JP2008281391A - Apparatus and method for measuring three-dimensional shape - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure the shapes of objects to be measured even if the objects to be measured has different reflectances according to location in the case of measuring the three-dimensional shape of the object to be measured by a phase shift method. <P>SOLUTION: A three-dimensional shape measuring apparatus 1 irradiates light having a plurality of strengths to an object to be measured OB, forms fringe patterns on the object to be measured OB for every light of each strength, and computes a phase value and evaluation data on the basis of the formed fringe patterns for every case of irradiating light having a plurality of strengths. A phase value computed in the case of irradiating light having a strength most corresponding to a reflectance at the location of irradiation of irradiation light is selected from phase values computed in the case of irradiating the irradiation light having each strength by evaluating the evaluation data. By measuring the three-dimensional shape of the object to be measured OB through the sue of a phase value selected in this way, it is possible to prevent or reduce degradation of measurement accuracy of three-dimensional shape data due to reflectance changes of the object to be measured OB. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、測定対象物に明部と暗部とからなる縞状の照射光を照射し、この照射光によって測定対象物に形成される縞模様のそれぞれの箇所における位相を変化させながら照射光の反射光を受光することにより測定対象物の3次元形状を測定する3次元形状測定装置および3次元形状測定方法に関する。   The present invention irradiates the object to be measured with striped irradiation light composed of a bright part and a dark part, and changes the phase at each location of the striped pattern formed on the object to be measured by this irradiation light. The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus and a three-dimensional shape measuring method for measuring a three-dimensional shape of a measurement object by receiving reflected light.

測定対象物の3次元形状を非接触に測定する方法としては、多くの方法が存在する。その中で、例えば特許文献1に示されている位相シフト法による3次元形状測定方法が知られている。また、位相を計算する際にフーリエ変換を用いるフーリエ変換位相シフト法は、ノイズを除去して精度良く位相値を計算することができるため、さらに測定精度を高めることができるという利点を持つ。   There are many methods for measuring the three-dimensional shape of the measurement object in a non-contact manner. Among them, for example, a three-dimensional shape measurement method based on a phase shift method disclosed in Patent Document 1 is known. Further, the Fourier transform phase shift method using Fourier transform when calculating the phase has an advantage that the measurement accuracy can be further improved because the phase value can be calculated with high accuracy by removing noise.

図8は、位相シフト法により測定対象物の3次元形状を測定する3次元形状測定装置の概略図である。この3次元形状測定装置によれば、入力装置52を介した作業者からの入力指示によってコントローラ50が3次元センサ10の照射装置11に出射指令を出力する。この指令によって照射装置11から光が出射される。照射装置11から出射した光は、縞模様が形成された液晶やスライドを透過することにより、あるいは光源からの光を2つの光に分岐してそれぞれの光を光路差を異ならせて干渉させる等の方法により、明部と暗部とが交互に繰り返された縞状の光とされ、このような縞状の光が測定対象物OBに照射される。このため測定対象物OBの表面には一定の間隔で明部と暗部が繰り返された縞模様が形成される。このように測定対象物OB上に形成される縞模様の形成部位を縞のライン方向とは直角方向に微小距離だけ動かすことによって縞模様のそれぞれの箇所における位相(以下、縞位相という)をずらしていき、所定の移動位置において測定対象物OBからの反射光を受光装置12により受光する。受光装置12は受光信号をデータ処理装置30に出力し、データ処理装置30は位相シフト法による計算に基づき測定対象物OBの3次元形状データを作成する。そして、表示装置54に測定対象物OBの3次元形状を表示する。   FIG. 8 is a schematic diagram of a three-dimensional shape measuring apparatus that measures the three-dimensional shape of the measurement object by the phase shift method. According to this three-dimensional shape measuring apparatus, the controller 50 outputs an emission command to the irradiation device 11 of the three-dimensional sensor 10 in accordance with an input instruction from an operator via the input device 52. In response to this command, light is emitted from the irradiation device 11. The light emitted from the irradiation device 11 is transmitted through a liquid crystal or a slide having a striped pattern, or the light from the light source is split into two lights so that each light interferes with different optical path differences. By this method, it is set as the striped light by which the bright part and the dark part were repeated alternately, and such a striped light is irradiated to the measuring object OB. For this reason, a striped pattern is formed on the surface of the measurement object OB in which the bright part and the dark part are repeated at regular intervals. In this way, the phase at each part of the striped pattern (hereinafter referred to as the fringe phase) is shifted by moving the formation site of the striped pattern formed on the measurement object OB by a minute distance in a direction perpendicular to the line direction of the striped line. The reflected light from the measurement object OB is received by the light receiving device 12 at a predetermined movement position. The light receiving device 12 outputs a light reception signal to the data processing device 30, and the data processing device 30 creates three-dimensional shape data of the measurement object OB based on the calculation by the phase shift method. Then, the three-dimensional shape of the measurement object OB is displayed on the display device 54.

図9(a)は、液晶やスライドに形成される縞模様を示す図である。図9(a)に示すように、この縞模様は各縞のライン方向の直角方向に沿って濃淡が正弦波形状を描くようにされている。つまり、縞模様の各縞のライン方向の直角方向に沿った輝度分布は図9(b)に示すように振幅が一定の正弦波形状となる。ところが、このような縞模様を写した照射光が測定対象物OBに照射された場合には、測定対象物OBの凹凸によって測定対象物OBに形成される縞模様の各縞の間隔は不均一となり、歪な形状となる。したがって、測定対象物OBを受光装置12にて撮像した場合における撮像画像における縞模様も歪な形状となる。また、測定対象物OBのそれぞれの箇所における反射率は一定でないことがほとんどであり、撮像画像における縞が最も濃い箇所や最も淡い箇所における濃淡の程度も一定ではない。したがって、縞模様の撮像画像において、縞のライン方向に直角な方向に沿った光量分布の波形は正弦波形からくずれた波形となり、振幅も一定ではない。   FIG. 9A is a diagram showing a stripe pattern formed on the liquid crystal or the slide. As shown in FIG. 9 (a), the stripe pattern has a sine wave shape drawn along the direction perpendicular to the line direction of each stripe. That is, the luminance distribution along the direction perpendicular to the line direction of each stripe in the stripe pattern has a sine wave shape with a constant amplitude as shown in FIG. However, when the measurement object OB is irradiated with irradiation light reflecting such a striped pattern, the intervals between the stripes formed on the measurement object OB due to the unevenness of the measurement object OB are not uniform. Becomes a distorted shape. Therefore, the striped pattern in the captured image when the measurement object OB is captured by the light receiving device 12 also has a distorted shape. In addition, the reflectance at each location of the measurement object OB is often not constant, and the degree of shading at the darkest and lightest locations in the captured image is not constant. Therefore, in the captured image of the stripe pattern, the waveform of the light amount distribution along the direction perpendicular to the line direction of the stripe is a waveform deviated from the sine waveform, and the amplitude is not constant.

ここで、受光装置を構成する個々の画素(例えばCCDやCMOS)は、常に、測定対象物OBのほぼ同一箇所で反射する光を受光する。つまり、各画素は、測定対象物OBの各測定ポイントに一対一で対応している。したがって、もとの縞状の光の光量分布が図9(b)に示すような正弦波形であるならば、測定対象物OBに形成される縞模様を移動(縞位相をシフト)していった場合に各画素(各受光位置)にて受光する反射光の光量も上記縞状の光の光量分布と同一の周波数の正弦波状に変化する。つまり、縞位相をシフトさせていった場合に各画素にて受光する光の光量曲線はいずれも正弦波形となる。ただし、縞模様中の各々の箇所から受光する光の光量曲線の開始点での位相(初期位相)は各々異なる。例えば、図9(a)に示すように縞模様中のA,B,C,Dの点を考えると、縞位相が変化した場合、それぞれの点A,B,C,Dからの反射光を受光する画素における光量曲線の光量変化はそれぞれ図10の(a),(b),(c),(d)に示すように正弦波形状に変化するが、光量曲線の開始点での位相(初期位相)は各々異なる。   Here, each pixel (for example, CCD or CMOS) constituting the light receiving device always receives light reflected at substantially the same location of the measurement object OB. That is, each pixel has a one-to-one correspondence with each measurement point of the measurement object OB. Therefore, if the original light distribution of the striped light has a sinusoidal waveform as shown in FIG. 9B, the striped pattern formed on the measurement object OB is moved (the stripe phase is shifted). In this case, the amount of reflected light received at each pixel (each light receiving position) also changes to a sine wave having the same frequency as the light amount distribution of the striped light. That is, when the fringe phase is shifted, the light amount curve of light received by each pixel has a sine waveform. However, the phase (initial phase) at the start point of the light amount curve of light received from each location in the stripe pattern is different. For example, considering points A, B, C, and D in the stripe pattern as shown in FIG. 9A, when the stripe phase changes, the reflected light from each point A, B, C, and D is reflected. The light amount change of the light amount curve in the light receiving pixel changes to a sine wave shape as shown in FIGS. 10A, 10B, 10C, and 10D, respectively, but the phase at the start point of the light amount curve ( The initial phases are different.

したがって、受光器の微小領域(画素)ごとに、移動前(位相をシフトさせる前)の縞模様における輝度分布の正弦波形の位相値、つまり光量曲線の初期位相が定められる。これは、光量曲線と基準となる正弦波形との位相差が定められると言ってもよい。この位相値を実際に測定対象物OBに形成される縞模様の縞位相と対応させることにより、照射された縞模様のどの縞のラインから反射光を受光したのかを知ることができる。この場合、位相値は0〜2πの間で変化するため同じ位相値の画素や縞位相が複数存在する。よって、各画素の位相値と縞のラインとは1対1に対応しない。1対1で対応させるためには、例えば縞模様の中に1箇所だけ光量が周囲と大きく異なるポイントやラインを作成することにより、あるいは縞模様の光照射とは別にポイントやラインの光照射を行う等の方法により、縞模様中の特定の点やラインに目印となる箇所を設けておく。そして、この目印とされた箇所が検出された場合に、その箇所と受光器の特定の画素とを予め対応付けておくことにより、その対応箇所から順に各画素と縞模様のラインとが1対1に対応する。1対1で対応する箇所の検出方法として上記例の他に、縞模様の輝度分布における正弦波形の振幅を規則性をもって変化させたり、正弦波形の周波数を規則性をもって変化させたりして検出する方法もある。また、個々の画素は、上述したように常に測定対象物OBの同一箇所で反射する光を受光する。これは、個々の画素において、受光する光の受光方向が常に一定であることを示す。よって、個々の画素にて光を受光した場合に、画素ごとに大きさ未定の位置ベクトルが一義的に定まる。これらのことから、各画素において、受光した光の方向(大きさ未定の位置ベクトル;言い換えれば直線)と、照射された縞模様のどの縞のライン(光の出射源と縞のラインにより形成される平面)からの反射光かを決定することによって、平面と直線の交点から測定対象物OB上の3次元座標(x,y,z)を求めることができる。すなわち、受光器の微小領域(画素)ごと、つまり受光位置ごとに位相値を計算し、この位相値を照射した光の縞位相に対応させれば(縞模様における1つのラインに対応させれば)、計算により測定対象物OB上の3次元座標(x,y,z)を求めることができる。   Therefore, the phase value of the sine waveform of the luminance distribution in the striped pattern before movement (before shifting the phase), that is, the initial phase of the light amount curve is determined for each minute region (pixel) of the light receiver. In other words, the phase difference between the light amount curve and the reference sine waveform is determined. By making this phase value correspond to the stripe phase of the stripe pattern actually formed on the measurement object OB, it is possible to know from which stripe line of the irradiated stripe pattern the reflected light is received. In this case, since the phase value changes between 0 and 2π, there are a plurality of pixels and fringe phases having the same phase value. Therefore, the phase value of each pixel and the stripe line do not correspond one to one. In order to make a one-to-one correspondence, for example, by creating a point or line in which the amount of light is significantly different from the surroundings in a striped pattern, or by irradiating a point or line with light separately from the striped pattern. A place to be a mark is provided in a specific point or line in the striped pattern by a method such as performing. Then, when a location designated as the mark is detected, the location and a specific pixel of the light receiver are associated with each other in advance, so that each pixel and a striped line are paired in order from the corresponding location. Corresponding to 1. In addition to the above example, as a method for detecting a corresponding point on a one-to-one basis, detection is performed by changing the amplitude of the sine waveform in the luminance distribution of the striped pattern with regularity or changing the frequency of the sine waveform with regularity. There is also a method. Further, as described above, each pixel always receives light reflected at the same location of the measurement object OB. This indicates that the light receiving direction of the received light is always constant in each pixel. Therefore, when light is received by each pixel, a position vector whose size is undetermined is uniquely determined for each pixel. Therefore, in each pixel, the direction of the received light (position vector of undefined size; in other words, a straight line) and which stripe line of the irradiated stripe pattern (light emission source and stripe line are formed). 3D coordinates (x, y, z) on the measurement object OB can be obtained from the intersection of the plane and the straight line. That is, if the phase value is calculated for each micro area (pixel) of the light receiver, that is, for each light receiving position, and this phase value is made to correspond to the fringe phase of the irradiated light (if it corresponds to one line in the stripe pattern) ), The three-dimensional coordinates (x, y, z) on the measurement object OB can be obtained by calculation.

上述のように位相シフト法による3次元形状測定においては、受光器の微小領域(画素)ごとに位相値を計算する必要がある。この場合、縞位相を初期の位相に0,π/2,π,3/2πを追加して変化させ、それぞれの位相状態である場合における反射光の光量(強度)I0,I1,I2,I3をそれぞれ検出し、以下の計算により位相値φを求める手法がよく行われる。
φ=tan−1((I3−I1)/(I2−I0))
また、反射光の光量を検出する縞位相位置を増やし、反射光の光量データをフーリエ変換(光量データがデジタルデータの場合は離散フーリエ変換)して周波数ごとの度数を求め、測定対象物に形成される縞模様の周波数と一致する周波数における位相を求めることにより、2次反射などの余計な反射光によるノイズを除去した精度のよい位相値を計算することができる。
特開2003−254732号公報
As described above, in the three-dimensional shape measurement by the phase shift method, it is necessary to calculate a phase value for each minute region (pixel) of the light receiver. In this case, the fringe phase is changed by adding 0, π / 2, π, 3 / 2π to the initial phase, and the light amounts (intensities) I0, I1, I2, I3 of the reflected light in the respective phase states. A method is often used in which the phase value φ is detected by the following calculation.
φ = tan −1 ((I3-I1) / (I2-I0))
In addition, the fringe phase position for detecting the amount of reflected light is increased, and the amount of reflected light is subjected to Fourier transform (or discrete Fourier transform if the amount of light data is digital data) to determine the frequency for each frequency and formed on the measurement object. By obtaining the phase at a frequency that matches the frequency of the striped pattern to be obtained, it is possible to calculate an accurate phase value from which noise due to extra reflected light such as secondary reflection is removed.
JP 2003-254732 A

しかしながら、位相シフト法による3次元形状測定は、測定対象物全体に縞模様が形成された光を照射するため、照射光の照射箇所の反射率に応じて照射光の強度を個々に制御することはできない。このため、測定対象物に反射率の大きい箇所と小さい箇所が混在している場合において、反射率の大きい箇所からの反射光を受光した画素は反射光の極大値付近で受光器が出力する受光データが飽和するおそれがあり、このような場合にはその画素位置(受光位置)にて正常な正弦波形状の光量曲線が得られないおそれがある。また、反射率の小さい箇所からの反射光を受光した画素は受光した光の強度が小さすぎるためにその画素位置(受光位置)にて正確な形の光量曲線が得られないおそれがある。このように、従来の位相シフト法による3次元形状測定では、測定対象物の反射率によって光量曲線の波形形状が位相値を求める上で適切な形状とならない場合があり、この場合は位相値の計算精度が悪くなるという問題がある。測定対象物の形状はこの位相値に基づいて求められるために、位相値の計算精度が悪くなると、3次元形状の測定精度も悪くなる。   However, since the three-dimensional shape measurement by the phase shift method irradiates light with a striped pattern formed on the entire measurement object, the intensity of the irradiation light is individually controlled according to the reflectance of the irradiated portion of the irradiation light. I can't. For this reason, when the measurement object has both high reflectance and small reflectance, the pixel that receives the reflected light from the location with the high reflectance receives the light received by the light receiver near the maximum value of the reflected light. Data may be saturated. In such a case, a normal sinusoidal light amount curve may not be obtained at the pixel position (light receiving position). Further, since the intensity of the received light is too small in the pixel that receives the reflected light from the portion having a low reflectance, there is a possibility that an accurate light amount curve cannot be obtained at the pixel position (light receiving position). As described above, in the three-dimensional shape measurement by the conventional phase shift method, the waveform shape of the light amount curve may not be an appropriate shape for obtaining the phase value depending on the reflectance of the measurement object. There is a problem that the calculation accuracy deteriorates. Since the shape of the measurement object is obtained based on the phase value, the measurement accuracy of the three-dimensional shape is also deteriorated when the calculation accuracy of the phase value is deteriorated.

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、測定対象物に縞模様を形成し、その縞模様を移動させて縞位相を変化させ、測定対象物の表面にて反射した反射光を受光することで測定対象物の3次元形状を測定する場合、つまり位相シフト法により測定対象物の3次元形状を測定する場合において、測定対象物の反射率が場所によって異なっても精度よく形状測定を行うことが可能な3次元形状測定装置または3次元形状測定方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to form a stripe pattern on the measurement object, move the stripe pattern to change the stripe phase, and reflect on the surface of the measurement object. When measuring the three-dimensional shape of the measurement object by receiving the reflected light, that is, when measuring the three-dimensional shape of the measurement object by the phase shift method, the accuracy of the measurement object varies depending on the location. An object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring apparatus or a three-dimensional shape measuring method capable of well measuring the shape.

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、測定対象物に明部と暗部が周期的に繰り返される縞模様を形成するように、測定対象物に照射光を照射する光照射手段と、測定対象物に形成される前記縞模様のそれぞれの箇所における位相である縞位相が複数の異なる位相となるように前記縞位相を変更する縞走査手段と、前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に測定対象物に照射された照射光の反射光を受光するとともに、受光した反射光の光量に応じた受光信号を出力する受光器と、前記受光器が出力する受光信号に基づいて前記受光器にて受光する光の光量変化を表す光量曲線の位相値を前記受光器における反射光の受光位置ごとに算出し、算出した位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成するデータ処理手段と、を備える3次元形状測定装置において、前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に、照射光が所定の複数の異なる強度で測定対象物に照射されるように、照射光の強度を制御する強度制御手段を備え、前記データ処理手段は、前記受光器における前記反射光の前記受光位置ごとに、前記受光器が出力する受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度に関する評価データを、前記受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物に照射している各々の場合について算出する評価データ算出手段と、前記評価データ算出手段が前記所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物に照射している各々の場合について算出した評価データの中から、その評価データの算出に用いた受光信号から得られる位相値を用いて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度が良好になる評価データを抽出する評価データ抽出手段と、前記評価データ抽出手段が抽出した評価データの算出に用いた受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成する形状データ作成手段と、を備えるものとしたことにある。   In order to achieve the above object, the present invention is characterized by light irradiation means for irradiating a measurement object with irradiation light so as to form a striped pattern in which a bright part and a dark part are periodically repeated on the measurement object, and measurement Stripe scanning means for changing the fringe phase so that the fringe phase, which is the phase at each location of the striped pattern formed on the object, becomes a plurality of different phases, and each of the plurality of different phases of the fringe phase A light receiving device that receives the reflected light of the irradiation light applied to the measurement object and outputs a light receiving signal corresponding to the amount of the received reflected light, and a light receiving signal output by the light receiving device. A phase value of a light amount curve representing a change in the amount of light received by the light receiver is calculated for each light receiving position of reflected light in the light receiver, and three-dimensional shape data of the measurement object is created based on the calculated phase value. Data processing hand And when the fringe phase is each of the plurality of different phases, the irradiation light is irradiated so as to irradiate the measurement object with a predetermined plurality of different intensities. Intensity control means for controlling the intensity, and the data processing means, for each light receiving position of the reflected light in the light receiver, based on a phase value obtained from a light reception signal output from the light receiver In each case where the measurement object is irradiated with the evaluation light regarding the measurement accuracy of the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data is created based on the received light signal with the predetermined plurality of different intensities The evaluation data calculation means for calculating the measurement data and the evaluation data calculation means for each of the cases where the measurement object is irradiated with the irradiation light at the predetermined plurality of different intensities. Evaluation in which the measurement accuracy of the three-dimensional shape data is improved when the three-dimensional shape data of the measurement object is created from the evaluation data using the phase value obtained from the received light signal used to calculate the evaluation data. Evaluation data extraction means for extracting data, and shape data creation means for creating three-dimensional shape data of the measurement object based on the phase value obtained from the received light signal used for calculation of the evaluation data extracted by the evaluation data extraction means It is to be provided with.

上記発明に係る3次元形状測定装置によれば、測定対象物に照射される照射光の強度は、測定対象物に形成される縞模様の縞位相が複数の異なる位相である場合のそれぞれにつき所定の複数の異なる強度に変更される。また、照射光の反射光は上記所定の複数の異なる強度にて照射光が測定対象物に照射されるごとに受光器に受光され、受光器は受光した反射光の光量に応じた受光信号を出力する。この受光信号に基づき、当該受光信号から得られる位相値を基に測定対象物の3次元形状を測定した場合における測定精度に関する評価データが上記所定の複数の異なる強度にて照射光が照射される各々の場合について算出される。算出された評価データの中から、測定対象物の3次元形状データの測定精度が良好になる評価データが抽出される。こうして抽出された評価データの算出に用いた受光信号から得られる位相値に基づいて、測定対象物の3次元形状データが作成される。   According to the three-dimensional shape measuring apparatus according to the invention, the intensity of the irradiation light irradiated on the measurement object is predetermined for each of the cases where the stripe phases of the stripe pattern formed on the measurement object are a plurality of different phases. Of different strengths. In addition, the reflected light of the irradiated light is received by the light receiver every time the irradiated light is irradiated to the measurement object at the predetermined plurality of different intensities, and the light receiver receives a light reception signal corresponding to the amount of the received reflected light. Output. Based on the received light signal, the evaluation data on the measurement accuracy when the three-dimensional shape of the measurement object is measured based on the phase value obtained from the received light signal is irradiated with the irradiation light at the predetermined plural different intensities. Calculated for each case. Evaluation data that improves the measurement accuracy of the three-dimensional shape data of the measurement object is extracted from the calculated evaluation data. Based on the phase value obtained from the received light signal used to calculate the evaluation data extracted in this way, three-dimensional shape data of the measurement object is created.

このように、本発明の3次元形状測定装置は、複数の強度の光を測定対象物に照射してそれぞれの強度の光ごとに測定対象物上に縞模様を形成する。このため測定対象物の同一箇所には強度の異なる複数の照射光が照射され、各々の強度の照射光が照射された場合についての反射光が受光器によって受光されるとともに、受光器から出力される受光信号から、複数の強度の照射光が照射された各々の場合について、測定対象物の3次元形状データの測定精度に関する評価データが求められる。よって、上記複数の強度の照射光が照射された各々の場合について算出された評価データを評価し、この中から測定対象物の3次元形状データの測定精度が良好になる評価データを抽出することによって、各々の強度の照射光が照射された場合について受光された反射光の受光信号(あるいはそれぞれの受光信号から得られる位相値)の中から、その照射光の照射位置における反射率に最も見合った強度の照射光が照射された場合に受光された反射光の受光信号(あるいはその受光信号から得られる位相値)を選択することができる。したがって、選択した受光信号から算出される位相値(あるいは選択した位相値)を用いて測定対象物の3次元形状を測定することにより、測定対象物の反射率の変化による3次元形状データの測定精度の悪化を防止あるいは抑制することができる。   Thus, the three-dimensional shape measuring apparatus of the present invention irradiates the measurement object with a plurality of intensities and forms a striped pattern on the measurement object for each light of each intensity. For this reason, the same location of the measurement object is irradiated with a plurality of irradiation lights having different intensities, and the reflected light when the irradiation lights of each intensity are irradiated is received by the light receiver and output from the light receiver. From each received light signal, evaluation data relating to the measurement accuracy of the three-dimensional shape data of the measurement object is obtained for each case where irradiation light with a plurality of intensities is irradiated. Therefore, evaluating the evaluation data calculated for each of the cases where the irradiation light of the plurality of intensities is irradiated, and extracting evaluation data from which the measurement accuracy of the three-dimensional shape data of the measurement object becomes good Therefore, it is most suitable for the reflectance at the irradiation position of the irradiated light from among the received light signals of the reflected light (or the phase value obtained from each received light signal) when the irradiation light of each intensity is irradiated. It is possible to select a light reception signal (or a phase value obtained from the light reception signal) of the reflected light received when the irradiation light having a high intensity is irradiated. Therefore, by measuring the three-dimensional shape of the measurement object using the phase value (or the selected phase value) calculated from the selected received light signal, the measurement of the three-dimensional shape data due to the change in the reflectance of the measurement object. The deterioration of accuracy can be prevented or suppressed.

上記光照射手段は、例えば明部と暗部が周期的に繰り返されている光を測定対象物に照射することにより、測定対象物に明部と暗部が周期的に繰り返される縞模様を形成するものであるとよい。上記光は、例えばレーザー光源から出射して平行光とされたレーザー光を縞模様が描かれた液晶フィルタなどに入射して、その透過光を測定対象物上に投影することにより生成することができる。あるいは、上記光は、レーザー光源から出射して平行光とされたレーザー光を2つのレーザー光に分け、位相をずらした状態で2つのレーザー光を干渉させることにより生成することもできる。   For example, the light irradiation means irradiates the measurement object with light in which the bright part and the dark part are periodically repeated, thereby forming a striped pattern in which the bright part and the dark part are periodically repeated on the measurement object. It is good to be. The light can be generated by, for example, entering laser light emitted from a laser light source into parallel light into a liquid crystal filter with a stripe pattern and projecting the transmitted light onto a measurement object. it can. Alternatively, the light can also be generated by dividing laser light emitted from a laser light source into parallel light into two laser lights and causing the two laser lights to interfere with each other in a phase-shifted state.

上記縞模様のそれぞれの箇所における位相(縞位相)とは、測定対象物に形成された縞模様の縞のライン方向(縞模様において輝度が連続的に一定となっている方向)に直角な方向に沿って光量を検出した場合における光量を示す曲線のそれぞれの箇所における位相のことである。この曲線は一般に正弦曲線である。また、上記縞走査手段は、上記縞模様のそれぞれの箇所における位相(縞位相)が1周期のうちで異なった複数の位相を採るように変更するものであるとよい。例えば縞走査手段は、縞模様の1周期を2πとして表現した場合、初期の位相に0,π/4,π/2,3π/4,π,5π/4,3/2π、7π/4,2πを追加した位相状態の縞模様に変更可能であるものがよい。位相の変更方法については例えば液晶フィルタにより縞模様を形成する場合には、液晶フィルタに描かれた縞模様の縞位相を変更することにより、それを投影する測定対象物上の縞模様の縞位相を変更する方法が採用され得る。   The phase (stripe phase) at each location of the striped pattern is a direction perpendicular to the line direction of the striped pattern formed on the measurement object (the direction in which the brightness is continuously constant in the striped pattern). It is a phase in each part of the curve which shows the light quantity when the light quantity is detected along. This curve is generally a sinusoid. Further, the fringe scanning means may be changed so that the phase (stripe phase) at each portion of the striped pattern takes a plurality of different phases in one cycle. For example, when the fringe scanning means expresses one period of the fringe pattern as 2π, the initial phase is 0, π / 4, π / 2, 3π / 4, π, 5π / 4, 3 / 2π, 7π / 4, What can be changed into the striped pattern of the phase state which added 2 (pi) is good. Regarding the method of changing the phase, for example, when a striped pattern is formed by a liquid crystal filter, the striped phase of the striped pattern on the object to be measured is changed by changing the striped phase of the striped pattern drawn on the liquid crystal filter. A method of changing the above can be adopted.

上記受光器は、測定対象物に照射された照射光の反射光を受光して、その受光した反射光の光量に応じた受光信号を出力する。受光器は、複数の画素(受光素子)が所定の領域に配設されたエリアセンサであり、それぞれの画素が、受光した反射光の光量に応じた受光信号を出力するものであるとよい。また、受光器が出力する受光信号は、位相値や評価データを求める場合に使用する際に増幅したり離散化したりしたものであってもよい。   The light receiver receives the reflected light of the irradiation light applied to the measurement object, and outputs a light reception signal corresponding to the amount of the received reflected light. The light receiver is an area sensor in which a plurality of pixels (light receiving elements) are arranged in a predetermined region, and each pixel may output a light reception signal corresponding to the amount of reflected light received. Further, the light reception signal output from the light receiver may be amplified or discretized when used when obtaining a phase value or evaluation data.

上記強度制御手段は、測定対象物に形成される縞模様の縞位相が縞走査手段によって複数の異なる位相とされる場合の各々について、所定の複数の強度の照射光が照射できるように照射光の強度を制御するものである。例えば、縞位相が初期の位相に0,π/4,π/2,3π/4,π,5π/4,3π/2,7π/4,2πを追加した位相へと変化する場合に、それぞれの場合について、例えば強度が大、中、小である照射光が測定対象物に照射される。上記所定の複数の異なる強度の数は任意であるが、異なる強度のそれぞれの値は、異なる縞位相間で共通であるとよい。例えば、照射光の強度レベルをレベル0,1,2(レベル0<レベル1<レベル2)で表した場合、縞位相が異なる各々の位相である場合についてレベル0,1,2の3種類の強度の光が測定対象物に照射されるように、照射光の強度が強度制御手段により制御されるのがよい。   The intensity control means emits irradiation light so that irradiation light with a predetermined plurality of intensities can be emitted for each of the cases where the fringe phase of the stripe pattern formed on the measurement object is changed to a plurality of different phases by the fringe scanning means. It controls the intensity of the. For example, when the fringe phase changes to the initial phase added with 0, π / 4, π / 2, 3π / 4, π, 5π / 4, 3π / 2, 7π / 4, 2π, In the case of (2), for example, the measurement object is irradiated with irradiation light having a large intensity, a medium intensity, and a small intensity. Although the predetermined number of different intensities is arbitrary, each value of the different intensities may be common between different fringe phases. For example, when the intensity levels of irradiation light are represented by levels 0, 1, 2 (level 0 <level 1 <level 2), three types of levels 0, 1, and 2 are obtained for each of the different fringe phases. It is preferable that the intensity of the irradiation light is controlled by the intensity control means so that the measurement object is irradiated with the intensity light.

また、照射光の強度の制御方法としては、例えば光照射手段にレーザー光源を用いる場合に、このレーザー光源に供給する電流および電圧を変化させることにより照射光の強度を制御する方法が採用され得る。   As a method for controlling the intensity of irradiation light, for example, when a laser light source is used as the light irradiation means, a method of controlling the intensity of irradiation light by changing the current and voltage supplied to the laser light source can be adopted. .

上記評価データ算出手段は、上記所定の複数の異なる強度で測定対象物に照射光が照射されている各々の場合ごとに評価データを算出する。例えば上記例のように照射光の強度をレベル0,1,2の3種類に変更する場合には、強度がレベル0である場合における評価データ、レベル1である場合における評価データ、レベル2である場合における評価データをそれぞれ算出する。   The evaluation data calculation means calculates evaluation data for each case where the measurement object is irradiated with irradiation light at the predetermined plurality of different intensities. For example, when the intensity of irradiation light is changed to three levels 0, 1, and 2 as in the above example, evaluation data when the intensity is level 0, evaluation data when the intensity is level 1, and level 2 Evaluation data is calculated for each case.

上記評価データ抽出手段は、例えば上記例のように照射光の強度がレベル0である場合における評価データ、レベル1である場合における評価データ、レベル2である場合における評価データが算出された場合には、これらの中から3次元形状データの測定精度が良好になる受光信号に基づいて算出された評価データを抽出するものである。このような抽出は各強度の照射光ごとに算出された評価データを所定の値と比較したり、あるいは相対的に比較したりして、各評価データを評価することにより行う。また、上記形状データ作成手段は評価データ抽出手段が抽出した評価データの算出の基となる受光信号から求められる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成する。この場合、形状データ作成手段は、上記のようにして求められる位相値が対応する縞模様における縞のラインを検出し、検出した縞のラインと上記位相値を算出した受光器における受光位置とを用いて測定対象物の3次元座標値を計算するものであるとよい。   For example, the evaluation data extracting unit calculates the evaluation data when the intensity of the irradiation light is level 0, the evaluation data when it is level 1, and the evaluation data when it is level 2 as in the above example. Is used to extract evaluation data calculated based on the received light signal that improves the measurement accuracy of the three-dimensional shape data. Such extraction is performed by evaluating each evaluation data by comparing the evaluation data calculated for each irradiation light of each intensity with a predetermined value or relatively comparing them. The shape data creation means creates three-dimensional shape data of the measurement object based on the phase value obtained from the received light signal that is the basis of calculation of the evaluation data extracted by the evaluation data extraction means. In this case, the shape data creation means detects the fringe line in the striped pattern corresponding to the phase value obtained as described above, and determines the detected fringe line and the light receiving position in the light receiver that calculated the phase value. It may be used to calculate the three-dimensional coordinate value of the measurement object.

上記位相値は、受光器が出力する受光信号に基づいて求められる。この位相値は、具体的には、受光器のそれぞれの受光位置(各画素)において、測定対象物に形成される縞模様の縞位相が複数の異なる位相に変更されるごとに受光器が受光した反射光の光量変化を表す光量曲線の初期位相であって、これは光量曲線と基準となる曲線の位相差ともいえる。光量曲線は一般に正弦波とされる。   The phase value is obtained based on a light reception signal output from the light receiver. Specifically, this phase value is received by the photoreceiver every time the fringe pattern of the striped pattern formed on the measurement object is changed to a plurality of different phases at each light receiving position (each pixel) of the photoreceiver. This is the initial phase of the light amount curve representing the change in the amount of reflected light, which can be said to be the phase difference between the light amount curve and the reference curve. The light amount curve is generally a sine wave.

また、上記発明において、前記データ処理手段は、前記受光器における前記反射光の前記受光位置ごとに、前記受光器が出力する受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物に照射している各々の場合について位相値を算出する位相値算出手段と、前記評価データ抽出手段が抽出した評価データの算出に用いた受光信号に基づいて前記位相値算出手段が算出した位相値を選択する位相値選択手段とを備え、前記形状データ作成手段は、前記位相値選択手段が選択した位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成するものであるとよい。これによれば、所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物に照射している各々の場合について、評価データとともに位相値が算出される。そして、評価データ抽出手段によって抽出された評価データを算出する基となる受光信号に基づいて算出された位相値を用いて測定対象物の3次元形状データが作成される。   In the above invention, the data processing means measures the irradiation light at the predetermined plurality of different intensities based on the light reception signal output from the light receiver for each light reception position of the reflected light in the light receiver. A phase value calculating means for calculating a phase value for each case of irradiating an object, and a phase calculated by the phase value calculating means based on a received light signal used for calculating evaluation data extracted by the evaluation data extracting means Phase value selecting means for selecting a value, and the shape data creating means preferably creates three-dimensional shape data of the measurement object based on the phase value selected by the phase value selecting means. According to this, the phase value is calculated together with the evaluation data for each case where the measurement object is irradiated with the irradiation light at a predetermined plurality of different intensities. Then, the three-dimensional shape data of the measurement object is created using the phase value calculated based on the received light signal that is the basis for calculating the evaluation data extracted by the evaluation data extracting means.

また、上記発明において、前記データ処理手段は、前記評価データ抽出手段が抽出した評価データの算出に用いた受光信号を選択する受光信号選択手段と、前記受光信号選択手段が選択した受光信号に基づいて位相値を算出する選択位相値算出手段と、を備え、前記形状データ作成手段は、前記選択位相値算出手段が算出した位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成するものであってもよい。これによれば、全ての評価データに対応する位相値は算出されず、抽出された評価データに対応する位相値のみが算出される。そして、算出した位相値を用いて測定対象物の3次元形状データが作成される。   In the above invention, the data processing means is based on a received light signal selecting means for selecting a received light signal used for calculation of evaluation data extracted by the evaluation data extracting means, and a received light signal selected by the received light signal selecting means. Selected phase value calculating means for calculating the phase value, and the shape data creating means creates the three-dimensional shape data of the measurement object based on the phase value calculated by the selected phase value calculating means. There may be. According to this, the phase value corresponding to all the evaluation data is not calculated, and only the phase value corresponding to the extracted evaluation data is calculated. Then, the three-dimensional shape data of the measurement object is created using the calculated phase value.

また、本発明の他の特徴は、測定対象物に明部と暗部が周期的に繰り返される縞模様を形成するように、測定対象物に照射光を照射する光照射手段と、測定対象物に形成される前記縞模様のそれぞれの箇所における位相である縞位相が複数の異なる位相となるように前記縞位相を変更する縞走査手段と、前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に測定対象物に照射された照射光の反射光を受光するとともに、受光した反射光の光量に応じた受光信号を出力する受光器と、前記受光器が出力する受光信号に基づいて前記受光器にて受光する光の光量変化を表す光量曲線の位相値を前記受光器における反射光の受光位置ごとに算出し、算出した位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成するデータ処理手段と、を備える3次元形状測定装置において、前記受光器は、前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に所定の複数の異なる受光時間にて反射光を受光し、受光した反射光の光量に応じた受光信号を前記所定の複数の異なる受光時間にて反射光を受光する各々の場合ごとに出力し、前記データ処理手段は、前記受光器における前記反射光の前記受光位置ごとに、前記受光器が出力する受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度に関する評価データを、前記受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる受光時間にて前記受光器が反射光を受光する各々の場合ごとに算出する評価データ算出手段と、
前記評価データ算出手段が前記所定の複数の異なる受光時間にて前記受光器が反射光を受光する各々の場合ごとに算出した評価データの中から、その評価データの算出に用いた受光信号から得られる位相値を用いて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度が良好になる評価データを抽出する評価データ抽出手段と、前記評価データ抽出手段が抽出した評価データを算出する受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成する形状データ作成手段と、を備えるものとしたことにある。
In addition, another feature of the present invention is that a light irradiation means for irradiating the measurement object with irradiation light so as to form a stripe pattern in which the bright part and the dark part are periodically repeated on the measurement object, and the measurement object When the fringe scanning means changes the fringe phase so that the fringe phase, which is the phase at each location of the stripe pattern to be formed, becomes a plurality of different phases, and the fringe phase is each of the different phases A light receiver that receives reflected light of the irradiation light irradiated on the measurement object and outputs a light reception signal corresponding to the amount of the received reflected light, and the light receiver based on the light reception signal output by the light receiver Data processing for calculating a phase value of a light amount curve representing a light amount change of light received by the light receiving position for each reflected light in the light receiver, and generating three-dimensional shape data of the measurement object based on the calculated phase value Means In the three-dimensional shape measuring apparatus, the light receiver receives reflected light at a plurality of different light receiving times when the fringe phase is the plurality of different phases, and according to the amount of the received reflected light. A light reception signal is output for each case of receiving reflected light at the predetermined plurality of different light receiving times, and the data processing means is configured to output the light receiver for each light receiving position of the reflected light in the light receiver. Evaluation data relating to the measurement accuracy of the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data of the measurement object is created based on the phase value obtained from the received light reception signal is calculated based on the predetermined plurality of different values based on the light reception signal. Evaluation data calculating means for calculating each case where the light receiver receives reflected light at a light receiving time;
The evaluation data calculating means obtains from the received light signal used for calculating the evaluation data from the evaluation data calculated for each case where the light receiver receives the reflected light at the predetermined different light receiving times. When the 3D shape data of the measurement object is created using the phase value obtained, the evaluation data extracting means for extracting the evaluation data that improves the measurement accuracy of the 3D shape data, and the evaluation data extracting means It is provided with shape data creating means for creating three-dimensional shape data of an object to be measured based on a phase value obtained from a received light signal for calculating evaluation data.

上記発明に係る3次元形状測定装置によれば、受光器は、測定対象物に照射された照射光の反射光を受光する際に、測定対象物に形成される縞模様の縞位相が複数の異なる位相である場合の各々につき、所定の複数の異なる受光時間にて反射光を受光し、受光した反射光の光量に応じた受光信号を上記所定の複数の異なる受光時間にて反射光を受光する各々の場合について出力する。この受光信号に基づき、当該受光信号から得られる位相値を基に測定対象物の3次元形状を測定した場合における測定精度に関する評価データが上記所定の複数の異なる受光時間にて受光器が反射光を受光したそれぞれの場合について算出される。算出された評価データの中から、測定対象物の3次元形状データの測定精度が良好になる評価データが抽出される。こうして抽出された評価データの算出に用いた受光信号から得られる位相値に基づいて、測定対象物の3次元形状データが作成される。   According to the three-dimensional shape measuring apparatus according to the invention, when the light receiver receives the reflected light of the irradiation light irradiated on the measurement object, the stripe phase of the stripe pattern formed on the measurement object has a plurality of stripe phases. For each of the different phases, the reflected light is received at a plurality of predetermined different light receiving times, and the received light signal according to the amount of the received reflected light is received at the predetermined different light receiving times. Output for each case. Based on this received light signal, the evaluation data regarding the measurement accuracy when the three-dimensional shape of the measurement object is measured based on the phase value obtained from the received light signal is reflected by the light receiver at the predetermined different light receiving times. Is calculated for each case of receiving light. Evaluation data that improves the measurement accuracy of the three-dimensional shape data of the measurement object is extracted from the calculated evaluation data. Based on the phase value obtained from the received light signal used to calculate the evaluation data extracted in this way, three-dimensional shape data of the measurement object is created.

このように、本発明の3次元形状測定装置は、測定対象物に形成される縞模様の縞位相が各々の位相である場合につき、受光器は複数の異なる受光時間にて反射光を受光する。受光時間は受光器が反射光を受光するときの受光感度を表す。このため受光器は、測定対象物の同一箇所において複数の異なった受光感度で反射光を受光することになる。そして、それぞれの受光感度にて受光した反射光の受光信号から測定対象物の3次元形状データの測定精度に関する評価データが求められる。よって、上記複数の異なる受光時間にて反射光を受光した各々の場合について算出された評価データを評価し、この中から測定対象物の3次元形状データの測定精度が良好になる評価データを抽出することによって、上記複数の受光時間にて反射光を受光した各々の場合について受光された反射光の受光信号(あるいはそれぞれの受光信号から得られる位相値)の中から、その照射光の照射位置における反射率に最も見合った受光感度で反射光を受光しているときの受光信号(あるいはその受光信号から得られる位相値)を選択することができる。したがって、選択した受光信号から算出される位相値(あるいは選択した位相値)を用いて測定対象物の3次元形状データを作成することにより、測定対象物の反射率の変化による3次元形状データの測定精度の悪化を防止あるいは抑制することができる。   As described above, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention, when the fringe phase of the stripe pattern formed on the measurement object is each phase, the light receiver receives the reflected light at a plurality of different light receiving times. . The light receiving time represents the light receiving sensitivity when the light receiver receives the reflected light. Therefore, the light receiver receives the reflected light with a plurality of different light receiving sensitivities at the same location of the measurement object. Then, evaluation data relating to the measurement accuracy of the three-dimensional shape data of the measurement object is obtained from the light reception signal of the reflected light received at each light reception sensitivity. Therefore, the evaluation data calculated for each of the cases where the reflected light is received at the plurality of different light receiving times are evaluated, and the evaluation data that improves the measurement accuracy of the three-dimensional shape data of the measurement object is extracted from the evaluation data. Thus, the irradiation position of the irradiated light from the received light signals of the reflected light (or the phase value obtained from each received light signal) for each case where the reflected light is received during the plurality of light receiving times. It is possible to select a light reception signal (or a phase value obtained from the light reception signal) when the reflected light is received with the light reception sensitivity most suitable for the reflectivity at. Therefore, by creating the three-dimensional shape data of the measurement object using the phase value (or the selected phase value) calculated from the selected light reception signal, the three-dimensional shape data based on the change in the reflectance of the measurement object is obtained. Deterioration of measurement accuracy can be prevented or suppressed.

上記受光時間とは、受光器が反射光を受光している時間のことである。受光器は、上記受光時間中に受光する反射光の光エネルギーに相当する物理量を蓄積し、蓄積した物理量に相当する強度の信号を出力するものであるとよい。このような受光器として、CCDやCMOSなどの受光素子を用いた受光器を採用することができる。この場合には、上記受光時間は、これらの素子が反射光を受光する時間、より具体的にはこれらの素子に電荷が蓄積される時間(電荷蓄積時間)となる。上記受光時間は、CPU,ROM,RAMなどのマイクロコンピュータからなる制御装置が受光器に指令を出力することにより設定することができる。また、受光器は、測定対象物に形成される縞模様の縞位相が縞走査手段によって複数の異なる位相とされる場合の各々について、所定の複数の受光時間にて反射光を受光する。例えば、縞位相が初期の位相に0,π/4,π/2,3π/4,π,5π/4,3π/2,7π/4,2πを追加した位相へと変化する場合に、それぞれの場合について、例えば受光時間が長、中、短である3通りの受光時間にてそれぞれ反射光を受光する。上記所定の複数の異なる受光時間の数は任意であるが、異なる受光時間のそれぞれの時間の長さは、異なる縞位相間で共通であるとよい。例えば、受光時間をA,B,C(A<B<C)で表した場合、縞位相が異なる各々の位相である場合についてA,B,Cの3通りの受光時間で受光器が反射光を受光するようにするとよい。   The light receiving time is a time during which the light receiver receives reflected light. The light receiver preferably stores a physical quantity corresponding to the light energy of the reflected light received during the light receiving time and outputs a signal having an intensity corresponding to the stored physical quantity. As such a light receiver, a light receiver using a light receiving element such as a CCD or a CMOS can be employed. In this case, the light reception time is a time during which these elements receive reflected light, more specifically, a time during which charges are accumulated in these elements (charge accumulation time). The light receiving time can be set when a control device including a microcomputer such as a CPU, ROM, RAM outputs a command to the light receiver. In addition, the light receiver receives the reflected light in a predetermined plurality of light receiving times for each of the cases where the fringe pattern formed on the measurement object has a plurality of different phases by the fringe scanning unit. For example, when the fringe phase changes to the initial phase added with 0, π / 4, π / 2, 3π / 4, π, 5π / 4, 3π / 2, 7π / 4, 2π, In this case, for example, the reflected light is received in three light receiving times each having a long, medium, and short light receiving time. The number of the predetermined different light receiving times is arbitrary, but the length of each of the different light receiving times may be common between different fringe phases. For example, when the light reception time is represented by A, B, and C (A <B <C), the light receiver reflects the reflected light in three light reception times of A, B, and C when the fringe phases are different from each other. It is recommended to receive light.

上記評価データ算出手段は、受光器が上記所定の複数の異なる受光時間にて反射光を受光している各々の場合ごとに評価データを算出する。例えば上記例のように受光器がA,B,Cの3種類の受光時間にて反射光を受光する場合には、受光時間Aにて反射光を受光した場合の受光信号から得られる評価データ、受光時間Bにて反射光を受光した場合の受光信号から得られる評価データ、受光時間Cにて反射光を受光した場合の受光信号から得られる評価データ、をそれぞれ算出する。   The evaluation data calculation means calculates evaluation data for each case where the light receiver receives reflected light at the predetermined plurality of different light receiving times. For example, when the light receiver receives reflected light at three types of light receiving times A, B, and C as in the above example, the evaluation data obtained from the light receiving signal when the reflected light is received at the light receiving time A Then, evaluation data obtained from the light reception signal when the reflected light is received at the light reception time B and evaluation data obtained from the light reception signal when the reflected light is received at the light reception time C are calculated.

上記評価データ抽出手段は、例えば上記例のように受光時間Aにて反射光を受光した場合の受光信号から得られる評価データ、受光時間Bにて反射光を受光した場合の受光信号から得られる評価データ、受光時間Cにて反射光を受光した場合の受光信号から得られる評価データが算出された場合には、これらの中から3次元形状データの測定精度が良好になる受光信号に基づいて算出された評価データを抽出するものである。このような抽出は各受光時間ごとに算出された評価データを所定の値と比較したり、あるいは相対的に比較したりして、各評価データを評価することにより行う。また、上記形状データ作成手段は評価データ抽出手段が抽出した評価データの算出の基となる受光信号から求められる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成する。この場合、形状データ作成手段は、上記のようにして求められる位相値が対応する縞模様における縞のラインを検出し、検出した縞のラインと上記位相値を算出した受光器における受光位置とを用いて測定対象物の3次元座標値を計算するものであるとよい。   The evaluation data extraction means is obtained from, for example, evaluation data obtained from the light reception signal when the reflected light is received at the light reception time A as in the above example, and from the light reception signal when the reflected light is received at the light reception time B. When the evaluation data obtained from the received light signal when the reflected light is received at the received light time C is calculated, based on the received light signal from which the measurement accuracy of the three-dimensional shape data becomes good. The calculated evaluation data is extracted. Such extraction is performed by evaluating each evaluation data by comparing the evaluation data calculated for each light receiving time with a predetermined value or relatively comparing them. The shape data creation means creates three-dimensional shape data of the measurement object based on the phase value obtained from the received light signal that is the basis of calculation of the evaluation data extracted by the evaluation data extraction means. In this case, the shape data creation means detects the fringe line in the striped pattern corresponding to the phase value obtained as described above, and determines the detected fringe line and the light receiving position in the light receiver that calculated the phase value. It may be used to calculate the three-dimensional coordinate value of the measurement object.

また、上記発明において、前記データ処理手段は、前記受光器における前記反射光の前記受光位置ごとに、前記受光器が出力する受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる受光時間にて前記受光器が反射光を受光する各々の場合について位相値を算出する位相値算出手段と、前記評価データ抽出手段が抽出した評価データの算出に用いた受光信号に基づいて前記位相値算出手段が算出した位相値を選択する位相値選択手段を備え、前記形状データ作成手段は、前記位相値選択手段が選択した位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成するものであるとよい。これによれば、所定の複数の異なる受光時間にて反射光を受光する各々の場合について、評価データとともに位相値が算出される。そして、評価データ抽出手段によって抽出された評価データが算出された受光信号に基づいて算出された位相値を用いて測定対象物の3次元形状データが作成される。   In the above invention, the data processing means is configured to receive the light receiver at the predetermined plurality of different light reception times based on a light reception signal output from the light receiver for each light reception position of the reflected light in the light receiver. Phase value calculating means for calculating a phase value for each case of receiving reflected light, and a phase calculated by the phase value calculating means based on a received light signal used for calculating evaluation data extracted by the evaluation data extracting means Phase value selecting means for selecting a value is provided, and the shape data creating means creates three-dimensional shape data of the measurement object based on the phase value selected by the phase value selecting means. According to this, the phase value is calculated together with the evaluation data for each case of receiving the reflected light at a predetermined plurality of different light receiving times. Then, the three-dimensional shape data of the measurement object is created using the phase value calculated based on the received light signal from which the evaluation data extracted by the evaluation data extracting means is calculated.

また、上記発明において、前記データ処理手段は、前記評価データ抽出手段が抽出した評価データの算出に用いた受光信号を選択する受光信号選択手段と、前記受光信号選択手段が選択した受光信号に基づいて位相値を算出する選択位相値算出手段と、を備え、前記形状データ作成手段は、前記選択位相値算出手段が算出した位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成するものであるとよい。これによれば、全ての評価データに対応する位相値は算出されず、抽出された評価データに対応する位相値のみが算出される。そして、算出した位相値を用いて測定対象物の3次元形状データが算出される。   In the above invention, the data processing means is based on a received light signal selecting means for selecting a received light signal used for calculation of evaluation data extracted by the evaluation data extracting means, and a received light signal selected by the received light signal selecting means. Selected phase value calculating means for calculating the phase value, and the shape data creating means creates the three-dimensional shape data of the measurement object based on the phase value calculated by the selected phase value calculating means. There should be. According to this, the phase value corresponding to all the evaluation data is not calculated, and only the phase value corresponding to the extracted evaluation data is calculated. Then, the three-dimensional shape data of the measurement object is calculated using the calculated phase value.

本発明における評価データは、その評価データに対応する受光信号、つまりその評価データが算出される基となった受光信号から得られる位相値を用いて測定対象物の3次元形状データを作成した場合に、その3次元形状データの測定精度に関連するデータである。よって、この評価データの良否により3次元形状データの測定精度の良否も決まる。ここで、3次元形状データは位相値を用いて求められるため、3次元形状データの測定精度は位相値の精度の良否に依存する。したがって、この評価データは位相値の精度の良否を判断するものともいえる。評価データは、測定対象物に形成される縞模様の縞位相が複数の異なる位相である場合の各々について受光された受光信号に基づいて算出されるものであるとよい。また、位相値は受光器にて受光する光の光量曲線の位相値であるから、評価値もこの光量曲線から求められて、光量曲線の形状に関連するものであるのがよい。この場合、上記評価データは、光量曲線の極大値に相当するデータ、および/または、光量曲線とこの光量曲線の周波数に等しい正弦曲線とのずれ量に相当するデータを含むものであるのがよい。評価データをこのような極大値やずれ量とすることにより、より正確に測定精度を評価することができる。また、上記ずれ量に相当するデータは、前記光量曲線をフーリエ変換することにより得られる度数分布における全体の度数に対する前記縞模様の周波数を示す度数の比であるとよい。これによれば、より正確にずれ量を求めることができる。さらに上記光量曲線がデジタルデータとして得られる場合は、得られるデジタルデータを離散フーリエ変換することにより得られる度数分布における全体の度数に対する前記縞模様の周波数あるいは周波数範囲を示す度数の比をずれ量とするとよい。   The evaluation data in the present invention is the case where the three-dimensional shape data of the measurement object is created using the received light signal corresponding to the evaluation data, that is, the phase value obtained from the received light signal from which the evaluation data is calculated. In addition, it is data related to the measurement accuracy of the three-dimensional shape data. Therefore, the quality of the measurement accuracy of the three-dimensional shape data is determined by the quality of the evaluation data. Here, since the three-dimensional shape data is obtained using the phase value, the measurement accuracy of the three-dimensional shape data depends on the accuracy of the phase value. Therefore, it can be said that this evaluation data determines whether the accuracy of the phase value is good or bad. The evaluation data may be calculated based on the received light signal received for each of the stripe patterns formed on the measurement object having a plurality of different phases. Further, since the phase value is the phase value of the light amount curve of the light received by the light receiver, the evaluation value may be obtained from this light amount curve and related to the shape of the light amount curve. In this case, the evaluation data may include data corresponding to the maximum value of the light amount curve and / or data corresponding to a deviation amount between the light amount curve and a sine curve equal to the frequency of the light amount curve. Measurement accuracy can be evaluated more accurately by setting the evaluation data to such local maximum values and deviation amounts. Further, the data corresponding to the deviation amount may be a ratio of the frequency indicating the frequency of the striped pattern to the total frequency in the frequency distribution obtained by Fourier transforming the light amount curve. According to this, the shift amount can be obtained more accurately. Further, when the light amount curve is obtained as digital data, the ratio of the frequency indicating the frequency of the striped pattern or the frequency range to the total frequency in the frequency distribution obtained by subjecting the obtained digital data to discrete Fourier transform as the deviation amount. Good.

また、本発明の他の特徴は、測定対象物に明部と暗部が周期的に繰り返される縞模様を形成するように、測定対象物に照射光を照射する光照射ステップと、測定対象物に形成される前記縞模様のそれぞれの箇所における位相である縞位相が複数の異なる位相となるように前記縞位相を変更する縞走査ステップと、前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に、照射光が所定の複数の異なる強度で測定対象物に照射されるように、照射光の強度を変更する強度変更ステップと、前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に、照射光が前記所定の複数の異なる強度にて測定対象物に照射される各々の場合ごとに照射光の反射光を受光器が受光し、受光した反射光の光量に応じた受光信号を前記受光器が出力する受光ステップと、前記受光器における反射光の受光位置ごとに、前記受光ステップにて前記受光器が出力する受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度に関する評価データを、前記受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる強度の照射光が測定対象物に照射される各々の場合について算出する評価データ算出ステップと、前記評価データ算出ステップにて前記所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物に照射する各々の場合ごとに算出された評価データの中から、その評価データの算出に用いた受光信号に基づいて算出される位相値を用いて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度が良好になる評価データを抽出する評価データ抽出ステップと、前記評価データ抽出ステップにて抽出された評価データを算出する受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成する形状データ作成ステップと、を含む、3次元形状測定方法とすることにある。この方法によっても、位相シフト法により測定対象物の3次元形状を測定する場合において、測定対象物の反射率が場所によって大きく異なっても、精度よく形状測定を行うことができる。   In addition, another feature of the present invention is that a light irradiation step for irradiating the measurement target with irradiation light so as to form a stripe pattern in which the bright part and the dark part are periodically repeated on the measurement target, and the measurement target A fringe scanning step for changing the fringe phase so that the fringe phase, which is a phase at each location of the stripe pattern to be formed, becomes a plurality of different phases, and the fringe phase is each of the different phases In addition, when the intensity change step of changing the intensity of the irradiation light so that the irradiation light is irradiated to the measurement object at a predetermined plurality of different intensities, and when the fringe phase is each of the plurality of different phases, For each case where the measurement object is irradiated with the predetermined plurality of different intensities, the receiver receives the reflected light of the irradiation light, and receives the light reception signal corresponding to the amount of the received reflected light. Receiving step output by the detector The three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data of the measurement object is created based on the phase value obtained from the light receiving signal output from the light receiving device in the light receiving step for each light receiving position of the reflected light in the light receiving device. An evaluation data calculation step for calculating evaluation data related to measurement accuracy of shape data for each case where irradiation light with a predetermined plurality of different intensities is irradiated on the measurement object based on the received light signal, and the evaluation data calculation It is calculated based on the received light signal used to calculate the evaluation data from the evaluation data calculated for each case where the measurement object is irradiated with the irradiation light with the predetermined plurality of different intensities in the step. Extracts evaluation data that improves the measurement accuracy of the 3D shape data when the 3D shape data of the measurement object is created using the phase value An evaluation data extraction step, and a shape data creation step for creating three-dimensional shape data of the measurement object based on the phase value obtained from the light reception signal for calculating the evaluation data extracted in the evaluation data extraction step. Including a three-dimensional shape measuring method. Also by this method, when measuring the three-dimensional shape of the measurement object by the phase shift method, the shape measurement can be accurately performed even if the reflectance of the measurement object varies greatly depending on the location.

この場合、上記方法は、前記受光器における前記反射光の前記受光位置ごとに、前記受光ステップにて前記受光器が出力する受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物に照射している各々の場合について位相値を算出する位相値算出ステップと、前記評価データ抽出ステップにて抽出された評価データの算出に用いた受光信号に基づいて前記位相値算出ステップにて算出される位相値を選択する位相値選択ステップとをさらに含んだものとし、前記形状データ作成ステップは、前記位相値選択ステップにて選択された位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成するものであるとよい。あるいは、上記方法は、前記評価データ抽出ステップにて抽出された評価データの算出に用いた受光信号を選択する受光信号選択ステップと、前記受光信号選択ステップにて選択された受光信号に基づいて位相値を算出する選択位相値算出ステップと、をさらに含んだものとし、前記形状データ作成ステップは、前記選択位相値算出ステップにて算出された位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成するものであってもよい。   In this case, in the above method, for each light receiving position of the reflected light in the light receiver, irradiation light is measured with the predetermined plurality of different intensities based on a light receiving signal output from the light receiver in the light receiving step. In the phase value calculating step for calculating the phase value for each case where the object is irradiated, and in the phase value calculating step based on the received light signal used for calculating the evaluation data extracted in the evaluation data extracting step A phase value selecting step for selecting the calculated phase value, and the shape data creating step includes the three-dimensional shape data of the measurement object based on the phase value selected in the phase value selecting step. It is good to create. Alternatively, the method includes a light reception signal selection step for selecting a light reception signal used for calculation of the evaluation data extracted in the evaluation data extraction step, and a phase based on the light reception signal selected in the light reception signal selection step. A selection phase value calculation step for calculating a value, and the shape data creation step includes the three-dimensional shape data of the measurement object based on the phase value calculated in the selection phase value calculation step. It may be created.

また、本発明の更に他の特徴は、測定対象物に明部と暗部が周期的に繰り返される縞模様を形成するように、測定対象物に照射光を照射する光照射ステップと、測定対象物に形成される前記縞模様のそれぞれの箇所における位相である縞位相が複数の異なる位相となるように前記縞位相を変更する縞走査ステップと、前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に、受光器が所定の複数の異なる受光時間にて照射光の反射光を受光し、受光した反射光の光量に応じた受光信号を前記受光器が出力する受光ステップと、前記受光器における反射光の受光位置ごとに、前記受光ステップにて前記受光器が出力する受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度に関する評価データを、前記受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる受光時間にて受光した各々の場合について算出する評価データ算出ステップと、前記評価データ算出ステップにて前記所定の複数の異なる受光時間にて前記受光器が反射光を受光する各々の場合ごとに算出された評価データの中から、その評価データの算出に用いた受光信号に基づいて算出される位相値を用いて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度が良好になる評価データを抽出する評価データ抽出ステップと、前記評価データ抽出ステップにて抽出された評価データを算出する受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成する形状データ作成ステップと、を含む、3次元形状測定方法とすることにある。この方法によっても、位相シフト法により測定対象物の3次元形状を測定する場合において、測定対象物の反射率が場所によって大きく異なっても、精度よく形状測定を行うことができる。   Still another feature of the present invention is that a light irradiation step of irradiating the measurement object with irradiation light so as to form a striped pattern in which the bright part and the dark part are periodically repeated on the measurement object, and the measurement object A fringe scanning step for changing the fringe phase so that the fringe phase, which is a phase at each location of the striped pattern, is formed in a plurality of different phases; and the fringe phase is each of the plurality of different phases. A light receiving step in which the light receiver receives the reflected light of the irradiation light at a predetermined plurality of different light receiving times, and the light receiver outputs a light reception signal corresponding to the amount of the received reflected light; Measurement of the three-dimensional shape data in the case where the three-dimensional shape data of the measurement object is created based on the phase value obtained from the light reception signal output from the light receiver in the light receiving step at each light receiving position of the reflected light. Evaluation data calculation step for calculating the evaluation data for the degree of light received at the predetermined plurality of different light reception times based on the light reception signal, and the predetermined plurality of different light receptions in the evaluation data calculation step An object to be measured using a phase value calculated based on a received light signal used for calculation of the evaluation data from evaluation data calculated for each case where the light receiver receives reflected light over time. An evaluation data extraction step for extracting evaluation data that improves the measurement accuracy of the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data is created, and a light reception signal for calculating the evaluation data extracted in the evaluation data extraction step A three-dimensional shape including a shape data creating step of creating three-dimensional shape data of a measurement object based on a phase value obtained from It is to a constant method. Also by this method, when measuring the three-dimensional shape of the measurement object by the phase shift method, the shape measurement can be accurately performed even if the reflectance of the measurement object varies greatly depending on the location.

この場合、上記方法は、前記受光器における前記反射光の前記受光位置ごとに、前記受光ステップにて前記受光器が出力する受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる受光時間にて前記受光器が反射光を受光する各々の場合について位相値を算出する位相値算出ステップと、前記評価データ抽出ステップにて抽出された評価データの算出に用いた受光信号に基づいて前記位相値算出ステップにて算出された位相値を選択する位相値選択ステップとをさらに含むものとし、前記形状データ作成ステップは、前記位相値選択ステップにて選択した位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成するものであるとよい。あるいは、上記方法は、前記評価データ抽出ステップにて抽出された評価データの算出に用いた受光信号を選択する受光信号選択ステップと、前記受光信号選択ステップにて選択された受光信号に基づいて位相値を算出する選択位相値算出ステップと、をさらに含むものとし、前記形状データ作成ステップは、前記選択位相値算出ステップにて算出された位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成するものであってもよい。   In this case, the above-described method is configured such that, for each light reception position of the reflected light in the light receiver, the light receiver at the predetermined plurality of different light reception times based on a light reception signal output from the light receiver in the light reception step. A phase value calculating step for calculating a phase value for each case of receiving reflected light, and a phase value calculating step based on the received light signal used for calculating the evaluation data extracted in the evaluation data extracting step. A phase value selecting step for selecting the calculated phase value, and the shape data creating step creates three-dimensional shape data of the measurement object based on the phase value selected in the phase value selecting step. It should be a thing. Alternatively, the method includes a light reception signal selection step for selecting a light reception signal used for calculation of the evaluation data extracted in the evaluation data extraction step, and a phase based on the light reception signal selected in the light reception signal selection step. A selection phase value calculation step for calculating a value, and the shape data creation step creates three-dimensional shape data of the measurement object based on the phase value calculated in the selection phase value calculation step. It may be a thing.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について説明する。図1は本発明を適用した位相シフト法による3次元形状測定装置の全体構成図である。この3次元形状測定装置1は、3次元センサ10と、データ処理装置30と、コントローラ50と、入力装置52と、表示装置54とを備えて構成されている。3次元センサ10は、レーザー光を測定対象物OBに照射するとともに測定対象物OBに照射されたレーザー光の反射光を受光して受光信号を出力するものである。この3次元センサ10は、レーザー光を出射する照射装置11と、測定対象物OBに照射されたレーザー光の反射光を受光する受光装置12と、照射装置11から出射するレーザー光を制御する制御回路13とを備える。
(First embodiment)
The first embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a three-dimensional shape measuring apparatus using a phase shift method to which the present invention is applied. The three-dimensional shape measuring apparatus 1 includes a three-dimensional sensor 10, a data processing device 30, a controller 50, an input device 52, and a display device 54. The three-dimensional sensor 10 irradiates the measurement object OB with laser light, receives reflected light of the laser light irradiated on the measurement object OB, and outputs a light reception signal. The three-dimensional sensor 10 includes an irradiation device 11 that emits laser light, a light receiving device 12 that receives reflected light of the laser light irradiated on the measurement object OB, and a control that controls the laser light emitted from the irradiation device 11. A circuit 13.

照射装置11は、レーザー光源112と、コリメーティングレンズ114と、液晶フィルタ116と、拡張レンズ118とを備える。レーザー光源112は半導体レーザーなどで構成されており、供給される電流や電圧に応じた強度のレーザー光を出射する。コリメーティングレンズ114はレーザー光源112から出射したレーザー光が入射する位置に配置しており、入射したレーザー光を平行光とする。液晶フィルタ116は、コリメーティングレンズ114で平行光にされたレーザー光が入射する位置に配置しており、液晶により所定の画像を表示している。拡張レンズ118は液晶フィルタ116を通過したレーザー光が入射する位置に配置しており、入射したレーザー光を拡大して測定対象物OBの照射面全体にレーザー光を照射する。上記液晶フィルタ116には、後述する画像データ供給回路132から供給される画像データに基づいて、縞状のラインが等間隔で周期的に繰り返された縞模様が描かれている。照射装置11は、レーザー光源112から出射したレーザー光を上述したような縞模様が描かれた液晶フィルタ116を介して測定対象物OBに照射し、この照射により測定対象物OBに明部と暗部とが周期的に繰り返される縞模様Aを形成するものであって、本発明の光照射手段に相当する。   The irradiation device 11 includes a laser light source 112, a collimating lens 114, a liquid crystal filter 116, and an expansion lens 118. The laser light source 112 is composed of a semiconductor laser or the like, and emits laser light having an intensity corresponding to a supplied current or voltage. The collimating lens 114 is disposed at a position where the laser light emitted from the laser light source 112 is incident, and the incident laser light is converted into parallel light. The liquid crystal filter 116 is disposed at a position where the laser beam that has been collimated by the collimating lens 114 is incident, and displays a predetermined image by liquid crystal. The extension lens 118 is disposed at a position where the laser light that has passed through the liquid crystal filter 116 is incident, and the incident laser light is enlarged to irradiate the entire irradiation surface of the measurement object OB with the laser light. The liquid crystal filter 116 has a striped pattern in which striped lines are periodically repeated at regular intervals based on image data supplied from an image data supply circuit 132 described later. The irradiation device 11 irradiates the measurement object OB with the laser light emitted from the laser light source 112 through the liquid crystal filter 116 on which the above-described stripe pattern is drawn, and this irradiation illuminates the measurement object OB with a bright part and a dark part. Forms a stripe pattern A that is periodically repeated, and corresponds to the light irradiation means of the present invention.

受光装置12は、集光レンズ122および本発明の受光器としてのフォトセンサ124を備える。集光レンズ122は測定対象物OBに照射されたレーザー光の反射光が入射し得る位置に配置しており、入射する反射光を集光する。フォトセンサ124は測定対象物OBに照射されたレーザー光の反射光を上記集光レンズ122を介して受光し、受光した反射光に応じた受光信号を出力する。本実施形態において、フォトセンサ124はCCDまたはCMOSなどの画素(受光素子)を面状に配置したエリアセンサであり、それぞれの画素が反射光の光量に応じた信号(受光信号)を出力する。   The light receiving device 12 includes a condenser lens 122 and a photosensor 124 as a light receiver of the present invention. The condensing lens 122 is disposed at a position where the reflected light of the laser light irradiated on the measurement object OB can be incident, and condenses the incident reflected light. The photosensor 124 receives the reflected light of the laser light irradiated on the measurement object OB through the condenser lens 122 and outputs a light reception signal corresponding to the received reflected light. In the present embodiment, the photosensor 124 is an area sensor in which pixels (light receiving elements) such as CCDs or CMOSs are arranged in a plane, and each pixel outputs a signal (light reception signal) corresponding to the amount of reflected light.

制御回路13は、画像データ供給回路132と、レーザー駆動回路134と、レーザー強度制御回路136とを備える。画像データ供給回路132は、後述するコントローラ50からの指令信号に基づいて、液晶フィルタ116に画像データを供給する。画像データ供給回路132は回路内のメモリに画像データを記憶しており、コントローラ50から指令を受けると液晶フィルタ116を構成するそれぞれの液晶に透過率データである画像データを供給する。この供給によって液晶フィルタ116は縞模様を形成する。液晶フィルタ116に形成される縞模様は縞のライン方向に直角な方向における輝度分布が正弦曲線となっているものである。また画像データ供給回路132のメモリには、基準となる輝度分布を持つ画像データ(基準画像データ)と、この基準画像データから位相をずらした複数の画像データが記憶されており、コントローラ50から位相の指令を受けることにより、基準画像データから指令された位相だけずれた画像データを出力する。このため測定対象物OBに形成された縞模様は、コントローラ50からの位相の指令によって1周期の範囲内で縞模様のそれぞれの箇所における位相である縞位相を変化させることが可能となる。本実施形態では、画像データ供給回路132は、基準画像データと、この基準画像データに対して位相が1/4πずつシフトした8つの画像データを記憶している。したがって、画像データ供給回路132から液晶フィルタ116に供給する画像データを変更することによって、測定対象物OBに形成される縞模様の縞位相も変化する。つまり、画像データ供給回路132は、コントローラ50からの指令に基づいて測定対象物OBに形成される縞模様の縞位相を複数の異なった位相となるように変更することができるものであり、本発明の縞走査手段に相当する。   The control circuit 13 includes an image data supply circuit 132, a laser drive circuit 134, and a laser intensity control circuit 136. The image data supply circuit 132 supplies image data to the liquid crystal filter 116 based on a command signal from the controller 50 described later. The image data supply circuit 132 stores image data in a memory in the circuit. When an instruction is received from the controller 50, the image data supply circuit 132 supplies image data, which is transmittance data, to each liquid crystal constituting the liquid crystal filter 116. By this supply, the liquid crystal filter 116 forms a stripe pattern. The stripe pattern formed on the liquid crystal filter 116 has a luminance distribution in a direction perpendicular to the line direction of the stripe as a sine curve. The memory of the image data supply circuit 132 stores image data having a reference luminance distribution (reference image data) and a plurality of image data whose phases are shifted from the reference image data. In response to this command, the image data shifted by the commanded phase from the reference image data is output. For this reason, the fringe pattern formed on the measurement object OB can change the fringe phase, which is the phase at each location of the fringe pattern, within one cycle in response to a phase command from the controller 50. In the present embodiment, the image data supply circuit 132 stores reference image data and eight image data whose phases are shifted by 1 / 4π with respect to the reference image data. Therefore, by changing the image data supplied from the image data supply circuit 132 to the liquid crystal filter 116, the stripe phase of the stripe pattern formed on the measurement object OB also changes. That is, the image data supply circuit 132 can change the stripe phase of the stripe pattern formed on the measurement object OB based on a command from the controller 50 so as to have a plurality of different phases. This corresponds to the fringe scanning means of the invention.

レーザー駆動回路134は、コントローラ50および後述のレーザー強度制御回路136からの指令に基づいて、レーザー光源112にレーザー光を出射するための電流および電圧を供給する。レーザー強度制御回路136は本発明の強度制御手段に相当し、コントローラ50からレーザー光の強度の制御に関する指令信号を入力するとともに、レーザー光源112から出射するレーザー光の強度が入力した指令信号に応じたレーザー強度となるように、レーザー駆動回路134がレーザー光源112に出力する電流および電圧を制御する。このレーザー強度制御回路136からの指示によって、レーザー光源112からは強度の異なったレーザー光が出射される。また、レーザー強度制御回路136は、コントローラ50からの指令に基づいてレーザー光の強度を変更することによって、測定対象物OBに形成される縞模様の縞位相の一つの状態につき複数の強度の照射光をそれぞれ照射するように、レーザー光の強度を制御する。このため、測定対象物OBに形成される縞模様の縞位相が複数の異なる各々の位相である場合に、複数の異なる強度のレーザー光によって縞模様が形成される。本実施形態において、レーザー強度制御回路136は後述するようにレーザー光の強度レベルを3段階に設定している。   The laser drive circuit 134 supplies current and voltage for emitting laser light to the laser light source 112 based on commands from the controller 50 and a laser intensity control circuit 136 described later. The laser intensity control circuit 136 corresponds to the intensity control means of the present invention. The laser intensity control circuit 136 receives a command signal related to the control of the intensity of the laser beam from the controller 50 and responds to the command signal with the intensity of the laser beam emitted from the laser light source 112. The laser drive circuit 134 controls the current and voltage output to the laser light source 112 so that the laser intensity becomes high. In response to an instruction from the laser intensity control circuit 136, laser beams having different intensities are emitted from the laser light source 112. Further, the laser intensity control circuit 136 changes the intensity of the laser beam based on a command from the controller 50, thereby irradiating a plurality of intensities with respect to one state of the fringe phase of the stripe pattern formed on the measurement object OB. The intensity of the laser light is controlled so as to irradiate each light. For this reason, when the stripe phase of the stripe pattern formed on the measurement object OB is a plurality of different phases, a stripe pattern is formed by a plurality of laser beams having different intensities. In the present embodiment, the laser intensity control circuit 136 sets the intensity level of the laser beam in three stages as will be described later.

データ処理装置30は本発明のデータ処理手段に相当し、センサ信号取出し回路32と、データ演算回路34と、3次元画像生成装置36とを備える。センサ信号取出し回路32は、フォトセンサ124に信号を出力することによってフォトセンサ124の各画素にて受光した反射光の光量に応じた信号(受光信号)を出力させ、このようにして出力させた信号を入力する。そして、各画素から入力した信号を増幅し、信号強度をデジタルデータ(センサデータ)にしてデータ演算回路34へ出力する。フォトセンサ124における受光時間、つまり各画素に信号を出力させる時間間隔(電荷蓄積時間)は、コントローラ50から適宜設定される。本実施形態ではこの電荷蓄積時間は一定とされる。   The data processing device 30 corresponds to the data processing means of the present invention, and includes a sensor signal extraction circuit 32, a data operation circuit 34, and a three-dimensional image generation device 36. The sensor signal extraction circuit 32 outputs a signal (light reception signal) corresponding to the amount of reflected light received by each pixel of the photosensor 124 by outputting a signal to the photosensor 124, and outputs the signal in this way. Input the signal. Then, the signal input from each pixel is amplified, and the signal intensity is converted into digital data (sensor data) and output to the data calculation circuit 34. The light receiving time in the photosensor 124, that is, the time interval (charge accumulation time) for outputting a signal to each pixel is appropriately set by the controller 50. In this embodiment, the charge accumulation time is constant.

データ演算回路34は、コントローラ50からの指令に基づいて、センサ信号取出し回路32が出力するセンサデータの中から、フォトセンサ124内の画素P(α,β)(α:フォトセンサ124内のx軸方向における画素番号、β:フォトセンサ124内のy軸方向における画素番号)のセンサデータを取り込み、回路内のメモリに記憶する。また、コントローラ50からの指令に基づいて、記憶したセンサデータから画素(受光位置)ごとに位相値φ、光量曲線の極大値H、光量曲線の正弦曲線からのずれ量Eを計算し、3次元画像生成装置36へ出力する。計算する各値の詳細は後述する。   Based on a command from the controller 50, the data operation circuit 34 selects a pixel P (α, β) (α: x in the photosensor 124) in the photosensor 124 from the sensor data output from the sensor signal extraction circuit 32. The sensor data of the pixel number in the axial direction, β: the pixel number in the y-axis direction in the photosensor 124) is fetched and stored in the memory in the circuit. In addition, based on the command from the controller 50, the phase value φ, the maximum value H of the light amount curve, and the deviation amount E from the sine curve of the light amount curve are calculated for each pixel (light receiving position) from the stored sensor data. The image is output to the image generation device 36. Details of each value to be calculated will be described later.

3次元画像生成装置36はデータ演算回路34から入力した値を基に、図3に示すプログラムフローチャートに従った処理を行って、フォトセンサ124の画素P(α,β)ごとに最適な位相値φ(α,β)を選択する。そして、通常の位相シフト法による3次元形状測定と同様に、選択した位相値φ(α,β)に対応する位相値を持つ照射光の縞模様の縞のラインを検出し、予め3次元画像生成装置36に記憶されている縞のラインと照射方向θxとの関係を示すテーブルから上記照射方向θxを求め、フォトセンサ124の画素P(α,β)の受光位置(X(α),Y(β))に対応する反射光の方向と上記照射方向θxから測定対象物OB上のレーザー光の照射部位の3次元座標値(x,y,z)を計算する。さらにこの3次元座標値(x,y,z)の集合(点群データ)から測定対象物OBの3次元画像データを生成して表示装置54に出力する。   The three-dimensional image generation device 36 performs processing according to the program flowchart shown in FIG. 3 based on the value input from the data operation circuit 34, and provides an optimum phase value for each pixel P (α, β) of the photosensor 124. Select φ (α, β). Then, in the same manner as the three-dimensional shape measurement by the normal phase shift method, the stripe pattern of the irradiation light having the phase value corresponding to the selected phase value φ (α, β) is detected, and the three-dimensional image is preliminarily detected. The irradiation direction θx is obtained from a table indicating the relationship between the stripe line and the irradiation direction θx stored in the generation device 36, and the light receiving position (X (α), Y) of the pixel P (α, β) of the photosensor 124 is obtained. The three-dimensional coordinate value (x, y, z) of the laser beam irradiation part on the measurement object OB is calculated from the direction of the reflected light corresponding to (β)) and the irradiation direction θx. Further, three-dimensional image data of the measurement object OB is generated from the set (point group data) of the three-dimensional coordinate values (x, y, z) and output to the display device 54.

なお、照射方向θxは、測定対象物OBに形成される縞模様の所定の縞(例えば図1における縞S)のラインと照射装置11から出射したレーザー光の焦点Rとが含まれる平面と、照射装置11から出射してコリメーティングレンズ114により平行光とされたレーザー光の光軸Lとがなす角度である。また、位相値を基に画素P(α,β)と縞模様の縞のラインとを対応させる場合において、位相値は0〜2πの間で変化するため同じ位相値の画素や縞位相が複数存在する。このため本実施形態では、基準画像データにおいて輝度分布が正弦波形となっている縞模様の中に1箇所光量が周囲と大きく異なるライン(例えば明部に一本の暗のラインあるいは暗部に一本の明のライン)を設け、この箇所を所定の画素P(α,β)と1対1に対応させ、この箇所から順に、位相値に基づいて縞のラインと画素P(α,β)とを対応させるようにしている。縞のラインと画素P(α,β)とを1対1で対応させるための基準となる箇所の検出方法にはいくつか方法があり、例えば縞模様の中に1箇所光量が周囲と大きく異なるポイントを設けて特定ポイントを検出する上記に示した方法でもよいし、縞模様の光照射とは別に所定のポイントやラインを照射して特定ポイントを検出する方法でもよいし、縞模様の輝度分布における正弦波形の振幅、あるいは周波数を変化させてこれらの変化に基づいて特定ポイントを検出する方法でもよい。   The irradiation direction θx is a plane including a line of predetermined stripes (for example, stripes S in FIG. 1) formed on the measurement object OB and the focal point R of the laser light emitted from the irradiation device 11; This is an angle formed by the optical axis L of the laser beam emitted from the irradiation device 11 and converted into parallel light by the collimating lens 114. In addition, when the pixel P (α, β) and the striped stripe line are associated with each other based on the phase value, the phase value changes between 0 and 2π. Exists. For this reason, in the present embodiment, in the stripe pattern in which the luminance distribution is a sine waveform in the reference image data, the light amount at one place is significantly different from the surroundings (for example, one dark line in the bright part or one line in the dark part). The bright line) is provided, and this portion is made to correspond to the predetermined pixel P (α, β) on a one-to-one basis, and the stripe line and the pixel P (α, β) To make it correspond. There are several methods for detecting a reference point for making a one-to-one correspondence between the stripe line and the pixel P (α, β). For example, the light amount at one place in the stripe pattern is significantly different from the surroundings. The above-described method of detecting a specific point by providing a point may be used, or a method of detecting a specific point by irradiating a predetermined point or line separately from the light irradiation of the stripe pattern, or the luminance distribution of the stripe pattern Alternatively, the amplitude or frequency of the sine waveform may be changed to detect a specific point based on these changes.

表示装置54は3次元画像生成装置36から入力した3次元画像データから生成される3次元画像を表示する。入力装置52は3次元形状測定開始の入力、レーザー光強度の設定、データ演算回路34がデータを取り込むときの縞模様の移動位置(位相シフト量の値)の設定など、いくつかの設定を行う。   The display device 54 displays a 3D image generated from the 3D image data input from the 3D image generation device 36. The input device 52 performs several settings such as an input for starting the three-dimensional shape measurement, setting of the laser light intensity, and setting of the moving position (phase shift amount value) of the striped pattern when the data calculation circuit 34 takes in the data. .

コントローラ50は、CPU,ROM,RAMなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品としており、入力装置52からの入力指示に基づいて各種回路および3次元画像生成装置36に指令信号を出力してこれらの作動を制御する制御手段としての機能を果たす。   The controller 50 includes a microcomputer composed of a CPU, ROM, RAM, and the like as main components, and outputs command signals to various circuits and the three-dimensional image generation device 36 based on input instructions from the input device 52 to operate them. It functions as a control means for controlling.

このように構成された3次元形状測定装置1において、作業者が入力装置52から測定開始の指令を入力すると、コントローラ50は図2に示す測定プログラムをスタートさせる。以下、この測定プログラムに従って説明する。なお、本実施形態では、測定対象物OBに形成される縞模様の縞位相をπ/4ずつ変化させ、レーザー強度レベルを3段階で変化させるようにしたが、この変化のさせ方は適宜変更してもよい。   In the three-dimensional shape measuring apparatus 1 configured as described above, when an operator inputs a measurement start command from the input device 52, the controller 50 starts the measurement program shown in FIG. Hereinafter, description will be given according to this measurement program. In this embodiment, the stripe phase of the stripe pattern formed on the measurement object OB is changed by π / 4 and the laser intensity level is changed in three stages. May be.

この測定プログラムは図のステップS100にて開始され、ステップS102にて位相カウンタnおよび強度カウンタmを初期化(n=0,m=0)する。次いで、ステップS104にて各種回路を起動する。次に、ステップS106にて画像データ供給回路132に対し基準画像から位相がn・(π/4)ずれた画像パターンを出力するように指令を出力する。ここで、ステップS106を最初に通過する場合には位相カウンタnが0とされているので、画像データ供給回路132は位相のずれが0の画像パターン、すなわち基準画像を出力する。これにより、液晶フィルタ116には基準画像の縞模様が表示される。   This measurement program is started in step S100 in the figure, and in step S102, the phase counter n and the intensity counter m are initialized (n = 0, m = 0). In step S104, various circuits are activated. Next, in step S106, a command is output to the image data supply circuit 132 so as to output an image pattern whose phase is shifted by n · (π / 4) from the reference image. When step S106 is first passed, the phase counter n is set to 0, so that the image data supply circuit 132 outputs an image pattern with a phase shift of 0, that is, a reference image. As a result, a stripe pattern of the reference image is displayed on the liquid crystal filter 116.

続いて、コントローラ50はステップS108に進み、レーザー光の強度レベルをレベルmに設定し、その設定値をレーザー強度制御回路136に出力する。ここで、本実施形態において、レーザー光の強度レベルはレベル0,レベル1,レベル2の3段階とされ、レベル0が最も小さい強度であり、レベル2が最も大きい強度であり、レベル1はレベル0とレベル2との中間の強度である。レーザー強度制御回路136はレーザー光がコントローラ50によって指定された強度レベルに応じた強度となるように、レーザー駆動回路134がレーザー光源112に供給する電流および電圧を制御する。   Subsequently, the controller 50 proceeds to step S108, sets the intensity level of the laser beam to level m, and outputs the set value to the laser intensity control circuit 136. Here, in the present embodiment, the intensity level of the laser beam is made up of three levels of level 0, level 1 and level 2, where level 0 is the smallest intensity, level 2 is the largest intensity, and level 1 is the level. It is an intermediate intensity between 0 and level 2. The laser intensity control circuit 136 controls the current and voltage that the laser driving circuit 134 supplies to the laser light source 112 so that the laser light has an intensity corresponding to the intensity level specified by the controller 50.

上記ステップS102〜S108までの処理の実行によって、レーザー光源112から強度レベルがレベルmであるレーザー光が出射する。レーザー光源112から出射されたレーザー光はコリメーティングレンズ114により平行光とされた後に液晶フィルタ116に入射し、拡張レンズ118を経て測定対象物OBに照射される。液晶フィルタ116には基準画像から位相がn・(π/4)だけシフトした画像パターンが描かれている。上述したようにこの画像パターンは縞模様であって、縞のライン方向と直角な方向に沿って輝度が正弦曲線状とされている。よって、測定対象物OBには液晶フィルタ116に描かれた縞模様が投影され、測定対象物OBの全体に明部と暗部が周期的に繰り返される縞模様が形成される(光照射ステップ)。この縞模様を形成する照射光の反射光はフォトセンサ124に受光される。フォトセンサ124を構成する各画素P(α,β)は、それぞれの受光位置にて反射光をそれぞれ受光し、受光した反射光の光量に応じた受光信号をセンサ取出し回路32に出力する。   By executing the processes from steps S102 to S108, the laser light source 112 emits laser light having an intensity level of level m. The laser light emitted from the laser light source 112 is collimated by the collimating lens 114, enters the liquid crystal filter 116, and irradiates the measurement object OB through the expansion lens 118. The liquid crystal filter 116 has an image pattern in which the phase is shifted by n · (π / 4) from the reference image. As described above, this image pattern is a striped pattern, and the luminance is sinusoidal along a direction perpendicular to the line direction of the stripe. Therefore, the striped pattern drawn on the liquid crystal filter 116 is projected onto the measurement object OB, and a striped pattern in which the bright part and the dark part are periodically repeated is formed on the entire measurement object OB (light irradiation step). The reflected light of the irradiation light that forms the stripe pattern is received by the photosensor 124. Each pixel P (α, β) constituting the photosensor 124 receives reflected light at each light receiving position, and outputs a received light signal corresponding to the amount of the received reflected light to the sensor extraction circuit 32.

次いで、コントローラ50は、ステップS109にてフォトセンサ124の電荷蓄積時間より長い時間として設定された所定時間Tが経過するのを待ってステップS110に進み、データ演算回路34にセンサデータD(n,m)を取り込むように指示する。これによりデータ演算回路34はセンサ信号取出し回路32からセンサデータD(n,m)を取り込む。このセンサデータD(n,m)は、位相カウンタがn、強度カウンタがmであるときに測定対象物OBに照射されたレーザー光の反射光をフォトセンサ124が受光して、フォトセンサ124の各画素P(α,β)が出力する受光信号をセンサ信号取出し回路32が増幅して信号強度をデジタルデータにしたデータである。よって、センサ信号取出し回路32からデータ演算回路34に入力するセンサデータはフォトセンサ124の各画素P(α,β)が出力する受光信号であると言え、各画素(α,β)が受光した光量のデータと考えてよい。この場合において、上述のようにフォトセンサ124はエリアセンサであって、縦方向(x方向)および横方向(y方向)に複数の画素が配列されており、各画素P(α,β)はフォトセンサ124内でそれぞれ受光位置を示す座標値(X(α),Y(β))を持つ。データ演算回路34はこのステップS110にて、各画素P(α,β)における受光信号のデータ(受光データ)を、その画素の受光位置である座標値(X(α),Y(β))と対応付けて取り込む。   Next, the controller 50 waits for the elapse of a predetermined time T set as a time longer than the charge accumulation time of the photosensor 124 in step S109, and then proceeds to step S110. The controller 50 sends the sensor data D (n, m) Instruct to capture. As a result, the data calculation circuit 34 takes in the sensor data D (n, m) from the sensor signal take-out circuit 32. The sensor data D (n, m) is obtained when the photosensor 124 receives the reflected light of the laser beam irradiated to the measurement object OB when the phase counter is n and the intensity counter is m. This is data obtained by amplifying the light reception signal output from each pixel P (α, β) by the sensor signal extraction circuit 32 and converting the signal intensity into digital data. Therefore, it can be said that the sensor data input from the sensor signal extraction circuit 32 to the data calculation circuit 34 is a light reception signal output from each pixel P (α, β) of the photosensor 124, and each pixel (α, β) received light. Think of it as light intensity data. In this case, as described above, the photosensor 124 is an area sensor, and a plurality of pixels are arranged in the vertical direction (x direction) and the horizontal direction (y direction), and each pixel P (α, β) is Each photosensor 124 has coordinate values (X (α), Y (β)) indicating light receiving positions. In this step S110, the data calculation circuit 34 converts the light reception signal data (light reception data) in each pixel P (α, β) into coordinate values (X (α), Y (β)) that are the light reception positions of the pixels. Import in association with.

その後、コントローラ50はステップS112に進み、強度カウンタmが3以上であるかを判定する。最初にこのステップを通過するときは強度カウンタmは0であるから、このステップにおける判定は「No」となってステップS114に進む。ステップS114では強度カウンタmをインクリメントする。そして、ステップS108に戻る。このようにしてステップS108〜S114を繰り返し実行するにつれ、ステップS114にて強度カウンタmが0,1,2とインクリメントされていく。この結果、測定対象物OBに照射するレーザー光の位相状態が所定の状態(基準画像からn・(π/4)だけシフトした位相状態)である間に、測定対象物OBには強度が小(m=0:レベル0)、中(m=1:レベル1)、大(m=2:レベル2)であるそれぞれのレーザー光が照射され、上記それぞれの強度のレーザー光によって測定対象物OBに縞模様が形成される(強度変更ステップ)。そして、ステップS110にてデータ演算回路34は、それぞれの強度のレーザー光により測定対象物OBに縞模様が形成されているごとにセンサデータD(n,m)を取り込む。ステップS112の判定が「Yes」となった場合にはステップS116に進む。   Thereafter, the controller 50 proceeds to step S112, and determines whether the intensity counter m is 3 or more. When passing through this step for the first time, the intensity counter m is 0, so the determination in this step is “No” and the process proceeds to step S114. In step S114, the intensity counter m is incremented. Then, the process returns to step S108. In this manner, as steps S108 to S114 are repeatedly executed, the intensity counter m is incremented to 0, 1, and 2 in step S114. As a result, while the phase state of the laser light applied to the measurement object OB is a predetermined state (phase state shifted by n · (π / 4) from the reference image), the measurement object OB has a low intensity. (M = 0: level 0), medium (m = 1: level 1), and large (m = 2: level 2) are irradiated with the respective laser beams, and the measurement object OB is irradiated with the laser beams having the respective intensities. A striped pattern is formed on (strength changing step). In step S110, the data calculation circuit 34 takes in the sensor data D (n, m) every time a striped pattern is formed on the measurement object OB by the laser beams having the respective intensities. If the determination in step S112 is “Yes”, the process proceeds to step S116.

ステップS116では、位相カウンタnが9以上であるかを判定する。最初にこのステップを通過するとき位相カウンタnは0であるから、このステップにおける判定は「No」となってステップS118に進む。ステップS118では位相カウンタnがインクリメントされ、続くステップS120にて強度カウンタmが初期化(m=0)される。そして、ステップS106に戻る。ステップS106〜S120を繰り返し実行することにより、ステップS118にて位相カウンタnが順次インクリメントされるので、画像データ供給回路132が液晶フィルタ116に出力する画像パターンの縞位相がステップS106〜S120を繰り返すごとに順次π/4ずつシフトしていく。このため測定対象物OBには、最初に形成される縞模様の縞位相が0,π/4,π/2,3π/4,π,5π/4,3π/2,7π/4,2πだけシフトした9個の縞模様が順次形成される(縞走査ステップ)。また、測定対象物OBに形成される縞模様がそれぞれの位相状態を採っている間に、ステップS108〜S114の繰り返しによりレーザー光の強度レベルが順次レベル0,レベル1,レベル2に変化する。したがって、フォトセンサ124は測定対象物OBに形成される縞模様の縞位相の位相シフト量が上記した複数の異なる位相の各々である場合に、3種類の強度で照射された照射光の反射光をそれぞれ受光し、受光した反射光の光量に応じた受光信号を縞位相の各状態ごとに出力する(受光ステップ)。また、データ演算回路34は、ステップS110にて、フォトセンサ124が出力する受光信号から得られるセンサデータ(受光データ)をセンサ取出し回路32を介して縞位相のそれぞれの状態ごとに、且つそれぞれの強度にて照射光が照射されている場合ごとに、各受光位置(各画素)について取得する。このためデータ演算回路34には、表1に示すセンサデータD(n,m)が取り込まれることになる。
上記表1において、αは画素位置のX座標の最後の番号を示し、βは画素位置のY座標の最後の番号を示す。表1からわかるように、データ演算回路34は、フォトセンサ124のそれぞれの画素P(α,β)について、縞位相が各状態であるときのセンサデータを3段階の強度ごとに取得する。
In step S116, it is determined whether the phase counter n is 9 or more. Since the phase counter n is 0 when first passing through this step, the determination in this step is “No” and the process proceeds to step S118. In step S118, the phase counter n is incremented, and in the subsequent step S120, the intensity counter m is initialized (m = 0). Then, the process returns to step S106. By repeatedly executing steps S106 to S120, the phase counter n is sequentially incremented in step S118, so that the fringe phase of the image pattern output from the image data supply circuit 132 to the liquid crystal filter 116 repeats steps S106 to S120. Are sequentially shifted by π / 4. For this reason, the measurement object OB has stripe patterns of 0, π / 4, π / 2, 3π / 4, π, 5π / 4, 3π / 2, 7π / 4, and 2π that are initially formed. Nine shifted stripe patterns are sequentially formed (stripe scanning step). Further, while the striped pattern formed on the measurement object OB takes the respective phase states, the laser light intensity level sequentially changes to level 0, level 1 and level 2 by repeating steps S108 to S114. Therefore, when the phase shift amount of the fringe phase of the striped pattern formed on the measurement object OB is each of the plurality of different phases, the photosensor 124 reflects the irradiation light irradiated with three types of intensities. Are received for each of the fringe phase states (light receiving step). In step S110, the data calculation circuit 34 obtains sensor data (light reception data) obtained from the light reception signal output from the photosensor 124 for each state of the fringe phase via the sensor extraction circuit 32, and for each state. Each light receiving position (each pixel) is acquired every time irradiation light is irradiated with intensity. Therefore, the sensor data D (n, m) shown in Table 1 is taken into the data calculation circuit 34.
In Table 1, α m represents the last number of the X coordinate of the pixel position, and β m represents the last number of the Y coordinate of the pixel position. As can be seen from Table 1, the data calculation circuit 34 acquires sensor data when the fringe phase is in each state for each pixel P (α, β) of the photosensor 124 for each of three levels of intensity.

ステップS116にて位相カウンタnが9以上であると判定された場合には、ステップS122に進む。位相カウンタnが9以上であるということは、それ未満の位相カウンタn(n=0〜8)におけるセンサデータ、つまり縞模様の位相が0,π/4,π/2,3π/4,π,5π/4,3π/2,7π/4,2πである場合におけるセンサデータの取り込みが完了したことを示す。したがって、この場合はステップS122にて各種回路の作動を停止してレーザー光の照射を停止し、さらにステップS124に進んでこのステップS124にてデータ演算回路34に位相値φ(α,β,m)、光量曲線の極大値H(α,β,m)、光量曲線の正弦曲線からのずれ量E(α,β,m)の計算を行わせる。位相値φ(α,β,m)の計算は、センサデータD(0,m)〜D(8,m)を従来技術に記載した計算式に当てはめて計算してもよいが、本実施形態ではノイズを除去して位相値を求めることが可能なフーリエ変換により計算する方法を使用する。   When it is determined in step S116 that the phase counter n is 9 or more, the process proceeds to step S122. The fact that the phase counter n is 9 or more means that the sensor data in the phase counter n (n = 0 to 8) less than that, that is, the phase of the striped pattern is 0, π / 4, π / 2, 3π / 4, π , 5π / 4, 3π / 2, 7π / 4, and 2π, the sensor data capture is completed. Therefore, in this case, the operation of various circuits is stopped in step S122 to stop the laser light irradiation, and the process proceeds to step S124, and the phase value φ (α, β, m is sent to the data arithmetic circuit 34 in step S124. ), The maximum value H (α, β, m) of the light amount curve, and the deviation amount E (α, β, m) from the sine curve of the light amount curve are calculated. The phase value φ (α, β, m) may be calculated by applying the sensor data D (0, m) to D (8, m) to the calculation formula described in the prior art. Then, a method of calculating by a Fourier transform capable of obtaining a phase value by removing noise is used.

すなわち、位相値φ(α,β,m)を求めようとする画素P(α,β)に対応するセンサデータD(0,m)〜D(8,m)を結んだ曲線は正弦波形に近い周期曲線になる。したがって、上記対応するセンサデータD(0,m)〜D(8,m)を離散フーリエ変換し、所定の周波数範囲ごとに区切った度数分布図を作成すると、測定対象物OBに形成される縞模様の周波数近傍の周波数範囲にピークを持つ度数分布となる。縞模様の周波数近傍の周波数範囲以外の度数はノイズとみなせる。縞模様の周波数近傍の周波数範囲の度数を構成する値を逆フーリエ変換し、これにより表される正弦曲線の開始点における位相(基準の正弦曲線からの位相のずれ)をその画素P(α,β)における位相値φ(α,β,m)とする。このようにしてデータ演算回路34は、位相値φ(α,β,m)を、対応するそれぞれの画素P(α,β)の受光位置(X(α),Y(β))ごとに、且つ、照射されたレーザー光の強度ごと(つまり強度カウンタmごと)に求める(位相値算出ステップ)。   That is, a curve connecting sensor data D (0, m) to D (8, m) corresponding to the pixel P (α, β) for which the phase value φ (α, β, m) is to be obtained has a sine waveform. It becomes a close periodic curve. Therefore, when the corresponding sensor data D (0, m) to D (8, m) is subjected to discrete Fourier transform to create a frequency distribution diagram divided for each predetermined frequency range, fringes formed on the measurement object OB. The frequency distribution has a peak in the frequency range near the pattern frequency. Powers outside the frequency range near the stripe pattern frequency can be regarded as noise. The value constituting the frequency in the frequency range in the vicinity of the frequency of the striped pattern is subjected to inverse Fourier transform, and the phase at the start point of the sine curve represented thereby (the phase shift from the reference sine curve) is represented by the pixel P (α, It is assumed that the phase value φ (α, β, m) at β). In this way, the data calculation circuit 34 calculates the phase value φ (α, β, m) for each light receiving position (X (α), Y (β)) of the corresponding pixel P (α, β). And it calculates | requires for every intensity | strength (namely, every intensity counter m) of the irradiated laser beam (phase value calculation step).

また、光量曲線の極大値H(α,β,m)は、画素P(α,β)におけるセンサデータD(0,m)〜D(8,m)を結んだ曲線の極大値であり、端的にセンサデータD(0,m)〜D(8,m)の最大値としてもよいし、これらのデータから正弦曲線を近似して光量曲線を推定し、その最大値を求めてもよい。光量曲線の正弦曲線からのずれ量E(α,β,m)は、本実施形態では画素P(α,β)におけるセンサデータD(0,m)〜D(8,m)をフーリエ変換して所定の周波数範囲ごとに区分した度数分布図を作成したときの全体の度数に対する縞模様の周波数近傍の周波数範囲の度数の割合である。この場合、位相値を算出する際に用いた度数分布図を利用することができる。なお、全体の度数に対する縞模様の周波数近傍の周波数範囲の度数以外の度数の割合をずれ量E(α,βm)としてもよい。また、フーリエ変換によらず、センサデータD(0,m)〜D(8,m)に基づいて最小二乗法により縞模様と等しい周波数の正弦曲線を求め、求めた正弦曲線と各センサデータD(0,m)〜D(8,m)との距離の二乗和をずれ量E(α,β,m)としてもよい。これらの極大値H(α,β,m)およびずれ量E(α,β,m)も、上記位相値φ(α,β,m)と同様にそれぞれの画素P(α,β)の受光位置(X(α),Y(β))ごとに、且つ、レーザー光の強度ごと(つまり強度カウンタmごと)に求める(評価データ算出ステップ)。   The maximum value H (α, β, m) of the light amount curve is the maximum value of the curve connecting the sensor data D (0, m) to D (8, m) in the pixel P (α, β). The maximum value of the sensor data D (0, m) to D (8, m) may be simply used, or a light amount curve may be estimated by approximating a sine curve from these data, and the maximum value may be obtained. The deviation amount E (α, β, m) of the light amount curve from the sine curve is obtained by Fourier transforming the sensor data D (0, m) to D (8, m) in the pixel P (α, β) in this embodiment. This is the ratio of the frequency in the frequency range in the vicinity of the fringe pattern frequency to the total frequency when a frequency distribution diagram divided into predetermined frequency ranges is created. In this case, the frequency distribution diagram used when calculating the phase value can be used. Note that the ratio of frequencies other than frequencies in the frequency range near the frequency of the striped pattern with respect to the overall frequencies may be used as the shift amount E (α, βm). In addition, a sinusoidal curve having the same frequency as the striped pattern is obtained by the least square method based on the sensor data D (0, m) to D (8, m) without using Fourier transform, and the obtained sinusoidal curve and each sensor data D are obtained. The sum of squares of the distances from (0, m) to D (8, m) may be used as the deviation amount E (α, β, m). These local maximum values H (α, β, m) and deviation amounts E (α, β, m) are also received by the respective pixels P (α, β) in the same manner as the phase values φ (α, β, m). It is determined for each position (X (α), Y (β)) and for each laser beam intensity (that is, for each intensity counter m) (evaluation data calculation step).

このようにして、データ演算回路34は、センサデータD(0,m)〜D(8,m)が入力された全ての画素P(α,β)において、対応するセンサデータD(n,m)に基づいて、レーザー光の強度レベルごとに、位相値φ(α,β,m)、光量曲線の極大値H(α,β,m)、光量曲線の正弦曲線からのずれ量E(α,β,m)を算出する。これらの計算データはデータ演算回路34から3次元画像生成装置36に送られる。したがって、3次元画像生成装置36には表2に示す値が入力される。
表2に示す通り、各画素P(α,β)において、測定対象物OBに照射されたレーザー光の強度レベルごとに、位相値φ(α,β,m)、極大値H(α,β,m)、ずれ量E(α,β,m)からなる3つのデータ群が得られる。なお、各画素において、表の点線で仕切られたデータ中の上段に示すデータ群はレーザー光の強度レベルが小(レベル0)であるときに算出されたデータ群、中段に示すデータ群はレーザー光の強度レベルが中(レベル1)であるときに算出されたデータ群、下段に示すデータ群はレーザー光の強度レベルが大(レベル2)であるときに算出されたデータ群である。
In this way, the data calculation circuit 34 corresponds to the sensor data D (n, m) corresponding to all the pixels P (α, β) to which the sensor data D (0, m) to D (8, m) are input. ), The phase value φ (α, β, m), the maximum value H (α, β, m) of the light amount curve, and the deviation amount E (α of the light amount curve from the sine curve) for each intensity level of the laser light. , Β, m). These calculation data are sent from the data operation circuit 34 to the three-dimensional image generation device 36. Therefore, the values shown in Table 2 are input to the three-dimensional image generation device 36.
As shown in Table 2, for each pixel P (α, β), the phase value φ (α, β, m), the maximum value H (α, β) for each intensity level of the laser light irradiated on the measurement object OB. , M), and three data groups consisting of the deviation E (α, β, m). In each pixel, the data group shown in the upper part of the data partitioned by the dotted line in the table is the data group calculated when the intensity level of the laser beam is low (level 0), and the data group shown in the middle part is the laser. The data group calculated when the light intensity level is medium (level 1), and the data group shown in the lower part are data groups calculated when the laser light intensity level is high (level 2).

上記表2に示す値のうち、画素位置X(α)、画素位置Y(β)、位相値φ(α,β,m)は、測定対象物OBの3次元形状を計算する際に用いられる値であり、形状計算用データに該当する。   Of the values shown in Table 2, the pixel position X (α), the pixel position Y (β), and the phase value φ (α, β, m) are used when calculating the three-dimensional shape of the measurement object OB. It is a value and corresponds to the data for shape calculation.

上記位相値φ(α,β,m)は、それが算出される基となるセンサデータD(n,m)の値が本来求めるべき位相値を表す正弦曲線に一致した値である場合には、算出した位相値を用いて測定対象物OBの3次元形状データを作成した場合にその3次元形状データの測定精度は良好なものとなる。一方、位相値φ(α,β,m)が算出される基となるセンサデータD(n,m)の値が本来求めるべき位相値を表す正弦曲線から大きくずれた値である場合には、算出した位相値を用いて測定対象物OBの3次元形状データを作成した場合にその3次元形状データの測定精度は悪いものとなる。よって、測定対象物OBの3次元形状データの測定精度はセンサデータD(n,m)の値に依存するところ、極大値H(α,β,m)やずれ量E(α,β,m)は、センサデータD(n,m)が本来求めるべき位相値を表す正弦曲線とどの程度異なっている値であるかを表す指標となり得る。例えば、極大値H(α,β,m)が大きすぎる場合には、センサデータD(n,m)が上限値に達しているおそれがあり、この場合にはセンサデータD(n,m)の値が本来の正弦曲線の値を示すことができていない可能性がある。また、ずれ量E(α,β,m)が小さすぎる場合(つまりずれが大きい場合)にはセンサデータD(n,m)の値が本来の正弦曲線上の値と大きくずれている可能性がある。このように、極大値H(α,β,m)およびずれ量E(α,β,m)は、センサデータD(n,m)の値が本来求めるべき位相値を表す正弦曲線からどの程度ずれているかを表すデータであり、換言すれば、上記位相値を用いて測定対象物OBの3次元形状データを作成した場合における、その3次元形状データの測定精度を表す評価データといえる。   When the phase value φ (α, β, m) is a value in which the value of the sensor data D (n, m) from which the phase value φ (α, β, m) is calculated coincides with a sine curve representing the phase value to be originally obtained. When the three-dimensional shape data of the measurement object OB is created using the calculated phase value, the measurement accuracy of the three-dimensional shape data is good. On the other hand, when the value of the sensor data D (n, m), which is the basis for calculating the phase value φ (α, β, m), is a value greatly deviated from the sine curve representing the phase value to be originally obtained, When the three-dimensional shape data of the measurement object OB is created using the calculated phase value, the measurement accuracy of the three-dimensional shape data is poor. Therefore, the measurement accuracy of the three-dimensional shape data of the measurement object OB depends on the value of the sensor data D (n, m), and thus the maximum value H (α, β, m) and the deviation E (α, β, m). ) Can be an index representing how much the sensor data D (n, m) is different from a sinusoidal curve representing a phase value to be originally obtained. For example, if the maximum value H (α, β, m) is too large, the sensor data D (n, m) may reach the upper limit value. In this case, the sensor data D (n, m) The value of may not be able to indicate the original sinusoidal value. Further, when the deviation amount E (α, β, m) is too small (that is, when the deviation is large), there is a possibility that the value of the sensor data D (n, m) is greatly deviated from the value on the original sine curve. There is. Thus, the maximum value H (α, β, m) and the deviation amount E (α, β, m) are determined from the sine curve representing the phase value that the sensor data D (n, m) should originally obtain. In other words, it can be said that the evaluation data represents the measurement accuracy of the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data of the measurement object OB is created using the phase value.

ステップS124にて位相値および評価データの計算がされ、計算結果が3次元画像生成装置36に入力された後に、コントローラ50はステップS126に進み、このステップS126にて3次元画像生成装置36に図3に示す3次元形状データ計算プログラムを実行させて、画素ごとに得られた3つの位相値から最適な位相値を選び出し、選び出した位相値を用いて測定対象物OBの3次元形状を計算する。   After the phase value and the evaluation data are calculated in step S124 and the calculation result is input to the three-dimensional image generation device 36, the controller 50 proceeds to step S126. 3 is executed to select the optimum phase value from the three phase values obtained for each pixel, and the three-dimensional shape of the measurement object OB is calculated using the selected phase value. .

図3に示す3次元形状データ計算プログラムは、フォトセンサ124の各画素P(α,β)においてレーザー光の強度ごとに得られた評価データを評価して、その評価データが属するデータ群中の形状計算用データによって測定対象物OBの3次元形状データを作成したときに測定精度が良好になる評価データを抽出し、抽出した評価データが属するデータ群の形状計算用データ(位相値および受光位置)を選択し、選択した形状計算用データを用いて測定対象物OBの3次元形状データを作成するプログラムである。このプログラムは図3のステップS200にて開始され、ステップS202にて画素の座標番号αおよびβを初期化(α=0,β=0)する。次いでステップS204に進み、画素P(α,β)において得られた評価データとしての極大値H(α,β,0)、H(α,β,1)、H(α,β,2)を取出し、この中から値が下限値A以上且つ上限値B以下である評価データを抽出する(評価データ抽出ステップ)。抽出の基準となる値AおよびBは、的確に光量曲線の極大値を特定することができるような上限値および下限値である。このステップの処理の実行により、図4(a)に示す光量曲線のように本来の極大値が大きすぎてセンサデータD(n,m)ではその極大値を示すことができない光量曲線や、図4(b)に示す光量曲線のように極大値が小さすぎて、明確な極大値を特定することができない光量曲線から求められた極大値が除外される。図4(a)に示す光量曲線は、例えば測定対象物の反射率が高い部分に強度の大きいレーザー光を照射したときの反射光を受光した場合に生成される可能性がある。図4(b)に示す光量曲線は、例えば測定対象物の反射率が低い部分に強度の小さいレーザー光を照射したときの反射光を受光した場合に生成される可能性がある。   The three-dimensional shape data calculation program shown in FIG. 3 evaluates evaluation data obtained for each intensity of laser light in each pixel P (α, β) of the photosensor 124, and in the data group to which the evaluation data belongs. Evaluation data that improves the measurement accuracy when three-dimensional shape data of the measurement object OB is created using the shape calculation data, and the shape calculation data (phase value and light receiving position) of the data group to which the extracted evaluation data belongs. ), And the three-dimensional shape data of the measurement object OB is created using the selected shape calculation data. This program is started in step S200 in FIG. 3, and pixel coordinate numbers α and β are initialized (α = 0, β = 0) in step S202. In step S204, the local maximum values H (α, β, 0), H (α, β, 1), H (α, β, 2) as evaluation data obtained in the pixel P (α, β) are obtained. Take out and extract evaluation data whose value is not less than the lower limit A and not more than the upper limit B (evaluation data extraction step). The values A and B serving as the extraction reference are an upper limit value and a lower limit value that can accurately specify the maximum value of the light amount curve. By executing the processing in this step, a light amount curve such as the light amount curve shown in FIG. 4A that is too large for the sensor data D (n, m) to indicate the maximum value, Like the light amount curve shown in 4 (b), the maximum value obtained from the light amount curve in which the maximum value is too small to specify a clear maximum value is excluded. The light amount curve shown in FIG. 4A may be generated when, for example, reflected light is received when a laser beam having a high intensity is irradiated onto a portion where the reflectance of the measurement object is high. The light amount curve shown in FIG. 4B may be generated when, for example, reflected light is received when a low-intensity laser beam is irradiated onto a portion of the measurement object having a low reflectance.

ここで、図4(a)に示す光量曲線や、図4(b)に示す光量曲線は、上述のように正確な極大値を示すことができない可能性が高い。このような場合はセンサデータD(n,m)の値も本来求めるべき位相値を表す正弦曲線上の値から大きくずれている可能性が高い。よって、このようなセンサデータD(n,m)を用いて算出される位相値の精度も悪く、ひいてはその位相値から求められる測定対象物の3次元形状データの測定精度も悪くなる可能性が高い。よって、このステップS214では、上述ように測定対象物の3次元形状データの測定精度が悪くなると考えられる評価データを含むデータ群を除外し、測定精度が良好と考えられるデータ群を絞り込む処理を行っていることになる。   Here, there is a high possibility that the light amount curve shown in FIG. 4A and the light amount curve shown in FIG. 4B cannot show an accurate maximum value as described above. In such a case, there is a high possibility that the value of the sensor data D (n, m) is largely deviated from the value on the sine curve representing the phase value that should be originally obtained. Therefore, the accuracy of the phase value calculated using such sensor data D (n, m) is also poor, and as a result, the measurement accuracy of the three-dimensional shape data of the measurement object obtained from the phase value may be deteriorated. high. Therefore, in step S214, as described above, the data group including the evaluation data that is considered to be deteriorated in the measurement accuracy of the three-dimensional shape data of the measurement object is excluded, and the data group that is considered that the measurement accuracy is good is narrowed down. Will be.

次に、3次元画像生成装置36はステップS206に進み、ステップS204にて抽出された評価データの個数が一つであるかを判定する。ステップS206における判定がYesである場合、つまり、ステップS204にて抽出された極大値Hが一つである場合はステップS210に進む。一方、ステップS206における判定がNoの場合は、次のステップS208に進む。   Next, the three-dimensional image generation apparatus 36 proceeds to step S206, and determines whether the number of evaluation data extracted in step S204 is one. If the determination in step S206 is Yes, that is, if the maximum value H extracted in step S204 is one, the process proceeds to step S210. On the other hand, if the determination in step S206 is No, the process proceeds to the next step S208.

ステップS208では、レーザー光の強度ごとに求められた評価データとしてのずれ量E(α,β,0)、E(α,β,1)、E(α,β,2)を取り出し、このうちで最大のものを選択する(評価データ抽出ステップ)。このとき、上記のステップS204にて抽出されなかった極大値Hが属するデータ群からは、このステップS208にてずれ量Eを取り出さなくてもよい。また、この場合において、ずれ量EはセンサデータD(0,m)〜D(8,m)をフーリエ変換して所定の周波数範囲に区分した度数分布図を作成したときの全体の度数に対する縞模様の周波数近傍の周波数範囲の度数の割合であるため、ずれ量Eが大きいほどセンサデータD(0,m)〜D(8,m)が表す曲線の波形が正弦波形に近いことを示す。なお、ずれ量Eを、上記フーリエ変換して度数分布図を作成したときの全体の度数に対する縞模様の周波数近傍の周波数範囲以外の度数の割合とした場合には、ずれ量Eが小さいほどデータが表す曲線の波形が正弦波形に近いことを示すので、この場合はステップS208ではずれ量Eが最小のものを選択する。   In step S208, deviations E (α, β, 0), E (α, β, 1), E (α, β, 2) are taken out as evaluation data obtained for each intensity of the laser beam. The largest one is selected (evaluation data extraction step). At this time, it is not necessary to extract the deviation amount E in step S208 from the data group to which the maximum value H not extracted in step S204 belongs. Further, in this case, the deviation amount E is a fringe with respect to the entire frequency when a frequency distribution diagram in which the sensor data D (0, m) to D (8, m) is Fourier-transformed and divided into predetermined frequency ranges is created. Since the frequency ratio is in the frequency range near the pattern frequency, the larger the deviation amount E, the closer the waveform of the curve represented by the sensor data D (0, m) to D (8, m) is closer to the sine waveform. When the deviation amount E is a ratio of frequencies other than the frequency range in the vicinity of the fringe pattern frequency to the total frequencies when the frequency distribution diagram is created by the Fourier transform, the smaller the deviation amount E, the more data In this case, in step S208, the one having the smallest deviation amount E is selected.

このステップS208の処理は、評価データとしてのずれ量Eの中から、正弦曲線に最も近い曲線から算出されたずれ量を選び出す処理である。この処理は、例えばセンサデータから図5(a)に示す光量曲線と図5(b)に示す光量曲線が得られた場合に、両曲線をそれぞれフーリエ変換して図6(a)および図6(b)に示すような度数分布図を作成し、これらの度数分布図を比較して、縞模様の周波数近傍の周波数範囲以外の度数が少ない、つまりノイズの少ない図6(b)の度数分布図を選択するような処理と同じである。このようにして選択されたずれ量Eにより表される光量曲線は、より正弦波形に近い形状であり、このように正弦波形に近い波形を持つ曲線から算出された位相値は本来求めるべき位相値と同一であるかそれに近い値であると予測される。よって、このような位相値を基に測定対象物OBの3次元形状を測定した場合にはその測定精度も良好になると考えられる。なお、この処理は所定の範囲に該当するものを抽出する処理ではなく、評価データ同士を比較して最も好ましい値を選択する処理であるので、このステップS208の処理により残る評価データは必ず一つとなる。   The process of step S208 is a process of selecting a deviation amount calculated from a curve closest to the sine curve from the deviation amount E as evaluation data. In this process, for example, when the light amount curve shown in FIG. 5A and the light amount curve shown in FIG. 5B are obtained from the sensor data, both the curves are Fourier-transformed, respectively, and FIG. 6A and FIG. A frequency distribution chart as shown in FIG. 6B is created, and these frequency distribution charts are compared, and the frequency distribution in FIG. The process is the same as selecting a figure. The light amount curve represented by the deviation amount E thus selected has a shape closer to a sine waveform, and the phase value calculated from the curve having a waveform close to a sine waveform is the phase value to be originally obtained. Is predicted to be the same or close to that. Therefore, when the three-dimensional shape of the measurement object OB is measured based on such a phase value, the measurement accuracy is considered to be good. Note that this process is not a process of extracting the data corresponding to the predetermined range, but a process of comparing the evaluation data and selecting the most preferable value, so that there is always one evaluation data remaining by the process of step S208. Become.

以上のステップS204〜S208の処理の実行によって、3次元画像生成装置36は最終的に一つの評価データを抽出する(評価データ抽出ステップ)。そして、次のステップS210にて、3次元画像生成装置36は、抽出した評価データ(極大光量の評価データまたはずれ量の評価データ)が属するデータ群中の位相値φ(α,β,m)を正式な位相値φ(α,β)として選択する(位相値選択ステップ)。次いで、ステップS212にて、現在評価している画素P(α,β)のY座標値の座標番号βが最後の座標番号βmであるかを判定する。この判定がNoである場合は、X座標値がX(α)である画素の中にいまだ最適な位相値φ(α,β)を選択していない画素P(α,β)が残っていることになる。よって、ステップS212の判定がNoの場合はステップS214に進んでβをインクリメントし、ステップS204に戻って上記の抽出および選択を繰り返す。ステップS212の判定がYesの場合は、X座標値がX(α)である画素の全てについて最適な位相値φ(α,β)が選択されたことになるので、この場合はステップS216に進む。   By executing the processes in steps S204 to S208, the three-dimensional image generation device 36 finally extracts one evaluation data (evaluation data extraction step). Then, in the next step S210, the three-dimensional image generation device 36 determines the phase value φ (α, β, m) in the data group to which the extracted evaluation data (maximum light amount evaluation data or deviation amount evaluation data) belongs. Is selected as the formal phase value φ (α, β) (phase value selection step). Next, in step S212, it is determined whether the coordinate number β of the Y coordinate value of the currently evaluated pixel P (α, β) is the last coordinate number βm. When this determination is No, a pixel P (α, β) that has not yet selected an optimum phase value φ (α, β) remains among pixels whose X coordinate value is X (α). It will be. Therefore, if the determination in step S212 is No, the process proceeds to step S214, β is incremented, and the process returns to step S204 to repeat the above extraction and selection. If the determination in step S212 is Yes, the optimum phase value φ (α, β) has been selected for all the pixels having the X coordinate value X (α). In this case, the process proceeds to step S216. .

ステップS216では、現在評価している画素P(α,β)のX座標番号αが最後の座標番号αmであるかを判定する。この判定がNoである場合は、X座標値の座標番号αがα+1以上である画素がいまだ最適な位相値φ(α,β)を選択していないことになる。よって、ステップS216の判定がNoの場合はステップS218に進んでαをインクリメントし、さらにステップS220にてβを初期化(β=0)した後に、ステップS204に戻って上記の抽出および選択を繰り返す。ステップS216の判定がYesである場合は、全ての画素においての上記抽出および選択が終了したとみなせるので、この場合はステップS222に進む。   In step S216, it is determined whether or not the X coordinate number α of the currently evaluated pixel P (α, β) is the last coordinate number αm. When this determination is No, the pixel whose coordinate number α of the X coordinate value is α + 1 or more has not yet selected the optimum phase value φ (α, β). Accordingly, if the determination in step S216 is No, the process proceeds to step S218, α is incremented, β is initialized (β = 0) in step S220, and then the process returns to step S204 to repeat the above extraction and selection. . If the determination in step S216 is Yes, it can be considered that the extraction and selection has been completed for all pixels, and in this case, the process proceeds to step S222.

ステップS222においては、位相シフト法による3次元形状測定において行われる計算により、選択された位相値φ(α,β)に対応する縞模様における縞のラインの照射方向θx(α,β)が検出される。ここで、位相値φは0〜2πの値が繰り返されており、縞位相も0〜2πの位相値が繰り返されている。したがって、各画素P(α,β)の各受光位置(X(α),Y(β))における位相値φ(α,β)と縞模様の縞位相とを1対1に対応させるため、前述したように、基準画像データにおいて輝度分布が正弦波形となっている縞模様の中の1箇所に光量が周囲と大きく異なるラインを設け、この箇所を基準に画素と縞のラインとを1対1に対応させ、この箇所から順に位相値によって画素と縞のラインとの対応付けを行う。   In step S222, the irradiation direction θx (α, β) of the stripe line in the striped pattern corresponding to the selected phase value φ (α, β) is detected by calculation performed in the three-dimensional shape measurement by the phase shift method. Is done. Here, the phase value φ is repeated with a value of 0 to 2π, and the fringe phase is also repeated with a phase value of 0 to 2π. Therefore, in order to make the phase value φ (α, β) and the stripe phase of the striped pattern have a one-to-one correspondence with each light receiving position (X (α), Y (β)) of each pixel P (α, β), As described above, a line having a light amount significantly different from the surroundings is provided at one place in the stripe pattern in which the luminance distribution has a sine waveform in the reference image data, and a pair of a pixel and a stripe line is set based on this place. The pixel and the stripe line are associated with each other by the phase value in this order.

ステップS222にて縞のラインの照射方向θx(α,β)を計算した後は、3次元画像生成装置36はステップS224に進み、画素P(α,β)の位置(X(α)、Y(β))(これらの値は反射光の方向を表す値である)とこれに対応する縞のラインの照射方向θx(α,β)から、対応する測定対象物表面の3次元座標値(x、y、z)を計算する。そして、ステップS226に進んでこのプログラムの実行を終了する。   After calculating the irradiation direction θx (α, β) of the stripe line in step S222, the three-dimensional image generation device 36 proceeds to step S224, and the position of the pixel P (α, β) (X (α), Y (Β)) (these values are values representing the direction of the reflected light) and the irradiation direction θx (α, β) of the corresponding fringe line, and the corresponding three-dimensional coordinate values ( x, y, z) is calculated. Then, the process proceeds to step S226 to finish the execution of this program.

このようにして、図2のステップS126にてコントローラ50が3次元画像生成装置36に測定対象物OBの3次元座標値(点群データ)を計算させた後、コントローラ50はステップS128に進み、3次元画像生成装置36に3次元座標値(点群データ)を用いて測定対象物OBの3次元画像データを作成させ(形状データ作成ステップ)、作成した3次元画像データを表示装置54に出力するように指令する。これにより表示装置54には、入力した3次元画像データに基づいて測定対象物OBの3次元画像が表示される。   In this way, after the controller 50 causes the three-dimensional image generation device 36 to calculate the three-dimensional coordinate value (point cloud data) of the measurement object OB in step S126 of FIG. 2, the controller 50 proceeds to step S128. The 3D image generation device 36 generates 3D image data of the measurement object OB using the 3D coordinate values (point cloud data) (shape data generation step), and outputs the generated 3D image data to the display device 54. To do. As a result, a three-dimensional image of the measurement object OB is displayed on the display device 54 based on the input three-dimensional image data.

以上のように、本実施形態の3次元形状測定装置1は、測定対象物OBに形成される縞模様の縞位相が複数の異なる位相の各々である場合に照射光が所定の複数の異なる強度で測定対象物OBに照射されるように、照射光の強度を制御する強度制御手段としてのレーザー強度制御回路136を備えている。また、データ処理装置30は、フォトセンサ124が出力する受光信号(センサデータD(n,m))に基づいて、所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物に照射している各々の場合における位相値φ(α,β,m)を受光位置(X(α),Y(β))ごとに算出するとともに、算出した位相値φ(α,β,m)を用いて測定対象物OBの3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度に関する評価データとしての極大値H(α,β,m)およびずれ量(α,β,m)を、受光信号(センサデータD(n,m))に基づいて、所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物OBに照射している各々の場合ごとに算出するデータ演算回路34と、データ演算回路34によって所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物OBに照射している各々の場合ごとに算出された評価データ(極大値H(α,β,m)、ずれ量E(α,β,m))の中から、対応する位相値φ(α,β,m)つまりその評価データの算出に用いた受光信号(センサデータD(n,m))から得られる位相値φ(α,β,m)を用いて測定対象物OBの3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度が良好になる評価データを抽出するとともに、抽出した評価データを算出した受光信号(センサデータD(n,m))から得られる位相値φ(α,β)に基づいて測定対象物OBの3次元形状データを作成する3次元画像生成装置36とを備えて構成されている。   As described above, the three-dimensional shape measuring apparatus 1 of the present embodiment is configured so that the irradiation light has a plurality of different intensities when the stripe phase of the stripe pattern formed on the measurement object OB is each of a plurality of different phases. Is provided with a laser intensity control circuit 136 as an intensity control means for controlling the intensity of the irradiated light so that the measurement object OB is irradiated. Further, the data processing device 30 irradiates the measurement object with the irradiation light with a predetermined plurality of different intensities based on the light reception signal (sensor data D (n, m)) output from the photosensor 124. In this case, the phase value φ (α, β, m) is calculated for each light receiving position (X (α), Y (β)), and the measured object is calculated using the calculated phase value φ (α, β, m). When the three-dimensional shape data of OB is created, the maximum value H (α, β, m) and the shift amount (α, β, m) as evaluation data relating to the measurement accuracy of the three-dimensional shape data are obtained as the received light signal (sensor Based on the data D (n, m)), the data calculation circuit 34 for calculating each of the cases where the measurement object OB is irradiated with the irradiation light with a plurality of predetermined different intensities, and the data calculation circuit 34 Measure the irradiated light at multiple different intensities From the evaluation data (maximum value H (α, β, m), deviation E (α, β, m)) calculated for each case where the object OB is irradiated, the corresponding phase value φ ( α, β, m), that is, the three-dimensional measurement object OB using the phase value φ (α, β, m) obtained from the received light signal (sensor data D (n, m)) used to calculate the evaluation data. Extracting evaluation data that improves the measurement accuracy of the three-dimensional shape data when the shape data is created, and a phase value obtained from the received light signal (sensor data D (n, m)) obtained by calculating the extracted evaluation data and a three-dimensional image generation device 36 that generates three-dimensional shape data of the measurement object OB based on φ (α, β).

したがって、評価データとしての極大値H(α,β,m)およびずれ量E(α,β,m)を評価することによって、各々の強度の照射光について算出された位相値φ(α,β,m)の中から、その照射光の照射位置における反射率に最も見合った強度の照射光で照射された場合に算出された位相値、すなわち3次元形状測定の測定精度が最も良好になる位相値φ(α,β)を選択することができる。このように選択した位相値φ(α,β)を用いて測定対象物OBの3次元形状を測定することにより、測定対象物の反射率の変化による3次元形状データの測定精度の悪化を防止あるいは抑制することができる。   Therefore, by evaluating the maximum value H (α, β, m) and the shift amount E (α, β, m) as evaluation data, the phase value φ (α, β calculated for the irradiation light of each intensity is obtained. M), the phase value calculated when the irradiation light having the intensity most suitable for the reflectance at the irradiation position of the irradiation light, that is, the phase at which the measurement accuracy of the three-dimensional shape measurement is the best. The value φ (α, β) can be selected. By measuring the three-dimensional shape of the measurement object OB using the phase value φ (α, β) thus selected, the measurement accuracy of the three-dimensional shape data is prevented from deteriorating due to the change in the reflectance of the measurement object. Alternatively, it can be suppressed.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について説明する。上記第1実施形態では、測定対象物に照射するレーザー光の強度を変更して、変更したレーザー光の強度ごとに受光素子の各点にて位相値を求めるとともに、評価データを基に強度ごとに算出した位相値から最適な位相値を選択する例を示した。これに対し、本実施形態では測定対象物に照射するレーザー光の強度を一定とし、フォトセンサの受光時間を異なる複数の受光時間に設定し、異なる複数の受光時間ごとに受光した反射光の受光データから位相値および評価データを求め、評価データを基に上記受光時間ごとに求めた位相値の中から最適な位相値を選択することを特徴とするものである。以下、上記特徴点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the said 1st Embodiment, while changing the intensity | strength of the laser beam irradiated to a measuring object, for every intensity | strength based on evaluation data while calculating | requiring a phase value in each point of a light receiving element for every intensity | strength of the changed laser beam An example is shown in which the optimum phase value is selected from the calculated phase values. On the other hand, in this embodiment, the intensity of the laser beam applied to the measurement object is constant, the photosensor light reception times are set to a plurality of different light reception times, and the reflected light received at each of the different light reception times is received. A phase value and evaluation data are obtained from the data, and an optimum phase value is selected from the phase values obtained for each light receiving time based on the evaluation data. Hereinafter, the above feature points will be mainly described.

本実施形態の3次元形状測定装置の基本構成は、上記第1実施形態にて説明した図1に示す3次元形状測定装置1と同じである。よって、本実施形態でも図1に示す3次元形状測定装置1の構成および上述の説明を援用する。ただし、レーザー強度制御回路136は、レーザー光源112から常に一定の強度のレーザー光が出射するようにレーザー駆動回路134がレーザー光源112に供給する電流および電圧を制御している。この点が上記第1実施形態例と異なる。なお、このレーザー強度制御回路136を省略し、コントローラ50側からレーザー駆動回路122に一定の強度指令を出力してもよい。   The basic configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus of this embodiment is the same as that of the three-dimensional shape measuring apparatus 1 shown in FIG. 1 described in the first embodiment. Therefore, the present embodiment also uses the configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus 1 shown in FIG. 1 and the above description. However, the laser intensity control circuit 136 controls the current and voltage that the laser driving circuit 134 supplies to the laser light source 112 so that the laser light source 112 always emits laser light with a constant intensity. This is different from the first embodiment. The laser intensity control circuit 136 may be omitted, and a constant intensity command may be output from the controller 50 side to the laser drive circuit 122.

また、本実施形態の3次元形状測定装置を用いて測定対象物OBの3次元形状を測定する際には、コントローラ50は図7に示す形状測定プログラムを実行する。このプログラムは図7のステップS300にて開始され、ステップS302にて位相カウンタnおよび時間カウンタmが初期化(n=0,m=0)される。次いで、ステップS304にて各種回路を作動させる。続いて、ステップS306にて位相がn・(π/4)の画像データが液晶フィルタ116上に描かれるようにコントローラ50が画像データ供給回路132に指令を出力する。これによりレーザー光源112から出射するレーザー光が液晶フィルタ116を通って縞状の光とされる。この縞状の光が測定対象物OBに照射され、測定対象物OBには縞模様Aが形成される(光照射ステップ)。この縞模様Aを形成する照射光の反射光はフォトセンサ124に受光される。   Further, when measuring the three-dimensional shape of the measurement object OB using the three-dimensional shape measurement apparatus of the present embodiment, the controller 50 executes the shape measurement program shown in FIG. This program is started in step S300 of FIG. 7, and the phase counter n and the time counter m are initialized (n = 0, m = 0) in step S302. Next, various circuits are operated in step S304. Subsequently, in step S <b> 306, the controller 50 outputs a command to the image data supply circuit 132 so that the image data having a phase of n · (π / 4) is drawn on the liquid crystal filter 116. As a result, the laser light emitted from the laser light source 112 passes through the liquid crystal filter 116 and becomes striped light. The striped light is irradiated onto the measurement object OB, and a stripe pattern A is formed on the measurement object OB (light irradiation step). The reflected light of the irradiation light that forms the stripe pattern A is received by the photosensor 124.

次に、コントローラ50は、ステップS308にて電荷蓄積時間τを時間τmに設定する。ここで、電荷蓄積時間とは、フォトセンサ124を構成する各受光素子であるCCDまたはCMOSが反射光を受光するときの受光時間であり、反射光を受光することによって各受光素子が電荷を蓄積する時間である。この電荷蓄積時間はコントローラ50により設定される。具体的には、コントローラ50は、電荷蓄積時間としてτ0,τ1,τ2の3種類の時間を記憶しており、時間カウンタmの値(m=0,1,2)によって設定する電荷蓄積時間を振り分ける。いま、ステップS302にて時間カウンタmが初期化されているので、最初はこの電荷蓄積時間τmはτ0に設定される。   Next, the controller 50 sets the charge accumulation time τ to time τm in step S308. Here, the charge accumulation time is the light reception time when the CCD or CMOS, which is each light receiving element constituting the photosensor 124, receives reflected light, and each light receiving element accumulates charge by receiving the reflected light. It is time to do. This charge accumulation time is set by the controller 50. Specifically, the controller 50 stores three types of time τ0, τ1, and τ2 as the charge accumulation time, and sets the charge accumulation time set by the value of the time counter m (m = 0, 1, 2). Distribute. Now, since the time counter m is initialized in step S302, the charge accumulation time τm is initially set to τ0.

ステップS308にて電荷蓄積時間τmが設定された場合、コントローラ50はこの電荷蓄積時間τmにて反射光を受光するように、センサ信号取出し回路32を介してフォトセンサ124に指令する。これによりフォトセンサ124内のCCDなどの受光素子は、設定された電荷蓄積時間τmだけ反射光を受光し、受光信号を出力するようになる。   When the charge accumulation time τm is set in step S308, the controller 50 instructs the photosensor 124 via the sensor signal extraction circuit 32 to receive the reflected light at the charge accumulation time τm. As a result, a light receiving element such as a CCD in the photosensor 124 receives the reflected light for the set charge accumulation time τm and outputs a light receiving signal.

次いで、ステップS309にて所定時間T(T>τ0,τ1,τ2)の経過を待ち、その後ステップS310に進み、このステップS310にてデータ演算回路34にセンサデータD(n,m)を取り込むように指令する。これによりデータ演算回路34はフォトセンサ124からセンサデータD(n,m)を取り込む。このセンサデータD(n,m)は、位相カウンタがn、時間カウンタがmであるときに測定対象物OBに照射されたレーザー光の反射光をフォトセンサ124が電荷蓄積時間τmだけ受光し、フォトセンサ124の各画素P(α,β)が出力する受光信号をセンサ信号取出し回路32が増幅し信号強度をデジタルにしたデータであり、フォトセンサ124の各画素が出力する受光信号に対応する。   Next, in step S309, the process waits for the elapse of a predetermined time T (T> τ0, τ1, τ2), and then proceeds to step S310. In this step S310, the sensor data D (n, m) is taken into the data calculation circuit 34. To As a result, the data calculation circuit 34 takes in the sensor data D (n, m) from the photosensor 124. The sensor data D (n, m) is obtained when the photosensor 124 receives the reflected light of the laser beam irradiated to the measurement object OB when the phase counter is n and the time counter is m, and the charge accumulation time τm. This is data obtained by amplifying the light reception signal output from each pixel P (α, β) of the photosensor 124 by the sensor signal extraction circuit 32 and digitalizing the signal intensity, and corresponds to the light reception signal output from each pixel of the photosensor 124. .

次に、コントローラ50はステップS312に進み、時間カウンタmが3以上であるかを判定し、この判定結果がNoである場合はステップS314に進む。ステップS314では時間カウンタmをインクリメントする。その後ステップS307に戻る。このステップS307〜S314の繰り返しによって、測定対象物OBに形成される縞模様の縞位相がn・(π/4)である場合に、フォトセンサ124が3種類の電荷蓄積時間(τ0,τ1,τ2)にて反射光を受光し、それぞれの電荷蓄積時間ごとにセンサデータD(n,m)がデータ演算回路34に取り込まれる。   Next, the controller 50 proceeds to step S312, determines whether the time counter m is 3 or more, and proceeds to step S314 if the determination result is No. In step S314, the time counter m is incremented. Thereafter, the process returns to step S307. When the fringe phase of the fringe pattern formed on the measurement object OB is n · (π / 4) by repeating these steps S307 to S314, the photosensor 124 has three types of charge accumulation times (τ0, τ1, The reflected light is received at τ 2), and sensor data D (n, m) is taken into the data calculation circuit 34 for each charge accumulation time.

ステップS312にて時間カウンタmが3以上であると判定した場合には、ステップS316に進む。ステップS316では位相カウンタnが9以上であるかを判定する。この判定結果がNoである場合はステップS318に進み、位相カウンタnをインクリメントする。次にステップS320に進んで時間カウンタmを初期化(m=0)し、ステップS306に戻る。このステップS306〜S320の繰り返しにより、位相カウンタnが順次インクリメントされて測定対象物OBに形成される縞模様の縞位相が順次変化する(縞走査ステップ)。この縞位相が変化するごとに、縞模様を形成する照射光の反射光が3種類の電荷蓄積時間(τ0,τ1,τ2)にて受光される(受光ステップ)とともに、対応するセンサデータがデータ演算回路34に取得される。このためデータ演算回路34には、上記表1と同様なデータが取り込まれることになる。   If it is determined in step S312 that the time counter m is 3 or more, the process proceeds to step S316. In step S316, it is determined whether the phase counter n is 9 or more. If the determination result is No, the process proceeds to step S318, and the phase counter n is incremented. In step S320, the time counter m is initialized (m = 0), and the process returns to step S306. By repeating these steps S306 to S320, the phase counter n is sequentially incremented, and the fringe phase of the fringe pattern formed on the measurement object OB is sequentially changed (stripe scanning step). Each time the fringe phase changes, the reflected light of the irradiation light forming the fringe pattern is received in three types of charge accumulation times (τ0, τ1, τ2) (light receiving step), and the corresponding sensor data is data. Obtained by the arithmetic circuit 34. For this reason, the data calculation circuit 34 receives the same data as in Table 1 above.

ステップS316にて位相カウンタnが9以上であると判定された場合には、ステップS322に進む。ステップS322では各種回路の作動が停止される。次いで、コントローラ50はステップS324に進み、データ演算回路34に位相値、評価データを算出させる(位相値算出ステップ、評価データ算出ステップ)。この算出は上記第1実施形態にて説明したステップS124における計算と同様であるので具体的な説明は省略するが、本実施形態でも第1実施形態と同じように、一つの受光位置(画素)ごとに、受光信号の強度に影響するパラメータが異なる条件(本実施形態では異なった電荷蓄積時間)にて複数の位相値が評価データとともに算出される。   When it is determined in step S316 that the phase counter n is 9 or more, the process proceeds to step S322. In step S322, the operation of various circuits is stopped. Next, the controller 50 proceeds to step S324, and causes the data calculation circuit 34 to calculate a phase value and evaluation data (phase value calculation step, evaluation data calculation step). Since this calculation is the same as the calculation in step S124 described in the first embodiment, a specific description is omitted. However, in this embodiment as well, one light receiving position (pixel) is the same as in the first embodiment. For each, a plurality of phase values are calculated together with the evaluation data under conditions where parameters affecting the intensity of the received light signal are different (in this embodiment, different charge accumulation times).

次いで、コントローラ50はステップS326に進み、3次元画像生成装置36に測定対象物OBの3次元形状データを計算させる。この計算も上記第1実施形態にて説明したステップS126における計算と同様であるので具体的な説明は省略するが、本実施形態でも第1実施形態と同じように、一つの受光位置(画素)ごとに、受光信号の強度に影響するパラメータが異なる条件(本実施形態では異なった電荷蓄積時間)にて算出された複数の評価データ(極大値H(α,β,m)、ずれ量E(α,β,m))の中から、その評価データの算出に用いたセンサデータから得られる位相値φ(α,β,m)を用いて測定対象物OBの3次元形状データを作成したときの測定精度が良好になる評価データを抽出し(評価データ抽出ステップ)、抽出した評価データを算出したセンサデータから得られる位相値を、その受光位置における正式な位相値φ(α,β)として選択し(位相値選択ステップ)、選択した位相値を用いて測定対象物OBの3次元座標値(点群データ)を作成する(形状データ作成ステップ)。上記抽出、選択および計算を行うにあたり、第1実施形態にて説明した図3のプログラムを援用することができる。   Next, the controller 50 proceeds to step S326 and causes the three-dimensional image generation device 36 to calculate the three-dimensional shape data of the measurement object OB. Since this calculation is the same as the calculation in step S126 described in the first embodiment, a detailed description thereof will be omitted. However, in this embodiment as well, as in the first embodiment, one light receiving position (pixel) is obtained. Each of the plurality of evaluation data (maximum values H (α, β, m), deviation amount E () calculated under conditions where the parameters affecting the intensity of the received light signal are different (in this embodiment, different charge accumulation times). When the three-dimensional shape data of the measurement object OB is created using the phase value φ (α, β, m) obtained from the sensor data used for calculating the evaluation data among α, β, m)) The evaluation data that improves the measurement accuracy of is extracted (evaluation data extraction step), and the phase value obtained from the sensor data calculated from the extracted evaluation data is used as the formal phase value φ (α, β) at the light receiving position Select (Phase Selection step), to create three-dimensional coordinate values of the measurement object OB (point group data) by using the phase value selected (shape data creation step). In performing the extraction, selection, and calculation, the program of FIG. 3 described in the first embodiment can be used.

続いて、コントローラ50はステップS328に進み、3次元画像生成装置36に3次元座標値(点群データ)を用いて測定対象物OBの3次元画像データを作成させ(形状データ作成ステップ)、作成した3次元画像データを表示装置54に出力するように指令する。これにより表示装置54には、入力した3次元画像データに基づいて測定対象物OBの3次元画像が表示される。   Subsequently, the controller 50 proceeds to step S328 and causes the three-dimensional image generation device 36 to create three-dimensional image data of the measurement object OB using the three-dimensional coordinate values (point cloud data) (shape data creation step). The display unit 54 is instructed to output the three-dimensional image data. As a result, a three-dimensional image of the measurement object OB is displayed on the display device 54 based on the input three-dimensional image data.

以上のように、本実施形態の3次元形状測定装置においては、測定対象物OBに形成される縞模様の縞位相が複数の異なる位相である各々の場合について、フォトセンサ124は所定の複数の異なる電荷蓄積時間(受光時間)τ0,τ1,τ2にて反射光を受光し、受光した反射光の光量に応じた受光信号を所定の複数の異なる電荷蓄積時間にて反射光を受光するごとに出力している。また、データ処理装置30は、フォトセンサ124が出力する受光信号(センサデータD(n,m))に基づいて、所定の複数の異なる電荷蓄積時間τ0,τ1,τ2にて反射光がフォトセンサ124に受光される各々の場合における位相値φ(α,β,m)を算出するとともに、算出した位相値を用いて測定対象物OBの3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度に関する評価データとしての極大値H(α,β,m)およびずれ量E(α,β,m)を、受光信号(センサデータD(n,m))に基づいて、所定の複数の異なる電荷蓄積時間で反射光を受光している各々の場合ごとに算出するデータ演算回路34と、データ演算回路34によって所定の複数の異なる電荷蓄積時間にてフォトセンサ124が反射光を受光するごとに算出された評価データの中から、その評価データの算出に用いた受光信号(センサデータD(n,m))から得られる位相値φ(α,β,m)を用いて測定対象物OBの3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度が良好になる評価データを抽出するとともに、抽出した評価データの算出に用いた位相値φ(α,β)に基づいて測定対象物OBの3次元形状データを作成する3次元画像生成装置36とを備えて構成されている。   As described above, in the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present embodiment, the photosensor 124 has a predetermined plurality of stripes in each case where the stripe phases of the stripe pattern formed on the measurement object OB are a plurality of different phases. Each time the reflected light is received at different charge accumulation times (light receiving times) τ0, τ1, τ2, and a received light signal corresponding to the amount of the received reflected light is received at a plurality of predetermined different charge accumulation times. Output. In addition, the data processing device 30 reflects the reflected light at a plurality of predetermined different charge accumulation times τ 0, τ 1, τ 2 based on the light reception signal (sensor data D (n, m)) output from the photo sensor 124. The phase value φ (α, β, m) in each case received by 124 is calculated, and the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data of the measurement object OB is created using the calculated phase value. The maximum value H (α, β, m) and the shift amount E (α, β, m) as evaluation data relating to the measurement accuracy of a predetermined plurality of values are determined based on the received light signal (sensor data D (n, m)). The data calculation circuit 34 calculates for each case when the reflected light is received at different charge accumulation times, and the photosensor 124 receives the reflected light at a plurality of predetermined different charge accumulation times by the data calculation circuit 34. Measured using the phase value φ (α, β, m) obtained from the received light signal (sensor data D (n, m)) used to calculate the evaluation data from the evaluation data calculated for each light. When the three-dimensional shape data of the object OB is created, evaluation data that improves the measurement accuracy of the three-dimensional shape data is extracted, and the phase value φ (α, β) used for calculating the extracted evaluation data is extracted. And a three-dimensional image generation device 36 for generating three-dimensional shape data of the measurement object OB based on the three-dimensional image data.

したがって、評価データとしての極大値H(α,β,m)およびずれ量E(α,β,m)を評価することによって、複数の電荷蓄積時間にて反射光を受光した各々の場合について算出された位相値φ(α,β,m)の中から、その照射光の照射位置における反射率に最も見合った電荷蓄積時間にて反射光を受光した場合に算出された位相値、すなわち3次元形状測定の測定精度が最も良好になる位相値φ(α,β)を選択することができる。このように選択した位相値φ(α,β)を用いて測定対象物OBの3次元形状を測定することにより、測定対象物の反射率の変化による3次元形状データの測定精度の悪化を防止あるいは抑制することができる。   Therefore, by calculating the maximum value H (α, β, m) and the shift amount E (α, β, m) as evaluation data, calculation is performed for each case where reflected light is received in a plurality of charge accumulation times. Among the measured phase values φ (α, β, m), the phase value calculated when the reflected light is received in the charge accumulation time most suitable for the reflectance at the irradiation position of the irradiated light, that is, three-dimensional The phase value φ (α, β) that provides the best measurement accuracy of the shape measurement can be selected. By measuring the three-dimensional shape of the measurement object OB using the phase value φ (α, β) thus selected, the measurement accuracy of the three-dimensional shape data is prevented from deteriorating due to the change in the reflectance of the measurement object. Alternatively, it can be suppressed.

なお、本発明は様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、データ演算回路34にて評価データとして極大値Hとずれ量Eとともに位相値φを算出して3次元画像生成装置36に出力し、3次元画像生成装置36にて評価データを評価することにより3次元形状測定の測定精度が最も良好になる位相値φを選択したが、これに替えてデータ演算回路34では評価データとしての極大値Hとずれ量Eのみを算出してセンサデータDとともに3次元画像生成装置36に出力し、3次元画像生成装置36にて評価データを抽出することにより3次元形状測定の測定精度が最も良好になるセンサデータD(受光信号)を選択し、選択したセンサデータDから位相値φを算出するようにしてもよい。これによっても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。この場合、3次元画像生成装置36は、抽出した評価データを算出した受光信号(センサデータ)を選択する受光信号選択手段に相当し、また、選択した受光信号(センサデータ)に基づいて位相値を算出する選択位相値算出手段に相当する。また、上記実施形態においては、測定対象物に形成する縞模様の縞位相を一定にした状態で照射するレーザー光の強度または反射光の受光時間を変化させているが、これとは逆に照射するレーザー光の強度または反射光の受光時間を一定とした状態で縞模様の縞位相を縞模様の1周期分シフトさせることを繰り返し、各々の繰り返しにおいてレーザー光の強度または反射光の受光時間を変化させてもよい。   The present invention can be variously modified. For example, in the above embodiment, the data calculation circuit 34 calculates the phase value φ together with the maximum value H and the shift amount E as evaluation data, and outputs the phase value φ to the 3D image generation device 36. The phase value φ that provides the best measurement accuracy of the three-dimensional shape measurement is selected by evaluating the evaluation data. Instead, the data calculation circuit 34 calculates only the maximum value H and the deviation E as the evaluation data. Then, the sensor data D (light reception signal) that is output to the three-dimensional image generation device 36 together with the sensor data D, and that the measurement accuracy of the three-dimensional shape measurement becomes the best by extracting the evaluation data by the three-dimensional image generation device 36. And the phase value φ may be calculated from the selected sensor data D. Also by this, the same effect as the above embodiment can be obtained. In this case, the three-dimensional image generation device 36 corresponds to a light reception signal selection unit that selects a light reception signal (sensor data) from which the extracted evaluation data is calculated, and a phase value based on the selected light reception signal (sensor data). This corresponds to selection phase value calculation means for calculating. Moreover, in the said embodiment, although the intensity | strength of the laser beam irradiated or the light reception time of reflected light is changed in the state which made the striped pattern of the striped pattern formed in a measuring object constant, irradiation is performed contrary to this. Repeatedly shifting the stripe phase of the striped pattern by one period of the striped pattern with the intensity of the laser beam to be received or the light receiving time of the reflected light being constant, and in each repetition, the intensity of the laser beam or the light receiving time of the reflected light It may be changed.

本発明を適用した位相シフト法による3次元形状測定装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the three-dimensional shape measuring apparatus by the phase shift method to which this invention is applied. 第1実施形態に係る3次元形状測定装置において、コントローラが実行する測定プログラムのフローチャートである。5 is a flowchart of a measurement program executed by a controller in the three-dimensional shape measurement apparatus according to the first embodiment. 第1実施形態に係る3次元形状測定装置において、3次元画像生成装置が実行する3次元形状データ計算プログラムのフローチャートである。3 is a flowchart of a three-dimensional shape data calculation program executed by the three-dimensional image generation device in the three-dimensional shape measurement apparatus according to the first embodiment. 明確な極大値を特定することができない光量曲線の波形パターンを示す図であり、(a)は光量が大きすぎて極大値を特定することができない光量曲線、(b)は光量が小さすぎて極大値を特定することができない光量曲線を示す。It is a figure which shows the waveform pattern of the light quantity curve which cannot specify a clear maximum value, (a) is a light quantity curve which cannot specify local maximum value because light quantity is too large, (b) is too small light quantity. The light quantity curve which cannot specify local maximum is shown. センサデータから得られる光量曲線の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the light quantity curve obtained from sensor data. 図5の光量曲線をフーリエ変換して作成した度数分布図である。FIG. 6 is a frequency distribution diagram created by Fourier transforming the light amount curve of FIG. 5. 第2実施形態に係る3次元形状測定装置において、コントローラが実行する測定プログラムのフローチャートである。It is a flowchart of the measurement program which a controller performs in the three-dimensional shape measuring apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 従来の位相シフト法を用いて測定対象物の3次元形状を測定する3次元形状測定装置の概略図である。It is the schematic of the three-dimensional shape measuring apparatus which measures the three-dimensional shape of a measuring object using the conventional phase shift method. (a)は位相シフト法において液晶やスライドに形成される縞模様を表す図であり、(b)は(a)に示す縞模様の縞のライン方向と直角な方向に沿って光の強度を表した波形図である。(A) is a figure showing the stripe pattern formed in a liquid crystal or a slide in a phase shift method, (b) is light intensity along the direction orthogonal to the line direction of the stripe pattern shown in (a). FIG. 図9(a)の縞位相をずらしていった場合の各点における光量変化を表す曲線であり、(a)、(b)、(c)、(d)はそれぞれ図9(a)の点A,B,C,Dにおける光量曲線を示す。9A is a curve showing a change in light quantity at each point when the fringe phase is shifted in FIG. 9A, and FIGS. 9A, 9B, 9C, and 9D are points in FIG. 9A, respectively. The light quantity curves in A, B, C, and D are shown.

符号の説明Explanation of symbols

1…3次元形状測定装置、10…3次元センサ、11…照射装置(光照射手段)、112…レーザー光源、114…コリメーティングレンズ、116…液晶フィルタ、12…受光装置、124…フォトセンサ(受光器)、13…制御回路、132…画像データ供給回路(縞走査手段)、134…レーザー駆動回路、136…レーザー強度制御回路(強度制御手段)、30…データ処理装置(データ処理手段)、32…センサ信号取出し回路、34…データ演算回路(評価データ算出手段、位相値算出手段)、36…3次元画像生成装置(評価データ抽出手段、形状データ作成手段、位相値選択手段)、50…コントローラ(制御手段)、E…ずれ量、H…極大値、τ…電荷蓄積時間、φ…位相値、D(n,m)・・・センサデータ(受光信号) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Three-dimensional shape measuring apparatus, 10 ... Three-dimensional sensor, 11 ... Irradiation device (light irradiation means), 112 ... Laser light source, 114 ... Collimating lens, 116 ... Liquid crystal filter, 12 ... Light receiving device, 124 ... Photosensor (Receiver), 13 ... control circuit, 132 ... image data supply circuit (stripe scanning means), 134 ... laser drive circuit, 136 ... laser intensity control circuit (intensity control means), 30 ... data processing device (data processing means) 32 ... sensor signal extraction circuit, 34 ... data operation circuit (evaluation data calculation means, phase value calculation means), 36 ... three-dimensional image generation device (evaluation data extraction means, shape data creation means, phase value selection means), 50 ... Controller (control means), E ... Deviation amount, H ... Maximum value, τ ... Charge accumulation time, φ ... Phase value, D (n, m) ... Sensor data (light reception signal)

Claims (13)

測定対象物に明部と暗部が周期的に繰り返される縞模様を形成するように、測定対象物に照射光を照射する光照射手段と、測定対象物に形成される前記縞模様のそれぞれの箇所における位相である縞位相が複数の異なる位相となるように前記縞位相を変更する縞走査手段と、前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に測定対象物に照射された照射光の反射光を受光するとともに、受光した反射光の光量に応じた受光信号を出力する受光器と、前記受光器が出力する受光信号に基づいて前記受光器にて受光する光の光量変化を表す光量曲線の位相値を前記受光器における反射光の受光位置ごとに算出し、算出した位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成するデータ処理手段と、を備える3次元形状測定装置において、
前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に、照射光が所定の複数の異なる強度で測定対象物に照射されるように、照射光の強度を制御する強度制御手段を備え、
前記データ処理手段は、
前記受光器における前記反射光の前記受光位置ごとに、前記受光器が出力する受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度に関する評価データを、前記受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物に照射している各々の場合について算出する評価データ算出手段と、
前記評価データ算出手段が前記所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物に照射している各々の場合について算出した評価データの中から、その評価データの算出に用いた受光信号から得られる位相値を用いて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度が良好になる評価データを抽出する評価データ抽出手段と、
前記評価データ抽出手段が抽出した評価データの算出に用いた受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成する形状データ作成手段と、を備えることを特徴とする、3次元形状測定装置。
Light irradiation means for irradiating the measurement object with irradiation light so as to form a stripe pattern in which the bright part and the dark part are periodically repeated on the measurement object, and the respective portions of the stripe pattern formed on the measurement object A fringe scanning means for changing the fringe phase so that the fringe phase which is a phase in the plurality of different phases, and irradiation light irradiated on the measurement object when the fringe phase is each of the plurality of different phases And a light receiver that outputs a light reception signal corresponding to the amount of the reflected light received, and a light amount change of the light received by the light receiver based on the light reception signal output by the light receiver. A three-dimensional shape measuring apparatus comprising: a data processing unit that calculates a phase value of a light amount curve for each light receiving position of reflected light in the light receiver and creates three-dimensional shape data of a measurement object based on the calculated phase value. In
When the fringe phase is each of the plurality of different phases, comprising intensity control means for controlling the intensity of the irradiation light so that the irradiation light is irradiated to the measurement object with a predetermined plurality of different intensity,
The data processing means includes
Measurement of the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data of the measurement object is created based on the phase value obtained from the light reception signal output from the light receiver for each light receiving position of the reflected light in the light receiver. Evaluation data calculating means for calculating evaluation data on accuracy for each case where the measurement object is irradiated with irradiation light at the predetermined plurality of different intensities based on the received light signal;
Obtained from the received light signal used to calculate the evaluation data from the evaluation data calculated for each case where the evaluation data calculation means irradiates the measurement object with the irradiation light at the predetermined plurality of different intensities. Evaluation data extracting means for extracting evaluation data that improves the measurement accuracy of the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data of the measurement object is created using the phase value;
Shape data creating means for creating three-dimensional shape data of a measurement object based on a phase value obtained from a received light signal used for calculation of evaluation data extracted by the evaluation data extracting means, Three-dimensional shape measuring device.
請求項1に記載の3次元形状測定装置において、
前記データ処理手段は、
前記受光器における前記反射光の前記受光位置ごとに、前記受光器が出力する受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物に照射している各々の場合について位相値を算出する位相値算出手段と、
前記評価データ抽出手段が抽出した評価データの算出に用いた受光信号に基づいて前記位相値算出手段が算出した位相値を選択する位相値選択手段とを備え、
前記形状データ作成手段は、前記位相値選択手段が選択した位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成することを特徴とする、3次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1,
The data processing means includes
A phase value for each case where the measurement object is irradiated with the irradiation light at the predetermined plurality of different intensities based on the light reception signal output from the light receiver for each light reception position of the reflected light in the light receiver. Phase value calculating means for calculating
Phase value selection means for selecting the phase value calculated by the phase value calculation means based on the received light signal used to calculate the evaluation data extracted by the evaluation data extraction means,
The three-dimensional shape measuring apparatus, wherein the shape data creating means creates three-dimensional shape data of a measurement object based on the phase value selected by the phase value selecting means.
測定対象物に明部と暗部が周期的に繰り返される縞模様を形成するように、測定対象物に照射光を照射する光照射手段と、測定対象物に形成される前記縞模様のそれぞれの箇所における位相である縞位相が複数の異なる位相となるように前記縞位相を変更する縞走査手段と、前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に測定対象物に照射された照射光の反射光を受光するとともに、受光した反射光の光量に応じた受光信号を出力する受光器と、前記受光器が出力する受光信号に基づいて前記受光器にて受光する光の光量変化を表す光量曲線の位相値を前記受光器における反射光の受光位置ごとに算出し、算出した位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成するデータ処理手段と、を備える3次元形状測定装置において、
前記受光器は、前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に所定の複数の異なる受光時間にて反射光を受光し、受光した反射光の光量に応じた受光信号を前記所定の複数の異なる受光時間にて反射光を受光する各々の場合ごとに出力し、
前記データ処理手段は、
前記受光器における前記反射光の前記受光位置ごとに、前記受光器が出力する受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度に関する評価データを、前記受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる受光時間にて前記受光器が反射光を受光する各々の場合ごとに算出する評価データ算出手段と、
前記評価データ算出手段が前記所定の複数の異なる受光時間にて前記受光器が反射光を受光する各々の場合ごとに算出した評価データの中から、その評価データの算出に用いた受光信号から得られる位相値を用いて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度が良好になる評価データを抽出する評価データ抽出手段と、
前記評価データ抽出手段が抽出した評価データの算出に用いた受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成する形状データ作成手段と、を備えることを特徴とする、3次元形状測定装置。
Light irradiation means for irradiating the measurement object with irradiation light so as to form a stripe pattern in which the bright part and the dark part are periodically repeated on the measurement object, and the respective portions of the stripe pattern formed on the measurement object A fringe scanning means for changing the fringe phase so that the fringe phase which is a phase in the plurality of different phases, and irradiation light irradiated on the measurement object when the fringe phase is each of the plurality of different phases And a light receiver that outputs a light reception signal corresponding to the amount of the reflected light received, and a light amount change of the light received by the light receiver based on the light reception signal output by the light receiver. A three-dimensional shape measuring apparatus comprising: a data processing unit that calculates a phase value of a light amount curve for each light receiving position of reflected light in the light receiver and creates three-dimensional shape data of a measurement object based on the calculated phase value. In
The light receiver receives reflected light at a plurality of predetermined different light receiving times when the fringe phase is the plurality of different phases, and receives a light reception signal corresponding to the amount of the received reflected light. Output for each case of receiving reflected light at different light receiving times,
The data processing means includes
Measurement of the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data of the measurement object is created based on the phase value obtained from the light reception signal output from the light receiver for each light receiving position of the reflected light in the light receiver. Evaluation data calculation means for calculating evaluation data on accuracy for each case where the light receiver receives reflected light at the predetermined plurality of different light receiving times based on the light receiving signal;
The evaluation data calculating means obtains from the received light signal used for calculating the evaluation data from the evaluation data calculated for each case where the light receiver receives the reflected light at the predetermined different light receiving times. Evaluation data extraction means for extracting evaluation data that improves the measurement accuracy of the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data of the measurement object is created using the phase value obtained;
Shape data creating means for creating three-dimensional shape data of a measurement object based on a phase value obtained from a received light signal used for calculation of evaluation data extracted by the evaluation data extracting means, Three-dimensional shape measuring device.
請求項3に記載の3次元形状測定装置において、
前記データ処理手段は、
前記受光器における前記反射光の前記受光位置ごとに、前記受光器が出力する受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる受光時間にて前記受光器が反射光を受光する各々の場合について位相値を算出する位相値算出手段と、
前記評価データ抽出手段が抽出した評価データの算出に用いた受光信号に基づいて前記位相値算出手段が算出した位相値を選択する位相値選択手段とを備え、
前記形状データ作成手段は、前記位相値選択手段が選択した位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成することを特徴とする、3次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 3,
The data processing means includes
A phase value for each case where the light receiver receives the reflected light at the predetermined plurality of different light reception times based on a light reception signal output from the light receiver for each light reception position of the reflected light in the light receiver. Phase value calculating means for calculating
Phase value selection means for selecting the phase value calculated by the phase value calculation means based on the received light signal used to calculate the evaluation data extracted by the evaluation data extraction means,
The three-dimensional shape measuring apparatus, wherein the shape data creating means creates three-dimensional shape data of a measurement object based on the phase value selected by the phase value selecting means.
請求項1または3に記載の3次元形状測定装置において、
前記データ処理手段は、
前記評価データ抽出手段が抽出した評価データの算出に用いた受光信号を選択する受光信号選択手段と、
前記受光信号選択手段が選択した受光信号に基づいて位相値を算出する選択位相値算出手段と、を備え、
前記形状データ作成手段は、前記選択位相値算出手段が算出した位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成することを特徴とする、3次元形状測定装置。
In the three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1 or 3,
The data processing means includes
A light reception signal selection means for selecting a light reception signal used for calculation of the evaluation data extracted by the evaluation data extraction means;
A selected phase value calculating means for calculating a phase value based on the received light signal selected by the received light signal selecting means,
The three-dimensional shape measuring apparatus, wherein the shape data creating means creates three-dimensional shape data of a measurement object based on the phase value calculated by the selected phase value calculating means.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の3次元形状測定装置において、
前記評価データは、前記光量曲線の極大値に相当するデータを含むことを特徴とする、3次元形状測定装置。
In the three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The three-dimensional shape measuring apparatus, wherein the evaluation data includes data corresponding to a maximum value of the light amount curve.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の3次元形状測定装置において、
前記評価データは、前記光量曲線と、前記光量曲線の周波数に等しい正弦曲線とのずれ量に相当するデータを含むことを特徴とする、3次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 6,
The evaluation data includes data corresponding to a deviation amount between the light amount curve and a sine curve equal to a frequency of the light amount curve.
請求項7に記載の3次元形状測定装置において、
前記ずれ量に相当するデータは、前記光量曲線をフーリエ変換することにより得られる度数分布における全体の度数に対する前記縞模様の周波数を示す度数の比であることを特徴とする、3次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 7,
The data corresponding to the deviation amount is a ratio of the frequency indicating the frequency of the stripe pattern to the total frequency in the frequency distribution obtained by Fourier transforming the light amount curve, and a three-dimensional shape measuring apparatus .
測定対象物に明部と暗部が周期的に繰り返される縞模様を形成するように、測定対象物に照射光を照射する光照射ステップと、
測定対象物に形成される前記縞模様のそれぞれの箇所における位相である縞位相が複数の異なる位相となるように前記縞位相を変更する縞走査ステップと、
前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に、照射光が所定の複数の異なる強度で測定対象物に照射されるように、照射光の強度を変更する強度変更ステップと、
前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に、照射光が前記所定の複数の異なる強度にて測定対象物に照射される各々の場合ごとに照射光の反射光を受光器が受光し、受光した反射光の光量に応じた受光信号を前記受光器が出力する受光ステップと、
前記受光器における反射光の受光位置ごとに、前記受光ステップにて前記受光器が出力する受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度に関する評価データを、前記受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる強度の照射光が測定対象物に照射される各々の場合について算出する評価データ算出ステップと、
前記評価データ算出ステップにて前記所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物に照射する各々の場合ごとに算出された評価データの中から、その評価データの算出に用いた受光信号に基づいて算出される位相値を用いて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度が良好になる評価データを抽出する評価データ抽出ステップと、
前記評価データ抽出ステップにて抽出された評価データの算出に用いた受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成する形状データ作成ステップと、
を含む、3次元形状測定方法。
A light irradiation step of irradiating the measurement object with irradiation light so as to form a stripe pattern in which the bright part and the dark part are periodically repeated on the measurement object;
A fringe scanning step for changing the fringe phase so that the fringe phase, which is the phase at each location of the striped pattern formed on the measurement object, becomes a plurality of different phases;
When the fringe phase is each of the plurality of different phases, an intensity changing step of changing the intensity of the irradiation light so that the irradiation object is irradiated to the measurement object with a predetermined plurality of different intensities;
When the fringe phase is the plurality of different phases, the receiver receives the reflected light of the irradiation light in each case where the measurement object is irradiated with the predetermined plurality of different intensities. A light receiving step in which the light receiver outputs a light reception signal corresponding to the amount of reflected light received;
The three-dimensional shape when the three-dimensional shape data of the measurement object is created based on the phase value obtained from the light reception signal output from the light receiver in the light receiving step for each light receiving position of the reflected light in the light receiver. An evaluation data calculation step for calculating evaluation data related to measurement accuracy of data for each case where irradiation light of the predetermined plurality of different intensities is irradiated on the measurement object based on the light reception signal;
Based on the received light signal used to calculate the evaluation data from the evaluation data calculated for each case where the measurement object is irradiated with the irradiation light at the predetermined plurality of different intensities in the evaluation data calculation step. An evaluation data extraction step for extracting evaluation data that improves the measurement accuracy of the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data of the measurement object is created using the phase value calculated
A shape data creation step for creating three-dimensional shape data of the measurement object based on a phase value obtained from the received light signal used for calculation of the evaluation data extracted in the evaluation data extraction step;
A three-dimensional shape measuring method.
請求項9に記載の3次元形状測定方法において、
前記受光器における前記反射光の前記受光位置ごとに、前記受光ステップにて前記受光器が出力する受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる強度で照射光を測定対象物に照射している各々の場合について位相値を算出する位相値算出ステップと、
前記評価データ抽出ステップにて抽出された評価データの算出に用いた受光信号に基づいて前記位相値算出ステップにて算出される位相値を選択する位相値選択ステップとをさらに含み、
前記形状データ作成ステップは、前記位相値選択ステップにて選択された位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成することを特徴とする、3次元形状測定方法。
The three-dimensional shape measuring method according to claim 9,
For each light receiving position of the reflected light in the light receiver, each of the measurement objects is irradiated with irradiation light with the predetermined plurality of different intensities based on a light reception signal output from the light receiver in the light receiving step. A phase value calculating step for calculating a phase value in the case of
A phase value selection step of selecting the phase value calculated in the phase value calculation step based on the received light signal used for calculation of the evaluation data extracted in the evaluation data extraction step;
The shape data creation step creates 3D shape data of a measurement object based on the phase value selected in the phase value selection step.
測定対象物に明部と暗部が周期的に繰り返される縞模様を形成するように、測定対象物に照射光を照射する光照射ステップと、
測定対象物に形成される前記縞模様のそれぞれの箇所における位相である縞位相が複数の異なる位相となるように前記縞位相を変更する縞走査ステップと、
前記縞位相が前記複数の異なる各々の位相である場合に、受光器が所定の複数の異なる受光時間にて照射光の反射光を受光し、受光した反射光の光量に応じた受光信号を前記受光器が出力する受光ステップと、
前記受光器における反射光の受光位置ごとに、前記受光ステップにて前記受光器が出力する受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度に関する評価データを、前記受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる受光時間にて受光した各々の場合について算出する評価データ算出ステップと、
前記評価データ算出ステップにて前記所定の複数の異なる受光時間にて前記受光器が反射光を受光する各々の場合ごとに算出された評価データの中から、その評価データの算出に用いた受光信号に基づいて算出される位相値を用いて測定対象物の3次元形状データを作成した場合における当該3次元形状データの測定精度が良好になる評価データを抽出する評価データ抽出ステップと、
前記評価データ抽出ステップにて抽出された評価データの算出に用いた受光信号から得られる位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成する形状データ作成ステップと、
を含む、3次元形状測定方法。
A light irradiation step of irradiating the measurement object with irradiation light so as to form a stripe pattern in which the bright part and the dark part are periodically repeated on the measurement object;
A fringe scanning step for changing the fringe phase so that the fringe phase, which is the phase at each location of the striped pattern formed on the measurement object, becomes a plurality of different phases;
When the fringe phase is each of the plurality of different phases, the light receiver receives the reflected light of the irradiation light at a predetermined plurality of different light receiving times, and receives the received light signal according to the amount of the received reflected light. A light receiving step output from the receiver;
The three-dimensional shape when the three-dimensional shape data of the measurement object is created based on the phase value obtained from the light reception signal output from the light receiver in the light receiving step for each light receiving position of the reflected light in the light receiver. Evaluation data calculation step for calculating evaluation data related to measurement accuracy of data for each case of receiving light at the predetermined plurality of different light receiving times based on the light receiving signal;
The light reception signal used for calculating the evaluation data from the evaluation data calculated for each case where the light receiver receives the reflected light at the predetermined plurality of different light reception times in the evaluation data calculation step. An evaluation data extraction step for extracting evaluation data that improves the measurement accuracy of the three-dimensional shape data when the three-dimensional shape data of the measurement object is created using the phase value calculated based on
A shape data creation step for creating three-dimensional shape data of the measurement object based on a phase value obtained from the received light signal used for calculation of the evaluation data extracted in the evaluation data extraction step;
A three-dimensional shape measuring method.
請求項11に記載の3次元形状測定装置において、
前記受光器における前記反射光の前記受光位置ごとに、前記受光ステップにて前記受光器が出力する受光信号に基づいて前記所定の複数の異なる受光時間にて前記受光器が反射光を受光する各々の場合について位相値を算出する位相値算出ステップと、
前記評価データ抽出ステップにて抽出された評価データの算出に用いた受光信号に基づいて前記位相値算出ステップにて算出された位相値を選択する位相値選択ステップとをさらに含み、
前記形状データ作成ステップは、前記位相値選択ステップにて選択した位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成することを特徴とする、3次元形状測定方法。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 11,
For each of the light receiving positions of the reflected light in the light receiver, each of the light receivers receives the reflected light at the predetermined plurality of different light receiving times based on a light receiving signal output by the light receiver in the light receiving step. A phase value calculating step for calculating a phase value in the case of
A phase value selection step of selecting the phase value calculated in the phase value calculation step based on the received light signal used for calculation of the evaluation data extracted in the evaluation data extraction step;
The shape data creation step creates 3D shape data of a measurement object based on the phase value selected in the phase value selection step.
請求項9または11に記載の3次元形状測定装置において、
前記評価データ抽出ステップにて抽出された評価データの算出に用いた受光信号を選択する受光信号選択ステップと、
前記受光信号選択ステップにて選択された受光信号に基づいて位相値を算出する選択位相値算出ステップと、をさらに含み、
前記形状データ作成ステップは、前記選択位相値算出ステップにて算出された位相値に基づいて測定対象物の3次元形状データを作成することを特徴とする、3次元形状測定方法。
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 9 or 11,
A light reception signal selection step for selecting a light reception signal used for calculation of the evaluation data extracted in the evaluation data extraction step;
A selection phase value calculation step of calculating a phase value based on the light reception signal selected in the light reception signal selection step, and
The shape data creating step creates 3D shape data of a measurement object based on the phase value calculated in the selected phase value calculating step.
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