JP2012007961A - Shape measuring apparatus and shape measuring method - Google Patents

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伸也 中嶋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shape measuring apparatus capable of improving measurement accuracy of uneven shapes.SOLUTION: The shape measuring apparatus of the present invention comprises: a light projector 2 for projecting line light to uneven shapes of a measurement object 1; an imaging device 3 for imaging a light cutting line that is formed on the uneven shapes by the light projector 2; a driving device 5 for moving the light projector 2 in a light-outgoing axis direction 4 so that the width of the light cutting line becomes a minimum in each of upper bases and lower bases of the uneven shapes; a processor 6 for calculating the height or depth of the uneven shapes based on an image that is imaged by the imaging device 3 and in which the width of the light cutting line becomes a minimum on the upper bases of the uneven shapes and an image that is imaged by the imaging device 3 and in which the width of the light cutting line becomes a minimum on the lower bases of the uneven shapes.

Description

本発明は、測定対象の凹凸形状の高さ又は深さを測定する形状測定装置および形状測定方法に関する。   The present invention relates to a shape measuring apparatus and a shape measuring method for measuring the height or depth of an uneven shape to be measured.

測定対象の凹凸形状の高さ又は深さを測定する従来の形状測定装置が、例えば特許文献1に記載されている。特許文献1に記載されている形状測定装置は、図15に示すように、検査ステージ101上に固定された被検査物102に対してライン状のレーザ光を照射する2台の投影装置103a、103bと、被検査物102からの散乱光がレンズ104を介して撮像面に結像される1台の撮像装置105と、被検査物102の表面の凹凸の高さ又は深さを演算する処理装置106を備える。   A conventional shape measuring apparatus that measures the height or depth of a concavo-convex shape to be measured is described in Patent Document 1, for example. As shown in FIG. 15, the shape measuring apparatus described in Patent Document 1 includes two projection apparatuses 103 a that irradiate an inspection object 102 fixed on an inspection stage 101 with a linear laser beam, 103b, one imaging device 105 on which the scattered light from the object 102 is imaged on the imaging surface via the lens 104, and a process for calculating the height or depth of the irregularities on the surface of the object 102 A device 106 is provided.

詳しくは、2台の投影装置103a、103bはそれぞれ異なる方向から被検査物102の表面にライン状のレーザ光を照射する。撮像装置105は、2台の投影装置103a、103bからのライン状のレーザ光によって被検査物102の表面に形成された2つのレーザ光切断線を撮像する。処理装置106は、撮像装置105によって撮像された画像からレーザ光切断線を抽出した後、予め取得された基準画像から、その抽出したレーザ光切断線に対応する部分を抽出して、撮像装置105によって撮像された画像から抽出したレーザ光切断線と、基準画像から抽出した部分とを比較し、その比較結果に基いて、レーザ光切断線の高さ方向の位置情報を検出する。   Specifically, the two projectors 103a and 103b irradiate the surface of the inspection object 102 with line-shaped laser light from different directions. The imaging device 105 images two laser light cutting lines formed on the surface of the inspection object 102 by the line-shaped laser beams from the two projection devices 103a and 103b. The processing device 106 extracts the laser beam cutting line from the image captured by the imaging device 105, and then extracts a portion corresponding to the extracted laser beam cutting line from the reference image acquired in advance. The laser beam cutting line extracted from the image picked up by the above is compared with the portion extracted from the reference image, and position information in the height direction of the laser beam cutting line is detected based on the comparison result.

従来の形状測定装置は、以上の動作を、検査ステージ101を一定のステップ幅ずつ移動させて繰り返すことで、被検査物102の表面全体の凹凸の高さ又は深さを検査している。   The conventional shape measuring apparatus inspects the height or depth of the unevenness of the entire surface of the inspection object 102 by repeating the above operation by moving the inspection stage 101 by a certain step width.

なお、基準画像は、被検査物102と同型で、表面に凹凸の無い金属部材の表面を2台の投影装置103a、103bからのライン状のレーザ光で走査して取得する。したがって、基準画像から抽出されるレーザ光切断線は直線となる。   The reference image is acquired by scanning the surface of a metal member having the same shape as the object to be inspected 102 and having no irregularities on the surface with linear laser beams from the two projectors 103a and 103b. Therefore, the laser beam cutting line extracted from the reference image is a straight line.

以上のように、従来の形状測定装置は、互いに異なる複数の方向からライン状のレーザ光を測定対象に照射することで、死角を少なくし、測定精度を向上させている。   As described above, the conventional shape measuring apparatus irradiates the measurement target with line-shaped laser light from a plurality of different directions, thereby reducing the blind spot and improving the measurement accuracy.

特開2005−337856号公報JP 2005-337856 A

しかしながら、従来の形状測定装置は、複数の投影装置を必要とするため、コストが上昇してしまう。また、測定対象にライン状のレーザ光を照射し、その測定対象の表面に形成された光切断線を撮像し、その撮像された画像に基いて測定対象の表面の凹凸の高さ又は深さを検査する場合、光切断線の縦幅方向(光切断線の長手方向に直交する方向)の中心を算出して、その算出した光切断線の中心を測定部位の像とみなす。しかし、測定対象に照射するレーザ光がスリット光などの平行光であるため、光切断線の縦幅は一定以上となる。その結果、光切断線の縦幅方向の中心を算出する際に誤差が乗りやすく、測定精度が不十分なものとなる。光切断線の縦幅を狭くする方法としては、測定対象に照射するレーザ光を集光する方法が考えられる。しかし、凹凸形状を有する測定対象を光切断する場合、凹凸形状の上底および下底に同時にレーザ光を集光することはできないので、上底および下底における光切断線のうちのいずれか一方は一定以上の縦幅となる。さらに、凹凸形状の上底および下底に同時にレーザ光を集光することができないために、光切断線の輝度値の縦幅方向の重心位置が、レーザ光の集光点とその集光点以外の箇所との間で変化する。このように、光切断線の輝度値の縦幅方向の重心位置が場所によって変動することも、誤差の要因となる。これは、光切断線の縦幅方向の中心を算出する際には、光切断線を撮像した画像から、所定の閾値以上の輝度値の領域を抽出し、その抽出した領域の縦幅を光切断線の縦幅とみなして、その縦幅の中心を算出するためである。   However, since the conventional shape measuring apparatus requires a plurality of projection apparatuses, the cost increases. Further, the measurement target is irradiated with a line-shaped laser beam, and a light cutting line formed on the surface of the measurement target is imaged. The height or depth of the unevenness on the surface of the measurement target based on the captured image. , The center of the optical cutting line in the vertical width direction (direction orthogonal to the longitudinal direction of the optical cutting line) is calculated, and the calculated center of the optical cutting line is regarded as an image of the measurement site. However, since the laser light applied to the measurement object is parallel light such as slit light, the vertical width of the light cutting line is a certain level or more. As a result, an error is likely to occur when calculating the center in the vertical width direction of the light section line, and the measurement accuracy is insufficient. As a method of narrowing the vertical width of the light cutting line, a method of condensing the laser light irradiated to the measurement object can be considered. However, when optically cutting a measurement object having a concavo-convex shape, laser light cannot be condensed simultaneously on the upper and lower bases of the concavo-convex shape, so either one of the optical cutting lines at the upper and lower bases. Has a certain vertical width. Furthermore, since the laser beam cannot be focused simultaneously on the upper and lower bases of the concavo-convex shape, the center of gravity position in the vertical width direction of the luminance value of the light cutting line is determined by the laser beam focusing point and its focusing point. It changes between other places. As described above, the position of the center of gravity in the vertical width direction of the luminance value of the light section line varies depending on the location, which causes an error. This is because when calculating the center in the vertical width direction of the light cutting line, an area having a luminance value equal to or higher than a predetermined threshold is extracted from the image obtained by capturing the light cutting line, and the vertical width of the extracted area is calculated as the light width. This is because it is regarded as the vertical width of the cutting line and the center of the vertical width is calculated.

以上のように、従来の形状測定装置では、光切断線が場所によって一定以上の縦幅となり、また光切断線の輝度値の縦幅方向の重心位置が場所によって変動することから、光切断線の縦幅方向の中心を算出する際に誤差が乗りやすく、結果的に測定精度が不十分なものとなる。   As described above, in the conventional shape measuring apparatus, the optical cutting line has a certain vertical width or more depending on the location, and the center of gravity position in the vertical width direction of the luminance value of the optical cutting line varies depending on the location. When calculating the center in the vertical width direction, an error is likely to occur, resulting in insufficient measurement accuracy.

本発明は、上記の問題点に鑑み、光切断線の縦幅や、光切断線の輝度値の変動に起因する測定誤差を抑制して、凹凸形状の測定精度の向上を図ることができる形状測定装置および形状測定方法を提供することを目的とする。   In view of the above problems, the present invention suppresses measurement errors caused by fluctuations in the vertical width of the light cutting line and the luminance value of the light cutting line, and can improve the measurement accuracy of the uneven shape. An object is to provide a measuring apparatus and a shape measuring method.

上記目的を達成するために、本発明の形状測定装置は、測定対象の凹凸形状にライン光を照射する投光装置と、前記投光装置によって前記凹凸形状に形成される光切断線を撮像する撮像装置と、前記凹凸形状の上底及び下底の各々で前記光切断線の縦幅が最小になるように前記投光装置をその光出射軸方向に移動させる駆動装置と、前記撮像装置によって撮像された、前記凹凸形状の上底で前記光切断線の縦幅が最小となる画像と、前記凹凸形状の下底で前記光切断線の縦幅が最小となる画像に基いて、前記凹凸形状の高さ又は深さを算出する処理装置と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a shape measuring device of the present invention images a light projecting device that irradiates line light onto a concavo-convex shape to be measured, and a light cutting line formed in the concavo-convex shape by the light projecting device. An imaging device, a driving device for moving the light projecting device in the direction of the light emission axis so that the vertical width of the light cutting line is minimized at each of the upper and lower bases of the concavo-convex shape, and the imaging device Based on the imaged image in which the vertical width of the optical cutting line is minimized at the upper base of the concave-convex shape, and the concave-convex shape based on the image in which the vertical width of the optical cutting line is minimum at the lower base of the concave-convex shape And a processing device for calculating the height or depth of the shape.

また、本発明の形状測定方法は、測定対象の凹凸形状にライン光を照射して前記凹凸形状に光切断線を形成する投光装置を、その光出射軸方向に、前記凹凸形状の上底または下底で前記光切断線の縦幅が最小になるように移動させて、前記凹凸形状の上底または下底で前記光切断線の縦幅が最小となる画像を撮像装置により撮像し、前記投光装置をその光出射軸方向に、前記凹凸形状の下底または上底で前記光切断線の縦幅が最小になるように移動させて、前記凹凸形状の下底または上底で前記光切断線の縦幅が最小となる画像を前記撮像装置により撮像し、前記凹凸形状の上底で前記光切断線の幅が最小となる画像と、前記凹凸形状の下底で前記光切断線の幅が最小となる画像に基いて、前記凹凸形状の高さ又は深さを算出することを特徴とする。   Further, the shape measuring method of the present invention provides a light projecting device that irradiates line light onto the uneven shape to be measured to form a light cutting line in the uneven shape, and has an upper base of the uneven shape in the light emission axis direction. Alternatively, the image is moved by the imaging device so that the vertical width of the optical cutting line is minimized at the lower base, and the vertical width of the optical cutting line is minimized at the upper or lower base of the concavo-convex shape, The light projecting device is moved in the light emission axis direction so that the vertical width of the light cutting line is minimized at the bottom or top of the uneven shape, and the bottom or top of the uneven shape An image in which the vertical width of the light cutting line is minimized is captured by the imaging device, and the image in which the width of the light cutting line is minimized at the upper bottom of the uneven shape and the light cutting line at the lower bottom of the uneven shape. Calculating the height or depth of the concavo-convex shape based on an image having a minimum width. To.

本発明によれば、光切断線の縦幅や、光切断線の輝度値の変動に起因する測定誤差を抑制して、凹凸形状の測定精度の向上を図ることができる。また、複雑な光学構成の投光装置を用いることなく、一台の投光装置で測定が可能なため、コストダウンを図ることができる。   According to the present invention, it is possible to improve the measurement accuracy of the concavo-convex shape by suppressing measurement errors caused by fluctuations in the vertical width of the light cutting line and the luminance value of the light cutting line. In addition, since the measurement can be performed with one projector without using a projector having a complicated optical configuration, the cost can be reduced.

本発明の実施の形態における形状測定装置の一構成例の概略を示す図The figure which shows the outline of one structural example of the shape measuring apparatus in embodiment of this invention. 一般的なPDPの構成の概略を示す図The figure which shows the outline of the structure of general PDP 本発明の実施の形態における投光装置と撮像装置の配置の一例を示す図The figure which shows an example of arrangement | positioning of the light projector and imaging device in embodiment of this invention 本発明の実施の形態における撮像画像の一例を示す図The figure which shows an example of the captured image in embodiment of this invention (a)本発明の実施の形態における初期状態での光切断線画像を取得する動作を説明するための図、(b)本発明の実施の形態における初期状態での光切断線画像の一例を示す図、(c)本発明の実施の形態における輝度投影画像の一例を示す図(A) The figure for demonstrating the operation | movement which acquires the optical cutting line image in the initial state in embodiment of this invention, (b) An example of the optical cutting line image in the initial state in embodiment of this invention The figure which shows, (c) The figure which shows an example of the brightness | luminance projection image in embodiment of this invention (a)本発明の実施の形態における第1の移動状態での光切断線画像を取得する動作を説明するための図、(b)本発明の実施の形態における第1の移動状態での光切断線画像の一例を示す図(A) The figure for demonstrating the operation | movement which acquires the light cutting line image in the 1st movement state in embodiment of this invention, (b) The light in the 1st movement state in embodiment of this invention The figure which shows an example of a cutting line image (a)本発明の実施の形態における第2の移動状態での光切断線画像を取得する動作を説明するための図、(b)本発明の実施の形態における第2の移動状態での光切断線画像の一例を示す図(A) The figure for demonstrating the operation | movement which acquires the light cutting line image in the 2nd movement state in embodiment of this invention, (b) The light in the 2nd movement state in embodiment of this invention The figure which shows an example of a cutting line image 本発明の実施の形態における光切断線の高さプロファイルの一例を示す図The figure which shows an example of the height profile of the optical cutting line in embodiment of this invention 本発明の実施の形態における光切断線の高さプロファイルの算出方法の一例を説明するための図The figure for demonstrating an example of the calculation method of the height profile of the optical section line in embodiment of this invention 本発明の実施の形態における光切断線の高さプロファイルの算出方法の一例を説明するための図The figure for demonstrating an example of the calculation method of the height profile of the optical section line in embodiment of this invention 本発明の実施の形態における光切断線の高さプロファイルの他の算出方法を説明するための図The figure for demonstrating the other calculation method of the height profile of the optical section line in embodiment of this invention (a)〜(c)それぞれ本発明の実施の形態におけるリブ上底高さ算出対象エリアとリブ下底高さ算出対象エリアの設定方法の一例を説明するための図(A)-(c) The figure for demonstrating an example of the setting method of the rib upper bottom height calculation object area and the rib lower bottom height calculation object area in embodiment of this invention, respectively. 本発明の実施の形態における光切断線の高さプロファイルの平均高さの算出方法の一例を説明するための図The figure for demonstrating an example of the calculation method of the average height of the height profile of the optical section line in embodiment of this invention 本発明の実施の形態における形状測定装置の動作フローの一例を示す図The figure which shows an example of the operation | movement flow of the shape measuring apparatus in embodiment of this invention 従来の形状測定装置の構成図Configuration diagram of a conventional shape measuring device

以下、本発明の形状測定装置および形状測定方法の実施の一形態を、図面を参照しつつ説明する。この実施の形態における形状測定装置および形状測定方法は、凹凸形状の上底及び下底の各々で光切断線の縦幅(光切断線の長手方向に直交する方向の幅)が最も小さくなる画像をそれぞれ取得することにより、光切断線の縦幅や、光切断線の輝度値の変動に起因する測定誤差を抑制し、高精度に凹凸形状の高さ又は深さを測定することができる。   Hereinafter, an embodiment of a shape measuring apparatus and a shape measuring method of the present invention will be described with reference to the drawings. In the shape measuring apparatus and the shape measuring method in this embodiment, the vertical width of the light cutting line (width in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the light cutting line) is minimized at each of the upper and lower bases of the concavo-convex shape. By acquiring each of the above, it is possible to suppress measurement errors caused by fluctuations in the vertical width of the light section line and the luminance value of the light section line, and to measure the height or depth of the concavo-convex shape with high accuracy.

図1は、本発明の実施の形態における形状測定装置の一構成例の概略を示す図である。図1に示すように、この形状測定装置は、測定対象1の凹凸形状にライン光を照射する1台の投光装置2と、投光装置2によって測定対象1の凹凸形状に形成される光切断線を撮像する1台の撮像装置3と、測定対象1の凹凸形状の上底及び下底の各々で光切断線の縦幅が最小になるように投光装置2をその光出射軸方向4に移動させる駆動装置5と、測定対象1の凹凸形状の高さ又は深さを算出する処理装置6と、を備える。なお、処理装置6は、撮像装置3によって撮像された、測定対象1の凹凸形状の上底で光切断線の縦幅が最小となる画像と、測定対象1の凹凸形状の下底で光切断線の縦幅が最小となる画像に基いて、測定対象1の凹凸形状の高さ又は深さを算出する。   FIG. 1 is a diagram showing an outline of a configuration example of a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this shape measuring apparatus includes a single light projecting device 2 that irradiates line light onto the concavo-convex shape of the measurement target 1, and light formed into the concavo-convex shape of the measurement target 1 by the light projection device 2. The light projecting device 2 is arranged in the direction of the light emission axis so that the vertical width of the light cutting line is minimized at each of the imaging device 3 for imaging the cutting line and the upper and lower bases of the uneven shape of the measuring object 1. 4, and a processing device 6 that calculates the height or depth of the uneven shape of the measurement object 1. In addition, the processing device 6 performs light cutting at the bottom of the concavo-convex shape of the measurement target 1 and the bottom of the concavo-convex shape of the measurement target 1 captured by the imaging device 3 and the bottom of the concavo-convex shape of the measurement target 1. The height or depth of the concavo-convex shape of the measuring object 1 is calculated based on the image in which the vertical width of the line is minimized.

ここで、投光装置2の光出射軸方向4は、測定対象1の凹凸形状の隣接する上底及び下底に同時に光切断線が形成されるように設定する。また、投光装置2をその光出射軸方向4に移動させるだけで、投光装置2から照射されるライン光の集光位置が測定対象1の凹凸形状の上底および下底に一致するように設定する。これにより、ライン光のフォーカス調整を簡素化することができる。   Here, the light emission axis direction 4 of the light projecting device 2 is set so that light cutting lines are simultaneously formed on the adjacent upper and lower bases of the uneven shape of the measuring object 1. Further, by simply moving the light projecting device 2 in the light emitting axis direction 4, the condensing position of the line light emitted from the light projecting device 2 is made to coincide with the upper and lower bases of the uneven shape of the measuring object 1. Set to. Thereby, the focus adjustment of the line light can be simplified.

この形状測定装置は、測定対象1の凹凸形状の上底または下底で光切断線の縦幅が最小となる画像を取得し、さらに、測定対象1の凹凸形状の下底または上底で光切断線の縦幅が最小となる画像を取得した後、それらの画像に基いて、凹凸形状の高さ又は深さを算出する。ここで、測定対象1の凹凸形状の上底または下底で光切断線の縦幅が最小となる画像を取得する際には、投光装置2をその光出射軸方向4に、測定対象1の凹凸形状の上底または下底で光切断線の縦幅が最小になるように移動させる。同様に、測定対象1の凹凸形状の下底または上底で光切断線の縦幅が最小となる画像を取得する際には、投光装置2をその光出射軸方向4に、測定対象1の凹凸形状の下底または上底で光切断線の縦幅が最小になるように移動させる。   This shape measuring apparatus acquires an image in which the vertical width of the light cutting line is minimized at the upper or lower base of the concavo-convex shape of the measurement object 1, and further, the light is emitted from the lower or upper base of the concavo-convex shape of the measurement object 1. After obtaining images with the minimum vertical width of the cutting line, the height or depth of the concavo-convex shape is calculated based on these images. Here, when acquiring an image in which the vertical width of the light cutting line is minimized at the upper or lower base of the concavo-convex shape of the measuring object 1, the light projecting device 2 is placed in the light emission axis direction 4 and the measuring object 1. Are moved so that the vertical width of the optical cutting line is minimized at the upper or lower base of the concavo-convex shape. Similarly, when acquiring an image in which the vertical width of the light cutting line is minimized at the lower or upper base of the concavo-convex shape of the measuring object 1, the light projecting device 2 is placed in the light emission axis direction 4 and the measuring object 1. Are moved so that the vertical width of the light cutting line is minimized at the bottom or top of the concavo-convex shape.

詳しくは、測定対象1は、形状測定装置の測定ステージ7に固定される。また、駆動装置5は測定ステージ7を移動させる機構を備えており、処理装置6から指示された位置へ測定ステージ7を移動させる。処理装置6には測定ポイントないしは測定ポジションなどの測定条件が事前に登録されており、測定ステージ7は、測定ポイントが登録されている場合には、その登録された測定ポイントに投光装置2からのライン光が照射されるように移動し、測定ポジションが登録されている場合には、その登録された測定ポジションへ移動する。   Specifically, the measurement object 1 is fixed to the measurement stage 7 of the shape measuring apparatus. Further, the drive device 5 includes a mechanism for moving the measurement stage 7 and moves the measurement stage 7 to a position instructed by the processing device 6. Measurement conditions such as measurement points or measurement positions are registered in advance in the processing device 6, and when the measurement points are registered, the measurement stage 7 transmits the measurement points from the light projecting device 2 to the registered measurement points. If the measurement position is registered, it moves to the registered measurement position.

投光装置2は、処理装置6からの指示に従い、ライン状のレーザ光を、測定ステージ7に固定された測定対象1に照射する。この照射されたレーザ光により、測定対象1の凹凸形状に光切断線が形成される。   The light projecting device 2 irradiates the measurement target 1 fixed to the measurement stage 7 with a line-shaped laser beam in accordance with an instruction from the processing device 6. A light cutting line is formed in the uneven shape of the measurement object 1 by the irradiated laser light.

また、投光装置2は可動部8に搭載されており、可動部8は、投光装置2をその光出射軸方向4に移動可能に保持している。駆動装置5は投光装置2を可動部8上で移動させる機構を備えており、処理装置6から指示された位置へ投光装置2を移動させて、測定対象1の形状とライン状のレーザ光の集光位置とを合わせる。具体的には、投光装置2は、処理装置6からの指示により、測定対象1の凹凸形状の上底と下底との間の段差部の略中央とライン状のレーザ光の集光位置とが一致する初期位置、測定対象1の凹凸形状の上底とライン状のレーザ光の集光位置とが一致する上側位置、および測定対象1の凹凸形状の下底とライン状のレーザ光の集光位置とが一致する下側位置の3つの位置へ移動する。したがって投光装置2は、測定ポイントごとに、前記した初期位置、上側位置および下側位置の3つの位置に位置決めされて、それぞれの位置からレーザ光を出射する。   Further, the light projecting device 2 is mounted on the movable portion 8, and the movable portion 8 holds the light projecting device 2 so as to be movable in the light emitting axis direction 4. The driving device 5 includes a mechanism for moving the light projecting device 2 on the movable portion 8, and moves the light projecting device 2 to a position instructed by the processing device 6, so that the shape of the measuring object 1 and the line-shaped laser are moved. Match the light collection position. Specifically, the light projecting device 2 receives the instruction from the processing device 6 so that the converging position of the line-shaped laser beam and the substantially center of the stepped portion between the upper and lower bases of the concavo-convex shape of the measurement object 1. , The upper position where the top and bottom of the concavo-convex shape of the measurement object 1 coincide with the condensing position of the line-shaped laser light, and the bottom position of the concavo-convex shape of the measurement target 1 and the line-shaped laser light It moves to three positions of the lower position where the condensing position coincides. Therefore, the light projecting device 2 is positioned at each of the three positions, that is, the initial position, the upper position, and the lower position for each measurement point, and emits laser light from each position.

撮像装置3は、その撮像方向が投光装置2の光出射軸方向4と略垂直となり、その中心線9が前記した初期位置から照射されたライン状のレーザ光の集光位置と一致し、測定対象1に形成された光切断線が撮像装置3の撮像面10と重なるように配置される。ここで、撮像装置3の中心線9は、ライン状のレーザ光のライン方向と平行に設定されている。撮像装置3には、測定対象1からの反射光や散乱光がレンズ11を介して結像される。撮像装置3は、処理装置6からの指示に従って撮像を行い、その撮像した画像のデータを処理装置6へ送信する。つまり、撮像装置3は、各測定ポイントにおいて、前記した初期位置、上側位置および下側位置のそれぞれの位置から照射されたレーザ光により形成される各光切断線をそれぞれ撮像する。上側位置からレーザ光を照射したときの画像は、測定対象1の凹凸形状の上底で光切断線の縦幅が最小となる画像となり、下側位置からレーザ光を照射したときの画像は、測定対象1の凹凸形状の下底で光切断線の縦幅が最小となる画像となる。   The imaging device 3 has its imaging direction substantially perpendicular to the light emission axis direction 4 of the light projecting device 2, and its center line 9 coincides with the condensing position of the line-shaped laser light emitted from the initial position, The light cutting line formed on the measuring object 1 is arranged so as to overlap the imaging surface 10 of the imaging device 3. Here, the center line 9 of the imaging device 3 is set parallel to the line direction of the line-shaped laser beam. Reflected light and scattered light from the measuring object 1 are imaged on the imaging device 3 via the lens 11. The imaging device 3 performs imaging in accordance with an instruction from the processing device 6 and transmits data of the captured image to the processing device 6. That is, the imaging device 3 images each light cutting line formed by the laser light emitted from each of the initial position, the upper position, and the lower position at each measurement point. The image when the laser beam is irradiated from the upper position becomes an image in which the vertical width of the light cutting line is minimized at the top of the concavo-convex shape of the measuring object 1, and the image when the laser beam is irradiated from the lower position is An image in which the vertical width of the light cutting line is minimized at the bottom of the uneven shape of the measurement object 1 is obtained.

処理装置6には、既述したように、測定ポイントなどの測定条件が事前に登録されている。また処理装置6は、前記した初期位置に位置決めされた投光装置2によって測定対象1に形成された光切断線を撮像した画像を基に、前記した上側位置と下側位置を算出し、その算出結果と事前に登録された測定条件に合わせて、投光装置2、撮像装置3および駆動装置5へ指令を与える。また処理装置6は、既述したように、測定対象1の凹凸形状の上底で光切断線の縦幅が最小となる画像と、測定対象1の凹凸形状の下底で光切断線の縦幅が最小となる画像に基いて、測定対象1の凹凸形状の高さ又は深さを算出する。   As described above, measurement conditions such as measurement points are registered in the processing device 6 in advance. Further, the processing device 6 calculates the above-described upper position and lower-side position based on an image obtained by imaging the light cutting line formed on the measurement object 1 by the light projecting device 2 positioned at the initial position, A command is given to the light projecting device 2, the imaging device 3, and the driving device 5 in accordance with the calculation result and the measurement conditions registered in advance. In addition, as described above, the processing device 6 has an image in which the vertical width of the light cutting line is minimized at the upper base of the uneven shape of the measurement object 1 and the vertical length of the light cutting line at the lower base of the uneven shape of the measurement object 1. Based on the image having the smallest width, the height or depth of the uneven shape of the measurement object 1 is calculated.

なお、この実施の形態では、前記した初期位置から照射されたライン光の集光位置と撮像装置3の中心線9とが一致するように撮像装置3を配置する場合について説明するが、前記した上側位置および下側位置への投光装置2の移動に合わせて、投光装置2の光出射軸方向4と略平行な方向へ撮像装置3を移動させてもよい。この撮像装置3の移動は、投光装置2を移動させる構成と同様の構成で実現できる。このようにすれば、投光装置2の光出射軸方向4と撮像装置3の撮像方向が略垂直であるので、投光装置2の光出射軸方向4と略平行な方向へ撮像装置3を移動させるだけで、撮像装置3のピントをライン光の集光位置に合わせることが可能となり、光学系によるピント調整が不要となる。   In this embodiment, the case where the imaging device 3 is arranged so that the condensing position of the line light irradiated from the initial position and the center line 9 of the imaging device 3 coincide with each other will be described. The imaging device 3 may be moved in a direction substantially parallel to the light emission axis direction 4 of the light projecting device 2 in accordance with the movement of the light projecting device 2 to the upper position and the lower position. The movement of the imaging device 3 can be realized by the same configuration as the configuration for moving the light projecting device 2. In this way, since the light emission axis direction 4 of the light projecting device 2 and the image pickup direction of the image pickup device 3 are substantially perpendicular, the image pickup device 3 is moved in a direction substantially parallel to the light emission axis direction 4 of the light projection device 2. It is possible to adjust the focus of the image pickup apparatus 3 to the condensing position of the line light simply by moving it, and the focus adjustment by the optical system becomes unnecessary.

この形状測定装置は、処理装置6によって算出された測定結果などを表示する表示装置12を備える。この表示装置12には、図示しないインタフェース部が設けられており、そのインタフェース部により、表示装置12に表示された表示結果などを確認しながら、測定ポイントなどの測定条件を入力することができる。   The shape measuring apparatus includes a display device 12 that displays measurement results calculated by the processing device 6. The display device 12 is provided with an interface unit (not shown), and the interface unit can input measurement conditions such as measurement points while confirming the display result displayed on the display device 12.

この実施の形態における形状測定装置をさらに詳しく説明する。   The shape measuring apparatus in this embodiment will be described in more detail.

投光装置2は、ライン状のレーザ光を発生するラインレーザ光源であり、測定対象1に対してライン状のレーザ光を照射し、測定対象1の凹凸形状に合わせて光切断線を形成する。ライン状のレーザ光は、単一波長のレーザ光源と、シリンドリカルレンズや集光レンズなどの光学部品とを組み合わせて作り出すことができる。後述するように、この実施の形態では、処理装置6が光切断線の縦幅方向(光切断線の長手方向に直交する方向)の中心位置を算出するが、その算出精度を高めるには、ライン状のレーザ光のビーム幅(ライン方向に直交する方向の幅)が小さい方が望ましい。この実施の形態では、ビーム幅が5μmのラインレーザ光源を使用する。また、ビーム幅をより狭く集光するには、ラインレーザ光源の波長が短いほうが望ましい。具体的には、400nm〜700nmの範囲内の波長のラインレーザ光源が望ましい。この実施の形態では、波長が670nmのラインレーザ光源を使用する。但し、ラインレーザ光源の波長は、撮像装置3で撮像可能な波長帯域の範囲内である必要がある。   The light projecting device 2 is a line laser light source that generates a line-shaped laser beam, irradiates the measurement target 1 with the line-shaped laser beam, and forms a light cutting line in accordance with the uneven shape of the measurement target 1. . Line-shaped laser light can be produced by combining a laser light source having a single wavelength and an optical component such as a cylindrical lens or a condenser lens. As will be described later, in this embodiment, the processing device 6 calculates the center position in the vertical width direction of the optical cutting line (the direction orthogonal to the longitudinal direction of the optical cutting line). It is desirable that the beam width of the line-shaped laser beam (width in the direction perpendicular to the line direction) is small. In this embodiment, a line laser light source having a beam width of 5 μm is used. In order to focus the beam with a narrower beam width, it is desirable that the wavelength of the line laser light source is shorter. Specifically, a line laser light source having a wavelength in the range of 400 nm to 700 nm is desirable. In this embodiment, a line laser light source having a wavelength of 670 nm is used. However, the wavelength of the line laser light source needs to be within the range of the wavelength band that can be imaged by the imaging device 3.

なお、投光装置2は、ラインレーザ光源に限定されるものではなく、所望の精度で光切断線の縦幅方向の中心位置を算出できる程度にビーム幅を集光でき、かつ撮像装置が撮像可能な波長帯域の範囲内の波長を有する光源であればよい。   The light projecting device 2 is not limited to a line laser light source, and can collect the beam width to such an extent that the center position in the vertical width direction of the light cutting line can be calculated with desired accuracy, and the imaging device can capture images. Any light source having a wavelength within a possible wavelength band may be used.

撮像装置3には、カラーまたはモノクロのCCDエリアセンサカメラを適用可能である。測定対象の大きさ及び測定精度に合わせて、撮像装置3の仕様を選択する。この実施の形態では、30万画素(480×625)で255階調のモノクロCCDエリアセンサカメラを使用する。   A color or monochrome CCD area sensor camera can be applied to the imaging device 3. The specification of the imaging device 3 is selected according to the size of the measurement target and the measurement accuracy. In this embodiment, a monochrome CCD area sensor camera with 300,000 pixels (480 × 625) and 255 gradations is used.

レンズ11は、測定対象1からの反射光や散乱光を効率よく且つ精度よく撮像装置3に結像させるものであればよい。この実施の形態では、高倍率(×20倍)の工業用対物レンズを使用する。   The lens 11 may be any lens that allows the reflected light or scattered light from the measurement object 1 to be imaged on the imaging device 3 efficiently and accurately. In this embodiment, an industrial objective lens with a high magnification (× 20 times) is used.

測定ステージ7は、処理装置6が指定した位置に移動できる構成であればよく、測定ステージ7を駆動する駆動装置5には、例えば、モーターとボールネジからなる機構やリニアモーターなどを用いることができる。   The measurement stage 7 may be configured to be movable to a position designated by the processing device 6. For the driving device 5 that drives the measurement stage 7, for example, a mechanism including a motor and a ball screw, a linear motor, or the like can be used. .

可動部8には、例えばリニアガイドなどを用いることができる。可動部8を駆動する駆動装置5には、例えばステップモーターなどを用いることができる。   For the movable portion 8, for example, a linear guide can be used. For example, a step motor or the like can be used for the driving device 5 that drives the movable portion 8.

投光装置2と撮像装置3は、投光装置2の光出射軸と撮像装置3の中心軸との成す角度が90±0.5度以内となるように配置する。このようにすれば、光切断線を精度よく撮像することができる。   The light projecting device 2 and the imaging device 3 are arranged so that the angle formed by the light emitting axis of the light projecting device 2 and the central axis of the imaging device 3 is within 90 ± 0.5 degrees. In this way, it is possible to accurately image the light section line.

表示装置12には、LCD(リキッド・クリスタル・ディスプレイ)やCRT(カソード・レイ・チューブ)などの表示器を備えた装置を使用することができる。   As the display device 12, a device including a display device such as an LCD (Liquid Crystal Display) or a CRT (Cathode Ray Tube) can be used.

この実施の形態における形状測定装置は、PDP(プラズマ・ディスプレイ・パネル)、液晶パネル、有機ELパネルなどの数μm以上の凹凸段差があるパターン形状を測定対象1とすることができる。この実施の形態では、PDPを例に説明する。   The shape measuring apparatus according to this embodiment can use a pattern shape such as a PDP (plasma display panel), a liquid crystal panel, an organic EL panel, or the like having a concavo-convex step of several μm or more as the measurement object 1. In this embodiment, a PDP will be described as an example.

図2に、一般的なPDPの構成の概略を示す。図2に示すように、背面板ガラス13の前面板ガラス14に対向する面上には、並行に配置された複数のアドレス電極15が設けられ、それらのアドレス電極15を絶縁体層16が覆い、その絶縁体層16上には、隣接するアドレス電極15間に並行に配置された複数の縦リブ(隔壁)17が設けられ、隣接する縦リブ17間には、3原色の蛍光体層(R)18a、蛍光体層(G)18bおよび蛍光体層(B)18cが繰り返し形成されている。また図示しないが、絶縁体層16上には、縦リブ17に直交する複数の横リブが設けられている。一方、前面板ガラス14の背面板ガラス13に対向する面上には、アドレス電極15と直交するように配置された走査電極19および維持電極20からなる一対の並行な電極が複数組設けられ、それらの走査電極19および維持電極20を誘電体層21が覆い、その誘電体層21を保護層22が覆っている。このような構造のPDPにおいて、アドレス電極15、縦リブ17、横リブ、走査電極19および維持電極20が測定対象となる。   FIG. 2 shows an outline of a general PDP configuration. As shown in FIG. 2, a plurality of address electrodes 15 arranged in parallel are provided on the surface of the back plate glass 13 facing the front plate glass 14, and the address electrodes 15 are covered with an insulator layer 16, A plurality of vertical ribs (partitions) 17 arranged in parallel between adjacent address electrodes 15 are provided on the insulator layer 16, and the three primary color phosphor layers (R) are disposed between the adjacent vertical ribs 17. 18a, phosphor layer (G) 18b and phosphor layer (B) 18c are repeatedly formed. Although not shown, a plurality of horizontal ribs orthogonal to the vertical ribs 17 are provided on the insulator layer 16. On the other hand, on the surface of the front plate glass 14 facing the back plate glass 13, a plurality of pairs of parallel electrodes composed of the scan electrodes 19 and the sustain electrodes 20 arranged so as to be orthogonal to the address electrodes 15 are provided. Scan electrode 19 and sustain electrode 20 are covered with a dielectric layer 21, and the dielectric layer 21 is covered with a protective layer 22. In the PDP having such a structure, the address electrode 15, the vertical rib 17, the horizontal rib, the scan electrode 19, and the sustain electrode 20 are measurement targets.

図3に、PDPの縦リブ17の高さを測定する場合の投光装置2と撮像装置3の配置を示す。図3に示すように、縦リブ高さ23を測定する際には、縦リブ17を含む凹凸形状を構成するリブ上底面24およびリブ下底面25に形成された光切断線26が撮像装置3の撮像面10に重なるように投光装置2と撮像装置3を配置する。なお、図3において、符号27は横リブを示す。このようにすれば、図4に示すように、撮像面10に、凹凸形状の上底および下底に相当するリブ上底面24およびリブ下底面25のそれぞれに形成された光切断線26であるリブ上底24aおよびリブ下底25aを重ねることができる。なお、図4において、縦軸は撮像面10の高さ方向(縦方向)28を、横軸は撮像面10の横方向29をそれぞれ示す。   FIG. 3 shows the arrangement of the light projecting device 2 and the imaging device 3 when measuring the height of the vertical ribs 17 of the PDP. As shown in FIG. 3, when the vertical rib height 23 is measured, the light cutting lines 26 formed on the rib upper bottom surface 24 and the rib lower bottom surface 25 that form the concavo-convex shape including the vertical rib 17 are the imaging device 3. The light projecting device 2 and the image pickup device 3 are arranged so as to overlap the image pickup surface 10. In addition, in FIG. 3, the code | symbol 27 shows a horizontal rib. If it does in this way, as shown in FIG. 4, it is the optical cutting line 26 formed in each of the rib upper bottom face 24 and the rib lower bottom face 25 which correspond to the uneven | corrugated upper and lower bases on the imaging surface 10. The rib upper bottom 24a and the rib lower bottom 25a can be overlapped. In FIG. 4, the vertical axis indicates the height direction (vertical direction) 28 of the imaging surface 10, and the horizontal axis indicates the horizontal direction 29 of the imaging surface 10.

以下、縦リブ高さ23の測定方法の詳細を説明する。   Hereinafter, the detail of the measuring method of the vertical rib height 23 is demonstrated.

縦リブ高さ23を測定する際には、まず、図5(a)に示すように、処理装置6からの指令により、投光装置2を、リブ上底面24とリブ下底面25との間の段差部の略中央と投光装置2が照射するライン状のレーザ光の集光位置30とが一致する初期位置31に位置決めして、この状態で光切断線26を撮像する。なお、撮像装置3の中心線9は、撮像面の横方向29に平行である。   When measuring the vertical rib height 23, first, as shown in FIG. 5A, the light projecting device 2 is placed between the rib upper bottom surface 24 and the rib lower bottom surface 25 according to a command from the processing device 6. The optical cutting line 26 is imaged in this state by positioning at an initial position 31 where the substantially center of the step portion of the light and the condensing position 30 of the line-shaped laser light irradiated by the light projecting device 2 coincide. The center line 9 of the imaging device 3 is parallel to the lateral direction 29 of the imaging surface.

この初期状態で撮像された画像の一例を図5(b)に示す。図5(b)に示すように、初期状態で撮像された光切断線すなわちリブ上底24aおよびリブ下底25aは、一定以上の縦幅となる。処理装置6は、この初期状態の光切断線画像から、撮像面の横方向29に輝度投影した輝度投影画像を生成する。輝度投影とは、一定方向に画素の輝度を累積させる処理である。図5(c)に輝度投影画像の一例を示す。図5(c)に示す輝度投影画像において、撮像面の高さ方向28に直交する横軸は、投影輝度値32を示す。   An example of an image captured in this initial state is shown in FIG. As shown in FIG. 5 (b), the optical cutting lines imaged in the initial state, that is, the rib upper base 24a and the rib lower base 25a have a vertical width of a certain level or more. The processing device 6 generates a luminance projection image obtained by performing luminance projection in the horizontal direction 29 on the imaging surface from the light cutting line image in the initial state. Luminance projection is a process of accumulating the luminance of pixels in a certain direction. FIG. 5C shows an example of the luminance projection image. In the luminance projection image shown in FIG. 5C, the horizontal axis orthogonal to the height direction 28 of the imaging surface indicates the projection luminance value 32.

この実施の形態では、8bit階調のモノクロCCDエリアセンサカメラを使用しているので、輝度は255階調から0階調となる。投影する輝度の範囲は255階調から75階調に設定し、74階調以下の輝度はノイズ成分としてみなして、投影輝度値に反映させない。   In this embodiment, since a monochrome CCD area sensor camera with 8 bit gradation is used, the luminance is changed from 255 gradation to 0 gradation. The range of luminance to be projected is set from 255 to 75, and luminance below 74 is regarded as a noise component and not reflected in the projected luminance value.

次に、処理装置6は、投影輝度値の閾値33、34を設定して、輝度投影波形35と閾値33、34との交点から、リブ上底24aの高さ方向の位置(以下、「リブ上底位置36」という。)と、リブ下底25aの高さ方向の位置(以下、「リブ下底位置37」という。)を算出し、さらに、リブ上底位置36とリブ下底位置37の中心位置38を算出する。リブ下底位置37の算出を例に具体的に説明すると、輝度投影波形35とリブ下底25aに対する閾値34との二つの交点の中心をリブ下底位置37として算出する。リブ上底位置36も同様に、リブ上底24aに対する閾値33を用いて算出する。   Next, the processing device 6 sets the threshold values 33 and 34 for the projected luminance value, and the position in the height direction of the rib upper base 24a (hereinafter referred to as “rib”) from the intersection of the luminance projected waveform 35 and the threshold values 33 and 34. And a position in the height direction of the rib lower bottom 25a (hereinafter referred to as “rib lower bottom position 37”), and further, a rib upper bottom position 36 and a rib lower bottom position 37 are calculated. The center position 38 is calculated. The calculation of the rib lower bottom position 37 will be specifically described as an example. The center of two intersections of the luminance projection waveform 35 and the threshold value 34 with respect to the rib lower bottom 25a is calculated as the rib lower bottom position 37. Similarly, the rib upper base position 36 is calculated using the threshold value 33 for the rib upper base 24a.

この実施の形態では、リブ上底24aよりもリブ下底25aの累積輝度値のほうが大きな値となるように縦リブ17を撮像しているので、閾値33よりも大きい閾値34を用いてリブ下底位置37を算出し、閾値34よりも小さい閾値33を用いてリブ上底位置36を算出する。閾値33、34は、撮像面10のサイズや、投影輝度値の最大値、撮像面10に重なる縦リブ17の数(撮像範囲)、投光装置2から出射されるレーザ光の強度等に基いて適宜設定する。この実施の形態では、リブ上底24aの閾値33を1000階調以上、リブ下底25aの閾値34を30000階調以上に設定した。なお、投影輝度値の最大値は、撮像面の横方向29の画素数が625で、輝度が最大255階調のカメラを使用しているので、159375階調となる。   In this embodiment, since the vertical rib 17 is imaged so that the accumulated luminance value of the rib lower bottom 25a is larger than the rib upper bottom 24a, the lower rib is used by using a threshold 34 larger than the threshold 33. A bottom position 37 is calculated, and a rib upper bottom position 36 is calculated using a threshold 33 smaller than the threshold 34. The threshold values 33 and 34 are based on the size of the imaging surface 10, the maximum value of the projected luminance value, the number of vertical ribs 17 (imaging range) overlapping the imaging surface 10, the intensity of the laser light emitted from the light projecting device 2, and the like. And set as appropriate. In this embodiment, the threshold value 33 of the rib upper base 24a is set to 1000 gradations or more, and the threshold value 34 of the rib lower base 25a is set to 30000 gradations or more. Note that the maximum value of the projected luminance value is 159375 since the number of pixels in the lateral direction 29 on the imaging surface is 625 and the maximum luminance is 255.

次に、処理装置6は、事前に登録した投光装置2の初期位置31と、リブ上底位置36と撮像装置3の中心線9との差と、撮像装置3の傾斜角度と、撮像装置3の分解能から、投光装置2が照射するライン状のレーザ光の集光位置30とリブ上底面24とが一致する上側位置39への投光装置2の移動量を算出して、図6(a)に示すように、投光装置2を上側位置39に位置決めさせて、この状態で光切断線を撮像させる。   Next, the processing device 6 determines the initial position 31 of the light projecting device 2 registered in advance, the difference between the rib upper bottom position 36 and the center line 9 of the imaging device 3, the inclination angle of the imaging device 3, and the imaging device. From the resolution of 3, the amount of movement of the light projecting device 2 to the upper position 39 where the condensing position 30 of the line-shaped laser light irradiated by the light projecting device 2 and the rib upper bottom surface 24 coincide with each other is calculated. As shown to (a), the light projection apparatus 2 is positioned to the upper side position 39, and a light cutting line is imaged in this state.

この第1の移動状態で撮像された画像の一例を図6(b)に示す。図6(b)に示すように、この第1の移動状態で撮像された光切断線画像においては、レーザ光の集光位置30とリブ上底面24とが一致していることから、リブ上底面24におけるライン状のレーザ光のビーム幅が最小となる。したがって、リブ上底面24に形成された光切断線すなわちリブ上底24bの縦幅が最小となる。一方、リブ下底面25に形成された光切断線すなわちリブ下底25bの縦幅は、図5(b)に示すリブ下底25aに比べて大きくなる。   An example of an image captured in the first movement state is shown in FIG. As shown in FIG. 6 (b), in the light section line image captured in the first movement state, the laser beam condensing position 30 and the rib upper surface 24 coincide with each other. The beam width of the line-shaped laser beam on the bottom surface 24 is minimized. Therefore, the optical cutting line formed on the rib upper bottom surface 24, that is, the vertical width of the rib upper bottom 24b is minimized. On the other hand, the optical cutting line formed on the bottom rib bottom surface 25, that is, the vertical width of the bottom rib bottom 25b is larger than the bottom rib bottom 25a shown in FIG.

次に、処理装置6は、事前に登録した投光装置2の初期位置31と、リブ下底位置37と撮像装置3の中心線9との差と、撮像装置3の傾斜角度と、撮像装置3の分解能から、投光装置2が照射するライン状のレーザ光の集光位置30とリブ下底面25とが一致する下側位置40への投光装置2の移動量を算出して、図7(a)に示すように、投光装置2を下側位置40に位置決めさせて、この状態で光切断線を撮像させる。   Next, the processing device 6 includes the initial position 31 of the light projecting device 2 registered in advance, the difference between the rib bottom base position 37 and the center line 9 of the imaging device 3, the inclination angle of the imaging device 3, and the imaging device. 3, the amount of movement of the light projecting device 2 to the lower position 40 where the converging position 30 of the line-shaped laser light irradiated by the light projecting device 2 and the rib bottom surface 25 coincide is calculated. As shown in FIG. 7A, the light projecting device 2 is positioned at the lower position 40, and the light section line is imaged in this state.

この第2の移動状態で撮像された画像の一例を図7(b)に示す。図7(b)に示すように、この第2の移動状態で撮像された光切断線画像においては、レーザ光の集光位置30とリブ下底面25とが一致していることから、リブ下底面25におけるライン状のレーザ光のビーム幅が最小となる。したがって、リブ下底面25に形成された光切断線すなわちリブ下底25cの縦幅が最小となる。一方、リブ上底面24に形成された光切断線すなわちリブ上底24cの縦幅は、図5(b)に示すリブ上底24aに比べて大きくなる。   An example of an image captured in the second movement state is shown in FIG. As shown in FIG. 7B, in the optical section line image captured in the second movement state, the laser beam condensing position 30 and the rib lower bottom surface 25 coincide with each other. The beam width of the line-shaped laser beam on the bottom surface 25 is minimized. Therefore, the optical cutting line formed on the rib lower bottom surface 25, that is, the vertical width of the rib lower bottom 25c is minimized. On the other hand, the optical cutting line formed on the rib upper bottom surface 24, that is, the vertical width of the rib upper bottom 24c is larger than the rib upper bottom 24a shown in FIG.

処理装置6は、第1および第2の移動状態において撮像された画像からそれぞれの光切断線の高さプロファイルを算出し、輝度投影画像に基いて算出したリブ上底位置36とリブ下底位置37の中心位置38を基準に、中心位置38よりも上側の領域41については、第1の移動状態において撮像された画像から算出した光切断線の高さプロファイル(リブ上底24bの高さプロファイル)を用い、中心位置38よりも下側の領域42については、第2の移動状態において撮像された画像から算出した光切断線の高さプロファイル(リブ下底25cの高さプロファイル)を用いて、図8に示す光切断線の高さプロファイルを作成する。このプロファイルは、リブ上底およびリブ下底の各々で光切断線の縦幅が最小となる画像の光切断線の高さプロファイルに相当する。   The processing device 6 calculates the height profile of each light cutting line from the images captured in the first and second moving states, and calculates the rib upper base position 36 and the rib lower base position calculated based on the luminance projection image. 37 with respect to the center position 38 of the light source 37, the height profile of the optical section line calculated from the image captured in the first movement state (the height profile of the rib upper base 24b) for the region 41 above the center position 38. ) Using the height profile of the optical cutting line (height profile of the rib bottom bottom 25c) calculated from the image captured in the second movement state for the region 42 below the center position 38. Then, a height profile of the optical section line shown in FIG. 8 is created. This profile corresponds to the height profile of the light cutting line of the image in which the vertical width of the light cutting line is minimized at each of the rib upper bottom and the rib lower bottom.

ここで、光切断線の高さプロファイルの算出方法の一例について、図9、図10を用いて具体的に説明する。図9、図10に示す方法では、撮像面(撮像画像)の横方向29に並ぶ各ラインを構成する各画素の輝度値から、光切断線の高さプロファイル43を作成する。   Here, an example of a method for calculating the height profile of the light section line will be specifically described with reference to FIGS. In the method shown in FIGS. 9 and 10, the height profile 43 of the light section line is created from the luminance value of each pixel constituting each line arranged in the horizontal direction 29 on the imaging surface (captured image).

すなわち、図9に示すように、撮像面(撮像画像)の高さ方向28に沿う注目ライン(N)44における光切断線の高さ位置を算出するときには、まず、注目ライン(N)44に隣接するラインを用いて、注目ライン(N)44を構成する各画素の輝度値を平滑化する。例えば、平滑化処理の設定パラメータが3の場合、注目ライン(N)44に隣接するライン(N−1)45、ライン(N+1)46のぞれぞれを構成する各画素の輝度値を用いて、注目ライン(N)44を構成する各画素の輝度値を平滑化する。その計算式は、
Xn’(N)=(Xn(N−1)+Xn(N)+Xn(N+1))/3
であり、この平滑化のための計算を、高さ方向に並ぶ画素ごとに実施して、注目ライン(N)44の各画素の輝度値をそれぞれ平滑化した輝度データライン(N)47を生成する。なお、Xn’(N)は輝度データライン(N)47のn番目の画素の輝度値、Xn(N−1)はライン(N−1)45のn番目の画素の輝度値、Xn(N)は注目ライン(N)44のn番目の画素の輝度値、Xn(N+1)はライン(N+1)46のn番目の画素の輝度値である。この実施の形態では、平滑化サイズは5とする。即ち、注目ライン(N)の両側にそれぞれ隣接する2本のライン、具体的にはライン(N−2)、ライン(N−1)とライン(N+1)、ライン(N+2)を用いて、注目ライン(N)を構成する各画素の輝度値を平滑化する。
That is, as shown in FIG. 9, when calculating the height position of the light cutting line in the attention line (N) 44 along the height direction 28 of the imaging surface (captured image), first, the attention line (N) 44 is displayed. Using adjacent lines, the luminance value of each pixel constituting the target line (N) 44 is smoothed. For example, when the setting parameter of the smoothing process is 3, the luminance value of each pixel constituting each of the line (N−1) 45 and the line (N + 1) 46 adjacent to the target line (N) 44 is used. Thus, the luminance value of each pixel constituting the target line (N) 44 is smoothed. The calculation formula is
Xn ′ (N) = (Xn (N−1) + Xn (N) + Xn (N + 1)) / 3
The calculation for smoothing is performed for each pixel arranged in the height direction to generate a luminance data line (N) 47 in which the luminance value of each pixel of the target line (N) 44 is smoothed. To do. Xn ′ (N) is the luminance value of the nth pixel of the luminance data line (N) 47, Xn (N−1) is the luminance value of the nth pixel of the line (N−1) 45, and Xn (N ) Is the luminance value of the nth pixel of the target line (N) 44, and Xn (N + 1) is the luminance value of the nth pixel of the line (N + 1) 46. In this embodiment, the smoothing size is 5. That is, using two lines adjacent to each side of the target line (N), specifically, using the line (N-2), the line (N-1) and the line (N + 1), and the line (N + 2), The luminance value of each pixel constituting the line (N) is smoothed.

次に、輝度データライン(N)47の微分波形を生成する。輝度データライン(N)47上の注目画素(n)48の輝度値X’(n)の微分値は、輝度データライン(N)47上で隣接する画素の輝度値X’との差分値とする。例えば、微分処理の設定パラメータが3の場合、注目画素(n)48に隣接する画素(n−1、n−2、n−3)49、画素(n+1、n+2、n+3)50の輝度値X’を用いて、注目画素(n)48の輝度値X’(n)の微分値を求める。その計算式は、
X’’(n)=(X’(n+3)+X’(n+2)+X’(n+1))−(X’(n−3)+X’(n−2)+X’(n−1))
であり、この微分値を求める計算を、輝度データライン(N)47を構成する画素ごとに実施して、図10に示す微分波形51を生成する。なお、X’’(n)は輝度データライン(N)47上のn番目の画素の輝度値X’(n)の微分値、X’(n+3)〜X’(n+1)は輝度データライン(N)47上の(n+3)番目〜(n+1)番目の画素の輝度値、X’(n−3)〜X’(n−1)は輝度データライン(N)47上の(n−3)番目〜(n−1)番目の画素の輝度値である。この実施の形態では、平滑化サイズは10とする。即ち、注目画素(n)の両側にそれぞれ隣接する10個の画素、具体的には画素(n−10)〜画素(n−1)と画素(n+1)〜画素(n+10)を用いて、注目画素(n)を微分する。
Next, a differential waveform of the luminance data line (N) 47 is generated. The differential value of the luminance value X ′ (n) of the pixel of interest (n) 48 on the luminance data line (N) 47 is the difference value between the luminance value X ′ of adjacent pixels on the luminance data line (N) 47 and To do. For example, when the setting parameter of the differentiation process is 3, the luminance value X of the pixel (n−1, n−2, n−3) 49 and the pixel (n + 1, n + 2, n + 3) 50 adjacent to the target pixel (n) 48. 'Is used to determine the differential value of the luminance value X ′ (n) of the pixel of interest (n) 48. The calculation formula is
X ″ (n) = (X ′ (n + 3) + X ′ (n + 2) + X ′ (n + 1)) − (X ′ (n−3) + X ′ (n−2) + X ′ (n−1))
The calculation for obtaining the differential value is performed for each pixel constituting the luminance data line (N) 47, and the differential waveform 51 shown in FIG. 10 is generated. X ″ (n) is a differential value of the luminance value X ′ (n) of the nth pixel on the luminance data line (N) 47, and X ′ (n + 3) to X ′ (n + 1) are luminance data lines ( N) The luminance values of the (n + 3) th to (n + 1) th pixels on 47, and X ′ (n−3) to X ′ (n−1) are (n−3) on the luminance data line (N) 47. This is the luminance value of the n th to (n−1) th pixels. In this embodiment, the smoothing size is 10. That is, using ten pixels adjacent to both sides of the target pixel (n), specifically, using the pixels (n-10) to (n-1) and the pixels (n + 1) to (n + 10), Differentiate pixel (n).

次に、生成した微分波形51より、注目ライン(N)44における光切断線の高さ位置52を算出する。図10において、撮像面(撮像画像)の高さ方向28に直交する軸は、微分値53を示す。高さ位置52は、微分波形51が微分閾値54を越えて最大値55となってから最初にゼロ点56と交わる点とする。この実施の形態では、微分閾値54を500に設定した。   Next, the height position 52 of the light section line in the target line (N) 44 is calculated from the generated differential waveform 51. In FIG. 10, the axis orthogonal to the height direction 28 of the imaging surface (captured image) indicates the differential value 53. The height position 52 is a point where the differential waveform 51 crosses the zero point 56 first after the differential threshold value 54 exceeds the differential threshold 54 and reaches the maximum value 55. In this embodiment, the differential threshold value 54 is set to 500.

以上の処理を、撮像面(撮像画像)の横方向29に並ぶラインごとに実施することで、図9に示す光切断線の高さプロファイル43を求めることができる。   By performing the above processing for each line arranged in the lateral direction 29 on the imaging surface (captured image), the height profile 43 of the light section line shown in FIG. 9 can be obtained.

続いて、光切断線の高さプロファイルの他の算出方法について、図11を用いて具体的に説明する。図11に示すように、撮像面(撮像画像)の高さ方向28に沿う注目ライン(N)57における光切断線の高さ位置を算出するときには、注目ライン(N)57を構成する画素から輝度値が閾値以上の画素を抽出するラベリング処理を行い、その抽出された画素の中心座標58を、注目ライン(N)57における光切断線の高さ位置として算出する。その計算式は、
中心座標=(Y1+Y2+・・・+Yn)/n
である。なお、nは輝度値が閾値以上の画素数、Y1〜Ynは輝度値が閾値以上の各画素の座標である。図11には、閾値が200で、輝度値が閾値以上の画素として、座標が103、104、106の3個の画素が抽出された場合を例示している。この場合、中心座標58は104.33となる。
Next, another method for calculating the height profile of the light section line will be specifically described with reference to FIG. As shown in FIG. 11, when calculating the height position of the light section line in the attention line (N) 57 along the height direction 28 of the imaging surface (captured image), from the pixels constituting the attention line (N) 57. A labeling process for extracting pixels having a luminance value equal to or higher than a threshold is performed, and the center coordinates 58 of the extracted pixels are calculated as the height position of the light section line in the target line (N) 57. The calculation formula is
Center coordinates = (Y1 + Y2 +... + Yn) / n
It is. Note that n is the number of pixels having a luminance value equal to or greater than the threshold, and Y1 to Yn are coordinates of each pixel having a luminance value equal to or greater than the threshold. FIG. 11 illustrates a case where three pixels having coordinates of 103, 104, and 106 are extracted as pixels having a threshold value of 200 and a luminance value equal to or higher than the threshold value. In this case, the center coordinate 58 is 104.33.

以上の処理を、撮像面(撮像画像)の横方向29に並ぶラインごとに実施することで、図11に示す光切断線の高さプロファイル59を求めることができる。   By performing the above processing for each line arranged in the horizontal direction 29 on the imaging surface (captured image), the light cutting line height profile 59 shown in FIG. 11 can be obtained.

以上のように第1および第2の移動状態において撮像された画像からそれぞれの光切断線の高さプロファイルを算出することで、リブ上底およびリブ下底の各々で光切断線の縦幅が最小となる画像の光切断線の高さプロファイルを作成することができる。   As described above, by calculating the height profile of each light cutting line from the images captured in the first and second moving states, the vertical width of the light cutting line at each of the rib upper bottom and the rib lower bottom is determined. It is possible to create a height profile of the light cutting line of the image that is minimized.

なお、第1の移動状態において撮像された画像の中心位置38よりも上側の領域41と、第2の移動状態において撮像された画像の中心位置38よりも下側の領域42とを合成して、リブ上底およびリブ下底の各々で光切断線の縦幅が最小となる画像を生成し、その生成された画像から光切断線の高さプロファイルを算出してもよい。   The region 41 above the center position 38 of the image captured in the first movement state and the region 42 below the center position 38 of the image captured in the second movement state are combined. Alternatively, an image in which the vertical width of the light cutting line is minimized at each of the rib upper bottom and the rib lower bottom may be calculated, and the height profile of the light cutting line may be calculated from the generated image.

次に処理装置6は、作成した光切断線の高さプロファイルに対して、リブ上底高さ算出対象エリアとリブ下底高さ算出対象エリアを設定する。リブ上底高さ算出対象エリアとリブ下底高さ算出対象エリアの設定方法の一例について、図12を用いて具体的に説明する。図12には、光切断線の高さプロファイルの3つの事例を示している。図12(a)〜図12(c)において、縦軸は撮像面の高さ方向28、横軸は撮像面の横方向29に相当する。   Next, the processing device 6 sets a rib upper bottom height calculation target area and a rib lower bottom height calculation target area for the height profile of the created light section line. An example of a setting method of the rib upper bottom height calculation target area and the rib lower bottom height calculation target area will be specifically described with reference to FIG. FIG. 12 shows three examples of the height profile of the light section line. 12A to 12C, the vertical axis corresponds to the height direction 28 of the imaging surface, and the horizontal axis corresponds to the horizontal direction 29 of the imaging surface.

図12(a)に示すようにリブが一山しかない場合、まず、光切断線の高さプロファイル60aを閾値61aによってリブ上底エリア63a、65a、67aとリブ下底エリア62a、64a、66a、68aとに区分けする。   When there are only one rib as shown in FIG. 12A, first, the height profile 60a of the optical cutting line is set to the rib upper bottom areas 63a, 65a, 67a and the rib lower bottom areas 62a, 64a, 66a by the threshold value 61a. , 68a.

閾値は、光切断線の高さプロファイルのMAX値とMIN値の間を100%とし、%で設定する。この実施の形態では、閾値61aは50%と設定した。つまり、MAX値とMIN値の中心が閾値となる。   The threshold value is set as%, with 100% between the MAX value and the MIN value of the height profile of the optical cutting line. In this embodiment, the threshold 61a is set to 50%. That is, the center between the MAX value and the MIN value is the threshold value.

次に、閾値61aによって規定されるエリアの横幅が有効リブ幅閾値以下の場合、リブ上底エリアとリブ下底エリアのいずれでもないエリアであると判定する。すなわち、エリア63a、64a、67aはリブ上底エリアとリブ下底エリアのいずれでもないと判定される。   Next, when the width of the area defined by the threshold 61a is equal to or less than the effective rib width threshold, it is determined that the area is neither the rib upper bottom area nor the rib lower bottom area. That is, it is determined that the areas 63a, 64a, and 67a are neither the rib upper bottom area nor the rib lower bottom area.

次に、リブ上底エリアとリブ下底エリアのいずれでもないと判定されたエリアが連続している場合は、それらのエリアを連結する。すなわち、エリア63a、64aは連結されて、エリア69aとなる。また、リブ上底エリアとリブ下底エリアのいずれでもないと判定されたエリアが同種のエリアに囲まれている場合には、それらのエリアを連結する。すなわち、エリア66a、67a、68aは連結されて、リブ下底エリア70aとなる。   Next, when the areas determined to be neither the rib upper bottom area nor the rib lower bottom area are continuous, the areas are connected. That is, the areas 63a and 64a are connected to form an area 69a. Further, when an area that is determined to be neither the rib upper bottom area nor the rib lower bottom area is surrounded by the same type of areas, the areas are connected. That is, the areas 66a, 67a, and 68a are connected to become a rib lower bottom area 70a.

以上の処理により、視野内にリブ上底エリアが1つのみとなる場合は、そのリブ上底エリアをリブ上底高さ算出対象エリアに設定し、そのリブ上底エリアの両隣のエリアをリブ下底高さ算出対象エリアに設定する。すなわち、リブ上底エリア65aをリブ上底高さ算出対象エリアに設定し、リブ下底エリア62aとリブ下底エリア70aをリブ下底高さ算出対象エリアに設定する。   If there is only one rib upper base area in the field of view, the rib upper base area is set as the rib upper base height calculation target area, and the areas adjacent to the rib upper base area are ribbed. Set to the lower bottom height calculation target area. That is, the rib upper bottom area 65a is set as a rib upper bottom height calculation target area, and the rib lower bottom area 62a and the rib lower bottom area 70a are set as rib lower bottom height calculation target areas.

また図12(b)に示すようにリブが一山より多く、二山はない場合、まず、光切断線の高さプロファイル60bを閾値61bによってリブ上底エリア63b、65b、67bとリブ下底エリア62b、64b、66bとに区分けする。この実施の形態では、閾値61bは50%と設定した。   Also, as shown in FIG. 12 (b), when there are more ribs than one and no two peaks, first, the height profile 60b of the optical cutting line is set to the rib upper bottom areas 63b, 65b, 67b and the rib lower bottom using the threshold value 61b. The area is divided into areas 62b, 64b, and 66b. In this embodiment, the threshold 61b is set to 50%.

次に、閾値61bによって規定されるエリアの横幅が有効リブ幅閾値以下の場合、リブ上底エリアとリブ下底エリアのいずれでもないエリアであると判定する。すなわち、エリア63b、64bはリブ上底エリアとリブ下底エリアのいずれでもないと判定される。   Next, when the width of the area defined by the threshold 61b is equal to or less than the effective rib width threshold, it is determined that the area is neither the rib upper bottom area nor the rib lower bottom area. That is, it is determined that the areas 63b and 64b are neither the rib upper bottom area nor the rib lower bottom area.

次に、リブ上底エリアとリブ下底エリアのいずれでもないと判定されたエリアが連続している場合は、それらのエリアを連結する。すなわち、エリア63bとエリア64bは連結されて、エリア68bとなる。   Next, when the areas determined to be neither the rib upper bottom area nor the rib lower bottom area are continuous, the areas are connected. That is, the area 63b and the area 64b are connected to form an area 68b.

以上の処理により、視野内にリブ上底エリアが2つ存在する場合は、その2つのエリアに挟まれているエリアをリブ下底高さ算出対象エリアに設定する。一方、リブ下底エリアに囲まれていないリブ上底エリアは演算対象としない。すなわち、リブ上底エリア65bとリブ上底エリア67bに挟まれているリブ下底エリア66bをリブ下底高さ算出対象エリアに設定し、リブ下底エリア62bとリブ下底エリア66bに囲まれているリブ上底エリア65bをリブ上底高さ算出対象エリアに設定する。   If there are two rib upper bottom areas in the field of view through the above processing, the area sandwiched between the two areas is set as the rib lower bottom height calculation target area. On the other hand, the rib upper bottom area not surrounded by the rib lower bottom area is not subject to calculation. That is, the rib lower bottom area 66b sandwiched between the rib upper bottom area 65b and the rib upper bottom area 67b is set as a rib lower bottom height calculation target area and is surrounded by the rib lower bottom area 62b and the rib lower bottom area 66b. The rib upper bottom area 65b is set as a rib upper bottom height calculation target area.

また図12(c)に示すようにリブが二山以上有る場合、まず、光切断線の高さプロファイル60cを閾値61cによってリブ上底エリア63c、65c、67cとリブ下底エリア62c、64c、66c、68cとに区分けする。この実施の形態では、閾値61cは50%と設定した。   When there are two or more ribs as shown in FIG. 12C, first, the height profile 60c of the optical cutting line is set to the rib upper bottom areas 63c, 65c, 67c and the rib lower bottom areas 62c, 64c by the threshold value 61c. It is divided into 66c and 68c. In this embodiment, the threshold 61c is set to 50%.

次に、閾値61cによって規定されるエリアの横幅が有効リブ幅閾値以下の場合、リブ上底エリアとリブ下底エリアのいずれでもないエリアであると判定する。すなわち、エリア63c、64cはリブ上底エリアとリブ下底エリアのいずれでもないと判定される。   Next, when the width of the area defined by the threshold 61c is equal to or less than the effective rib width threshold, it is determined that the area is neither the rib upper bottom area nor the rib lower bottom area. That is, it is determined that the areas 63c and 64c are neither the rib upper bottom area nor the rib lower bottom area.

次に、リブ上底エリアとリブ下底エリアのいずれでもないと判定されたエリアが連続している場合は、それらのエリアを連結する。すなわち、エリア63cとエリア64cは連結されて、エリア69cとなる。   Next, when the areas determined to be neither the rib upper bottom area nor the rib lower bottom area are continuous, the areas are connected. That is, the area 63c and the area 64c are connected to form an area 69c.

以上の処理により、視野内にリブ上底エリアが2つ存在する場合は、その2つのエリアに挟まれているエリアをリブ下底高さ算出対象エリアに設定する。一方、リブ下底エリアに囲まれているリブ上底エリアは全て演算対象とする。すなわち、リブ上底エリア65cとリブ上底エリア67cに挟まれているリブ下底エリア66cをリブ下底高さ算出対象エリアに設定し、リブ下底エリア62cとリブ下底エリア66cに囲まれているリブ上底エリア65c、およびリブ下底エリア66cとリブ下底エリア68cに囲まれているリブ上底エリア67cをリブ上底高さ算出対象エリアに設定する。   If there are two rib upper bottom areas in the field of view through the above processing, the area sandwiched between the two areas is set as the rib lower bottom height calculation target area. On the other hand, all rib upper bottom areas surrounded by the rib lower bottom area are subject to calculation. That is, the rib bottom bottom area 66c sandwiched between the rib top bottom area 65c and the rib top bottom area 67c is set as the rib bottom bottom height calculation target area and is surrounded by the rib bottom bottom area 62c and the rib bottom bottom area 66c. The rib upper bottom area 65c, and the rib upper bottom area 67c surrounded by the rib lower bottom area 66c and the rib lower bottom area 68c are set as the rib upper bottom height calculation target area.

以上のように、処理装置6は、光切断線の高さプロファイルから、リブ上底高さ算出対象エリアとリブ下底高さ算出対象エリアを設定する。   As described above, the processing device 6 sets the rib upper base height calculation target area and the rib lower base height calculation target area from the height profile of the light cutting line.

次に処理装置6は、リブ上底高さ算出対象エリアにおける光切断線の高さプロファイルの平均高さと、リブ下底高さ算出対象エリアにおける光切断線の高さプロファイルの平均高さとの差を求め、その差と撮像装置3の傾斜角度等に基き、縦リブ高さ23を算出する。   Next, the processing device 6 determines the difference between the average height of the optical cutting line height profile in the rib upper bottom height calculation target area and the average height of the optical cutting line height profile in the rib lower bottom height calculation target area. And the vertical rib height 23 is calculated based on the difference and the inclination angle of the imaging device 3.

ここで、光切断線の高さプロファイルの平均高さの算出方法の一例について、図13を用いて具体的に説明する。図13において、縦軸は撮像面の高さ方向28、横軸は撮像面の横方向29に相当する。   Here, an example of a method for calculating the average height of the height profile of the light section line will be specifically described with reference to FIG. In FIG. 13, the vertical axis corresponds to the height direction 28 of the imaging surface, and the horizontal axis corresponds to the horizontal direction 29 of the imaging surface.

図13に示すように、閾値71によって規定されるリブ上底高さ算出対象エリア72とリブ下底高さ算出対象エリア73に対して、それぞれ所定の割合A、割合Bを乗算して、リブ上底平均高さ算出エリア74とリブ下底平均高さ算出エリア75を設定し、各々のエリアで平均高さを算出する。但し、リブ上底平均高さ算出エリア74は、リブ上底高さ算出対象エリア72とリブ上底平均高さ算出エリア74の中心が一致するように設定する。同様に、リブ下底平均高さ算出エリア75は、リブ下底高さ算出対象エリア73とリブ下底平均高さ算出エリア75の中心が一致するように設定する。割合A、Bは0<A<1、0<B<1とする。この実施の形態では、A=0.5、B=0.5とした。ここで、リブ上底高さ算出対象エリアとリブ下底高さ算出対象エリアに対して、それぞれ所定の割合A、割合Bを乗算したのは、平坦な部分での平均値を用いて平均高さを求めるためである。即ち、このように割合A、Bを乗算することで、平均高さの算出にリブのエッジ部の影響を受け難くすることができる。   As shown in FIG. 13, the rib upper base height calculation target area 72 and the rib lower base height calculation target area 73 defined by the threshold 71 are multiplied by a predetermined ratio A and ratio B, respectively. An upper bottom average height calculation area 74 and a rib lower bottom average height calculation area 75 are set, and the average height is calculated in each area. However, the rib upper base average height calculation area 74 is set so that the centers of the rib upper base height calculation target area 72 and the rib upper base average height calculation area 74 coincide. Similarly, the rib lower bottom average height calculation area 75 is set such that the centers of the rib lower bottom height calculation target area 73 and the rib lower bottom average height calculation area 75 coincide. The ratios A and B are 0 <A <1 and 0 <B <1. In this embodiment, A = 0.5 and B = 0.5. Here, the rib upper base height calculation target area and the rib lower base height calculation target area are multiplied by a predetermined ratio A and ratio B, respectively, to obtain the average height using the average value in the flat portion. This is because of the demand. That is, by multiplying the ratios A and B in this way, it is possible to make the calculation of the average height less susceptible to the influence of the edge portion of the rib.

続いて、以上説明した形状測定装置の縦リブ高さ23を測定する際の動作フローについて、図14を用いて説明する。   Next, an operation flow when measuring the vertical rib height 23 of the shape measuring apparatus described above will be described with reference to FIG.

はじめに測定ステージ7に背面板ガラス13を固定する。背面板ガラス13には測定対象1となる縦リブ17が形成されている。次に、事前に処理装置6に登録された測定ポジションに測定ステージ7を移動させる。   First, the rear plate glass 13 is fixed to the measurement stage 7. On the rear plate glass 13, vertical ribs 17 to be measured 1 are formed. Next, the measurement stage 7 is moved to a measurement position registered in the processing device 6 in advance.

次に、投光装置2が照射するライン状のレーザ光の集光位置30をリブ上底面24とリブ下底面25との間の段差部の略中央に一致させた初期状態で光切断線画像を取得し(ステップS1)、その光切断線画像から、撮像面の横方向29に輝度投影した輝度投影画像を生成する(ステップS2)。   Next, a light cutting line image in an initial state in which the condensing position 30 of the line-shaped laser light irradiated by the light projecting device 2 is made to coincide with the approximate center of the step portion between the rib upper bottom surface 24 and the rib lower bottom surface 25. (Step S1), and a luminance projection image obtained by luminance projection in the lateral direction 29 of the imaging surface is generated from the light section line image (step S2).

次に、リブ上底24a及びリブ下底25aを検出するため、投影輝度値の閾値33、34を設定し、輝度投影波形35と閾値との交点から、リブ上底位置36とリブ下底位置37を算出する。   Next, in order to detect the rib upper base 24a and the rib lower base 25a, threshold values 33 and 34 of the projection luminance value are set, and the rib upper base position 36 and the rib lower bottom position are determined from the intersection of the luminance projection waveform 35 and the threshold value. 37 is calculated.

次に、事前に登録した投光装置2の初期位置31と、リブ上底位置36と撮像装置3の中心線9との差と、撮像装置3の傾斜角度と、撮像装置3の分解能から、上側位置39への投光装置2の移動量を算出して、投光装置2を上側位置39に位置決めさせる(ステップS3)。   Next, from the initial position 31 of the light projecting device 2 registered in advance, the difference between the rib upper base position 36 and the center line 9 of the imaging device 3, the inclination angle of the imaging device 3, and the resolution of the imaging device 3, The amount of movement of the light projecting device 2 to the upper position 39 is calculated, and the light projecting device 2 is positioned at the upper position 39 (step S3).

次に、投光装置2が照射するライン状のレーザ光の集光位置30をリブ上底面24に一致させた第1の移動状態で光切断線画像(a)を取得する(ステップS4)。   Next, an optical section line image (a) is acquired in a first movement state in which the condensing position 30 of the line-shaped laser light irradiated by the light projecting device 2 is made to coincide with the rib upper bottom surface 24 (step S4).

次に、事前に登録した投光装置2の初期位置31と、リブ下底位置37と撮像装置3の中心線9との差と、撮像装置3の傾斜角度と、撮像装置3の分解能から、下側位置40への投光装置2の移動量を算出して、投光装置2を下側位置40に位置決めさせる(ステップS5)。   Next, from the initial position 31 of the light projecting device 2 registered in advance, the difference between the rib bottom base position 37 and the center line 9 of the imaging device 3, the inclination angle of the imaging device 3, and the resolution of the imaging device 3, The amount of movement of the light projecting device 2 to the lower position 40 is calculated, and the light projecting device 2 is positioned at the lower position 40 (step S5).

次に、投光装置2が照射するライン状のレーザ光の集光位置30をリブ下底面25に一致させた第2の移動状態で光切断線画像(b)を取得する(ステップS6)。   Next, a light section line image (b) is acquired in the second movement state in which the condensing position 30 of the line-shaped laser light irradiated by the light projecting device 2 is made to coincide with the rib bottom bottom surface 25 (step S6).

次に、ステップS4において取得した第1の移動状態での光切断線画像(a)から、光切断線の高さプロファイルを求める(ステップS7)。光切断線の高さプロファイルは、例えば、各ラインごとに平滑化処理と微分処理を実施することで求める。即ち、注目ラインの各画素の輝度値を平滑化し、さらに微分して微分波形51を生成し、その微分波形51が微分閾値54を越えて最大値55となってから最初にゼロ点56と交わる点を、注目ラインにおける光切断線の高さ位置52として算出する。この処理をラインごとに実施することで、光切断線画像における光切断線の高さプロファイルを求める。   Next, a height profile of the light cutting line is obtained from the light cutting line image (a) in the first movement state acquired in step S4 (step S7). The height profile of the light section line is obtained, for example, by performing smoothing processing and differentiation processing for each line. That is, the luminance value of each pixel of the target line is smoothed and further differentiated to generate a differential waveform 51. The differential waveform 51 crosses the differentiation threshold 54 and reaches the maximum value 55, and then intersects with the zero point 56 first. The point is calculated as the height position 52 of the light cutting line in the target line. By performing this process for each line, the height profile of the light section line in the light section line image is obtained.

次に、ステップS7と同様に、ステップS6において取得した第2の移動状態での光切断線画像(b)から、光切断線の高さプロファイルを求める(ステップS8)。   Next, as in step S7, the height profile of the light cutting line is obtained from the light cutting line image (b) in the second movement state acquired in step S6 (step S8).

次に、輝度投影画像に基いて算出したリブ上底位置36とリブ下底位置37の中心位置38を基準に、中心位置38よりも上側の領域41については、光切断線画像(a)における光切断線の高さプロファイル(リブ上底24bの高さプロファイル)を用い、中心位置38よりも下側の領域42については、光切断線画像(b)における光切断線の高さプロファイル(リブ下底25cの高さプロファイル)を用いて、それらを結合した光切断線の高さプロファイルを作成する(ステップS9)。   Next, with reference to the center position 38 of the rib upper base position 36 and the rib lower base position 37 calculated based on the luminance projection image, the region 41 above the center position 38 is shown in the optical section line image (a). For the region 42 below the center position 38 using the height profile of the optical section line (height profile of the rib upper base 24b), the height profile (ribs) of the optical section line in the optical section line image (b) is used. Using the height profile of the lower base 25c, a height profile of the optical section line connecting them is created (step S9).

次に、ステップS9で作成した光切断線の高さプロファイルに対して、リブ上底高さ算出対象エリアとリブ下底高さ算出対象エリアを設定し、リブ上底高さ算出対象エリアにおける光切断線の高さプロファイルの平均高さと、リブ下底高さ算出対象エリアにおける光切断線の高さプロファイルの平均高さとの差を求め、その差と撮像装置3の傾斜角度等に基き、縦リブ高さ23を算出する(ステップS10)。光切断線の高さプロファイルの平均高さとして、例えば、リブ上底高さ算出対象エリア72とリブ下底高さ算出対象エリア73に対して、それぞれ所定の割合A、割合Bを乗算して、リブ上底平均高さ算出エリア74とリブ下底平均高さ算出エリア75を設定し、各々のエリアにおける平均高さを算出する。   Next, a rib upper base height calculation target area and a rib lower base height calculation target area are set for the light cutting line height profile created in step S9, and light in the rib upper base height calculation target area is set. A difference between the average height of the cutting line height profile and the average height of the optical cutting line height profile in the rib bottom bottom height calculation target area is obtained, and based on the difference and the inclination angle of the image pickup device 3, The rib height 23 is calculated (step S10). As the average height of the height profile of the light section line, for example, the rib upper base height calculation target area 72 and the rib lower base height calculation target area 73 are multiplied by a predetermined ratio A and ratio B, respectively. The rib upper bottom average height calculation area 74 and the rib lower bottom average height calculation area 75 are set, and the average height in each area is calculated.

次に、事前に処理装置6に登録された次の測定ポジションへ測定ステージ7を移動させる(ステップS11)。   Next, the measurement stage 7 is moved to the next measurement position registered in advance in the processing device 6 (step S11).

以上の動作を、事前に処理装置6に登録された測定ポジションごとに繰り返すことで、背面板ガラス13上に形成されている全ての縦リブ17の高さを測定することができる。   By repeating the above operation for each measurement position registered in the processing device 6 in advance, the heights of all the vertical ribs 17 formed on the back plate glass 13 can be measured.

続いて、この実施の形態における形状測定装置と図15に示す従来の形状測定装置の測定精度について、縦リブ高さを測定する場合を例に説明する。   Next, the measurement accuracy of the shape measuring apparatus in this embodiment and the conventional shape measuring apparatus shown in FIG.

従来の形状測定装置の場合、上底と下底の一方にレーザ光を集光して、その集光点におけるビーム幅を5μmとしても、縦リブ高さが凡そ150μmであるため、他方におけるビーム幅が凡そ30μmに広がり、測定部位間でビーム幅が異なり、且つレーザ強度の中心位置もビーム幅の範囲で大きくずれた画像が取得される。一方、この実施の形態における形状測定装置の場合、測定部位の各々においてビーム幅が5μmとなり、レーザ強度の中心位置の変動も無い画像を取得できるため、ビーム幅やレーザ強度に起因する測定誤差はほとんど生じない。   In the case of the conventional shape measuring apparatus, even if the laser beam is condensed on one of the upper and lower bases and the beam width at the condensing point is 5 μm, the height of the vertical rib is about 150 μm. An image is acquired in which the width spreads to about 30 μm, the beam width differs between measurement sites, and the center position of the laser intensity is also greatly shifted within the range of the beam width. On the other hand, in the case of the shape measuring apparatus according to this embodiment, the beam width is 5 μm at each measurement site, and an image without a change in the center position of the laser intensity can be acquired. It hardly occurs.

そのため、150μmの高さを測定する場合、この実施の形態における形状測定装置と従来の形状測定装置では、測定値として、10μm近く違いが生じる。したがって、この実施の形態における形状測定装置のほうが、従来の形状測定装置よりも精度よく凹凸形状の高さ又は深さを測定することが可能となる。   Therefore, when a height of 150 μm is measured, a difference of nearly 10 μm occurs as a measured value between the shape measuring device in this embodiment and the conventional shape measuring device. Therefore, the shape measuring apparatus in this embodiment can measure the height or depth of the concavo-convex shape with higher accuracy than the conventional shape measuring apparatus.

以上説明したように、凹凸形状の上底、下底などの測定部位の各々に、ビーム幅が最も小さくなる状態でライン光をそれぞれ照射して、測定部位の各々において光切断線の縦幅が最小となる画像をそれぞれ取得することで、光切断線の縦幅や、光切断線の輝度値の変動に起因する測定誤差を抑制して、凹凸形状の測定精度の向上を図ることができる。また、複雑な光学構成の投光装置を用いることなく、また一台の投光装置で測定が可能なため、コストダウンを図ることができる。   As described above, each of the measurement sites such as the upper and lower bases of the concavo-convex shape is irradiated with the line light in a state where the beam width is the smallest, and the vertical width of the light cutting line in each of the measurement sites is By obtaining the minimum images, it is possible to suppress measurement errors caused by fluctuations in the vertical width of the light cutting line and the luminance value of the light cutting line, and to improve the measurement accuracy of the uneven shape. In addition, measurement can be performed without using a projector having a complicated optical configuration, and measurement can be performed with a single projector.

本発明にかかる形状測定装置および形状測定方法は、凹凸形状の測定精度の向上を図ることができ、LCD(リキッド・クリスタル・ディスプレイ)やPDP(プラズマ・ディスプレイ・パネル)に代表されるフラット・パネル・ディスプレイのパターン形状の測定に利用することが可能である。   The shape measuring apparatus and the shape measuring method according to the present invention can improve the measurement accuracy of the concavo-convex shape, and are flat panels represented by LCD (Liquid Crystal Display) and PDP (Plasma Display Panel). -It can be used to measure the pattern shape of the display.

1 測定対象
2 投光装置
3 撮像装置
4 光出射軸方向
5 駆動装置
6 処理装置
7 測定ステージ
8 可動部
9 中心線
10 撮像面
11 レンズ
12 表示装置
13 背面板ガラス
14 前面板ガラス
15 アドレス電極
16 絶縁体層
17 縦リブ
18a 蛍光体層(R)
18b 蛍光体層(G)
18c 蛍光体層(B)
19 走査電極
20 維持電極
21 誘電体層
22 保護層
23 縦リブ高さ
24 リブ上底面
24a〜24c リブ上底
25 リブ下底面
25a〜25c リブ下底
26 光切断線
27 横リブ
28 撮像面の高さ方向
29 撮像面の横方向
30 レーザ光の集光位置
31 初期位置
32 投影輝度値
33 リブ上底に対する閾値
34 リブ下底に対する閾値
35 輝度投影波形
36 リブ上底位置
37 リブ下底位置
38 リブ上底位置とリブ下底位置の中心位置
39 上側位置
40 下側位置
41 上側領域
42 下側領域
43 光切断線の高さプロファイル
44 注目ライン(N)
45 注目ラインに隣接するライン(N−1)
46 注目ラインに隣接するライン(N+1)
47 輝度データライン(N)
48 注目画素(n)
49 注目画素に隣接する画素(n−3、n−2、n−1)
50 注目画素に隣接する画素(n+1、n+2、n+3)
51 微分波形
52 注目ラインにおける光切断線の高さ位置
53 微分値
54 微分閾値
55 微分波形の最大値
56 ゼロ点
57 注目ライン(N)
58 中心座標
59 光切断線の高さプロファイル
60a 光切断線の高さプロファイル
61a 閾値
63a、65a、67a リブ上底エリア
62a、64a、66a、68a、70a リブ下底エリア
69a リブ上底エリアとリブ下底エリアのいずれでもないエリア
60b 光切断線の高さプロファイル
61b 閾値
63b、65b、67b リブ上底エリア
62b、64b、66b リブ下底エリア
68b リブ上底エリアとリブ下底エリアのいずれでもないエリア
60c 光切断線の高さプロファイル
61c 閾値
63c、65c、67c リブ上底エリア
62c、64c、66c、68c リブ下底エリア
69c リブ上底エリアとリブ下底エリアのいずれでもないエリア
71 閾値
72 リブ上底高さ算出対象エリア
73 リブ下底高さ算出対象エリア
74 リブ上底平均高さ算出エリア
75 リブ下底平均高さ算出エリア
101 検査ステージ
102 被検査物
103a、103b 投影装置
104 レンズ
105 撮像装置
106 処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement object 2 Light projection apparatus 3 Imaging apparatus 4 Light-emission axial direction 5 Drive apparatus 6 Processing apparatus 7 Measurement stage 8 Movable part 9 Centerline 10 Imaging surface 11 Lens 12 Display apparatus 13 Back plate glass 14 Front plate glass 15 Address electrode 16 Insulator Layer 17 Vertical rib 18a Phosphor layer (R)
18b Phosphor layer (G)
18c phosphor layer (B)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 Scan electrode 20 Sustain electrode 21 Dielectric layer 22 Protective layer 23 Vertical rib height 24 Rib upper bottom surface 24a-24c Rib upper bottom 25 Rib lower bottom surface 25a-25c Rib lower bottom 26 Optical cutting line 27 Horizontal rib 28 Imaging surface height Length direction 29 Horizontal direction of imaging surface 30 Condensing position of laser beam 31 Initial position 32 Projected luminance value 33 Threshold value for rib upper base 34 Threshold value for rib lower bottom 35 Luminance projection waveform 36 Rib upper bottom position 37 Rib lower bottom position 38 Rib Center position of upper bottom position and rib lower bottom position 39 Upper position 40 Lower position 41 Upper area 42 Lower area 43 Optical cutting line height profile 44 Line of interest (N)
45 Line adjacent to the line of interest (N-1)
46 Line adjacent to the line of interest (N + 1)
47 Luminance data line (N)
48 pixel of interest (n)
49 Pixels adjacent to the pixel of interest (n-3, n-2, n-1)
50 Pixels adjacent to the target pixel (n + 1, n + 2, n + 3)
51 Differential waveform 52 Height position of optical cutting line in line of interest 53 Differential value 54 Differential threshold 55 Maximum value of differential waveform 56 Zero point 57 Line of interest (N)
58 Center coordinates 59 Optical cutting line height profile 60a Optical cutting line height profile 61a Threshold 63a, 65a, 67a Rib upper bottom area 62a, 64a, 66a, 68a, 70a Rib lower bottom area 69a Rib upper bottom area and rib Area that is not any of the lower bottom area 60b Height profile of the optical cutting line 61b Threshold value 63b, 65b, 67b Rib upper bottom area 62b, 64b, 66b Rib lower bottom area 68b Neither rib upper bottom area nor rib lower bottom area Area 60c Height profile of optical cutting line 61c Threshold 63c, 65c, 67c Rib upper bottom area 62c, 64c, 66c, 68c Rib lower bottom area 69c Area which is neither rib upper bottom area nor rib lower bottom area 71 Threshold 72 Rib Upper bottom height calculation target area 73 Rib lower bottom height calculation Elephant area 74 rib upper bottom average height calculation area 75 ribs under the bottom average height calculation area 101 inspection stage 102 to be inspected 103a, 103b projecting device 104 lens 105 imaging device 106 processor

Claims (7)

測定対象の凹凸形状にライン光を照射する投光装置と、
前記投光装置によって前記凹凸形状に形成される光切断線を撮像する撮像装置と、
前記凹凸形状の上底及び下底の各々で前記光切断線の幅が最小になるように前記投光装置をその光出射軸方向に移動させる駆動装置と、
前記撮像装置によって撮像された、前記凹凸形状の上底で前記光切断線の幅が最小となる画像と、前記凹凸形状の下底で前記光切断線の幅が最小となる画像に基いて、前記凹凸形状の高さ又は深さを算出する処理装置と、
を備えることを特徴とする形状測定装置。
A light projecting device that irradiates the uneven shape of the measurement object with line light;
An imaging device for imaging a light cutting line formed in the concavo-convex shape by the light projecting device;
A driving device that moves the light projecting device in the direction of the light emission axis so that the width of the light cutting line is minimized at each of the upper and lower bases of the concavo-convex shape;
Based on the image captured by the imaging device, the width of the light cutting line is minimized at the top of the uneven shape, and the image of the bottom of the uneven shape of the light cutting line is minimized, A processing device for calculating the height or depth of the uneven shape;
A shape measuring apparatus comprising:
前記投光装置の光出射軸方向と前記撮像装置の撮像方向とが略垂直であることを特徴とする請求項1記載の形状測定装置。   The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein a light emission axis direction of the light projecting device and an imaging direction of the imaging device are substantially perpendicular. 前記駆動装置は、前記投光装置の光出射軸方向と平行に前記撮像装置を移動させる機構をさらに有し、前記投光装置の光出射軸方向と平行に前記撮像装置を移動させて、前記凹凸形状の上底で前記光切断線の幅が最小となる画像と、前記凹凸形状の下底で前記光切断線の幅が最小となる画像を撮像することを特徴とする請求項1もしくは2のいずれかに記載の形状測定装置。   The drive device further includes a mechanism for moving the imaging device in parallel with the light emission axis direction of the light projecting device, moving the imaging device in parallel with the light emission axis direction of the light projection device, and 3. An image in which the width of the optical cutting line is minimized at the upper base of the concavo-convex shape and an image in which the width of the optical cutting line is minimized at the lower base of the concavo-convex shape are captured. The shape measuring device according to any one of the above. 測定対象の凹凸形状にライン光を照射して前記凹凸形状に光切断線を形成する投光装置を、その光出射軸方向に、前記凹凸形状の上底または下底で前記光切断線の幅が最小になるように移動させて、前記凹凸形状の上底または下底で前記光切断線の幅が最小となる画像を撮像装置により撮像し、
前記投光装置をその光出射軸方向に、前記凹凸形状の下底または上底で前記光切断線の幅が最小になるように移動させて、前記凹凸形状の下底または上底で前記光切断線の幅が最小となる画像を前記撮像装置により撮像し、
前記凹凸形状の上底で前記光切断線の幅が最小となる画像と、前記凹凸形状の下底で前記光切断線の幅が最小となる画像に基いて、前記凹凸形状の高さ又は深さを算出する
ことを特徴とする形状測定方法。
A light projection device that irradiates the uneven shape to be measured with line light to form a light cutting line in the uneven shape, and the width of the light cutting line at the upper or lower base of the uneven shape in the light emission axis direction thereof. The image is captured by the imaging device so that the width of the light cutting line is minimized at the upper or lower base of the concavo-convex shape,
The light projecting device is moved in the light emitting axis direction so that the width of the light cutting line is minimized at the bottom or top of the concavo-convex shape, and the light at the bottom or top of the concavo-convex shape Taking an image with the smallest cutting line width by the imaging device,
The height or depth of the concavo-convex shape based on an image in which the width of the optical cutting line is minimum at the upper base of the concavo-convex shape and an image in which the width of the optical cutting line is minimum at the lower base of the concavo-convex shape A shape measuring method characterized by calculating the thickness.
前記凹凸形状の上底で前記光切断線の幅が最小となる画像において輝度値が閾値以上の画素と、前記凹凸形状の下底で前記光切断線の幅が最小となる画像において輝度値が閾値以上の画素とに基いて、前記凹凸形状の高さ又は深さを算出することを特徴とする請求項4記載の形状測定方法。   A pixel having a brightness value equal to or greater than a threshold value in an image in which the width of the light cutting line is minimum at the top of the uneven shape and a brightness value in an image in which the width of the light cutting line is minimum at the bottom of the uneven shape The shape measuring method according to claim 4, wherein the height or depth of the concavo-convex shape is calculated based on pixels that are equal to or greater than a threshold value. 前記投光装置の光出射軸方向と前記撮像装置の撮像方向とが略垂直であることを特徴とする請求項4もしくは5のいずれかに記載の形状測定方法。   The shape measuring method according to claim 4, wherein a light emission axis direction of the light projecting device and an imaging direction of the imaging device are substantially perpendicular. 前記投光装置の光出射軸方向と平行に前記撮像装置を移動させて、前記凹凸形状の上底で前記光切断線の幅が最小となる画像と、前記凹凸形状の下底で前記光切断線の幅が最小となる画像を撮像することを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに記載の形状測定方法。   An image in which the width of the light cutting line is minimized at the top of the concavo-convex shape and the light cutting at the bottom of the concavo-convex shape by moving the imaging device parallel to the light emission axis direction of the light projecting device The shape measuring method according to claim 4, wherein an image having a minimum line width is captured.
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