。
Ｒ1＝√（（Ｘ1−Ｘ0）２＋（Ｙ1−Ｙ0）２＋（Ｚ1−Ｚ0）２）
Ｒ2＝√（（Ｘ2−Ｘ0）２＋（Ｙ2−Ｙ0）２＋（Ｚ2−Ｚ0）２）
Ｒ3＝√（（Ｘ3−Ｘ0）２＋（Ｙ3−Ｙ0）２＋（Ｚ3−Ｚ0）２）
Ｒ4＝√（（Ｘ4−Ｘ0）２＋（Ｙ4−Ｙ0）２＋（Ｚ4−Ｚ0）２） ・・・（３）
【００４０】
穴１３２の直径ｄは半径を２倍することにより、半径Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4の夫々から求めることができる。理想状態ではＲ1＝Ｒ2＝Ｒ3＝Ｒ4である。下記式（４）によって半径Ｒ1〜Ｒ4の平均値から求めるようにしてもよい。
ｄ＝２Ｒ＝（Ｒ1＋Ｒ2＋Ｒ3＋Ｒ4）／２ ・・・（４）
点Ｐ1〜Ｐ4が全て測定対象表面１３１上の点であれば、穴１３２の傾斜角θは点Ｐ1〜Ｐ4の座標を用いて表すことができる。即ち、Ｘ軸回りの傾斜角θX、Ｙ軸回りの傾斜角θYは、下記２つの式（５）のように表すことができる。
θX＝ｔａｎ−１（（Ｚ1−Ｚ2）／（Ｙ1−Ｙ2））
θY＝ｔａｎ−１（（Ｚ3−Ｚ4）／（Ｘ3−Ｘ4）） ・・・（５）
【００４１】
しかしながら、角部１３３は面取りされている場合、面取部は加工によってバリが生じたり、丸みを帯びているため、内側の周縁部１３４は測定対象表面１３１上の点ではない。したがって、点Ｐ1〜Ｐ4の座標を用いて前記式（５）によって傾斜角θX、θYを算出した場合、正確な傾斜角を得ることができない。正確な傾斜角を得るためには、測定対象表面１３１上の点を用いて算出する必要がある。
本実施の形態では、以下のようにして、測定対象表面１３１上の複数の点の座標を測定し、前記測定した点を用いて正確な傾斜角を得るようにしている。
【００４２】
以下、穴１３２の傾斜角を正確に測定する方法を説明する。
図６〜図９は、本発明の実施の形態に関して、傾斜角を測定するための説明図である。以下、図１〜図９を参照して、測定対象１３０の穴１３２の傾斜角の測定処理を説明する。
先ず、制御部１２６は、光源部１２５が発光しないように制御した状態で、光検出部１１１、１１４によって測定対象１３０の穴１３２周辺の画像を検出し、両光検出部１１１、１１４によって得られた画像を合成することにより、穴１３２を含む測定対象１３０の画像データを得る。
【００４３】
図６は、光検出部１１１、１１４によって検出された穴１３２周辺の画像を合成して得られた、測定対象１３０の穴１３２周辺の画像を示す図である。制御部１２６は、このようにして、測定対象１３０を光源部１２５によって照射しない状態で得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像（原画像）を原画像データとして記憶部１２７に記憶する。
【００４４】
次に、制御部１２６は、第２光源部１０６は発光させずに第１光源部１０９のＬＥＤ１１０を発光させ、断面が面状の第１測定用光７０１によって測定対象１３０の穴１３２を含む領域を照明する。光検出部１１１、１１４は、測定対象１３０の穴１３２を含む領域によって反射された第１測定用光７０１を検出する。制御部１２６は、光検出部１１１、１１４が検出した測定対象１３０の穴１３２周辺の画像を用いて、前記両画像を合成することにより、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を得る。
【００４５】
図７は、光検出部１１１、１１４によって検出された測定対象１３０の穴１３２周辺の画像を合成して得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を示す図である。穴１３２を含む測定対象１３０の領域が第１測定用光７０１によって照射された状態の画像が得られている。
第１測定用光７０１は拡散光であるが、第1光源部１０９からの第１測定用光７０１によって垂直（測定対象表面１３１の法線方向）に照射された領域では、所定値以上の高い輝度の第１測定用光７０１が反射されて光検出部１１１、１１４によって検出される。したがって、外側縁部１３５よりも外側の平坦な面である測定対象表面１３１で反射した第１測定用光７０１は、光検出部１１１、１１４によって検出される。
【００４６】
しかしながら、第１測定用光７０１は拡散光であるため、第１測定用光７０１によって垂直には照射されない領域（図７では角部１３３や穴１３２内壁面）では、所定輝度以上の第１測定用光７０１は光検出部１１１、１１４方向に殆ど反射されない。したがって、外側縁部１３５よりも内側の領域（角部１３３や穴１３２内壁面）で反射した第１測定用光７０１は、光検出部１１１、１１４では殆ど検出されないことになる。
【００４７】
よって、図７に示すように、角部１３３の外側縁部１３５よりも外側で第１測定用光７０１によって照射された領域の測定対象表面１３１の画像が得られることになる。制御部１２６は、このようにして、測定対象１３０を第１測定用光７０１によって照射した状態で得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を第１画像データとして記憶部１２７に記憶する。
【００４８】
次に、制御部１２６は、第１光源部１０９は発光させずに第２光源部１０６のみを発光させて、断面が十字状の第２測定用光５０２によって測定対象１３０の穴１３２を含む領域を照明する。この状態で、光検出部１１１、１１４は測定対象１３０の穴１３２周辺の画像を検出し、制御部１２６は、両光検出部１１１、１１４によって得られた画像を合成することにより、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を得る。
図８は、光検出部１１１、１１４によって検出された測定対象１３０の穴１３２周辺の画像を合成して得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を示す図である。穴１３２を含む測定対象１３０の領域が第２測定用光５０２によって照射された状態の画像が得られている。
【００４９】
第２測定用光５０２は所定の進行方向に絞られた十字状の収束光であるため、第２光源部１０６からの第２測定用光５０２によって垂直（測定対象表面１３１の法線方向）に照射された領域では、所定輝度よりも高い輝度の第２測定用光５０２が反射されて光検出部１１１、１１４によって検出され又、第２測定用光５０２によって垂直には照射されない領域（図８では角部１３３や穴１３２内壁面）でも、所定輝度よりも高い輝度の第２測定用光５０２が反射されて光検出部１１１、１１４によって検出される。
【００５０】
したがって、外側縁部１３５よりも内側の領域（図８では角部１３３や穴１３２内壁面）で反射した第２測定用光５０２も、光検出部１１１、１１４によって検出されることになる。
図８の例では、第２測定用光５０２によって角部１３３の内側縁部１３４まで照射された画像が得られている。制御部１２６は、このようにして、測定対象１３０を第２測定用光５０２によって照射した状態で得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を第２画像データとして記憶部１２７に記憶する。
【００５１】
次に、制御部１２６は、記憶部１２７に記憶した原画像データ、第１、第２画像データを用いて、以下のようにして、穴１３２の傾斜角を求める。
先ず、制御部１２６は、第１画像データから原画像データを差し引くことによって、測定対象１３０を照射した第１測定用光７０１に関する画像データ（第３画像データ）を得る。これにより、図７の第１測定用光７０１の部分の画像データが第３画像データとして得られる。第３画像データは、測定対象１３０上の平面領域である測定対象表面１３１の画像データであり、測定対象１３０における外側縁部１３５よりも外側の領域の画像データである。
【００５２】
次に、制御部１２６は、第２画像データから原画像データを差し引くことによって、測定対象を照射した第２測定用光５０２に関する画像データ（第４画像データ）を得る。これにより、図８の第２測定用光５０２の部分の画像データが第４画像データとして得られる。第４画像データは、測定対象１３０における内側縁部１３４よりも外側の領域の画像データである。
【００５３】
次に、図９に示すように、制御部１２６は、第３画像データと第４画像データを重ねることにより、第４画像データの第２測定用光５０２が測定対象１３０表面の平面領域（測定対象表面１３１上）に位置する部分を検出する。具体的には、第３画像データにおける角部１３３の外側縁部１３５と、第４画像データにおける第２測定用光５０２との４つの交点Ｐ1〜Ｐ4を検出する。
【００５４】
制御部１２６は、交点Ｐ1〜Ｐ4の座標データを用いて、前記式（５）によって穴１３２のＸ軸回りの傾斜角θX、Ｙ軸回りの傾斜角θYを算出する。交点Ｐ1〜Ｐ4は測定対象１３０表面と同一平面上の点であり、穴１３２の傾斜角を正確に求めることが可能になる。穴１３２の表面は測定対象１３０の表面と同一平面であるため、穴１３２の傾斜角を求めることによって測定対象１３０の傾斜角も得られることになる。
以上のように、本実施の形態によれば、下記第１工程〜第６工程の処理を行うことによって測定対象１３０の穴１３２の傾斜角を測定している。
【００５５】
即ち、第１工程では、光源１２５が第１測定用光９０１及び第２測定用光５０２を出力しない状態で、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の原画像データを取得する。第２工程では、測定対象１３０の穴１３２を含む領域に第１光源部１０９から断面が面状の第１測定光７０１のみを照射した状態で、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の第１画像データを取得する。第３工程では、測定対象１３０の穴１３２を含む領域に断面が複数の線状光（本実施の形態では十字状光）である第２測定用光５０２を照射した状態で、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の第２画像データを取得する。
【００５６】
第４工程では、前記第１画像データと原画像データの差をとることによって、穴１３２を含む領域における第１測定用光７０１に関する第３画像データを取得する。第５工程では、前記第２画像データと原画像データの差をとることによって、穴１３２を含む領域における第２測定用光５０２に関する第４画像データを取得する。第６工程では、前記第３画像データにおける第１測定用７０１の穴１３２の外側周縁部１３５と、前記第４画像データにおける第２測定用光５０２との複数の交点P1〜P4の位置データを算出し、前記位置データを用いて幾何学的に、所定位置に対する穴１３２の傾斜角を算出するようにしている。
【００５７】
したがって、測定対象１３０に設けられた穴１３２の傾斜角を高精度で測定することが可能な傾斜角測定方法を提供することが可能になる。また、測定対象１３０に設けられた穴１３２の傾斜角を高精度で測定することが可能な光学式測定装置１００を提供することが可能になる。
尚、前記第１工程〜第６工程は、必ずしも前記順序で行う必要はなく、順序を入れ換えて実行するようにしてもよい。
【００５８】
図１０は、本発明の他の実施の形態の処理を示す説明図である。前述した実施の形態では、第２測定用光５０２として断面が十字状の測定用光を用いたが、断面が複数の線状である線状光であれば他の構成の測定用光を用いることが可能であり、図１０の例は、第２測定用光１００１として断面が線状で所定間隔に配置された複数の平行な光ビーム（マルチライン光）を用いた例である。
【００５９】
第２測定用光１００１は、前記実施の形態で用いた第２測定用光５０２と同様に、指向性を有する光であり、収束した光（光ビーム）である。したがって、測定対象１３０を第２測定用光１００１によって照射した場合、光検出部１１１、１１４では、平坦な測定対象表面１３１から内側縁部１３４に至る領域で反射した所定輝度以上の第２測定用光１００１が検出されることになる。
本他の実施の形態と前記実施の形態とは、第２測定用光の構成が異なるのみであり、構成図その他は同じであるため、図１〜図１０を参照して相違点についてのみ説明する。
【００６０】
尚、図１０では、第２測定用光１００１は、基軸（受光レンズ１１２と受光レンズ１１５を結ぶ線分）に平行な光の例を挙げているが、前記基軸に直交する光でもよい。
図１０において、本実施の形態では、第２測定用光１００１は、相互に平行な６本の線状光Ｌ1〜Ｌ6を有している。各線状光Ｌ1〜Ｌ6相互の間隔は既知の値に設定されている。各線状光Ｌ1〜Ｌ6はＸ軸と平行である。尚、線状光は６本でなくてもよい。
【００６１】
線状光Ｌ2が測定対象１３０の穴１３２の縁部１３４と交差する２点の中の左側の点、右側の点を各々、Ｐ2L、Ｐ2Rとする。同様に、線状光Ｌ3が測定対象１３０の穴１３２の縁部１３４と交差する２点の中の左側の点、右側の点を各々Ｐ3L、Ｐ3R、線状光Ｌ4が測定対象１３０の穴１３２の縁部１３４と交差する２点の中の左側の点、右側の点を各々Ｐ4L、Ｐ4R、線状光Ｌ5が測定対象１３０の穴１３２の縁部１３４と交差する２点の中の左側の点、右側の点を各々Ｐ5L、Ｐ5Rとする。
【００６２】
点Ｐ2L、Ｐ2RのＸＹＺ軸座標は各々、（Ｘ2L，Ｙ2L，Ｚ2L）、（Ｘ2R，Ｙ2R，Ｚ2R）で表される。同様に、点Ｐ3L、Ｐ3R、Ｐ4L、Ｐ4R、Ｐ5L、Ｐ5RのＸＹＺ軸座標は各々、（Ｘ3L，Ｙ3L，Ｚ3L）、（Ｘ3R，Ｙ3R，Ｚ3R）、（Ｘ4L，Ｙ4L，Ｚ4L）、（Ｘ4R，Ｙ4R，Ｚ4R）、（Ｘ5L，Ｙ5L，Ｚ5L）、（Ｘ5R，Ｙ5R，Ｚ5R）で表される。
点Ｐ2Lと点Ｐ2R間、点Ｐ3Lと点Ｐ3R間、点Ｐ4Lと点Ｐ4R間、点Ｐ5Lと点Ｐ5R間の距離（差し渡し）を各々、ｄ2、ｄ3、ｄ4、ｄ5とする。
【００６３】
また、点Ｐ2LとＰ2Rの中点、点Ｐ3LとＰ3Rの中点、点Ｐ4LとＰ4Rの中点、点Ｐ5LとＰ5Rの中点を各々、Ｐ2O、Ｐ3O、Ｐ4O、Ｐ5Oとして、それらを結ぶ直線をＱとする。点Ｐ2O、Ｐ3O、Ｐ4O、Ｐ5OのＸＹＺ軸座標を各々、（Ｘ20，Ｙ20，Ｚ20）、（Ｘ30，Ｙ30，Ｚ30）、（Ｘ40，Ｙ40，Ｚ40）、（Ｘ50，Ｙ50，Ｚ50）とする。直線Ｑと線状光Ｌ1の交点Ｐ10のＸＹＺ軸座標を（Ｘ10，Ｙ10，Ｚ10）、直線Ｑと線状光Ｌ6の交点P60のＸＹＺ軸座標を（Ｘ60，Ｙ60，Ｚ60）とする。
点ＰL1、ＰR1、ＰL2、ＰR2、ＰL3、ＰR3、ＰL4、ＰR4、ＰL5、ＰR5の各座標は測定によって得られる値である。また、点Ｐ10〜Ｐ60の座標、穴１３２の中心Ｐ0の座標、差し渡しｄ2、ｄ3、ｄ4、ｄ5は計算によって得られる値である。
【００６４】
Ｘ軸回りの傾斜角θXは、縁部１３４と交差しない線状光Ｌ1、Ｌ6上の点Ｐ10（Ｘ10，Ｙ10，Ｚ10）、点Ｐ60（Ｘ60，Ｙ60，Ｚ60）の座標を用いて下記式（６）のように表すことができる。
θX＝ｔａｎ−１（（Ｚ6O−Ｚ1O）／（Ｙ6O−Ｙ1O）） ・・・（６）
Ｙ軸回りの傾斜角θYは、差し渡しが最長ｄ4の線状光Ｌ4の点ＰL4（Ｘ4L，Ｙ4L，Ｚ4L）、ＰR4（Ｘ4R，Ｙ4R，Ｚ4R）の座標を用いて下記式（７）のように表すことができる。
θY＝ｔａｎ−１（（Ｚ4R−Ｚ4L）／（Ｘ4R−Ｘ4L）） ・・・（７）
尚、点Ｐ10、点Ｐ60、点ＰL4、点ＰR4の座標は後述するようにして得ることができる。
【００６５】
正確な傾斜角は、前記実施の形態と同様に、（１）測定対象１３０を光源部１２５によって照射しない状態で得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を原画像データとして取得し（図６参照）、（２）測定対象１３０を第１測定用光７０１によって照射した状態で得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を第１画像データとして取得し（図７参照）、（３）測定対象１３０を第２測定用光１００１によって照射した状態で得られた、測定対象１３０の穴１３２を含む領域の画像を第２画像データとして取得し、（４）原画像データ、第１、第２画像データ及び式（６）、（７）を用いて穴１３２の傾斜角を求めることができる。
【００６６】
穴１３２の中心座標 Ｐ0（Ｘ0，Ｙ0，Ｚ0）は、直線Ｑの線上にある。図１０の例では、右側の４点（Ｐ2R、Ｐ3R、Ｐ4R、Ｐ5R）または左側の４点（Ｐ2L、Ｐ3L、Ｐ4L、Ｐ5L）、あるいは、前記計８点から、前記選択した各点を通るような楕円の方程式を算出（楕円フィティング）することで、楕円中心すなわち傾斜した穴１３２の中心Ｐ0の座標を求めることができる。以下、その解析法を説明する。
【００６７】
点Ｐ2R、Ｐ2L、Ｐ3R、Ｐ3L、Ｐ4R、Ｐ4L、Ｐ5L、Ｐ5Rについての半径Ｒ2R、Ｒ2L、Ｒ3R、Ｒ3L、Ｒ4R、Ｒ4L、Ｒ5R、Ｒ5Lは、以下の式（８）の通りであり、穴１３２が理想的な円形状の場合には各半径は等しい。
Ｒ2R２＝（Ｘ2R−Ｘ0）２＋（Ｙ2R−Ｙ0）２＋（Ｚ2R−Ｚ0）２
Ｒ2L２＝（Ｘ2L−Ｘ0）２＋（Ｙ2L−Ｙ0）２＋（Ｚ2L−Ｚ0）２
Ｒ3R２＝（Ｘ3R−Ｘ0）２＋（Ｙ3R−Ｙ0）２＋（Ｚ3R−Ｚ0）２
Ｒ3L２＝（Ｘ3L−Ｘ0）２＋（Ｙ3L−Ｙ0）２＋（Ｚ3L−Ｚ0）２
Ｒ4R２＝（Ｘ4R−Ｘ0）２＋（Ｙ4R−Ｙ0）２＋（Ｚ4R−Ｚ0）２
Ｒ4L２＝（Ｘ4L−Ｘ0）２＋（Ｙ4L−Ｙ0）２＋（Ｚ4L−Ｚ0）２
Ｒ5R２＝（Ｘ5R−Ｘ0）２＋（Ｙ5R−Ｙ0）２＋（Ｚ5R−Ｚ0）２
Ｒ5L２＝（Ｘ5L−Ｘ0）２＋（Ｙ5L−Ｙ0）２＋（Ｚ5L−Ｚ0）２ ・・・（８）
【００６８】
ここで、Ｘ2R、Ｘ2L、Ｘ3R、Ｘ3L、Ｘ4R、Ｘ4L、Ｘ5R、Ｘ5L、Ｙ2R、Ｙ2L、Ｙ3R、Ｙ3L、Ｙ4R、Ｙ4L、Ｙ5R、Ｙ5L、Ｚ2R、Ｚ2L、Ｚ3R、Ｚ3L、Ｚ4R、Ｚ4L、Ｚ5R、Ｚ5Lは測定によって得られる値であり、既知となる数値である。Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0は未知数である。
例えば、穴１３２の右側の４点（Ｐ2R、Ｐ3R、Ｐ4R、Ｐ5R）を用いて、中心Ｐ0の座標を求める場合、上記８つの式（８）から穴１３２の右側の４点（Ｐ2R、Ｐ3R、Ｐ4R、Ｐ5R）の式を抽出すると下記４つの式（９）のようになる。
【００６９】
Ｒ2R２＝（Ｘ2R−Ｘ0）２＋（Ｙ2R−Ｙ0）２＋（Ｚ2R−Ｚ0）２
Ｒ3R２＝（Ｘ3R−Ｘ0）２＋（Ｙ3R−Ｙ0）２＋（Ｚ3R−Ｚ0）２
Ｒ4R２＝（Ｘ4R−Ｘ0）２＋（Ｙ4R−Ｙ0）２＋（Ｚ4R−Ｚ0）２
Ｒ5R２＝（Ｘ5R−Ｘ0）２＋（Ｙ5R−Ｙ0）２＋（Ｚ5R−Ｚ0）２ ・・・（９）
尚、式（９）において、Ｘ0が既知の場合には、４番目の式は不要である。
【００７０】
各点の半径は等しいため、式（９）を用いて、Ｒ2R２＝Ｒ3R２、Ｒ3R２＝Ｒ4R２、Ｒ4R２＝Ｒ5R２、Ｒ5R２＝Ｒ2R２とすると、下記４つの式（１０）が成立する。
（Ｘ2R−Ｘ0）２＋（Ｙ2R−Ｙ0）２＋（Ｚ2R−Ｚ0）２＝（Ｘ3R−Ｘ0）２＋（Ｙ3R−Ｙ0）２＋（Ｚ3R−Ｚ0）２
（Ｘ3R−Ｘ0）２＋（Ｙ3R−Ｙ0）２＋（Ｚ3R−Ｚ0）２＝（Ｘ4R−Ｘ0）２＋（Ｙ4R−Ｙ0）２＋（Ｚ4R−Ｚ0）２
（Ｘ4R−Ｘ0）２＋（Ｙ4R−Ｙ0）２＋（Ｚ4R−Ｚ0）２＝（Ｘ5R−Ｘ0）２＋（Ｙ5R−Ｙ0）２＋（Ｚ5R−Ｚ0）２
（Ｘ5R−Ｘ0）２＋（Ｙ5R−Ｙ0）２＋（Ｚ5R−Ｚ0）２＝（Ｘ2R−Ｘ0）２＋（Ｙ2R−Ｙ0）２＋（Ｚ2R−Ｚ0）２ ・・・（１０）
【００７１】
ここで、既知の係数をつぎのように置く。
Ａ23＝２（Ｘ2R−Ｘ3R）
Ｂ23＝２（Ｙ2R−Ｙ3R）
Ｃ23＝２（Ｚ2R−Ｚ3R）
Ｄ23＝（Ｘ2R２−Ｘ3R２）＋（Ｙ2R２−Ｙ3R２）＋（Ｚ2R２−Ｚ3R２）
【００７２】
同様に Ａ34、Ｂ34、Ｃ34、Ｄ34 および Ａ45、Ｂ45、Ｃ45、Ｄ45 を置き、Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0で記述すると、下記４つの式（１１）が得られる。
Ａ23・Ｘ0＋Ｂ23・Ｙ0＋Ｃ23・Ｚ0＝Ｄ23
Ａ34・Ｘ0＋Ｂ34・Ｙ0＋Ｃ34・Ｚ0＝Ｄ34
Ａ45・Ｘ0＋Ｂ45・Ｙ0＋Ｃ45・Ｚ0＝Ｄ45 ・・・（１１）
穴１３２の中心Ｐ0の座標（Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0）は、下記３つの式（１２）で表される。
【００７３】
【数１】
・・・（１２）
【００７４】
穴１３２の半径Ｒは式（１１）のＸ0、Ｙ0、Ｚ0を式（９）に代入することで求められる。穴１３２の直径は、それぞれの半径、またはそれらの平均値を２倍して求めることができる。
以上述べたように、本他の実施の形態によれば、相互に間隔が既知の複数の線状光より成る測定用光１００１を用いて、測定対象１３０の穴１３２の傾斜角を正確に測定することが可能になる。特に、穴１３２と交差しない線状光を用いて傾斜角を測定することが可能になる。
【００７５】
尚、前記各実施の形態では、２つの光検出部１１１、１１４を用いた光学式測定装置１００を用いて三角測量法によって測定するように構成しているため、光源部１２５を、光検出部１１１、１１４とは位置関係が無関係な位置に設置できるという効果を奏するが、１つの光源部及び１つの光検出部を用いて三角測量法によって測定するように構成してもよい。この場合も、前記同様にして測定対象１３０の穴１３２の傾斜角を正確に測定することが可能になり又、各種の測定対象１３０についての長さに関する情報を測定することができる。
【００７６】
また、相互の相違を明確にした背景画像と測定対象部位画像を得るために、測定用光の強さ（振幅）を利用する方法、測定用光の位相を利用する方法、測定用光の波長（または周波数）を利用する方法がある。強さを利用する方法として、輝度差を利用する方法（例えば２値化法）がある。位相を利用する方法として、照射した測定用光と反して戻ってきた測定用光の位相差を利用する方法（例えば偏光法）がある。また、波長を利用する方法として、波長即ち、色情報を利用する方法がある。背景画像と測定対象画像の相違を明確にするためにはいずれの方法も用いることができるが、前述した実施の形態のように輝度差を利用する方法は構成が簡単で高精度である。
また、前記各実施の形態では、穴の例として貫通穴１３２の例で説明したが、有底穴にも適用可能である。
また、穴の形状は必ずしも円形に限られない。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
少なくとも測定対象に形成された穴の傾斜角測定を測定する傾斜角測定方法や光学式測定装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態に係る傾斜角測定方法に使用する光学式測定装置の平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光学式測定装置の左側面図である。
【図４】本発明の実施の形態における測定対象の斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態における測定動作の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態における傾斜角測定の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態における傾斜角測定の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態における傾斜角測定の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態における傾斜角測定の説明図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態における測定動作の説明図である。
【符号の説明】
【００７９】
１００・・・光学式測定装置
１０１・・・ケース本体
１０２・・・前面板
１０３〜１０５・・・窓部
１０６・・・第２光源部
１０７・・・発光素子
１０８・・・プロジェクタ
１０９・・・第１光源部
１１７・・・貫通穴
１１９〜１２１・・・光軸
１１０・・・ＬＥＤ
１１１、１１４・・・光検出部
１１２、１１５・・・受光レンズ
１１３、１１６・・・光検出素子
１１８・・・位置合わせ部材
１２５・・・光源部
１２６・・・制御部
１２７・・・記憶部
１３０・・・測定対象
１３１・・・測定対象表面
１３２・・・穴
１３３・・・角部
１３４・・・内側縁部
１３５・・・外側縁部
５０１・・・十字中心
５０２・・・第２測定用光
７０１・・・第１測定用光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の穴を含む領域の原画像データを取得する第１工程と、
前記測定対象の穴を含む領域に断面が面状の第１測定用光を照射した状態で、前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを取得する第２工程と、
前記測定対象の穴を含む領域に断面が複数の線状である第２測定用光を照射した状態で、前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得する第３工程と、
前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって、前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得する第４工程と、
前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって、前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得する第５工程と、
前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出し、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角を算出する第６工程とを備えて成ることを特徴とする傾斜角測定方法。
【請求項２】
前記第２測定用光は断面が線状で相互に直交する光ビームまたは断面が線状で所定間隔に配置された複数の平行な光ビームであり、前記第１測定用光は拡散光であることを特徴とする請求項１記載の傾斜角測定方法。
【請求項３】
断面が面状の第１測定用光を出力する第１光源部と、
断面が複数の線状である第２測定用光を出力する第２光源部と、
測定対象の穴を含む領域の原画像データを、前記測定対象の穴を含む領域に前記第１測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを、及び、前記測定対象の穴を含む領域に前記第２測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得する検出手段と、
前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得し、前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得し、前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出して、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角度を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする光学式測定装置。
【請求項４】
前記第２測定用光は断面が線状で相互に直交する光ビームであり、前記第１測定用光は拡散光であることを特徴とする請求項３記載の光学式測定装置。
【請求項５】
前記穴は円形であり、前記算出手段は、下記式に基づいて前記穴の傾斜角を算出することを特徴とする請求項４記載の光学式測定装置。
θX＝ｔａｎ−１（（Ｚ1−Ｚ2）／（Ｙ1−Ｙ2））
θY＝ｔａｎ−１（（Ｚ3−Ｚ4）／（Ｘ3−Ｘ4））
但し、θXはＸ軸周りの傾斜角、θYはＹ軸周りの傾斜角であり、又、Ｘ3、Ｘ4、Ｙ1、Ｙ2、Ｚ1〜Ｚ4は前記測定対象表面上の前記穴の周縁部と前記線状光との間の４つの交点Ｐ1〜Ｐ4の座標であり、又、Ｘ3、Ｘ4は２つの交点Ｐ3、Ｐ4のＸ座標であり、又、Ｙ1、Ｙ2は２つの交点Ｐ1、Ｐ2のＹ座標であり、又、Ｚ1〜Ｚ4は４つの交点Ｐ1〜Ｐ4のＺ座標である。
【請求項６】
前記第２測定用光は、断面が線状で所定間隔に配置された複数の平行な光ビームであり、前記第１測定用光は拡散光であることを特徴とする請求項３記載の光学式測定装置。
【請求項７】
前記穴は円形であり、前記算出手段は、下記式に基づいて前記穴の傾斜角を算出することを特徴とする請求項６記載の光学式測定装置。
θX＝ｔａｎ−１（（Ｚ6O−Ｚ1O）／（Ｙ6O−Ｙ1O））
θY＝ｔａｎ−１（（Ｚ4R−Ｚ4L）／（Ｘ4R−Ｘ4L））
但し、θXはＸ軸周りの傾斜角、θYはＹ軸周りの傾斜角であり、又、Ｙ10、Ｙ60、Ｚ10、Ｚ60は前記穴の両側に位置し前記穴と交差しない２つの線状光と前記穴の中心を通り前記２つの線状光に直交する線との交点のＹ座標及びＺ座標であり、又、Ｘ4R、Ｚ4R、X4L、Ｚ4Lは前記穴の差し渡しが最長の線状光と前記測定対象表面上の前記穴の周縁部との間の２つの交点のＸ座標、Ｚ座標である。
【請求項１】
測定対象の穴を含む領域の原画像データを取得する第１工程と、
前記測定対象の穴を含む領域に断面が面状の第１測定用光を照射した状態で、前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを取得する第２工程と、
前記測定対象の穴を含む領域に断面が複数の線状である第２測定用光を照射した状態で、前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得する第３工程と、
前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって、前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得する第４工程と、
前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって、前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得する第５工程と、
前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出し、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角を算出する第６工程とを備えて成ることを特徴とする傾斜角測定方法。
【請求項２】
前記第２測定用光は断面が線状で相互に直交する光ビームまたは断面が線状で所定間隔に配置された複数の平行な光ビームであり、前記第１測定用光は拡散光であることを特徴とする請求項１記載の傾斜角測定方法。
【請求項３】
断面が面状の第１測定用光を出力する第１光源部と、
断面が複数の線状である第２測定用光を出力する第２光源部と、
測定対象の穴を含む領域の原画像データを、前記測定対象の穴を含む領域に前記第１測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第１画像データを、及び、前記測定対象の穴を含む領域に前記第２測定用光を照射した状態で前記測定対象の穴を含む領域の第２画像データを取得する検出手段と、
前記第１画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第１測定用光に関する第３画像データを取得し、前記第２画像データと前記原画像データの差をとることによって前記穴を含む領域における前記第２測定用光に関する第４画像データを取得し、前記第３画像データにおける穴周縁部と前記第４画像データにおける前記第２測定用光との複数の交点の位置データを算出して、前記位置データを用いて前記穴の傾斜角度を算出する算出手段とを備えて成ることを特徴とする光学式測定装置。
【請求項４】
前記第２測定用光は断面が線状で相互に直交する光ビームであり、前記第１測定用光は拡散光であることを特徴とする請求項３記載の光学式測定装置。
【請求項５】
前記穴は円形であり、前記算出手段は、下記式に基づいて前記穴の傾斜角を算出することを特徴とする請求項４記載の光学式測定装置。
θX＝ｔａｎ−１（（Ｚ1−Ｚ2）／（Ｙ1−Ｙ2））
θY＝ｔａｎ−１（（Ｚ3−Ｚ4）／（Ｘ3−Ｘ4））
但し、θXはＸ軸周りの傾斜角、θYはＹ軸周りの傾斜角であり、又、Ｘ3、Ｘ4、Ｙ1、Ｙ2、Ｚ1〜Ｚ4は前記測定対象表面上の前記穴の周縁部と前記線状光との間の４つの交点Ｐ1〜Ｐ4の座標であり、又、Ｘ3、Ｘ4は２つの交点Ｐ3、Ｐ4のＸ座標であり、又、Ｙ1、Ｙ2は２つの交点Ｐ1、Ｐ2のＹ座標であり、又、Ｚ1〜Ｚ4は４つの交点Ｐ1〜Ｐ4のＺ座標である。
【請求項６】
前記第２測定用光は、断面が線状で所定間隔に配置された複数の平行な光ビームであり、前記第１測定用光は拡散光であることを特徴とする請求項３記載の光学式測定装置。
【請求項７】
前記穴は円形であり、前記算出手段は、下記式に基づいて前記穴の傾斜角を算出することを特徴とする請求項６記載の光学式測定装置。
θX＝ｔａｎ−１（（Ｚ6O−Ｚ1O）／（Ｙ6O−Ｙ1O））
θY＝ｔａｎ−１（（Ｚ4R−Ｚ4L）／（Ｘ4R−Ｘ4L））
但し、θXはＸ軸周りの傾斜角、θYはＹ軸周りの傾斜角であり、又、Ｙ10、Ｙ60、Ｚ10、Ｚ60は前記穴の両側に位置し前記穴と交差しない２つの線状光と前記穴の中心を通り前記２つの線状光に直交する線との交点のＹ座標及びＺ座標であり、又、Ｘ4R、Ｚ4R、X4L、Ｚ4Lは前記穴の差し渡しが最長の線状光と前記測定対象表面上の前記穴の周縁部との間の２つの交点のＸ座標、Ｚ座標である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１１７２４９（Ｐ２０１０−１１７２４９Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９０８５８（Ｐ２００８−２９０８５８）
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（３９１０３００７７）株式会社ソアテック (30)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１３日（２００８．１１．１３）
【出願人】（３９１０３００７７）株式会社ソアテック (30)
【Ｆターム（参考）】
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