JP2002005622A - 複数個の光切断式センサを備えた光学式形状計測装置における配置パラメータの検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 計測対象物の周囲に複数個のシフトレンズ型
の光切断式センサを配置して輪郭形状計測を行う光学式
形状計測装置において、前記複数個の光切断式センサ間
の配置関係を決定する配置パラメータを求めること。 【解決手段】 (1) 前記各センサごとに光学スケール変
換倍率を求め、(2) 各センサごとに、画像メモリ座標系
において基準多角柱体の１つの角点を原点とし、該角点
を挟む２辺を座標軸とする新たな２次元基準体座標系を
設定し、(3) 各センサごとに、画像メモリ座標系から２
次元基準体座標系への座標変換行列を求め、(4) 各セン
サごとに、前記光学スケール変換倍率に基づいて前記２
次元基準体座標系をスケール変換してなる２次元実スケ
ール基準体座標系を設定し、(5) 基準多角柱体の各辺の
長さ情報を用い、前記各センサについての前記２次元実
スケール基準体座標系を互いに関係づける所定数の座標
変換行列を求める。これにより前記光学スケール変換倍
率、前記(3) の座標変換行列及び前記(5) の座標変換行
列からなる配置パラメータを求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数個のシフトレ
ンズ型の光切断式センサを備えた光学式形状計測装置に
おける配置パラメータの検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、光切断法は、スリット光
源からシート状のスリット光を計測対象物に照射し、計
測対象物表面上のスリット光投影像を撮像装置で撮影
し、三角測量の原理を用いて該計測対象物の形状を計測
する方法である。本出願人は、先に、この光切断法によ
る形状計測を行う装置であって、計測対象物を取り囲む
ようにシフトレンズ型の光切断式センサを複数個配置
し、該計測対象物の形状計測を行う光学式形状計測装置
（光学的形状測定装置）について提案している（特願２
０００−６４６６０号）。

【０００３】この光学式形状計測装置は、図１に示すよ
うに、計測対象物Ｗの周囲にこれを取り囲むように複数
個、この例では４台のシフトレンズ型の光切断式センサ
（光切断方式光学系）ＳＵ₁ 〜ＳＵ₄ を配置してある。
各光切断式センサＳＵ₁ 〜ＳＵ₄ は、スリット光源Ｓ₁
〜Ｓ₄ と撮像装置Ｃ₁ 〜Ｃ₄ とを有して構成されてい
る。

【０００４】図２はシフトレンズ型の光切断式センサの
構成を説明するための図、図３は図２に示すシフトレン
ズ型の光切断式センサＳＵ₁ を別の角度からみてその構
成を説明するための図である。前記のシフトレンズ型の
光切断式センサＳＵ₁ は、スリット光源Ｓ₁ と、結像光
学系（レンズ）ＣＬ₁ の光軸ＣＬＣ₁ から外れた位置に
撮像素子ＣＤ₁ の撮像面ＣＤＶ₁ を配設してなる撮像装
置Ｃ₁ とを所定の配置関係に規定してなるものである。
すなわち、図２，図３に示すように、撮像装置Ｃ₁ は、
スリット光源Ｓ₁ からのスリット光面ＳＬ₁ に対してそ
の結像光学系ＣＬ₁ の光軸ＣＬＣ₁ が垂直をなすよう
に、且つ、前記撮像素子ＣＤ₁ の撮像面ＣＤＶ₁ がスリ
ット光面ＳＬ₁ に対して平行をなすように配置されてお
り、結像光学系ＣＬ₁ の光軸ＣＬＣ₁ 外の計測領域Ｄに
ある計測対象物Ｗの表面上のスリット光投影像を撮影し
て撮像面ＣＤＶ₁ 上に捉えその映像信号を出力するよう
に設けられている。なお、他のシフトレンズ型の光切断
式センサＳＵ₂ 〜ＳＵ₄ についても同一の構成である。

【０００５】このように構成されるシフトレンズ型の光
切断式センサ（以下、単に光切断式センサという。）Ｓ
Ｕ₁ 〜ＳＵ₄ によると、その撮像装置Ｃ₁ 〜Ｃ₄ の撮像
面上に結像可能な全計測領域Ｄが該撮像装置の被写界深
度（合焦範囲）内に入るので、全計測領域Ｄにおいて常
に合焦状態で、且つ等分解能で形状計測を行うことがで
き、全計測領域Ｄにわたって計測精度の良い形状計測を
行うことができるという利点がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、計測対象物
を取り囲むように複数個の光切断式センサＳＵ₁ 〜ＳＵ
_n を配置して構成される光学式形状計測装置により、計
測対象物の全周輪郭形状（断面形状）の形状計測を行う
際には、各光切断式センサＳＵ₁ 〜ＳＵ_n による計測結
果を１つの共通の座標系で表して統合するために、予
め、各光切断式センサＳＵ₁ 〜ＳＵ_n 間の配置関係を決
定する配置パラメータを知ることが必要となる。

【０００７】そこで本発明の目的は、計測対象物を取り
囲むように複数個のシフトレンズ型の光切断式センサを
配置して該計測対象物の輪郭形状計測を行う光学式形状
計測装置において、複数個の光切断式センサ間の配置関
係を規定する配置パラメータを求めることができる、複
数個の光切断式センサを備えた光学式形状計測装置にお
ける配置パラメータの検出方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明による複数個の光切断式センサを備えた光
学式形状計測装置における配置パラメータの検出方法
は、光切断式センサが計測対象物に対してスリット光を
照射するスリット光源と撮像装置を有し、前記撮像装置
は、前記スリット光源からのスリット光面に対して結像
光学系の光軸が垂直をなすように、且つ、該結像光学系
の前記光軸外に位置させた撮像素子の撮像面が前記スリ
ット光面に対して平行をなすように配置されており、前
記結像光学系の前記光軸外に配置された前記計測対象物
の表面上のスリット光投影像を撮影して前記撮像面上に
捉えその映像信号を出力する撮像装置であり、計測対象
物の周囲に複数個の前記光切断式センサを配置し該計測
対象物の輪郭形状計測を行う光学式形状計測装置におい
て、前記複数個の光切断式センサ間の配置関係を決定す
る配置パラメータを求めるに際し、（イ）：前記各光切
断式センサ（ＳＵ_i ，ｉ＝１〜ｎ）ごとに、計測領域で
の実サイズと画像メモリ上の２次元座標系である画像メ
モリ座標系（Ｏ^Ai−Ｘ^AiＹ ^Ai，ｉ＝１〜ｎ）での大きさ
とを関係付ける光学スケール変換倍率（Ｍ_i ，ｉ＝１〜
ｎ）を求めること、（ロ）：計測領域に基準多角柱体
（Ｒ）を位置させ、前記各光切断式センサ（ＳＵ_i ，ｉ
＝１〜ｎ）ごとに、前記基準多角柱体（Ｒ）に対して前
記スリット光源からスリット光を照射し、前記撮像装置
にて該基準多角柱体（Ｒ）の角部表面上のスリット光投
影像を撮影してその映像信号を得ること、（ハ）：前記
各光切断式センサ（ＳＵ_i ，ｉ＝１〜ｎ）ごとに、前記
（ロ）の前記映像信号を処理して画像メモリ座標系（Ｏ
^Ai−Ｘ^AiＹ^Ai，ｉ＝１〜ｎ）における基準多角柱体角部
輪郭データを得、該基準多角柱体角部輪郭データに基づ
いて、画像メモリ座標系（Ｏ^Ai−Ｘ^AiＹ^Ai，ｉ＝１〜
ｎ）において前記基準多角柱体（Ｒ）の１つの角点の位
置座標（（Ｘ^Aiｃ，Ｙ^Aiｃ），ｉ＝１〜ｎ）と該角点を
挟む２辺の方向とを検出し、該検出した角点（（Ｘ
^Aiｃ，Ｙ^Aiｃ），ｉ＝１〜ｎ）を原点とし、該角点を挟
む前記２辺の少なくとも一方を座標軸とする新たな２次
元基準体座標系（Ｏ^Bi−Ｘ^BiＹ^Bi，ｉ＝１〜ｎ）を設定
すること、（ニ）：前記各光切断式センサ（ＳＵ_i ，ｉ
＝１〜ｎ）ごとに、前記画像メモリ座標系（Ｏ^Ai−Ｘ^Ai
Ｙ^Ai，ｉ＝１〜ｎ）から前記２次元基準体座標系（Ｏ^Bi
−Ｘ^BiＹ^Bi，ｉ＝１〜ｎ）への座標変換行列
（〔Ａ〕_i ，ｉ＝１〜ｎ）を求めること、（ホ）：前記
各光切断式センサ（ＳＵ_i ，ｉ＝１〜ｎ）ごとに、前記
（イ）で求めた前記光学スケール変換倍率（Ｍ_i ，ｉ＝
１〜ｎ）に基づいて前記２次元基準体座標系（Ｏ^Bi−Ｘ
^BiＹ^Bi，ｉ＝１〜ｎ）をスケール変換してなる２次元実
スケール基準体座標系（Ｏ^Ci−Ｘ^CiＹ^Ci，ｉ＝１〜ｎ）
を設定すること、（ヘ）：前記基準多角柱体（Ｒ）の各
辺の長さ情報を用い、前記各光切断式センサ（ＳＵ_i ，
ｉ＝１〜ｎ）についての前記２次元実スケール基準体座
標系（Ｏ^Ci−Ｘ^CiＹ^Ci，ｉ＝１〜ｎ）を互いに関係づけ
る所定数の座標変換行列（〔Ｂ〕）を求めること、によ
り前記（イ）の光学スケール変換倍率（Ｍ₁ 〜Ｍ_n ）、
前記（ニ）の座標変換行列（〔Ａ〕₁ 〜〔Ａ〕_n ）及び
前記（ヘ）の座標変換行列（〔Ｂ〕）からなる配置パラ
メータを求めることを特徴とするものである。

【０００９】本発明方法が適用される光学式形状計測装
置に備えられた複数個の前記シフトレンズ型の光切断式
センサでは、前述したように、スリット光面ＳＬ₁ と撮
像装置の撮像面ＣＤＶ₁ とが平行をなすようになされて
いる。よって、図３に示すように、スリット光面ＳＬ₁
と結像光学系（レンズ）ＣＬ₁ 間の距離ｂ、及び結像光
学系ＣＬ₁ と撮像面ＣＤＶ₁ 間の距離ａが、常に一定で
あり（光学倍率（ｂ／ａ）が一定）、計測領域Ｄ内に計
測対象物Ｗが在る場合、計測対象物Ｗの大きさが異なっ
ても、撮像面ＣＤＶ₁ に結像されるスリット光の像の倍
率が変化しないという特徴がある。これにより本発明方
法では、複数個の光切断式センサ間の配置関係を決定す
る配置パラメータを３次元でなく２次元の座標系により
簡単に求めることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施の形
態について説明する。

【００１１】前記したように図１は本発明が適用される
光学式形状計測装置の要部構成を示す図である。同図に
示すように、計測対象物Ｗを取り囲むようにこの構成例
では第１〜第４の４台のシフトレンズ型の光切断式セン
サＳＵ₁ 〜ＳＵ₄ が配置されている。各光切断式センサ
ＳＵ₁ 〜ＳＵ₄ の撮像装置Ｃ₁ 〜Ｃ₄ からの映像信号
は、本例では１台の図示しない画像処理装置に入力され
る。画像処理装置は、撮像装置Ｃ₁ 〜Ｃ₄ からの映像信
号を濃淡レベルを有するデジタル信号に変換するアナロ
グ・デジタル変換器と、該デジタル信号を格納する画像
メモリと、画像メモリから読み出した前記デジタル信号
を画像処理して、物体表面上のスリット光投影像を捉え
たスリット光撮影像の中心線を１画素幅のラインとして
抽出し、２次元の座標点列である物体輪郭データとして
前記画像メモリに格納する画像プロセッサと、所定のプ
ログラムに従って形状計測装置全体の制御や演算等を行
うＣＰＵなどを備えている。

【００１２】以下、本発明方法の実施についてその手順
（ステップ）に従って説明する。

【００１３】〔ステップ１〕：各光切断式センサＳ
Ｕ_i ，ｉ＝１〜４ごとに、計測領域での実サイズと画像
メモリ上の２次元座標系である画像メモリ座標系Ｏ^Ai−
Ｘ^AiＹ^Ai，ｉ＝１〜４での大きさとを関係づける光学ス
ケール変換倍率Ｍ_i ，ｉ＝１〜４を求める。

【００１４】このステップ１では、図１において計測対
象物Ｗに代えて計測領域に半径寸法ｒが既知の基準円筒
体を計測領域内に挿入する。ここでは、各光切断式セン
サＳＵ₁ 〜ＳＵ₄ を代表して第１の光切断式センサＳＵ
₁ について説明すると、前記基準円筒体に対してスリッ
ト光源Ｓ₁ からのスリット光を照射し、撮像装置Ｃ₁に
より基準円筒体表面上のスリット光投影像を撮影して撮
像面ＣＤＶ₁ 上に捉える。この撮像装置Ｃ₁ からの映像
信号に対して前記画像プロセッサによる画像処理がなさ
れることにより、図４に示すように、画像メモリ上の２
次元座標系である画像メモリ座標系Ｏ^A1−Ｘ^A1Ｙ^A1にお
いて２次元の座標点列で表されるとともに、前記基準円
筒体の円周部の一部に対応した部分円の形を構成する基
準円筒体輪郭データ（Ｘ^A1 _Ci，Ｙ^A1 _Ci），ｉ＝１〜ｎが
得られる。ここで、画像メモリ座標系Ｏ^A1−Ｘ^A1Ｙ
^A1は、そのＸ^A1軸とＹ^A1軸とのなす平面が撮像装置Ｃ₁
の撮像面ＣＤＶ₁ と平行をなしている。画像メモリ自体
の記憶サイズは、例えば５１２×５１２画素程度であ
る。

【００１５】そして、この部分円を構成する前記基準円
筒体輪郭データについて、これが当てはまるフィッティ
ング円の方程式をニュートン法などの反復計算によって
求め、図４に示すように、該フィッティング円の中心点
の位置座標（Ｘ^A1ａ，Ｙ^A1ａ）と半径Ｒｐを決定する。
これにより、該算出されたフィッティング円の半径Ｒｐ
（画像メモリの画素単位）と基準円筒体の既知の半径寸
法ｒ（例えばｍｍという寸法単位）とから、この光切断
式センサＳＵ₁ の光学スケール変換倍率Ｍ₁ はＭ₁ ＝ｒ
／Ｒｐとしてその値が得られる。同様にして、他の３つ
の光切断式センサＳＵ₂ 〜ＳＵ₄ の光学スケール変換倍
率Ｍ₂ 〜Ｍ₄ についても得ることができる。

【００１６】〔ステップ２〕：計測領域に、光切断式セ
ンサの個数（本例では４台）以上の角数を持つ基準多角
柱体としての基準四角柱体Ｒを位置させ、各光切断式セ
ンサＳＵ_i ，ｉ＝１〜４ごとに、基準四角柱体Ｒに対し
てスリット光源Ｓ_i ，ｉ＝１〜４からスリット光を照射
し、撮像装置Ｃ_i ，ｉ＝１〜４にて該基準四角柱体Ｒの
角部表面上のスリット光投影像を撮影してその映像信号
を得る。

【００１７】図５は、複数個の光切断式センサにより基
準四角柱体の角部表面上のスリット光投影像をそれぞれ
撮影する様子を模式的に示す図である。このステップ２
では、図５に示すように（ただし同図では、４台の光切
断式センサＳＵ₁ 〜ＳＵ₄ のうち、２台の光切断式セン
サＳＵ₁ ，ＳＵ₂ のみ図示してある）、計測対象物Ｗに
代えて寸法が既知の基準四角柱体Ｒを計測領域内に挿入
する。この状態で、各光切断式センサＳＵ_i ，ｉ＝１〜
４ごとに、基準四角柱体Ｒに対してスリット光源Ｓ_i ，
ｉ＝１〜４からスリット光を照射し、撮像装置Ｃ_i ，ｉ
＝１〜４にて該基準四角柱体Ｒの角部表面上の直線的に
屈折したスリット光投影像を撮影してその映像信号を得
る。

【００１８】〔ステップ３〕：各光切断式センサＳ
Ｕ_i ，ｉ＝１〜４ごとに、前記ステップ２で得た映像信
号を処理して画像メモリ座標系Ｏ^Ai−Ｘ^AiＹ^Ai，ｉ＝１
〜４における基準多角柱体角部輪郭データとしての基準
四角柱体角部輪郭データ（Ｘ^Ai _Rk，Ｙ^Ai _Rk），ｉ＝１〜
４，ｋ＝１〜ｎを得、該輪郭データに基づいて画像メモ
リ座標系Ｏ^Ai−Ｘ^AiＹ^Ai，ｉ＝１〜４において基準四角
柱体の１つの角点の位置座標（Ｘ^Aiｃ，Ｙ^Aiｃ），ｉ＝
１〜４と該角点を挟んで直角をなす２辺の方向とを求
め、該得られた角点（Ｘ^Aiｃ，Ｙ^Aiｃ），ｉ＝１〜４を
原点とし、該角点を挟む前記直角をなす２辺を座標軸と
する新たな２次元基準体座標系Ｏ^Bi−Ｘ^BiＹ^Bi，ｉ＝１
〜４を設定する。

【００１９】ステップ３について、４台の光切断式セン
サＳＵ₁ 〜ＳＵ₄ を代表して第１の光切断式センサＳＵ
₁ に関して説明する。図６は光切断式センサＳＵ₁ の画
像メモリ座標系Ｏ^A1−Ｘ^A1Ｙ^A1で表された基準四角柱体
角部輪郭データ（Ｘ^A1 _Rk，Ｙ ^A1 _Rk）を説明するための
図、図７は光切断式センサＳＵ₁ の２次元基準体座標系
Ｏ^B1−Ｘ^B1Ｙ^B1を説明するための図である。

【００２０】前記ステップ２で得た映像信号に対して前
記画像プロセッサによる画像処理がなされる。これによ
り、図６に示すように、画像メモリ座標系Ｏ^A1−Ｘ^A1Ｙ
^A1において２次元の座標点列で表されるとともに、基準
四角柱体Ｒの直角をなす１つの角部（コーナー部）に対
応した「Ｌ字」の形を構成する基準四角柱体角部輪郭デ
ータ（Ｘ^A1 _Rk，Ｙ^A1 _Rk），ｋ＝１〜ｎが得られる。しか
る後、この基準四角柱体角部輪郭データにおける屈折点
を抽出し、画像メモリ座標系Ｏ^A1−Ｘ^A1Ｙ^A1においてこ
の屈折点の座標値を基準四角柱体Ｒの角点Ｐ_C1として求
める。次いで、前記基準四角柱体角部輪郭データを前記
屈折点で２分割し、各データについて最小二乗法で直線
フィッティングを行い、直交する２直線を求めるととも
に、画像メモリ座標系Ｏ^A1−Ｘ^A1Ｙ^A1における該２直線
の方向を求めておく。また、画像メモリ座標系Ｏ^A1−Ｘ
^A1Ｙ^A1における前記角点Ｐ_C1については、前記２直線の
交点座標として算出し直し、これを該角点Ｐ_C1の座標値
（Ｘ^A1ｃ，Ｙ^A1ｃ）とする。

【００２１】そして、図７に示すように、前記角点Ｐ_C1
（Ｘ^A1ｃ，Ｙ^A1ｃ）を原点とし、該角点Ｐ_C1を挟む前記
直角をなす２直線よりなる２辺を座標軸とする新たな２
次元基準体座標系Ｏ^B1−Ｘ^B1Ｙ^B1を設定する。同様にし
て、他の３つの光切断式センサＳＵ₂ 〜ＳＵ₄ の２次元
基準体座標系Ｏ^Bi−Ｘ^BiＹ^Bi，ｉ＝２〜４についても設
定することができる。

【００２２】〔ステップ４〕：各光切断式センサＳ
Ｕ_i ，ｉ＝１〜４ごとに、前記画像メモリ座標系Ｏ^Ai−
Ｘ^AiＹ^Ai，ｉ＝１〜４から前記２次元基準体座標系Ｏ^Bi
−Ｘ^BiＹ ^Bi，ｉ＝１〜４への座標変換行列〔Ａ〕_i ，ｉ
＝１〜４を求める。

【００２３】すなわち、ここで、「（Ｘ^Aiｐ，Ｙ
^Aiｐ）：画像メモリ座標系Ｏ^Ai−Ｘ^AiＹ^Aiでの位置座
標、（Ｘ^Biｑ，Ｙ^Biｑ）：２次元基準体座標系Ｏ^Bi−Ｘ
^BiＹ^Biでの位置座標、（Ｘ^Aiｃ，Ｙ^Aiｃ）：画像メモリ
座標系Ｏ^Ai−Ｘ^AiＹ^Aiから見た２次元基準体座標系Ｏ^Bi
−Ｘ^BiＹ^Biの原点座標、θ_i ：２座標系間の回転角（Ｏ
^Ai−Ｘ ^AiＹ^AiとＯ^Bi−Ｘ^BiＹ^Bi間の回転角）」とする
と、画像メモリ座標系Ｏ^Ai−Ｘ^AiＹ^Aiと２次元基準体座
標系Ｏ^Bi−Ｘ^BiＹ^Bi間は、次式（１）の座標変換式にて
座標変換できる。式（１）の右辺第１項が座標変換行列
〔Ａ〕_i である。前記の図７は、４台の光切断式センサ
ＳＵ₁ 〜ＳＵ₄ のうちの光切断式センサＳＵ₁ での座標
変換を説明するためのものである。

【００２４】

【数１】

【００２５】〔ステップ５〕：各光切断式センサＳ
Ｕ_i ，ｉ＝１〜４ごとに、ステップ１で求めた光学スケ
ール変換倍率Ｍ_i ，ｉ＝１〜４に基づいて２次元基準体
座標系Ｏ ^Bi−Ｘ^BiＹ^Bi，ｉ＝１〜４をスケール変換して
なる２次元実スケール基準体座標系Ｏ^Ci−Ｘ^CiＹ^Ci，ｉ
＝１〜４を設定する。すなわち、２次元実スケール基準
体座標系Ｏ^Ci−Ｘ^CiＹ^Ciではその座標値が実サイズで表
されることになる。

【００２６】〔ステップ６〕：基準四角柱体Ｒの４辺の
長さ情報を用い、各光切断式センサＳＵ_i ，ｉ＝１〜４
についての前記２次元実スケール基準体座標系Ｏ^Ci−Ｘ
^CiＹ ^Ci，ｉ＝１〜４を互いに関係づける所定数の座標変
換行列〔Ｂ〕を求める。

【００２７】図８は４つの２次元実スケール基準体座標
系Ｏ^C1−Ｘ^C1Ｙ^C1〜Ｏ^C4−Ｘ^C4Ｙ^C4の関係づけを説明す
るための図である。４台の光切断式センサＳＵ₁ 〜ＳＵ
₄ の２次元実スケール基準体座標系Ｏ^C1−Ｘ^C1Ｙ^C1〜Ｏ
^C4−Ｘ^C4Ｙ^C4は、図８に示すように、基準四角柱体Ｒの
４つの角点（図８に示す断面視での４つの頂点）に対応
させて設定されたものである。したがって、４つの２次
元実スケール基準体座標系Ｏ^C1−Ｘ^C1Ｙ^C1〜Ｏ^C4−Ｘ^C4
Ｙ^C4間の関係は、図８に示す配置関係に基づいて、回
転、平行移動を含む３行３列の座標変換行列〔Ｂ〕でそ
れぞれ表すことができる。

【００２８】すなわち、ここでまず、「Ｈ：基準四角柱
体Ｒの高さ寸法、Ｌ：基準四角柱体Ｒの幅寸法、（Ｘ
１，Ｙ１）：第１の光切断式センサＳＵ₁ の２次元実ス
ケール基準体座標系Ｏ^C1−Ｘ^C1Ｙ^C1での点位置座標、
（Ｘ２，Ｙ２）：第２の光切断式センサＳＵ₂ の２次元
実スケール基準体座標系Ｏ^C2−Ｘ^C2Ｙ^C2での点位置座
標」とすると、「第１の光切断式センサＳＵ₁ について
得た２次元実スケール基準体座標系Ｏ^C1−Ｘ^C1Ｙ^C1」と
「第２の光切断式センサＳＵ₂ について得た２次元実ス
ケール基準体座標系Ｏ^C2−Ｘ^C2Ｙ^C2」は、次式（２）の
変換式で関係づけることができる。式（２）の右辺第１
項が座標変換行列〔Ｂ〕である。

【００２９】

【数２】

【００３０】また、「（Ｘ３，Ｙ３）：第３の光切断式
センサＳＵ₃ の２次元実スケール基準体座標系Ｏ^C3−Ｘ
^C3Ｙ^C3での点位置座標」とすると、「第１の光切断式セ
ンサＳＵ₁ について得た２次元実スケール基準体座標系
Ｏ^C1−Ｘ^C1Ｙ^C1」と「第３の光切断式センサＳＵ₃ につ
いて得た２次元実スケール基準体座標系Ｏ^C3−Ｘ
^C3Ｙ ^C3」は、次式（３）の変換式で関係づけることがで
きる。式（３）の右辺第１項が座標変換行列〔Ｂ〕であ
る。

【００３１】

【数３】

【００３２】さらに、「（Ｘ４，Ｙ４）：第４の光切断
式センサＳＵ₄ の２次元実スケール基準体座標系Ｏ^C4−
Ｘ^C4Ｙ^C4での点位置座標」とすると、「第１の光切断式
センサＳＵ₁ について得た２次元実スケール基準体座標
系Ｏ^C1−Ｘ^C1Ｙ^C1」と「第４の光切断式センサＳＵ₄ に
ついて得た２次元実スケール基準体座標系Ｏ^C4−Ｘ^C4Ｙ
^C4」は、次式（４）の変換式で関係づけることができ
る。式（４）の右辺第１項が座標変換行列〔Ｂ〕であ
る。

【００３３】

【数４】

【００３４】このようにして、４台のシフトレンズ型の
光切断式センサＳＵ₁ 〜ＳＵ₄ を備えた光学式形状計測
装置の前記光切断式センサＳＵ₁ 〜ＳＵ₄ 間の配置関係
を決定する配置パラメータ、すなわち、ステップ１で得
た光学スケール変換倍率Ｍ₁〜Ｍ₄ 、ステップ４で得た
座標変換行列〔Ａ〕₁ 〜〔Ａ〕₄ 及びステップ６で得た
所定数の座標変換行列〔Ｂ〕を求めることができ、これ
により４台の光切断式センサＳＵ₁ 〜ＳＵ₄ による計測
系のいわゆるキャリブレーション（較正）を行うことが
できる。

【００３５】なお、この実施の形態では基準多角柱体と
して基準四角柱体Ｒを用いたが、基準多角柱体は、光切
断式センサの台数以上の角部を有し（使わない角部があ
っても差し支えない）、その断面形状の各辺の長さ寸法
及び角部角度が既知のものであればよい。そして、四角
柱体とは違って基準多角柱体の角部角度が直角でない場
合、２次元基準体座標系Ｏ^Bi−Ｘ^BiＹ^Biの設定について
は、角点を原点とし、該角点を挟む多角柱体２面のう
ち、一方にＸ^Bi軸を設定し、該Ｘ^Bi軸に直交する方向に
Ｙ^Bi軸を設定するというなどのやり方で座標系設定を行
うことが可能である。

【００３６】さて、このようにして配置パラメータを求
めておくと、前記光学式形状計測装置による計測対象物
Ｗの全周輪郭形状計測を行う際には、４台の光切断式セ
ンサＳＵ₁ 〜ＳＵ₄ による計測結果を１つの共通の座標
系に表して統合することができる。以下、計測対象物Ｗ
の全周輪郭形状計測についてその手順（ステップ）に従
って説明する。

【００３７】〔ステップ１０１〕：各光切断式センサＳ
Ｕ_i ，ｉ＝１〜４ごとに、計測対象物Ｗに対してスリッ
ト光源Ｓ_i ，ｉ＝１〜４からスリット光を照射し、撮像
装置Ｃ_i ，ｉ＝１〜４にて計測対象物Ｗの部分形状を表
すスリット光投影像を撮影してその映像信号を得る。

【００３８】〔ステップ１０２〕：各光切断式センサＳ
Ｕ_i ，ｉ＝１〜４ごとに、前記画像プロセッサにより前
記ステップ１０１の前記映像信号を画像処理し、前記画
像メモリ座標系Ｏ^Ai−Ｘ^AiＹ^Ai，ｉ＝１〜４における計
測対象物部分輪郭形状データ（Ｘ^Ai _Wk，Ｙ^Ai _Wk），ｉ＝
１〜４，ｋ＝１〜ｎを得る。

【００３９】〔ステップ１０３〕：各光切断式センサＳ
Ｕ_i ，ｉ＝１〜４ごとに、前記ステップ１０２の計測対
象物部分輪郭形状データについて、前記ステップ４で求
めておいた前記座標変換行列〔Ａ〕_i ，ｉ＝１〜４を用
いて、画像メモリ座標系Ｏ^Ai−Ｘ^AiＹ^Ai，ｉ＝１〜４で
表された座標値を前記２次元基準体座標系Ｏ^Bi−Ｘ^BiＹ
^Bi，ｉ＝１〜４で表される座標値に変換する座標変換を
行う。

【００４０】〔ステップ１０４〕：２次元基準体座標系
Ｏ^Bi−Ｘ^BiＹ^Bi，ｉ＝１〜４で表される座標値に変換さ
れた計測対象物部分輪郭形状データを、前記ステップ１
で予め求めておいた前記光学スケール変換倍率Ｍ_i ，ｉ
＝１〜４を用いて前記２次元実スケール基準体座標系Ｏ
^Ci−Ｘ^CiＹ^Ci，ｉ＝１〜４で表される座標値にスケール
変換する。

【００４１】〔ステップ１０５〕：各光切断式センサＳ
Ｕ_i ，ｉ＝１〜４の２次元実スケール基準体座標系Ｏ^Ci
−Ｘ^CiＹ^Ci，ｉ＝１〜４で表した計測対象物Ｗの部分輪
郭形状を示すデータを、前記ステップ６で求めておいた
前記座標変換行列〔Ｂ〕を用いて該４つの２次元実スケ
ール基準体座標系のうちのいずれか１つの座標系に統合
して表すことにより、計測対象物Ｗの全周輪郭形状を得
る。

【００４２】このようにして、４台の光切断式センサＳ
Ｕ₁ 〜ＳＵ₄ による計測結果を、１つの共通の座標系、
例えば第１の光切断式センサＳＵ₁ の２次元実スケール
基準体座標系Ｏ^C1−Ｘ^C1Ｙ^C1に表して統合してなる計測
対象物Ｗの全周輪郭形状を求めることができる。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る配置パ
ラメータ検出方法によると、複数個のシフトレンズ型の
光切断式センサを備えた光学式形状計測装置において、
前記複数個の光切断式センサ間の配置関係を決定する配
置パラメータを容易に求めることができる。よって、本
発明に係る配置パラメータ検出方法を用いた光学式形状
計測装置では、キャリブレーションに要する時間が短く
てすみ、形状計測を短時間で行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される光学式形状計測装置の要部
構成を示す図である。

【図２】シフトレンズ型の光切断式センサの構成を説明
するための図である。

【図３】図２に示すシフトレンズ型の光切断式センサの
構成を説明するための別の図である。

【図４】光切断式センサＳＵ₁ の光学スケール変換倍率
Ｍ₁ を求め方を説明するための図である。

【図５】複数個の光切断式センサにより基準四角柱体の
角部表面上のスリット光投影像をそれぞれ撮影する様子
を模式的に示す図である。

【図６】光切断式センサＳＵ₁ の画像メモリ座標系Ｏ^A1
−Ｘ^A1Ｙ^A1で表された基準四角柱体角部輪郭データ（Ｘ
^A1 _Rk，Ｙ^A1 _Rk）を説明するための図である。

【図７】光切断式センサＳＵ₁ の２次元基準体座標系Ｏ
^B1−Ｘ^B1Ｙ^B1を説明するための図である。

【図８】４つの２次元実スケール基準体座標系Ｏ^C1−Ｘ
^C1Ｙ^C1〜Ｏ^C4−Ｘ^C4Ｙ^C4の関係づけを説明するための図
である。

【符号の説明】

Ｗ…計測対象物 ＳＵ₁ 〜ＳＵ₄ …シフトレンズ型の光
切断式センサ Ｓ₁ 〜Ｓ₄ …スリット光源 Ｃ₁ 〜Ｃ₄
…撮像装置 ＣＬ₁ …結像光学系 ＣＬＣ₁ …結像光学
系ＣＬ₁ の光軸 ＣＤ₁ …撮像素子 ＣＤＶ₁ …撮像面
ＣＬ₂ …結像光学系 ＣＤ₂ …撮像素子 Ｒ…基準四
角柱体 Ｈ…基準四角柱体Ｒの高さ寸法Ｌ…基準四角柱
体Ｒの幅寸法

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA51 FF01 FF02 FF04 FF09 FF61 HH05 JJ02 JJ03 JJ05 JJ07 JJ19 JJ25 JJ26 QQ03 QQ17 QQ24 QQ31 UU05 5B057 BA02 BA11 CD05 CD20 CH01 CH11 DC16

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光切断式センサが計測対象物に対してス
   リット光を照射するスリット光源と撮像装置を有し、前
   記撮像装置は、前記スリット光源からのスリット光面に
   対して結像光学系の光軸が垂直をなすように、且つ、該
   結像光学系の前記光軸外に位置させた撮像素子の撮像面
   が前記スリット光面に対して平行をなすように配置され
   ており、前記結像光学系の前記光軸外に配置された前記
   計測対象物の表面上のスリット光投影像を撮影して前記
   撮像面上に捉えその映像信号を出力する撮像装置であ
   り、計測対象物の周囲に複数個の前記光切断式センサを
   配置し該計測対象物の輪郭形状計測を行う光学式形状計
   測装置において、前記複数個の光切断式センサ間の配置
   関係を決定する配置パラメータを求めるに際し、 （イ） 前記各光切断式センサごとに、計測領域での実
   サイズと画像メモリ上の２次元座標系である画像メモリ
   座標系での大きさとを関係付ける光学スケール変換倍率
   を求めること、 （ロ） 計測領域に基準多角柱体を位置させ、前記各光
   切断式センサごとに、前記基準多角柱体に対して前記ス
   リット光源からスリット光を照射し、前記撮像装置にて
   該基準多角柱体の角部表面上のスリット光投影像を撮影
   してその映像信号を得ること、 （ハ） 前記各光切断式センサごとに、前記（ロ）の前
   記映像信号を処理して画像メモリ座標系における基準多
   角柱体角部輪郭データを得、該基準多角柱体角部輪郭デ
   ータに基づいて、画像メモリ座標系において前記基準多
   角柱体の１つの角点の位置座標と該角点を挟む２辺の方
   向とを求め、該得られた角点を原点とし、該角点を挟む
   前記２辺の少なくとも一方を座標軸とする新たな２次元
   基準体座標系を設定すること、 （ニ） 前記各光切断式センサごとに、前記画像メモリ
   座標系から前記２次元基準体座標系への座標変換行列を
   求めること、 （ホ） 前記各光切断式センサごとに、前記（イ）で求
   めた前記光学スケール変換倍率に基づいて前記２次元基
   準体座標系をスケール変換してなる２次元実スケール基
   準体座標系を設定すること、 （ヘ） 前記基準多角柱体の各辺の長さ情報を用い、前
   記各光切断式センサについての前記２次元実スケール基
   準体座標系を互いに関係づける所定数の座標変換行列を
   求めること、により前記（イ）の光学スケール変換倍
   率、前記（ニ）の座標変換行列及び前記（ヘ）の座標変
   換行列からなる配置パラメータを求めることを特徴とす
   る、複数個の光切断式センサを備えた光学式形状計測装
   置における配置パラメータの検出方法。