特許 7531038 光学式変位計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-31

(45)【発行日】2024-08-08

(54)【発明の名称】光学式変位計

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/25 20060101AFI20240801BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20240801BHJP

【ＦＩ】

G01B11/25 H

G01B11/00 H

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2023139433

(22)【出願日】2023-08-30

【審査請求日】2024-06-18

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000129253

【氏名又は名称】株式会社キーエンス

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】冬野 明

(72)【発明者】

【氏名】本間 達朗

(72)【発明者】

【氏名】南川 義久

【審査官】信田 昌男

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１２７８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２６３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２１０６６４３６４（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｘ方向に延びるスリット光を照射する投光部と、ワークで反射された反射光を集光する受光レンズを有する集光部と、前記受光レンズにより集光された光を受光する撮像部と、前記投光部、前記集光部、及び前記撮像部を支持する支持部材と、を有する投受光モジュールと、
前記投受光モジュールを格納し、前記スリット光と前記反射光とを通過させる投受光窓が設けられた投受光面を有するハウジングと、
前記ハウジングの前記投受光面に隣接する壁面に固定され、前記投受光モジュールを回転させるモータと、前記モータの回転軸を支持するベアリングと、前記モータの回転角度を計測するためのエンコーダと、を有する回転駆動部と、
前記モータを制御し、前記ハウジング内部で前記投受光モジュールを回転させて、前記スリット光をＸ方向と直交する方向に走査する制御部と、
を備え、
前記支持部材は、前記Ｘ方向と直交し、かつ、前記回転駆動部が存在する平面内に位置するように前記投光部、前記集光部、及び前記撮像部を支持する、光学式変位計。

【請求項2】

請求項１に記載の光学式変位計において、
前記投受光モジュールの回転軸は、前記Ｘ方向と直交するＹＺ平面において、当該投受光モジュールの重心位置と略一致するように配置されている、光学式変位計。

【請求項3】

請求項１に記載の光学式変位計において、
前記投受光モジュールの前記投光部と前記集光部とは前記回転軸の径方向に互いに間隔をあけて設けられるとともに、前記集光部は前記投光部よりも重く構成され、
前記Ｘ方向と直交するＹＺ平面において、前記投光部と前記集光部との重さの違いに起因する前記投受光モジュールの重心位置と回転軸とのずれを抑えるように、前記投受光モジュールにおける前記集光部よりも前記投光部に近い位置に重りが設けられている、光学式変位計。

【請求項4】

請求項１に記載の光学式変位計において、
前記投光部は、光源と、当該光源を格納する光源用筐体とを有し、
前記集光部は、前記受光レンズを格納するレンズ用筐体をさらに有し、
前記投受光モジュールの前記投光部と前記集光部とは前記回転軸の径方向に互いに間隔をあけて設けられるとともに、前記光源用筐体の体積が前記レンズ用筐体の体積よりも小さく構成され、
前記Ｘ方向と直交するＹＺ平面において、前記投光部と前記集光部との重さの違いに起因する前記投受光モジュールの重心位置と回転軸とのずれを抑えるように、前記光源用筐体が前記レンズ用筐体よりも密度の高い材料で構成されている、光学式変位計。

【請求項5】

請求項１に記載の光学式変位計において、
前記投受光モジュールは、
前記投受光モジュールの回転軸から前記撮像部までの距離が短くなるように、前記集光部により集光された光の光路上に配置され、当該集光された光を前記撮像部へ向けて反射させる反射部材をさらに備え、
前記投光部、前記集光部、前記撮像部とともに前記反射部材を一体的に保持する、光学式変位計。

【請求項6】

請求項１に記載の光学式変位計において、
前記投受光モジュールは、
前記投受光モジュールの回転軸から前記集光部までの距離が短くなるように、前記ワークで反射された反射光の光路上に配置され、当該反射光を前記集光部へ向けて反射させる反射部材をさらに備え、
前記投光部、前記受光レンズ、前記撮像部とともに前記反射部材を一体的に保持する、光学式変位計。

【請求項7】

請求項５または６に記載の光学式変位計において、
前記投受光モジュールの回転軸は、当該回転軸に沿って見たとき、前記投光部と前記反射部材との間に配置されている、光学式変位計。

【請求項8】

請求項１に記載の光学式変位計において、
前記投受光モジュールの回転軸は、当該回転軸に沿って見たとき、前記投光部と前記受光レンズとの間に配置されている、光学式変位計。

【請求項9】

請求項１に記載の光学式変位計において、
前記回転軸における前記ベアリングによって支持される部分と、前記投受光モジュールの重心位置との相違によって生じるモーメント荷重が、前記ベアリングによって支持されている、光学式変位計。

【請求項10】

請求項１に記載の光学式変位計において、
前記回転駆動部の前記エンコーダは、光学式エンコーダであり、
前記光学式エンコーダは、前記ハウジング外からの異物の侵入と、前記投受光モジュールが格納されて回転する空間からの異物の侵入とを防ぐように、前記ハウジング内の密閉された空間に格納されている、光学式変位計。

【請求項11】

請求項１に記載の光学式変位計において、
前記支持部材は、前記投受光モジュールの回転軸を含む少なくとも一部の断面において、複数の屈曲部を有するとともに、当該複数の屈曲部によって形成された前記回転軸方向に高さが異なる第１部分および第２部分を有し、
前記回転駆動部および前記投受光モジュールは、前記第１部分が形成する平面と前記第２部分が形成する平面との間に存在する、光学式変位計。

【請求項12】

請求項１１に記載の光学式変位計において、
前記支持部材は、前記回転軸に固定されるとともに前記回転軸の径方向に延びる固定部と、当該固定部における前記回転軸の径方向一側及び他側から前記回転軸方向に沿ってそれぞれ延びることで前記複数の屈曲部を構成する一側縦板部及び他側縦板部と、前記一側縦板部の端部から前記回転軸の径方向に延びるとともに前記集光部を保持する集光部保持部と、前記他側縦板部の端部から前記回転軸の径方向に延びるとともに前記投光部を保持する投光部保持部とを備えている、光学式変位計。

【請求項13】

請求項１２に記載の光学式変位計において、
前記モータは、前記一側縦板部と前記他側縦板部との間に配置される、光学式変位計。

【請求項14】

請求項１３に記載の光学式変位計において、
前記ベアリングは、前記一側縦板部と前記他側縦板部との間において前記モータよりも前記固定部に近い箇所に配置される、光学式変位計。

【請求項15】

請求項１４に記載の光学式変位計において、
前記ハウジングは、前記一側縦板部と前記他側縦板部との間に配置されるとともに前記モータのステータが固定されるステータ保持部を備え、
前記ステータ保持部に前記ベアリングが保持されている、光学式変位計。

【請求項16】

請求項１に記載の光学式変位計において、
前記制御部は、前記ハウジングに格納され、前記投受光モジュールの回転軸方向に沿って見たときに、当該投受光モジュールとは非重複となる位置に配置されている、光学式変位計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光を利用してワークの変位を測定する光学式変位計に関する。

【背景技術】

【0002】

光学式変位計として、例えばワークに対してＸ方向に延びるスリット光を照射し、ワークの表面で反射した反射光を受光することで、ＸＺ断面プロファイルを取得可能に構成されたものが知られている。ワークのＹ方向の異なる位置におけるＸＺ断面プロファイルを複数取得することで、ワークの三次元形状のデータを生成することが可能であるが、この場合、ワークをＹ方向に搬送するためのコンベアや、変位計本体をワークに対してＹ方向に移動させるための直動機構などの設備が必要になり、導入が難しいことがある。

【0003】

これに対し、例えば特許文献１、２のようにスリット光を投光する投光系及び反射光を受光する受光系（合わせて投受光系という）を回転可能に構成しておき、スリット光がワークに対してＹ方向に走査されるように投受光系を回転させる構造が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】ヨーロッパ特許公開第３２３２１５２号

【文献】中国実用新案登録第２１０６６４３６４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１、２のように投受光系を回転させるようにすることで、コンベアや直動機構などの設備を設けることなく、ワークの異なる位置における断面プロファイルを複数取得できるので、導入が容易になるという利点がある。

【0006】

ところが、実際の運用を考えると、防塵や外乱光対策で投受光系をハウジング内に格納することが想定される。防塵や外乱光対策だけでなく、ハウジングが無ければ回転する投受光系が露出することになるため視覚的に煩わしく、また回転する投受光系に接触しないように安全面での配慮も必要となる。ところが、特許文献１、２のいずれにも投受光系を収容可能なハウジングが開示されていないので、防塵、外乱光対策、視覚的に煩わしさ、安全面等、様々な問題が発生し得るものと考えられる。

【0007】

また、測定時に三角測距の原理を用いた光学式変位計の場合、ワークのサイズによって設置距離が異なり、設置距離が長くなるほど、投光部と受光レンズとの間の間隔も大きくなり、反対に設置距離が短くなるほど、投光部と受光レンズとの間の間隔も小さくなることがある。したがって、設置距離が比較的長い場合には、投光部と受光レンズとの間の間隔を大きく開けることを考慮して、装置構成を考える必要がある。

【0008】

本開示は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、運用時の防塵や安全面などの課題を解決するとともに、コンベアや直動機構を設けることなくワークの異なる位置の断面プロファイルを取得可能な光学式変位計を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本態様では、光を利用してワークの変位を測定する光学式変位計を前提とすることができる。光学式変位計は、Ｘ方向に延びるスリット光を照射する投光部と、ワークで反射された反射光を集光する受光レンズを有する集光部と、前記受光レンズにより集光された光を受光する撮像部と、前記投光部、前記集光部、及び前記撮像部を支持する支持部材と、を有する投受光モジュールと、前記投受光モジュールを格納し、前記スリット光と前記反射光とを通過させる投受光窓が設けられた投受光面を有するハウジングと、前記ハウジングの前記投受光面に隣接する壁面に固定され、前記投受光モジュールを回転させるモータと、前記モータの回転軸を支持するベアリングと、前記モータの回転角度を計測するためのエンコーダと、を有する回転駆動部と、前記モータを制御し、前記ハウジング内部で前記投受光モジュールを回転させて、前記スリット光をＸ方向と直交する方向に走査する制御部と、を備え、前記支持部材は、前記Ｘ方向と直交し、かつ、前記回転駆動部が存在する平面内に前記投受光モジュールが位置するように、当該投受光モジュールを支持する。

【0010】

この構成によれば、ハウジングを固定した状態で投受光モジュールを回転させると、ワークに対してＸ方向に延びるスリット光がＸ方向と直交する方向に走査される。これにより、ワークをＹ方向に搬送するためのコンベアや、変位計本体をワークに対してＹ方向に移動させるための直動機構などの設備を不要にしながら、ワークの異なる位置における断面プロファイルを複数取得してワークの三次元形状のデータの生成が可能になる。また、投受光モジュールがハウジングに格納された状態で回転するので、防塵及び外乱光対策が可能になるとともに、視覚的な煩わしさもなくなり、さらに投受光モジュールが回転する時の安全性が高まる。

【0011】

また、モータ、ベアリング、エンコーダの少なくとも１つが投受光モジュールの高さ範囲の一部に含まれているので、ハウジングのＸ方向（回転軸方向）の厚みを抑えることが可能となる。また、投受光モジュールの投光部と受光レンズの位置関係を設定する際に、例えば設置距離が比較的長い場合のように、投光部と受光レンズとの間の間隔を大きく開けることを考慮した設計も可能である。

【発明の効果】

【0012】

以上説明したように、投受光モジュールをハウジングに格納した状態で回転させることによってスリット光をＸ方向と直交する方向に走査することができるので、運用時の防塵や安全面などの課題を解決しながら、コンベアや直動機構を設けることなくワークの複数の位置のプロファイルを高精度に取得できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態１に係る光学式変位計の運用時を説明する図である。

【図2】本発明の実施形態１に係る光学式変位計を上方から見た斜視図である。

【図3】本発明の実施形態１に係る光学式変位計を下方から見た斜視図である。

【図4】本発明の実施形態１に係る光学式変位計の上側空間の内部を示す平面図である。

【図5】本発明の実施形態１に係る光学式変位計の投受光モジュールの平面図である。

【図6】本発明の実施形態１に係る光学式変位計の構成を示すブロック図である。

【図7】図２のVII－VII線断面図である。

【図8】図２のVIII－VIII線断面図である。

【図9】変位測定の手法を説明する図である。

【図10】実施形態１の変形例１に係る図５相当図である。

【図11】実施形態１の変形例２に係る図４相当図である。

【図12】実施形態１の変形例２に係る光学式変位計の内部構造を下側から見た図である。

【図13】実施形態２に係る図２相当図である。

【図14】実施形態２に係る光学式変位計の内部構造を上側から見た図である。

【図15】実施形態２に係る図７相当図である。

【図16】実施形態２の変形例に係る図１４相当図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0015】

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る光学式変位計１の運用時を説明する図である。光学式変位計１は、スリット光Ｓ１を利用して、Ｚ方向に高さを有するワークＷ（測定対象物）の断面プロファイルを三角測距の原理に基づき測定する光切断方式の光学式変位計の一例である。この実施形態では、光学式変位計１と、コントローラ２と、パーソナルコンピュータＰＣとによって検査システムＳが構成されている例について説明するが、この構成例に限られるものではなく、例えばＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）等が検査システムＳに含まれていてもよい。

【0016】

検査システムＳの運用前の設定時には、例えばコントローラ２及びパーソナルコンピュータＰＣによって各種検査設定を行うことが可能になっている。設定後の運用時には、予め規定されたタイミングで光学式変位計１がワークＷの変位を測定する。測定結果を示すデータは、光学式変位計１からコントローラ２やパーソナルコンピュータＰＣに送信され、検査設定に基づく検査が実行される。光学式変位計１の測定結果を示すデータや検査結果等は、コントローラ２やパーソナルコンピュータＰＣに保存することが可能になっている。

【0017】

運用時には、コントローラ２及びパーソナルコンピュータＰＣを用いることなく、光学式変位計１のみで運用することも可能であり、図１に示す運用形態に限られるものではない。尚、以下の説明では、光学式変位計１を含む検査システムＳとして説明しているが、光学式変位計１のみで運用する場合や、光学式変位計１とＰＬＣとを組み合わせたシステムで運用する場合も本発明を適用可能である。

【0018】

検査システムＳは、インラインでワークＷの外観検査を実行するシステムである。インラインでの外観検査では、例えば複数のワークＷが順次搬送されているような現場において、ワークＷの外観検査を順次実行する。図１に示すようにワークＷのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を定義する。ワークＷの平面視でＸ方向とＹ方向とは互いに直交する方向である。Ｚ方向は、ワークＷの高さ方向であり、Ｘ方向と直交し、かつ、Ｙ方向と直交する方向である。ワークＷのＸ方向をワークＷの奥行方向、ワークＷのＹ方向をワークＷの幅方向ということもできるが、この定義は一例であり、ワークＷのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の定義は任意である。

【0019】

光学式変位計１によってワークＷの高さデータを取得できるので、外観検査には、高さデータに基づく寸法検査、形状検査、欠陥検査等が含まれる。ワークＷは特に限定されるものではなく、各種部品、部材、装置、器具、それらの一部等を挙げることができる。ワークＷは、測定対象物と呼ぶこともできる。ワークＷは、図示しない搬送装置によって光学式変位計１の測定可能領域まで搬送された後、光学式変位計１によって変位の測定が実行される。

【0020】

光学式変位計１は、例えば取付部材５に固定された状態で使用される。取付部材５は、工場等に設置された設備の一部であり、ワークＷに対して相対的に移動しないように固定された状態にある。よって、光学式変位計１もワークＷに対して相対的に移動しない。詳細は後述するが、光学式変位計１を取付部材５に固定していても、内部の投受光モジュール１０（図４に示す）をＸ方向と平行な軸周りに回転可能にしておくことで、ワークＷのＸ方向に延びるスリット光Ｓ１を投受光モジュール１０からワークＷのＸ方向と直交する方向に走査し、ワークＷの表面Ｗ１におけるＹ方向の複数箇所で反射された反射光Ｓ２を投受光モジュール１０で受光することが可能になる。このように、投受光モジュール１０をＸ方向と平行な軸周りに回転させた場合も、ワークＷまたは光学式変位計１を直動させた場合のように、スリット光Ｓ１をワークＷの表面Ｗ１に走査できる。なお、光学式変位計１は、投受光モジュール１０を回転させることによってスリット光Ｓ１を走査するため、スリット光Ｓ１の走査方向は、Ｙ方向を含む、ＹＺ平面においてＸ方向と直交する方向となる。なお、本明細書において「回転」は、回転軸を中心として往復する揺動運動を意味する。

【0021】

反射光Ｓ２の受光量に基づいて信号処理を実行することで、異なる回転角度におけるワークＷの断面プロファイルを複数取得できる。取得した断面プロファイルに基づいて、ワークＷの三次元形状のデータ（高さデータ）を生成することが可能である。なお、スリット光Ｓ１は回転するため、断面プロファイルは必ずしもＸＺ平面と平行にはならない。

【0022】

上述したように光学式変位計１の内部に設けられている投受光モジュール１０を回転可能にしておくことで、ワークＷをＹ方向に搬送することなく、また光学式変位計１をワークＷに対してＹ方向に移動させることなく、異なる回転角度におけるワークＷの断面プロファイルを複数取得することができる。従って、ワークＷを搬送するためのコンベアや、光学式変位計１をワークＷに対してＹ方向に移動させるための直動機構などの設備が不要になり、光学式変位計１を用いた検査工程の導入が容易になる。

【0023】

尚、ワークＷを光学式変位計１に対して相対的に移動可能にしておいてもよいが、測定時にはワークＷを停止させた状態で断面プロファイルを複数取得することができる。また、光学式変位計１をワークＷに対して相対的に移動可能にしておいてもよいが、測定時には光学式変位計１を停止させた状態で断面プロファイルを複数取得することができる。本発明は、光学式変位計１が完全に固定されている場合に限定されるものではなく、取付部材５に対して移動可能に支持されていてもよいし、ロボットアーム等に取り付けられていて任意の測定場所まで移動可能であってもよい。

【0024】

図２は、本発明の実施形態１に係る光学式変位計１を上方から見た斜視図であり、また図３は、本発明の実施形態１に係る光学式変位計１を下方から見た斜視図である。各図に示すように、光学式変位計１の左右方向、奥行方向、上下方向を定義するが、これは説明の便宜を図るためであり、光学式変位計１の運用時の姿勢を限定するものではない。図１に示す運用形態において、光学式変位計１はワークＷの上方に設置されているので、スリット光Ｓ１は下向きに照射され、反射光Ｓ２は上向きに進むことになる。この運用形態の場合、光学式変位計１の左右方向はワークＷのＹ方向に対応し、光学式変位計１の上下方向はワークＷのＸ方向に対応し、光学式変位計１の奥行方向はワークＷのＺ方向に対応している。尚、光学式変位計１からワークＷに対して水平方向にスリット光Ｓ１が照射されるように、光学式変位計１を設置してもよいし、光学式変位計１からワークＷに対して下方にスリット光Ｓ１が照射されるように、光学式変位計１を設置してもよく、光学式変位計１の設置時の姿勢は特に限定されるものではない。

【0025】

図４は、光学式変位計１の内部構造を示す図である。光学式変位計１は、投受光モジュール１０（図５にも示す）と、投受光モジュール１０を回転させるためのモータ２０（図７に示す）と、モータ制御部３０（図８に示す）と、ハウジング４０とを備えている。投受光モジュール１０、モータ２０及びモータ制御部３０は、ハウジング４０に格納される。図６に示すように、本実施形態１では、モータ制御部３０、電源部３４（後述する）及び信号処理部３２（後述する）によって制御部３が構成されている。尚、図６では、説明の便宜上、モータ制御部３０と信号処理部３２とを分けて記載しているが、モータ制御部３０と信号処理部３２とは統合されていてもよい。

【0026】

投受光モジュール１０は、Ｘ方向に延びるスリット光Ｓ１を照射する投光部１１と、ワークＷで反射された反射光Ｓ２を集光する受光レンズを有する集光部１２と、集光部１２により集光された光を受光する撮像部１３と、投光部１１、集光部１２及び撮像部１３を一体的に保持する支持部材１４を備えている。

【0027】

図６に示すように、投光部１１は、レーザ光出射器（光源）１１ａと、光学系１１ｂと、当該レーザ光出射器１１ａと光学系１１ｂとを格納する光源用筐体と、レーザ光出射器１１ａを制御する投光制御部１１ｃとを有している。レーザ光出射器１１ａは、投光制御部１１ｃにより制御されて所定の光量のレーザ光を所定のタイミングで所定の時間だけ出射する。レーザ光出射器１１ａから出射された光は、光学系１１ｂに入射する。光学系１１ｂは、図示しないが例えばシリンドリカルレンズを含む複数のレンズで構成されており、入射したレーザ光を帯状に広げてスリット光Ｓ１にしてからワークＷに照射する。投光部１１は、スリット光Ｓ１の照射方向に長い形状となっている。

【0028】

集光部１２は、受光量の向上を図るため、大口径の受光レンズを複数含んだレンズユニットとして構成され、受光レンズと、受光レンズを格納するレンズ用筐体とを有している。このような大口径のレンズを複数含んでおり、サイズも相対的に大きくなるため、集光部１２の重量は、投光部１１の重量よりも重くなっている。

【0029】

撮像部１３は、例えばＣＭＯＳ（相補型ＭＯＳ）等のイメージセンサ１３ａと、撮像制御部１３ｂとを有している。イメージセンサ１３ａは、撮像制御部１３ｂにより制御されて所定のタイミングで撮像を実行する。イメージセンサ１３ａの撮像時の露光時間は、撮像制御部１３ｂにより制御可能になっている。

【0030】

図７や図８に示すように、支持部材１４は、平板状の高剛性な部材、例えば金属製の板材等で構成されている。図７に示すように、支持部材１４は、光学式変位計１の一部を構成している回転軸５０に固定されており、当該回転軸５０の軸芯である回転中心線Ａ周りに回転自在にハウジング４０に支持されている。支持部材１４の延びる方向は、回転中心線Ａに対して直交する方向となっている。

【0031】

支持部材１４の上面には、投光部１１、集光部１２及び撮像部１３が固定されている。具体的には、図５に示す投受光モジュール１０の平面視では、投光部１１が支持部材１４における回転中心線Ａよりも左側部分に固定され、集光部１２及び撮像部１３がその反対側に固定されている。これにより、投光部１１と集光部１２とは回転軸５０の径方向（Ｙ方向、Ｚ方向）に互いに間隔をあけて設けられることになる。

【0032】

投光部１１は、スリット光Ｓ１の照射方向がＺ方向に向くように配置されている。集光部１２は、支持部材１４の手前側（ワークＷ側）部分において、反射光Ｓ２が入射する方向に光軸が沿うように配置されている。従って、投光部１１及び集光部１２は共にＺ方向に向くことになるが、投光部１１の光学系１１ｂの光軸と集光部１２の光軸（受光レンズの光軸）とは投受光モジュール１０からＺ方向に離れた箇所において互いに交差する関係となる。投光部１１と集光部１２との左右方向の距離、及び投光部１１の光学系１１ｂの光軸と集光部１２の光軸との関係は、ワークＷに対する光学式変位計１の設置距離や測定精度などに応じて変えることができるので、図示した例は一例に過ぎない。

【0033】

集光部１２と回転軸との距離が長いほど、回転による集光部１２の慣性モーメントが大きくなる。投受光モジュール２０の回転方向を切り替える際には、投受光モジュール２０を一旦、停止させる必要がある。このとき、慣性モーメントが大きいほど、投受光モジュール２０の回転運動の減速に要するエネルギーが大きくなるため、回転運動の停止までの距離や時間の増大に繋がる。そこで、投受光モジュール１０は、支持部材１４に固定された受光側反射部材１５を更に備えている。これにより、投受光モジュール１０のサイズをコンパクトにできるだけでなく、回転による慣性モーメントも小さくすることで、計測間隔の短縮にもつながる。受光側反射部材１５は、例えばミラー等で構成されており、集光部１２から出射した反射光Ｓ２を投光部１１側に折り返すことにより、ＹＺ平面における撮像部１３または集光部１２と投受光モジュール１０の回転軸５０との間の距離が短くなるようにしている。折り返す方向は、例えば、ハウジング４０のＹ方向における中心位置に向かう方向でも良い。ＹＺ平面とは、Ｙ方向に延びる直線とＺ方向に延びる直線の両方を含む平面であり、Ｘ方向に対して直交する関係にある面である。

【0034】

具体的には、受光側反射部材１５は、支持部材１４における集光部１２よりも奥側部分において右端部に位置付けられており、ＹＺ平面において、撮像部１３と集光部１２との間の光路上に配置され、集光部１２により集光された光を撮像部１３へ向けて反射させる。また、投受光モジュール１０の回転軸５０は、ＹＺ平面において、受光側反射部材１５と投光部１１との間に配置されることになる。

【0035】

撮像部１３と集光部１２との間の光路上に受光側反射部材１５を配置することで、集光部１２によって集光した後の光を反射させれば良いため、受光側反射部材１５の面積を小さくできる。尚、受光側反射部材１５の位置は撮像部１３と集光部１２との間の光路上でなくてもよく、後述する変形例１（図１０に示す）のように受光側反射部材１５と撮像部１３との間の光路上に集光部１２を配置してもよい。

【0036】

受光側反射部材１５は、支持部材１４の上面から上方へ突出している。また、受光側反射部材１５の延びる方向は奥行方向とされている。受光側反射部材１５の設置角度により、当該受光側反射部材１５に入射した反射光Ｓ２の出射方向を設定することができ、反射光Ｓ２の出射方向はイメージセンサ１３ａの受光面に向くようになっている。

【0037】

撮像部１３のイメージセンサ１３ａと、集光部１２の光軸との位置関係は、当該集光部１２の光軸に対してイメージセンサ１３ａの受光面が傾斜したシャインプルーフの関係を有するように設定されている。シャインプルーフの関係を満たした光学系をシャインプルーフ光学系と呼ぶことができ、この実施形態では、シャインプルーフの関係を有するように、投光部１１、集光部１２及び撮像部１３が支持部材１４に一体的に保持されることによって投受光モジュール１０が構成されている。シャインプルーフの関係を有していることで、投光部１１の投光軸に沿ってピントが合うため、スリット光がワークＷで反射された反射光に対してピントの合ったプロファイル画像を取得することができる。よって、ワークＷの三次元形状データの測定精度が向上し、ひいては、高精度なプロファイルの取得が可能になる。

【0038】

投受光モジュール１０を回転中心線Ａ周りに回転させた場合であっても、投光部１１、集光部１２、撮像部１３及び受光側反射部材１５の相対的な位置関係は変化しない。よって、投受光モジュール１０の回転角度に関わらず、シャインプルーフの関係が維持される。

【0039】

撮像部１３は、カバーガラス１３ｃを有している。カバーガラス１３ｃは、イメージセンサ１３ａの受光面を覆うように形成され、イメージセンサ１３ａに固定されている。カバーガラス１３ｃは、受光側反射部材１５から出射した反射光Ｓ２を透過する性質を持った透光性部材で構成されている。カバーガラス１３ｃを透過した反射光Ｓ２がイメージセンサ１３ａの受光面で結像する。

【0040】

投受光モジュール１０の回転軸５０は、ＹＺ平面において、当該投受光モジュール１０の重心位置と略一致するように配置されている。すなわち、投受光モジュール１０には、支持部材１４をはじめとして、投光部１１、集光部１２、撮像部１３及び受光側反射部材１５が含まれており、投光部１１、集光部１２、撮像部１３及び受光側反射部材１５が支持部材１４に固定された状態で、投受光モジュール１０の重心位置を測定乃至計算すると、回転中心線Ａと略一致する。言い換えると、投受光モジュール１０の重心位置が回転中心となるように、回転軸５０の支持部材１４に対するＹ方向及びＺ方向の位置が設定されている。支持部材１４は、回転軸５０に対して複数の締結部材（図示せず）等によって固定されており、支持部材１４と回転軸５０とが相対的に回転しないようになっている。

【0041】

投受光モジュール１０の重心位置を回転中心線Ａと略一致させることで、投受光モジュール１０の回転による慣性モーメントが低減するとともに、例えば振動などによって生じるモータ２０の負荷が抑制され、さらに、投受光モジュール１０の回転速度の低下も抑制される。投受光モジュール１０の重心位置と、回転中心線Ａとが厳密に一致していなくてもよく、例えば製造公差上で許容される程度のずれ量であれば問題とはならない。また、投受光モジュール１０の重心位置と、回転中心線Ａとが僅かにずれていても、実質的に略一致しているとみなすこともできる。例えば、投受光モジュール１０の慣性モーメントを十分に低減でき、振動などによって生じるモータ２０の負荷が十分に抑制され、さらに、投受光モジュール１０の回転速度の低下が抑制されればよいので、このような効果を奏することができるのであれば、投受光モジュール１０の重心位置と、回転中心線Ａとの僅かなずれは許容され、両者が略一致しているということができる。

【0042】

上述したように集光部１２を大口径化していることで重量が嵩んでいる。そのため、場合によっては、投受光モジュール１０の重心位置が集光部１２に接近しすぎて、当該重心位置と回転中心線Ａとを近づけるための設計が困難になることが考えられる。このような場合には、図５のみに仮想線で示すように、重り１６を投受光モジュール１０における投光部１１側に設けることができる。これにより、投受光モジュール１０の重心位置を投光部１１と集光部１２との中間部に位置付けることができる。重り１６は、回転中心線Ａを挟んで集光部１２と反対側に配置される。重り１６は、支持部材１４に固定してもよいし、投光部１１に固定してもよい。重り１６の数は１つに限られるものではなく、複数であってもよい。

【0043】

投受光モジュール１０の回転軸と重心位置とが近いほど回転を安定させ、回転軸５０への負荷も抑えることができるが、投光部１１と集光部１２とで重さが違うことが想定される。この構成により、当該重さの違いに起因する投受光モジュール１０の重心位置と回転軸５０とのずれを抑えるように、投受光モジュール１０における集光部１２よりも投光部１１に近い位置に重りが設けられているため、回転を安定させるとともに、回転軸５０への負荷を抑えることができる。

【0044】

重り１６を設けることなく、投光部１１の光源用筐体の材料を、集光部１２のレンズ用筐体の材料よりも密度の高い材料としてもよい。例えば、体積の大きい支持部材１４やレンズ用筐体をアルミニウムなどの相対的に低密度な材料で構成し、光源用筐体を亜鉛やステンレス鋼（ＳＵＳ）などの相対的に高密度な材料で構成することができる。これにより、投光部１１を重くすることができるので、投受光モジュール１０の重心位置を投光部１１と集光部１２との中間部に位置付けることができる。尚、投光部１１の筐体の材料を、集光部１２の筐体の材料よりも密度の高い材料とし、かつ、重り１６を投受光モジュール１０における投光部１１側に設けてもよい。また、光源用筐体の体積がレンズ用筐体の体積よりも小さく構成されている。

【0045】

図７に示すように、ハウジング４０は、投受光モジュール１０、モータ２０及びモータ制御部３０を格納するための部材であり、２段構造となっている。すなわち、ハウジング４０は、上側部分を構成している上側ハウジング構成部４１と、下側部分を構成している下側ハウジング構成部４２とを有している。また、２段構造を２層構造と呼ぶこともでき、この場合、上側ハウジング構成部４１が第１層、下側ハウジング構成部４２が第２層となる。

【0046】

上側ハウジング構成部４１と下側ハウジング構成部４２とは一体物であってもよいし、別部材で構成されていてもよい。この実施形態では、上側ハウジング構成部４１と下側ハウジング構成部４２とが別部材で構成されている場合について説明する。この場合、例えば図示しない締結部材等を用いて上側ハウジング構成部４１と下側ハウジング構成部４２とを結合することでハウジング４０を形成できる。

【0047】

図７に示すように、上側ハウジング構成部４１は、上側周壁部４３と上壁部４４とを有している。上壁部４４はＹＺ平面に沿って延びている。上側周壁部４３は、上壁部４４の周縁部から下側ハウジング構成部４２へ向けて延びている。上側ハウジング構成部４１の内部に形成される空間は、上側空間Ｒ１とされている。上側空間Ｒ１は、下側ハウジング構成部４２によって閉塞されており、上側空間Ｒ１が密閉されている。

【0048】

図２及び図４に示すように、上側周壁部４３の手前側部分には、投光窓４３ａと受光窓４３ｂとが設けられている。投光窓４３ａ及び受光窓４３ｂは光透過性を持つ部材で構成されている。図４に示すように、投光窓４３ａは、投光部１１におけるスリット光Ｓ１が照射される面と対向するように配置されている。投受光モジュール１０が回転しても、投受光モジュール１０の回転角度が後述する所定の角度範囲内であれば、スリット光Ｓ１が投光窓４３ａから照射可能となるように投光窓４３ａの大きさ及び位置が設定されている。

【0049】

また、受光窓４３ｂは、集光部１２の光入射面と対向するように配置されている。投受光モジュール１０が回転しても、投受光モジュール１０の回転角度が後述する所定の角度範囲内であれば、反射光Ｓ２が受光窓４３ｂから集光部１２に入射可能となるように受光窓４３ｂの大きさ及び位置が設定されている。

【0050】

図７に示すように、下側ハウジング構成部４２は、基板部４５と、基板部４５から下方へ延びる下側周壁部４６と、蓋部材４７とを有している。基板部４５は、ＹＺ平面に沿って延びており、上側ハウジング構成部４１の下側開放部を閉塞する部分である。蓋部材４７は下側周壁部４６の下端部に取り付けられる。下側ハウジング構成部４２の内部に形成される空間は、下側空間Ｒ２とされている。下側空間Ｒ２は、蓋部材４７によって密閉されている。要するに、ハウジング４０は内部を密閉する構造を有している。密閉する構造とは、外部の埃やゴミがハウジング４０の内部に侵入するのを抑制する構造のことであり、例えば防塵構造等と呼ぶことができる。尚、ハウジング４０は完全に密閉されていなくてもよく、例えば空気が僅かに出入り可能な隙間が存在しても構わない。

【0051】

図３及び図７にも示すように、下側ハウジング構成部４２の下側周壁部４６には、左右両側にそれぞれ窪み４６ａが形成されている。投受光モジュール１０の回転軸に沿って見たとき、投受光モジュールを格納する上側空間Ｒ１の幅は、モータ２０を格納する下側空間Ｒ２の幅よりも大きく構成され、ハウジング４０の外壁には、上側空間Ｒ１と下側空間Ｒ２との段差によって窪み４６ａが形成されている。窪み４６ａは、例えば光学式変位計１の設置時に作業者が指を入れて把持する部分として利用できる。尚、窪み４６ａは、必要に応じて設ければよい。この構成により、ハウジング４０内にデッドスペースを作ることなく、ユーザの利便性を向上に寄与する把持部を設けることができる。

【0052】

図７に示すように、下側空間（第２空間）Ｒ２には、投受光モジュール１０を一体的に回転させるためのモータ２０が格納される。下側空間Ｒ２に格納されたモータ２０の中心軸は回転軸５０の軸芯と一致しており、上下方向に延びる姿勢となる。一方、上側空間（第１空間）Ｒ１には投受光モジュール１０が格納される。上側空間Ｒ１と下側空間Ｒ２とは投受光モジュール１０の回転軸（モータ２０の中心軸）方向に並んでいるので、下側空間Ｒ２に格納されるモータ２０に対して、上側空間Ｒ１に格納される投受光モジュール１０は当該モータ２０の中心軸方向に並ぶように配置されることになる。言い換えると、上段には投受光モジュール１０が配置され、下段にはモータ２０が配置された複数段構造の光学式変位計１となっている。

【0053】

投受光モジュール１０がモータ２０に対してその中心軸方向に並ぶように配置されるので、投受光モジュール１０の投光部１１と集光部１２の位置関係を設定する際に、モータ２０の影響を受けにくくなる。したがって、例えば設置距離が比較的短い場合のように、投光部１１と集光部１２との間の間隔を大きく開けられないことを考慮した設計も可能である。

【0054】

光学式変位計１は、投受光モジュール１０の回転軸５０を回転可能に支持するためのベアリング５１を更に備えている。投受光モジュール１０は、上述したように重量が嵩むので、例えば図１に示す姿勢で光学式変位計１を使用すると、投受光モジュール１０の重量により、回転軸５０にはモーメント荷重が生じる。具体的には、回転軸５０におけるベアリング５１によって支持される部分と、投受光モジュール１０の重心位置との相違によって回転軸５０には軸芯を水平面に対して傾斜させる方向のモーメント荷重が作用することになる。特に上述した２段構造の場合、上側ハウジング構成部４１と下側ハウジング構成部４２とが、モータ２０の中心軸（投受光モジュール１０の回転軸）方向に並ぶ構成となっているため、回転軸５０におけるベアリング５１によって支持される部分と、投受光モジュール１０の重心位置との相違は相対的に大きくなりやすい。このことに対し、本実施形態のベアリング５１は、回転軸５０におけるベアリング５１によって支持される部分と、投受光モジュール１０の重心位置との相違によって生じるモーメント荷重を支持可能に構成されている。

【0055】

上記モーメント荷重を支持可能なベアリング５１として、例えば円環状の外輪部材５１ａ及び内輪部材５１ｂの間に複数のローラ５１ｃを配列し、周方向に隣合うローラ５１ｃの軸線を互いに直交させるようにしたクロスローラベアリングを用いることができる。すなわち、下側ハウジング構成部４２の基板部４５には、外輪部材５１ａが嵌め込まれる段差部４５ａが環状に形成されている。外輪部材５１ａは、段差部４５ａにはめ込まれた状態で基板部４５に固定される。一方、回転軸５０の上側部分には、内輪部材５１ｂが嵌合する嵌合部５０ａが形成されている。内輪部材５１ｂは、嵌合部５０ａに嵌合した状態で固定されている。尚、内輪部材５１ｂは、投受光モジュール１０の支持部材１４に固定してもよい。

【0056】

ベアリング５１としてクロスローラベアリングを用いることで、ローラ５１ｃが外輪部材５１ａ及び内輪部材５１ｂに対して線接触することになるので、ボールタイプのベアリングと比べて剛性が大幅に向上する。よって、軸線方向に薄く、コンパクトな軸受構造としながら、回転軸５０の径方向の荷重（ラジアル荷重）だけでなく、軸方向の荷重（スラスト荷重）を受けることができ、上記モーメント荷重に対する剛性を向上させることができる。このため、光学式変位計１の運用時の姿勢がどのような姿勢であってもスムーズな回転を実現できる。

【0057】

ベアリング５１は、モータ２０に内蔵してもよい。また、ベアリング５１は、クロスローラベアリング以外であってもよい。クロスローラベアリング以外を用いる場合には、例えば２つ以上のボールベアリングを回転軸５０の軸方向に互いに間隔をあけて配置する。これにより、上記モーメント荷重を支持可能な軸受構造となる。２つ以上のボールベアリングを用いる場合には、一のボールベアリングを下側ハウジング構成部４２の基板部４５に保持し、他のボールベアリングをモータ２０に内蔵することもできる。

【0058】

光学式変位計１は、回転軸５０の回転角度、即ち投受光モジュール１０の回転角度を検出するためのエンコーダ５２を更に備えている。エンコーダ５２は、光学式のエンコーダである。光学式のエンコーダは従来から周知であり、図示しないが、例えば回転軸５０の下端部に固定されて当該回転軸５０と共に回転する回転板と、ハウジング４０に固定された固定板とを有しており、発光体から照射された光を、回転板及び固定板に等間隔に形成されたスリットを通して受光体で受光し、その受光量を電気信号に変換することでパルスを生成して出力可能に構成されている。

【0059】

エンコーダ５２を光学式のエンコーダとすることで、磁気式と比較して回転角度の検出精度が向上する反面、埃等に弱くなる。このことに対して、エンコーダ５２をハウジング４０の内部、具体的には上述したように密閉されている下側空間Ｒ２に格納し、エンコーダ５２に埃等が付着しないようにしている。例えば、投受光モジュール１０が格納された上側空間Ｒ１に撮像部１３の位置姿勢を調整する際などにハウジング４０内にゴミや埃が侵入した場合であっても、投受光モジュール１０が格納されて回転する上側空間Ｒ１から、エンコーダ５２が格納されている下側空間Ｒ２へのゴミや埃の侵入を防ぐようにエンコーダ５２が格納されている空間は密閉されている。よって、精度が高い一方でゴミや埃の影響を受けやすい光学式エンコーダを用いることが容易となり、高精度な測定が可能になる。

【0060】

モータ２０は、投受光モジュール１０を直接駆動するダイレクトドライブモータである。ダイレクトドライブとは、モータ２０と、被駆動体との間に減速機構が介在していない駆動形態のことである。尚、後述するが、本発明はダイレクトドライブモータに限定されるものではない。

【0061】

モータ２０は、コイルで構成されたステータ２１と、永久磁石で構成されたロータ２２とを備えている。ロータ２２は、回転軸５０の外周部に対してベアリング５１とエンコーダ５２との間に固定されている。ステータ２１は、下側ハウジング構成部４２に固定されており、ロータ２２を囲むように配置されている。

【0062】

モータ制御部３０は、例えばマイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されており、所定のプログラムにしたがって動作する。具体的には、モータ制御部３０は、ステータ２１に流す電流を制御することで、モータ２０の回転速度を所望の速度にすること、及びモータ２０の回転角度を所望の角度にすることができる。モータ制御部３０にはエンコーダ５２が接続されている。モータ制御部３０は、エンコーダ５２から出力されたパルス信号に基づいて投受光モジュール１０の現在の回転角度を演算することができる。

【0063】

検査設定によりスリット光Ｓ１のワークＷに対する走査開始位置、走査終了位置、走査範囲などが設定されると、設定された走査開始位置、走査終了位置、走査範囲に対応する投受光モジュール１０の回転開始位置、回転終了位置、回転角度等を演算することが可能である。この演算結果に基づいてモータ制御部３０がモータ２０を制御し、ハウジング４０の内部でシャインプルーフの関係を維持した状態の投受光モジュール１０を回転させて、スリット光Ｓ１をＸ方向と直交する方向に走査する。

【0064】

投受光モジュール１０がハウジング４０の上側空間Ｒ１に格納されているので、投受光モジュール１０の回動角度によっては、投受光モジュール１０の一部がハウジング４０の内壁へ接触してしまうおそれがある。このことに対し、本実施形態では、光学式変位計１の運用時、即ち、測定時に回転する投受光モジュール１０の回転角度範囲は、当該投受光モジュール１０がハウジング４０の内壁へ接触してしまうのを回避する所定の角度範囲に設定されている。つまり、投受光モジュール１０が第１回転角度まで回転したと仮定した場合において、Ｘ方向に直交するＹＺ平面において、投受光モジュール１０は、ハウジング４０内壁に接触する寸法を有しているものの、測定時に回転する投受光モジュール１０の回転角度範囲は、当該投受光モジュール１０のハウジング４０内壁への接触を回避するために、上記第１回転角度よりも小さい所定の角度範囲に設定されている。この構成により、投受光モジュール１０の回転が必要な角度範囲に基づいてハウジング４０を設計すれば良いため、ハウジング４０の小型化が容易になる。

【0065】

投受光モジュール１０の回転角度範囲を所定の角度範囲に設定するための方法としては、例えば、機械的に実現する方法と、ソフトウェアによって実現する方法とがある。本実施形態では、機械的に実現する方法として、図４に示すように機械部品の一例である第１ストッパ６１と第２ストッパ６２とをハウジング４０の内部に設けている。本例では、第１ストッパ６１及び第２ストッパ６２が基板部４５から上方へ突出するように設けられている。投受光モジュール１０が回転中心線Ａ周りに矢印Ｂ方向に回転すると、投受光モジュール１０の一部がハウジング４０の内壁へ接触する前に、投受光モジュール１０が第１ストッパ６１に当接し、それ以上、投受光モジュール１０が矢印Ｂ方向に回転するのが阻止される。また、投受光モジュール１０が回転中心線Ａ周りに矢印Ｃ方向に回転すると、投受光モジュール１０の一部がハウジング４０の内壁へ接触する前に、投受光モジュール１０が第２ストッパ６２に当接し、それ以上、投受光モジュール１０が矢印Ｃ方向に回転するのが阻止される。つまり、ハウジング４０の内部には、測定時に投受光モジュール１０が所定の角度範囲外まで回転するのを阻止する第１ストッパ６１及び第２ストッパ６２が設けられている。

【0066】

第１ストッパ６１及び第２ストッパ６２は、例えばゴムや熱可塑性エラストマーのような弾性部材で構成することもできる。また、第１ストッパ６１及び第２ストッパ６２を金属製とし、支持部材１４における第１ストッパ６１及び第２ストッパ６２が当接する部分に、弾性部材を設けることもできる。これにより、投受光モジュール１０が第１ストッパ６１及び第２ストッパ６２に当接した時に発生する音を小さくすることが可能になる。

【0067】

また、第１ストッパ６１及び第２ストッパ６２に対して支持部材１４を当接させるのが好ましい。投光部１１や集光部１２等を第１ストッパ６１や第２ストッパ６２に当接させると、当接時の衝撃によって光軸がずれてしまうおそれがあるためである。また、第１ストッパ６１及び第２ストッパ６２は、上側周壁部４３に設けてもよい。さらに、第１ストッパ６１及び第２ストッパ６２の一方のみ設けてもよい。

【0068】

次に、ソフトウェアによる方法について説明する。すなわち、モータ制御部３０が接触回避制御を実行することにより、投受光モジュール１０がハウジング４０の内壁へ接触するのを回避することも可能である。モータ制御部３０は、エンコーダ５２から出力されたパルス信号を演算することで取得した回転角度に基づいて、測定時に投受光モジュール１０を所定の角度範囲内で回転させるようにモータ２０を制御する。この制御が接触回避制御である。この接触回避制御を実行することにより、ストッパ６１、６２を設けることなく、投受光モジュール１０がハウジング４０の内壁へ接触するのを回避できる。尚、接触回避制御を実行する場合においてもストッパ６１、６２を設けてもよい。

【0069】

投受光モジュール１０がハウジング４０の内壁へ接触しないようにするのは、測定時であればよい。例えばメンテナンス時や各種設定時のような非測定時には、投受光モジュール１０がハウジング４０の内壁へ接触しても構わないので、測定時にのみ接触回避制御を実行するように、モータ制御部３０を構成することができる。

【0070】

図８に示すように、下側ハウジング構成部４２には、基板格納空間（第３空間）Ｒ３が設けられている。図４に示す平面視で、基板格納空間Ｒ３は、ハウジング４０の中央から奥側に偏位しており、従って、モータ２０（図７に示す）よりも奥側に位置付けられることになる。また、基板格納空間Ｒ３は、投受光モジュール１０が格納されている上側空間Ｒ１の下方に位置することになるので、上側空間Ｒ１とは異なる空間であり、また下側空間Ｒ２とも異なる空間である。基板格納空間Ｒ３は、投受光モジュール１０の回転軸方向に対して、上側空間Ｒ１と異なる位置に配置されている一方で、モータ２０を格納する下側空間Ｒ２と同一の位置に配置されている。投受光モジュール１０の回転軸に沿って見たとき、上側空間Ｒ１および下側空間Ｒ２は、当該回転軸と重複する位置に配置されている一方で、基板格納空間Ｒ３は、当該回転軸と非重複となる位置に配置されている。例えば、投受光モジュール１０のサイズの方が、モータ２０のサイズよりも大きい場合、投受光モジュール１０を格納する上側空間Ｒ１を１段目、モータ２０を格納する下側空間Ｒ２および制御部３０を格納する基板格納空間Ｒ３を２段目とする二段構造とすることで、ハウジング４０の外形をよりコンパクトにすることができる。

【0071】

図８に示すように、基板格納空間Ｒ３には、モータ制御部３０が実装されたモータ制御基板３１と、信号処理部３２が実装された信号処理基板３３と、電源部３４が実装された電源基板３５とが格納されている。モータ制御基板３１および信号処理基板３３には、モータ制御部３０および信号処理部３２として機能するＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）やＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）などのプロセッサとともに、当該プロセッサにより実行されるプログラムなどを記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）やＲＯＭ（リードオンリメモリ）などの記憶素子（図示せず）が搭載される。各基板３１、３３、３５は、下側ハウジング構成部４２に対して固定されている。モータ制御部３０及び信号処理部３２を上側空間Ｒ１とは異なる基板格納空間Ｒ３に格納しているので、特に発熱し易い投光部１１と、モータ制御部３０及び信号処理部３２とを熱分離することができ、モータ制御部３０及び信号処理部３２の動作を安定させることができる。なお、制御部３の配置は上記の例に限られるものではなく、例えば、信号処理部３２がハウジング４０内に格納されている一方で、モータ制御部３０がハウジング４０の外側に配置されている構成であっても良い。

【0072】

ハウジング４０の手前側から反射光Ｓ２が入射するので、ハウジング４０の奥側に格納されるモータ制御部３０、信号処理部３２及び電源部３４は、投受光モジュール１０に対して、反射光Ｓ２が入射する側とは反対側に配置されることになる。これにより、モータ制御部３０、信号処理部３２及び電源部３４が変位測定の妨げとならないようにすることができる。また、Ｚ方向を基準とすると、モータ制御部３０、信号処理部３２及び電源部３４は、投受光モジュール１０に対して、Ｚ方向に隣接して配置されている。また、基板格納空間Ｒ３は蓋部材４７によって密閉されているので、埃等が各基板３１、３３、３５するのが抑制される。

【0073】

信号処理基板３３が最も上に位置し、信号処理基板３３の下にモータ制御基板３１が位置し、モータ制御基板３１の下に電源基板３５が位置している。最も上に位置する信号処理基板３３が投受光モジュール１０に最も接近することになるが、この信号処理基板３３は、投受光モジュール１０の支持部材１４よりも下方に位置している。これにより、投受光モジュール１０が所定の角度範囲で回動する際に信号処理基板３３に接触することはない。つまり、モータ制御部３０、信号処理部３２及び電源部３４の全てが、測定時に回転する投受光モジュール１０との接触を回避するように配置されている。

【0074】

電源部３４は、投光部１１、撮像部１３、モータ制御部３０及び信号処理部３２等に電力を供給する部分である。この実施形態では、電源部３４、モータ制御部３０及び信号処理部３２をそれぞれ異なる基板に実装しているが、これに限らず、任意の２つ以上を統合して１つの基板に実装してもよい。

【0075】

信号処理部３２は、例えばマイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されており、所定のプログラムにしたがって動作し、撮像部１３の受光量に基づいてワークＷの断面プロファイルデータを生成する部分である。図４に符号７０で示す配線によって各基板３１、３３、３５と、投光部１１及び撮像部１３とが接続されている。この配線７０は柔軟性を持っており、投受光モジュール１０の回転動作に影響を与えないように構成されている。

【0076】

図９に示すように、撮像部１３のイメージセンサ１３ａは、Ｘ方向に対応するＵ方向及び当該Ｕ方向に直交するＶ方向に二次元配列された複数の画素を有する。信号処理部３２は、イメージセンサ１３ａが有する各画素の輝度値（受光量）を取得し、輝度値変化の近似曲線を求める。信号処理部３２は、求めた近似曲線における各画素列のＶ方向におけるピーク位置を演算し、演算したピーク位置をワークＷの変位として取得する。

【0077】

信号処理部３２は、上述したピーク位置の演算を投受光モジュール１０の回転動作中、複数回実行する。信号処理部３２は、得られたピーク位置と、ピーク位置が得られた時の投受光モジュール１０の回転角度とを関連付け、これを測定データとして記憶する。投受光モジュール１０の回転角度およびＵＶ座標と、ワークのＸＹＺ座標とは対応しているので、測定データに基づいて、所望の回転角度におけるワークＷの断面プロファイルデータを生成できる。また、異なる回転角度におけるワークＷの断面プロファイルを複数取得することで、信号処理部３２がワークＷの三次元形状のデータを生成することが可能である。

【0078】

（実施形態１の変形例１）
図１０は、実施形態１の変形例１に係る投受光モジュール１０を示している。変形例１の投受光モジュール１０は、投光部１１、集光部１２、撮像部１３及び受光側反射部材１５の位置が上記実施形態のものとは異なっている。具体的には、投受光モジュール１０の回転軸５０は、ＹＺ平面において、集光部１２と重複する位置に配置されている。すなわち、上述したように、投受光モジュール１０の回転による慣性モーメントをできるだけ低減したいが、図５に仮想線で示すような重り１６を設けると投受光モジュール１０の重量が増加して好ましくない場合があるので、重り１６を設けることなく、投受光モジュール１０の回転による慣性モーメントを低減する方法として、重量が嵩む集光部１２と、投受光モジュール１０の回転軸５０とをＹＺ平面において重複させる方法を採用することができる。これにより、投受光モジュール１０の回転軸５０の延長線上に集光部１２の少なくとも一部が配置されることになる。尚、回転軸５０が集光部１２と完全に重複していなくてもよく、回転中心線Ａ方向から見たとき、回転軸５０の少なくとも一部と、集光部１２の少なくとも一部とが互いに重複していればよい。これにより、重り１６を不要にすること、または重り１６を軽くすることができる。

【0079】

また、変形例１では、撮像部１３と受光側反射部材１５とが集光部１２を挟むように配置されている。これにより、変形例１の集光部１２は、ＹＺ平面において、受光側反射部材１５と撮像部１３との間の光路上に配置され、受光側反射部材１５で反射された光を集光して撮像部１３に入射させる。

【0080】

さらに、変形例１の投受光モジュール１０は、投光側反射部材１７を備えている。すなわち、変形例１の投光部１１は、光学系１１ｂから照射されるスリット光Ｓ１が左奥側へ向かうように配置されている。これにより、投光部１１を回転中心線Ａに近づけることができ、投受光モジュール１０の回転による慣性モーメントをより一層低減できるが、ワークＷは、光学系１１ｂから照射されるスリット光Ｓ１と反対側に位置している。このことに対応するように、投光側反射部材１７は、投光部１１の光学系１１ｂから出射されたスリット光Ｓ１をワークＷ側へ向けて反射させるように配置されている。この投光側反射部材１７は、支持部材１４または投光部１１に固定されており、投受光モジュール１０が回転しても投光部１１に対する相対的な位置関係は変化しない。

【0081】

（実施形態１の変形例２）
図１１及び図１２は、実施形態１の変形例２に係る光学式変位計１を示している。図１１は、光学式変位計１の内部構造を上側から見た図であり、図１２は、光学式変位計１の内部構造を下側から見た図である。

【0082】

変形例２の光学式変位計１では、モータ２０がダイレクトドライブモータではなく、減速機構２５を介して投受光モジュール１０を回転させる構成となっている。図１１に示すように、モータ２０は、投受光モジュール１０と共に上側空間Ｒ１に格納されている。図１２に示すように、モータ２０の出力軸２０ａは基板部４５を下方へ貫通して下側空間Ｒ２に達している。また、投受光モジュール１０に固定された被駆動軸１０ａも基板部４５を下方へ貫通して下側空間Ｒ２に達している。

【0083】

減速機構２５は、下側空間Ｒ２に格納されており、モータ２０の出力軸２０ａに固定された駆動プーリ２５ａと、被駆動軸１０ａに固定された従動プーリ２５ｂと、駆動プーリ２５ａ及び従動プーリ２５ｂに巻き掛けられた伝動ベルト２５ｃとを備えている。駆動プーリ２５ａが従動プーリ２５ｂよりも小径とされている。伝動ベルト２５ｃはタイミングベルトである。

【0084】

変形例２では、上側空間Ｒ１に格納されたモータ２０の出力軸２０ａが回転すると駆動プーリ２５ａが回転し、駆動プーリ２５ａの回転力は伝動ベルト２５ｃを介して従動プーリ２５ｂに伝達される。従動プーリ２５ｂに伝達された駆動力は被駆動軸１０ａに伝達されるので、モータ２０によって投受光モジュール１０を回転させることができる。変形例２の場合、被駆動軸１０ａが投受光モジュール１０の回転軸となる。

【0085】

尚、減速機構２５は、プーリ２５ａ、２５ｃと伝動ベルト２５ｃとの組み合わせに限定されるものではなく、例えば駆動スプロケット、従動スプロケット及びタイミングチェーンの組み合わせや、複数枚のギヤの組み合わせで構成されていてもよい。モータ２０の種類は、例えばＤＣモータ、ステッピングモータ、サーボモータ等を用いることができる。

【0086】

（実施形態２）
図１３～図１５は、本発明の実施形態２に係る光学式変位計１を示すものである。この実施形態２では、ハウジング４００の構造、モータ２０と投受光モジュール１００の位置関係等が実施形態１とは異なっている。以下、実施形態１と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。

【0087】

図１３及び図１５に示すように、ハウジング４００は１段構造となっており、このハウジング４００の内部に、各基板３１、３３、３５も格納されている。ハウジング４００の内部を仕切ることで、各基板３１、３３、３５が格納されている空間と、投受光モジュール１００が格納されている空間とが異なる空間となるようにすることもできる。

【0088】

ハウジング４００は、下壁部４０１と、下壁部４０１の周縁部から上方へ延びる周壁部４０２と、上方の開放部分を閉塞するための上側蓋部材４０３とを備えている。周壁部４０２の手前側部分には、投光部１１から照射されたスリット光Ｓ１が透過する投光窓４０２ａと、ワークＷから反射した反射光Ｓ２が透過する受光窓４０２ｂとが設けられている。

【0089】

図１５に示すように、下壁部４０１の中央部には、ハウジング４００の内部へ突出するとともに回転中心線Ａ周りに延びる環状壁部４０４が形成されている。環状壁部４０４の先端部には回転中心線Ａの径方向に延びる端壁部４０５が形成されている。端壁部４０５の中央部には、回転軸５０が挿入される開口部４０５ａが形成されている。

【0090】

環状壁部４０４の内方にモータ格納空間Ｒ４が形成されている。モータ２０のステータ２１及びロータ２２は、モータ格納空間Ｒ４に格納されている。モータ２０のステータ２１は、環状壁部４０４の内面に固定されている。つまり、本実施形態では、環状壁部４０４及び端壁部４０５によってステータ保持部が構成されている。一方、モータ２０のロータ２２は、回転軸５０に固定されている。

【0091】

ベアリング５１の外輪部材５１ａは、端壁部４０５に形成された段差部４０５ｂにはめ込まれた状態で端壁部４０５に固定される。これにより、ベアリング５１は、環状壁部４０４及び端壁部４０５によって構成されたステータ保持部に保持されることになる。一方、内輪部材５１ｂは、回転軸５０に形成された嵌合部５０ａに嵌合している。

【0092】

モータ格納空間Ｒ４には、エンコーダ５２も格納されている。ハウジング４００の下端部には、下側蓋部材４０６が設けられている。下側蓋部材４０６によりモータ格納空間Ｒ４が密閉されるので、埃等がエンコーダ５２に付着しないようになっている。

【0093】

投受光モジュール１００は、実施形態１と同様に、投光部１１、集光部１２、撮像部１３、重り１６等を備えているが、投光部１１、集光部１２及び撮像部１３を一体的に保持する支持部材１１０が実施形態１の支持部材１４とは大きく異なっている。

【0094】

すなわち、実施形態１では投受光モジュール１０とモータ２０（ベアリング５１及びエンコーダ５２）とが回転軸５０方向（高さ方向）に並んでいるのに対し、実施形態２では、投受光モジュール１００の回転軸５０方向における高さ範囲内の一部に、モータ２０、回転軸５０を支持するベアリング５１、またはモータ２０に接続されたエンコーダ５２の少なくとも１つが含まれている。これにより、投受光モジュール１００の投光部１１と集光部１２の位置関係を設定する際に、例えば設置距離が比較的長い場合のように、投光部１１と集光部１２との間の間隔を大きく開けることを考慮した設計が可能になる。

【0095】

具体的に説明すると、支持部材１１０は、回転軸５０に固定される固定部１１１と、一側縦板部１１２及び他側縦板部１１３と、集光部保持部１１４と、投光部保持部１１５とを備えている。固定部１１１、一側縦板部１１２、他側縦板部１１３、集光部保持部１１４及び投光部保持部１１５は、一体成形されていてもよいし、別部材を組み合わせることによって構成されていてもよい。

【0096】

固定部１１１は、回転軸５０の径方向に延びる板状をなしており、この実施形態では、図１４に示すように円形状となっていて、図１５に示すように端壁部４０５を上方から覆うように配置される。一側縦板部１１２は、図１５の右側、即ち固定部１１１における回転軸５０の径方向一側から回転軸５０方向に沿って下方へ延びている。他側縦板部１１３は、図１５の左側、即ち固定部１１１における回転軸５０の径方向他側から回転軸５０方向に沿って下方へ延びている。一側縦板部１１２及び他側縦板部１１３は、環状壁部４０４と対向するように配置される。また、一側縦板部１１２及び他側縦板部１１３は、環状壁部４０４と同様に円弧状に湾曲しており、投受光モジュール１００の回転時には、環状壁部４０４との間に一定の隙間を保った状態で回転する。

【0097】

尚、一側縦板部１１２及び他側縦板部１１３は、一体的に形成されていてもよい。例えば固定部１１１の周縁部から下方へ延びる環状の周壁部（図示せず）を形成し、この周壁部における周方向の一部で一側縦板部１１２及び他側縦板部１１３をそれぞれ形成することもできる。

【0098】

集光部保持部１１４は、一側縦板部１１２の下端部から回転軸５０の径方向に延びる板状をなしている。集光部保持部１１４の上面には、集光部１２、撮像部１３、カバーガラス１３ｃ等が保持されている。このため、投受光モジュール１００の回転軸５０は、ＹＺ平面において、集光部１２及び撮像部１３と非重複となる位置に配置されることになる。

【0099】

投光部保持部１１５は、他側縦板部１１３の下端部から回転軸５０の径方向に延びる板状をなしている。投光部保持部１１５の上面には、投光部１１、重り１６等が保持されている。このため、投受光モジュール１００の回転軸５０は、ＹＺ平面において、投光部１１と非重複となる位置に配置されることになる。

【0100】

このように、集光部保持部１１４と投光部保持部１１５とは、回転軸５０を挟むように配置されるとともに、回転軸５０の径方向について互いに反対方向へ突出している。重り１６は、投光部保持部１１５に固定することができる。また、重り１６を固定部１１１における一側縦板部１１２が形成されている側と反対側に固定してもよい。

【0101】

固定部１１１、一側縦板部１１２、他側縦板部１１３、集光部保持部１１４及び投光部保持部１１５を有する支持部材１１０は、Ｘ方向断面において複数の屈曲部１１０Ａを有している。このように支持部材１１０が複数の屈曲部１１０Ａを有する構造となっているので、支持部材１１０が平板である場合に比べて剛性を高めることができる。

【0102】

モータ２０及びベアリング５１は、支持部材１１０の一側縦板部１１２と他側縦板部１１３との間に配置される。そして、ベアリング５１は、一側縦板部１１２と他側縦板部１１３との間においてモータ２０よりも固定部１１１に近い箇所に配置されることになる。これにより、投受光モジュール１００の高さ範囲内の一部に、モータ２０及びベアリング５１が含まれることになる。尚、図示しないが、モータ２０のみが投受光モジュール１００の高さ範囲内に含まれていてもよいし、ベアリング５１のみが投受光モジュール１００の高さ範囲内に含まれていてもよい。

【0103】

少なくともモータ２０と、ベアリング５１と、エンコーダ５２とによって、回転駆動部が構成されている。また、モータ２０は、スリット光を通過させる投光窓４０２aと反射光を通過させる受光窓４０２ｂ（総称して、投受光窓とも呼ぶ）とが設けられた投受光面に隣接する壁面（下壁部４０１および環状壁部４０４）に固定されている。

【0104】

本実施形態の投受光窓は、投光窓４０２ａと、別体の受光窓４０２ｂとから構成されているが、投光窓と受光窓とが一体的に形成されていても良い。また、投受光面は、ハウジング４００の外形を構成する面のうち、投受光窓が設けられた面であり、図４や図１４のように各窓によって形成される複数の平面からなる面である。投受光窓が一体的に形成されている場合には、投受光面は、当該投受光窓が形成する１つの平面からなる面であっても良い。

【0105】

支持部材１１０は、Ｘ方向に直交し、かつ、回転駆動部が存在する平面内に投受光モジュール１００が位置するように、当該投受光モジュール１００を支持している。支持部材１１０は、複数の屈曲部１１０Ａによって形成された回転軸方向に高さが異なる第１部分（例えば、固定部１１１）および第２部分（例えば、集光部保持部１１４及び投光部保持部１１５）を有し、回転駆動部および投受光モジュール１００は、回転軸を含む少なくとも一部の断面において、第１部分が形成する平面と第２部分が形成する平面との間に存在する。この構成により、支持部材１１０の剛性を高めるとともに、ハウジング４００のＸ方向の厚みを減らすことが可能となる。

【0106】

また、図示しないが、エンコーダ５２が投受光モジュール１００の高さ範囲内に含まれていてもよい。例えばエンコーダ５２を回転軸５０の中間部や上端部に配設することで、エンコーダ５２が投受光モジュール１００の高さ範囲内に含まれることになる。エンコーダ５２のみが投受光モジュール１００の高さ範囲内に含まれていてもよいし、モータ２０とエンコーダ５２のみが投受光モジュール１００の高さ範囲内に含まれていてもよいし、ベアリング５１とエンコーダ５２のみが投受光モジュール１００の高さ範囲内に含まれていてもよい。

【0107】

受光側反射部材１５は、ＹＺ平面において、集光部１２とハウジング４００が有する受光窓４０２ｂとの間の光路上に配置され、受光窓４０２ｂを透過した反射光Ｓ２を集光部１２へ向けて反射させる。すなわち、集光部１２は、ＹＺ平面において、受光側反射部材１５と撮像部１３との間の光路上に配置され、受光側反射部材１５で反射された反射光Ｓ２を集光して撮像部１３に入射させる。これにより、ＹＺ平面における撮像部１３または集光部１２と投受光モジュール１００の回転軸５０との間の距離が短くなるように、反射光Ｓ２を投光部１１側に折り返すことができる。

【0108】

（実施形態２の変形例）
図１６は、実施形態２の変形例に係る光学式変位計１を示すものである。この変形例は、受光側反射部材１５が省略されている。集光部１２の光軸がハウジング４００の受光窓４０２ｂに向くように、集光部１２を配置することで、反射部材１５が不要になる。

【0109】

また、この変形例は、投光部１１と集光部１２との間隔を広く確保する場合のレイアウトの一例である。例えば設置距離が比較的長い場合に本変形例を適用することができる。

【0110】

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。例えば実施形態２において、投光側反射部材を設けてもよい。また、実施形態２において、減速機構を備えていてもよい。また、実施形態１、２において、モータ２０をハウジング４０、４００の外部に設けてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0111】

以上説明したように、本開示に係る光学式変位計は、例えばワークの三次元形状のデータを取得する場合に利用できる。

【符号の説明】

【0112】

１ 光学式変位計
１０、１００ 投受光モジュール
１１ 投光部
１２ 受光レンズ
１３ 撮像部
１５ 受光側反射部材
１６ 重り
１９ 投光側反射部材
２０ モータ
３０ モータ制御部
３２ 信号処理部
４０、４００ ハウジング
５１ ベアリング
５２ エンコーダ
６１、６２ ストッパ
Ｗ ワーク

【要約】

【課題】運用時の防塵や安全面などの課題を解決するとともに、コンベアや直動機構を設けることなくワークの異なる位置の断面プロファイルを取得可能な光学式変位計を提供する。
【解決手段】光学式変位計１は、投受光モジュール１００と、投受光モジュール１００を一体的に回転させるモータ２０を含む回転駆動部と、投受光モジュール１００を格納するハウジング４００と、モータ２０を制御し、ハウジング４００内部で投受光モジュール１００を回転させて、スリット光をＸ方向と直交する方向に走査する制御部とを備えている。支持部材は、Ｘ方向と直交し、かつ、回転駆動部が存在する平面内に位置するように投光部、集光部、及び撮像部を支持する。
【選択図】図１５

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】