JP2012512412A

JP2012512412A - ３次元スキャナ

Info

Publication number: JP2012512412A
Application number: JP2011541621A
Authority: JP
Inventors: ゲネン・エレン; アイテュル・エルチル; ルイ・アルフォンソ・サンシェ; オリヴィエ・オーブルトン; ダヴィド・フォフィ; ファブリス・メリオドー; フレデリック・トリュシュテ
Original assignee: Sabanci Universitesi
Current assignee: Sabanci Universitesi
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2012-05-31
Also published as: US20110248168A1; US8629400B2; CN102257352A; KR20110099279A; WO2010070383A1; CN102257352B; EP2373954A1; KR101434720B1

Abstract

本発明は、当該工業過程において品質制御を行うために、サーモグラフィ技術を利用することによりリアルタイムに透明な被写体の３次元モデル化を行うことができる３次元スキャナ（１）に関し、摺動部（２）、ヒータ（３）、サーマルカメラ（５）及び制御ユニット（６）を含む。

Description

本発明は、多重反射の問題を持たない透明な被写体の３次元モデルを、当該被写体の表面上の温度差の分析を実現することにより構成する３次元スキャナに関する。

光が透明な被写体から反射するだけでなく、それらを透過もするので、ガラス及びアクリルのような透明な材料の３次元測定を行うことは、多重反射の問題へと導く。この理由のため、透明な被写体の３次元測定を行うことは困難となる。従って、画像システムを用いた被写体の表面の測定においては、一般に不透明な被写体に焦点が合わされ、透明な被写体には合わされない。光を反射する被写体の表面測定は、シェーディングにより形状をつくることができる光度計ステレオ又は有色の光度計ステレオの方法により実行される。一方、新しい方法は、透明な被写体へ光束を反射し、一般的なアルゴリズムを用いることにより透明な被写体の表面の形状を計算する。偏光は、透明な被写体の形状を計算する際におけるもう１つの有用な方法である。しかしながら、当該方法は、特別の条件のもとで動作することができ、それらは生産ライン上のリアルタイム３次元モデル化を行うことができ、品質制御において使用されるのにはきわめて低速である。

米国特許第６３６７９６８号明細書

現在の技術水準の特許文献１において、赤外線のサーモグラフィを利用することにより、被写体の表面の測定及び制御を行うために用いられるシステムが述べられている。当該方法においてまた、焦点面アレイカメラが使用されている。特許文献１に述べられている装置は、薄くなった被写体の厚さにおいて起きた変化を決定する。当該文献には、ランプを用いることにより、ある特定の領域が均等分布で加熱される。そして時間経過における温度分布が、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）法により調べられ、温度分布が通常よりもより狭い又はより広い領域において異なるので、これらの領域が決定される。理解されるように、いかなる３次元モデル化も上記文献においては行われておらず、サーモグラフィ法を用いることにより、誤差のみが表面粗さから測定される。

本発明に係る目的は、当該工業過程において品質制御を行うために、リアルタイムで透明な被写体の３次元モデル化を行うことができる３次元スキャナを実現することにある。

本発明に係るもう１つの目的は、サーモグラフィ技術を利用することにより、透明な被写体の構造から到来する内部反射により影響されることなく、透明な被写体の３次元モデル化を行うことができる３次元スキャナを実現することにある。

本発明に係るもう１つの目的は、透明な被写体の構造だけでなく、異なる材料からなる被写体の構造もまた有しており、また、不透明な被写体の３次元モデル化を行うことができる３次元スキャナを実現することにある。

本発明に係る３次元スキャナ（１）は、
決定されることを要望される表面形状を有する被写体（Ａ）上に配置され、移動する構造を有する少なくとも１つの摺動部（２）と、
前記摺動部（２）上に配置された前記被写体（Ａ）を局所的に加熱するために提供する少なくとも１つのヒータ（３）と、
前記ヒータ（３）から到来するビームが前記摺動部（２）上の異なる位置に到達することを可能にするために前記ビームを分散する少なくとも１つの対物光素子（４）と、
局所的に加熱された前記被写体（Ａ）の前記表面上の温度差を感知する少なくとも１つのサーマルカメラ（５）と、
前記サーマルカメラ（５）により感知された値により前記被写体（Ａ）の３次元モデル化を実行する少なくとも１つの制御ユニット（６）により特徴付けられる。

上記３次元スキャナ（１）において、
前記サーマルカメラ（５）は、７．５−１３マイクロメータ間のスペクトル範囲及び３２０×２４０の画素解像度を有することを特徴とする。

また、上記３次元スキャナ（１）において、
前記被写体（Ａ）の表面を局所的に加熱する前記ヒータ（３）は、二酸化炭素レーザであることを特徴とする。

３次元スキャナの概略図である。

本発明に係る目的を達成するために実現される３次元スキャナが添付する図面において示される。図１は、３次元スキャナの概略図である。図面において示された部分に、個々に番号が付与されており、１は３次元スキャナ、２は摺動部、３はヒータ、４は対物光素子、５はサーマルカメラ、６は制御ユニットである。

３次元スキャナ（１）は、決定されることを要望される表面形状を有する被写体（Ａ）がその上に配置され、移動する構造を有する少なくとも１つの摺動部（２）と、摺動部（２）上に配置された被写体（Ａ）に対して局所的に加熱するために提供する少なくとも１つのヒータ（３）と、ヒータ（３）から到来するビームを摺動部（２）上の異なる複数の位置に到達することを可能にするためビームを分散する少なくとも１つの対物光素子（４）と、局所的に加熱された被写体（Ａ）の表面上の温度差を感知する少なくとも１つのサーマルカメラ（５）と、サーマルカメラ（５）により感知された値により被写体（Ａ）の３次元モデル化を実行する少なくとも１つの制御ユニット（６）とを含む。

独創的な３次元スキャナ（１）上に存在し、決定されることを要望される表面形状を有する被写体（Ａ）を搬送する摺動部（２）は、明瞭な情報を得るためにヒータ（３）によりすべての領域を加熱するという目的で制御ユニット（６）により制御される。摺動部（２）上に存在する被写体（Ａ）は、それが動いている間、ヒータ（３）により局所的に加熱される。当該ヒータ（３）は、被写体（Ａ）の表面を、点、長点又は格子などの特定の形状のように、好ましくは二酸化炭素レーザにより加熱する。表面上の高さの変化に従って、これらの形状上に変形又は転位が発生する可能性がある。サーマルカメラ（５）によってこれらの変化を決定することにより、３次元表面形状が制御ユニット（６）により計算される。

独創的な３次元スキャナ（１）において、ヒータ（３）の電力は、材料の種類及び厚さに応じてサーマルカメラ（５）により決定される最小温度を得るために制御ユニット（６）により決定される。

独創的な３次元スキャナ（１）に使用されるサーマルカメラ（５）は、好ましくは、７．５−１３マイクロメータ間のスペクトル範囲及び３２０×２４０の画素解像度を有する。述べられたスペクトル範囲において、ガラスの光透過係数は１％で、光反射係数は最大値である。本ケースの場合、ガラスは、不透明体及び反射する被写体として考えられる。

本発明の好ましい実施態様においては、被写体（Ａ）は固定された台に存在し、スキャナ（１）上に存在するカメラ（５）及びヒータ（３）のシステムは移動している。

この基本概念の枠内において、独創的な３次元スキャナ（１）の広く多様な実施形態を発展させることが可能であり、本発明は、ここで述べられた実施例に限定されず、それは本質的には特許請求の範囲に従う。

米国特許第６３６７９６８号明細書独国特許出願公開第１０００６６６３号明細書米国特許第６１２８０８６号明細書特開昭６３−０６１１０７号公報米国特許出願公開第２００７／０２７１０６４号明細書欧州特許出願公開第０００７２２７号明細書

現在の技術水準の特許文献１において、赤外線のサーモグラフィを利用することにより、被写体の表面の測定及び制御を行うために用いられるシステムが述べられている。当該方法においてまた、焦点面アレイカメラが使用されている。特許文献１に述べられている装置は、薄くなった被写体の厚さにおいて起きた変化を決定する。当該文献には、ランプを用いることにより、ある特定の領域が均等分布で加熱される。そして時間経過における温度分布が、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）法により調べられ、温度分布が通常よりもより狭い又はより広い領域において異なるので、これらの領域が決定される。理解されるように、いかなる３次元モデル化も上記文献においては行われておらず、サーモグラフィ法を用いることにより、誤差のみが表面粗さから測定される。特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５及び特許文献６は、被写体の表面に反射された光を観察し、それらを表面形状に関する情報を得るために処理するという複数の応用を説明する。

独創的な３次元スキャナ（１）において、ヒータ（３）の電力は、材料の種類及び厚さに応じてサーマルカメラ（５）により検出される最小温度を得るために制御ユニット（６）により決定される。

Claims

決定されることを要望される表面形状を有する被写体（Ａ）上に配置され、移動する構造を有する少なくとも１つの摺動部（２）と、
前記摺動部（２）上に配置された前記被写体（Ａ）を局所的に加熱するために提供する少なくとも１つのヒータ（３）と、
前記ヒータ（３）から到来するビームが前記摺動部（２）上の異なる位置に到達することを可能にするために前記ビームを分散する少なくとも１つの対物光素子（４）と、
局所的に加熱された前記被写体（Ａ）の前記表面上の温度差を感知する少なくとも１つのサーマルカメラ（５）と、
前記サーマルカメラ（５）により感知された値により前記被写体（Ａ）の３次元モデル化を実行する少なくとも１つの制御ユニット（６）とにより特徴付けられる３次元スキャナ（１）。
前記サーマルカメラ（５）は、７．５−１３マイクロメータ間のスペクトル範囲及び３２０×２４０の画素解像度を有することを特徴とする請求項１記載の３次元スキャナ（１）。
前記被写体（Ａ）の表面を局所的に加熱する前記ヒータ（３）は、二酸化炭素レーザであることを特徴とする請求項１記載の３次元スキャナ（１）。