專利名稱：探針觀察裝置、表面特性測(cè)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及探針觀察裝置、表面特性測(cè)定裝置。例如涉及用監(jiān)視器等觀察在被測(cè)定物表面特性測(cè)定中所使用的探針的探針觀察裝置等。
背景技術(shù)：
對(duì)被測(cè)定物表面進(jìn)行掃描來(lái)測(cè)定被測(cè)定物表面特性或立體形狀的表面特性測(cè)定裝置為人們所知，例如已知的有粗糙度測(cè)定機(jī)、輪廓形狀測(cè)定機(jī)、真圓度測(cè)定機(jī)、三維測(cè)定機(jī)等。這種表面特性測(cè)定裝置為了檢測(cè)被測(cè)定物表面而使用探針。并且，近年來(lái)由于被測(cè)定物變得精密以及要求有非常高的測(cè)定精度，所以探針變得非常細(xì)小。因此，用肉眼直接觀察探針變得困難。于是，在將探針對(duì)準(zhǔn)測(cè)定點(diǎn)位置時(shí)，要使用放大透鏡等將探針?lè)糯髞?lái)進(jìn)行觀察(例如參照特表平7-505958號(hào)公報(bào))。
例如在所述文獻(xiàn)中公開了一種測(cè)定裝置，其包括檢測(cè)被測(cè)定物表面的探針、對(duì)該探針進(jìn)行拍攝的攝像機(jī)、將攝像機(jī)所拍攝的圖像進(jìn)行顯示的監(jiān)視器。并且，探針和攝像機(jī)的至少任一個(gè)被設(shè)置成能夠轉(zhuǎn)動(dòng)或是能夠回轉(zhuǎn)，為了使探針進(jìn)入到攝像機(jī)的拍攝區(qū)域內(nèi)而能調(diào)整相互位置。該結(jié)構(gòu)為了使探針和測(cè)定點(diǎn)同時(shí)進(jìn)入到攝像機(jī)的視野內(nèi)而進(jìn)行調(diào)整，一邊觀看監(jiān)視器的顯示一邊使探針接近測(cè)定點(diǎn)。
在此，在探針?lè)浅＜?xì)小的情況下，為了將探針充分放大來(lái)進(jìn)行觀察，就必須增大攝像機(jī)所具備的放大透鏡的倍率。
但隨著放大透鏡倍率的增大則攝像機(jī)的視野變狹窄，而使得將探針調(diào)整到進(jìn)入攝像機(jī)的視野內(nèi)就變得非常困難。因此，為了使探針進(jìn)入到攝像機(jī)的視野內(nèi)而調(diào)整相互位置就需要時(shí)間，產(chǎn)生測(cè)定效率變差的問(wèn)題。另一方面，若使用放大倍率小的放大透鏡，則由于視野寬闊，所以當(dāng)然使探針進(jìn)入到攝像機(jī)視野內(nèi)的調(diào)整就變簡(jiǎn)單。但不能充分觀察到細(xì)小的探針。因此，不能使探針準(zhǔn)確地接近測(cè)定點(diǎn)，因此存在測(cè)定精度變低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供能夠以簡(jiǎn)單的操作而高精度地觀察探針的探針觀察裝置和表面特性測(cè)定裝置。
本發(fā)明的探針觀察裝置，其對(duì)用探針檢測(cè)被測(cè)定物表面而測(cè)定所述被測(cè)定物表面特性的測(cè)定裝置本體部的所述探針進(jìn)行拍攝，并且將該探針的圖像進(jìn)行顯示，其特征在于，包括攝像機(jī)構(gòu)，其對(duì)所述探針進(jìn)行拍攝；圖像處理部，其對(duì)由所述攝像機(jī)構(gòu)拍攝的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理；顯示機(jī)構(gòu)，其對(duì)由所述圖像處理部進(jìn)行了圖像處理的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示；以及操作機(jī)構(gòu)，其利用手動(dòng)操作將所述圖像處理部的圖像處理內(nèi)容進(jìn)行指令輸入，其中，所述圖像處理部具備圖像數(shù)據(jù)加工處理部，該圖像數(shù)據(jù)加工處理部根據(jù)由所述操作機(jī)構(gòu)輸入的指令或者從測(cè)定零件程序輸入的指令對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，通過(guò)由所述操作機(jī)構(gòu)輸入的指令或者從測(cè)定零件程序輸入的指令能夠操作探針圖像。
在這種結(jié)構(gòu)中，通過(guò)攝像機(jī)構(gòu)對(duì)探針進(jìn)行拍攝。這樣，由攝像機(jī)構(gòu)拍攝的圖像數(shù)據(jù)在圖像處理部被進(jìn)行圖像處理。圖像處理部中的圖像處理是根據(jù)由操作機(jī)構(gòu)輸入的指令或者從測(cè)定零件程序輸入的指令來(lái)進(jìn)行的。作為圖像處理，例如能舉出僅將圖像的一部分進(jìn)行放大的數(shù)字變焦處理等的例子。進(jìn)行了圖像處理的圖像數(shù)據(jù)由顯示機(jī)構(gòu)進(jìn)行顯示。通過(guò)該顯示機(jī)構(gòu)所顯示的圖像來(lái)觀察探針。例如，即使是細(xì)小的探針，也利用數(shù)字變焦處理進(jìn)行放大等而進(jìn)行顯示，所以用戶能夠清楚地觀察探針。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑴臄z的圖像數(shù)據(jù)利用圖像數(shù)據(jù)加工處理部進(jìn)行圖像處理。因此，通過(guò)將探針的圖像進(jìn)行放大處理等，能夠在顯示機(jī)構(gòu)中清楚地顯示探針的圖像。由于通過(guò)顯示機(jī)構(gòu)的顯示能清楚地觀察到探針，所以例如能使探針準(zhǔn)確地接近測(cè)定點(diǎn)。
此外，由于通過(guò)由圖像數(shù)據(jù)加工處理部進(jìn)行的圖像處理而能例如將探針?lè)糯箫@示，所以能減小攝像機(jī)構(gòu)自身具有的透鏡系統(tǒng)的倍率。這種低倍率的透鏡系統(tǒng)與高倍率的透鏡的情況相比攝像機(jī)構(gòu)的視野寬闊。由于攝像機(jī)構(gòu)的視野寬闊，所以只要將透鏡的方向朝向探針的方向就能容易地使探針進(jìn)入到視野內(nèi)。因此，不需要為了使探針進(jìn)入到攝像機(jī)構(gòu)的視野內(nèi)而對(duì)探針與攝像機(jī)構(gòu)相互的相對(duì)位置進(jìn)行微調(diào)整。因此，能將測(cè)定步驟簡(jiǎn)化而提高測(cè)定效率。
其中，所謂的測(cè)定零件程序是指為了按照預(yù)先設(shè)定的測(cè)定步驟來(lái)執(zhí)行測(cè)定動(dòng)作而組合的程序，通過(guò)該程序來(lái)執(zhí)行探針向測(cè)定點(diǎn)的移動(dòng)、圖像的放大縮小、圖像數(shù)據(jù)的采樣等。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是所述攝像機(jī)構(gòu)具有將所述探針的像以100倍以下的倍率進(jìn)行放大的透鏡系統(tǒng)。
在這種結(jié)構(gòu)中，由于只要透鏡系統(tǒng)是100倍以下，則與高倍率透鏡相比攝像機(jī)構(gòu)的視野寬闊，所以只要將透鏡的方向朝向探針的方向就能容易地使探針進(jìn)入到視野內(nèi)。因此，不需要為了使探針進(jìn)入到攝像機(jī)構(gòu)的視野內(nèi)而對(duì)探針與攝像機(jī)構(gòu)相互的相對(duì)位置進(jìn)行微調(diào)整，從而能夠?qū)y(cè)定步驟簡(jiǎn)化而提高測(cè)定效率。
具體說(shuō)就是可以將透鏡倍率設(shè)定在2倍～4倍，將數(shù)字變焦處理等的圖像處理的倍率設(shè)定在20倍左右，總計(jì)設(shè)定為40倍～80倍左右。
本發(fā)明優(yōu)選的是具備使所述攝像機(jī)構(gòu)沿正交的三個(gè)軸X軸、Y軸、Z軸方向進(jìn)行移動(dòng)的三軸正交驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
在這種結(jié)構(gòu)中，通過(guò)三軸正交驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)而使攝像機(jī)構(gòu)沿X軸、Y軸、Z軸方向進(jìn)行移動(dòng)，能使探針進(jìn)入到攝像機(jī)構(gòu)的視野內(nèi)。
在此，在攝像機(jī)構(gòu)的透鏡倍率是低倍的情況下，由于透鏡的視野寬闊，所以只要通過(guò)三軸正交驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)粗略地使攝像機(jī)構(gòu)移動(dòng)就能使探針進(jìn)入到攝像機(jī)構(gòu)的視野內(nèi)。且由于能夠用圖像數(shù)據(jù)加工處理部進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的處理，所以不一定需要將探針調(diào)整到視野的中央，因此，三軸正交驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的攝像機(jī)構(gòu)的位置調(diào)整簡(jiǎn)單，測(cè)定步驟簡(jiǎn)化而提高測(cè)定效率。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是所述攝像機(jī)構(gòu)被設(shè)置成在使所述探針進(jìn)入到視野內(nèi)的狀態(tài)下相對(duì)于所述探針的相對(duì)位置被固定的狀態(tài)。
在此，所謂將攝像機(jī)構(gòu)設(shè)置成使攝像機(jī)構(gòu)與探針的相對(duì)位置固定的狀態(tài)，例如可以舉出如下的例子，即，在測(cè)定裝置本體部具備用于安裝固定探針的探針安裝部的情況下，將探針安裝在該探針安裝部上，進(jìn)而將攝像機(jī)構(gòu)也安裝固定在探針安裝部上。
此外，作為透鏡系統(tǒng)的倍率只要是比較低的倍率便可，可以是15倍、10倍、5倍等。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于不需要為了使探針進(jìn)入到攝像機(jī)構(gòu)的視野內(nèi)而對(duì)探針與攝像機(jī)構(gòu)相互的相對(duì)位置進(jìn)行微調(diào)整，所以能將測(cè)定步驟簡(jiǎn)化而提高測(cè)定效率。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是所述操作機(jī)構(gòu)能夠輸入將所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上的規(guī)定區(qū)域作為選擇區(qū)域進(jìn)行選擇的區(qū)域選擇指令、以及在所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上使所述選擇區(qū)域移動(dòng)到規(guī)定位置的移動(dòng)指令，所述圖像數(shù)據(jù)加工處理部具備選擇區(qū)域識(shí)別部，其對(duì)利用所述區(qū)域選擇指令所選擇的所述選擇區(qū)域進(jìn)行識(shí)別并且從圖像數(shù)據(jù)中提取所述選擇區(qū)域；以及區(qū)域移動(dòng)處理部，其在所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上使所述選擇區(qū)域移動(dòng)到與所述移動(dòng)指令對(duì)應(yīng)的位置上。
在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)利用操作機(jī)構(gòu)輸入指令時(shí)，則在圖像數(shù)據(jù)加工處理部按照輸入的指令進(jìn)行圖像處理。例如，在探針位于攝像機(jī)構(gòu)視野的角上時(shí)，則利用操作機(jī)構(gòu)輸入作為顯示畫面上的規(guī)定區(qū)域選擇包含探針的規(guī)定區(qū)域的區(qū)域選擇指令。然后，由選擇區(qū)域識(shí)別部來(lái)識(shí)別利用操作機(jī)構(gòu)選擇的區(qū)域，并從由攝像機(jī)構(gòu)取得的圖像數(shù)據(jù)中提取該選擇區(qū)域部分。進(jìn)而，利用操作機(jī)構(gòu)輸入使選擇區(qū)域向規(guī)定位置例如顯示畫面的中央移動(dòng)的指令。于是，通過(guò)區(qū)域移動(dòng)處理部使選擇區(qū)域移動(dòng)到與移動(dòng)指令對(duì)應(yīng)的位置。通過(guò)選擇區(qū)域被移動(dòng)，在顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上，就使探針被顯示在畫面中央。由于通過(guò)被顯示在顯示畫面中央的探針圖像，則用戶能清楚地觀察到探針，所以例如能使探針準(zhǔn)確地向測(cè)定點(diǎn)接近。此外，由于能在顯示畫面上選擇區(qū)域并將該選擇區(qū)域例如向顯示畫面的中央等移動(dòng)，所以實(shí)際上不需要為了使探針位于攝像機(jī)構(gòu)的視野中央而對(duì)探針與攝像機(jī)構(gòu)的相對(duì)位置進(jìn)行調(diào)整，能將測(cè)定步驟簡(jiǎn)化而提高測(cè)定效率。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是所述操作機(jī)構(gòu)能夠輸入將所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上的規(guī)定區(qū)域作為選擇區(qū)域進(jìn)行選擇的區(qū)域選擇指令、以及在所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上使所述選擇區(qū)域放大成規(guī)定大小的放大指令，所述圖像數(shù)據(jù)加工處理部具備選擇區(qū)域識(shí)別部，其對(duì)利用所述操作機(jī)構(gòu)所選擇的所述選擇區(qū)域進(jìn)行識(shí)別并且從圖像數(shù)據(jù)中提取選擇區(qū)域；以及區(qū)域放大處理部，其在所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上將所述選擇區(qū)域放大成與所述放大指令對(duì)應(yīng)的大小。
在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)利用操作機(jī)構(gòu)輸入指令時(shí)，則在圖像數(shù)據(jù)加工處理部就按照輸入的指令進(jìn)行圖像處理。例如，利用操作機(jī)構(gòu)輸入作為顯示畫面上的規(guī)定區(qū)域選擇包含探針的規(guī)定區(qū)域的區(qū)域選擇指令。這樣，將由操作機(jī)構(gòu)選擇的區(qū)域利用選擇區(qū)域識(shí)別部進(jìn)行識(shí)別，并從由攝像機(jī)構(gòu)取得的圖像數(shù)據(jù)中提取該選擇區(qū)域部分。進(jìn)而，利用操作機(jī)構(gòu)輸入將選擇區(qū)域放大成規(guī)定大小的放大指令。這樣，由區(qū)域放大處理部將選擇區(qū)域放大成與放大指令對(duì)應(yīng)的大小。
通過(guò)選擇區(qū)域被放大，就使探針在顯示機(jī)構(gòu)顯示畫面上被放大顯示。由于僅通過(guò)觀看在顯示畫面上被放大顯示的探針圖像，用戶就能清楚地觀察到探針，所以例如能使探針準(zhǔn)確地向測(cè)定點(diǎn)接近。此外，由于能在顯示畫面上選擇區(qū)域并將該選擇區(qū)域放大，所以攝像機(jī)構(gòu)自身具有的透鏡系統(tǒng)的倍率是低倍率便可，通過(guò)將透鏡系統(tǒng)的倍率設(shè)定成低倍率，而使攝像機(jī)構(gòu)的視野變寬闊，使探針進(jìn)入到視野內(nèi)變得容易。
進(jìn)而，若視野寬闊，則由于即使將攝像機(jī)構(gòu)朝向探針?lè)较蚬潭ǎ材苁固结樳M(jìn)入到視野內(nèi)，所以不需要進(jìn)行探針與攝像機(jī)構(gòu)的位置調(diào)整，能將測(cè)定步驟簡(jiǎn)化而提高測(cè)定效率。此外，由于最初倍率小而使探針整體和被測(cè)定物整體都顯示在顯示畫面上，并且能夠逐漸地將測(cè)定點(diǎn)周邊取出并進(jìn)行放大，所以使探針向測(cè)定點(diǎn)接近的操作性好。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是所述圖像數(shù)據(jù)加工處理部具備選擇區(qū)域識(shí)別部，其對(duì)包含預(yù)先設(shè)定的測(cè)定點(diǎn)和所述探針的區(qū)域進(jìn)行識(shí)別并且從圖像數(shù)據(jù)中提取識(shí)別的區(qū)域；區(qū)域放大處理部，其在所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上，將由所述選擇區(qū)域識(shí)別部提取的區(qū)域以根據(jù)所述測(cè)定點(diǎn)與所述探針的距離預(yù)先設(shè)定的放大率進(jìn)行放大。
例如也可以預(yù)先輸入測(cè)定點(diǎn)的坐標(biāo)，在探針接近該測(cè)定點(diǎn)時(shí)則自動(dòng)地放大測(cè)定點(diǎn)。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，使用戶的操作變得非常簡(jiǎn)便。
本發(fā)明的表面特性測(cè)定裝置包括所述探針觀察裝置和具有探針的測(cè)定裝置本體部。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于通過(guò)顯示機(jī)構(gòu)所顯示的探針圖像能清楚地觀察到探針，所以例如能使探針準(zhǔn)確地接近測(cè)定部位。其結(jié)果，能制成測(cè)定精度高的表面特性測(cè)定裝置。
此外，由于不需要對(duì)探針與攝像機(jī)構(gòu)的相互位置進(jìn)行調(diào)整，所以能夠制成將測(cè)定步驟簡(jiǎn)化而測(cè)定效率高的表面特性測(cè)定裝置。


圖1是表示表面特性測(cè)定裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖；圖2是表示由攝像機(jī)對(duì)探針進(jìn)行拍攝狀態(tài)的圖；圖3是表示中央控制部的結(jié)構(gòu)的圖；圖4是表示由攝像機(jī)拍攝的探針的接觸部被顯示在監(jiān)視器上的狀態(tài)的圖；圖5是表示使探針圖像向監(jiān)視器畫面中央移動(dòng)的狀態(tài)的圖；圖6是表示將探針圖像在監(jiān)視器畫面上進(jìn)行放大情況的圖；圖7是表示將探針圖像在監(jiān)視器畫面上進(jìn)行放大顯示的狀態(tài)的圖。
具體實(shí)施例方式
以下圖示本發(fā)明實(shí)施例并且參照對(duì)圖中的各要素附加的標(biāo)號(hào)進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是表示表面特性測(cè)定裝置100整體結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示由攝像機(jī)230對(duì)探針210進(jìn)行拍攝的狀態(tài)的圖。
表面特性測(cè)定裝置100包括測(cè)定裝置本體部200，其具有能夠三維移動(dòng)的探針210和觀察該探針210的攝像機(jī)(攝像機(jī)構(gòu))230；中央控制部300，其進(jìn)行測(cè)定裝置本體部200的動(dòng)作控制和由攝像機(jī)230拍攝的圖像數(shù)據(jù)的圖像處理；監(jiān)視器(顯示機(jī)構(gòu))400，其顯示測(cè)定數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)；以及鼠標(biāo)(操作機(jī)構(gòu))500，其用于用戶手動(dòng)操作來(lái)輸入動(dòng)作指令。
測(cè)定裝置本體部200包括探針210、作為使該探針210沿被測(cè)定物表面三維移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)的三維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)220、觀察探針210的攝像機(jī)230。
作為探針210，例如可以舉出加振型接觸式探針210的例子，其中，使前端具有接觸部212的觸針211在軸向上恒定振動(dòng)，并且檢測(cè)接觸部212與被測(cè)定物表面抵接時(shí)的觸針211的振動(dòng)變化?？梢允窃谑乖摷诱裥徒佑|式探針210的接觸部212與被測(cè)定物表面抵接時(shí)的測(cè)定力為恒定的狀態(tài)下依照被測(cè)定物表面進(jìn)行掃描?；蛘咭部梢允窃谑辜诱裥徒佑|式探針210的接觸部212接觸到被測(cè)定物表面后使其離開而進(jìn)行觸碰測(cè)定。
三維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)220可以利用現(xiàn)有的三維測(cè)定裝置中使用的具備X、Y、Z方向滑動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。具體說(shuō)就是三維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)220具備豎立設(shè)置的門形框架221，其能相對(duì)于載物臺(tái)240前后(Y方向)地滑動(dòng)移動(dòng)；Z立柱223，其被設(shè)置成能沿該門形框架221的梁部222左右(X方向)地滑動(dòng)移動(dòng)；Z心軸224，其被設(shè)置成能在該Z立柱223內(nèi)部上下(Z方向)地滑動(dòng)移動(dòng)。也可以利用使門形框架221固定而使載物臺(tái)240的上表面部前后(Y方向)地滑動(dòng)移動(dòng)的結(jié)構(gòu)。
在該Z心軸224的下端設(shè)置探針210和攝像機(jī)230。即，該Z心軸224的下端是探針安裝部。此外，在三維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)220的各軸上設(shè)置有檢測(cè)驅(qū)動(dòng)量的編碼器225(參照?qǐng)D3)。
攝像機(jī)(攝像機(jī)構(gòu))230具備未圖示的光學(xué)系統(tǒng)。
光學(xué)系統(tǒng)由物鏡等的透鏡光學(xué)系統(tǒng)和CCD等的攝像光學(xué)系統(tǒng)所構(gòu)成。
攝像機(jī)230設(shè)置在Z心軸224的下端。攝像機(jī)230的朝向能進(jìn)行調(diào)整以使探針210進(jìn)入到視野內(nèi)，在調(diào)整成探針210的接觸部212進(jìn)入到了視野內(nèi)的朝向的狀態(tài)時(shí)通常是被固定的。并且，使用的是即使不調(diào)整攝像機(jī)230的朝向或是探針210的位置也能使探針210的接觸部212充分進(jìn)入到視野內(nèi)的程度的低倍率的物鏡。作為物鏡的倍率例如是3倍～20倍左右。
圖3是表示中央控制部的結(jié)構(gòu)的圖。
中央控制部300包括測(cè)定動(dòng)作控制部310，其通過(guò)三維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)220的動(dòng)作控制而控制測(cè)定動(dòng)作；形狀分析部320，其根據(jù)編碼器225的檢測(cè)結(jié)果來(lái)計(jì)算被測(cè)定物表面的特性；圖像處理部330，其將由攝像機(jī)230拍攝的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理；數(shù)據(jù)輸出部360，其將測(cè)定數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出處理；以及中央處理裝置(CPU)370，其進(jìn)行中央控制部整體的動(dòng)作控制。
測(cè)定動(dòng)作控制部310對(duì)三維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)220的門形框架221、Z立柱223和Z心軸224的驅(qū)動(dòng)量進(jìn)行控制。具體說(shuō)，測(cè)定動(dòng)作控制部310進(jìn)行三維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)220的動(dòng)作控制，以使得在使探針210與被測(cè)定物表面抵接的狀態(tài)下由探針210依照被測(cè)定物表面進(jìn)行掃描。此外，測(cè)定動(dòng)作控制部310使編碼器225對(duì)探針210的位移量以規(guī)定的采樣間距進(jìn)行采樣。采樣結(jié)果被輸出到形狀分析部320。
形狀分析部320根據(jù)由編碼器225檢測(cè)出的探針210的位移量來(lái)求出被測(cè)定物的表面形狀。求出的被測(cè)定物的表面形狀數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)輸出部360而被顯示在監(jiān)視器400上。
圖像處理部330包括圖像取入部340，其取入并緩存由攝像機(jī)230拍攝的圖像數(shù)據(jù)；以及圖像數(shù)據(jù)加工處理部350，其將由圖像取入部340取入的圖像數(shù)據(jù)按照用戶的指令進(jìn)行加工。
圖像取入部340在來(lái)自攝像機(jī)230的圖像信號(hào)是數(shù)字信號(hào)時(shí)，則原樣地作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，但在來(lái)自攝像機(jī)230的圖像信號(hào)是模擬信號(hào)時(shí)，則進(jìn)行數(shù)字變換并作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。圖像數(shù)據(jù)加工處理部350包括選擇區(qū)域識(shí)別部351、區(qū)域移動(dòng)處理部352和區(qū)域放大處理部353。關(guān)于這些各部的動(dòng)作參照?qǐng)D4到圖7的監(jiān)視器畫面例在后面敘述。
在此，由攝像機(jī)230、圖像處理部330、監(jiān)視器400和鼠標(biāo)500構(gòu)成探針觀察裝置。
下面說(shuō)明利用具備這種結(jié)構(gòu)的表面特性測(cè)定裝置100來(lái)測(cè)定被測(cè)定物的動(dòng)作。
首先，將被測(cè)定物設(shè)置在載物臺(tái)240上，使探針210的接觸部212與被測(cè)定物的測(cè)定部位抵接。在此，使探針210的接觸部212接近測(cè)定部位，一邊觀看監(jiān)視器400的顯示一邊進(jìn)行探針位置的調(diào)整。
由于攝像機(jī)230在探針210的接觸部212進(jìn)入到視野內(nèi)的狀態(tài)下被固定，所以通過(guò)攝像機(jī)230對(duì)探針210的接觸部212進(jìn)行拍攝。
拍攝的圖像數(shù)據(jù)被圖像取入部340取入并作為數(shù)字圖像信號(hào)被暫時(shí)緩存。然后，圖像數(shù)據(jù)從圖像取入部340通過(guò)數(shù)據(jù)輸出部360向監(jiān)視器400輸出，并在監(jiān)視器400上顯示出探針210的接觸部212。
在此，為了使探針210的接觸部212進(jìn)入到視野內(nèi)而設(shè)定了攝像機(jī)230的朝向，但并不一定限定接觸部212位于攝像機(jī)視野的中央。
圖4是表示由攝像機(jī)230拍攝的探針210的接觸部212被顯示在監(jiān)視器400上狀態(tài)的圖。
例如圖4所示，也有可能出現(xiàn)探針210的接觸部212位于攝像機(jī)視野的角上的情況。這時(shí)，為了使探針210的接觸部212顯示在監(jiān)視器畫面的大致中央?yún)^(qū)域，用戶發(fā)出指令進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的加工處理。
在進(jìn)行該圖像數(shù)據(jù)的加工處理時(shí)，首先，用戶選擇想移動(dòng)到顯示畫面中央的區(qū)域。例如圖4所示，操作鼠標(biāo)500并利用顯示畫面上的鼠標(biāo)指示符來(lái)包圍并選擇區(qū)域。
當(dāng)這樣地進(jìn)行了區(qū)域的選擇操作后，則由選擇區(qū)域識(shí)別部351來(lái)識(shí)別被選擇的區(qū)域。然后，選擇區(qū)域識(shí)別部351將圖像數(shù)據(jù)中的選擇區(qū)域提取出來(lái)并作為另一幀的圖像數(shù)據(jù)，并且使包圍選擇區(qū)域401的包圍線402顯示在監(jiān)視器上。
接著，為了將所選擇的區(qū)域移動(dòng)到監(jiān)視器顯示畫面的大致中央，則用戶在畫面上將選擇區(qū)域401向畫面的大致中央拖動(dòng)。
例如，利用鼠標(biāo)500來(lái)拖動(dòng)選擇區(qū)域401。
當(dāng)這樣為了移動(dòng)選擇區(qū)域而進(jìn)行拖動(dòng)選擇區(qū)域401的操作時(shí)，則區(qū)域移動(dòng)處理部352就配合拖動(dòng)操作而使選擇區(qū)域401移動(dòng)。于是，如圖5所示，選擇區(qū)域401在畫面中央作為另外的窗口403被顯示。由于在該窗口403內(nèi)顯示了探針210的接觸部212，所以用戶則在顯示畫面中一邊看探針210的接觸部212一邊使接觸部212向測(cè)定部位接近。
此外，由于攝像機(jī)230的物鏡是即使不進(jìn)行位置調(diào)整也能將探針210的接觸部212捕捉到視野內(nèi)的程度的低倍率透鏡，所以在顯示畫面上確認(rèn)探針210的接觸部212，并不局限于足夠的放大率。例如如圖6所示，也有探針210的接觸部212未被足夠放大的情況。
這時(shí)為了使探針210的接觸部212在監(jiān)視器畫面上被放大，則用戶指令進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的加工處理。即，用戶將想放大的區(qū)域包圍而進(jìn)行選擇。
該選擇區(qū)域401由選擇區(qū)域識(shí)別部351進(jìn)行識(shí)別。用戶在顯示畫面上牽引(拖動(dòng))選擇區(qū)域401的角以放大選擇區(qū)域401。當(dāng)這樣為了放大選擇區(qū)域401而進(jìn)行拖動(dòng)選擇區(qū)域401的角的操作時(shí)，則區(qū)域放大處理部353就配合拖動(dòng)操作而使選擇區(qū)域401放大。于是如圖7所示，選擇區(qū)域401被放大并作為另外的窗口404被顯示。
用戶則在該窗口404內(nèi)一邊觀看被放大的探針210的接觸部212一邊使接觸部212向測(cè)定部位接近。
通過(guò)上述的操作，使探針210的接觸部212接近測(cè)定部位后，執(zhí)行由測(cè)定動(dòng)作控制部310進(jìn)行的測(cè)定動(dòng)作。即，三維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)220被測(cè)定動(dòng)作控制部310控制驅(qū)動(dòng)，而使探針接觸部212以恒定的測(cè)定力一邊與被測(cè)定物表面抵接，一邊按照被測(cè)定物表面進(jìn)行掃描。這時(shí)的探針位移由設(shè)置在三維驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)220的各軸上的編碼器225進(jìn)行檢測(cè)。該檢測(cè)值由形狀分析部320進(jìn)行分析，并且分析結(jié)果被顯示在監(jiān)視器400上。
具備這種結(jié)構(gòu)的本實(shí)施例具有下面的效果。
(1)由于能夠?qū)⒂蓴z像機(jī)230拍攝的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)圖像數(shù)據(jù)加工處理部350進(jìn)行圖像處理，因此通過(guò)將探針210的圖像進(jìn)行放大處理等而能在監(jiān)視器400上清楚地顯示探針210的圖像。因此，用戶僅觀看監(jiān)視器400的顯示就能清楚地觀察到探針210，從而能夠使探針210準(zhǔn)確地接近測(cè)定點(diǎn)。
(2)由于通過(guò)由圖像數(shù)據(jù)加工處理部350進(jìn)行的圖像處理而調(diào)整監(jiān)視器400的顯示，而使探針210放大顯示等，所以能夠減小攝像機(jī)自身具有的透鏡系統(tǒng)的倍率。通過(guò)低倍率的透鏡系統(tǒng)擴(kuò)展了攝像機(jī)230的視野，而能使探針210容易地進(jìn)入到攝像機(jī)視野內(nèi)。
因此，不需要為了使探針210進(jìn)入到攝像機(jī)230的視野內(nèi)而將探針210與攝像機(jī)230相互的相對(duì)位置進(jìn)行微調(diào)整。因此，操作簡(jiǎn)便而能將測(cè)定步驟簡(jiǎn)化，從而提高測(cè)定效率。
(3)通過(guò)鼠標(biāo)500輸入移動(dòng)指令的操作，能夠使探針210顯示到顯示畫面的中央。這時(shí)，由于實(shí)際上不需要為了使探針210進(jìn)入到攝像機(jī)230的視野中央位置而調(diào)整探針210與攝像機(jī)230的相對(duì)位置，而僅操作鼠標(biāo)500便可，所以能將測(cè)定步驟簡(jiǎn)化，從而提高測(cè)定效率。
(4)通過(guò)利用鼠標(biāo)500輸入放大指令，能夠?qū)⑻结?10在監(jiān)視器400上進(jìn)行放大顯示。因此，攝像機(jī)自身具有的透鏡系統(tǒng)倍率是低倍率也可，由于將透鏡系統(tǒng)倍率設(shè)定成低倍率，則擴(kuò)展了攝像機(jī)230的視野，而能使探針210容易地進(jìn)入到視野內(nèi)。進(jìn)而，如果視野寬闊，則由于即使將攝像機(jī)230朝向探針210的方向固定，也能夠使探針210進(jìn)入到視野內(nèi)，所以不需要進(jìn)行探針210與攝像機(jī)230的位置調(diào)整，從而能夠?qū)y(cè)定步驟簡(jiǎn)化而提高測(cè)定效率。
另外，本發(fā)明并不限定于上述的實(shí)施例，在能達(dá)到本發(fā)明目的的范圍內(nèi)，所進(jìn)行的變形和改良等被包含在本發(fā)明內(nèi)。
作為探針210只要是能抵接或是接近被測(cè)定物的測(cè)定點(diǎn)而檢測(cè)被測(cè)定物表面的結(jié)構(gòu)便可。例如，除了加振型接觸式探針210之外，也可以是通過(guò)將觸針211能夠三維微小位移地進(jìn)行支承并且將觸針211的微小位移保持恒定而使測(cè)定力恒定的進(jìn)行仿形測(cè)定的仿形探針。或者，也可以是以非接觸方式檢測(cè)被測(cè)定物表面的非接觸式探針。作為非接觸式探針，可以舉出在AFM(原子間力顯微鏡)中利用的檢測(cè)通道電流的感測(cè)柄或靜電電容式探針等的例子。
作為圖像數(shù)據(jù)加工處理，除了移動(dòng)、放大縮小、旋轉(zhuǎn)、畸變校正等的幾何的加工處理之外，也可以具備對(duì)比度調(diào)整、銳化和邊緣提取等的過(guò)濾等的功能。
雖然以如下的例子進(jìn)行了說(shuō)明，即，在將探針210的接觸部212顯示在畫面中央時(shí)，在通過(guò)鼠標(biāo)500的操作選擇區(qū)域后，將選擇區(qū)域拖動(dòng)到規(guī)定位置的例子，但除此之外，例如也可以是為了在顯示畫面上顯示探針210的接觸部位置，通過(guò)用戶在畫面上將鼠標(biāo)指示符對(duì)準(zhǔn)探針210的接觸部212進(jìn)行點(diǎn)擊，圖像處理部330自動(dòng)地在顯示畫面上識(shí)別探針接觸部212的位置，并使包含探針接觸部212的規(guī)定面積的區(qū)域向監(jiān)視器畫面的大致中央移動(dòng)。
在上述實(shí)施例中說(shuō)明了通過(guò)用戶選擇區(qū)域，進(jìn)而進(jìn)行放大顯示的指示來(lái)將測(cè)定點(diǎn)放大顯示的情況，但例如也可以是預(yù)先輸入測(cè)定點(diǎn)的坐標(biāo)，在探針靠近該測(cè)定點(diǎn)時(shí)自動(dòng)地將測(cè)定點(diǎn)放大。
作為操作機(jī)構(gòu)是以鼠標(biāo)500的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明，但例如也可以是鍵盤，只要是能將圖像處理的指令輸入到圖像數(shù)據(jù)加工處理部的機(jī)構(gòu)便可。如果是鍵盤，則可以利用坐標(biāo)值的輸入對(duì)區(qū)域的選擇或選擇區(qū)域的移動(dòng)目的地進(jìn)行指令，或是輸入數(shù)字而指令選擇區(qū)域的放大率。
攝像機(jī)(攝像機(jī)構(gòu))的透鏡系統(tǒng)倍率也可以是可變的。
攝像機(jī)也可以設(shè)置在門形框架或是載物臺(tái)上。
進(jìn)而，上述實(shí)施例中對(duì)攝像機(jī)被固定的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但攝像機(jī)例如也可以通過(guò)三軸正交驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)而在正交的三軸X軸、Y軸、Z軸方向上移動(dòng)。
此外，監(jiān)視器中也可以顯示光標(biāo)(例如十字光標(biāo))。
并且，也可以將該光標(biāo)作為基準(zhǔn)來(lái)調(diào)整探針的姿態(tài)(垂直姿態(tài)、水平姿態(tài))。
進(jìn)而，也可以將監(jiān)視器配置在遠(yuǎn)離測(cè)定裝置本體部的位置上，并能遠(yuǎn)距離操作測(cè)定裝置本體部而進(jìn)行遠(yuǎn)距離測(cè)定。
權(quán)利要求
1.一種探針觀察裝置，其對(duì)用探針檢測(cè)被測(cè)定物表面而測(cè)定所述被測(cè)定物表面特性的測(cè)定裝置本體部的所述探針進(jìn)行拍攝，并且將該探針的圖像進(jìn)行顯示，其特征在于，包括攝像機(jī)構(gòu)，其對(duì)所述探針進(jìn)行拍攝；圖像處理部，其對(duì)由所述攝像機(jī)構(gòu)拍攝的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理；顯示機(jī)構(gòu)，其對(duì)由所述圖像處理部進(jìn)行了圖像處理的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示；以及操作機(jī)構(gòu)，其利用手動(dòng)操作將所述圖像處理部的圖像處理內(nèi)容進(jìn)行指令輸入，其中，所述圖像處理部具備圖像數(shù)據(jù)加工處理部，該圖像數(shù)據(jù)加工處理部根據(jù)由所述操作機(jī)構(gòu)輸入的指令或者從測(cè)定零件程序輸入的指令對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，通過(guò)由所述操作機(jī)構(gòu)輸入的指令或者從測(cè)定零件程序輸入的指令能夠操作探針圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的探針觀察裝置，其特征在于，所述攝像機(jī)構(gòu)具有將所述探針的像以100倍以下的倍率進(jìn)行放大的透鏡系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的探針觀察裝置，其特征在于，具備使所述攝像機(jī)構(gòu)沿正交的三個(gè)軸X軸、Y軸、Z軸方向進(jìn)行移動(dòng)的三軸正交驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的探針觀察裝置，其特征在于，所述攝像機(jī)構(gòu)設(shè)置成，在使所述探針進(jìn)入到視野內(nèi)的狀態(tài)下相對(duì)于所述探針的相對(duì)位置被固定的狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求1到權(quán)利要求4的任一項(xiàng)所述的探針觀察裝置，其特征在于，所述操作機(jī)構(gòu)能夠輸入將所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上的規(guī)定區(qū)域作為選擇區(qū)域進(jìn)行選擇的區(qū)域選擇指令、以及在所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上使所述選擇區(qū)域移動(dòng)到規(guī)定位置的移動(dòng)指令，所述圖像數(shù)據(jù)加工處理部具備選擇區(qū)域識(shí)別部，其對(duì)利用所述區(qū)域選擇指令所選擇的所述選擇區(qū)域進(jìn)行識(shí)別并且從圖像數(shù)據(jù)中提取所述選擇區(qū)域；以及區(qū)域移動(dòng)處理部，其在所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上使所述選擇區(qū)域移動(dòng)到與所述移動(dòng)指令對(duì)應(yīng)的位置上。
6.如權(quán)利要求1到權(quán)利要求4的任一項(xiàng)所述的探針觀察裝置，其特征在于，所述操作機(jī)構(gòu)能夠輸入將所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上的規(guī)定區(qū)域作為選擇區(qū)域進(jìn)行選擇的區(qū)域選擇指令、以及在所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上使所述選擇區(qū)域放大成規(guī)定大小的放大指令，所述圖像數(shù)據(jù)加工處理部具備選擇區(qū)域識(shí)別部，其對(duì)利用所述操作機(jī)構(gòu)所選擇的所述選擇區(qū)域進(jìn)行識(shí)別并且從圖像數(shù)據(jù)中提取選擇區(qū)域；以及區(qū)域放大處理部，其在所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上將所述選擇區(qū)域放大成與所述放大指令對(duì)應(yīng)的大小。
7.如權(quán)利要求1到權(quán)利要求4的任一項(xiàng)所述的探針觀察裝置，其特征在于，所述圖像數(shù)據(jù)加工處理部具備選擇區(qū)域識(shí)別部，其對(duì)包含預(yù)先設(shè)定的測(cè)定點(diǎn)和所述探針的區(qū)域進(jìn)行識(shí)別并且從圖像數(shù)據(jù)中提取識(shí)別的區(qū)域；區(qū)域放大處理部，其在所述顯示機(jī)構(gòu)的顯示畫面上，將由所述選擇區(qū)域識(shí)別部提取的區(qū)域以根據(jù)所述測(cè)定點(diǎn)與所述探針的距離預(yù)先設(shè)定的放大率進(jìn)行放大。
8.一種表面特性測(cè)定裝置，其特征在于，具備權(quán)利要求1到權(quán)利要求7的任一項(xiàng)所述的探針觀察裝置；以及具有探針的測(cè)定裝置本體部。
全文摘要
本發(fā)明涉及探針觀察裝置、表面特性測(cè)定裝置。該探針觀察裝置和表面特性測(cè)定裝置包括對(duì)探針(210)進(jìn)行拍攝的攝像機(jī)(230)、將由攝像機(jī)(230)取得的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理的圖像處理部(330)、將由圖像處理部(330)進(jìn)行了圖像處理的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示的監(jiān)視器(400)、以及用手動(dòng)操作將圖像處理內(nèi)容進(jìn)行指令輸入的鼠標(biāo)(500)。圖像處理部(330)具備根據(jù)鼠標(biāo)輸入的指令而將圖像數(shù)據(jù)加工處理的圖像數(shù)據(jù)加工處理部(350)。攝像機(jī)(230)具有低倍率的透鏡系統(tǒng)，其在使探針(210)進(jìn)入到視野內(nèi)的狀態(tài)下被設(shè)置成對(duì)于探針(210)的相對(duì)位置固定的狀態(tài)。
文檔編號(hào)G01B11/00GK1952596SQ20061013626
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2006年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月19日
發(fā)明者新井雅典 申請(qǐng)人:三豐株式會(huì)社