DE102017009128B4

DE102017009128B4 - Projektionsmustererstellungsvorrichtung und dreidimensionale Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102017009128B4
Application number: DE102017009128.5A
Authority: DE
Inventors: Shouta TAKIZAWA; Junichirou Yoshida; Fumikazu Warashina
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2017-09-29
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2037-09-30
Also published as: JP6480902B2; JP2018059850A; CN107917678B; DE102017009128A1; CN107917678A; US20180101962A1; US10593053B2

Abstract

Projektionsmustererstellungsvorrichtung (4), die konfiguriert ist, ein Projektionsmuster zu erstellen, das von einer dreidimensionalen Messvorrichtung (101) verwendet wird, die eine Musterprojektionseinrichtung (1) und ein oder mehrere Abbildungseinrichtungen (2) umfasst und konfiguriert ist, ein Bild eines Projektionsmusters durch die eine oder die mehreren Abbildungseinrichtungen (2) zu erfassen, das von der Musterprojektionseinrichtung (1) auf ein Objekt projiziert wurde, und eine dreidimensionale Position und/oder eine Form des Objekts zu messen, wobei die Projektionsmustererstellungsvorrichtung (4) umfasst:eine Projektionsmusterdeformationseinheit (5), die konfiguriert ist, eine Deformation auf Grundlage der Merkmale eines optischen Systems der Musterprojektionseinrichtung (1), der Merkmale eines optischen Systems der einen oder mehreren Abbildungseinrichtungen (2) und/oder einer Positionsbeziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung (1) und der einen oder den mehreren Abbildungseinrichtungen (2) zu reproduzieren, wenn das Projektionsmuster, das von der Musterprojektionseinrichtung (1) zu einer Auswertungsoberfläche (3) hin projiziert wurde, die in einem Projektionsbereich der Musterprojektionseinrichtung (1) vorgesehen ist, in einem von der einen oder den mehreren Abbildungseinrichtungen (2) erfassten Bild enthalten ist, um ein Deformationsprojektionsmuster zu generieren; undeine erste Projektionsmusterverbesserungseinheit (6), die konfiguriert ist, ein zweites zu projizierendes Projektionsmuster zu generieren, das durch Verbessern eines ersten Projektionsmusters auf Grundlage von mehreren ersten Deformationsprojektionsmustern erhalten wird, die generiert werden, wenn das erste Projektionsmuster mit verschiedenen Positionen und Neigungen für die Musterprojektionseinrichtung (1) oder die eine oder mehreren Abbildungseinrichtungen (2) von der Musterprojektionseinrichtung (1) zu einer oder mehreren Auswertungsoberflächen (3) hin projiziert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung und eine dreidimensionale Messvorrichtung und genauer eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung, die ein Muster unter Berücksichtigung des Einflusses einer Musterdeformation erstellt, und eine dreidimensionale Messvorrichtung, die das generierte Muster verwendet.
Eine dreidimensionale Messvorrichtung zum Messen einer dreidimensionalen Form eines Objekts umfasst eine Musterprojektionseinrichtung und eine Abbildungseinrichtung und projiziert ein Muster auf ein Objekt von der Musterprojektionseinrichtung, erfasst mit der Abbildungseinrichtung ein Bild einer Erscheinung des Objekts und verarbeitet das erfasste Bild, um die dreidimensionale Form des Objekts zu messen.
Um die dreidimensionale Form des Objekts zu erhalten, ist es notwendig, eine Entsprechungsbeziehung zwischen Bildern oder zwischen einem Bild und einem Muster unter Verwendung von geometrischen Merkmalen des Musters im Bild zu erhalten. Deshalb ist ein zu projizierendes Muster ein wichtiger Faktor zum Ermitteln der Leistung der dreidimensionalen Messvorrichtung.
Verschiedene Arten von dreidimensionalen Messvorrichtungen werden vorgeschlagen. Insbesondere weist eine dreidimensionale Messvorrichtung, die ein Objekt mit einem Muster messen kann, Vorteile beim Durchführen der Messung in einer kurzen Zeit auf, da die dreidimensionale Messvorrichtung nur einmal ein Bild eines Musters erfassen muss und ein sich bewegendes Objekt messen kann.
Wenn ein Muster von der Musterprojektionseinrichtung auf ein Objekt projiziert wird und danach ein Bild des Musters von der Abbildungseinrichtung erfasst wird, ist das im erfassten Bild enthaltene Muster beeinflusst durch: ein optisches System der Musterprojektionseinrichtung oder der Abbildungseinrichtung; eine relative Positionsbeziehung zwischen dem Objekt und der Musterprojektionseinrichtung/der Abbildungseinrichtung und der Form des Objekts. Deshalb sieht das Muster deformiert aus. Aufgrund des Einflusses der Musterdeformation wird die dreidimensionale Form des Objekts möglicherweise nicht korrekt gemessen.
Die Musterprojektionseinrichtung projiziert das deutlichste Muster an einer fokussierten Position. 1 illustriert ein Beispiel eines von der Musterprojektionseinrichtung in der verwandten Technik projizierten Musters. Wie in 1 illustriert, können die feinen Gitter identifiziert werden, obwohl die Größe des Musters von (1) zu (8) reduziert wird.
Wenn die Musterprojektionseinrichtung von einer fokussierten Position entfernt wird, wird das projizierte Muster verwischter. Gleichermaßen erfasst die Abbildungseinrichtung auch ein Bild des deutlichsten Musters an einer fokussierten Position, und wenn die Abbildungseinrichtung von der fokussierten Position entfernt wird, wird ein verwischtes Bild erfasst.
2 illustriert ein Beispiel eines von der Musterprojektionseinrichtung in der verwandten Technik projizierten, verwischten Musters. Wie in 2 veranschaulicht, sind die feinen Gitter verwischt und es ist nicht möglich, die Form des Musters zu unterscheiden, wenn ein Muster fein und von einer Fokusposition entfernt ist.
Wenn ein Objekt eine unebene Oberfläche aufweist oder wenn ein Objekt gegenüber der dreidimensionalen Messvorrichtung geneigt ist, kann ein in einem Bild enthaltenes Muster gestreckt oder gestaucht sein, abhängig von einer relativen Beziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung/Abbildungseinrichtung und der Oberfläche des Objekts.
3 veranschaulicht ein Beispiel einer Positionsbeziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung/Abbildungseinrichtung und einem Objekt in der verwandten Technik. 4 illustriert ferner ein Beispiel, wenn ein von der Musterprojektionseinrichtung in der verwandten Technik projiziertes Muster gestreckt wird. Wenn beispielsweise eine Musterprojektionseinrichtung 1, eine Abbildungseinrichtung 2 und ein Objekt 31 eine relative Beziehung wie in 3 illustriert aufweisen, ist ein in einem Bild enthaltenes Muster in einer horizontalen Richtung gestreckt, wie in 4 illustriert. Da das Muster gestreckt ist, ist es notwendig, das Bild in einem breiten Bereich zu verarbeiten, um das Muster zu identifizieren.
5 veranschaulicht ein weiteres Beispiel einer Positionsbeziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung/Abbildungseinrichtung und einem Objekt in der verwandten Technik. Ferner illustriert 6 ein Beispiel eines von der Musterprojektionseinrichtung in der verwandten Technik projizierten, gestauchten Musters. Wenn eine Musterprojektionseinrichtung 1, eine Abbildungseinrichtung 2 und ein Objekt 32 eine relative Positionsbeziehung wie in 5 illustriert aufweisen, ist ein in einem Bild enthaltenes Muster in einer horizontalen Richtung gestaucht, wie in 6 illustriert. Wenn ein Muster gestaucht ist, ist ein Unterscheiden feiner Muster schwierig, was es unmöglich macht, eine dreidimensionale Form zu messen.
Bisher wurden verschiedene dreidimensionale Messvorrichtungen vorgeschlagen, die eine Messung mit einem Muster durchführen.
Beispielsweise wurde eine dreidimensionale Messvorrichtung vorgeschlagen, die gleichzeitig zwei verschiedene Muster auf ein Objekt projiziert, ein erfasstes Bild in zwei Frequenzen auflöst und ein Bild erfasst, wodurch eine dreidimensionale Messung durch einmaliges Abbilden durchgeführt wird (z. B. in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer JP 2001 - 349 713 A).
Die vorgenannte Technik weist das Problem auf, dass es nicht möglich ist, die Messung korrekt durchzuführen, wenn eine Verwischung in einem in einem Bild enthaltenen Muster auftritt.
Darüber hinaus wurde eine dreidimensionale Messvorrichtung vorgeschlagen, die ein Projektionsmuster zum Durchführen einer groben Positionierung und ein Projektionsmuster zum genauen Erfassen eines dreidimensionalen Punkts in ein Projektionsmuster aufnimmt und eine einmalige Musterprojektion durchführt, wodurch eine dreidimensionale Messung durchgeführt wird (z. B. im veröffentlichten japanischen Patent mit der Nummer JP 5 322 206 B2).
Verwischungsmuster, gestreckte Muster und gestauchte Muster sind in den oben erwähnten Techniken nicht berücksichtigt. Deshalb ist es notwendig, ein in einem Bild enthaltenes Muster in einem Ausmaß zu vergröbern, sodass das Muster unterschieden werden kann, auch wenn das Muster verwischt oder gestaucht ist, einen gestreckten Teil des Musters hinzuzufügen, einen weiten Bereich des Bilds zu verarbeiten und eine dreidimensionale Form zu erhalten. Dies führt zu dem Problem, dass es nicht möglich ist, eine räumliche Auflösung zu verbessern und eine feine Form auf einem Messobjekt zu messen, und der Messbereich in einer Tiefenrichtung ist eng.
Ferner wurde eine dreidimensionale Messvorrichtung vorgeschlagen, die ein Muster zum Identifizieren eines Streifens auf beiden Seiten eines Streifenmusters hinzufügt, wodurch eine dreidimensionale Form gemessen wird (z. B. in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer JP 2014 - 199 193 A. Das hinzugefügte Muster ist in Bezug auf den Streifen jeweils symmetrisch, sodass die Mittelposition des Streifens nicht verschoben wird, obwohl eine Verwischung des Musters oder eine Änderung im Grauwert auftritt. Da das hinzugefügte Muster zum Identifizieren des Streifens sehr fein ist und es nicht möglich ist, den Streifen zu unterscheiden, wenn das hinzugefügte Muster verwischt ist, besteht das Problem, dass nur eine leichte Verwischung des Musters zugelassen werden kann.
Das Dokument DE 10 2012 220 048 A1 offenbart eine Kalibrierungsvorrichtung und ein Verfahren zur Kalibrierung einer dentalen Kamera. Ein Projektionsgitter ist in einem Lichtpfad angeordnet, sodass auf eine Oberfläche ein Streifenmuster projiziert werden kann. Die dentale Kamera kann ein Bild von dem projizierten Muster aufnehmen. Zur Kalibrierung wird das Streifenmuster auf eine flache Referenzoberfläche mit Referenzmarkern projiziert und ein Bild aufgenommen. Durch einen Vergleich der Lage der Referenzmarken in dem Bild mit der Geometrie der einzelnen Streifen können Kompensationswerte berechnet werden, welche eine ungewünschte Verzerrung des aufgenommenen Bildes kompensieren.
Die Druckschrift JP 2016 - 053 481 A beschreibt ein Verfahren zur Distanzmessung zu einem Objekt, welches sich relativ zu einer Kamera bewegt. Ein Muster wird auf das Objekt projiziert und die Kamera nimmt ein Bild des projizierten Musters auf. Hierbei kann es durch die relative Bewegung des Objekts zu einem Verwischen des Musters in dem aufgenommenen Bild kommen. Falls ein verwischtes Muster aufgenommen wird, wird ein anderes Muster aus einer Tabelle vordefinierter Muster ausgewählt und auf das Objekt projiziert, wodurch das Verwischen verringert werden soll.
Das Dokument US 2013 / 0 108 104 A1 beschreibt eine Musterprojektionsvorrichtung, die ein Raster aus orthogonalen Lichtstreifen projiziert. Eine stereoskopische Kamera nimmt ein Bild des projizierten Rasters auf. Durch einen Vergleich eines Bildes von nur auf einen Hintergrund projizierten Lichtstreifen mit einem Bild von zumindest teilweise auf ein Objekt projizierten Lichtstreifen kann eine Position des Objekts ermittelt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung und eine dreidimensionale Messvorrichtung bereitzustellen, die konfiguriert ist, eine dreidimensionale Form zu messen, obwohl ein projiziertes Muster verwischt, gestreckt oder gestaucht ist. Der erfindungsgemäße Gegenstand ist in den beiliegenden Patentansprüchen definiert.
Eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach einem Beispiel ist eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung, die konfiguriert ist, ein Projektionsmuster zu erstellen, das von einer dreidimensionalen Messvorrichtung verwendet wird, die eine Musterprojektionseinrichtung und ein oder mehrere Abbildungseinrichtungen enthält und konfiguriert ist, ein Bild eines Projektionsmusters durch die eine oder die mehreren Abbildungseinrichtungen zu erfassen, das von der Musterprojektionseinrichtung auf ein Objekt projiziert wurde, und eine dreidimensionale Position und/oder eine Form des Objekts zu messen. Die Projektionsmustererstellungsvorrichtung enthält: eine Projektionsmusterdeformationseinheit, die konfiguriert ist, eine Deformation auf Grundlage der Merkmale eines optischen Systems der Musterprojektionseinrichtung, der Merkmale eines optischen Systems der einen oder mehreren Abbildungseinrichtungen und/oder einer Positionsbeziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung und der einen oder den mehreren Abbildungseinrichtungen zu reproduzieren, wenn das Projektionsmuster, das von der Musterprojektionseinrichtung zu einer Auswertungsoberfläche hin projiziert wurde, die in einem Projektionsbereich der Projektionsmustererstellungsvorrichtung vorgesehen ist, in einem von der einen oder den mehreren Abbildungseinrichtungen erfassten Bild enthalten ist, um ein Deformationsprojektionsmuster zu generieren; und eine erste Projektionsmusterverbesserungseinheit, die konfiguriert ist, ein zweites zu projizierendes Projektionsmuster zu generieren, das durch Verbessern eines ersten Projektionsmusters auf Grundlage von mehreren ersten Deformationsprojektionsmustern erhalten wird, die generiert werden, wenn das erste Projektionsmuster mit verschiedenen Positionen und Neigungen für die Musterprojektionseinrichtung oder die eine oder mehreren Abbildungseinrichtungen von der Musterprojektionseinrichtung zu einer oder mehreren Auswertungsoberflächen hin projiziert wird.
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlicher, wobei:

1 ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines von der Musterprojektionseinrichtung projizierten Musters in der verwandten Technik veranschaulicht;
2 ein Diagramm ist, das ein Beispiel veranschaulicht, wenn ein von der Musterprojektionseinrichtung in der verwandten Technik projiziertes Muster verwischt wird;
3 ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer Positionsbeziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung/ Abbildungseinrichtung und einem Objekt in der verwandten Technik veranschaulicht;
4 ein Diagramm ist, das ein Beispiel veranschaulicht, wenn ein von der Musterprojektionseinrichtung in der verwandten Technik projiziertes Muster gestreckt wird;
5 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel einer Positionsbeziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung/ Abbildungseinrichtung und einem Objekt in der verwandten Technik veranschaulicht;
6 ein Diagramm ist, das ein Beispiel veranschaulicht, wenn ein von der Musterprojektionseinrichtung in der verwandten Technik projiziertes Muster gestaucht wird;
7 ein Diagramm ist, das eine Konfiguration einer Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform veranschaulicht;
8 ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Mustererstellungsprozedur durch eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform ist;
9A ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines von einer Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform erstellten Musters veranschaulicht;
9B ein Diagramm ist, das ein Beispiel eines von einer Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform erstellten Musters veranschaulicht;
10A ein Diagramm ist, das ein weiteres Beispiel eines von einer Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform erstellten Musters veranschaulicht;
10B ein Diagramm ist, das ein weiteres Beispiel eines von einer Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform erstellten Musters veranschaulicht;
11 ein Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens ist, in dem ein Muster durch eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform gestreckt wird;
12 ein Diagramm zum Erläutern eines Verfahrens ist, in dem ein Muster durch eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform gestaucht wird;
13 ein Diagramm ist, das eine weitere Konfiguration einer Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
14 ein Diagramm ist, das eine Konfiguration einer Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
15 ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Mustererstellungsprozedur durch eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der zweiten Ausführungsform ist; und
16 ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Mustererstellungsprozedur durch eine Projektionsmustererstellungseinrichtung nach einer dritten Ausführungsform ist.

Hierin werden nachfolgend eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung und eine dreidimensionale Messvorrichtung nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Es wird eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach einer ersten Ausführungsform beschrieben. 7 veranschaulicht eine Konfiguration der Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform. Die Projektionsmustererstellungsvorrichtung 4 nach der ersten Ausführungsform erstellt ein Projektionsmuster, das von einer dreidimensionalen Messvorrichtung 101 verwendet werden soll. Die dreidimensionale Messvorrichtung 101 enthält eine Musterprojektionseinrichtung 1 und ein oder mehrere Abbildungseinrichtungen 2 und misst eine dreidimensionale Position und/oder Form eines Objekts, indem sie den Abbildungseinrichtungen 2 ermöglicht, ein Bild eines von der Musterprojektionseinrichtung 1 auf das Objekt projizierten Projektionsmusters zu erfassen.
Wie in 7 illustriert, enthält die Projektionsmustererstellungsvorrichtung 4 eine Projektionsmusterdeformationseinheit 5 und eine erste Projektionsmusterverbesserungseinheit 6. Ferner stellt eine Bezugsziffer 3 eine Auswertungsoberfläche dar, auf der das Objekt angeordnet ist.
Auf Basis von Merkmalen eines optischen Systems der Musterprojektionseinrichtung 1, von Merkmalen eines optischen Systems der Abbildungseinrichtung 2 und/oder einer Positionsbeziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung 1 und der Abbildungseinrichtung 2, reproduziert die Projektionsmusterdeformationseinheit 5 eine Deformation, wenn das Projektionsmuster, das von der Musterprojektionseinrichtung 1 zur in einem Projektionsbereich der Projektionsmustererstellungsvorrichtung 4 vorgesehenen Auswertungsoberfläche 3 projiziert wird, in einem von der Abbildungseinrichtung 2 erfassten Bild enthalten ist und generiert ein Deformationsprojektionsmuster.
Die erste Projektionsmusterverbesserungseinheit 6 generiert ein zweites Projektionsmuster, das durch Verbessern eines ersten Projektionsmusters auf Grundlage von einem oder mehreren ersten Deformationsprojektionsmustern erhalten wird, die generiert werden, wenn das erste Projektionsmuster von der Musterprojektionseinrichtung 1 zu einer oder mehreren Auswertungsoberflächen 3 hin mit verschiedenen Positionen und Neigungen für die Musterprojektionseinrichtung 1 oder die Abbildungseinrichtung projiziert wird. Das in der Projektionsmustererstellungsvorrichtung 4 erstellte zweite Projektionsmuster wird von der Musterprojektionseinrichtung 1 projiziert.
Vorzugsweise generiert die Projektionsmusterdeformationseinrichtung 5 ein erstes Deformationsprojektionsmuster, das durch Reproduzieren einer vom optischen System der Musterprojektionseinrichtung 1 und/oder vom optischen System der Abbildungseinrichtung 2 verursachten Deformation erhalten wird, und die erste Projektionsmusterverbesserungseinheit 6 berechnet einen ersten Auswertungswert auf Basis des ersten Deformationsprojektionsmusters und verbessert das erste Projektionsmuster auf Basis des ersten Auswertungswerts.
Darüber hinaus generiert die Projektionsmusterdeformationseinrichtung 5 vorzugsweise ein zweites Deformationsprojektionsmuster, das durch Reproduzieren einer durch eine Positionsbeziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung 1 und/oder der Abbildungseinrichtung 2 verursachten Deformation erhalten wird, und die erste Projektionsmusterverbesserungseinheit 6 berechnet den ersten Auswertungswert auf Basis des zweiten Deformationsprojektionsmusters und verbessert das erste Projektionsmuster auf Basis des ersten Auswertungswerts.
Die dreidimensionale Messvorrichtung 101 enthält die Musterprojektionseinrichtung 1 und die Abbildungseinrichtung 2. Die Musterprojektionseinrichtung 1 und die Abbildungseinrichtung 2 können in einem integrierten Gehäuse untergebracht sein oder können auch in getrennten Gehäusen untergebracht sein. Ein oder mehrere Abbildungseinrichtungen 2 können für die Musterprojektionseinrichtung 1 vorgesehen sein. Die Projektionsmustererstellungsvorrichtung 4 kann im gleichen Gehäuse wie die Musterprojektionseinrichtung 1 oder die Abbildungseinrichtung 2 aufgenommen sein oder kann auch in einem getrennten Gehäuse untergebracht sein.
Als Musterprojektionseinrichtung 1 kann eine Einrichtung verwendet werden, die ein beliebiges Schema einsetzt. Beispielsweise gibt es eine Musterprojektionseinrichtung unter Verwendung der folgenden Konfiguration.

- Es wird ein Flüssigkristall, eine mikroelektromechanische (MEMS) Einrichtung oder eine Fotomaske verwendet.
- Eine Lampe oder eine LED wird als Lichtquelle verwendet.
- Eine Wellenlänge sichtbaren Lichts, Infrarotlichts oder Ultraviolettlichts kann als eine Wellenlänge der Lichtquelle verwendet werden.

Als Abbildungseinrichtung 2 kann eine Einrichtung verwendet werden, die ein beliebiges Schema einsetzt. Beispielsweise enthält die Abbildungseinrichtung Folgendes:

- eine Farbkamera,
- eine Schwarzweißkamera,
- eine Kamera, die ein Bild unter Verwendung von Licht, das von sichtbarem Licht verschieden ist, wie Infrarotlicht oder Ultraviolettlicht, als Lichtquelle erfassen kann.

Das zweite Projektionsmuster wird durch die folgende Prozedur generiert. Details werden später beschrieben.

- Wenn eine dreidimensionale Form eines Objekts gemessen werden kann, wird ein Muster, das durch ein beliebiges Verfahren generiert wird, wie ein Verfahren, das zufällige Punkte oder eine De-Bruijn-Folge verwendet, als ein Anfangswert eines Projektionsmusters eingesetzt.
- Quantitatives Bestimmen, ob es möglich ist, mit dem Projektionsmuster eine dreidimensionale Messung durchzuführen und einen Auswertungswert A zu erhalten. Ein Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen des Auswertungswerts A wird später beschrieben.
- Es wird eine dem Auswertungswert A ähnliche Berechnung mit einem Deformationsprojektionsmuster durchgeführt, das durch absichtliches Verwischen des Projektionsmusters erhalten wird, und das Berechnungsergebnis wird als ein Auswertungswert B eingesetzt. Ein Beispiel eines Verfahrens zum Verwischen des Projektionsmusters wird später beschrieben.
- Es wird eine dem Auswertungswert A ähnliche Berechnung mit einem Deformationsprojektionsmuster durchgeführt, das durch absichtliches Strecken des Projektionsmusters erhalten wird, und das Berechnungsergebnis wird als ein Auswertungswert C eingesetzt. Ein Beispiel eines Verfahrens zum Strecken des Projektionsmusters wird später beschrieben.
- Es wird eine dem Auswertungswert A ähnliche Berechnung mit einem Deformationsprojektionsmuster durchgeführt, das durch absichtliches Stauchen des Projektionsmusters erhalten wird, und das Berechnungsergebnis wird als ein Auswertungswert D eingesetzt. Ein Beispiel eines Verfahrens zum Stauchen des Projektionsmusters wird später beschrieben.
- Durch Wiederholen eines Vorgangs zum Korrigieren des Projektionsmusters, um einen Summenwert E zu reduzieren, der durch Addieren einer oder mehrerer Auswertungswerte B, C und D zum Auswertungswert A erhalten wird, und erneutes Erhalten des Summenwerts E wird das Projektionsmuster verbessert. Ein Beispiel eines Verfahrens zum Verbessern des Projektionsmusters wird später beschrieben. Als Nächstes wird eine Prozedur zum Erstellen des zweiten Projektionsmusters durch die Projektionsmustererstellungsvorrichtung 4 nach Beispiel 1 unter Verwendung eines in 8 illustrierten Ablaufdiagramms beschrieben.

In Schritt S101 wird der Auswertungswert A berechnet. Ein Beispiel eines Berechnungsverfahrens des Auswertungswerts A ist veranschaulicht.
Falls die dreidimensionale Messvorrichtung 101 eine dreidimensionale Messung durchführt, wenn eine Vorverarbeitung wie eine Kantendetektion, Glättung und Fourier-Transformation für ein von der Abbildungseinrichtung 2 erfasstes Bild durchgeführt wird, wird der Auswertungswert A nach Durchführung der Vorverarbeitung für das Projektionsmuster erhalten.
Der Auswertungswert A kann durch ein beliebiges Berechnungsverfahren nach einem dreidimensionalen Messverfahren erhalten werden. Beispielsweise gibt es das folgende Berechnungsverfahren.

- Im Fall der Durchführung einer dreidimensionalen Messung durch Erkennen eines bestimmten geometrischen Musters, wie eines vertikalen Streifens, wird ein Verhältnis einer Fläche, in der das bestimmte geometrische Muster nicht erkennbar ist, zum Projektionsmuster als der Auswertungswert A berechnet.
- Wenn eine Erkennung einer Ordnungsbeziehung eines geometrischen Musters bei einer dreidimensionalen Messung erforderlich ist, wird ein Verhältnis, in der die Ordnungsbeziehung für das Projektionsmuster nicht richtig erhalten wird, als der Auswertungswert A berechnet.
- Im Fall der Durchführung einer dreidimensionalen Messung unter Verwendung der Tatsache, dass es keine Wiederholung im Projektionsmuster gibt, werden Unterschiede zwischen kleinen Zielgebieten des Projektionsmusters und verschiedenen kleinen Gebieten für alle Kombinationen berechnet und ein Maximalunterschied, die Gesamtsumme der Unterschiede oder ein Mittel der Unterschiede wird als der Auswertungswert berechnet. Es ist anzumerken, dass eine Berechnung in einem Bereich durchgeführt wird, in dem es keine Wiederholung gibt, wenn es nur in einer bestimmten Richtung keine Wiederholung gibt oder es keine Wiederholung in einem bestimmten Bereich für ein Zielgebiet gibt.
- Wenn eine Vielzahl von dreidimensionalen Messverfahren miteinander kombiniert wird, können jeweilige Auswertungswerte berechnet werden und der Auswertungswert A kann als die Summe der Auswertungswerte ermittelt werden.

Als Nächstes wird in Schritt S102 ermittelt, ob eine Verwischung des Projektionsmusters berücksichtigt wird, und wenn die Verwischung des Projektionsmusters berücksichtigt wird, wird das Projektionsmuster in Schritt S103 verwischt und der Auswertungswert B wird in Schritt S104 berechnet. Wenn andererseits die Verwischung des Projektionsmusters nicht berücksichtigt wird, werden die Schritte S103 und S104 nicht durchgeführt.
Es wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Verwischen des Projektionsmusters beschrieben. In einem Verfahren zum Verwischen des Projektionsmusters wird eine Hochfrequenzkomponente des Projektionsmusters unter Verwendung eines Tiefpassfilters entfernt. Wenn der Tiefpassfilter verwendet wird, ist es möglich, den Fall zu reproduzieren, in dem das Projektionsmuster in einer von einer fokussierten Position der Abbildungseinrichtung entfernten Position projiziert wird.
In einem anderen Verfahren zum Verwischen des Projektionsmusters wird ein verwischtes Muster unter Berücksichtigung des optischen Systems der Musterprojektionseinrichtung 1 generiert. Beim Projizieren eines Schwarz-Weiß-Musters, wie in 9A und 9B illustriert, wird beispielsweise der weiße Teil mit Licht von der Musterprojektionseinrichtung 1 bestrahlt, aber der schwarze Teil wird nicht mit Licht von der Musterprojektionseinrichtung 1 bestrahlt.
Wenn Spotbeleuchtung von der Musterprojektionseinrichtung 1 projiziert wird, weist der projizierte Fleck an einer fokussierten Position den kleinsten Fleckdurchmesser auf und der Fleckdurchmesser wird größer, wenn der projizierte Fleck von der fokussierten Position entfernt wird. Deshalb wird der weiße Teil des Projektionsmusters erweitert und es tritt eine Verwischung auf, wenn das projizierte Projektionsmuster von der fokussierten Position entfernt wird.
Wenn die Verwischung im Projektionsmuster auftritt, wie in 9A und 9B illustriert, erreicht das Projektionsmuster Zustände, wie in 10A und 10B illustriert. Da der weiße Teil zum schwarzen Teil erweitert wird, tritt auf der schwarzen Seite der Schwarz-Weiß-Grenze ein graues Gebiet auf. Deshalb ist es schwierig, aufgrund des Graus eine feine schwarze Form zu unterscheiden. Da andererseits der weiße Teil erweitert ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass der weiße Teil seine feine Form verliert.
Deshalb wird der Grauwert des Projektionsmusters abhängig von einem Abstand von der Grenzlinie so geändert, dass der schwarze Teil des Projektionsmusters weißer wird, je näher er zur Grenzlinie ist, und schwärzer wird, je weiter er von der Grenzlinie entfernt ist, sodass eine Verwischung des Projektionsmusters reproduziert werden kann.
Wenn das Projektionsmuster nicht aus zwei Grauskalen aus weiß und schwarz besteht, sondern eine mehrstufige Grauskala ist, wird ein ähnlicher Prozess an einer Seite mit einem geringen Grauwert an den jeweiligen Grenzlinien durchgeführt, sodass eine Verwischung des Projektionsmusters reproduziert werden kann.
Ferner, wenn das Projektionsmuster eine Farbe ist, wird ein Prozess für jede Komponente durchgeführt, sodass eine Verwischung des Projektionsmusters reproduziert werden kann.
Wenn es aufgrund einer Differenz des optischen Systems der Musterprojektionseinrichtung 1 nicht möglich ist, die Verwischung des Projektionsmusters unter Erweiterung des weißen Teils des Projektionsmusters zu reproduzieren, wird ein beliebiger Prozess in Übereinstimmung mit dem optischen System durchgeführt, sodass die Verwischung des Projektionsmusters reproduziert werden kann.
Bei der dreidimensionalen Messung kann eine Auswertung durchgeführt werden, indem ein Tiefpassfilter und eine Erweiterung eines weißen Teils eines Musters auf das Projektionsmuster angewandt werden, da ein von der Abbildungseinrichtung 2 erfasstes Bild verarbeitet wird. Wenn ein dominanter Verwischungsfaktor in der Musterprojektionseinrichtung 1 existiert, kann zur Auswertung nur die Erweiterung des weißen Teils des Projektionsmusters angewandt werden, oder wenn der dominante Faktor in der Abbildungseinrichtung 2 existiert, kann nur der Tiefpassfilter zur Auswertung auf das Projektionsmuster angewandt werden.
In noch einem anderen Verfahren zum Verwischen des Projektionsmusters kann das Projektionsmuster tatsächlich auf ein beliebiges Objekt (z. B. eine Ebene) projiziert werden, das an einer von einer fokussierten Position der Musterprojektionseinrichtung 1 getrennten Position installiert ist, ein Bild des projizierten Projektionsmusters kann von der Abbildungseinrichtung 2 erfasst werden und das erfasste Bild kann zur Auswertung als ein Deformationsprojektionsmuster genutzt werden.
Als Nächstes wird in Schritt S105 ermittelt, ob eine Streckung des Projektionsmusters berücksichtigt wird. Wenn die Streckung des Projektionsmusters berücksichtigt wird, wird das Projektionsmuster in Schritt S106 gestreckt und in Schritt S107 wird der Auswertungswert C berechnet. Wenn andererseits die Streckung des Projektionsmusters nicht berücksichtigt wird, werden die Schritte S106 und S107 nicht durchgeführt.
Als Nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Strecken des Projektionsmusters beschrieben. Als ein Verfahren zum Strecken des Projektionsmusters gibt es ein Verfahren zum Generieren eines Deformationsprojektionsmusters, das unter Berücksichtigung einer relativen Beziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung 1, der Abbildungseinrichtung 2 und der Oberfläche eines Objekts, auf die ein Muster projiziert wird, und den optischen Systemen der Musterprojektionseinrichtung 1 und der Abbildungseinrichtung 2 gestreckt wird. Wenn beispielsweise, wie in 11 illustriert, ein Muster I_A auf eine Oberfläche 31 projiziert wird, die in Bezug auf die Musterprojektionseinrichtung 1 geneigt ist, ist ein auf eine von der Musterprojektionseinrichtung 1 entfernte Oberfläche projiziertes Muster in einem Bild I_B, das von der Abbildungseinrichtung 2 erfasst werden soll, im Vergleich zu einem auf eine Oberfläche nahe der Musterprojektionseinrichtung 1 mehr gestreckt.
Aus dem numerischen Modell des optischen Systems der Musterprojektionseinrichtung 1, dem numerischen Modell des optischen Systems der Abbildungseinrichtung 2 und einer relativen Positionsbeziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung 1, der Abbildungseinrichtung 2 und der Oberfläche, auf die das Muster projiziert ist, kann das gestreckte Deformationsmuster berechnet werden. Frei ausgewählte numerische Modelle können für die Musterprojektionseinrichtung 1 und die Abbildungseinrichtung 2 in Übereinstimmung mit den tatsächlich verwendeten Einrichtungen ausgewählt werden. Ferner, da die Streckung des Projektionsmusters abhängig von der relativen Positionsbeziehung geändert ist, können Deformationsprojektionsmuster, die in einer Vielzahl von verschiedenen relativen Positionsbeziehungen gestreckt sind, generiert und zur Auswertung verwendet werden.
Bei einem anderen Verfahren zum Strecken des Projektionsmusters wird das Projektionsmuster in einer bestimmten Richtung erweitert. Wenn das Muster I_A auf eine zur Musterprojektionseinrichtung 1 oder zur Abbildungseinrichtung 2 leicht geneigte Oberfläche projiziert wird, kann dieses Verfahren das in einem von der Abbildungseinrichtung 2 erfassten Bild enthaltene Muster ungefähr ausdrücken. Da der Prozess zum Strecken des Projektionsmusters in einer kurzen Zeit durchgeführt werden kann, ist es vorteilhaft, dass dieses Verfahren die Zeit verkürzen kann, die zur Verbesserung des Projektionsmusters erforderlich ist.
In noch einem anderen Verfahren zum Strecken des Projektionsmusters kann das Projektionsmuster tatsächlich von der Musterprojektionseinrichtung 1 auf ein beliebiges geneigtes Objekt (z. B. eine Ebene) projiziert werden, ein Bild des projizierten Projektionsmusters kann von der Abbildungseinrichtung 2 erfasst werden und das erfasste Bild kann zur Auswertung als ein Deformationsprojektionsmuster genutzt werden.
Als Nächstes wird in Schritt S108 ermittelt, ob eine Stauchung des Projektionsmusters berücksichtigt wird. Wenn die Stauchung des Projektionsmusters berücksichtigt wird, wird das Projektionsmuster in Schritt S109 gestaucht und in Schritt S110 wird der Auswertungswert D berechnet. Wenn andererseits die Stauchung des Projektionsmusters nicht berücksichtigt wird, werden die Schritte S109 und S110 nicht durchgeführt.
Als Nächstes wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Stauchen des Projektionsmusters beschrieben. Als ein Verfahren zum Stauchen des Projektionsmusters gibt es ein Verfahren unter Berücksichtigung einer relativen Beziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung 1, der Abbildungseinrichtung 2 und der Oberfläche eines Objekts, auf das das Projektionsmuster projiziert wird, und den optischen Systemen der Musterprojektionseinrichtung 1 und der Abbildungseinrichtung 2, ähnlich wie beim Fall des Streckens des Projektionsmusters. Wenn beispielsweise, wie in 12 illustriert, das Muster I_A auf eine Oberfläche 32 projiziert wird, die in Bezug auf die Musterprojektionseinrichtung 1 geneigt ist, ist ein auf eine von der Musterprojektionseinrichtung 1 entfernte Oberfläche projiziertes Muster im Bild I_B, das von der Abbildungseinrichtung 2 erfasst wird, im Vergleich zu einem auf eine Oberfläche nahe der Musterprojektionseinrichtung 1 mehr gestaucht.
Unter Verwendung der gleichen Technik wie beim Berechnen des gestreckten Deformationsprojektionsmusters kann das gestauchte Projektionsmuster generiert werden. Ferner können Deformationsprojektionsmuster, die in einer Vielzahl von verschiedenen relativen Beziehungen gestaucht werden, zur Auswertung verwendet werden.
Bei einem anderen Verfahren zum Stauchen des Projektionsmusters wird das Projektionsmuster in einer bestimmten Richtung verkürzt. Wenn das Muster I_A auf eine zur Musterprojektionseinrichtung 1 oder zur Abbildungseinrichtung 2 leicht geneigte Oberfläche projiziert wird, kann dieses Verfahren das in einem von der Abbildungseinrichtung erfassten Bild enthaltene Muster ungefähr ausdrücken. Da der Prozess zum Stauchen des Projektionsmusters in einer kurzen Zeit durchgeführt werden kann, ist es vorteilhaft, dass dieses Verfahren die Zeit verkürzen kann, die zur Verbesserung des Projektionsmusters erforderlich ist.
In noch einem anderen Verfahren zum Stauchen des Projektionsmusters kann das Projektionsmuster tatsächlich von der Musterprojektionseinrichtung 1 auf ein beliebiges geneigtes Objekt (z. B. eine Ebene) projiziert werden, ein Bild des projizierten Projektionsmusters kann von der Abbildungseinrichtung 2 erfasst werden und das erfasste Bild kann zur Auswertung als ein Deformationsprojektionsmuster genutzt werden.
Als Nächstes wird der Auswertungswert E in Schritt S111 berechnet. Es wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen des Auswertungswerts E beschrieben.
Der Auswertungswert E kann aus den Auswertungswerten A bis D unter Verwendung einer beliebigen Gleichung berechnet werden. Beispielsweise gibt es das folgende Verfahren.

- Die Summe der Auswertungswerte A bis D wird als der Auswertungswert E benutzt. $E=A+B+C+D$
- Gewichte a_A bis a_D werden jeweils mit den Auswertungswerten A bis D multipliziert, wodurch das Multiplikationsergebnis als der Summenwert E benutzt wird. $E= α_{A} \times A+ α_{B} \times α_{C} + α_{D} \times D$
- Beim Berechnen des Auswertungswerts B können Auswertungswerte, die durch Verwischen des Projektionsmusters durch die vorgenannte Vielzahl an verschiedenen Verfahren berechnet wurden, als B₁ bis B_n genutzt werden, und die Summe B₁ bis B_n (ΣB_i) kann als der Auswertungswert B verwendet werden.
- Es werden Auswertungswerte C₁ bis C_n beim Strecken des Projektionsmusters unter n verschiedenen Bedingungen berechnet und die Summe der n erhaltenen Auswertungswerte wird als der Auswertungswert C = ΣC_i eingesetzt, sodass der Auswertungswert E ähnlich wie oben erhalten wird.
- Es werden Auswertungswerte D₁ bis D_n beim Stauchen des Projektionsmusters unter n verschiedenen Bedingungen berechnet und die Summe der n erhaltenen Auswertungswerte wird als der Auswertungswert D = ΣD_i eingesetzt, sodass der Auswertungswert E ähnlich wie oben erhalten wird.
- Der Auswertungswert E wird nicht unter Verwendung aller Auswertungswerte A bis D berechnet und der Auswertungswert E kann nur unter Verwendung von A und B oder nur eines Teils davon berechnet werden.

Als Nächstes wird in Schritt S112 ermittelt, ob der berechnete Auswertungswert E kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn der Auswertungswert E kleiner als der Schwellenwert ist, wird die Prozedur beendet.
Wenn der Auswertungswert E andererseits gleich dem oder größer als der Schwellenwert ist, wird das Projektionsmuster in Schritt S113 korrigiert. 8 illustriert ein Beispiel, in dem der Prozess zum Verwischen des Projektionsmusters, der Prozess zum Strecken des Projektionsmusters und der Prozess zum Stauchen des Projektionsmusters parallel durchgeführt werden, d. h., auf parallele Weise. Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein solches Beispiel beschränkt und die vorgenannten Prozesse können sequenziell ausgeführt werden, d. h., auf serielle Weise.
Es wird ein Beispiel eines Verfahrens zum Korrigieren des Projektionsmusters beschrieben. Es ist möglich, das Projektionsmuster durch beliebige Verfahren zu korrigieren, wie durch eine Schätzung der größten Wahrscheinlichkeit, bestärkendes Lernen und einen genetischen Algorithmus. Beispielsweise gibt es das folgende Verfahren.

- Die Grenzlinie des Projektionsmusters ist unterteilt und Positionen der unterteilten Grenzlinien werden so bewegt, dass das Projektionsmuster korrigiert wird. Die Grenzlinie kann durch beliebige Verfahren ausgewählt werden. Beispiele des Verfahrens enthalten ein Verfahren zum zufälligen Auswählen der Grenzlinie und ein Verfahren zum Auswählen der Grenzlinie aus einem Gebiet, das eine Erhöhung im Auswertungswert E des Projektionsmusters verursacht.
- Das Projektionsmuster ist in kleine Gebiete aufgeteilt und weiße und schwarze Werte der jeweiligen kleinen Gebiete werden geändert, sodass das Projektionsmuster korrigiert wird. Die kleinen Gebiete können durch beliebige Verfahren ausgewählt werden. Beispiele des Verfahrens enthalten ein Verfahren zum zufälligen Auswählen des kleinen Gebiets und ein Verfahren zum Auswählen des kleinen Gebiets aus einem Gebiet, das eine Erhöhung im Auswertungswert E des Projektionsmusters verursacht.
- Das Projektionsmuster wird als Ganzes erweitert oder verkürzt.
- Eine Vielzahl von kleinen Mustern wird vorab vorbereitet und angeordnet, um das Projektionsmuster auszudrücken. Die Anordnung der kleinen Muster wird geändert, sodass das Projektionsmuster korrigiert wird.

Dadurch wird das zweite Projektionsmuster unter Berücksichtigung des Einflusses des Verwischens, Streckens und Stauchens des Projektionsmusters generiert, sodass das generierte zweite Projektionsmuster zur dreidimensionalen Messung verwendet werden kann.
Als Nächstes wird ein Modifikationsbeispiel der Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform beschrieben. 13 veranschaulicht eine weitere Konfiguration der Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform. Die Projektionsmustererstellungsvorrichtung 41 nach dem Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform erstellt ein Projektionsmuster, das von einer dreidimensionalen Messvorrichtung 1011 verwendet werden soll. Die dreidimensionale Messvorrichtung 1011 enthält eine Musterprojektionseinrichtung 1 und ein oder mehrere Abbildungseinrichtungen 2 und misst eine dreidimensionale Position und/oder Form eines Objekts, indem sie den Abbildungseinrichtungen 2 ermöglicht, ein Bild eines von der Musterprojektionseinrichtung 1 auf das Objekt projizierten Projektionsmusters zu erfassen.
Die Projektionsmustererstellungsvorrichtung 41 enthält eine Projektionsmusterabbildungseinheit 7 und eine zweite Projektionsmusterverbesserungseinheit 8.
Die Projektionsmusterabbildungseinheit 7 ermöglicht der Abbildungseinheit 2, ein Bild eines ersten Projektionsmusters zu erfassen, das von der Musterprojektionseinrichtung 1 auf die Auswertungsoberfläche projiziert wird, wobei die Auswertungsoberfläche, auf die ein Projektionsmuster projiziert wird, vor der Musterprojektionseinrichtung 1 vorgesehen ist.
Die zweite Projektionsmusterverbesserungseinheit 8 generiert ein zweites Projektionsmuster, das durch Verbessern des ersten Projektionsmusters auf Grundlage von einem oder mehreren zweiten Deformationsprojektionsmustern erhalten wird, die in einem Bild enthalten sind, das von der Abbildungseinrichtung 2 erfasst wird, wenn das erste Projektionsmuster auf eine oder mehrere Auswertungsoberflächen mit verschiedenen Positionen und Neigungen für die Musterprojektionseinrichtung 1 oder die Abbildungseinrichtung 2 von der Musterprojektionseinrichtung 1 projiziert wird. Die Projektionsmustererstellungsvorrichtung 41 weist die dreidimensionale Messvorrichtung 1011 darin auf. Deshalb kann das in der Projektionsmustererstellungsvorrichtung 41 erstellte zweite Projektionsmuster von der Projektionsmustererstellungsvorrichtung 41 projiziert werden.
Nach der Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der ersten Ausführungsform ist es möglich, Objekte, die eine Tiefe aufweisen, und zufällig angeordnete Objekte zu messen, deren Abstände nicht bekannt sind, ohne die räumliche Auflösung zu vergröbern oder einen Messbereich einzuschränken.
Als Nächstes wird eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach einer zweiten, nicht von den Ansprüchen erfassten Ausführungsform beschrieben. 14 veranschaulicht eine Konfiguration der Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der zweiten Ausführungsform. Die Projektionsmustererstellungsvorrichtung 42 nach der zweiten Ausführungsform ist von der Projektionsmustererstellungsvorrichtung 4 nach der ersten Ausführungsform dahingehend verschieden, dass die Projektionsmustererstellungsvorrichtung 42 eine erste Gebietsextrahierungseinheit 9 und eine dritte Projektionsmusterverbesserungseinheit 10 enthält. Da die andere Konfiguration der Projektionsmustererstellungsvorrichtung 42 nach der zweiten Ausführungsform der der Projektionsmustererstellungsvorrichtung 4 nach der ersten Ausführungsform ähnlich ist, wird auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet.
Die erste Gebietsextrahierungseinheit 9 extrahiert ein Gebiet, das eine erste Bedingung zum Ermitteln eines Einflusses der von mindestens entweder dem optischen System der Musterprojektionseinrichtung 1 und/oder dem optischen System der Abbildungseinrichtung 2 verursachten Deformation und einer Positionsbeziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung 1 und der Abbildungseinrichtung 2 erfüllt, aus einem ersten Projektionsmuster als ein erstes korrigierbares Gebiet.
Die dritte Projektionsmusterverbesserungseinheit 10 korrigiert ein Muster im ersten korrigierbaren Gebiet und generiert ein zweites Projektionsmuster.
Als Nächstes wird eine Prozedur, durch die das zweite Projektionsmusters durch die Projektionsmustererstellungsvorrichtung 42 erstellt wird, nach Beispiel 2 unter Verwendung eines in 15 illustrierten Ablaufdiagramms beschrieben.
In der ersten Ausführungsform wird das Projektionsmuster unter Verwendung der Auswertungswerte ausgewertet, die die Verwischung, Streckung und Stauchung des Projektionsmusters berücksichtigen. In der zweiten Ausführungsform wird die Auswertung des Projektionsmusters andererseits mit dem Auswertungswert A durchgeführt und eine Korrektur des Projektionsmusters ist unter Berücksichtigung der Verwischung, Streckung und Stauchung eingeschränkt, sodass das Projektionsmuster verbessert wird.
In Schritt S201 wird der Auswertungswert A berechnet. Als Nächstes wird in Schritt S202 ermittelt, ob der berechnete Auswertungswert A kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Wenn der Auswertungswert A kleiner als der Schwellenwert ist, wird die Prozedur beendet.
Wenn der Auswertungswert A andererseits gleich dem oder größer als der Schwellenwert ist, wird das Projektionsmuster in der folgenden Prozedur korrigiert.

- Eine Bedingung B, die von einem gegenüber Verwischung toleranten Muster erfüllt wird, eine Bedingung C, die von einem gegenüber Strecken toleranten Muster erfüllt wird, und eine Bedingung D, die von einem gegenüber Stauchung toleranten Muster erfüllt wird, werden vorab festgelegt. Beispiele der Bedingungen B, C und D werden später beschrieben.
- Das Projektionsmuster wird in kleine Gebiete aufgeteilt, es wird ermittelt, ob die Bedingung B in jedem kleinen Gebiet erfüllt ist, und wenn ermittelt wird, dass die Verwischung des Projektionsmusters in Schritt S203 berücksichtigt wird, wird ein Gebiet R_B, das gegenüber der Verwischung tolerant ist, extrahiert (Schritt S204). Wenn andererseits ermittelt wird, dass die Verwischung des Projektionsmusters in Schritt S203 nicht berücksichtigt wird, wird der Prozess von Schritt S204 nicht durchgeführt.

- Das Projektionsmuster wird in kleine Gebiete aufgeteilt, es wird ermittelt, ob die Bedingung C in jedem kleinen Gebiet erfüllt ist, und wenn ermittelt wird, dass die Streckung des Projektionsmusters in Schritt S205 berücksichtigt wird, wird ein Gebiet R_C, das gegenüber der Streckung tolerant ist, extrahiert (Schritt S206). Wenn andererseits ermittelt wird, dass die Streckung des Projektionsmusters in Schritt S205 nicht berücksichtigt wird, wird der Prozess von Schritt S206 nicht durchgeführt.
- Das Projektionsmuster wird in kleine Gebiete aufgeteilt, es wird ermittelt, ob die Bedingung D in jedem kleinen Gebiet erfüllt ist, und wenn ermittelt wird, dass die Stauchung des Projektionsmusters in Schritt S207 berücksichtigt wird, wird ein Gebiet R_D, das gegenüber der Streckung tolerant ist, extrahiert (Schritt S208). Wenn andererseits ermittelt wird, dass die Streckung des Projektionsmusters in Schritt S207 nicht berücksichtigt wird, wird der Prozess von Schritt S208 nicht durchgeführt.
- Ein Gebiet R_E, in dem das Projektionsmuster korrigierbar ist, wird aus den extrahierten Gebieten R_B bis R_D extrahiert (Schritt S209). Ein Beispiel des Extrahierungsverfahrens des Gebiets R_E wird später beschrieben.
- Ein Muster im extrahierten Gebiet R_E wird im gleichen Verfahren wie bei der ersten Ausführungsform korrigiert, sodass der Auswertungswert A reduziert wird (Schritt S210), und ein Vorgang zum Erhalten des Gebiets R_E, in dem das Muster korrigierbar ist, wird wiederum wiederholt, sodass das Projektionsmuster verbessert wird. 15 illustriert ein Beispiel, in dem der Prozess zum Extrahieren des gegenüber Verwischung toleranten Gebiets R_B, der Prozess zum Extrahieren des gegenüber Strecken toleranten Gebiets R_C und der Prozess zum Extrahieren des gegenüber Stauchung toleranten Gebiets R_D parallel durchgeführt werden, d. h., auf parallele Weise. Die Erfindung ist jedoch nicht auf ein solches Beispiel beschränkt und die vorgenannten Prozesse können sequenziell ausgeführt werden, d. h., auf serielle Weise.

Als Nächstes werden Beispiele der Bedingungen B, C und D beschrieben.
Es wird ein Beispiel der Bedingung B beschrieben. Als eine Bedingung, die von einem gegenüber Verwischung toleranten Muster erfüllt wird, kann zum Beispiel Folgendes als Bedingung B verwendet werden.

- Dass ein Intervall zwischen einer Grenzlinie und einer Grenzlinie gleich oder größer als ein Schwellenwert ist.
- Dass eine Fläche des kleinsten schwarzen Gebiets gleich oder größer als ein Schwellenwert ist.
- Dass eine Fläche des kleinsten weißen Gebiets gleich oder größer als ein Schwellenwert ist.
- Dass ein Änderungsbetrag eines Werts auf einer Seite einer Grenzlinie gleich oder größer als ein Schwellenwert ist.

Als Nächstes wird ein Beispiel der Bedingung C beschrieben. Als eine Bedingung, die von einem gegenüber Strecken toleranten Muster erfüllt wird, kann zum Beispiel Folgendes als Bedingung C verwendet werden.

- Dass eine Summe der Flächen der weißen Gebiete gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist.
- Dass eine Summe der Flächen der schwarzen Gebiete gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist.
- Dass ein Intervall zwischen einer Grenzlinie und einer Grenzlinie gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist.
- Dass eine Fläche des kleinsten schwarzen Gebiets gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist.
- Dass eine Fläche des kleinsten weißen Gebiets gleich oder kleiner als ein Schwellenwert ist.

Als Nächstes wird ein Beispiel der Bedingung D beschrieben. Als eine Bedingung, die von einem gegenüber Stauchung toleranten Muster erfüllt wird, kann zum Beispiel Folgendes als Bedingung D verwendet werden.

- Dass ein Intervall zwischen einer Grenzlinie und einer Grenzlinie gleich oder größer als ein Schwellenwert ist.
- Dass eine Fläche des kleinsten schwarzen Gebiets gleich oder größer als ein Schwellenwert ist.
- Dass eine Fläche des kleinsten weißen Gebiets gleich oder größer als ein Schwellenwert ist.

Als Nächstes wird das Beispiel des Extrahierungsverfahrens des Gebiets R_E beschrieben. Das Gebiet R_E kann aus den Gebieten R_B bis R_D unter Verwendung beliebiger Verfahren extrahiert werden. Beispielsweise gibt es folgende Verfahren.

- Eine logische Addition des Gebiets R_B zum Gebiet R_D wird als das Gebiet R_E eingesetzt.
- Eine logische Multiplikation des Gebiets R_B mit dem Gebiet R_D wird als das Gebiet R_E eingesetzt.
- Ein Gebiet, das in zwei oder mehr der Gebiete R_B bis R_D enthalten ist, wird als das Gebiet R_E eingesetzt.

In Übereinstimmung mit der Projektionsmustererstellungsvorrichtung 42 nach Beispiel 2 ist die Korrektur des Projektionsmusters unter Berücksichtigung des Einflusses von Verwischung, Strecken oder Stauchung eingeschränkt und das Projektionsmuster wird verbessert, sodass es möglich ist, Objekte, die eine Tiefe aufweisen, und zufällig angeordnete Objekte zu messen, deren Abstände nicht bekannt sind, ohne die räumliche Auflösung zu vergröbern oder den Messbereich einzuschränken.
Als Nächstes wird eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach einer dritten, nicht von den Ansprüchen erfassten Ausführungsform beschrieben. In der dritten Ausführungsform wird ein Projektionsmuster durch eine Kombination der Beispiele 1 und 2 verbessert. 16 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern einer Projektionsmustererstellungsprozedur durch eine Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach der dritten Ausführungsform. In 16 entsprechen die Schritte S301 bis S312 den Schritten S101 bis S112 des Ablaufdiagramms in der ersten Ausführungsform und die Schritte S313 bis S320 entsprechen den Schritten S203 bis S210 des Ablaufdiagramms in der zweiten Ausführungsform.
In Übereinstimmung mit der Projektionsmustererstellungsvorrichtung nach Beispiel 3 ist die Korrektur des Projektionsmusters unter Berücksichtigung des Einflusses von Verwischung, Strecken oder Stauchung verbessert, sodass es möglich ist, Objekte, die eine Tiefe aufweisen, und zufällig angeordnete Objekte zu messen, deren Abstände nicht bekannt sind, ohne die räumliche Auflösung zu vergröbern oder den Messbereich einzuschränken.
In Übereinstimmung mit der Projektionsmustererstellungsvorrichtung und der dreidimensionalen Messvorrichtung nach dem vorliegenden Beispiel ist es möglich, eine dreidimensionale Messung durchzuführen, auch wenn eine Verwischung, Streckung oder Stauchung eines Projektionsmusters auftritt.

Claims

Projektionsmustererstellungsvorrichtung (4), die konfiguriert ist, ein Projektionsmuster zu erstellen, das von einer dreidimensionalen Messvorrichtung (101) verwendet wird, die eine Musterprojektionseinrichtung (1) und ein oder mehrere Abbildungseinrichtungen (2) umfasst und konfiguriert ist, ein Bild eines Projektionsmusters durch die eine oder die mehreren Abbildungseinrichtungen (2) zu erfassen, das von der Musterprojektionseinrichtung (1) auf ein Objekt projiziert wurde, und eine dreidimensionale Position und/oder eine Form des Objekts zu messen, wobei die Projektionsmustererstellungsvorrichtung (4) umfasst: eine Projektionsmusterdeformationseinheit (5), die konfiguriert ist, eine Deformation auf Grundlage der Merkmale eines optischen Systems der Musterprojektionseinrichtung (1), der Merkmale eines optischen Systems der einen oder mehreren Abbildungseinrichtungen (2) und/oder einer Positionsbeziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung (1) und der einen oder den mehreren Abbildungseinrichtungen (2) zu reproduzieren, wenn das Projektionsmuster, das von der Musterprojektionseinrichtung (1) zu einer Auswertungsoberfläche (3) hin projiziert wurde, die in einem Projektionsbereich der Musterprojektionseinrichtung (1) vorgesehen ist, in einem von der einen oder den mehreren Abbildungseinrichtungen (2) erfassten Bild enthalten ist, um ein Deformationsprojektionsmuster zu generieren; und eine erste Projektionsmusterverbesserungseinheit (6), die konfiguriert ist, ein zweites zu projizierendes Projektionsmuster zu generieren, das durch Verbessern eines ersten Projektionsmusters auf Grundlage von mehreren ersten Deformationsprojektionsmustern erhalten wird, die generiert werden, wenn das erste Projektionsmuster mit verschiedenen Positionen und Neigungen für die Musterprojektionseinrichtung (1) oder die eine oder mehreren Abbildungseinrichtungen (2) von der Musterprojektionseinrichtung (1) zu einer oder mehreren Auswertungsoberflächen (3) hin projiziert wird.
Dreidimensionale Messvorrichtung (101), die konfiguriert ist, das zweite Projektionsmuster von der Musterprojektionseinrichtung (1) zu projizieren, wobei das zweite Projektionsmuster mit der Projektionsmustererstellungsvorrichtung (4) nach Anspruch 1 erstellt wird.
Projektionsmustererstellungsvorrichtung (4) nach Anspruch 1, wobei: die Projektionsmusterdeformationseinheit (5) konfiguriert ist, ein erstes Deformationsprojektionsmuster zu generieren, das durch Reproduzieren einer Deformation des Projektionsmusters erhalten wird, das durch das optische System der Musterprojektionseinrichtung (1) und/oder das optische System der einen oder mehreren Abbildungseinrichtungen (2) verursacht wird, und die erste Projektionsmusterverbesserungseinheit (6) konfiguriert ist, einen ersten Auswertungswert auf Grundlage des ersten Deformationsprojektionsmusters zu berechnen und das erste Projektionsmuster auf Grundlage des ersten Auswertungswerts zu verbessern.
Projektionsmustererstellungsvorrichtung (4) nach Anspruch 1, wobei: die Projektionsmusterdeformationseinheit (5) konfiguriert ist, ein zweites Deformationsprojektionsmuster zu generieren, das durch Reproduzieren einer Deformation des Projektionsmusters erhalten wird, das durch eine Positionsbeziehung zwischen der Musterprojektionseinrichtung (1) und der einen oder den mehreren Abbildungseinrichtungen (2) verursacht wird, und die erste Projektionsmusterverbesserungseinheit (6) konfiguriert ist, einen ersten Auswertungswert auf Grundlage des zweiten Deformationsprojektionsmusters zu berechnen und das erste Projektionsmuster auf Grundlage des ersten Auswertungswerts zu verbessern.