JP2015068713A - Shape measurement device, structure manufacturing system, shape measurement method, structure manufacturing method, shape measurement program and recording medium - Google Patents

Shape measurement device, structure manufacturing system, shape measurement method, structure manufacturing method, shape measurement program and recording medium Download PDF

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PROBLEM TO BE SOLVED: To allow a shape of a measured object to be measured in a more appropriate condition.SOLUTION: A shape measurement device has: a probe that includes an illumination part and a photographing part; a measurement range setting part that sets a measurement range where a position of an image of a pattern is detected in a photograph range by the photographing part; a lighting control area setting part that sets a lighting control area where luminance of the photographed image is detected in the photograph area of the photograph part; a lighting control part that controls an amount of projection light by the illumination part, an amount of light reception to be received by the photographing part, an amount of exposure light when acquiring image data by the photographing part or an input/output characteristic of the photographing part in accordance with the luminance of the photographed image detected in the lighting control area; and a lighting control area settable range setting part that sets a lighting control area settable range enabling the lighting control area to be set in the photograph range by the photographing part on the basis of position information on the measurement area in the photograph range by the photographing part.

Description

本発明は、形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、形状測定プログラム、及び記録媒体に関するものである。   The present invention relates to a shape measuring device, a structure manufacturing system, a shape measuring method, a structure manufacturing method, a shape measuring program, and a recording medium.

形状測定装置には、被測定物にスリット光等の所定のパターンの光を照射する照射部と、測定対象領域に照射された光が描くパターン像を撮像する撮像部とを備え、光切断法を利用した光学式測定装置がある(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1には、撮像して取得した画像データのうち、設定された測定対象領域に含まれる像を検出して測定対象物の変位を測定する変位センサが記載されている。   The shape measuring apparatus includes an irradiation unit that irradiates a measured object with a predetermined pattern of light such as slit light, and an imaging unit that captures a pattern image drawn by the light irradiated on the measurement target region. There is an optical measuring device using the above (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 describes a displacement sensor that detects an image included in a set measurement target region from image data acquired by imaging and measures the displacement of the measurement target.

国際公開2001/057471号International Publication No. 2001/057471

このような形状測定装置は、被測定物の形状を測定する際の照射部から照射されるパターンの光の光量または撮像部の露出条件を調整することで、パターン光の像の中にサチレーションが無く、かつ黒つぶれの無いパターン光の画像を取得するようにしている。形状測定装置には、測定時におけるパターン光の光量や露出条件を、撮像部の撮影範囲の中で選択的に選ばれる調光領域内の画素値に基づいて決定するものがある。この調光領域は、画像データ上におけるパターン光の像の位置を検出する測定範囲と同じ範囲にすると好ましいが、一方、測定範囲内であっても、パターン光の像の画素値が低めになる場所や高めになる場所がある場合には、パターン光の像の中でも適切な画素値となっている範囲を選択することが好ましい場合がある。形状測定装置は、適切な画素値をパターン光の像が選択できるように調光領域を適切に設定しなければ、検出すべきパターン像が検出できない場合が生じてしまい、形状の測定精度が低下してしまう。   Such a shape measuring apparatus adjusts the light amount of the pattern light irradiated from the irradiation unit or the exposure condition of the image pickup unit when measuring the shape of the object to be measured, so that saturation is generated in the pattern light image. An image of pattern light that is not black and has no blackout is acquired. Some shape measuring apparatuses determine the amount of light and exposure conditions of pattern light at the time of measurement based on pixel values in a dimming area that is selectively selected within the imaging range of the imaging unit. This light control region is preferably the same range as the measurement range for detecting the position of the pattern light image on the image data. On the other hand, the pixel value of the pattern light image is lower even within the measurement range. When there is a place or a place to be higher, it may be preferable to select a range having an appropriate pixel value in the pattern light image. The shape measurement device may not be able to detect the pattern image to be detected unless the dimming area is set appropriately so that the pattern light image can be selected with an appropriate pixel value, and the shape measurement accuracy is reduced. Resulting in.

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、パターン光の像の中で適切な条件の画像データを選択できる形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、形状測定プログラム、及び記録媒体を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above points. A shape measuring apparatus, a structure manufacturing system, a shape measuring method, and a structure manufacturing capable of selecting image data under appropriate conditions from an image of pattern light. It is an object to provide a method, a shape measurement program, and a recording medium.

本発明の第1の態様に従えば、被測定物の測定領域へライン状のパターンを投影するか又はパターンを少なくとも一方向に走査しながら投影する照射部と、前記照射部による前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記被測定物に投影されたパターンの像を撮像し、画像データを出力する撮像部とを含むプローブと、前記撮像部による撮像範囲内で、前記パターンの像の位置を検出する測定範囲を設定する測定範囲設定部と、前記撮像部による撮像範囲内で、撮影された像の明るさを検出する調光領域を設定する調光領域設定部と、前記調光領域で検出された撮影された像の明るさに応じて、前記照射部の投光量、前記撮像部で受光する受光量、前記撮像部で前記画像データを取得するときの露光量または前記撮像部の入出力特性を制御する調光制御部と、前記撮像部による撮像範囲内における前記測定範囲の位置情報に基づき、前記撮像部による撮像範囲内で、前記調光領域を設定可能にする調光領域設定可能範囲を設定する調光領域設定可能範囲設定部と、を有する形状測定装置が提供される。   According to the first aspect of the present invention, an irradiation unit that projects a line-shaped pattern onto a measurement region of the object to be measured or scans the pattern in at least one direction, and the projection of the pattern by the irradiation unit. A probe including an imaging unit that captures an image of a pattern projected onto the object to be measured from a direction different from the direction and outputs image data, and a position of the image of the pattern within an imaging range by the imaging unit A measurement range setting unit that sets a measurement range to be detected, a light control region setting unit that sets a light control region for detecting the brightness of a captured image within the imaging range of the imaging unit, and the light control region Depending on the detected brightness of the photographed image, the amount of light emitted from the irradiating unit, the amount of received light received by the imaging unit, the exposure amount when the image data is acquired by the imaging unit, or the input of the imaging unit Control output characteristics Based on the position information of the measurement range within the imaging range by the imaging unit and the dimming control unit, the dimming area setting range that allows the dimming area to be set within the imaging range by the imaging unit is set There is provided a shape measuring device having a light control region settable range setting unit.

本発明の第2の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形する成形装置と、前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する第1の態様の形状測定装置と、前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システムが提供される。   According to the second aspect of the present invention, a molding apparatus that molds the structure based on design information relating to the shape of the structure, and a first aspect that measures the shape of the structure molded by the molding apparatus. There is provided a structure manufacturing system including: a shape measuring device; and a control device that compares the design information with shape information indicating the shape of the structure measured by the shape measuring device.

本発明の第3の態様に従えば、被測定物の測定領域へライン状のパターンを投影するか又はパターンを少なくとも一方向に走査しながら投影し、前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記被測定物に投影されたパターンの像を撮像素子で撮像して画像データを取得し、前記画像データの前記測定領域の前記パターンの像の位置に基づいて、前記被測定物の形状を測定する形状測定方法であって、前記パターンの像を撮像する撮像範囲内で、前記パターンの像の位置を検出する測定範囲を設定することと、前記パターンの像を撮像する撮像範囲内における前記測定範囲の位置情報に基づき、前記画像データを形成する範囲内で、調光領域設定可能範囲を設定することと、前記調光領域設定可能範囲に基づき、撮影された像の明るさを検出する調光領域を設定することと、前記調光領域で検出された撮影された像の明るさに応じて、前記パターンを投影するときの光の投光量、前記画像データを取得する際の受光する受光量、前記撮像部で前記画像データを取得するときの露光量または前記画像データを取得する際の前記撮像素子の入出力特性を制御することと、を有する形状測定方法が提供される。   According to the third aspect of the present invention, a line-shaped pattern is projected onto the measurement region of the object to be measured, or the pattern is projected while scanning in at least one direction, and the pattern is projected from a direction different from the pattern projection direction. An image of a pattern projected on the object to be measured is captured by an image sensor to acquire image data, and the shape of the object to be measured is measured based on the position of the pattern image in the measurement area of the image data. A shape measurement method, wherein a measurement range for detecting a position of the pattern image is set within an imaging range for capturing the pattern image, and the measurement range within the imaging range for capturing the pattern image Based on the position information, set a dimmable area settable range within the range where the image data is formed, and detect the brightness of the photographed image based on the dimmable area settable range And a light emission amount when projecting the pattern, and a light reception when acquiring the image data, according to the brightness of the captured image detected in the light control region. And a control method for controlling an input / output characteristic of the image sensor when acquiring the image data.

本発明の第4の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形することと、前記成形された前記構造物の形状を第3の態様の形状測定方法によって測定することと、前記測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法が提供される。   According to the fourth aspect of the present invention, the structure is molded based on the design information related to the shape of the structure, and the shape of the molded structure is measured by the shape measuring method of the third aspect. And a method of manufacturing the structure including comparing the shape information indicating the measured shape of the structure with the design information.

本発明の第5の態様に従えば、被測定物の測定領域へライン状のパターンを投影するか又はパターンを少なくとも一方向に走査しながら投影し、前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記被測定物に投影されたパターンの像を撮像素子で撮像して画像データを取得し、前記画像データの前記測定領域の前記パターンの像の位置に基づいて、前記被測定物の形状を測定する形状測定プログラムであって、コンピュータに、前記パターンの像を撮像する撮像範囲内で、前記パターンの像の位置を検出する測定範囲を設定することと、前記パターンの像を撮像する撮像範囲内における前記測定範囲の位置情報に基づき、前記パターンの像を撮像する撮像範囲内で、調光領域設定可能範囲を設定することと、前記調光領域設定可能範囲に基づき、撮影された像の明るさを検出する調光領域を設定することと、前記調光領域で検出された撮影された像の明るさに応じて、前記測定領域を投影する光の投光量、前記画像データを取得する際の受光する受光量、前記撮像部で前記画像データを取得するときの露光量または前記画像データを取得する際の前記撮像素子の入出力特性を制御することと、を実行させる形状測定プログラムが提供される。   According to the fifth aspect of the present invention, a line-shaped pattern is projected onto the measurement region of the object to be measured, or the pattern is projected while scanning in at least one direction, and the pattern is projected from a direction different from the projection direction of the pattern. An image of a pattern projected on the object to be measured is captured by an image sensor to acquire image data, and the shape of the object to be measured is measured based on the position of the pattern image in the measurement area of the image data. A shape measurement program, comprising: setting a measurement range for detecting a position of the pattern image within an imaging range for capturing the pattern image; and an imaging range for capturing the pattern image. Based on the position information of the measurement range, setting a dimmable area settable range within the imaging range for capturing an image of the pattern, and based on the dimmable area settable range Setting a dimming area for detecting the brightness of the photographed image, and a light projection amount for projecting the measurement area according to the brightness of the photographed image detected in the dimming area, Controlling the amount of received light when acquiring image data, the amount of exposure when acquiring the image data with the imaging unit, or the input / output characteristics of the image sensor when acquiring the image data A shape measurement program is provided.

本発明の第6の態様に従えば、第5の態様の形状測定プログラムを記録し、コンピュータが読み取り可能な記録媒体が提供される。   According to the sixth aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium that records the shape measurement program of the fifth aspect.

本発明では、被測定物の形状をより適切な条件で測定することができる。   In the present invention, the shape of the object to be measured can be measured under more appropriate conditions.

図1は、本実施形態の形状測定装置を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a shape measuring apparatus according to this embodiment. 図2は、本実施形態の形状測定装置の構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the shape measuring apparatus of the present embodiment. 図3は、本実施形態の形状測定装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the control device of the shape measuring apparatus of the present embodiment. 図4は、本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the measurement operation of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. 図5は、本実施形態の形状測定装置に表示する画面の一例を説明するための説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an example of a screen displayed on the shape measuring apparatus of the present embodiment. 図6は、本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the measurement operation of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. 図7は、本実施形態の形状測定装置の測定動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing an example of the measuring operation of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. 図8は、本実施形態の形状測定装置の調光範囲の設定動作の一例を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of setting the light control range of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. 図9Aは、本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。FIG. 9A is an explanatory diagram for explaining a measurement operation of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. 図9Bは、本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。FIG. 9B is an explanatory diagram for explaining a measurement operation of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. 図10Aは、本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。FIG. 10A is an explanatory diagram for explaining a measurement operation of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. 図10Bは、本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。FIG. 10B is an explanatory diagram for explaining a measurement operation of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. 図10Cは、本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。FIG. 10C is an explanatory diagram for explaining a measurement operation of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. 図11は、形状測定装置を有するシステムの構成を示す模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a system having a shape measuring apparatus. 図12は、本実施形態の構造物製造システムの構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the structure manufacturing system of the present embodiment. 図13は、本実施形態の構造物製造方法を示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart showing the structure manufacturing method of the present embodiment.

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の発明を実施するための形態(以下、実施形態という)により本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、下記実施形態で開示した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the following modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as embodiments). In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those in a so-called equivalent range. Furthermore, the constituent elements disclosed in the following embodiments can be appropriately combined.

以下の説明においては、XYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。Z軸方向は、例えば鉛直方向に設定され、X軸方向及びY軸方向は、例えば、水平方向に平行で互いに直交する方向に設定される。また、X軸、Y軸、及びZ軸まわりの回転(傾斜)方向をそれぞれ、θX、θY、及びθZ軸方向とする。   In the following description, an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each part will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. The Z-axis direction is set, for example, in the vertical direction, and the X-axis direction and the Y-axis direction are set, for example, in directions that are parallel to the horizontal direction and orthogonal to each other. In addition, the rotation (inclination) directions around the X, Y, and Z axes are the θX, θY, and θZ axis directions, respectively.

(本実施形態)
図1は、本実施形態に係る形状測定装置1の外観を示す図である。図2は、本実施形態の形状測定装置の概略構成を示す模式図である。図3は、本実施形態の形状測定装置の制御装置の概略構成を示すブロック図である。
(This embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an appearance of a shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the shape measuring apparatus of the present embodiment. FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the control device of the shape measuring apparatus of the present embodiment.

形状測定装置1は、例えば光切断法を利用して、測定対象の物体(被測定物)Mの三次元的な形状を測定するものである。形状測定装置1は、プローブ移動装置2と、光学プローブ3と、制御装置4と、表示装置5と、入力装置6と、保持回転装置7と、を備える。形状測定装置1は、ベースBに設けられた保持回転装置7に保持されている被測定物Mを光学プローブ3が撮像するものである。また、本実施形態では、プローブ移動装置2と保持回転装置7とが、プローブと被測定物Mとを相対的に移動させる移動機構となる。   The shape measuring apparatus 1 measures a three-dimensional shape of an object to be measured (object to be measured) M using, for example, a light cutting method. The shape measuring device 1 includes a probe moving device 2, an optical probe 3, a control device 4, a display device 5, an input device 6, and a holding and rotating device 7. In the shape measuring apparatus 1, the optical probe 3 captures an image of the object M to be measured that is held by a holding and rotating device 7 provided on the base B. Further, in the present embodiment, the probe moving device 2 and the holding and rotating device 7 serve as a moving mechanism that relatively moves the probe and the object M to be measured.

プローブ移動装置2は、光学プローブ3による撮像範囲(視野)が被測定物Mの測定対象領域に来るように光学プローブ3の三次元空間上で位置と後述する光学プローブ3から投影されるパターンの投影方向及び被測定物Mの測定対象領域に投影されたパターンの向きを位置決めし、かつ光学プローブ3の撮像範囲を被測定物M上で走査するように、被測定物Mに対して光学プローブ3を移動させるためのものである。このプローブ移動装置2は、図2に示すように、駆動部10、位置検出部11を備えている。駆動部10は、X移動部50X、Y移動部50Y、Z移動部50Z、第1回転部53、及び第2回転部54を備えている。   The probe moving device 2 has a position on the three-dimensional space of the optical probe 3 and a pattern projected from the optical probe 3 to be described later so that the imaging range (field of view) of the optical probe 3 comes to the measurement target region of the object M to be measured. The optical probe with respect to the object to be measured M is positioned so that the projection direction and the direction of the pattern projected on the measurement target area of the object to be measured M are positioned and the imaging range of the optical probe 3 is scanned on the object to be measured M. 3 is for moving. As shown in FIG. 2, the probe moving device 2 includes a drive unit 10 and a position detection unit 11. The drive unit 10 includes an X moving unit 50X, a Y moving unit 50Y, a Z moving unit 50Z, a first rotating unit 53, and a second rotating unit 54.

X移動部50Xは、ベースBに対して矢印62の方向、つまりX軸方向に移動自在に設けられている。Y移動部50Yは、X移動部50Xに対して矢印63の方向、つまりY軸方向に移動自在に設けられている。Y移動部50Yには、Z軸方向に延在する保持体52が設けられている。Z移動部50Zは、保持体52に対して、矢印64の方向、つまりZ軸方向に移動自在に設けられている。これらX移動部50X、Y移動部50Y、Z移動部50Zは、第1回転部53、第2回転部54とともに光学プローブ3をX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向に移動可能にする移動機構を構成している。   The X moving part 50X is provided to be movable with respect to the base B in the direction of the arrow 62, that is, in the X axis direction. The Y moving unit 50Y is provided so as to be movable in the direction of the arrow 63, that is, in the Y-axis direction with respect to the X moving unit 50X. The Y moving unit 50Y is provided with a holding body 52 extending in the Z-axis direction. The Z moving part 50Z is provided so as to be movable with respect to the holding body 52 in the direction of the arrow 64, that is, in the Z-axis direction. The X moving unit 50X, the Y moving unit 50Y, and the Z moving unit 50Z move together with the first rotating unit 53 and the second rotating unit 54 to move the optical probe 3 in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction. The mechanism is configured.

第1回転部53は、後述する保持部材(保持部)55に支持される光学プローブ3をX軸と平行な回転軸線(回転軸)53a回り、つまり矢印65の方向に回転して光学プローブ3の姿勢を変えるものであり、特に光学プローブ3から投影されるパターンの被測定物Mへの投影方向が変えられる。第2回転部54は、保持部材55に支持される光学プローブ3を後述する第1保持部55Aが延在する方向と平行な軸線回り、つまり矢印66の方向に回転して光学プローブ3の姿勢を変えるものであり、特に光学プローブ3から投影されるパターンの向きを変えることができる。形状測定装置1は、光学プローブ3と光学プローブ3を保持している保持部材55との相対位置の補正に用いる基準球73aまたは基準球73bを有する。   The first rotating unit 53 rotates the optical probe 3 supported by a holding member (holding unit) 55 described later around a rotation axis (rotating axis) 53 a parallel to the X axis, that is, in the direction of the arrow 65 to rotate the optical probe 3. In particular, the projection direction of the pattern projected from the optical probe 3 onto the measurement object M can be changed. The second rotating portion 54 rotates the optical probe 3 supported by the holding member 55 around an axis parallel to a direction in which a first holding portion 55A, which will be described later, extends, that is, in the direction of the arrow 66, and the attitude of the optical probe 3 In particular, the direction of the pattern projected from the optical probe 3 can be changed. The shape measuring apparatus 1 has a reference sphere 73a or a reference sphere 73b used for correcting the relative position between the optical probe 3 and the holding member 55 holding the optical probe 3.

これら、X移動部50X、Y移動部50Y、Z移動部50Z、第1回転部53、第2回転部54の駆動は、エンコーダ装置等によって構成される位置検出部11の検出結果に基づいて、制御装置4により制御される。   The drive of these X movement part 50X, Y movement part 50Y, Z movement part 50Z, the 1st rotation part 53, and the 2nd rotation part 54 is based on the detection result of the position detection part 11 comprised by an encoder apparatus etc. It is controlled by the control device 4.

光学プローブ3は、光源装置8及び撮像装置9を備えており、保持部材55に支持されている。保持部材55は、回転軸線53aと直交する方向に延び、第1回転部53に支持される第1保持部(第1部分、第1部材)55Aと、第1保持部55Aの被測定物Mに対して遠い側の端部に設けられ回転軸線53aと平行に延びる第2保持部(第2部分、第2部材)55Bとが直交する略L字状に形成されており、第2保持部55Bの+X側の端部に光学プローブ3が支持されている。第1回転部53の回転軸線53aの位置は、光学プローブ3よりも、被測定物Mに近い側に配置されている。また、第1保持部55Aの被測定物Mに対して近い側の端部には、カウンターバランス55cが設けられている。したがって、第1回転部53に駆動力が発生しないときには、図1で図示されているように第1保持部55Aの延出方向がZ軸方向に沿うような姿勢となる。   The optical probe 3 includes a light source device 8 and an imaging device 9 and is supported by a holding member 55. The holding member 55 extends in a direction perpendicular to the rotation axis 53a, and is supported by the first rotating portion 53. The first holding portion (first portion, first member) 55A, and the measurement object M of the first holding portion 55A. A second holding portion (second portion, second member) 55B provided at an end portion on the far side with respect to the shaft and extending in parallel with the rotation axis 53a is formed in a substantially L shape orthogonal to the second holding portion. The optical probe 3 is supported at the end of 55B on the + X side. The position of the rotation axis 53 a of the first rotating unit 53 is arranged closer to the object to be measured M than the optical probe 3. A counter balance 55c is provided at the end of the first holding portion 55A on the side closer to the object M to be measured. Therefore, when no driving force is generated in the first rotating part 53, the extending direction of the first holding part 55A is in the Z-axis direction as shown in FIG.

保持回転装置7は、図1および図2に示すように、被測定物Mを保持するテーブル71と、テーブル71をθZ軸方向、つまり矢印68の方向に回転させる回転駆動部72と、テーブル71の回転方向の位置を検出する位置検出部73と、を有する。位置検出部73は、テーブル71または回転駆動部72の回転軸の回転を検出するエンコーダ装置である。保持回転装置7は、位置検出部73で検出した結果に基づいて、回転駆動部72によってテーブル71を回転させる。保持回転装置7は、テーブル71を回転させることで、回転軸中心AXを中心として被測定物Mを矢印68の方向に回転させる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the holding and rotating device 7 includes a table 71 that holds the object M, a rotation driving unit 72 that rotates the table 71 in the θZ axis direction, that is, the direction of the arrow 68, and the table 71. And a position detector 73 for detecting the position in the rotation direction. The position detection unit 73 is an encoder device that detects the rotation of the rotary shaft of the table 71 or the rotation drive unit 72. The holding and rotating device 7 rotates the table 71 by the rotation driving unit 72 based on the result detected by the position detecting unit 73. The holding and rotating device 7 rotates the table 71 to rotate the measurement object M in the direction of the arrow 68 around the rotation axis center AX.

ところで、光学プローブ3の光源装置(照射部)8は、制御装置4によって制御され、保持回転装置7に保持された被測定物Mの測定領域にライン状の測定光を照射するものであり、光源12、照明光学系13を備える。本実施形態の光源12は、例えば、レーザーダイオードを含む。なお、光源12は、レーザーダイオード以外の発光ダイオード(LED)等の固体光源を含んでいてもよい。また、本実施形態の光源12は制御装置4により投光量が制御されている。特に、制御装置4にある調光制御部36で制御している。   By the way, the light source device (irradiation unit) 8 of the optical probe 3 is controlled by the control device 4 and irradiates the measurement region of the object M to be measured held by the holding and rotating device 7 with the line-shaped measurement light. A light source 12 and an illumination optical system 13 are provided. The light source 12 of this embodiment includes a laser diode, for example. The light source 12 may include a solid light source such as a light emitting diode (LED) other than the laser diode. Further, the light emission amount of the light source 12 of this embodiment is controlled by the control device 4. In particular, it is controlled by a dimming control unit 36 in the control device 4.

照明光学系13は、光源12から発せられた光の空間的な光強度分布を調整する。本実施形態の照明光学系13は、例えば、シリンドリカルレンズを含む。照明光学系13は、1つの光学素子であってもよいし、複数の光学素子を含んでいてもよい。光源12から発せられた光は、シリンドリカルレンズが正のパワーを有する方向にスポットが広げられて、光源装置8から被測定物Mに向く第1方向に沿って出射する。図2に示したように、光源装置8から出射し、被測定物Mに投影した場合、光源装置8からの出射方向に対して直交する面を有する被測定物Mに投影されたときには、回転軸線53aと平行な方向を長手方向とし、回転軸線53aに平行なライン状のパターンになる。また、このライン状のパターンは、被測定物M上では長手方向に所定の長さを持つ。   The illumination optical system 13 adjusts the spatial light intensity distribution of the light emitted from the light source 12. The illumination optical system 13 of this embodiment includes, for example, a cylindrical lens. The illumination optical system 13 may be one optical element or may include a plurality of optical elements. The light emitted from the light source 12 is emitted in the first direction from the light source device 8 toward the object to be measured M, with the spot being expanded in the direction in which the cylindrical lens has positive power. As shown in FIG. 2, when the light is emitted from the light source device 8 and projected onto the object to be measured M, the light is rotated when projected onto the object to be measured M having a surface orthogonal to the emission direction from the light source device 8. A direction parallel to the axis 53a is taken as the longitudinal direction, and a linear pattern parallel to the rotation axis 53a is obtained. Further, the line pattern has a predetermined length in the longitudinal direction on the DUT M.

なお、このライン状のパターンの長手方向は、先に説明した第2回転部54により方向を変えられる。被測定物Mの面の広がり方向に応じて、ライン状のパターンの長手方向を変えることで、効率的に測定することができる。   The longitudinal direction of the line pattern can be changed by the second rotating unit 54 described above. By changing the longitudinal direction of the line-shaped pattern according to the spreading direction of the surface of the object to be measured M, it is possible to efficiently measure.

なお、照明光学系13は、CGH等の回折光学素子を含み、光源12から発せられた照明光束Lの空間的な光強度分布を回折光学素子によって調整してもよい。また、本実施形態において、空間的な光強度分布が調整された投影光をパターン光ということがある。照明光束Lは、パターン光の一例である。ところで、本明細書ではパターンの向きと称しているときは、このライン状のパターンの長手方向の方向を示している。   The illumination optical system 13 may include a diffractive optical element such as CGH, and the spatial light intensity distribution of the illumination light beam L emitted from the light source 12 may be adjusted by the diffractive optical element. In the present embodiment, the projection light whose spatial light intensity distribution is adjusted may be referred to as pattern light. The illumination light beam L is an example of pattern light. By the way, when the direction of the pattern is referred to in this specification, the direction of the longitudinal direction of the line pattern is shown.

撮像装置(撮像部)9は、撮像素子20、結像光学系21、ダイヤフラム23、及びダイヤフラム駆動部24を備える。光源装置8から被測定物Mに照射された照明光束Lは、被測定物Mの表面で反射散乱して、その少なくとも一部が結像光学系21へ入射する。結像光学系21は、光源装置8によって被測定物Mの表面に投影されたライン状のパターンの像を被測定物Mの像と一緒に結像光学系21により撮像素子20に結ぶ。撮像素子20は、この結像光学系21が形成する像を撮像する。画像処理部25は、撮像素子20で受光した受光信号から画像データを生成する。ダイヤフラム23は大きさを可変可能にする開口を有し、開口の大きさを変えることで結像光学系21を通過する光量を制御することができる。ダイヤフラム23の開口の大きさは、ダイヤフラム駆動部24により調整可能である。このダイヤフラム駆動部24は制御装置4に制御されている。特に、制御装置4にある調光制御部36で制御している。   The imaging device (imaging unit) 9 includes an imaging device 20, an imaging optical system 21, a diaphragm 23, and a diaphragm driving unit 24. The illumination light beam L emitted from the light source device 8 to the object to be measured M is reflected and scattered on the surface of the object to be measured M, and at least a part thereof enters the imaging optical system 21. The imaging optical system 21 connects the image of the line pattern projected on the surface of the object to be measured M by the light source device 8 together with the image of the object to be measured M to the image sensor 20 by the imaging optical system 21. The image sensor 20 captures an image formed by the imaging optical system 21. The image processing unit 25 generates image data from the light reception signal received by the image sensor 20. The diaphragm 23 has an opening whose size can be changed, and the amount of light passing through the imaging optical system 21 can be controlled by changing the size of the opening. The size of the opening of the diaphragm 23 can be adjusted by the diaphragm driving unit 24. The diaphragm driving unit 24 is controlled by the control device 4. In particular, it is controlled by a dimming control unit 36 in the control device 4.

結像光学系21は、光源装置8からのライン光としての照明光束Lの射出方向と照明光束Lのスポットの形状の長手方向とを含む面上の物体面21aと撮像素子20の受光面20a(像面)とが共役な関係になっている。なお、光源装置8からの照明光束Lの射出方向と照明光束Lのスポットの形状の長手方向とを含む面は、照明光束Lの伝播方向にほぼ平行である。照明光束Lの伝播方向に沿って、撮像素子20の受光面20aと共役な面を形成するようにすることで、被測定物Mの表面がどの位置にあっても、合焦した像が得られる。   The imaging optical system 21 includes an object surface 21 a on a plane including the emission direction of the illumination light beam L as line light from the light source device 8 and the longitudinal direction of the spot shape of the illumination light beam L, and the light receiving surface 20 a of the image sensor 20. (Image plane) is in a conjugate relationship. The plane including the emission direction of the illumination light beam L from the light source device 8 and the longitudinal direction of the spot shape of the illumination light beam L is substantially parallel to the propagation direction of the illumination light beam L. By forming a surface conjugate with the light receiving surface 20a of the image sensor 20 along the propagation direction of the illumination light beam L, a focused image can be obtained regardless of the position of the surface of the object M to be measured. It is done.

制御装置4は、形状測定装置1の各部を制御するとともに、光学プローブ3による撮像結果とプローブ移動装置2及び保持回転装置7の位置情報に基づく演算処理を行って被測定物Mの形状情報を取得する。本実施形態における形状情報は、測定対象の被測定物Mの少なくとも一部に関する形状、寸法、凹凸分布、表面粗さ、及び測定対象面上の点の位置(座標)、の少なくとも1つを示す情報を含む。制御装置4には、表示装置5、及び入力装置6が接続される。制御装置4は、図3に示すように、制御部32と、記憶部46と、を有する。   The control device 4 controls each part of the shape measuring device 1 and performs arithmetic processing based on the imaging result of the optical probe 3 and the positional information of the probe moving device 2 and the holding and rotating device 7 to obtain the shape information of the object M to be measured. get. The shape information in the present embodiment indicates at least one of the shape, size, unevenness distribution, surface roughness, and position (coordinates) of a point on the measurement target surface regarding at least a part of the measurement target M to be measured. Contains information. A display device 5 and an input device 6 are connected to the control device 4. As shown in FIG. 3, the control device 4 includes a control unit 32 and a storage unit 46.

制御部32は、被測定物Mを測定するためのプログラムを生成し、生成したプログラムに基づいて、各部による被測定物Mの形状測定動作を制御する。制御部32は、測定範囲設定部33と、調光領域設定部34と、調光領域設定可能範囲設定部35と、調光制御部36と、測定部37と、動作制御部38と、を有する。   The control unit 32 generates a program for measuring the measurement object M, and controls the shape measurement operation of the measurement object M by each unit based on the generated program. The control unit 32 includes a measurement range setting unit 33, a light control region setting unit 34, a light control region settable range setting unit 35, a light control unit 36, a measurement unit 37, and an operation control unit 38. Have.

測定範囲設定部33は、記憶部46に記憶されているデータや、入力装置6で受け付けた入力に基づいて、測定範囲を決定する。測定範囲とは、画像処理部39で撮像された被測定物Mの像の中からパターンの像の位置を検出する範囲である。   The measurement range setting unit 33 determines the measurement range based on the data stored in the storage unit 46 and the input received by the input device 6. The measurement range is a range in which the position of the pattern image is detected from the image of the object M measured by the image processing unit 39.

調光領域設定部34は、調光領域設定可能範囲設定部35で設定された調光領域設定可能範囲に基づいて、調光領域を設定する。調光領域は、撮像素子20による撮像範囲内で、撮影された像の明るさを検出する領域である。画像データからパターンの位置を検出する場合、撮像素子20により撮像された画像データのうち、ライン状のパターンの像の幅方向(スポット光の走査であれば、走査方向とは直交方向)に配列する画素列の中から、最も明るい画素値を画素列毎に検出する。その際、画像データの画素列の一端から他端までをくまなく探索するのではなく、調光領域として設定された範囲内だけで、画素列毎に最も明るい画素値を探索する。調光領域設定部34は、調光領域設定可能範囲に加え、記憶部46に記憶されているデータや、入力装置6で受け付けた入力に基づいて、調光領域を設定することもできる。   The dimming area setting unit 34 sets the dimming area based on the dimming area setting possible range set by the dimming area setting possible range setting unit 35. The dimming area is an area for detecting the brightness of the captured image within the imaging range of the imaging device 20. When detecting the position of the pattern from the image data, the image data captured by the image sensor 20 is arranged in the width direction of the image of the line pattern (or the direction orthogonal to the scanning direction if spot light scanning). The brightest pixel value is detected for each pixel column from the pixel columns to be processed. At that time, instead of searching all the way from one end to the other end of the pixel column of the image data, the brightest pixel value is searched for each pixel column only within the range set as the dimming region. The dimming area setting unit 34 can set the dimming area based on the data stored in the storage unit 46 and the input received by the input device 6 in addition to the dimming area setting possible range.

調光領域設定可能範囲設定部35は、測定範囲の位置情報に基づいて、調光領域設定可能範囲を設定する。調光領域設定可能範囲は、撮像部による撮像範囲内において、測定範囲の位置情報に基づいて設定される範囲であり、調光領域を設定可能とする範囲である。調光領域設定可能範囲設定部35は、測定範囲に加え、記憶部46に記憶されているデータや、入力装置6で受け付けた入力に基づいて、調光領域設定可能範囲を設定することもできる。   The dimming area settable range setting unit 35 sets the dimming area settable range based on the position information of the measurement range. The light control area settable range is a range that is set based on the position information of the measurement range within the imaging range by the imaging unit, and is a range in which the light control area can be set. The dimming area settable range setting unit 35 can set the dimming area settable range based on the data stored in the storage unit 46 and the input received by the input device 6 in addition to the measurement range. .

調光制御部36は、調光領域内で検出された画素列毎に最も明るい画素の画素値を取得し、取得された画素値の大きさに応じて、光源12に対して投光量を制御するための信号、ダイヤフラム駆動部24を制御するための信号、または撮像素子20による撮像時の露出時間を制御するための信号等を出力する。露出時間の制御については、1枚の画像データを取得するときの露出時間で制御したり、撮像素子20に組み込まれている不図示のメカニカルシャッターにより撮像面が露出する時間を制御するようにしても良い。したがって、調光制御部36は取得された画素値の大きさに応じて、照射部の投光量、撮像部で受光する受光量、撮像部で画像データを取得するときの露光量または撮像部の入出力特性(感度又は撮像素子の各ピクセルで検出した信号に対する増幅率など)、つまり光学プローブ3によって画像データを取得する際の各種条件(調光条件)を制御する。   The dimming control unit 36 acquires the pixel value of the brightest pixel for each pixel row detected in the dimming region, and controls the amount of light emitted to the light source 12 according to the size of the acquired pixel value. A signal for controlling the diaphragm driving unit 24, a signal for controlling the exposure time during imaging by the image sensor 20, and the like are output. Regarding the control of the exposure time, the exposure time when acquiring one piece of image data is controlled, or the time when the imaging surface is exposed is controlled by a mechanical shutter (not shown) incorporated in the imaging device 20. Also good. Therefore, the dimming control unit 36 determines the amount of light emitted from the irradiation unit, the amount of received light received by the imaging unit, the exposure amount when the image data is acquired by the imaging unit, or the imaging unit according to the size of the acquired pixel value. Input / output characteristics (sensitivity or amplification factor for signals detected at each pixel of the image sensor), that is, various conditions (light control conditions) when image data is acquired by the optical probe 3 are controlled.

測定部37は、画像データの測定範囲内に位置する光源装置8により投影されたパターンの像の位置に基づいて、被測定物の形状を測定する。測定部37は、調光制御部36で制御された条件に基づいて、プローブ移動装置2及び保持回転装置7によって、光学プローブ3と被測定物を相対的に移動させ、パターン像が投影される位置を移動させつつ、パターン像が投影された撮影領域の画像を撮像装置9で撮像する。また、撮像装置9で撮像したタイミングで位置検出部11からのプローブ移動装置2及び保持回転装置7の位置情報を取得する。測定部37は、撮像装置9で撮像したタイミングで取得した位置検出部11からのプローブ移動装置2及び保持回転装置7の位置情報と、撮像装置9で取得した測定範囲のパターンの像の画像に関連した撮影信号とに基づいて、被測定物Mのパターンが投影された位置を算出し、被測定物Mの形状データを出力する。本形状測定装置1は、例えば、撮像装置9の撮影タイミングを一定間隔にし、入力装置6から入力する測定点間隔情報を基に、プローブ移動装置2及び保持回転装置7の移動速度を制御している。   The measurement unit 37 measures the shape of the object to be measured based on the position of the pattern image projected by the light source device 8 located within the measurement range of the image data. Based on the conditions controlled by the dimming control unit 36, the measuring unit 37 relatively moves the optical probe 3 and the object to be measured by the probe moving device 2 and the holding and rotating device 7, and a pattern image is projected. While moving the position, the imaging device 9 captures an image of the imaging area on which the pattern image is projected. In addition, the position information of the probe moving device 2 and the holding and rotating device 7 from the position detecting unit 11 is acquired at the timing when the image is picked up by the imaging device 9. The measurement unit 37 adds the positional information of the probe moving device 2 and the holding rotation device 7 from the position detection unit 11 acquired at the timing of imaging by the imaging device 9 and the image of the measurement range pattern image acquired by the imaging device 9. Based on the related imaging signal, the position where the pattern of the object to be measured M is projected is calculated, and the shape data of the object to be measured M is output. For example, the shape measuring apparatus 1 controls the moving speeds of the probe moving device 2 and the holding rotation device 7 based on the measurement point interval information input from the input device 6 by setting the imaging timing of the imaging device 9 to a constant interval. Yes.

動作制御部38は、プローブ移動装置2、光学プローブ3及び保持回転装置7を含む、形状測定装置1の各部の動作を制御する。この動作制御部38は、制御部32で作成された動作制御情報を基に、プローブ移動装置2、光学プローブ3及び保持回転装置7の動作制御を実施する。また、制御部32は、光学プローブ3による画像取得動作制御する。   The operation control unit 38 controls the operation of each part of the shape measuring apparatus 1 including the probe moving device 2, the optical probe 3, and the holding and rotating device 7. The operation control unit 38 performs operation control of the probe moving device 2, the optical probe 3, and the holding and rotating device 7 based on the operation control information created by the control unit 32. Further, the control unit 32 controls the image acquisition operation by the optical probe 3.

記憶部46は、ハードディスク、メモリ等、各種プログラム、データを記憶する記憶装置である。記憶部46は、条件テーブル46Aと、形状測定プログラム46Bと、を有する。なお、記憶部46は、これらのプログラム、データ以外にも形状測定装置1の動作の制御に用いる各種プログラム、データを記憶している。条件テーブル46Aは、制御部32で設定された条件や、予め入力された各種条件を記憶する。形状測定プログラム46Bは、制御装置4の各部の処理を実行させるプログラムを記憶している。つまり、制御装置4は、形状測定プログラム46Bに記憶されているプログラムを実行することで、上述した各部の動作を実現する。形状測定プログラム46Bは、上述した制御部32で生成する被測定物Mを測定するためのプログラムと、制御部32が当該プログラムを生成するためのプログラムの両方を含む。なお、形状測定プログラム46Bは、予め記憶部46に記憶させてもよいがこれに限定されない。形状測定プログラム46Bが記憶された記憶媒体から読み取って記憶部46に記憶してもよいし、通信により外部から取得してもよい。   The storage unit 46 is a storage device that stores various programs and data, such as a hard disk and a memory. The storage unit 46 includes a condition table 46A and a shape measurement program 46B. The storage unit 46 stores various programs and data used for controlling the operation of the shape measuring apparatus 1 in addition to these programs and data. The condition table 46A stores conditions set by the control unit 32 and various conditions input in advance. The shape measurement program 46 </ b> B stores a program for executing processing of each unit of the control device 4. That is, the control apparatus 4 implement | achieves operation | movement of each part mentioned above by running the program memorize | stored in the shape measurement program 46B. The shape measurement program 46B includes both a program for measuring the object M to be measured generated by the control unit 32 and a program for the control unit 32 to generate the program. The shape measurement program 46B may be stored in the storage unit 46 in advance, but is not limited to this. The shape measurement program 46B may be read from a storage medium stored therein and stored in the storage unit 46, or may be acquired from the outside through communication.

制御装置4は、プローブ移動装置2の駆動部10及び保持回転装置7の回転駆動部72を制御して、光学プローブ3と被測定物Mの相対位置が所定の位置関係となるようにしている。また、制御装置4は、光学プローブ3の調光等を制御して、被測定物M上の投影されたライン状のパターンを最適な光量で撮像させる。制御装置4は、光学プローブ3の位置情報をプローブ移動装置2の位置検出部11から取得し、測定領域を撮像した画像を示すデータ(撮像画像データ)を光学プローブ3から取得する。そして、制御装置4は、光学プローブ3の位置に応じた撮像画像データから得られる被測定物Mの表面の位置と光学プローブ3の位置及びライン光の投影方向と撮像装置の撮影方向とを対応付けることによって、測定対象の三次元的な形状に関する形状情報を演算して取得する。   The control device 4 controls the drive unit 10 of the probe moving device 2 and the rotation drive unit 72 of the holding and rotating device 7 so that the relative positions of the optical probe 3 and the object to be measured M have a predetermined positional relationship. . Further, the control device 4 controls the dimming and the like of the optical probe 3 so that the projected line pattern on the object to be measured M is imaged with an optimum light amount. The control device 4 acquires the position information of the optical probe 3 from the position detection unit 11 of the probe moving device 2, and acquires data (captured image data) indicating an image obtained by capturing the measurement region from the optical probe 3. Then, the control device 4 associates the surface position of the measurement object M obtained from the captured image data corresponding to the position of the optical probe 3, the position of the optical probe 3, the projection direction of the line light, and the imaging direction of the imaging device. Thus, the shape information regarding the three-dimensional shape of the measurement target is calculated and acquired.

表示装置5は、例えば液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置等によって構成される。表示装置5は、形状測定装置1の測定に関する測定情報を表示する。測定情報は、例えば、撮像素子20で撮影された画像データや、撮像素子20の撮影領域内に設定された測定領域の位置を示す情報、調光領域の位置を示す情報、調光領域設定可能範囲の位置を示す情報を表示することができる。これら測定領域、調光領域及び調光領域設定可能範囲の位置情報は撮像素子20で撮影された画像データ上に重畳して表示する。また、他にも測定に関する設定を示す設定情報、測定の経過を示す経過情報、測定の結果を示す形状情報等を含む。本実施形態の表示装置5は、測定情報を示す画像データを制御装置4から供給され、この画像データに従って測定情報を示す画像を表示する。   The display device 5 is configured by, for example, a liquid crystal display device, an organic electroluminescence display device, or the like. The display device 5 displays measurement information related to the measurement by the shape measuring device 1. Measurement information includes, for example, image data captured by the image sensor 20, information indicating the position of the measurement area set in the imaging area of the image sensor 20, information indicating the position of the light control area, and light control area setting possible. Information indicating the position of the range can be displayed. The position information of the measurement area, the dimming area, and the dimmable area setting range is superimposed and displayed on the image data captured by the image sensor 20. In addition, setting information indicating settings related to measurement, progress information indicating the progress of measurement, shape information indicating the result of measurement, and the like are also included. The display device 5 of the present embodiment is supplied with image data indicating measurement information from the control device 4 and displays an image indicating measurement information according to the image data.

入力装置6は、例えばキーボード、マウス、ジョイスティック、トラックボール、タッチバッド等の各種入力デバイスによって構成される。入力装置6は、制御装置4への各種情報の入力を受けつける。各種情報は、例えば、形状測定装置1に測定を開始させる指令(コマンド)を示す指令情報、形状測定装置1による測定に関する設定情報、形状測定装置1の少なくとも一部をマニュアルで操作するための操作情報等を含む。   The input device 6 is configured by various input devices such as a keyboard, a mouse, a joystick, a trackball, and a touch pad. The input device 6 receives various information input to the control device 4. The various information includes, for example, command information indicating a command (command) for causing the shape measuring device 1 to start measurement, setting information related to measurement by the shape measuring device 1, and an operation for manually operating at least a part of the shape measuring device 1. Includes information.

本実施形態の形状測定装置1は、制御装置4が制御部32と、記憶部46とを備え、制御装置4に表示装置5、及び入力装置6が接続されている。形状測定装置1は、制御装置4、表示装置5、及び入力装置6が、例えば、形状測定装置1に接続されるコンピュータでも構わないし、形状測定装置1が設置される建物が備えるホストコンピュータなどでも構わないし、形状測定装置1が設置される建物に限られず、形状測定装置1とは離れた位置にあり、コンピュータでインターネットなどの通信手段を用いて、形状測定装置1と接続されても構わない。また、形状測定装置1は、制御装置4と、表示装置5及び入力装置6とが、別々の場所に保持されても構わない。例えば、入力装置6と表示装置5とを備えるコンピュータとは別に、例えば光学プローブ3の内部に形状測定装置1が支持されていても構わない。この場合には、形状測定装置1で取得した情報を、通信手段を用いて、コンピュータに接続される。   In the shape measuring apparatus 1 of the present embodiment, the control device 4 includes a control unit 32 and a storage unit 46, and a display device 5 and an input device 6 are connected to the control device 4. In the shape measuring device 1, the control device 4, the display device 5, and the input device 6 may be, for example, a computer connected to the shape measuring device 1, or a host computer provided in a building where the shape measuring device 1 is installed. It is not limited to the building where the shape measuring device 1 is installed, and may be located away from the shape measuring device 1 and connected to the shape measuring device 1 using a communication means such as the Internet with a computer. . Moreover, the shape measuring apparatus 1 may hold | maintain the control apparatus 4, the display apparatus 5, and the input device 6 in a separate place. For example, apart from the computer including the input device 6 and the display device 5, for example, the shape measuring device 1 may be supported inside the optical probe 3. In this case, the information acquired by the shape measuring apparatus 1 is connected to a computer using a communication means.

次に、図4から図10Cを用いて、上記構成の形状測定装置1により、被測定物の形状を測定する動作の例について説明する。図4は、本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。図5は、本実施形態の形状測定装置に表示する画面の一例を説明するための説明図である。図6は、本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。図7は、本実施形態の形状測定装置の測定動作の一例を示すフローチャートである。図8は、本実施形態の形状測定装置の調光範囲の設定動作の一例を示すフローチャートである。図9A及び図9Bは、それぞれ本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。図10Aから図10Cは、それぞれ本実施形態の形状測定装置の測定動作を説明するための説明図である。   Next, an example of an operation for measuring the shape of the object to be measured by the shape measuring apparatus 1 having the above configuration will be described with reference to FIGS. 4 to 10C. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the measurement operation of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an example of a screen displayed on the shape measuring apparatus of the present embodiment. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the measurement operation of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. FIG. 7 is a flowchart showing an example of the measuring operation of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of setting the light control range of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. 9A and 9B are explanatory diagrams for explaining the measurement operation of the shape measuring apparatus according to the present embodiment. 10A to 10C are explanatory diagrams for explaining the measurement operation of the shape measuring apparatus according to the present embodiment.

以下では、図4に示すように、形状測定装置1が円周方向に繰り返し形状が形成された被測定物Maの形状を測定する場合として説明する。形状測定装置1は、照明光束Lを被測定物Maの繰り返し形状の1つの単位である歯に照射し、被測定物Ma上に投影されたパターンの画像を取得することで、被測定物Maの形状を測定する。本実施形態の形状測定装置1は、歯筋の方向に沿って、照明光束Lを移動させつつ、被測定物Ma上に投影されたパターンの画像を取得することで、1つの歯の形状を測定することができる。形状測定装置1は、被測定物Maの歯の形状を順番に測定することで、被測定物Maの形状を測定することができる。被測定物Maは、設計上は略同一形状となる歯が円周方向に所定の間隔で形成された、かさ歯車である。本実施形態の形状測定装置1は、被測定物Maをかさ歯車としたが、種々の形状の物体を被測定物として形状を測定することができる。もちろん、被測定物Maを歯車とした場合、歯車の種類は特に限定されない。形状測定装置1は、かさ歯車以外に、平歯車、はすば歯車、やまば歯車、ウォームギア、ピニオン、ハイポイドギアなども測定対象となり、被測定物Maとなる。なお、形状測定装置1は、1つの歯の形状の測定や、被測定物Maの全体の形状を測定することに限定されず、被測定物Maの任意の1点の形状を測定することもできる。   Below, as shown in FIG. 4, it demonstrates as a case where the shape measuring apparatus 1 measures the shape of the to-be-measured object Ma in which the shape was formed repeatedly in the circumferential direction. The shape measuring apparatus 1 irradiates the teeth that are one unit of the repetitive shape of the measured object Ma with the illumination light beam L, and acquires an image of a pattern projected on the measured object Ma, thereby measuring the measured object Ma. Measure the shape. The shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment obtains an image of a pattern projected on the measurement object Ma while moving the illumination light beam L along the direction of the tooth trace, thereby obtaining the shape of one tooth. Can be measured. The shape measuring apparatus 1 can measure the shape of the measurement object Ma by sequentially measuring the shape of the teeth of the measurement object Ma. The object to be measured Ma is a bevel gear in which teeth having substantially the same shape in design are formed at predetermined intervals in the circumferential direction. In the shape measuring apparatus 1 of the present embodiment, the measurement object Ma is a bevel gear, but the shape can be measured using objects of various shapes as the measurement object. Of course, when the DUT Ma is a gear, the type of gear is not particularly limited. In addition to the bevel gear, the shape measuring apparatus 1 also measures a spur gear, a helical gear, a helical gear, a worm gear, a pinion, a hypoid gear, and the like, and becomes the object to be measured Ma. The shape measuring apparatus 1 is not limited to measuring the shape of one tooth or measuring the entire shape of the object to be measured Ma, but can also measure the shape of any one point of the object to be measured Ma. it can.

形状測定装置1は、稼動時に図5に示す画面100を表示させる。画面100は、被測定物Maの形状を測定するための条件を設定するモード、例えばティーチングモードで表示される。画面100は、画像ウインドウ102と、ウインドウ104、106を含む。   The shape measuring apparatus 1 displays a screen 100 shown in FIG. The screen 100 is displayed in a mode for setting conditions for measuring the shape of the workpiece Ma, for example, a teaching mode. The screen 100 includes an image window 102 and windows 104 and 106.

画像ウインドウ102は、図6に示すように、撮像装置9で撮影し、取得した画像を表示している。画像ウインドウ102に表示されている画像は、撮像装置9による撮像範囲内の全域の画像である。画像ウインドウ102に表示される画像には、被測定物Maの外形140と、外形140に照明光束Lを投影することで形成されるパターン142a、142b、142cと、外形140に照明光束Lを投影した際に、照明光束Lが多重反射したり、乱反射したりすることで、生じる輝線144が含まれる。   As shown in FIG. 6, the image window 102 displays an image captured by the imaging device 9 and acquired. The image displayed in the image window 102 is an entire image within the imaging range by the imaging device 9. In the image displayed on the image window 102, the outer shape 140 of the object to be measured Ma, the patterns 142a, 142b, 142c formed by projecting the illumination light beam L onto the outer shape 140, and the illumination light beam L are projected onto the outer shape 140. In this case, the bright line 144 generated by the multiple reflection or irregular reflection of the illumination light beam L is included.

また、画像ウインドウ102には、画像に重ねて、測定範囲150a、150bと、調光領域設定可能範囲152と、調光領域154と、が表示されている。測定範囲150a、150bは、測定範囲設定部33で設定される領域である。調光領域設定可能範囲152は、調光領域設定可能範囲設定部35で設定される領域である。調光領域154は、調光領域設定部34で設定される領域である。図6に示す調光領域設定可能範囲152は、測定範囲150a、150bの全てを含み、測定範囲150a、150bに外接する矩形形状の範囲である。また、調光領域設定可能範囲152は、照明光束Lを平坦でかつ水平な面を持つ被測定物Maに投影したときに形成されるライン状のパターンの像に対して、その像の長手方向と長手方向に対して直交する方向とが辺となる矩形の範囲である。調光領域154は、調光領域設定可能範囲152に含まれる範囲である。なお、測定範囲150a、150bと、調光領域設定可能範囲152と、調光領域154の設定方法の動作については後述する。   In the image window 102, measurement ranges 150a and 150b, a dimming area settable range 152, and a dimming area 154 are displayed so as to overlap the image. The measurement ranges 150 a and 150 b are areas set by the measurement range setting unit 33. The dimming area settable range 152 is an area set by the dimming area settable range setting unit 35. The dimming area 154 is an area set by the dimming area setting unit 34. The dimmable area settable range 152 shown in FIG. 6 is a rectangular range that includes all of the measurement ranges 150a and 150b and circumscribes the measurement ranges 150a and 150b. In addition, the light control region settable range 152 is a longitudinal direction of an image of a line pattern formed when the illumination light beam L is projected onto the measurement object Ma having a flat and horizontal surface. And a direction perpendicular to the longitudinal direction is a rectangular range. The dimming area 154 is a range included in the dimming area settable range 152. In addition, operation | movement of the measuring range 150a, 150b, the light control area setting possible range 152, and the setting method of the light control area 154 is mentioned later.

ウインドウ104は、測定条件欄112と、ボタン114と、を有する。測定条件欄112は、光切断法を用いて形状を取得する際の取得方法、照明光束Lの走査速度、画像データを取得する間隔である距離ピッチ、測定する距離、光学プローブ3と被測定物Maとの各方向における相対値移動距離等の情報が表示される。制御装置32は、各種条件が更新されると測定条件欄112に表示される情報を更新する。ボタン114は、後述するプレスキャン処理またはスキャン処理(測定処理)が開始される際に操作されるボタンである。制御部32は、入力装置6への入力でボタン114が操作されたことを検出した場合、プレスキャン処理またはスキャン処理(測定処理)を実行する。   The window 104 has a measurement condition column 112 and a button 114. The measurement condition column 112 includes an acquisition method when acquiring a shape using the light cutting method, a scanning speed of the illumination light beam L, a distance pitch that is an interval for acquiring image data, a distance to be measured, the optical probe 3 and an object to be measured. Information such as the relative value movement distance in each direction with Ma is displayed. The control device 32 updates the information displayed in the measurement condition column 112 when various conditions are updated. The button 114 is a button that is operated when a pre-scan process or a scan process (measurement process) described later is started. When the control unit 32 detects that the button 114 is operated by an input to the input device 6, the control unit 32 performs a pre-scan process or a scan process (measurement process).

ウインドウ106は、表示されている画像データに関する各種プロファイルの表示を行うかどうかを選択するためのチェックボックス120と、調光領域選択点122、測定範囲選択点124と、範囲欄126と、ボタン128、130と、を有する。チェックボックス120は、画像の光量のプロファイルや、ヒストグラムを表示させるか否かを選択するためのボックスである。ヒストグラムは、ライン上のパターンの幅方向におけるピーク値を撮像素子の列毎に抽出して作成した列毎の最大輝度値の分布である。制御部32は、チェックボックス120にチェックが入力されている場合、画像ウインドウ102に重ねて画像の光量分布や、最大輝度値分布のヒストグラムを表示させる。また、調光領域選択点122にチェックが入った場合、調光領域の範囲の対角線上の座標位置を範囲欄126に表示させる。測定範囲選択点124にチェックが入った場合は、測定範囲つまり撮像装置で画像を取得した測定領域を矩形で設定できるようになっている。測定領域の範囲は、測定領域の対角線上の座標位置を範囲欄126に表示させる。ボタン128は、自動調光処理が開始される際に操作されるボタンである。ボタン130は、調光領域選択点122と測定範囲選択点124のうち、選択されている側の範囲、領域の設定を行う場合に操作されるボタンである。   The window 106 has a check box 120 for selecting whether or not to display various profiles related to the displayed image data, a dimming area selection point 122, a measurement range selection point 124, a range column 126, and a button 128. , 130. The check box 120 is a box for selecting whether or not to display a light intensity profile of an image and a histogram. The histogram is a distribution of the maximum luminance value for each column created by extracting the peak value in the width direction of the pattern on the line for each column of the image sensor. When the check box 120 is checked, the control unit 32 displays an image light amount distribution and a histogram of the maximum luminance value distribution over the image window 102. When the dimming area selection point 122 is checked, the coordinate position on the diagonal line of the dimming area range is displayed in the range column 126. When the measurement range selection point 124 is checked, the measurement range, that is, the measurement area where the image is acquired by the imaging device can be set in a rectangle. For the range of the measurement area, the coordinate position on the diagonal line of the measurement area is displayed in the range column 126. The button 128 is a button operated when the automatic light control process is started. The button 130 is a button operated when setting a range and a region on the selected side of the dimming region selection point 122 and the measurement range selection point 124.

以下、図7を用いて、形状測定装置1の処理動作の一例を説明する。形状測定装置1の制御部32は、例えば、ティーチングモードが選択された場合に、図5に示す画面100を表示し図7に示す処理を実行する。また、後述する他の処理も記憶部に記憶されているプログラムに基づいて制御部32の各部で処理を実行することで、実現される。   Hereinafter, an example of the processing operation of the shape measuring apparatus 1 will be described with reference to FIG. For example, when the teaching mode is selected, the control unit 32 of the shape measuring apparatus 1 displays the screen 100 shown in FIG. 5 and executes the processing shown in FIG. Further, other processing described later is also realized by executing processing in each unit of the control unit 32 based on a program stored in the storage unit.

制御部32は、ティーチングモードが選択されると、測定範囲、調光領域、調光領域設定可能範囲を撮像装置8により撮影できる全範囲に予め設定する。次に、撮像装置8から画像データが制御部32に転送され、その画像データがウインドウ102に表示する。このような状態になった時点で、測定範囲の設定がなされたかを判定する(ステップS12)。ここで、制御部32は、撮像装置9で撮影可能な範囲の全範囲よりも小さい範囲、つまり取得した画像データの全範囲よりも小さい範囲が測定範囲として設定されている場合、測定範囲が設定されていると判定する。測定範囲の設定方法は、ウインドウ102上に円形や矩形、楕円形などの任意の形状で画像データの一部を囲むようにして指定することができる。なお、制御部32は、例えば、測定範囲選択点124が選択されボタン130が操作された後、ユーザによって指定された範囲を測定範囲に設定する。また、制御部32は、条件テーブル46Aに設定されている情報に基づいて測定範囲を設定してもよい。また、制御部32は、撮像装置9が取得した画像から照明光束が投影されたパターンの像を抽出し、当該パターンの像が抽出された範囲を測定範囲としてもよい。   When the teaching mode is selected, the control unit 32 presets the measurement range, the light control region, and the light control region settable range to the entire range that can be imaged by the imaging device 8. Next, the image data is transferred from the imaging device 8 to the control unit 32, and the image data is displayed on the window 102. When such a state is reached, it is determined whether or not the measurement range has been set (step S12). Here, the control unit 32 sets the measurement range when a range smaller than the entire range that can be captured by the imaging device 9, that is, a range smaller than the entire range of the acquired image data is set as the measurement range. It is determined that The method for setting the measurement range can be specified by enclosing part of the image data in an arbitrary shape such as a circle, rectangle, or ellipse on the window 102. For example, after the measurement range selection point 124 is selected and the button 130 is operated, the control unit 32 sets the range specified by the user as the measurement range. Further, the control unit 32 may set the measurement range based on information set in the condition table 46A. In addition, the control unit 32 may extract a pattern image on which the illumination light beam is projected from the image acquired by the imaging device 9, and may use a range where the pattern image is extracted as a measurement range.

制御部32は、測定範囲の設定がある(ステップS12でYes)と判定した場合、測定範囲設定部33により、画像データの位置座標を基に測定範囲の設定処理を行い、記憶部46の条件テーブル46Aに書き込む(ステップS14)。制御部32は、撮像装置9で撮影可能な範囲よりも小さい範囲を測定範囲に設定する。次に、調光領域設定可能範囲の設定処理を行う(ステップS15)。測定範囲で設定された領域情報の中から図6に示す画像データの横軸aの最大座標値amaxと最小座標値amin、縦軸bの最大座標値bmaxと最小座標値bminを取得する。制御部32の調光領域設定可能範囲設定部35により、各軸の最大座標値と最小座標値に基づき、調光領域設定可能範囲152を設定する。なお、図6に示すように、縦軸bについては最大座標値と最小座標値に対して、どちらも数画素分のマージンを持たせるようにして、最大座標値をb’maxにし、最小座標値b’minに設定するようにしても良い。もちろん、縦軸横軸ともに各軸の最大座標値と最小座標値をそのまま、調光領域設定可能範囲の境界座標値としても良い。なお、調光領域設定可能範囲は、全ての測定範囲を含み測定範囲の少なくとも1箇所に外接する範囲とすることが好ましいが、これに限定されず、測定範囲を含まなくてもよいし、接していなくてもよい。また、調光領域設定可能範囲を決定するための設定された条件は、ユーザが設定してもよいし、形状測定装置1が自動的に設定してもよい。また、調光領域設定部34も同時に調光領域も調光領域設定可能範囲と同じ範囲に設定する。これら設定された調光領域設定可能範囲及び調光領域は、制御部32により記憶部46の条件テーブル46Aに書き込まれる。   When the control unit 32 determines that the measurement range is set (Yes in step S12), the measurement range setting unit 33 performs measurement range setting processing based on the position coordinates of the image data, and the conditions of the storage unit 46 are determined. Writing to the table 46A (step S14). The control unit 32 sets a range smaller than the range that can be captured by the imaging device 9 as the measurement range. Next, the setting process of the light control area | region settable range is performed (step S15). The maximum coordinate value amax and minimum coordinate value amin of the horizontal axis a of the image data shown in FIG. 6 and the maximum coordinate value bmax and minimum coordinate value bmin of the vertical axis b are acquired from the area information set in the measurement range. The dimming area settable range setting unit 35 of the control unit 32 sets the dimming area settable range 152 based on the maximum coordinate value and the minimum coordinate value of each axis. As shown in FIG. 6, with respect to the vertical axis b, the maximum coordinate value and the minimum coordinate value are both set to have a margin for several pixels, the maximum coordinate value is set to b′max, and the minimum coordinate value is set. The value b′min may be set. Of course, the maximum coordinate value and the minimum coordinate value of each axis on both the vertical axis and the horizontal axis may be used as the boundary coordinate values of the light control area settable range as they are. The light control area settable range is preferably a range that includes all the measurement ranges and circumscribes at least one of the measurement ranges, but is not limited thereto, and does not need to include the measurement ranges. It does not have to be. In addition, the set condition for determining the dimmable area settable range may be set by the user, or the shape measuring apparatus 1 may set it automatically. The light control area setting unit 34 also sets the light control area to the same range as the light control area settable range. These set dimming area setting range and dimming area are written in the condition table 46A of the storage unit 46 by the control unit 32.

制御部32は、測定範囲の設定がない(ステップS12でNo)と判定した場合、または測定範囲の設定処理を行った場合、入力装置6による調光領域の設定があるかを判定する(ステップS16)。   When it is determined that there is no measurement range setting (No in step S12), or when the measurement range setting process is performed, the control unit 32 determines whether the dimming area is set by the input device 6 (step S12). S16).

制御部32は、調光領域の設定がある(ステップS16でYes)と判定した場合、調光領域設定部34により、調光領域の設定処理を行う(ステップS18)。   When it is determined that the dimming area is set (Yes in step S16), the control unit 32 performs dimming area setting processing by the dimming area setting unit 34 (step S18).

以下、図8を用いて調光範囲の設定処理について説明する。前述のように制御部32は、調光領域設定可能範囲設定部35により、測定範囲を取得し(ステップS40)、調光領域設定可能範囲152を設定する(ステップS42)。例えば、図6に示したように、全ての測定範囲に外接する範囲を調光領域設定可能範囲する。なお、全ての測定範囲を含み測定範囲の少なくとも1箇所に外接する範囲を調光領域設定可能範囲としてもよい。   Hereinafter, the dimming range setting process will be described with reference to FIG. As described above, the control unit 32 acquires the measurement range by the dimming area settable range setting unit 35 (step S40) and sets the dimming area settable range 152 (step S42). For example, as shown in FIG. 6, a range circumscribing all the measurement ranges is set as a light control region settable range. In addition, it is good also considering the range circumscribing at least one location of a measurement range including all the measurement ranges as a light control area | region setting possible range.

次に、制御部32は、画像データ上に設定した調光領域設定可能範囲を表示させる(ステップS43)。具体的には、表示装置5の画像ウインドウ102に測定範囲と調光領域設定可能範囲を重ねて表示させる。これにより、撮像装置9で撮影可能な撮影領域の中で測定範囲と調光領域設定可能範囲に設定された範囲をユーザが確認するこことができる。   Next, the control unit 32 displays the light control area settable range set on the image data (step S43). Specifically, the measurement range and the light control region settable range are displayed in an overlapping manner on the image window 102 of the display device 5. Thereby, the user can confirm the range set as the measurement range and the light control region settable range in the imaging region that can be imaged by the imaging device 9.

制御部32は、測定範囲と調光領域設定可能範囲を表示させたら、調光領域設定可能範囲を調光範囲とする指示があるかを判定する(ステップS44)。制御部32は、調光領域設定可能範囲を調光範囲とする指示がある(ステップS44でYes)と判定した場合、ステップS48に進む。制御部32は、調光領域設定可能範囲を調光範囲とする指示がない(ステップS44でNo)と判定した場合、調光範囲についての指示があるかを判定する(ステップS46)。制御部32は、調光範囲についての指示がない(ステップS46でNo)と判定した場合、ステップS48に進む。制御部32は、ステップS44でYesまたはステップS46でNoと判定した場合、調光領域設定部34により、調光領域設定可能範囲を調光範囲とし(ステップS48)、本処理を終了する。   After displaying the measurement range and the light control area settable range, the control unit 32 determines whether there is an instruction to set the light control area settable range as the light control range (step S44). If the control unit 32 determines that there is an instruction to set the light control area settable range as the light control range (Yes in step S44), the control unit 32 proceeds to step S48. When it is determined that there is no instruction for setting the light control area settable range as the light control range (No in step S44), the control unit 32 determines whether there is an instruction for the light control range (step S46). When it is determined that there is no instruction regarding the light control range (No in step S46), the control unit 32 proceeds to step S48. If the control unit 32 determines Yes in step S44 or No in step S46, the dimming region setting unit 34 sets the dimming region settable range as the dimming range (step S48), and ends this process.

制御部32は、調光範囲についての指示がある(ステップS46でYes)と判定した場合、指示の範囲が調光領域設定可能範囲に含まれるかを判定する(ステップS50)。制御部32は、指示の範囲が調光領域設定可能範囲に含まれない(ステップS50でNo)と判定した場合、調光領域設定部34により、調光領域設定可能範囲を超えない範囲に指示の範囲を補正して調光領域を設定する(ステップS52)。具体的には、図9Aに示す撮像装置8で撮像可能な範囲160には、測定範囲162が設定され、その測定範囲162に基づいて、調光領域設定可能範囲164が設定されている。範囲160は、本実施形態では、画像ウインドウに表示される画像となる。この状態で、調光範囲を設定する指示として、範囲166が指定された場合、範囲166と調光領域設定可能範囲164とが重なる範囲を調光領域168として設定する。制御部32は、指示の範囲が調光領域設定可能範囲に含まれる(ステップS50でYes)と判定した場合、調光領域設定部34により、指示されている範囲を調光範囲に設定する(ステップS54)。   When it is determined that there is an instruction for the light control range (Yes in step S46), the control unit 32 determines whether the instruction range is included in the light control area settable range (step S50). When it is determined that the instruction range is not included in the dimmable area setting range (No in step S50), the control unit 32 instructs the dimming area setting unit 34 to specify a range that does not exceed the dimming area setting range. Is adjusted to set a light control area (step S52). Specifically, a measurement range 162 is set in a range 160 that can be imaged by the imaging device 8 illustrated in FIG. 9A, and a dimming area settable range 164 is set based on the measurement range 162. In this embodiment, the range 160 is an image displayed in the image window. In this state, when the range 166 is designated as an instruction to set the dimming range, a range where the range 166 and the dimming region settable range 164 overlap is set as the dimming region 168. When the control unit 32 determines that the designated range is included in the dimmable region settable range (Yes in step S50), the dimming region setting unit 34 sets the designated range to the dimming range ( Step S54).

制御部32は、ステップS48、ステップS52またはステップS54で調光領域(調光範囲)を設定したら、設定した調光領域を表示させる(ステップS55)。具体的には、表示装置5の画像ウインドウ102に調光領域を重ねて表示させる。これにより、撮像装置9で撮影可能な撮影領域の中で調光領域として設定された範囲をユーザが確認するこことができる。   After setting the light control region (light control range) in step S48, step S52, or step S54, the control unit 32 displays the set light control region (step S55). Specifically, the light control region is displayed in an overlapping manner on the image window 102 of the display device 5. Thereby, the user can confirm the range set as the light control region in the photographing region that can be photographed by the imaging device 9.

図7に戻り、説明を続ける。制御部32は、調光領域の設定がない(ステップS16でNo)と判定した場合、または調光領域の設定処理を行った場合、プレスキャンを実行するかを判定する(ステップS20)。ここで、プレスキャンとは、設定された条件に基づいて、光学プローブ3と被測定物を相対的に移動させ、パターン像が投影される位置を移動させ、ライン光が照射される位置を表示装置5に表示させる処理である。被測定物を相対的に移動させながら、所定のフレームレートで撮像装置9により取得されたライン状のパターンの像を含む画像データを次々と表示させる。それと同時に、測定範囲150a、150b、調光領域設定可能範囲152、調光領域154を画像データに重畳させながら表示し続けるようにすると良い。制御部32は、プレスキャンを実行する(ステップS20でYes)と判定した場合、プレスキャン処理を実行する(ステップS22)。   Returning to FIG. 7, the description will be continued. When it is determined that the light control area is not set (No in step S16), or when the light control area setting process is performed, the control unit 32 determines whether to perform pre-scanning (step S20). Here, the pre-scan refers to the position where the line light is irradiated by moving the optical probe 3 and the object to be measured relative to each other based on the set conditions, moving the position where the pattern image is projected. This is processing to be displayed on the device 5. While relatively moving the object to be measured, image data including an image of a line pattern acquired by the imaging device 9 at a predetermined frame rate is displayed one after another. At the same time, the measurement ranges 150a and 150b, the dimming area settable range 152, and the dimming area 154 may be continuously displayed while being superimposed on the image data. When it is determined that the pre-scan is to be executed (Yes in Step S20), the control unit 32 executes the pre-scan process (Step S22).

制御部32は、プレスキャンを実行しない(ステップS20でNo)と判定した場合、またはプレスキャン処理を行った場合、設定が終了したかを判定する(ステップS24)。制御部32は、設定が終了していない(ステップS24でNo)と判定した場合、ステップS12に戻り、上述した処理を再び実行する。   When it is determined that the pre-scan is not performed (No in Step S20) or when the pre-scan process is performed, the control unit 32 determines whether the setting is completed (Step S24). When it is determined that the setting has not been completed (No in Step S24), the control unit 32 returns to Step S12 and executes the above-described process again.

制御部32は、記憶部46に記憶された測定範囲の位置情報及び調光範囲の位置情報と、光学プローブ3の走査パスなどの測定条件が設定されたら、形状測定プログラムを生成する(ステップS28)。制御部32は、測定範囲、調光領域、調光方式や測定座標算出領域も含めた被測定物Maを測定するための形状測定プログラムを生成し、記憶部46に記憶する。具体的には、制御部32は、各種条件に基づいて測定パス、測定速度を決定し、プローブ移動装置2によるXYZ軸方向の移動経路、保持回転装置7によるZθ方向の回転速度、光学プローブ3による画像の取得タイミング等を決定し、決定した動作の情報と、設定した調光条件の情報と、取得した画像からパターンの像の位置を抽出する測定範囲の情報と、を含む形状測定プログラムを生成する。   The control unit 32 generates the shape measurement program when the measurement range position information and the dimming range position information stored in the storage unit 46 and the measurement conditions such as the scanning path of the optical probe 3 are set (step S28). ). The control unit 32 generates a shape measurement program for measuring the object to be measured Ma including the measurement range, the light control region, the light control method, and the measurement coordinate calculation region, and stores the shape measurement program in the storage unit 46. Specifically, the control unit 32 determines a measurement path and a measurement speed based on various conditions, a movement path in the XYZ-axis direction by the probe moving device 2, a rotation speed in the Zθ direction by the holding and rotating device 7, and the optical probe 3. A shape measurement program including information on the determined operation, information on the determined operation, information on the set dimming conditions, and information on a measurement range for extracting the position of the pattern image from the acquired image Generate.

制御部32は、形状測定プログラムを生成したら、測定を実行するかを判定する(ステップS30)。ここで、測定とは、設定された条件に基づいて、光学プローブ3と被測定物Maを相対的に移動させ、パターン像が投影される位置を移動させ、測定領域内でパターン像が投影される位置を検出し、被測定物の各部位の座標値(点群データ)を取得することで、形状を測定する処理である。制御部32は、測定を実行する(ステップS30でYes)と判定した場合、撮像装置8を所定のフレームレートで撮影を繰り返される。調光制御部36は、その撮影された画像データから調光範囲に含まれる各画素列の最大画素値を取得し、調光制御部36は光源装置8や撮像装置9に調光制御の情報を出力する(ステップS31)。次に、その調光条件に基づき、撮像装置9は被測定物Maに投影されたパターンの像を撮像し、そのときの画像データを制御部32の測定部37に送出する(ステップS32)。次に、測定部37では、測定範囲情報に基づき、画像データの中からパターンの像の位置を求め、かつプローブ移動装置2の位置情報とパターンの像の位置情報から被測定物Maのパターンが投影された部分の三次元座標値を算出する(ステップS33)。   After generating the shape measurement program, the control unit 32 determines whether to perform measurement (step S30). Here, the measurement means that the optical probe 3 and the object to be measured Ma are relatively moved based on the set conditions, the position where the pattern image is projected is moved, and the pattern image is projected within the measurement region. This is a process for measuring the shape by obtaining the coordinate value (point group data) of each part of the object to be measured. When it is determined that the measurement is to be performed (Yes in step S30), the control unit 32 repeats imaging of the imaging device 8 at a predetermined frame rate. The dimming control unit 36 obtains the maximum pixel value of each pixel column included in the dimming range from the photographed image data, and the dimming control unit 36 transmits the dimming control information to the light source device 8 and the imaging device 9. Is output (step S31). Next, based on the dimming conditions, the imaging device 9 captures an image of the pattern projected on the object Ma to be measured, and sends the image data at that time to the measurement unit 37 of the control unit 32 (step S32). Next, the measurement unit 37 obtains the position of the pattern image from the image data based on the measurement range information, and the pattern of the object to be measured Ma is determined from the position information of the probe moving device 2 and the position information of the pattern image. A three-dimensional coordinate value of the projected portion is calculated (step S33).

制御部32は、図7のステップS12からステップS28までの処理、つまり形状測定プログラムを作成するまでの測定処理以外の処理をティーチング処理とし、測定処理とは別のモードでの処理として実行してもよい。また、制御部32は、ステップS20とステップS22を行わなくてもよい。つまり、測定範囲、調光領域、及び調光領域設定可能範囲は、表示装置5に表示させなくてもよい。   The control unit 32 performs processing from step S12 to step S28 in FIG. 7, that is, processing other than the measurement processing until the creation of the shape measurement program as teaching processing, and executes it as processing in a mode different from the measurement processing. Also good. Moreover, the control part 32 does not need to perform step S20 and step S22. That is, the measurement range, the dimming area, and the dimmable area setting range may not be displayed on the display device 5.

以上説明したように、本実施形態の制御部32は、測定範囲に基づいて調光領域設定可能範囲を設定し、調光領域設定可能範囲で調光領域が設定可能な範囲を制限することで、調光領域を測定範囲に対応した範囲とすることができる。これにより、パターンの像が投影されている領域を調光領域に設定しやすくでき、パターンの像が全く投影されていない領域を調光領域に設定することを抑制できる。以上により、より適切な領域を調光領域に設定しやすくすることができ、調光領域に基づいて算出する調光条件をより適切な条件とすることができる。   As described above, the control unit 32 of the present embodiment sets the dimming area settable range based on the measurement range, and restricts the range in which the dimming area can be set in the dimming area settable range. The light control area can be a range corresponding to the measurement range. Accordingly, it is possible to easily set the area where the pattern image is projected as the dimming area, and it is possible to suppress setting the area where no pattern image is projected as the dimming area. As described above, a more appropriate area can be easily set as the dimming area, and the dimming condition calculated based on the dimming area can be set as a more appropriate condition.

例えば、図6に示す例では、測定範囲150a、150bに基づいて設定された調光領域設定可能範囲152に含まれる範囲内で調光領域154が設定されている。このように、調光領域設定可能範囲152に含まれる範囲内で調光領域154を設定することで、測定範囲150a、150bに、歯先付近の強い反射が生じる範囲が含まれる場合もこれに影響されることなく調光条件を設定することができる。なお、歯先を含まない範囲を調光領域154とし、調光条件を設定した場合、歯先付近は飽和してしまうことで精度は劣化するものの実用上は精度を要しない部位であり、形状の測定精度を高く維持することができる。   For example, in the example illustrated in FIG. 6, the dimming area 154 is set within a range included in the dimming area settable range 152 set based on the measurement ranges 150 a and 150 b. In this way, by setting the dimming area 154 within the range included in the dimming area settable range 152, the measurement ranges 150a and 150b may include a range where strong reflection near the tooth tip is included. Dimming conditions can be set without being affected. In addition, when the range not including the tooth tip is set as the light control region 154 and the light control condition is set, the accuracy near the tooth tip is saturated and the accuracy is deteriorated, but it is a part that does not require accuracy in practice, and the shape High measurement accuracy can be maintained.

また、パターン142a、142b、142cは、照明光束Lを拡散反射した光であり、輝線144は、照明光束Lを正反射した光である。ここで、一般には拡散反射した部分と正反射した部分では戻り光量に、10倍から1000倍程度の違いがあり、拡散反射した部分の光量の方が正反射した部分の光量の方が小さくなる。このため、調光範囲に輝線144が含まれ、輝線144の光量に基づいて調光条件を設定すると、パターン142a,142b,142cの光量に基づいて調光条件を設定した場合に比べると、入射光量が1000分の1以下になってしまう場合があり、数100階調しかない画素値で表現してしまうと輝線144が検出できるがパターン142a,142b,142cが検出できなくなってしまうことになる。これに対して、本実施形態は、調光領域設定可能範囲152に含まれる範囲内で調光領域154が設定することで、パターン142a,142b,142cが含まれる範囲を調光領域154に設定しやすくなり、また、輝線144が含まれる範囲が調光領域154に設定されにくくすることができる。   The patterns 142a, 142b, and 142c are light that diffusely reflects the illumination light beam L, and the bright line 144 is light that is specularly reflected from the illumination light beam L. Here, in general, there is a difference of about 10 to 1000 times in the amount of return light between the diffusely reflected portion and the specularly reflected portion, and the light amount of the diffusely reflected portion is smaller than that of the specularly reflected portion. . For this reason, the bright line 144 is included in the dimming range, and when the dimming condition is set based on the light quantity of the bright line 144, it is incident as compared with the case where the dimming condition is set based on the light quantity of the patterns 142a, 142b, 142c. In some cases, the amount of light may be less than 1/1000, and if expressed with pixel values having only a few hundred gradations, the bright line 144 can be detected, but the patterns 142a, 142b, and 142c cannot be detected. . On the other hand, in the present embodiment, the dimming area 154 is set within the range included in the dimming area settable range 152, so that the range including the patterns 142a, 142b, and 142c is set in the dimming area 154. In addition, it is possible to make it difficult to set the range including the bright line 144 as the light control region 154.

また、本実施形態の制御部32は、測定範囲設定部33により複数の測定範囲を設定可能とすることで、パターンの像が投影されている範囲を選択して、測定範囲に設定することができる。これにより、測定範囲に輝線等が生じる部分が含まれる可能性を低減することができ、形状の測定精度をより高くすることができる。   In addition, the control unit 32 of the present embodiment can set a plurality of measurement ranges by the measurement range setting unit 33, thereby selecting a range on which the pattern image is projected and setting the measurement range. it can. As a result, the possibility that a bright line or the like occurs in the measurement range can be reduced, and the shape measurement accuracy can be further increased.

また、上記実施形態の制御部32は、調光領域設定可能範囲をライン状のパターンの像の長手方向と長手方向に対して直交する方向とが辺となる矩形の範囲とすることで、撮像装置9で画像を読み取る方向と調光領域設定可能範囲の辺を同じ方向とすることができる。これにより、始点と終点の2点の指定で、矩形の調光領域設定可能範囲を特定することができ、処理が簡単となる。なお、調光領域設定可能範囲の形状は矩形に限定されない。図9Bに示す範囲160は、調光領域設定可能範囲164aが5角形となる。このように、調光領域設定可能範囲は、3角形、5角形以上の多角形、円、楕円、円弧と直線とを組み合わせた閉じられた形状とすることができる。   In addition, the control unit 32 according to the above embodiment captures the light control area by setting the range in which the light control area can be set as a rectangular range in which the longitudinal direction of the line pattern image and the direction orthogonal to the longitudinal direction are sides. The direction in which the image is read by the device 9 and the side of the light control area settable range can be the same direction. As a result, by specifying the two points of the start point and the end point, the rectangular dimmable area setting range can be specified, and the processing becomes simple. Note that the shape of the light control area settable range is not limited to a rectangle. In the range 160 shown in FIG. 9B, the light control area settable range 164a is a pentagon. In this way, the light control region settable range can be a closed shape combining triangles, pentagons or more polygons, circles, ellipses, arcs and straight lines.

また、上記実施形態では、調光領域をライン状のパターンの像の長手方向と長手方向に対して直交する方向とが辺となる矩形の範囲とすることで、撮像装置9で画像を読み取る方向と調光領域設定可能範囲の辺を同じ方向とすることができる。これにより、始点と終点の2点の指定で、矩形の調光領域を特定することができる。これにより、調光領域のヒストグラム等の演算を簡単にすることができる。なお、調光領域の形状も矩形に限定されない。図9Bに示す範囲160は、調光領域設定可能範囲164aが5角形となる。このように、調光領域設定可能範囲は、3角形、5角形以上の多角形、円、楕円、円弧と直線とを組み合わせた閉じられた形状とすることができる。   In the above-described embodiment, the dimming area is a rectangular range in which the longitudinal direction of the image of the line pattern and the direction orthogonal to the longitudinal direction are sides, so that the image reading device 9 reads the image. And the sides of the light control area settable range can be in the same direction. Thereby, a rectangular dimming area can be specified by specifying two points, a start point and an end point. As a result, calculations such as a histogram of the light control area can be simplified. The shape of the light control area is not limited to a rectangle. In the range 160 shown in FIG. 9B, the light control area settable range 164a is a pentagon. In this way, the light control region settable range can be a closed shape combining triangles, pentagons or more polygons, circles, ellipses, arcs and straight lines.

また、本実施形態の制御部32は、プレスキャン処理を実行可能とすることで、被測定物Mと照明光束Lとが相対移動する際の、測定範囲及び調光領域の画像の変動をユーザが目視で確認することができる。これにより、測定範囲及び調光領域をより適切な範囲、領域に設定することができる。   In addition, the control unit 32 according to the present embodiment enables prescan processing to be performed, so that the variation in the image of the measurement range and the light control region when the object to be measured M and the illumination light beam L move relative to each other can be detected by the user. Can be visually confirmed. Thereby, a measurement range and a light control area | region can be set to a more suitable range and area | region.

また、形状測定装置1は、測定範囲を任意の領域に設定することができる。上記実施形態では、パターンの像が形成される領域を選択して複数の測定範囲にしたが、パターンの像が形成される範囲を全部含む広い範囲を1つの測定範囲としてもよい。この場合は、測定範囲に輝線を含む場合があるが、測定範囲に基づいて設定した調光領域設定可能範囲に基づいて調光領域を設定することで、一部の領域のみを調光領域とすることができる。これにより、調光条件を適切な条件とすることができる。   Moreover, the shape measuring apparatus 1 can set the measurement range to an arbitrary area. In the above-described embodiment, a region where a pattern image is formed is selected to have a plurality of measurement ranges. However, a wide range including the entire range where a pattern image is formed may be used as one measurement range. In this case, the measurement range may include a bright line, but by setting the dimming area based on the dimmable area setting range set based on the measurement range, only a part of the area is defined as the dimming area. can do. Thereby, dimming conditions can be made into appropriate conditions.

また、制御部32は、調光条件を、形状測定プログラムの作成時に設定したが、これに限定されない。制御部32は、測定時の画像の調光領域の光量に基づいて、調光条件を設定してもよい。これにより、測定時に取得した画像に適した調光条件とすることができる。   Moreover, although the control part 32 set the light control conditions at the time of preparation of a shape measurement program, it is not limited to this. The control unit 32 may set the dimming condition based on the amount of light in the dimming area of the image at the time of measurement. Thereby, it can be set as the light control conditions suitable for the image acquired at the time of a measurement.

また、調光領域設定可能範囲設定部35と調光領域設定部34調光制御部36はいずれも撮像装置9内に配置されていても良い。この場合には、制御部32は、測定範囲設定部32から測定範囲の各軸の最大座標値と最小座標値情報を撮像装置9に出力させる。そして、入力装置6から制御部32を介して入力された調光領域指定情報と調光領域設定可能範囲情報とを対比させて、撮像装置9内にある調光領域設定部39により調光領域を設定するようにしてもよい。また、撮像装置9内にある調光制御部36は、撮像装置9内にある画像処理部25から調光領域内の画素値に対して各画素列の最大画素値の分布情報を取得し、その情報に基づいて、撮像素子20の露出制御を行うようにしても良い。   In addition, both the dimming area setting range setting unit 35 and the dimming area setting unit 34 and the dimming control unit 36 may be arranged in the imaging device 9. In this case, the control unit 32 causes the imaging device 9 to output the maximum coordinate value and minimum coordinate value information of each axis of the measurement range from the measurement range setting unit 32. Then, the dimming area designation information and the dimming area settable range information input from the input device 6 via the control unit 32 are compared, and the dimming area setting unit 39 in the imaging device 9 compares the dimming area designation information with the dimming area setting unit 39. May be set. In addition, the dimming control unit 36 in the imaging device 9 acquires the distribution information of the maximum pixel value of each pixel column for the pixel values in the dimming region from the image processing unit 25 in the imaging device 9, Based on the information, exposure control of the image sensor 20 may be performed.

以下、図10Aから図10Cを用いてより詳細に説明する。形状測定装置1は、光学プローブ3と被測定物Maとを相対的に移動させつつ、照明光束Lを投影し、投影されたパターンの画像を取得する。従って、形状測定装置1は、図10Aから図10Cに示すように、画像に対して被測定物Ma及びパターンの形状の位置が徐々に変動する。具体的には、被測定物の外形180が画面ウインドウ102Aから画面ウインドウ102B、画面ウインドウ102Bから画面ウインドウ102Cに向かうに従って、画面側に移動する。また、画面ウインドウ102A、102B、102Cは、調光領域設定可能範囲190に含まれる範囲に調光領域192が設定されている。また、画面ウインドウ102A,102B,102Cは、調光領域設定可能範囲190と同じ範囲が測定領域に設定されている。形状測定装置1は、調光領域設定可能範囲190に基づいて調光領域192を設定できることで、いずれの画像においても外形180で輝点182が現れる部分を調光領域192から外すことができる。このように、調光領域を狭い範囲に設定できることで、測定時に調光条件を設定する場合も、取得した画像に適した調光条件とすることができる。   Hereinafter, it demonstrates in detail using FIG. 10A to FIG. 10C. The shape measuring apparatus 1 projects the illumination light beam L while relatively moving the optical probe 3 and the object to be measured Ma, and acquires an image of the projected pattern. Therefore, as shown in FIGS. 10A to 10C, the shape measuring apparatus 1 gradually changes the positions of the shape of the object to be measured Ma and the pattern with respect to the image. Specifically, the outer shape 180 of the object to be measured moves to the screen side from the screen window 102A toward the screen window 102B and from the screen window 102B to the screen window 102C. In the screen windows 102 </ b> A, 102 </ b> B, and 102 </ b> C, a dimming area 192 is set in a range included in the dimming area settable range 190. Further, the screen windows 102A, 102B, and 102C have the same range as the dimming area settable range 190 set as the measurement area. The shape measuring apparatus 1 can set the light control region 192 based on the light control region settable range 190, so that the portion where the bright spot 182 appears in the outer shape 180 in any image can be removed from the light control region 192. As described above, since the dimming area can be set to a narrow range, the dimming condition suitable for the acquired image can be obtained even when the dimming condition is set during measurement.

形状測定装置1の移動機構は、本実施形態のように、第1の方向、第1の方向に直交する第2の方向、及び、第1方向と第2の方向がなす平面と直交する第3の方向に光学プローブ3と被測定物M(Ma)とを相対移動可能であり、第1方向と第2の方向がなす平面に径方向が含まれることが好ましい。これにより、相対位置を任意の方向に移動させることができる。また、形状測定装置1は、形状測定装置1に限定されず、被測定物Mと被測定物Mに投影するパターンとの相対位置を移動さえる機構としては、種々の組み合わせを用いることができる。形状測定装置1は、光学プローブ3と被測定物MのどちらをX軸、Y軸、Z軸方向に移動可能としてもよいし、X軸、Y軸、Z軸方向の回りを回転させてもよい。また、形状測定装置1は、相対移動しない機構としてもよい。   As in this embodiment, the movement mechanism of the shape measuring apparatus 1 includes a first direction, a second direction orthogonal to the first direction, and a first direction orthogonal to the plane formed by the first direction and the second direction. It is preferable that the optical probe 3 and the object to be measured M (Ma) can be moved relative to each other in the direction 3, and the plane formed by the first direction and the second direction includes the radial direction. Thereby, the relative position can be moved in an arbitrary direction. In addition, the shape measuring apparatus 1 is not limited to the shape measuring apparatus 1, and various combinations can be used as a mechanism for moving the relative position between the measured object M and the pattern projected onto the measured object M. The shape measuring apparatus 1 may move either the optical probe 3 or the object M to be measured in the X-axis, Y-axis, or Z-axis direction, or may rotate around the X-axis, Y-axis, or Z-axis direction. Good. Further, the shape measuring apparatus 1 may be a mechanism that does not relatively move.

ところで、光学プローブ3の照明光学系13によりライン状のパターンが投影される例で説明したが、本発明はこれだけに限られない。例えば、被測定物Mに対してドット状のスポットパターンが投影される光学系と、このスポットパターンが被測定物Mの表面上で1方向に走査できるように、偏向走査ミラーを具備した照明光学系を用いても良い。この場合は、ライン状のパターンの長手方向が偏向走査ミラーの走査方向に対応する。これにより、ドット状のスポットパターン少なくとも線状の走査範囲内で走査しながら投影し、線状の走査範囲内がライン状のパターンとなる。   Incidentally, although an example in which a line pattern is projected by the illumination optical system 13 of the optical probe 3 has been described, the present invention is not limited to this. For example, an optical system on which a dot-like spot pattern is projected onto the object to be measured M, and illumination optics having a deflection scanning mirror so that the spot pattern can be scanned in one direction on the surface of the object to be measured M. A system may be used. In this case, the longitudinal direction of the line pattern corresponds to the scanning direction of the deflection scanning mirror. Thus, the dot-shaped spot pattern is projected while scanning at least within the linear scanning range, and the linear scanning range becomes a line-shaped pattern.

上記実施形態の形状測定装置1は、1台の装置で処理を行ったが複数組み合わせてもよい。図11は、形状測定装置を有するシステムの構成を示す模式図である。次に、図11を用いて、形状測定装置を有する形状測定システム300について説明する。形状測定システム300は、形状測定装置1と、複数台(図では2台)の形状測定装置1aと、プログラム作成装置302とを、有する。形状測定装置1、1a、プログラム作成装置302は、有線または無線の通信回線で接続されている。形状測定装置1aは、測定範囲設定部33、調光領域設定部34及び調光領域設定可能範囲設定部35を備えていない以外は、形状測定装置1と同様の構成である。プログラム作成装置302は、上述した形状測定装置1の制御装置4で作成する種々の設定やプログラムを作成する。具体的には、プログラム作成装置302は、測定範囲、調光領域設定可能範囲及び調光領域の情報や、測定範囲、調光領域設定可能範囲及び調光領域の情報を含む形状測定プログラム等を作成する。プログラム作成装置302は、作成したプログラムや、データを形状測定装置1、1aに出力する。形状測定装置1aは、領域及び範囲の情報や形状測定プログラムを形状測定装置1や、プログラム作成装置302から取得し、取得したデータ、プログラムを用いて、処理を行う。形状測定システム300は、測定プログラムを形状測定装置1や、プログラム作成装置302で作成したデータ、プログラムを用いて、形状測定装置1aで測定を実行することで、作成したデータ、プログラムを有効活用することができる。また、形状測定装置1aは、測定範囲設定部33、調光領域設定部34及び調光領域設定可能範囲設定部35、さらにその他の設定を行う各部を設けなくても測定を行うことができる。   Although the shape measuring apparatus 1 of the said embodiment processed with one apparatus, you may combine two or more. FIG. 11 is a schematic diagram showing a configuration of a system having a shape measuring apparatus. Next, a shape measuring system 300 having a shape measuring device will be described with reference to FIG. The shape measuring system 300 includes a shape measuring device 1, a plurality (two in the figure) of shape measuring devices 1 a, and a program creation device 302. The shape measuring devices 1 and 1a and the program creating device 302 are connected by a wired or wireless communication line. The shape measuring apparatus 1a has the same configuration as that of the shape measuring apparatus 1 except that the shape measuring apparatus 1a does not include the measurement range setting unit 33, the light control region setting unit 34, and the light control region settable range setting unit 35. The program creation device 302 creates various settings and programs created by the control device 4 of the shape measuring device 1 described above. Specifically, the program creation device 302 includes a shape measurement program including information on a measurement range, a dimming area settable range and a dimming area, a measurement range, a dimming area settable range, and information on a dimming area. create. The program creation device 302 outputs the created program and data to the shape measuring devices 1 and 1a. The shape measuring device 1a acquires area and range information and a shape measuring program from the shape measuring device 1 and the program creation device 302, and performs processing using the acquired data and program. The shape measurement system 300 effectively uses the created data and program by executing measurement with the shape measurement device 1a using the data and program created by the shape measurement device 1 and the program creation device 302 as a measurement program. be able to. In addition, the shape measuring apparatus 1a can perform measurement without providing the measurement range setting unit 33, the dimming area setting unit 34, the dimming area setting possible range setting unit 35, and other units for performing other settings.

次に、上述した形状測定装置を備えた構造物製造システムについて、図12を参照して説明する。図12は、構造物製造システムのブロック構成図である。本実施形態の構造物製造システム200は、上記の実施形態において説明したような形状測定装置201と、設計装置202と、成形装置203と、制御装置(検査装置)204と、リペア装置205とを備える。制御装置204は、座標記憶部210及び検査部211を備える。   Next, a structure manufacturing system including the above-described shape measuring apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a block diagram of the structure manufacturing system. The structure manufacturing system 200 of this embodiment includes a shape measuring device 201, a design device 202, a forming device 203, a control device (inspection device) 204, and a repair device 205 as described in the above embodiment. Prepare. The control device 204 includes a coordinate storage unit 210 and an inspection unit 211.

設計装置202は、構造物の形状に関する設計情報を作成し、作成した設計情報を成形装置203に送信する。また、設計装置202は、作成した設計情報を制御装置204の座標記憶部210に記憶させる。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報を含む。   The design device 202 creates design information related to the shape of the structure, and transmits the created design information to the molding device 203. In addition, the design apparatus 202 stores the created design information in the coordinate storage unit 210 of the control apparatus 204. The design information includes information indicating the coordinates of each position of the structure.

成形装置203は、設計装置202から入力された設計情報に基づいて、上記の構造物を作成する。成形装置203の成形は、例えば鋳造、鍛造、切削等が含まれる。形状測定装置201は、作成された構造物(測定対象物)の座標を測定し、測定した座標を示す情報(形状情報)を制御装置204へ送信する。   The molding apparatus 203 creates the above structure based on the design information input from the design apparatus 202. The molding of the molding apparatus 203 includes, for example, casting, forging, cutting, and the like. The shape measuring device 201 measures the coordinates of the created structure (measurement object) and transmits information (shape information) indicating the measured coordinates to the control device 204.

制御装置204の座標記憶部210は、設計情報を記憶する。制御装置204の検査部211は、座標記憶部210から設計情報を読み出す。検査部211は、形状測定装置201から受信した座標を示す情報(形状情報)と、座標記憶部210から読み出した設計情報とを比較する。検査部211は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部211は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。検査部211は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合に、構造物が修復可能であるか否か判定する。検査部211は、構造物が修復できる場合、比較結果に基づいて不良部位と修復量を算出し、リペア装置205に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。   The coordinate storage unit 210 of the control device 204 stores design information. The inspection unit 211 of the control device 204 reads design information from the coordinate storage unit 210. The inspection unit 211 compares information (shape information) indicating coordinates received from the shape measuring apparatus 201 with design information read from the coordinate storage unit 210. The inspection unit 211 determines whether or not the structure has been molded according to the design information based on the comparison result. In other words, the inspection unit 211 determines whether or not the created structure is a non-defective product. The inspection unit 211 determines whether or not the structure can be repaired when the structure is not molded according to the design information. When the structure can be repaired, the inspection unit 211 calculates a defective portion and a repair amount based on the comparison result, and transmits information indicating the defective portion and information indicating the repair amount to the repair device 205.

リペア装置205は、制御装置204から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。   The repair device 205 processes the defective portion of the structure based on the information indicating the defective portion received from the control device 204 and the information indicating the repair amount.

図13は、構造物製造システムによる処理の流れを示したフローチャートである。構造物製造システム200は、まず、設計装置202が構造物の形状に関する設計情報を作成する(ステップS101)。次に、成形装置203は、設計情報に基づいて上記構造物を作成する(ステップS102)。次に、形状測定装置201は、作成された上記構造物の形状を測定する(ステップS103)。次に、制御装置204の検査部211は、形状測定装置201で得られた形状情報と上記の設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作成されたか否か検査する(ステップS104)。   FIG. 13 is a flowchart showing the flow of processing by the structure manufacturing system. In the structure manufacturing system 200, first, the design apparatus 202 creates design information related to the shape of the structure (step S101). Next, the shaping | molding apparatus 203 produces the said structure based on design information (step S102). Next, the shape measuring apparatus 201 measures the shape of the created structure (step S103). Next, the inspection unit 211 of the control device 204 inspects whether or not the structure is created according to the design information by comparing the shape information obtained by the shape measurement device 201 with the design information (step). S104).

次に、制御装置204の検査部211は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する(ステップS105)。構造物製造システム200は、作成された構造物が良品であると検査部211が判定した場合(ステップS105でYes)、その処理を終了する。また、検査部211は、作成された構造物が良品でないと判定した場合(ステップS105でNo)、作成された構造物が修復できるか否か判定する(ステップS106)。   Next, the inspection unit 211 of the control device 204 determines whether or not the created structure is a good product (step S105). When the inspection unit 211 determines that the created structure is a non-defective product (Yes in step S105), the structure manufacturing system 200 ends the process. If the inspection unit 211 determines that the created structure is not a non-defective product (No in step S105), the inspection unit 211 determines whether the created structure can be repaired (step S106).

構造物製造システム200は、作成された構造物が修復できると検査部211が判定した場合(ステップS106でYes)、リペア装置205が構造物の再加工を実施し(ステップS107)、ステップS103の処理に戻る。構造物製造システム200は、作成された構造物が修復できないと検査部211が判定した場合(ステップS106でNo)、その処理を終了する。以上で、構造物製造システム200は、図13に示すフローチャートの処理を終了する。   In the structure manufacturing system 200, when the inspection unit 211 determines that the created structure can be repaired (Yes in Step S106), the repair device 205 performs reworking of the structure (Step S107), and the process of Step S103 is performed. Return to processing. When the inspection unit 211 determines that the created structure cannot be repaired (No in step S106), the structure manufacturing system 200 ends the process. Thus, the structure manufacturing system 200 ends the process of the flowchart shown in FIG.

本実施形態の構造物製造システム200は、上記の実施形態における形状測定装置201が構造物の座標を高精度に測定することができるので、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム200は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。   The structure manufacturing system 200 of the present embodiment can determine whether or not the created structure is a good product because the shape measuring apparatus 201 in the above embodiment can measure the coordinates of the structure with high accuracy. be able to. In addition, the structure manufacturing system 200 can repair the structure by reworking the structure when the structure is not a good product.

なお、本実施形態におけるリペア装置205が実行するリペア工程は、成形装置203が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置204の検査部211が修復できると判定した場合、成形装置203は、成形工程(鍛造、切削等)を再実行する。具体的には、例えば、成形装置203は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム200は、構造物を正確に作成することができる。   Note that the repair process executed by the repair device 205 in the present embodiment may be replaced with a process in which the molding device 203 re-executes the molding process. In that case, when it determines with the test | inspection part 211 of the control apparatus 204 being able to repair, the shaping | molding apparatus 203 re-executes a shaping | molding process (forging, cutting, etc.). Specifically, for example, the molding apparatus 203 cuts a portion that should be originally cut but not cut in the structure. Thereby, the structure manufacturing system 200 can create a structure correctly.

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。   As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態における形状測定装置1は、保持部材55が片持ちで光学プローブ3を保持する構成を例示したが、これに限定されるものではなく、両持ちで保持する構成としてもよい。両持ちで保持することにより、回転時に保持部材55に生じ変形を低減することができ、測定精度の向上を図ることが可能になる。   For example, the shape measuring apparatus 1 in the above embodiment has exemplified the configuration in which the holding member 55 is cantilevered to hold the optical probe 3, but is not limited thereto, and may be configured to be held by both ends. By holding both ends, the deformation generated in the holding member 55 during rotation can be reduced, and the measurement accuracy can be improved.

また、上述実施形態では光学プローブ3から照明光束Lとしてライン光を照射し、被測定物から反射するライン状のパターンを撮像しているが、光学プローブ3の形式はこれに限られない。光学プローブ3から発せられる照明光は、所定の面内に一括で照射する形式でも構わない。例えば、米国特許6075605号に記載さる方式でも構わない。光学プローブから発せられる照明光は、点状のスポット光を照射する形式でも構わない。   In the above-described embodiment, line light is irradiated as the illumination light beam L from the optical probe 3 and a line pattern reflected from the object to be measured is imaged. However, the type of the optical probe 3 is not limited to this. The illumination light emitted from the optical probe 3 may be in the form of being collectively irradiated onto a predetermined plane. For example, the method described in US Pat. No. 6,075,605 may be used. The illumination light emitted from the optical probe may be in the form of irradiating point spot light.

また、形状測定装置は、上記実施形態のように、円周方向に繰り返し形状を有しかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有する形状の被測定物の測定に好適に用いることができる。形状測定装置は、繰り返し形状の1つについて、測定範囲、調光領域設定可能範囲及び調光領域を設定することで、設定した条件を他の繰り返し形状の測定に用いることができる。なお、被測定物は、円周方向に繰り返し形状を有しかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有する形状に限定されず、種々の形状、例えば、繰り返し形状を備えない形状であってもよい。   In addition, the shape measuring apparatus is preferably used for measurement of an object to be measured having a concavo-convex shape having a repeated shape in the circumferential direction and extending in a direction different from the circumferential direction as in the above embodiment. be able to. The shape measuring apparatus can use the set conditions for measuring other repetitive shapes by setting a measurement range, a dimmable region settable range, and a dimming region for one of the repetitive shapes. The object to be measured is not limited to a shape having a repetitive shape in the circumferential direction and having an uneven shape extending in a direction different from the circumferential direction, and various shapes such as a shape not having a repetitive shape. It may be.

1 形状測定装置
2 プローブ移動装置
3 光学プローブ
4 制御装置
5 表示装置
6 入力装置
7 保持回転装置
8 光源装置
9 撮像装置
10 駆動部
11 位置検出部
12 光源
13 照明光学系
20 撮像素子
20a 受光面
21 結像光学系
21a 物体面
32 制御部
33 測定範囲設定部
34 調光領域設定部
35 調光領域設定可能範囲設定部
36 調光制御部
37 測定部
38 動作制御部
46 記憶部
46A 条件テーブル
46B 形状測定プログラム
50X、50Y、50Z 移動部
52 保持体
53 第1回転部
53a 回転軸線
54 第2回転部
55 保持部材
55A 第1保持部
55B 第2保持部
62、63、64、65、66、68 矢印
71 テーブル
72 回転駆動部
73a、73b 基準球
100 画面
102、102A、102B、102C 画像ウインドウ
104、106 ウインドウ
112 測定条件欄
114、128、130 ボタン
120 チェックボックス
122 調光領域選択点
124 測定範囲選択点
126 範囲欄
140、180 外形
142a、142b、142c パターン
144 輝線
150a、150b 測定範囲
152、190 調光領域設定可能範囲
154、192 調光領域
182 輝点
200 構造物製造システム
201 形状測定装置
202 設計装置
203 成形装置
204 制御装置
205 リペア装置
210 座標記憶部
211 検査部
300 形状測定システム
302 プログラム作成装置
AX 回転軸中心
B ベース
M 被測定物
L 照明光束
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Shape measuring apparatus 2 Probe moving apparatus 3 Optical probe 4 Control apparatus 5 Display apparatus 6 Input apparatus 7 Holding | maintenance rotation apparatus 8 Light source apparatus 9 Imaging apparatus 10 Drive part 11 Position detection part 12 Light source 13 Illumination optical system 20 Imaging element 20a Light-receiving surface 21 Imaging optical system 21a Object surface 32 Control unit 33 Measurement range setting unit 34 Dimming region setting unit 35 Dimming region settable range setting unit 36 Dimming control unit 37 Measuring unit 38 Operation control unit 46 Storage unit 46A Condition table 46B Shape Measurement program 50X, 50Y, 50Z Moving part 52 Holding body 53 First rotating part 53a Rotating axis 54 Second rotating part 55 Holding member 55A First holding part 55B Second holding part 62, 63, 64, 65, 66, 68 Arrows 71 Table 72 Rotation drive unit 73a, 73b Reference sphere 100 Screen 102, 102A, 102 , 102C Image window 104, 106 Window 112 Measurement condition column 114, 128, 130 Button 120 Check box 122 Dimming area selection point 124 Measurement range selection point 126 Range column 140, 180 Outline 142a, 142b, 142c Pattern 144 Bright line 150a, 150b Measurement range 152, 190 Light control area settable range 154, 192 Light control area 182 Bright spot 200 Structure manufacturing system 201 Shape measuring device 202 Design device 203 Molding device 204 Control device 205 Repair device 210 Coordinate storage unit 211 Inspection unit 300 Shape Measurement system 302 Program creation device AX Center of rotation axis B Base M Object to be measured L Illumination beam

Claims (16)

被測定物の測定領域へライン状のパターンを投影するか又はパターンを少なくとも一方向に走査しながら投影する照射部と、前記照射部による前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記被測定物に投影されたパターンの像を撮像し、画像データを出力する撮像部とを含むプローブと、
前記撮像部による撮像範囲内で、前記パターンの像の位置を検出する測定範囲を設定する測定範囲設定部と、
前記撮像部による撮像範囲内で、撮影された像の明るさを検出する調光領域を設定する調光領域設定部と、
前記調光領域で検出された撮影された像の明るさに応じて、前記照射部からの投光量、前記撮像部で受光する受光量、前記撮像部で前記画像データを取得するときの露光量または前記撮像部の入出力特性を制御する調光制御部と、
前記撮像部による撮像範囲内における前記測定範囲の位置情報に基づき、前記撮像部による撮像範囲内で、前記調光領域を設定可能にする調光領域設定可能範囲を設定する調光領域設定可能範囲設定部と、を有する形状測定装置。
An irradiation unit that projects a line pattern onto a measurement region of the object to be measured or projects the pattern while scanning the pattern in at least one direction, and a direction different from the projection direction of the pattern by the irradiation unit to the object to be measured. A probe including an imaging unit that captures an image of the projected pattern and outputs image data;
A measurement range setting unit for setting a measurement range for detecting the position of the image of the pattern within an imaging range by the imaging unit;
A dimming area setting unit for setting a dimming area for detecting the brightness of the captured image within the imaging range of the imaging unit;
Depending on the brightness of the captured image detected in the light control area, the amount of light emitted from the irradiating unit, the amount of received light received by the imaging unit, and the exposure amount when the image data is acquired by the imaging unit Or a dimming control unit that controls input / output characteristics of the imaging unit;
Based on position information of the measurement range within the imaging range by the imaging unit, a dimming region settable range for setting a dimming region settable range that allows the dimming region to be set within the imaging range by the imaging unit A shape measuring device having a setting unit.
前記調光領域設定可能範囲設定部は、前記測定範囲の境界の少なくとも一箇所に接するように前記調光領域設定可能範囲の境界を設定する請求項1に記載の形状測定装置。   The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the dimming area settable range setting unit sets the boundary of the dimming area settable range so as to be in contact with at least one place of the boundary of the measuring range. 前記測定範囲設定部は、複数の前記測定範囲を設定する請求項1または2に記載の形状測定装置。   The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the measurement range setting unit sets a plurality of the measurement ranges. 前記調光領域設定可能範囲設定部は、前記測定範囲の全てを含む範囲を前記調光領域設定可能範囲に設定する請求項3に記載の形状測定装置。   The shape measuring device according to claim 3, wherein the dimming area settable range setting unit sets a range including all of the measurement range as the dimming area settable range. 前記調光領域設定可能範囲設定部は、前記測定領域の境界に外接するように前記調光領域設定可能範囲の境界を設定する請求項4に記載の形状測定装置。   The shape measuring apparatus according to claim 4, wherein the light control region settable range setting unit sets a boundary of the light control region settable range so as to circumscribe the boundary of the measurement region. 前記調光領域設定可能範囲設定部は、前記ライン状のパターンの像の長手方向と前記長手方向に対して直交する方向とが辺となる矩形の範囲を前記調光領域設定可能範囲に設定する請求項5に記載の形状測定装置。   The dimming area settable range setting unit sets a rectangular area whose sides are a longitudinal direction of the image of the line pattern and a direction orthogonal to the longitudinal direction as the dimming area settable range. The shape measuring apparatus according to claim 5. 前記調光領域設定部は、前記調光領域が設定されていない場合または前記調光領域設定可能範囲よりも広い範囲を前記調光領域とする設定の場合、前記調光領域設定可能範囲と同じ範囲を前記調光領域に設定する請求項4に記載の形状測定装置。   The dimming area setting unit is the same as the dimming area setting possible range when the dimming area is not set or when the dimming area is set to a range wider than the dimming area setting possible range. The shape measuring apparatus according to claim 4, wherein a range is set in the dimming region. 前記画像データを表示させる表示部をさらに有し、
前記表示部は、前記調光設定可能範囲を前記画像データに重ねて表示させる請求項1から7のいずれか一項に記載の形状測定装置。
A display unit for displaying the image data;
The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the display unit displays the dimmable setting possible range so as to overlap the image data.
前記表示部は、前記測定範囲及び前記調光領域の少なくとも一方を前記画像データに重ねて表示させる請求項8に記載の形状測定装置。   The shape measuring apparatus according to claim 8, wherein the display unit displays at least one of the measurement range and the light control region so as to overlap the image data. 前記画像データの前記測定範囲内に位置する前記パターンの像の位置に基づいて、前記被測定物の形状を測定する測定部をさらに有する請求項1から9のいずれか一項に記載の形状測定装置。   The shape measurement according to any one of claims 1 to 9, further comprising a measurement unit that measures the shape of the object to be measured based on a position of an image of the pattern located within the measurement range of the image data. apparatus. 構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形する成形装置と、
前記成形装置によって成形された前記構造物の形状を測定する請求項1から10のいずれか一項に記載の形状測定装置と、
前記形状測定装置によって測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較する制御装置と、を備える構造物製造システム。
A molding apparatus for molding the structure based on design information relating to the shape of the structure;
The shape measuring device according to any one of claims 1 to 10, which measures the shape of the structure formed by the forming device,
A structure manufacturing system comprising: a control device that compares shape information indicating the shape of the structure measured by the shape measuring device with the design information.
被測定物の測定領域へライン状のパターンを投影するか又はパターンを少なくとも一方向に走査しながら投影し、前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記被測定物に投影されたパターンの像を撮像して画像データを取得し、前記画像データの前記測定領域の前記パターンの像の位置に基づいて、前記被測定物の形状を測定する形状測定方法であって、
前記パターンの像を撮像する撮像範囲内で、前記パターンの像の位置を検出する測定範囲を設定することと、
前記パターンの像を撮像する撮像範囲内における前記測定範囲の位置情報に基づき、前記画像データを形成する範囲内で、調光領域設定可能範囲を設定することと、
前記調光領域設定可能範囲に基づき、撮影された像の明るさを検出する調光領域を設定することと、
前記調光領域で検出された撮影された像の明るさに応じて、前記測定領域を投影する光の投光量、前記画像データを取得する際の受光する受光量、前記撮像部で前記画像データを取得するときの露光量または前記画像データを取得する際の入出力特性を制御することと、を有する形状測定方法。
A line pattern is projected onto the measurement area of the object to be measured, or the pattern is projected while being scanned in at least one direction, and an image of the pattern projected onto the object to be measured from a direction different from the pattern projection direction is obtained. A shape measurement method for obtaining image data by imaging and measuring the shape of the object to be measured based on the position of the image of the pattern in the measurement region of the image data,
Setting a measurement range for detecting a position of the pattern image within an imaging range for capturing the pattern image;
Setting a dimmable area settable range within a range for forming the image data based on position information of the measurement range within an imaging range for capturing an image of the pattern;
Setting a dimming area for detecting the brightness of a captured image based on the dimming area settable range;
In accordance with the brightness of the photographed image detected in the light control area, the amount of light projected onto the measurement area, the amount of light received when acquiring the image data, and the image data in the imaging unit Controlling the exposure amount when acquiring image data or the input / output characteristics when acquiring the image data.
前記調光領域は、前記調光領域設定可能範囲に含まれる請求項12に記載の形状測定方法。   The shape measurement method according to claim 12, wherein the dimming area is included in the dimming area settable range. 構造物の形状に関する設計情報に基づいて前記構造物を成形することと、
前記成形された前記構造物の形状を請求項12または13の形状測定方法によって測定することと、
前記測定された前記構造物の形状を示す形状情報と前記設計情報とを比較することと、
を含む構造物製造方法。
Molding the structure based on design information regarding the shape of the structure;
Measuring the shape of the molded structure by the shape measuring method of claim 12 or 13,
Comparing shape information indicating the shape of the measured structure with the design information;
A structure manufacturing method comprising:
被測定物の測定領域へライン状のパターンを投影するか又はパターンを少なくとも一方向に走査しながら投影し、前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記被測定物に投影されたパターンの像を撮像して画像データを取得し、前記画像データの前記測定領域の前記パターンの像の位置に基づいて、前記被測定物の形状を測定する形状測定プログラムであって、
コンピュータに、
前記パターンの像を撮像する撮像範囲内で、前記パターンの像の位置を検出する測定範囲を設定することと、
前記パターンの像を撮像する撮像範囲内における前記測定範囲の位置情報に基づき、前記パターンの像を撮像する撮像範囲内で、調光領域設定可能範囲を設定することと、
前記調光領域設定可能範囲に基づき、撮影された像の明るさを検出する調光領域を設定することと、
前記調光領域で検出された撮影された像の明るさに応じて、前記測定領域を投影する光の投光量、前記画像データを取得する際の受光する受光量、前記撮像部で前記画像データを取得するときの露光量または前記画像データを取得する際の入出力特性を制御することと、を実行させる形状測定プログラム。
A line pattern is projected onto the measurement area of the object to be measured, or the pattern is projected while being scanned in at least one direction, and an image of the pattern projected onto the object to be measured from a direction different from the pattern projection direction is obtained. A shape measurement program for obtaining image data by imaging and measuring the shape of the object to be measured based on the position of the image of the pattern in the measurement area of the image data,
On the computer,
Setting a measurement range for detecting a position of the pattern image within an imaging range for capturing the pattern image;
Setting a dimming area settable range within the imaging range for capturing the image of the pattern based on positional information of the measurement range within the imaging range for capturing the image of the pattern;
Setting a dimming area for detecting the brightness of a captured image based on the dimming area settable range;
In accordance with the brightness of the photographed image detected in the light control area, the amount of light projected onto the measurement area, the amount of light received when acquiring the image data, and the image data in the imaging unit A shape measurement program for controlling an exposure amount when acquiring image data or controlling input / output characteristics when acquiring the image data.
請求項15に記載の形状測定プログラムを記録し、コンピュータが読み取り可能な記録媒体。   A recording medium that records the shape measurement program according to claim 15 and is readable by a computer.
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