JP2014035241A

JP2014035241A - ３次元形状計測装置

Info

Publication number: JP2014035241A
Application number: JP2012176012A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Tanimoto; 尚之谷本; Taku Zempo; 卓善甫; Shogo Nozawa; 省吾野沢
Original assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Current assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2014-02-24

Abstract

【課題】光切断法を用い、スリット光の反射光を２視点で捉える３次元形状計測装置において、スリット光の反射光を１視点で捉える場合と同等の解像度を実現し、かつ対象物の３次元形状を高精度に計測できるようにする。
【解決手段】スリット光を集光して対象物Ｋに照射するシリンドリカルレンズ２３と、スリット光の長手方向軸を挟んで配置され、照射されたスリット光の反射光をそれぞれ受光して導く２つの光学部２４，２５と、対象物Ｋから２つの光学部２４，２５を介してそれぞれ導かれる２つの反射光の光路長が等しくなる位置に配置され、これら２つの反射光を正確に重畳させるハーフミラー２６と、を備え、当該重畳した反射光をカメラ部２８で撮像して画像を取得する。
【選択図】図１

Description

本発明は、錠剤やカプセル等の医薬品、食品、電子部品、機械部品、鋼材、建材およびその他の物品（以下、「対象物」という）の表面形状（３次元形状）を計測する３次元形状計測装置に関するものである。

従来、対象物の３次元形状を計測する方法として光切断法が知られている。光切断法とは、スリット光を対象物の表面に照射し、その表面に現れるスリット光の反射光をエリアセンサ等のカメラで撮像し、取得した画像上で見られるスリット光の形を三角測量の原理に基づいて解析することによって対象物の３次元形状を計測する手法である。そして、計測された３次元形状は、その特徴を認識し、当該認識した特徴からその３次元形状についての適否（例えば、欠損の有無や、刻印が付されている場合にはその良否）等を判定するために供される。このような光切断法を用いた３次元形状の計測においては、対象物からの反射光を１方向からのみ取得すると、対象物によっては撮像方向の死角となる部位が発生し、その部位の反射光を取得することができないために正確な計測を行うことができなくなることがある。

そこで、対象物の表面に現れるスリット光の反射光を２以上の視点で捉えて撮像することにより、計測の死角を低減する手法が採用されることがある。例えば特許文献１にはかかる手法を採用した外観検査装置が開示され、その図４には、帯状のスリット光を対象物の表面に照射するスリット光照射部と、スリット光の画像を撮像するエリアセンサカメラと、スリット光の反射光を搬送方向の下流側および上流側のそれぞれから受光してエリアセンサカメラに導く第１および第２光学機構と、エリアセンサカメラにより撮像された２つの画像に基づいて対象物の表面の適否を判定する形状判定部と、を含む表面形状検査手段を備えた構成が記載されている。さらに、特許文献１には、第１および第２光学機構が受光したスリット光の反射光がエリアセンサカメラの撮像面に横並びで結像（同文献の図９）するように第１および第２光学機構の各光学経路を構成することが記載されている。そしてこれにより、結像部の所定バンド幅の領域内の２つの画像データを一時に出力することで出力時間が半分となることから、エリアセンサカメラのシャッタ速度を速めることができ、ひいては高精度な外観検査を実現することができる、とされている。

しかしながら、光切断法では、取得した画像上で見られるスリット光の形を三角測量の原理に基づいて解析することによって対象物の３次元形状を計測するので、その画像の解像度が高ければ高いほど計測精度が向上する。これに対し、特許文献１に開示された技術では、２視点で取得したスリット光の反射光をエリアセンサカメラの撮像面に横並びで結像させているので、１視点の場合に比べてその画像の解像度は横方向が約半分に低下してしまうことになる。

一方、計測の死角を低減する目的ではないが、特許文献２にも対象物の表面に現れるスリット光の反射光を２視点で捉えて撮像する技術が開示されている。この特許文献２は、光切断法を用いて溶接部材の開先形状（３次元形状）を計測するにあたり、開先が深い場合、狭開先である場合、あるいは開先内が研磨してある場合には、開先下部において反対面の開先の壁にスリット光が反射することで本来の像とは異なる光（虚像）が生じ、正確な光切断線を得ることが困難になるという問題に対処する技術を開示するものである。そして、その図１に示されるように、レーザスリット光を溶接部材に溶接線と直角に照射し、溶接線の前方の視点および後方の視点から開先の光切断線をとらえ、これら２つの撮像の光路を全反射ミラーやハーフミラーにて同一長さとした同一光切断線を得て２つの画像としてＩＴＶカメラにて撮像すると共に、シャッタにより別々の撮像光路ごとに画像を得るようにしている。なお、特許文献２では、光切断線を中心として溶接線の前方側または後方側に撮像系をある角度だけ傾けるようにして光切断線を得るようにしているが、これは前後両視点からの溶接線に対する俯角を変え、開先下部に起こる虚像の出方および位置を異ならせることで、寸法および形状が共通する画像のみを取り出す処理を可能とするためと考えられる。

ここで、特許文献２の図１に示された構成を検討すると、一方の光路からは開先の光切断線が１つの全反射ミラーおよび１つのハーフミラーにより２回反射した図２（ａ）に示されるような画像が、他方の光路からは２つの全反射ミラーにより２回反射した図２（ｂ）に示されるような画像が得られるとする記載、すなわち両者が左右方向のみの鏡像関係になると示唆するような記載には疑問がある。また、特許文献２にはこれらの画像を合成するために、位置・寸法および形状が共通する画像（同じく図２（ｃ））のみを取り出す論理和処理を行うことにより、溶接部材の開先に現れた虚像が除去され、正確な光切断線が得られると説明されているが、溶接部材の開先に現れた虚像を除去するために、実際には、図２（ａ）に示す画像と図２（ｂ）に示す画像との論理和処理ではなく論理積処理を行っているものと推測され、かかる処理を行うために図２（ａ）に示す画像と図２（ｂ）に示す画像の取得のタイミングに時間差を設けているものと考えられる。

すなわち、特許文献２に開示の技術では、２視点で取得したスリット光の反射光をエリアセンサカメラの撮像面に同時に結像させるのではなく、時間差をおいて別々に結像させて２つの画像を取得した上で、１本のスリット光の反射光（光切断線）として合成するための画像処理を行うことが必須となる。また、開先に照射するスリット光ひいてはその反射光の線幅については何ら顧慮されておらず、線幅が広い場合には開先を高精度に計測することができなくなることも考えられる。さらに、特許文献２は溶接部材の開先形状の計測に特化された技術をのみ開示するものである一方、光切断法の対象物となり得るものは種々の３次元形状を有しているのが通常であり、３次元形状の適否等の判定に供するためにその特徴を正確に認識する上で、２視点の画像を単純に合成するのでは不十分となることも考えられる。

特開２０１１−２４２３１９号公報特開平６−３４４１４５号公報

市販レーザ装置活用のためのレーザの使い方と留意点（大竹祐吉著、株式会社オプトロニクス社、昭和６１年９月１日発行、第４６頁）

よって本発明の目的は、光切断法を用い、スリット光の反射光を２視点で捉える３次元形状計測装置において、スリット光の反射光を１視点で捉える場合と同等の解像度を実現するとともに、対象物に照射されるスリット光ひいてはその反射光の線幅を適切なものとする構成を採用することによって、対象物の３次元形状を高精度に計測できるようにすることにある。

また、本発明の他の目的は、種々の３次元形状を有する対象物に対応可能で、かつその特徴を正確に認識できるようにすることにある。

本発明の別の目的は、２視点を結ぶ方向の解像度を向上する構成を提供することで、対象物の３次元形状をより高精度に計測できるようにすることにある。

そのために、本発明は、相対的に搬送される対象物に対し、前記搬送の方向と交差する方向に長手方向軸を有するスリット光を照射し、その反射光をカメラ部で撮像して取得した画像に基づいて前記対象物の表面形状を計測する３次元形状計測装置において、前記スリット光を出射する光源部と、当該出射されたスリット光を前記対象物に向けて導くための第１光学部と、該第１光学部が導く前記スリット光を集光して前記対象物に照射するシリンドリカルレンズと、前記スリット光の前記長手方向軸を挟んで前記搬送の方向の上流側および下流側に配置され、前記照射されたスリット光の反射光をそれぞれ受光して導く第２および第３光学部と、前記対象物から前記第２光学部を介して導かれる反射光の光路長と前記対象物から前記第３光学部を介して導かれる反射光の光路長とが等しくなる位置に配置され、前記第２および第３光学部が導く前記反射光を重畳させるハーフミラーと、当該重畳した反射光を前記カメラ部に導く第４光学部と、を備えたことを特徴とする。

ここで、前記光源部と前記第１光学部との間の光軸上に、前記光源部が出射したスリット光の線幅を拡大するビームエキスパンダを介挿することができる。

また、前記第４光学部と前記カメラ部との間の光軸上に、前記画像の縦方向の解像度と横方向の解像度とが異なるようにすることが可能な解像度変更部を介挿することができる。

さらに、以上において、前記光源部は、前記スリット光を複数本のマルチラインとして出射するものとすることができる。

本発明によれば、対象物に照射されるスリット光の線幅がシリンドリカルレンズにより適切に細くすることができる一方、スリット光の反射光を第２および第３光学部の２視点で捉え、これら２視点のスリット光の反射光が正確に重畳されてカメラ部にて撮像されることで、スリット光の反射光を１視点で捉える場合と同等の解像度を実現し、対象物の３次元形状を高精度に計測できるようになる。また、光源部と第１光学部との間の光軸上に、光源部が出射したスリット光の線幅を拡大するビームエキスパンダを介挿することで、対象物の表面に現れるスリット光の反射光をさらに効果的に細くし、これによって対象物の表面形状を一層高精度に計測することが可能となる。

さらに、第４光学部とカメラ部との間の光軸上に、画像の縦方向の解像度と横方向の解像度とが異なるようにすることが可能な解像度変更部を介挿することで、種々の３次元形状を有する対象物の形態に対応して所望の方向の解像度を高くすることができ、対象物の特徴を正確に認識できるようになる。

加えて、スリット光を複数本のマルチラインとして出射する光源部を用い、対象物の表面に現れるスリット光の反射光を複数本にすることで、上記２視点を結ぶ方向の解像度を高め、対象物の表面形状をさらに高精度に計測することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る３次元形状計測装置の全体構成を示す模式図である。図１における搬送部の構成例を示す模式図である。（ａ）および（ｂ）は、図１における光源部が出射するスリット光と搬送系との関係を説明するための模式図である。図１における対象物に対するスリット光の入射系を示す模式図である。図１の構成のうち、第２光学部、第３光学部およびハーフミラーの構成を示す模式図である。ハーフミラーの構成例を示す模式図である。ハーフミラーの他の構成例を示す模式図である。図１の構成のうち、ハーフミラー、第４光学部、解像度変更部およびカメラ部の構成を示す模式図である。カメラ部および画像処理部を説明するための模式図である。第１の実施形態に係る画像処理部による３次元形状計測のための画像処理の態様を説明するための説明図である。第２の実施形態に係る画像処理部による３次元形状計測のための画像処理の態様を説明するための説明図である。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る３次元形状計測装置の全体構成を示す模式図である。本実施形態の３次元形状計測装置は、概して、３次元形状計測の対象となる対象物Ｋを搬送する搬送部１と、対象物Ｋの表面形状を計測する表面形状計測部２とで構成される。

図２は搬送部１の構成例を示す模式図である。図示の例による搬送部１は、搬送方向の上流側および下流側に配されたタイミングプーリ１１Ａおよび１１Ｂと、これに張架された無端式ベルトコンベアの形態のタイミングベルト１２とを有する。そして、タイミングプーリ１１Ａまたは１１Ｂに接続された不図示のモータの駆動に応じてタイミングベルト１２が駆動されることで、これに担持された対象物Ｋが表面形状計測部２に対して矢印ｃで示す水平方向に搬送される。

再び図１を参照するに、表面形状計測部２は、光源部２１と、ビームエキスパンダ３０と、第１光学部２２と、シリンドリカルレンズ２３と、第２光学部２４と、第３光学部２５と、ハーフミラー２６と、第４光学部２７と、解像度変更部３１と、カメラ部２８と、画像処理部２９と、で構成される。光源部２１は、対象物Ｋに対して照射すべきスリット光を出射する。ビームエキスパンダ３０は、光源部２１が出射したスリット光を平行光のままそのビーム径ないしスリット光の線幅（スリット光の長手方向に対して直交する方向の寸法）を拡大する。ビームエキスパンダ３０によって線幅が拡大されたスリット光は、第１光学部２２を介してシリンドリカルレンズ２３に導かれる。そして、当該スリット光はシリンドリカルレンズ２３により集光され、対象物Ｋの表面に至近距離から照射される。第２光学部２４および第３光学部２５は、それぞれ、対象物Ｋの表面に現れるスリット光の反射光を搬送方向上流側および下流側から受光し、その反射光をハーフミラー２６に導く。第２光学部２４および第３光学部２５からそれぞれ導かれたスリット光の反射光はハーフミラー２６により重畳され、第４光学部２７を介してカメラ部２８に導かれて撮像されることで、スリット光の反射光の画像が取得される。そして、その画像は画像処理部２９により画像処理され、対象物の表面形状データが算出される。また、本実施形態においては、第４光学部２７とカメラ部２８との間の光路上に、画像の縦方向の解像度と画像の横方向の解像度とを異ならせることが可能な解像度変更部３１が配設されている。

図３は光源部２１が出射するスリット光と搬送系との関係を説明するための模式図であり、説明のためにビームエキスパンダ３０、第１光学部２２およびシリンドリカルレンズ２３は省略されている。光源部２１は、対象物の搬送方向に対して交差する方向、例えば直交する方向に長手方向軸を有するスリット光をシングルライン（図３（ａ））またはマルチライン（図３（ｂ））の形態にて出射することができる。なお、本実施形態ではシングルラインのスリット光を用いる例について説明し、マルチラインのスリット光を用いる例は第２の実施形態において述べる。

図４は、図１の構成のうち、光源部２１、ビームエキスパンダ３０、第１光学部２２およびシリンドリカルレンズ２３を含む入射系を説明するための模式図である。第１光学部２２は、図に示すように、第１ミラー２２１および第２ミラー２２２を有し、これらミラーによって光源部２１が出射するスリット光を対象物Ｋに導くものである。そして、本実施形態においては、第２ミラー２２２から対象物Ｋの方向に向う光軸上にシリンドリカルレンズ２３が設けられている。また、光源部２１から第１ミラー２２１に向う光軸上にビームエキスパンダ３０が介挿されている。これらは本実施形態の構成の特徴をなすものであり、その機能について説明する。

対象物Ｋの表面に現れるスリット光ないしはその反射光の線幅が狭いほど、光切断法による計測精度が向上する。ここで、非特許文献１によれば、薄いレンズでレーザ光を絞った場合、焦点でのスポット径Ｗ（ｆ）は、近似的に以下の式で求められるとされている。
Ｗ（ｆ）≒ｆ・θ （１）
式（１）において、ｆはレンズの焦点距離、θはビーム拡がり角（全角）である。式（１）によれば、ビーム拡がり角θが一定の場合には、レンズの焦点距離ｆが短ければ短いほど焦点でのスポット径が小さくなる、と言い得る。

そこで本実施形態では、第２ミラー２２２から対象物Ｋの方向に向う光軸上に位置するようシリンドリカルレンズ２３を配設し、第１光学部２２からのスリット光を対象物Ｋの表面に至近距離から集光するようにしている。一方、特許文献２においては、対象物に照射するスリット光ないしはその反射光の線幅については何ら考慮されておらず、シリンドリカルレンズ等を用いてスリット光を計測対象の至近距離から集光するという技術思想については何らの記載も示唆もない。従って、特許文献２に開示された技術を３次元形状の計測にそのまま適用した場合には、高精度の計測が困難となり得るのである。これに対し、本実施形態によれば、対象物Ｋの表面に現れるスリット光の反射光の線幅を極めて細くすることができることから、鮮明な画像を得て対象物の表面形状を高精度に計測することが可能となる。なお、シリンドリカルレンズ２３を図４の矢印ｚで示す鉛直方向に平行移動させる機構を付加することによって、対象物Ｋの表面に現れるスリット光の反射光の線幅を例えば対象物の高さに応じて調整することもできる。

さらに本実施形態においては、光源部２１から第１ミラー２２１に向う光軸上にビームエキスパンダ３０が介挿されている。非特許文献１によれば、ビームの拡がりはビーム径に反比例するため、ビーム径を拡げればビームの拡がりが小さくなる（換言すればビームを拡げてからレンズで絞れば、さらに小さなビームスポットが得られる）とされている。そこで、本実施形態においては、光源部２１から出射されるスリット光の線幅を拡大した上で、第１光学部２２を介してシリンドリカルレンズ２３に導くようにすることによって、対象物Ｋの表面に現れるスリット光の反射光をさらに効果的に細くし、これによって対象物の表面形状を一層高精度に計測することを可能としている。

図５は、図１の構成のうち、第２光学部２４、第３光学部２５およびハーフミラー２６の構成を示す模式図である。第２光学部２４および第３光学部２５は、それぞれ、対象物Ｋの表面に現れるスリット光の反射光を搬送方向上流側および下流側から受光してその反射光をハーフミラー２６に導くミラー２４１および２５１を有する。ミラー２４１およびミラー２５１は、スリット光の長手方向軸を挟んで線対称となる位置に配置され、かつ、これらミラーとハーフミラー２６は、対象物Ｋからハーフミラー２６に至る第２光学部２４側の光路長と、対象物Ｋからハーフミラー２６に至る第３光学部２５側の光路長とが等しくなるように配置される。これにより、第２光学部２４から来たスリット光の反射光と第３光学部２５から来たスリット光の反射光とをハーフミラー２６において正確に重畳させることができるようになる。なお、ミラー２４１および２５１の鉛直方向の長さを適切に長くすることによって、搬送方向上流側および下流側の視線の俯角の調整範囲を拡大することができる。

図６はハーフミラー２６の構成例を示す模式図である。本例のハーフミラー２６は、ガラス等でなる２つの光透過性部材２６１および２６２により、金属薄膜等でなる部材２６３を挟み込んだ構成を有する。そして、光透過性部材２６１および２６２として光の入射面および出射面が搬送方向上流側の視線および搬送方向下流側の視線に対してそれぞれ直交する構造のものを用いることで、第２光学部２４から来たスリット光の反射光ＵＬと第３光学部２５から来たスリット光の反射光ＤＬとを正確に重畳させた重畳光ＯＬを得ることができる。これにより、２視点の場合であっても１視点の場合と同等の画像の解像度を実現して、対象物の表面形状を高精度に計測することが可能となる。

図７はハーフミラー２６の他の構成例を示す模式図である。この例は、同じ厚さを有し、屈折率が等しい２枚の光透過性部材２６１’および２６２’で金属薄膜等の部材２６３を挟み込んだ構成としている。このような構成によっても、第２光学部２４から来たスリット光の反射光ＵＬと第３光学部２５から来たスリット光の反射光ＤＬとを正確に重畳させた重畳光ＯＬを得ることができる。

図８は、図１の構成のうち、ハーフミラー２６、第４光学部２７、解像度変更部３１およびカメラ部２８の構成を示す模式図である。第４光学部２７は、図に示すように、第１ミラー２７１と、鉛直方向に平行移動可能であるとともに、対象物Ｋの搬送面に対して平行かつ２視点を結ぶ方向に対して直交する回転軸Ｐを中心にして回転可能な第２ミラー２７２とで構成されるものであり、ハーフミラー２６から来たスリット光の反射光をカメラ部２８に導く。なお、第１ミラー２７１の鉛直方向の長さを適切に長くすることによって、搬送方向上流側の視線および搬送方向下流側の視線、すなわち２視線の俯角の調整範囲を拡大することができる。また、第２ミラー２７２を鉛直方向に平行移動させるとともに、回転軸Ｐを中心にして第２ミラー２７２を回転させることによって、搬送方向上流側の視線および搬送方向下流側の視線、すなわち２視線の俯角を調整することができる。この際、２視線の俯角を小さくすればするほど鉛直方向の計測精度が向上するので有利である。

解像度変更部３１は、画像の縦方向の解像度と画像の横方向の解像度とを異ならせることが可能な手段である。対象物が極めて平面に近い場合には、画像上においてスリット光の反射光はほぼ一直線になる。しかしそのような対象物に対しては幅広い面に点在する微小な凹凸の計測が望まれる場合が多い。一方、撮像面は一般に長方形であるが、直線状の画像をそのまま撮像する場合には撮像面の全面を有効に利用できず、撮像面の上側や下側が無駄になってしまうことになる。そのような場合、光軸上、カメラレンズの直近にシリンドリカルレンズを配置すれば、画像の縦方向の光学倍率を高くして解像度を上げ、高さ計測の計測精度を向上させることができる。

ここで、シリンドリカルレンズの水平面内の向き（すなわち第４光学部２７とカメラ部２８との間の光軸を回転軸としたときの回転角度）を適切に定めて画像の縦方向の解像度と横方向の解像度とを異ならせることにより、画像の縦方向の解像度のみ、すなわちスリット光の反射光の線幅方向の解像度のみを高くすること、あるいは画像の横方向の解像度のみ、すなわちスリット光の反射光の長手方向の解像度のみを高くすることができる。従って、対象物Ｋの形態に合わせてシリンドリカルレンズの水平面内の向きを適切に定めることで、対象物の表面形状を高精度に計測することが可能となる。そして、上述のようにシリンドリカルレンズ２３によって対象物Ｋの表面に現れるスリット光の反射光の線幅を極めて細くし、鮮明な画像を得ていることは、２視点を結ぶ方向の計測精度を高めることに有利に働く。

なお、対象物Ｋの形態によっては画像の縦方向の解像度のみを高くしたい場合と横方向の解像度のみを高くしたい場合とが生じることを考慮し、第４光学部２７とカメラ部２８との間の光軸を回転軸としたときのシリンドリカルレンズの回転角度を切り換える機構を解像度変更部３１に付加することもできる。また、対象物Ｋの形態によっては画像の縦方向の解像度と横方向の解像度とを異ならせる必要がない、あるいはこれが望まれない場合があることを考慮し、カメラレンズに至る光軸上にシリンドリカルレンズを介在させ、あるいはそこから離脱させる機構を付加することもできる。さらに、対象物Ｋの形態によって好ましい解像度が異なることを考慮し、数種のシリンドリカルレンズを保持するとともに、所望のシリンドリカルレンズを選択的に光軸上に介在させる機構を付加することも可能である。

図９は、カメラ部２８および画像処理部２９を説明するための模式図である。カメラ部２８は、ズームレンズ２８１と、エリアセンサカメラ２８２とで構成され、ハーフミラー２６で重畳されて第４光学部２７および解像度変更部３１を介して入来するスリット光の反射光を撮像、すなわちスリット光の反射光の画像を取得する。ここで、ズームレンズ２８１の倍率を変更することによって画像解像度を全体的に変更することができ、ズームレンズ２８１の倍率を上げれば上げるほど計測精度は向上する。

カメラ部２８は、対象物Ｋがシリンドリカルレンズ２３の直下を通過する間、所定の時間間隔毎にスリット光の反射光を撮像して取得した画像データを画像処理部２９に順次出力する。画像処理部２９は、スリット光の底面からのシフト量を三角測量の原理に基づいて解析することにより、対象物Ｋの表面形状を計測する。ここで、光源部２１が２視点を結ぶ方向（スリット光の長手方向が搬送方向に直交する場合には搬送方向）に対して長手方向軸が直交するシングルラインのスリット光を出射する場合には、画像処理部２９は、図１０に示すような、２視点によって相補されることで死角による断線部分が少なく、かつ、第２光学部２４から来たスリット光の反射光と第３光学部２５から来たスリット光の反射光とがハーフミラー２６によって正確に重畳されることで横方向に連続した１本の線となっている画像を処理して対象物Ｋの表面形状データを算出する。そして、ハーフミラー２６が２視点のスリット光の反射光を正確に重畳させることにより、１視点の場合と同様の画像処理部を採用しつつも、対象物の表面形状を高精度に計測することができる。

（第２の実施形態）
上記第１の実施形態においては、光源部２１は対象物の搬送方向に対して交差する方向、例えば直交する方向に長手方向軸を有するスリット光をシングルラインの形態にて出射するものとした。これに対し、第２の実施形態においては、上記第１の実施形態と同様の全体的な構成を採用する一方で、スリット光を平行なマルチライン（例えば図３（ｂ）に示すように３ライン）の形態にて出射する光源部２１を用いる。このように光源部２１が２視点を結ぶ方向（スリット光の長手方向が搬送方向に直交する場合には搬送方向）に対して長手方向軸が直交するマルチラインのスリット光を出射することによって対象物Ｋの表面に現れるスリット光の反射光を複数本にすることができ、対象物の表面形状をさらに高精度に計測することが可能となる。

光源部２１が３ラインのスリット光を出射する場合には、画像処理部２９は、図１１に示すような、２視点によって相補されることで死角による断線部分が少なく、かつ、第２光学部２４から来たスリット光の反射光と第３光学部２５から来たスリット光の反射光とがハーフミラー２６によって正確に重畳されることでそれぞれ横方向に連続した３本の線となっている画像を処理して対象物Ｋの表面形状データを算出する。

光源部２１がマルチラインのスリット光を出射する場合には、そのスリット光のライン数が多いほど２視点を結ぶ方向の計測箇所が密になるので、２視点を結ぶ方向の計測精度が向上する。ここで、スリット光を複数本（Ｎ本）のマルチラインとして特許文献１あるいは特許文献２に開示された技術を適用する場合には、断線部分が多く、かつ各視点についてＮ本の横線となっているスリット光の反射光の画像を画像処理しなければならない。すなわち、一方の視点で得られた横線と他方の視点で得られた横線との横方向の接続関係を認識する画像処理が必須になり、その画像処理が困難かつ煩雑になってしまう。これに対して、本実施形態によれば、死角による断線部分が２視点によって相補されることで断線部分が少なく、かつ、第２光学部２４から来たスリット光の反射光と第３光学部２５から来たスリット光の反射光とがハーフミラー２６によって正確に重畳されることで当初からそれぞれ横方向に連続したＮ本の横線となっている画像を画像処理すれば足りるので、横線同士の横方向の接続関係を認識する処理が不要になり、その分全体的な画像処理が容易になるという利点がある。

（その他）
本願発明の３次元形状計測の対象となる対象物Ｋとしては、医薬品（錠剤，カプセル等）、食品、電子部品、機械部品、鋼材および建材等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。すなわち、上述したようなスリット光を対象物の表面に至近距離から集光するシリンドリカルレンズ、当該集光に先立ってスリット光の線幅を拡大するビームエキスパンダ、スリット光の２視点の反射光を正確に重畳させる第２および第３光学部並びにハーフミラー、対象物の形態に応じて横方向の解像度と縦方向の解像度とを異ならせることが可能な解像度変更部等を採用することにより、３次元形状計測の対象となる対象物の範囲を拡大することができるからである。

また、本発明を構成する要素についても、上述の実施形態に限られることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様のものを採用できることは勿論である。

１搬送部
２表面形状計測部
２１光源部
２２２４、２５、２７第１、第２、第３、第４光学部
２３シリンドリカルレンズ
２６ハーフミラー
２８カメラ部
２９画像処理部
３０ビームエキスパンダ
３１解像度変更部
Ｋ対象物

Claims

相対的に搬送される対象物に対し、前記搬送の方向と交差する方向に長手方向軸を有するスリット光を照射し、その反射光をカメラ部で撮像して取得した画像に基づいて前記対象物の表面形状を計測する３次元形状計測装置において、
前記スリット光を出射する光源部と、
当該出射されたスリット光を前記対象物に向けて導くための第１光学部と、
該第１光学部が導く前記スリット光を集光して前記対象物に照射するシリンドリカルレンズと、
前記スリット光の前記長手方向軸を挟んで前記搬送の方向の上流側および下流側に配置され、前記照射されたスリット光の反射光をそれぞれ受光して導く第２および第３光学部と、
前記対象物から前記第２光学部を介して導かれる反射光の光路長と前記対象物から前記第３光学部を介して導かれる反射光の光路長とが等しくなる位置に配置され、前記第２および第３光学部が導く前記反射光を重畳させるハーフミラーと、
当該重畳した反射光を前記カメラ部に導く第４光学部と、
を備えたことを特徴とする３次元形状計測装置。
前記光源部と前記第１光学部との間の光軸上に、前記光源部が出射したスリット光の線幅を拡大するビームエキスパンダが介挿されていることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状計測装置。
前記第４光学部と前記カメラ部との間の光軸上に、前記画像の縦方向の解像度と横方向の解像度とが異なるようにすることが可能な解像度変更部が介挿されていることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元形状計測装置。
前記光源部は、前記スリット光を複数本のマルチラインとして出射することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の３次元形状計測装置。