JP2017058261A - 物体の幾何学的特徴を測定するシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】物体の幾何学的特徴を測定する。【解決手段】システムは、発光ユニットと前ミラーと後ミラーと撮像ユニットとプロセッサとを含む。発光ユニットは、コリメート済みの光ビームを放出するように構成される。前ミラーは、コリメート済みの光ビームの一部を反射して、構造化光の前集束化リングを生成し、構造化光の前集束化リングを物体に投影し、それにより、光の前反射リングを得るように構成され、また、コリメート済みの光ビームの一部が通過することを可能にするように構成される。後ミラーは、前ミラーの光伝送経路の下流に配置される。後ミラーは、前ミラーを通過するコリメート済みの光ビームの少なくとも一部を反射して、構造化光の後集束化リングを生成し、構造化光の後集束化リングを物体に投影し、それにより、光の後反射リングを得るように構成される。【選択図】図１

Description

本開示の実施形態は、一般に、測定するシステム及び方法に関し、より詳細には、物体の幾何学的特徴を測定するシステム及び方法に関する。

キャビティの内側表面、平坦な又は湾曲した開口表面、２つのエッジ間のギャップ、２つの交差表面間の半径、又は２つの表面間の段差等の物体の幾何学的特徴の測定は、常に難題であった。物体の幾何学的特性を測定する１つの従来の測定システムは、アクシコン等のミラーに光ビームを放出する光源を含む。ミラーは、物体の表面に対する光の集束化リングになるよう光ビームを反射して、光の反射リングを得る。測定システムは、光の反射リングに従って物体の幾何学的特徴を得る。しかし、光の１つの集束化リングを用いて幾何学的特徴を測定することには限界がある。例えば、物体の断面の１つのプロファイルだけが得られる可能性がある。更に、集束化リングの平面が物体の表面に直交しない角度にあるとき、幾何学的特徴は正しく抽出されない。

先に述べた問題のうちの少なくとも１つの問題に対処する解決策を提供することが望ましい。

本明細書で開示される一実施形態によれば、測定システムが提供される。システムは、発光ユニットと前ミラーと後ミラーと撮像ユニットとプロセッサとを含む。発光ユニットは、コリメート済みの光ビームを放出するように構成される。前ミラーは、コリメート済みの光ビームの一部を反射して、構造化光の前集束化リングを生成し、構造化光の前集束化リングを物体に投影し、それにより、光の前反射リングを得るように構成され、また、コリメート済みの光ビームの一部が通過することを可能にするように構成される。後ミラーは、前ミラーの光伝送経路の下流に配置される。後ミラーは、前ミラーを通過するコリメート済みの光ビームの少なくとも一部を反射して、構造化光の後集束化リングを生成し、構造化光の後集束化リングを物体に投影し、それにより、光の後反射リングを得るように構成される。撮像ユニットは、前反射リング及び後反射リングの統合画像を記録するように構成される。プロセッサは、撮像ユニットに結合され、撮像ユニットからの統合画像に従って物体の少なくとも１つの幾何学的特徴を得るように構成される。

本明細書で開示される別の実施形態によれば、システムが提供される。システムは、発光ユニットと光構造化デバイスと撮像ユニットとプロセッサとを含む。発光ユニットは、コリメート済みの光ビームを放出するように構成される。光構造化デバイスは、構造化光を生成するように構成される。光構造化デバイスは、前円錐反射表面及び後円錐反射表面を含む。前円錐反射表面は、構造化光の前集束化リングになるよう、コリメート済みの光ビームの一部を反射して、光の前反射リングを得、コリメート済みの光ビームの一部が通過することを可能にするように構成される。後円錐反射表面は、構造化光の後集束化リングになるよう、前円錐反射表面を通過するコリメート済みの光ビームの少なくとも一部を反射して、光の後反射リングを得るように構成される。撮像ユニットは、前反射リング及び後反射リングの統合画像を記録するように構成される。プロセッサは、撮像ユニットに結合され、撮像ユニットからの統合画像に従って物体の少なくとも１つの幾何学的特徴を得るように構成される。

本明細書で開示される別の実施形態によれば、方法が提供される。方法は、コリメート済みの光ビームを放出することを含む。方法は、光の前反射リングを得るため、構造化光の前集束化リングを生成し構造化光の前集束化リングを物体に投影するようコリメート済みの光ビームの一部を反射させること、及び、コリメート済みの光ビームの一部を通過させることを更に含む。方法は、光の後反射リングを得るため、構造化光の後集束化リングを生成し構造化光の後集束化リングを物体に投影するよう、通過させられたコリメート済みの光ビームの少なくとも一部を反射させることを更に含む。方法は、光の前反射リング及び光の後反射リングの統合画像を記録することを更に含む。方法は、統合画像に従って物体の少なくとも１つの幾何学的特徴を得ることを含む。

本発明の上記及び他の特徴及び態様は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読めば、より良く理解されるであろう。図面全体を通して同様の符号が同様の部品を表す。

一実施形態による測定システムの略図である。 一実施形態による統合画像及び個々の画像の略図である。 別の実施形態による測定システムの略図である。 別の実施形態による測定システムの略図である。 別の実施形態による測定システムの光構造化デバイスの略図である。 別の実施形態による光構造化デバイスの略図である。 別の実施形態による光構造化デバイスの略図である。 別の実施形態による光構造化デバイスの略図である。 別の実施形態による光構造化デバイスの略図である。 一実施形態による物体の幾何学的特徴を測定するための方法のフローチャートである。 別の実施形態による方法のフローチャートである。 一実施形態による測定システムによって測定される物体の斜視図である。 別の実施形態による測定システムによって測定される別の物体の斜視図である。

別途規定されない限り、本明細書で使用される技術的用語及び科学的用語は本開示が属する技術分野の専門家によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用される用語「第１の（ｆｉｒｓｔ）」、「第２の（ｓｅｃｏｎｄ）」、及び同様なものは、任意の順序、量、又は重要性を示すのではなく、むしろ、１つの要素を他の要素から区別するために使用される。同様に、用語「ある（ａ）」、「１つの（ｏｎｅ）」、及び「ある（ａｎ）」は、量の制限を示すのではなく、むしろ、参照されるアイテムのうちの少なくとも１つのアイテムの存在を示す。本明細書における「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、又は「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」及びその変形の使用は、それ以降で挙げられるアイテム及びその等価物並びに更なるアイテムを包含することを意味される。用語「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」及び「結合された（ｃｏｕｐｌｅｄ）」は、物理的又は機械的接続又は結合を述べるためにしばしば使用されるが、それらは、そのように制限されることを意図されず、直接的であれ間接的であれ、光学的又は電気的接続又は結合を含む可能性がある。

図１は、一実施形態による測定システム１００の略図を示す。測定システム１００は、物体１１の少なくとも１つの幾何学的特徴を測定するために使用することができる。例えば、キャビティの３次元プロファイル、円柱キャビティの径、湾曲開口表面の推移径、段差の段差フィーチャ、及びギャップの２つのエッジ間の距離を測定することができる。表面上のクラック及びバンプもまた測定システム１００によって検出することができる。測定システム１００は、発光ユニット１５、光構造化デバイス１６、撮像ユニット２１、及びプロセッサ２３を含む。発光ユニット１５は、コリメート済みの光ビーム２５を放出するように構成される。一実施形態において、発光ユニット１５は、レーザダイオード、発光ダイオード、又は何らかの他の点光源等の光源２７、及び、コリメート用レンズ２９を含む。コリメート用レンズ２９は、光源２７からの光をコリメートして、コリメート済みの光ビーム２５を生成するように構成される。別の実施形態において、発光ユニット１５は、光源２７からの光をコリメートするように配列される複数のコリメート用レンズを含む。更に別の実施形態において、発光ユニット１５は、１つ又は２つの他の光学コンポーネントを含む。例えば、平面ミラーが使用されて、測定システム１００の測定軸３１から離れて配置される光源２７からの光の伝送方向を変更する。示す実施形態において、光源２７及びコリメート用レンズ２９は測定軸３１上に配列される。図が、光ビーム及び反射を単一ライン矢印で示すが、光は単一ビームではなく、複数ビームであることが理解されるべきである。この例において、物体１１はパイプであり、光の前反射リング３７及び光の後反射リング４３はパイプのセクションの内部のためのものである。

光構造化デバイス１６は、構造化光３２を生成するように構成され、また、前ミラー１７及び後ミラー１９を含む。前ミラー１７は、コリメート済みの光ビーム２５の一部を反射して、構造化光３２の前集束化リング３３を生成し、構造化光３２の前集束化リング３３を物体１１の反射表面３５に投影し、それにより、光の前反射リング３７を得るように構成され、また、コリメート済みの光ビーム２５の一部が前ミラーを通過することを可能にするように構成される。ここで、用語、通過するは、前ミラーの光通過チャネルの内部を、又は、前ミラーの周りを通過する光を指す。前ミラー１７は、前円錐反射表面５０を含み、前円錐反射表面５０は、構造化光３２の前集束化リング３３になるようコリメート済みの光ビーム２５の一部を反射するように構成される。一例において、前ミラー１７は、コリメート済みの光ビーム２５の一部が前ミラー１７を通過することを可能にする。

示す実施形態において、前ミラー１７は、コリメート済みの光ビーム２５が前ミラー１７を通過することを可能にする光通過チャネル３９を前ミラー１７内に含む。光チャネル３９は、前ミラー１７の頂点から前円錐反射表面５０の内部を通って延在する。光通過チャネル３９の径は、コリメート済みの光ビーム２５の一部が内部を通過するようにさせるため、コリメート済みの光ビーム２５の径より小さい。一実施形態において、光通過チャネル３９は、測定軸３１に沿って延在する前ミラー１７内のスルーホールである。別の実施形態において、光通過チャネル３９は、コリメート済みの光ビーム２５が内部を通過するようにさせるため、ガラス等の光通過材料から作られる。一例において、前ミラー１７は、平坦頂点を有する。すなわち、光通過チャネル３９は、コリメート済みの光ビーム２５が測定軸３１に沿って伝送するようにさせるため、平坦端を有する円柱状である。

示す実施形態において、前ミラー１７の前円錐反射表面５０は、コリメート済みの光ビーム２５の外周部を反射し、コリメート済みの光ビーム２５の内周部を、前円錐反射表面５０の内部を通して通過させ、後ミラー１９まで到達させる。図示するように、この例において、前ミラー１７は測定軸３１上に配列される。示す実施形態においいて、前ミラー１７は、４５°円錐ミラー等の円錐ミラーを含み、光通過チャネル３９は、前ミラー１７の頂点から前ミラー１７の中心軸に沿って延在する。前ミラー１７の中心軸は測定軸３１に整列する。前集束化リング３３は、測定軸３１にほぼ垂直である。前集束化リング３３は、内部反射表面３５から反射されて、光の前反射リング３７を生成する。

後ミラー１９は、前ミラー１７の光伝送経路の下流に配置される。後ミラー１９は、前ミラーの光通過チャネル３９を通過するコリメート済みの光ビーム２５の少なくとも一部を反射して、構造化光３２の後集束化リング４１を生成し、構造化光３２の後集束化リング４１を物体１１の反射表面３５に投影し、それにより、光の後反射リング４３を得るように構成される。後ミラー１９は、後円錐反射表面５２を含み、後円錐反射表面５２は、後集束化リング４１になるように光通過チャネル３９を通過するコリメート済みの光ビーム２５の部分の少なくとも一部を反射するように構成される。

示す実施形態において、構造化光３２は、前集束化リング３３及び後集束化リング４１によって形成される。円錐ミラー又はプリズム等の後ミラー１９は、測定軸３１上に配列される。示す実施形態において、後ミラー１９は、４５°円錐ミラーである。一実施形態において、後ミラー１９は前ミラー１７と同軸であり、後円錐反射表面５２は前円錐反射表面５０と同軸である。構造化光３２の前集束化リング３３の前平面３３１は構造化光３２の後集束化リング４１の後平面４１１に平行である。前集束化リング３３及び後集束化リング４１の平面は、測定軸３１にほぼ垂直である。後集束化リング４１は、反射表面３５によって反射されて、後反射リング４３を生成する。

カメラ等の撮像ユニット２１は、前反射リング３７及び後反射リング４３の統合画像を記録するように構成される。撮像ユニット２１は、レンズ又はレンズセット４５及びエリアアレイ検出器４６を含む。光の前反射リング３７及び光の後反射リング４３は、レンズ４５によって調整される。画像は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等のエリアアレイ検出器４６において記録される。一実施形態において、発光ユニット１５及び撮像ユニット２１は、前ミラー１７及び後ミラー１９の対向する側に配置される。

プロセッサ２３は、撮像ユニット２１に結合され、撮像ユニット２１からの画像に従って物体１１の幾何学的特徴を得るように構成される。プロセッサ２３は、一実施形態において、コンピュータ、又は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、マイクロプロセッサ、及び同様なもの等の他のコンピューティングデバイスであり、プロセッサはマルチコアプロセッサでもよい。プロセッサ２３は、前反射リング３７及び後反射リング４３上の対応するポイントを接続して、物体１１の幾何学的特徴を得る。例えば、プロセッサ２３は、前反射リング３７から前断面の２次元（２Ｄ）プロファイルを、また、後反射リング４３から後断面の２Ｄプロファイルを生成し、前断面のプロファイル及び後断面のプロファイルの対応するポイントを直線的に接続することによってキャビティの３Ｄプロファイルを出力する。この例が例証に過ぎずまた非制限的であることが留意されるべきである。

一実施形態において、測定システム１００は、コリメート済みの光ビーム２５が後ミラー１９に達するのを停止させることによって、光の後反射リング４３を生成することを停止するように働くシャッタ４７を更に含む。光通過チャネル３９の内部を通るコリメート済みの光ビーム２５は、シャッタ４７が開口するとシャッタ４７の内部を通過し、シャッタ４７が閉鎖すると停止される。示す実施形態において、シャッタ４７は、前ミラー１７と後ミラー１９との間で光伝送経路内に配置される。シャッタ４７が使用されて、コリメート済みの光ビーム２５が後ミラー１９に達するのを停止させるため、光の前反射リング３７だけが、光の後反射リング４３無しで生成され撮像される。別の実施形態において、シャッタ４７は、後ミラー１９の周りに配置されて、光の後集束化リング４１が物体１１に達するのを停止させる。更に別の実施形態において、シャッタ４７は、光の後反射リング４３が撮像ユニット２１に達するのを停止させるために配置することができる。

一例において、撮像ユニット２１は、光の前反射リング３７の個々の画像を記録するように構成され、プロセッサ２３は、光の前反射リング３７の個々の画像を使用することによって、統合画像内で前反射リング３７から後反射リング４３を分離するように構成される。シャッタ４７は、例えば、機械式シャッタ、液晶シャッタ、又は、光通過条件と光停止条件との間で切換えることが可能な任意の他のデバイスを含むことができる。

図２は、一実施形態による統合画像２００及び個々の画像２０２の略図を示す。統合画像２００は、光の前反射リング３７の画像及び光の後反射リング４３の画像を示す。前反射リング３７の画像は物体１１の反射表面３５の前断面のプロファイルを示し、後反射リング４３の画像は反射表面３５の後断面のプロファイルを示す。示す実施形態において、前反射リング３７の画像及び後反射リング４３の画像は共に環状である。すなわち、反射表面３５の前断面及び後断面は共に、パイプの内部等により円形である。この例が例証に過ぎずまた非制限的であることが留意されるべきである。前反射リング３７の画像及び後反射リング４３の画像は、特定のアプリケーションにおいて反射表面３５のプロファイルに応じて変更される。

個々の画像２０２は、光の前反射リング３７の画像を示すだけである。後反射リング４３及び前反射リング３７を、統合画像２００及び個々の画像２０２に従って分離することができる。したがって、統合画像２００内の後反射リング４３上のポイント及び前反射リング３７上のポイントは、後反射リング４３上のポイント及び前反射リング３７上のポイントが統合画像２００内で互いに接近しているか又はオーバラップしていても区別することができる。図１を参照すると、光の前反射リング３７の画像は、光の前集束化リング３３とレンズ４５との間の距離Ｌ１を、レンズ４５とエリアアレイ検出器４６との間の距離Ｌ３で割った結果である増幅係数で乗算されることによって増幅されて、光の前集束化リング３３の画像を得ることができる。同様に、光の後反射リング４３の画像は、光の後集束化リング４１とレンズ４５との間の距離Ｌ２を距離Ｌ３で割った結果である別の増幅係数で乗算されることによって増幅されて、光の後集束化リング４１の画像を得ることができる。この実施形態において、前集束化リング３３の画像及び後集束化リング４１の画像は、互いにオーバラップする円である。

図３は、別の実施形態による測定システム３００の略図を示す。図３の測定システム３００は、図１の測定システム１００と同様である。図１の測定システム１００と比較すると、図３において、測定システム３００の発光ユニット１５及び撮像ユニット２１は、測定システムの構造がコンパクトになるよう、前ミラー１７及び後ミラー１９と同じ側に配置される。発光ユニット１５は、コリメート済みの光ビーム２５を、光源２７からコリメート用レンズ２９の内部を通り前ミラー１７上に放出し、前ミラー１７は、一部の光を物体１１の表面３５に反射し、一部の光は、シャッタ４７に向かって前ミラー１７を通過し、後ミラー１９上に達する。処理の残りは同じである。

図４は、別の実施形態による測定システム４００の略図を示す。図４の測定システム４００は、図１の測定システム１００と同様である。図１の測定システム１００と比較すると、光構造化デバイス１６は、前ミラー１７と後ミラー１９との間の光伝送経路内に配置された少なくとも１つの中央ミラー１８を更に含む。少なくとも１つの中央ミラー１８は、コリメート済みの光ビーム２５の一部を反射して、構造化光３２の少なくとも１つの中央集束化リング３４を生成し、少なくとも１つの中央集束化リング３４を物体１１に投影し、それにより、光の少なくとも１つの中央反射リング３８を得るように構成され、また、コリメート済みの光ビーム２５の一部を通過させ、後ミラー１９まで到達させるように構成される。中央ミラー１８は、中央円錐反射表面５１を含み、中央円錐反射表面５１は、構造化光３２の一部から中央集束化リング３４になるようコリメート済みの光ビーム２５の一部を反射し、コリメート済みの光ビーム２５の一部を通過させるように構成される。例証だけのために、１つの中央ミラー１８が示される。光構造化デバイス１６は、任意の数の中央ミラー１８を含むことができる。リング３３、３４、４１の間の間隔が小さく、より高い分解能を可能にするような、撮像がより高い精度を必要とする或るアプリケーションにおいて、更なるミラー（複数可）１８が使用されてもよい。代替的に、更なるミラー（複数可）１８は、物体１１の表面３５についてより広いエリアが取込まれることを可能にし、それにより、物体１１の処理速度を上げることができる。

示す実施形態において、中央ミラー１８は、前ミラー１７内の光通過チャネル３９と同様である光通過チャネル４０を含む。光通過チャネル４０の径は、前ミラー１７の光通過チャネル３９の径より小さい。一実施形態において、光構造化デバイス１６は、２つ以上の中央ミラー１８を含む。下流の中央ミラー１８の光通過チャネルの径は、上流の中央ミラー１８の光通過チャネルの径より小さい。したがって、コリメート済みの光ビーム２５は、中央ミラー１８によって反射され、中央ミラー１８の内部を通過する。

中央反射リング３４はまた、撮像ユニット２１によって撮像され、前反射リング３７及び後反射リング４３と共に物体１１の幾何学的特徴を得るために処理されて、測定の精度を改善する。一実施形態において、光構造化デバイス１６は、中央シャッタ４８を更に含む。シャッタ４７、４８は、２つのミラー間に別々に配置される。シャッタ４８の数を、ミラーの数に従って設定することができる。したがって、統合画像内の反射リング３７、３８、４３を分離することができる。

図５は、更に別の実施形態による光構造化デバイス１６の略図を示す。前ミラー１７の第１の下部表面１７１の径Ｄ１は、コリメート済みの光ビーム２５の径より小さく、後ミラー１９の第２の下部表面１９１の径Ｄ２は、前ミラー１７の第１の下部表面の径より大きい。前ミラー１７は、コリメート済みの光ビーム２５より径が小さく、後ミラー１９は、前ミラー１７より径が大きい。したがって、前円錐反射表面５０は、光の前集束化リング３３になるようにコリメート済みの光ビーム２５の内側円２５１を反射し、コリメート済みの光ビーム２５の外側円２５３は、前ミラー１７を通過して後ミラー１９に達する。後ミラー１９の後円錐反射表面５２は、光の後集束化リング４１になるようにコリメート済みの光ビーム２５の外側円２５３を反射する。

一実施形態において、前ミラー１７及び後ミラー１９は、１つのピースとして一体的に作られる。前円錐反射表面５０及び後円錐反射表面５２は、両者の間に段差５４を持つように配列される。前円錐反射表面５０及び後円錐反射表面５２は、両方の円錐反射表面５０、５２がコリメート済みの光ビーム２５を受取ることを保証するため、互いから離れて配列される。別の実施形態において、前ミラー１７及び後ミラー１９は、別個のピースとして作られる。例えば、前ミラー１７は、コリメート済みの光ビーム２５より小さい円錐ミラーであり、後ミラー１９は、前ミラー１７より大きい円錐ミラーである。図１、３、及び４の前ミラー１７及び後ミラー１９は、別個のピースとして形成することができる。示す実施形態において、シャッタ４７は、後ミラー１９の周りに配置され、後集束化リング４１が物体に達することを防止するためのリングシャッタである場合がある。

図６は、別の実施形態による光構造化デバイス１６の略図を示す。図６の光構造化デバイス１６は、図５の光構造化デバイス１６と同様である。図５の光構造化デバイス１６と比較すると、光構造化デバイス１６は、中央円錐反射表面５１を有する中央ミラー１８を含む。中央円錐反射表面５１は、光の中央集束化リング３４になるようにコリメート済みの光ビーム２５の一部を反射し、コリメート済みの光ビーム２５の一部は、中央ミラー１８を通過して、後ミラー１９に達する。別の実施形態において、２つ以上の中央ミラー１８が使用されて、光の中央集束化リング３４を形成する。円錐反射表面５０、５１、及び５２は、一例において、互いから離れて配列される。

図７は、別の実施形態による光構造化デバイス１６の略図を示す。図７の光構造化デバイス１６は、図５の光構造化デバイス１６と同様である。図５の光構造化デバイス１６と比較すると、前ミラー１７及び後ミラー１９は、１つのピースで内側円錐形状として一体的に作られる。前ミラー１７及び後ミラー１９は、ガラスで作ることができる平坦表面６０１を有する光通過ブロック６０のピースの内部に形成される。前円錐反射表面５０及び後円錐反射表面５２は、光通過ブロック６０の内側表面に形成され、コリメート済みの光ビーム２５を反射するため反射材料で作られる。一実施形態において、図６の光構造化デバイス１６のミラー１７〜１９は、図７の光構造化デバイス１６と同様である内側円錐プリズムとして形成することができる。

図８は、別の実施形態による光構造化デバイス１６の略図を示す。後ミラー１９は、光通過ブロック６０の内部の内側円錐形状として形成される。前ミラー１７は、光通過ブロック６０の前表面上に形成される。前ミラー１７の頂点は、コリメート済みの光ビーム２５の一部が通過して後ミラー１９に達するようにさせるため、平坦透明表面６２を有する。反射表面５０は、光通過ブロック６０の表面上に形成されるか又は表面に付加される。

図９は、別の実施形態による光構造化デバイス１６の略図を示す。図９の光構造化デバイス１６は、図８の光構造化デバイス１６と同様である。図８の光構造化デバイス１６と比較すると、図９の光構造化デバイス１６は、光通過ブロック６０の内部に形成される中央ミラー１８を更に含む。中央ミラー１８は、コリメート済みの光ビーム２５の一部を反射させ、コリメート済みの光ビーム２５の一部が通過して後ミラー１９に達するのを可能にするため、後ミラー１９より小さい。中央ミラー１８及び後ミラー１９は、図５及び７内のミラーと同様の配置構成を有する。別の実施形態において、２つ以上の中央ミラー１８を、光通過ブロック６０の内部に形成することができる。

図１０は、一実施形態による物体の幾何学的特徴を測定するための方法６００のフローチャートを示す。コリメート済みの光ビームは、発光ユニット等から放出される、６０１。コリメート済みの光ビームの一部分又は一部は、前ミラーによって反射されて、６０３、構造化光の前集束化リングを生成し、構造化光の前集束化リングを物体に投影し、それにより、光の前反射リングを得、コリメート済みの光ビームの一部は前ミラー１７を通過する。コリメート済みの光ビームは、前集束化リングになるように反射される。物体の表面は、光の前反射リングになるように前集束化リングを反射する。

第１のミラーを通過するコリメート済みの光ビームの少なくとも一部は、後集束化リングになるように反射される、６０５。物体の表面は、光の後反射リングになるように後集束化リングを反射する。一例において、構造化光の前集束化リングの前平面は、構造化光の後集束化リングの後平面に平行である。

光の前反射リング及び光の後反射リングの統合画像が記録される、６０７。統合画像は、物体の表面のセクションの前断面及び後断面のプロファイルを示す。物体の少なくとも１つの幾何学的特徴は、統合画像に従って得られる、６０９。前反射リング及び後反射リング上の対応するポイントが接続され処理されて、物体の幾何学的特徴を得る。

一実施形態において、前反射リングの個々の画像が記録され、統合画像内の前反射リングから後反射リングが、個々の画像を使用して分離される、６０８。一例において、前反射リングだけが、物体の同じセクションについて撮像されて、前反射リング上のポイントを得る。したがって、統合画像内で前反射リング上のポイント及び後反射リング上のポイントを区別することができる。一例において、後反射リングだけが、物体の同じセクションについて撮像されて、後反射リング上のポイントを得る。したがって、統合画像内の前反射リング上のポイント及び後反射リング上のポイントを区別することができる。

一例において、測定デバイス又は物体は、物体の更なるセクションが撮像されるように移動される。例として、測定デバイスは、パイプ又はキャビティに挿入されるボアスコープ内に収容されて、物体の幾何学的特徴を得ることができる。撮像が使用されて、クラック、ワーピング、表面突出、及び同様なものを探すことができる。

図１１は、別の実施形態による物体の幾何学的特徴を測定するための方法７００のフローチャートを示す。図１１の方法７００は、図１０の方法６００と同様である。図１０の方法６００と比較すると、図１１の方法７００は、ブロック６０４を更に含む。ブロック６０４にて、コリメート済みの光ビームが更に反射されて、前集束化リングと後集束化リングとの間で構造化光の少なくとも１つの中央集束化リングを生成し、構造化光の少なくとも１つの中央集束化リングを物体に投影し、それにより、光の少なくとも１つの中央反射リングを得る。光の中央反射リングもまた撮像される。物体の幾何学的特徴が、前反射リング、中央反射リング、及び後反射リングの画像に従って得られて、測定の精度を改善する。

光の前反射リング、光の後反射リング、及び光の１つ又は複数の中央反射リングを区別するため、一例によれば、光の後反射リング及び光の中央反射リングが、別々に記録され、統合画像と比較されて、バンドを分離する。一例において、前反射リング及び中央反射リング（複数可）は、物体の同じセクションについて個々に撮像されて、前反射リング上のポイント及び中央反射リング（複数可）上のポイントをそれぞれ得る。したがって、統合画像内の前反射リング上のポイント、中央反射リング（複数可）上のポイント、及び後反射リング上のポイントを区別することができる。一例において、後反射リング及び中央反射リング（複数可）は、物体の同じセクションについて個々に撮像されて、後反射リング上のポイント及び中央反射リング（複数可）上のポイントをそれぞれ得る。したがって、統合画像内の前反射リング上のポイント、中央反射リング（複数可）上のポイント、及び後反射リング上のポイントを区別することができる。

図１２は、一実施形態による測定システム１００、３００、又は４００によって測定される円錐状キャビティ物体８００の斜視図を示す。測定システム１００、３００、又は４００は、円錐状キャビティの内側面から反射される、光の前反射リング３７及び光の後反射リング４３を得る。円錐状キャビティの３Ｄプロファイルは、物体８００の幾何学的特徴が得られるように、前反射リング３７及び後反射リング４３上の対応するポイントを接続することによって得られる。この実施形態において、前反射リング３７及び後反射リング４３は、円錐状キャビティの中心軸８０１に垂直でない。

図１３は、別の実施形態による測定システム１００、３００、又は４００によって測定される開口した湾曲表面物体９００の斜視図を示す。測定システム１００、３００、又は４００は、開口した湾曲表面の表面から反射される、光の前反射リング３７及び光の後反射リング４３を得る。前反射リング３７及び後反射リング４３はそれぞれ、開口した湾曲表面上で湾曲ラインを示し、開口した湾曲表面の３Ｄプロファイルは、前反射リング３７及び後反射リング４３上の対応するポイントを接続することによって得られる。

図１２及び１３は、測定システム１００、３００、又は４００によって測定される物体の２つの実施形態を示すが、これらに限定されない。前反射リング３７と後反射リング４３との間の物体の形状は、一例において、連続的で直線的な変化を有する。

本発明の或る特徴だけが本明細書で示され述べられたが、多くの修正及び変更を、当業者が思い付くであろう。したがって、添付特許請求の範囲が、本発明の真の精神内に入る全てのこうした修正及び変更をカバーすることを意図されることが理解される。

１１ 物体
１５ 発光ユニット
１６ 光構造化デバイス
１７ 前ミラー
１８ 中央ミラー
１９ 後ミラー
２１ 撮像ユニット
２３ プロセッサ
２５ コリメート済みの光ビーム
２７ 光源
２９ コリメート用レンズ
３１ 測定軸
３２ 構造化光
３３ 前集束化リング
３４ 中央集束化リング
３５ 反射表面
３７ 前反射リング
３８ 中央反射リング
３９、４０ 光通過チャネル
４１ 後集束化リング
４３ 後反射リング
４５ レンズ
４６ エリアアレイ検出器
４７ シャッタ
４８ 中央シャッタ
５０ 前円錐反射表面
５１ 中央円錐反射表面
５２ 後円錐反射表面
５３、２５３ 外側円
５４ 段差
６０ 光通過ブロック
６２ 平坦透明表面
１００、３００、４００ 測定システム
１７１ 第１の下部表面
１９１ 第２の下部表面
２００ 統合画像
２０２ 個々の画像
２５１ 内側円
２５３ 外周円
３３１ 前平面
４１１ 後平面
６０１ 平坦表面
６０４ ブロック
８００ 円錐状キャビティ物体
８０１ 中心軸
Ｄ１ 前ミラーの第１の下部表面の径
Ｄ２ 後ミラーの第２の下部表面の径

Claims (20)

1. システムであって、
   コリメート済みの光ビームを放出するように構成される発光ユニット（１５）と、
   前記コリメート済みの光ビームの一部を反射して、構造化光の前集束化リングを物体に投影し、それにより、前記物体から光の前反射リングを得るように構成される前ミラー（１７）であって、前記コリメート済みの光ビームの一部は前記前ミラー（１７）を通過する、前ミラー（１７）と、
   前記前ミラー（１７）の光伝送経路の下流に配置された後ミラー（１９）であって、前記前ミラー（１７）を通過する前記コリメート済みの光ビームの少なくとも一部を反射して、前記構造化光の後集束化リングを前記物体に投影し、それにより、前記物体から光の後反射リングを得るように構成される、後ミラー（１９）と、
   光の前記前反射リング及び光の前記後反射リングの統合画像を記録するように構成される撮像ユニット（２１）と、
   前記撮像ユニット（２１）に結合され、前記撮像ユニット（２１）からの前記統合画像に従って前記物体の少なくとも１つの幾何学的特徴を得るように構成されるプロセッサ（２３）とを備える、システム。
2. 前記前ミラー（１７）は、前記コリメート済みの光ビームが通過することを可能にする光通過チャネルを前記前ミラー（１７）内に備える、請求項１記載のシステム。
3. 前記前ミラー（１７）の第１の下部表面の径は前記コリメート済みの光ビームの径より小さく、前記後ミラー（１９）の第２の下部表面の径は前記前ミラー（１７）の前記第１の下部表面の径より大きい、請求項１記載のシステム。
4. 前記前ミラー（１７）は前円錐反射表面（５０）を備え、前記後ミラー（１９）は後円錐反射表面（５２）を備え、前記前円錐反射表面（５０）及び前記後円錐反射表面（５２）は、前記前円錐反射表面（５０）と前記後円錐反射表面（５２）との間に空間を持つように配列される、請求項１記載のシステム。
5. 前記後ミラー（１９）は前記前ミラー（１７）と同軸である、請求項１記載のシステム。
6. 前記前ミラー（１７）と前記後ミラー（１９）との間の光伝送経路内に配置された少なくとも１つの中央ミラーを更に備え、前記少なくとも１つの中央ミラーは、前記コリメート済みの光ビームの一部を反射して、前記構造化光の少なくとも１つの中央集束化リングを前記物体に投影し、それにより、光の少なくとも１つの中央反射リングを得るように構成され、また、前記コリメート済みの光ビームの一部を通過させ前記後ミラー（１９）まで到達させるように構成される、請求項１記載のシステム。
7. 光の前記後反射リングを生成することを停止するように働くシャッタを更に備え、前記撮像ユニット（２１）は、前記前反射リングの個々の画像を記録するように構成され、前記プロセッサ（２３）は、前記個々の画像を使用して前記統合画像内で前記前反射リングから前記後反射リングを分離するように構成される、請求項１記載のシステム。
8. 前記プロセッサ（２３）は、前記前反射リング及び前記後反射リング上の対応するポイントを接続して、３次元プロファイルを得るように構成される、請求項１記載のシステム。
9. システムであって、
   コリメート済みの光ビームを放出するように構成される発光ユニットと、
   構造化光を生成するように構成される光構造化デバイス（１６）とを備え、前記光構造化デバイス（１６）は、
   前記構造化光の前集束化リングになるよう前記コリメート済みの光ビームの一部を反射して、光の前反射リングを得るように構成される前円錐反射表面（５０）であって、前記コリメート済みの光ビームの一部は前記前円錐反射表面（５０）を通過する、前円錐反射表面（５０）、及び、
   前記構造化光の後集束化リングになるよう、前記前円錐反射表面（５０）を通過する前記コリメート済みの光ビームの少なくとも一部を反射して、光の後反射リングを得るように構成される後円錐反射表面（５２）を備え、
   前記前反射リング及び前記後反射リングの統合画像を記録するように構成される撮像ユニット（２１）と、
   前記撮像ユニット（２１）に結合され、前記撮像ユニット（２１）からの前記統合画像に従って物体の少なくとも１つの幾何学的特徴を得るように構成されるプロセッサ（２３）とを備える、システム。
10. 前記光構造化デバイス（１６）は、前記コリメート済みの光ビームが内部を通過することを可能にするため、前記前円錐反射表面（５０）の内部を通る光通過チャネルを備える、請求項９記載のシステム。
11. 前記前円錐反射表面（５０）によって境界付けられた第１の下部表面の径は前記コリメート済みの光ビームの径より小さく、前記後円錐反射表面（５２）によって境界付けられた第２の下部表面の径は前記第１の下部表面の径より大きい、請求項９記載のシステム。
12. 前記前円錐反射表面（５０）及び前記後円錐反射表面（５２）は前記前円錐反射表面（５０）と前記後円錐反射表面（５２）との間に段差を持つように配列される、請求項９記載のシステム。
13. 前記後円錐反射表面（５２）は前記前円錐反射表面（５０）と同軸である、請求項９記載のシステム。
14. 前記光構造化デバイス（１６）は、前記前円錐反射表面（５０）と前記後円錐反射表面（５２）との間の光伝送経路内に配置された少なくとも１つの中央円錐反射表面を更に備え、前記少なくとも１つの中央円錐反射表面は、前記構造化光の少なくとも１つの中央集束化リングになるよう前記コリメート済みの光ビームの一部を反射して、光の少なくとも１つの中央反射リングを得るように構成され、また、前記コリメート済みの光ビームの一部を通過させ、前記後円錐反射表面（５２）まで到達させるように構成される、請求項９記載のシステム。
15. 光の前記後反射リングを生成することを停止するように働くシャッタを更に備え、前記撮像ユニット（２１）は、前記前反射リングの個々の画像を記録するように構成され、前記プロセッサ（２３）は、前記個々の画像を使用して前記統合画像内で前記前反射リングから前記後反射リングを分離するように構成される、請求項９記載のシステム。
16. 前記プロセッサ（２３）は、前記前反射リング及び前記後反射リング上の対応するポイントを接続して、３次元プロファイルを得るように構成される、請求項９記載のシステム。
17. 方法であって、
    コリメート済みの光ビームを放出すること、
    光の前反射リングを得るため、構造化光の前集束化リングを生成し前記構造化光の前記前集束化リングを物体に投影するよう前記コリメート済みの光ビームの一部を反射させ、前記コリメート済みの光ビームの一部を通過させること、
    光の後反射リングを得るため、前記構造化光の後集束化リングを生成し前記構造化光の前記後集束化リングを前記物体に投影するよう前記通過させられたコリメート済みの光ビームの少なくとも一部を反射させること、
    光の前記前反射リング及び光の前記後反射リングの統合画像を記録すること、及び、
    前記統合画像に従って前記物体の少なくとも１つの幾何学的特徴を得ることを含む、方法。
18. 前記構造化光の前記前集束化リングの前平面は、前記構造化光の前記後集束化リングの後平面に平行である、請求項１７記載の方法。
19. 光の少なくとも１つの中央反射リングを得るため、前記前集束化リングと前記後集束化リングとの間で前記構造化光の少なくとも１つの中央集束化リングを生成し前記構造化光の前記少なくとも１つの中央集束化リングを前記物体に投影するよう前記コリメート済みの光ビームを反射させることを更に含む、請求項１７記載の方法。
20. 前記前反射リングの個々の画像を記録すること、及び、前記個々の画像を使用して前記統合画像内で前記前反射リングから前記後反射リングを分離することを更に含む、請求項１７記載の方法。