JP2003130616A - ３次元形状計測装置および３次元形状計測方法 - Google Patents
３次元形状計測装置および３次元形状計測方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】計測対象の側面の起伏が大きい場合でも、計測
対象の３次元形状が計測可能な装置及び方法を提供す
る。 【解決手段】計測対象７の側面形状をレーザ変位計１を
用いて斜方から計測することで、計測対象７の側面の測
定ポイントを見失うことなく計測できることと、計測対
象の複数方向からの側面形状データの合成を、上方から
計測した計測対象の形状を基準として行うことにより、
計測対象７の側面の起伏が大きい場合でも３次元形状の
計測を可能とする。
対象の３次元形状が計測可能な装置及び方法を提供す
る。 【解決手段】計測対象７の側面形状をレーザ変位計１を
用いて斜方から計測することで、計測対象７の側面の測
定ポイントを見失うことなく計測できることと、計測対
象の複数方向からの側面形状データの合成を、上方から
計測した計測対象の形状を基準として行うことにより、
計測対象７の側面の起伏が大きい場合でも３次元形状の
計測を可能とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は立体の３次元形状を
計測する装置及び方法に関する。
計測する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は、従来の光切断法を用いた３次元
形状計測装置の一例である特開平６−３２３８２０号公
報に示される構成図である。図４に示す従来の光切断法
を用いた３次元形状計測装置は、計測対象２０１と、計
測対象２０１の姿勢を変更するステージ２００と、計測
対象２０１にスリット光２０３を照射するスリット光源
２０２と、計測対象表面に貼り付けられたスリット光２
０３を反射しないマーク２０８と、スリット光２０３に
よって計測対象２０１の表面上に形成された光切断線２
０５を撮像するテレビカメラ２０４と、テレビカメラ２
０４の画像から得られた計測対象２０１の形状データを
用いて、ステージ２００から得られた計測対象の姿勢デ
ータとテレビカメラ２０４から得られたスリット光２０
３のマーク２０８による切れ目に基づいて複数の姿勢状
態における計測対象２０１の３次元形状データを合成す
るデータ処理装置２０７とで構成されている。
形状計測装置の一例である特開平６−３２３８２０号公
報に示される構成図である。図４に示す従来の光切断法
を用いた３次元形状計測装置は、計測対象２０１と、計
測対象２０１の姿勢を変更するステージ２００と、計測
対象２０１にスリット光２０３を照射するスリット光源
２０２と、計測対象表面に貼り付けられたスリット光２
０３を反射しないマーク２０８と、スリット光２０３に
よって計測対象２０１の表面上に形成された光切断線２
０５を撮像するテレビカメラ２０４と、テレビカメラ２
０４の画像から得られた計測対象２０１の形状データを
用いて、ステージ２００から得られた計測対象の姿勢デ
ータとテレビカメラ２０４から得られたスリット光２０
３のマーク２０８による切れ目に基づいて複数の姿勢状
態における計測対象２０１の３次元形状データを合成す
るデータ処理装置２０７とで構成されている。
【０００３】次に、従来の光切断法を用いた３次元形状
計測装置の動作について説明する。スリット光源２０２
から出射されたスリット光２０３は、計測対象２０１の
表面で光切断線２０５を形成する。テレビカメラ２０４
で光切断線２０５を撮像し、テレビカメラ２０４の画面
座標系における光切断線２０５の像の２次元画像データ
を、ステージ２００から得た変換位置データを用いて、
スリット光２０３面を含む測定座標系における光切断線
２０５の２次元形状データに変換する。
計測装置の動作について説明する。スリット光源２０２
から出射されたスリット光２０３は、計測対象２０１の
表面で光切断線２０５を形成する。テレビカメラ２０４
で光切断線２０５を撮像し、テレビカメラ２０４の画面
座標系における光切断線２０５の像の２次元画像データ
を、ステージ２００から得た変換位置データを用いて、
スリット光２０３面を含む測定座標系における光切断線
２０５の２次元形状データに変換する。
【０００４】これら２次元形状データを合成することで
計測対象２０１の各姿勢状態における３次元形状データ
を得る。次に、テレビカメラ２０４がマーク２０８を撮
像できる範囲内で計測対象２０１の姿勢をステージ２０
０により変更する。マーク２０８の位置から計測対象２
０１の各姿勢データを求め、各姿勢状態における計測対
象２０１の各計測方向についての３次元形状データを合
成することを特徴とする。
計測対象２０１の各姿勢状態における３次元形状データ
を得る。次に、テレビカメラ２０４がマーク２０８を撮
像できる範囲内で計測対象２０１の姿勢をステージ２０
０により変更する。マーク２０８の位置から計測対象２
０１の各姿勢データを求め、各姿勢状態における計測対
象２０１の各計測方向についての３次元形状データを合
成することを特徴とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の３次元
形状計測方法において、計測対象の表面の起伏が大きい
場合に、テレビカメラから計測対象の表面上に形成され
た光切断線を撮像した時、テレビカメラと光切断線との
間に突起部があれば、光切断線一部が撮像できず、計測
対象の正確な形状を得ることができない。
形状計測方法において、計測対象の表面の起伏が大きい
場合に、テレビカメラから計測対象の表面上に形成され
た光切断線を撮像した時、テレビカメラと光切断線との
間に突起部があれば、光切断線一部が撮像できず、計測
対象の正確な形状を得ることができない。
【０００６】或いはデータ処理装置が光切断光のうち撮
像できなかった部分をスリット光を反射しないマークで
あると判断し、２次元形状データの合成ができない。つ
まり従来技術の第１の問題点は、計測対象の表面の起伏
が大きい時に、形状データを得ることができない場合が
あることである。
像できなかった部分をスリット光を反射しないマークで
あると判断し、２次元形状データの合成ができない。つ
まり従来技術の第１の問題点は、計測対象の表面の起伏
が大きい時に、形状データを得ることができない場合が
あることである。
【０００７】また、計測対象に異物を取り付けられない
場合や、計測対象がごく微細な場合には、計測対象の姿
勢データを得る為のスリット光を反射しないマークを計
測対象に設置することができず、２次元形状データの合
成を行うことができない。つまり従来技術の第２の問題
点は、マークを取り付けることができない場合に、形状
の計測ができないことである。
場合や、計測対象がごく微細な場合には、計測対象の姿
勢データを得る為のスリット光を反射しないマークを計
測対象に設置することができず、２次元形状データの合
成を行うことができない。つまり従来技術の第２の問題
点は、マークを取り付けることができない場合に、形状
の計測ができないことである。
【０００８】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解消して計測対象の３次元形状を計測することので
きる装置及び方法を提供する。
点を解消して計測対象の３次元形状を計測することので
きる装置及び方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、計測対
象の表面形状を表す３次元位置データを取得する３次元
形状計測装置であって、基準面上に置かれた前記計測対
象の距離を計測する１次元位置計測器と、前記１次元位
置計測器と前記計測対象との距離を平面に沿って相対的
に走査する為のＸＹステージ手段と、前記ＸＹステージ
手段を前記計測対象が置かれた前記基準面の法線に対し
て所定の角度に傾ける第１の手段と、前記第１の手段の
回転中心点を中心として該第１の手段を前記計測対象が
置かれた前記基準面に対して垂直な軸回りの回転をする
第２の手段と、前記１次元位置計測器と前記計測対象と
の距離を前記ＸＹステージ手段で相対的に走査して得ら
れる各ＸＹ位置における距離のデータを形状データとし
て出力する形状データ計測手段と、該形状データを受け
て該形状データが前記第１の手段が傾斜しない状態で得
られた形状データであった場合にはそのまま変換済み形
状データとして出力し、前記第１の手段が傾斜した状態
で得られた形状データであった場合には座標変換を行い
前記第１の手段を傾斜させない状態で得られた形状デー
タと同一座標系に変換して変換済み形状データとして出
力する形状データ変換手段と、前記第１の手段を傾斜し
ない状態で得られた形状データと前記第１の手段を傾斜
した状態で得られた変換済み形状データを受けてこれら
を合成し計測対象の３次元形状データとして出力する形
状データ合成手段と、前記３次元形状データを受けて計
測対象の形状を表示する形状データ表示手段とを備える
３次元形状計測装置にある。
象の表面形状を表す３次元位置データを取得する３次元
形状計測装置であって、基準面上に置かれた前記計測対
象の距離を計測する１次元位置計測器と、前記１次元位
置計測器と前記計測対象との距離を平面に沿って相対的
に走査する為のＸＹステージ手段と、前記ＸＹステージ
手段を前記計測対象が置かれた前記基準面の法線に対し
て所定の角度に傾ける第１の手段と、前記第１の手段の
回転中心点を中心として該第１の手段を前記計測対象が
置かれた前記基準面に対して垂直な軸回りの回転をする
第２の手段と、前記１次元位置計測器と前記計測対象と
の距離を前記ＸＹステージ手段で相対的に走査して得ら
れる各ＸＹ位置における距離のデータを形状データとし
て出力する形状データ計測手段と、該形状データを受け
て該形状データが前記第１の手段が傾斜しない状態で得
られた形状データであった場合にはそのまま変換済み形
状データとして出力し、前記第１の手段が傾斜した状態
で得られた形状データであった場合には座標変換を行い
前記第１の手段を傾斜させない状態で得られた形状デー
タと同一座標系に変換して変換済み形状データとして出
力する形状データ変換手段と、前記第１の手段を傾斜し
ない状態で得られた形状データと前記第１の手段を傾斜
した状態で得られた変換済み形状データを受けてこれら
を合成し計測対象の３次元形状データとして出力する形
状データ合成手段と、前記３次元形状データを受けて計
測対象の形状を表示する形状データ表示手段とを備える
３次元形状計測装置にある。
【００１０】ここで、前記第１の手段はθｘ傾斜ステー
ジであり、前記第２の手段はθｚ回転ステージであるこ
とが好ましい。この場合、前記θｘ傾斜ステージは計測
対象の姿勢を任意の角度に調整可能なθｘ傾斜ステージ
であり、前記θｚ回転ステージは計測対象の姿勢を任意
の角度に調整可能なθｚ回転ステージであることができ
る。
ジであり、前記第２の手段はθｚ回転ステージであるこ
とが好ましい。この場合、前記θｘ傾斜ステージは計測
対象の姿勢を任意の角度に調整可能なθｘ傾斜ステージ
であり、前記θｚ回転ステージは計測対象の姿勢を任意
の角度に調整可能なθｚ回転ステージであることができ
る。
【００１１】あるいは、前記第１および第２の手段は前
記ＸＹステージを計測対象を中心とする球面上で任意の
位置に移動させることが可能な球状ガイドであることが
できる。この場合、前記球状ガイドは計測対象の姿勢を
任意の角度に調整可能な球状ガイドであることができ
る。
記ＸＹステージを計測対象を中心とする球面上で任意の
位置に移動させることが可能な球状ガイドであることが
できる。この場合、前記球状ガイドは計測対象の姿勢を
任意の角度に調整可能な球状ガイドであることができ
る。
【００１２】また、前記ＸＹステージ手段は前記１次元
位置計測機器を搭載して走査するＸＹステージであるこ
とが好ましい。あるいは、前記ＸＹステージ手段は前記
計測対象を搭載して走査するＸＹステージであることが
好ましい。
位置計測機器を搭載して走査するＸＹステージであるこ
とが好ましい。あるいは、前記ＸＹステージ手段は前記
計測対象を搭載して走査するＸＹステージであることが
好ましい。
【００１３】本発明の他の特徴は、計測対象の形状を計
測する３次元形状計測方法であって、１次元位置計測器
を用いて基準面上に置かれた計測対象の基準面に対して
鉛直上方からの形状データを計測し上方データとするス
テップと、θｘステージにて前記１次元位置計測器の計
測角度を斜方に変更するステップと、前記計測対象の斜
方からの形状データを計測し、その方向から計測可能な
計測対象の上面及び側面の形状データを有効データとし
て第１の斜方データとするステップと、θｚ回転ステー
ジにて前記１次元位置計測器の測定方向を変更するステ
ップと、θｚ回転ステージにて１次元位置計測器の測定
方向を変更する前記ステップと、計測対象の斜方からの
形状データを計測する前記ステップとを所定測定方向に
ついて行い、各々で得られた斜方データを第ｎの斜方デ
ータとするステップと、前記第１〜ｎの斜方データを前
記上方データと同じ座標系、測定格子点間隔に変換して
第１〜ｎの変換済み斜方データとするステップと、前記
上方データの前記計測対象の基準面からの高さに対し
て、前記第１〜ｎの変換済み斜方データの前記計測対象
の基準面からの高さが一致するように、前記第１〜ｎの
変換済み斜方データの各点の基準面からの高さにオフセ
ットをかけるステップと、前記上方データの前記計測対
象の所定方向の側面位置と、前記第１〜ｎの変換済み斜
方データの前記計測対象の側面位置が一致するように、
前記第１〜ｎの変換済み斜方データを前記所定方向に平
行移動させるステップと、前記第１〜ｎの変換済み斜方
データの計測対象の第１の所定高さ以下かつ第２の所定
高さ以上のデータを有効とするステップと、前記第１〜
の変換済み斜方データのうち有効なデータを前記上方デ
ータに重ね合わせ、同一ＸＹ位置に対しデータが２つ存
在する場合はその平均値をとり、前記計測対象の３次元
形状データとする計測対象の形状を計測する３次元形状
計測方法にある。
測する３次元形状計測方法であって、１次元位置計測器
を用いて基準面上に置かれた計測対象の基準面に対して
鉛直上方からの形状データを計測し上方データとするス
テップと、θｘステージにて前記１次元位置計測器の計
測角度を斜方に変更するステップと、前記計測対象の斜
方からの形状データを計測し、その方向から計測可能な
計測対象の上面及び側面の形状データを有効データとし
て第１の斜方データとするステップと、θｚ回転ステー
ジにて前記１次元位置計測器の測定方向を変更するステ
ップと、θｚ回転ステージにて１次元位置計測器の測定
方向を変更する前記ステップと、計測対象の斜方からの
形状データを計測する前記ステップとを所定測定方向に
ついて行い、各々で得られた斜方データを第ｎの斜方デ
ータとするステップと、前記第１〜ｎの斜方データを前
記上方データと同じ座標系、測定格子点間隔に変換して
第１〜ｎの変換済み斜方データとするステップと、前記
上方データの前記計測対象の基準面からの高さに対し
て、前記第１〜ｎの変換済み斜方データの前記計測対象
の基準面からの高さが一致するように、前記第１〜ｎの
変換済み斜方データの各点の基準面からの高さにオフセ
ットをかけるステップと、前記上方データの前記計測対
象の所定方向の側面位置と、前記第１〜ｎの変換済み斜
方データの前記計測対象の側面位置が一致するように、
前記第１〜ｎの変換済み斜方データを前記所定方向に平
行移動させるステップと、前記第１〜ｎの変換済み斜方
データの計測対象の第１の所定高さ以下かつ第２の所定
高さ以上のデータを有効とするステップと、前記第１〜
の変換済み斜方データのうち有効なデータを前記上方デ
ータに重ね合わせ、同一ＸＹ位置に対しデータが２つ存
在する場合はその平均値をとり、前記計測対象の３次元
形状データとする計測対象の形状を計測する３次元形状
計測方法にある。
【００１４】ここで、前記上方データの前記計測対象の
側面位置と、前記第１〜ｎの変換済み斜方データの前記
計測対象の側面位置が一致するように、前記第１〜ｎの
変換済み斜方データを平行移動させるステップの代わり
に、前記上方データの前記計測対象の所定高さ以上であ
るデータの重心位置と、前記第１〜ｎの変換済み斜方デ
ータの前記計測対象の所定高さ以上であるデータの重心
位置とが一致するように、前記第１〜ｎの変換済み斜方
データを平行移動させるステップを有することができ
る。
側面位置と、前記第１〜ｎの変換済み斜方データの前記
計測対象の側面位置が一致するように、前記第１〜ｎの
変換済み斜方データを平行移動させるステップの代わり
に、前記上方データの前記計測対象の所定高さ以上であ
るデータの重心位置と、前記第１〜ｎの変換済み斜方デ
ータの前記計測対象の所定高さ以上であるデータの重心
位置とが一致するように、前記第１〜ｎの変換済み斜方
データを平行移動させるステップを有することができ
る。
【００１５】この場合、前記上方データの前記計測対象
の高さに対して、第１〜ｎの変換後の斜方データの前記
計測対象の高さが一致するように、前記第１〜ｎの変換
後の斜方データの高さを調整するステップにおいて、前
記基準面を基準とした前記計測対象の高さに対して、高
さデータが所定割合以上である前記上方データの平均値
と高さデータが所定割合以上である前記第１〜ｎの変換
後の斜方データの平均値が一致するように前記第１〜ｎ
の変換後の斜方データの高さを調整することができる。
の高さに対して、第１〜ｎの変換後の斜方データの前記
計測対象の高さが一致するように、前記第１〜ｎの変換
後の斜方データの高さを調整するステップにおいて、前
記基準面を基準とした前記計測対象の高さに対して、高
さデータが所定割合以上である前記上方データの平均値
と高さデータが所定割合以上である前記第１〜ｎの変換
後の斜方データの平均値が一致するように前記第１〜ｎ
の変換後の斜方データの高さを調整することができる。
【００１６】さらに、前記第１〜ｎの変換済み斜方デー
タの前記計測対象の側面位置が一致するように、前記第
１〜ｎの変換済み斜方データを平行移動させるステップ
の代わりに、前記上方データの所定割合の高さ位置にお
ける前記第１〜ｎの変換済み斜方データに対応する方向
の側面形状の輪郭と、前記第ｎの変換済み斜方データの
側面形状の輪郭を抽出するステップと、前記第ｎの変換
済み斜方データの側面形状の輪郭が前記上方データの側
面形状の輪郭に最も一致するそれぞれの並行移動量を最
小二乗法により求めるステップと、前記第１〜ｎの変換
済み斜方データを、それぞれに対応する並行移動量で並
行移動させるステップとすることができる。
タの前記計測対象の側面位置が一致するように、前記第
１〜ｎの変換済み斜方データを平行移動させるステップ
の代わりに、前記上方データの所定割合の高さ位置にお
ける前記第１〜ｎの変換済み斜方データに対応する方向
の側面形状の輪郭と、前記第ｎの変換済み斜方データの
側面形状の輪郭を抽出するステップと、前記第ｎの変換
済み斜方データの側面形状の輪郭が前記上方データの側
面形状の輪郭に最も一致するそれぞれの並行移動量を最
小二乗法により求めるステップと、前記第１〜ｎの変換
済み斜方データを、それぞれに対応する並行移動量で並
行移動させるステップとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】図１は本発明の第１の実施の形態を示す構
成図であり、（Ａ）は一部断面を含む側面図、（Ｂ）上
面図である。また、図３は本発明の第１の実施の形態に
おいて、計測対象の３次元形状を計測する方向を示す模
式図である。
成図であり、（Ａ）は一部断面を含む側面図、（Ｂ）上
面図である。また、図３は本発明の第１の実施の形態に
おいて、計測対象の３次元形状を計測する方向を示す模
式図である。
【００１９】図１を参照すると、本発明の第１の実施の
形態の３次元形状計測装置は、基準面１６上の計測中心
点１７に置かれた計測対象７との距離を計測するレーザ
変位計（レーザ測長計）１と、レーザ変位計１を平面に
沿って走査する為のＸＹステージ２と、ＸＹステージ２
を基準面１６の法線に対して計測中心１７を中心に所定
の角度に傾けるθｘ傾斜ステージ３と、基準面１６上に
スペーサ６を介して設定されたベース５上に設けられ、
計測中心点１７を中心としてθｘ傾斜ステージ３を基準
面１６の法線まわりでで回転させるθｚ回転ステージ４
と、レーザ変位計１をＸＹステージ２で走査して得られ
る各ＸＹ位置における距離のデータである位置データ１
２を受けて形状データ１３として出力する形状データ計
測手段８と、形状データ１３を受けて形状データ１３が
θｘ傾斜ステージ３が傾斜しない状態で得られた形状デ
ータであった場合には何も処理をしないで変換済み形状
データ１４として出力し、θｘ傾斜ステージ３が傾斜し
た状態で得られた形状データであった場合には座標変換
を行いθｘ傾斜ステージ３を傾斜させない状態で得られ
た形状データと同一座標系に変換して変換済み形状デー
タ１４として出力する形状データ変換手段９と、θｘ傾
斜ステージ３を傾斜しない状態で得られた形状データ１
３とθｘ傾斜ステージ３を傾斜した状態で得られた変換
済み形状データ１３を受けてこれらを合成し前記計測対
象７の３次元形状データ１５として出力する形状データ
合成手段１０と、３次元形状データ１５を受けて計測対
象７の形状を表示する形状データ表示手段１１とを含ん
で構成される。
形態の３次元形状計測装置は、基準面１６上の計測中心
点１７に置かれた計測対象７との距離を計測するレーザ
変位計（レーザ測長計）１と、レーザ変位計１を平面に
沿って走査する為のＸＹステージ２と、ＸＹステージ２
を基準面１６の法線に対して計測中心１７を中心に所定
の角度に傾けるθｘ傾斜ステージ３と、基準面１６上に
スペーサ６を介して設定されたベース５上に設けられ、
計測中心点１７を中心としてθｘ傾斜ステージ３を基準
面１６の法線まわりでで回転させるθｚ回転ステージ４
と、レーザ変位計１をＸＹステージ２で走査して得られ
る各ＸＹ位置における距離のデータである位置データ１
２を受けて形状データ１３として出力する形状データ計
測手段８と、形状データ１３を受けて形状データ１３が
θｘ傾斜ステージ３が傾斜しない状態で得られた形状デ
ータであった場合には何も処理をしないで変換済み形状
データ１４として出力し、θｘ傾斜ステージ３が傾斜し
た状態で得られた形状データであった場合には座標変換
を行いθｘ傾斜ステージ３を傾斜させない状態で得られ
た形状データと同一座標系に変換して変換済み形状デー
タ１４として出力する形状データ変換手段９と、θｘ傾
斜ステージ３を傾斜しない状態で得られた形状データ１
３とθｘ傾斜ステージ３を傾斜した状態で得られた変換
済み形状データ１３を受けてこれらを合成し前記計測対
象７の３次元形状データ１５として出力する形状データ
合成手段１０と、３次元形状データ１５を受けて計測対
象７の形状を表示する形状データ表示手段１１とを含ん
で構成される。
【００２０】このように構成された第１の実施の形態の
３次元形状計測装置の動作について説明する。
３次元形状計測装置の動作について説明する。
【００２１】基準面１６上の計測中心点１７に設置され
た計測対象７に対して、まずレーザ変位計１をＸＹステ
ージ２で計測中心点１７を中心として基準面１６に並行
な面内で走査し、形状データ計測手段８は計測対象７及
びその周辺の位置データを受けて、これを上方データと
する。
た計測対象７に対して、まずレーザ変位計１をＸＹステ
ージ２で計測中心点１７を中心として基準面１６に並行
な面内で走査し、形状データ計測手段８は計測対象７及
びその周辺の位置データを受けて、これを上方データと
する。
【００２２】次にθｘ傾斜ステージ３によりレーザ変位
計１をＸＹステージ２ごと所定角度まで傾斜させる。こ
の時、レーザ変位計１の計測位置の方向は計測中心点１
７を向いている。この状態で、レーザ変位計１をＸＹス
テージ２で計測中心点１７を中心として走査し、形状デ
ータ計測手段８は計測対象７及びその周辺の位置データ
を受けて、これを第１の斜方データとする。
計１をＸＹステージ２ごと所定角度まで傾斜させる。こ
の時、レーザ変位計１の計測位置の方向は計測中心点１
７を向いている。この状態で、レーザ変位計１をＸＹス
テージ２で計測中心点１７を中心として走査し、形状デ
ータ計測手段８は計測対象７及びその周辺の位置データ
を受けて、これを第１の斜方データとする。
【００２３】次に、この状態で、θｚ回転ステージ４に
よりレーザ変位計１とＸＹステージ２とθｘ傾斜ステー
ジ３ごと所定角度まで回転させ、レーザ変位計１をＸＹ
ステージ２で計測中心点１７を中心として走査し、形状
データ計測手段８は計測対象７及びその周辺の位置デー
タを受けて、第２の斜方データとする。
よりレーザ変位計１とＸＹステージ２とθｘ傾斜ステー
ジ３ごと所定角度まで回転させ、レーザ変位計１をＸＹ
ステージ２で計測中心点１７を中心として走査し、形状
データ計測手段８は計測対象７及びその周辺の位置デー
タを受けて、第２の斜方データとする。
【００２４】さらにθｚ回転ステージ４を所定角度間で
回転させ、計測対象７及びその周辺の位置データを取得
する動作を繰り返し、形状データ計測手段８が第ｎの斜
方データまで受け終えた後に形状データ１３として出力
する。
回転させ、計測対象７及びその周辺の位置データを取得
する動作を繰り返し、形状データ計測手段８が第ｎの斜
方データまで受け終えた後に形状データ１３として出力
する。
【００２５】形状データ変換手段９は形状データ１３を
受けて、第１〜ｎの斜方データの座標系・計測格子点間
隔を上方データと同一になるように変換し、これらを第
１〜ｎの変換後の斜方データとして出力する。
受けて、第１〜ｎの斜方データの座標系・計測格子点間
隔を上方データと同一になるように変換し、これらを第
１〜ｎの変換後の斜方データとして出力する。
【００２６】従来の３次元形状計測方法の場合では、計
測対象７の表面に大きな起伏が有り、計測対象７の側面
を照射するスリット光が起伏の陰にかくれてテレビカメ
ラで撮像できない場合には、その箇所の形状データが欠
落し、正確な形状データを得ることができなくなるだけ
でなく、形状データの欠落部分をマークであると判断し
て誤った位置でデータの合成を行ってしまう。
測対象７の表面に大きな起伏が有り、計測対象７の側面
を照射するスリット光が起伏の陰にかくれてテレビカメ
ラで撮像できない場合には、その箇所の形状データが欠
落し、正確な形状データを得ることができなくなるだけ
でなく、形状データの欠落部分をマークであると判断し
て誤った位置でデータの合成を行ってしまう。
【００２７】そこで本発明においては、従来技術のマー
クの位置で形状データを合成する代わりに、形状データ
合成手段１０が変換済み形状データ１４を受けて、第１
〜ｎの変換後の斜方データのそれぞれが上方データの外
形に最も一致するように、形状データの上面高さと側面
の輪郭形状を基準に合成し、３次元形状データ１５を出
力する。
クの位置で形状データを合成する代わりに、形状データ
合成手段１０が変換済み形状データ１４を受けて、第１
〜ｎの変換後の斜方データのそれぞれが上方データの外
形に最も一致するように、形状データの上面高さと側面
の輪郭形状を基準に合成し、３次元形状データ１５を出
力する。
【００２８】合成の方法は、まず、形状データの高さ方
向の位置調整は、上方データと第１〜ｎの変換後の斜方
データのうち、計測対象の高さの所定割合以上の高さで
ある高さデータの平均値をそれぞれ算出する。
向の位置調整は、上方データと第１〜ｎの変換後の斜方
データのうち、計測対象の高さの所定割合以上の高さで
ある高さデータの平均値をそれぞれ算出する。
【００２９】上方データの計測対象の高さの所定割合以
上の高さである高さデータの平均値に第１〜ｎの変換後
の斜方データの計測対象の高さの所定割合以上の高さで
ある高さデータの平均値が一致するように、第１〜ｎの
変換後の斜方データの全体の高さをオフセットさせる。
上の高さである高さデータの平均値に第１〜ｎの変換後
の斜方データの計測対象の高さの所定割合以上の高さで
ある高さデータの平均値が一致するように、第１〜ｎの
変換後の斜方データの全体の高さをオフセットさせる。
【００３０】次に、第ｎの変換後の斜方データの計測対
象の側面形状と、第１〜ｎの変換後の斜方データの計測
方向に対応する方向の上方データの計測対象の側面形状
について、側面形状が最もよく合致する第１〜ｎの変換
後の斜方データのそれぞれの平行移動量を最小二乗法に
より求め、平行移動させる。次に第１〜ｎの変換済み斜
方データの計測対象の所定高さ以下かつ基準高さ以上の
データを有効とし、第１〜の変換済み斜方データのうち
有効なデータを上方データに合成する。
象の側面形状と、第１〜ｎの変換後の斜方データの計測
方向に対応する方向の上方データの計測対象の側面形状
について、側面形状が最もよく合致する第１〜ｎの変換
後の斜方データのそれぞれの平行移動量を最小二乗法に
より求め、平行移動させる。次に第１〜ｎの変換済み斜
方データの計測対象の所定高さ以下かつ基準高さ以上の
データを有効とし、第１〜の変換済み斜方データのうち
有効なデータを上方データに合成する。
【００３１】最後に、形状データ表示手段１１は３次元
形状データ１５を受けて、計測対象７の３次元形状デー
タを出力することで、３次元形状計測データを得ること
を可能にする。
形状データ１５を受けて、計測対象７の３次元形状デー
タを出力することで、３次元形状計測データを得ること
を可能にする。
【００３２】尚、レーザ変位計１は、計測対象に接触す
る接触型変位計でも良い。また、θｘ傾斜ステージ３と
θｚ回転ステージ４の代わりに、ＸＹステージ２を球面
上で任意の位置に移動させることが可能な球状ガイドを
用いても良い。
る接触型変位計でも良い。また、θｘ傾斜ステージ３と
θｚ回転ステージ４の代わりに、ＸＹステージ２を球面
上で任意の位置に移動させることが可能な球状ガイドを
用いても良い。
【００３３】また、θｘ傾斜ステージ３と前記θｚ回転
ステージ４や、球状ガイドの代わりに、計測対象の姿勢
を任意の角度に調整可能なθｘ傾斜ステージとθｚ回転
ステージを用いても良い。
ステージ４や、球状ガイドの代わりに、計測対象の姿勢
を任意の角度に調整可能なθｘ傾斜ステージとθｚ回転
ステージを用いても良い。
【００３４】また、球状ガイドの代わりに、計測対象の
姿勢を任意の角度に調整可能な球状ガイドを用いても良
い。また、レーザ変位計１を走査するＸＹステージ２の
代わりに、計測対象７を平行移動させるＸＹステージを
用いても良い。
姿勢を任意の角度に調整可能な球状ガイドを用いても良
い。また、レーザ変位計１を走査するＸＹステージ２の
代わりに、計測対象７を平行移動させるＸＹステージを
用いても良い。
【００３５】さらに、形状データ計測手段８と、形状デ
ータ変換手段９と、形状データ合成手段１０と、形状デ
ータ表示手段１１は、パソコンやロジック回路を用いて
も良い。
ータ変換手段９と、形状データ合成手段１０と、形状デ
ータ表示手段１１は、パソコンやロジック回路を用いて
も良い。
【００３６】図２は、本発明の第２の実施の形態の３次
元形状計測方法を示すフローチャートである。図２を参
照すると、本発明の第２の実施の形態は、第１のステッ
プ１０１で基準面上の前記計測中心点に設置された計測
対象に対して、レーザ変位計をＸＹステージで計測中心
点を中心として基準面に並行な面内で走査し、計測対象
およびその周辺の位置データを取得して、これを上方デ
ータとする。次に第２のステップ１０２でθｘ傾斜ステ
ージによりレーザ変位計をＸＹステージごと所定角度ま
で傾斜させる。この時、前記レーザ変位計の計測位置の
方向は前記計測中心点を向いている。
元形状計測方法を示すフローチャートである。図２を参
照すると、本発明の第２の実施の形態は、第１のステッ
プ１０１で基準面上の前記計測中心点に設置された計測
対象に対して、レーザ変位計をＸＹステージで計測中心
点を中心として基準面に並行な面内で走査し、計測対象
およびその周辺の位置データを取得して、これを上方デ
ータとする。次に第２のステップ１０２でθｘ傾斜ステ
ージによりレーザ変位計をＸＹステージごと所定角度ま
で傾斜させる。この時、前記レーザ変位計の計測位置の
方向は前記計測中心点を向いている。
【００３７】この状態で、第３のステップ１０３でレー
ザ変位計をＸＹステージで計測中心点を中心として走査
し、計測対象及びその周辺の位置データを取得して、こ
れを第１の斜方データとする。この状態で、第４のステ
ップ１０４でθｚ回転ステージによりレーザ変位計とＸ
Ｙステージごとθｘ傾斜ステージを所定角度まで回転さ
せる。
ザ変位計をＸＹステージで計測中心点を中心として走査
し、計測対象及びその周辺の位置データを取得して、こ
れを第１の斜方データとする。この状態で、第４のステ
ップ１０４でθｚ回転ステージによりレーザ変位計とＸ
Ｙステージごとθｘ傾斜ステージを所定角度まで回転さ
せる。
【００３８】第５のステップ１０５で、θｚ回転ステー
ジにて１次元位置計測器の測定方向を変更する第４のス
テップ１０４と、計測対象の斜方からの形状データを計
測する第３のステップとを複数回所定測定方向について
行い、各々で得られた斜方データを第ｎの斜方データと
する。
ジにて１次元位置計測器の測定方向を変更する第４のス
テップ１０４と、計測対象の斜方からの形状データを計
測する第３のステップとを複数回所定測定方向について
行い、各々で得られた斜方データを第ｎの斜方データと
する。
【００３９】第６のステップ１０６で、第１〜ｎの斜方
データの座標系・計測格子点間隔を前記上方データと同
一になるように形状データ変換手段を用いて変換し、こ
れらを第１〜ｎの変換後の斜方データとする。
データの座標系・計測格子点間隔を前記上方データと同
一になるように形状データ変換手段を用いて変換し、こ
れらを第１〜ｎの変換後の斜方データとする。
【００４０】第７のステップ１０７で、上方データの計
測対象の基準面からの高さに対して、第１〜ｎの変換後
の斜方データの計測対象の基準面からの高さが一致する
ように第１〜ｎの変換後の斜方データの高さにオフセッ
トをかける。
測対象の基準面からの高さに対して、第１〜ｎの変換後
の斜方データの計測対象の基準面からの高さが一致する
ように第１〜ｎの変換後の斜方データの高さにオフセッ
トをかける。
【００４１】第８のステップ１０８で、上方データの計
測対象の所定方向の側面位置と、第１〜ｎの変換後の斜
方データの計測対象の前記所定方向の側面位置が一致す
るように、第１〜ｎの変換後の斜方データを前記所定方
向に平行移動させる。
測対象の所定方向の側面位置と、第１〜ｎの変換後の斜
方データの計測対象の前記所定方向の側面位置が一致す
るように、第１〜ｎの変換後の斜方データを前記所定方
向に平行移動させる。
【００４２】第９のステップ１０９で、第１〜ｎの変換
後の斜方データのうち、計測対象の側面データに相当す
る、第１の所定高さ以上、第２の所定高さ未満である高
さデータを有効とする。
後の斜方データのうち、計測対象の側面データに相当す
る、第１の所定高さ以上、第２の所定高さ未満である高
さデータを有効とする。
【００４３】第１０のステップ１１０で、第１〜ｎの変
換後の斜方データの有効な高さデータを上方データに重
ね合わせ、同一ＸＹ位置に対しデータが２つ以上存在す
る場合にはその平均をとることで、計測対象の３次元形
状データを得ることが可能となる。
換後の斜方データの有効な高さデータを上方データに重
ね合わせ、同一ＸＹ位置に対しデータが２つ以上存在す
る場合にはその平均をとることで、計測対象の３次元形
状データを得ることが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】本発明の第１の効果は、計測対象の表面
の起伏が大きい場合でも、計測対象の３次元形状データ
を得ることができる事である。その理由は、１次元位置
計測器を用いて計測対象の斜方から計測することで、計
測対象側面の起伏によって測定ポイントを見失うことな
く計測することができる為である。
の起伏が大きい場合でも、計測対象の３次元形状データ
を得ることができる事である。その理由は、１次元位置
計測器を用いて計測対象の斜方から計測することで、計
測対象側面の起伏によって測定ポイントを見失うことな
く計測することができる為である。
【００４５】第２の効果は、計測対象に特別な印などを
設置することなく、３次元形状データを得ることができ
ることである。その理由は、計測対象の複数方向からの
側面形状データの合成を、上方から計測した計測対象の
形状を基準として行う為である。
設置することなく、３次元形状データを得ることができ
ることである。その理由は、計測対象の複数方向からの
側面形状データの合成を、上方から計測した計測対象の
形状を基準として行う為である。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示すフローチャー
トである。
トである。
【図３】本発明の第１の実施の形態において、計測対象
の３次元形状を計測する方向を示す模式図である。
の３次元形状を計測する方向を示す模式図である。
【図４】従来技術の３次元形状計測方法の一例を示す構
成図である。
成図である。
１ レーザ測長計（レーザ変位系）
２ ＸＹステージ
３ θｘ傾斜ステージ
４ θｚ回転ステージ
５ ベース
６ スペーサ
７ 計測対象
８ 形状データ計測手段
９ 形状データ変換手段
１０ 形状データ合成手段
１１ 形状データ表示手段
１２ 位置データ
１３ 形状データ
１４ 変換済み形状データ
１５ ３次元形状データ
１０１ 第１のステップ
１０２ 第２のステップ
１０３ 第３のステップ
１０４ 第４のステップ
１０５ 第５のステップ
１０６ 第６のステップ
１０７ 第７のステップ
１０８ 第８のステップ
１０９ 第９のステップ
１１０ 第１０のステップ
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA53 BB05 FF11 HH04
HH13 MM04 MM06 MM07 PP22
2F078 CA08 CC20
Claims (11)
- 【請求項１】 計測対象の表面形状を表す３次元位置デ
ータを取得する３次元形状計測装置であって、基準面上
に置かれた前記計測対象の距離を計測する１次元位置計
測器と、前記１次元位置計測器と前記計測対象との距離
を平面に沿って相対的に走査する為のＸＹステージ手段
と、前記ＸＹステージ手段を前記計測対象が置かれた前
記基準面の法線に対して所定の角度に傾ける第１の手段
と、前記第１の手段の回転中心点を中心として該第１の
手段を前記計測対象が置かれた前記基準面に対して垂直
な軸回りの回転をする第２の手段と、前記１次元位置計
測器と前記計測対象との距離を前記ＸＹステージ手段で
相対的に走査して得られる各ＸＹ位置における距離のデ
ータを形状データとして出力する形状データ計測手段
と、該形状データを受けて該形状データが前記第１の手
段が傾斜しない状態で得られた形状データであった場合
にはそのまま変換済み形状データとして出力し、前記第
１の手段が傾斜した状態で得られた形状データであった
場合には座標変換を行い前記第１の手段を傾斜させない
状態で得られた形状データと同一座標系に変換して変換
済み形状データとして出力する形状データ変換手段と、
前記第１の手段を傾斜しない状態で得られた形状データ
と前記第１の手段を傾斜した状態で得られた変換済み形
状データを受けてこれらを合成し計測対象の３次元形状
データとして出力する形状データ合成手段と、前記３次
元形状データを受けて計測対象の形状を表示する形状デ
ータ表示手段とを備えることを特徴とする３次元形状計
測装置。 - 【請求項２】 前記第１の手段はθｘ傾斜ステージであ
り、前記第２の手段はθｚ回転ステージであることを特
徴とする請求項１に記載の３次元形状計測装置。 - 【請求項３】 前記θｘ傾斜ステージは計測対象の姿勢
を任意の角度に調整可能なθｘ傾斜ステージであり、前
記θｚ回転ステージは計測対象の姿勢を任意の角度に調
整可能なθｚ回転ステージであることを特徴とする請求
項２に記載の３次元形状計測装置。 - 【請求項４】 前記第１および第２の手段は前記ＸＹス
テージを計測対象を中心とする球面上で任意の位置に移
動させることが可能な球状ガイドであることを特徴とす
る請求項１に記載の３次元形状計測装置。 - 【請求項５】 前記球状ガイドは計測対象の姿勢を任意
の角度に調整可能な球状ガイドであることを特徴とする
請求項２に記載の３次元形状計測装置。 - 【請求項６】 前記ＸＹステージ手段は前記１次元位置
計測機器を搭載して走査するＸＹステージであることを
特徴とする請求項１に記載の３次元形状計測装置。 - 【請求項７】 前記ＸＹステージ手段は前記計測対象を
搭載して走査するＸＹステージであることを特徴とする
請求項１に記載の３次元形状計測装置。 - 【請求項８】 計測対象の形状を計測する３次元形状計
測方法であって、１次元位置計測器を用いて基準面上に
置かれた計測対象の基準面に対して鉛直上方からの形状
データを計測し上方データとするステップと、θｘステ
ージにて前記１次元位置計測器の計測角度を斜方に変更
するステップと、前記計測対象の斜方からの形状データ
を計測し、その方向から計測可能な計測対象の上面及び
側面の形状データを有効データとして第１の斜方データ
とするステップと、θｚ回転ステージにて前記１次元位
置計測器の測定方向を変更するステップと、θｚ回転ス
テージにて１次元位置計測器の測定方向を変更する前記
ステップと、計測対象の斜方からの形状データを計測す
る前記ステップとを所定測定方向について行い、各々で
得られた斜方データを第ｎの斜方データとするステップ
と、前記第１〜ｎの斜方データを前記上方データと同じ
座標系、測定格子点間隔に変換して第１〜ｎの変換済み
斜方データとするステップと、前記上方データの前記計
測対象の基準面からの高さに対して、前記第１〜ｎの変
換済み斜方データの前記計測対象の基準面からの高さが
一致するように、前記第１〜ｎの変換済み斜方データの
各点の基準面からの高さにオフセットをかけるステップ
と、前記上方データの前記計測対象の所定方向の側面位
置と、前記第１〜ｎの変換済み斜方データの前記計測対
象の側面位置が一致するように、前記第１〜ｎの変換済
み斜方データを前記所定方向に平行移動させるステップ
と、前記第１〜ｎの変換済み斜方データの計測対象の第
１の所定高さ以下かつ第２の所定高さ以上のデータを有
効とするステップと、前記第１〜の変換済み斜方データ
のうち有効なデータを前記上方データに重ね合わせ、同
一ＸＹ位置に対しデータが２つ存在する場合はその平均
値をとり、前記計測対象の３次元形状データとすること
を特徴とする計測対象の形状を計測する３次元形状計測
方法。 - 【請求項９】 前記上方データの前記計測対象の側面位
置と、前記第１〜ｎの変換済み斜方データの前記計測対
象の側面位置が一致するように、前記第１〜ｎの変換済
み斜方データを平行移動させるステップを省略して、前
記上方データの前記計測対象の所定高さ以上であるデー
タの重心位置と、前記第１〜ｎの変換済み斜方データの
前記計測対象の所定高さ以上であるデータの重心位置と
が一致するように、前記第１〜ｎの変換済み斜方データ
を平行移動させるステップを有することを特徴とする請
求項８に記載の３次元形状計測方法。 - 【請求項１０】 前記上方データの前記計測対象の高さ
に対して、第１〜ｎの変換後の斜方データの前記計測対
象の高さが一致するように、前記第１〜ｎの変換後の斜
方データの高さを調整するステップにおいて、前記基準
面を基準とした前記計測対象の高さに対して、高さデー
タが所定割合以上である前記上方データの平均値と高さ
データが所定割合以上である前記第１〜ｎの変換後の斜
方データの平均値が一致するように前記第１〜ｎの変換
後の斜方データの高さを調整することを特徴とする請求
項８または請求項９に記載の３次元形状計測方法。 - 【請求項１１】 前記第１〜ｎの変換済み斜方データの
前記計測対象の側面位置が一致するように、前記第１〜
ｎの変換済み斜方データを平行移動させるステップを省
略して、前記上方データの所定割合の高さ位置における
前記第１〜ｎの変換済み斜方データに対応する方向の側
面形状の輪郭と、前記第ｎの変換済み斜方データの側面
形状の輪郭を抽出するステップと、前記第ｎの変換済み
斜方データの側面形状の輪郭が前記上方データの側面形
状の輪郭に最も一致するそれぞれの並行移動量を最小二
乗法により求めるステップと、前記第１〜ｎの変換済み
斜方データを、それぞれに対応する並行移動量で並行移
動させるステップとすることを特徴とする計測対象の形
状を計測する請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載
の３次元形状計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001324666A JP3997751B2 (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | ３次元形状計測装置および３次元形状計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001324666A JP3997751B2 (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | ３次元形状計測装置および３次元形状計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003130616A true JP2003130616A (ja) | 2003-05-08 |
| JP3997751B2 JP3997751B2 (ja) | 2007-10-24 |
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ID=19141352
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001324666A Expired - Fee Related JP3997751B2 (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | ３次元形状計測装置および３次元形状計測方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3997751B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006349362A (ja) * | 2005-06-13 | 2006-12-28 | Soatec Inc | 非接触式測定装置 |
| KR20140089846A (ko) * | 2013-01-07 | 2014-07-16 | 삼성전기주식회사 | 기판 범프 높이 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법 |
| CN112781523A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-11 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 一种基于激光位移测距的便携式表面缺陷检测装置及方法 |
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|---|---|---|---|---|
| KR101943452B1 (ko) * | 2017-09-14 | 2019-01-30 | 오스템임플란트 주식회사 | 카메라가 이동하는 3차원 치과용 모델 스캐너 및 그 스캐너를 제어하는 방법 |
-
2001
- 2001-10-23 JP JP2001324666A patent/JP3997751B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| KR20140089846A (ko) * | 2013-01-07 | 2014-07-16 | 삼성전기주식회사 | 기판 범프 높이 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법 |
| CN112781523A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-11 | 江苏徐工工程机械研究院有限公司 | 一种基于激光位移测距的便携式表面缺陷检测装置及方法 |
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