JP2017227610A - 三次元測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 三次元形状データの品質を必要に応じて向上させることができる三次元測定装置を提供する。【解決手段】 ステージ、投光手段、撮像手段、回転駆動手段、測定モード記憶手段及び測定指示受付手段と、モード指定情報及び測定開始の指示に基づいて回転駆動手段を制御し、撮影画像に基づいて測定対象物の三次元形状データを求める測定制御手段とにより構成される。測定制御手段は、品質向上モードが指定された場合に、測定開始の指示受付時におけるステージの回転位置に対応する注目アングルを含むアングル範囲内で2以上の撮像アングルを指定し、回転駆動手段を制御してこれらの撮像アングルにステージを順次に切り替え、各撮像アングルで撮像された撮影画像から複数の三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを合成することにより、より高品質の合成形状データを生成する。【選択図】 図8
Description
本発明は、三次元測定装置に係り、さらに詳しくは、測定対象物の立体形状を光学的に測定する三次元測定装置の改良に関する。
三次元測定装置は、測定対象物の立体形状を光学的に測定する測定器であり、三角測距の原理等を利用して三次元形状データが取得される。例えば、ステージ上に載置された測定対象物に対し、縞状のパターン光を投影し、この状態でステージ上の測定対象物がカメラにより撮影される。測定対象物の高さ情報は、撮影画像を解析し、パターンのずれやゆがみ具合から求められる。
上述した三次元測定装置では、撮影画像に基づいて三次元形状データを取得することから、測定対象物の側面や背面のような死角になっている領域の形状データを取得することができない。また、測定対象物の表面の法線方向とカメラの受光軸とのなす角度が大きくなるほど測定精度が低下する。この様な問題を解決する測定方法として、連結測定法が知られている。連結測定法では、撮像アングルが異なる複数の撮影画像のそれぞれから三次元形状データを求め、これらの三次元形状データを合成することによって、より死角の少ない三次元形状データが求められる。
撮像アングルは、カメラと測定対象物との相対的な位置関係に対応し、例えば、ステージを回転させることによって切り替えられ、ステージの回転位置としてユーザにより個別に指定される。
測定対象物の一部領域を測定箇所として寸法や形状を計測するのであれば、カメラが測定箇所に略正対するように撮像アングルを調整して撮影画像を取得することが考えられる。この場合、所望の測定箇所が被写体として撮像される撮像アングルにおいて測定開始を指示すればよいため、連結測定に比べ、複数の撮像アングルを予め指定しておく必要がなく、また、形状測定に要する時間を短縮することができる。
ところが、上述した様な従来の三次元測定装置では、カメラで捉えた撮影画像から三次元形状データが求められることから、測定点の数がカメラの画素数以下に制限されてしまうという問題があった。同じ撮像視野に対し、測定点の数を増やすには、画素数の多いカメラを用いることが考えられる。しかしながら、カメラの画素数を増やすことにより、感度やS/N比が低下するという問題があった。また、カメラの画素数を増やすと、撮影画像の処理速度が低下するという問題もあった。
また、カメラが測定対象物の一部領域に略正対する撮像アングルでは、カメラで捉えられない領域について、三次元形状データが取得できないという問題があった。例えば、平板上に直方体状の突出部が形成された部品の形状を測定する場合、カメラの受光軸が平板と略垂直に交差するような撮像アングルで撮影画像を取得すれば、平板や突出部の上面の形状を高い精度で測定することができる。ところが、この様な撮像アングルでは、突出部の側面をカメラで捉えることはできない。このため、突出部の側面について三次元形状データが取得できず、突出部の対向する2つの側面の間の距離等が取得できなかった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、三次元形状データの品質を必要に応じて向上させることができる三次元測定装置を提供することを目的とする。特に、品質向上モードを選択すれば、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、より高品質の三次元形状データを取得することができる三次元測定装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、カメラの画素数を増やすことなく、測定点の数密度を増大させた三次元形状データを取得することができる三次元測定装置を提供することを目的とする。また、本発明は、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、死角の少ない三次元形状データを取得することができる三次元測定装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様による三次元測定装置は、測定対象物が載置されるステージと、上記ステージ上の上記測定対象物に検出光を照射する投光手段と、上記ステージに対して受光軸が傾斜するように配置され、上記測定対象物により反射された上記検出光を受光して撮影画像を生成する撮像手段と、鉛直方向の回転軸を中心として上記ステージを回転させることにより、撮像アングルを切り替える回転駆動手段と、ワンショット測定モード及び連結測定モードを含む通常測定モードと品質向上モードとのいずれかを指定するモード指定情報を保持する測定モード記憶手段と、測定開始の指示を受け付ける測定指示受付手段と、上記モード指定情報及び上記測定開始の指示に基づいて、上記回転駆動手段を制御し、上記撮影画像に基づいて上記測定対象物の三次元形状データを求める測定制御手段とを備える。上記測定制御手段は、上記ワンショット測定モードが指定された場合に、上記測定開始の指示受付時における上記ステージの回転位置に対応する撮像アングルで撮像された上記撮影画像から上記三次元形状データを求め、上記連結測定モードが指定された場合に、上記回転駆動手段を制御して上記測定開始の指示受付前に指定された複数の上記撮像アングルに上記ステージを順次に切り替え、各撮像アングルで撮像された上記撮影画像から複数の上記三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて連結することによって、より死角の少ない連結形状データを生成し、上記品質向上モードが指定された場合に、上記測定開始の指示受付時における上記ステージの回転位置に対応する注目アングルを含むアングル範囲内で2以上の上記撮像アングルを指定し、上記回転駆動手段を制御してこれらの撮像アングルに上記ステージを順次に切り替え、各撮像アングルで撮像された上記撮影画像から複数の上記三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて合成することにより、より高品質の合成形状データを生成する。
この様な構成によれば、品質向上モード時に、より高品質の合成形状データが生成されるため、品質向上モードを指定すれば、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、より高品質の三次元形状データを取得することができる。
本発明の第2の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記品質向上モードにおける上記アングル範囲が、上記注目アングルを中心とする180°以下の幅を有するように構成される。この様な構成によれば、注目アングルにおいて重要領域が撮像手段に略正対する測定対象物であっても、側面の三次元形状データを取得することができる。
本発明の第3の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記品質向上モードにおける上記2以上の撮像アングルには、上記注目アングルと、上記注目アングルを挟む2つの撮像アングルとが含まれるように構成される。この様な構成によれば、品質向上モード時に、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、注目アングルと注目アングルを挟む2つの撮像アングルとで撮像された撮影画像を取得して三次元形状データを求めることができる。
本発明の第4の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記測定制御手段が、上記品質向上モード時に、上記撮像手段の撮像視野内における上記測定対象物の位置及び姿勢が互いに略一致するように上記2以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させた上記合成形状データを生成するように構成される。
この様な構成によれば、撮像視野内における測定対象物の位置及び姿勢が互いに略一致するように複数の撮像アングルを指定して合成形状データが生成されるため、カメラの画像数を増やすことなく、測定点の数密度を増大させた三次元形状データを取得することができる。
本発明の第5の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記測定制御手段が、上記品質向上モード時に、上記注目アングルにおいて重要領域が上記撮像手段に略正対する上記測定対象物であっても側面が撮影されるように上記2以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも死角の少ない上記合成形状データを生成するように構成される。
この様な構成によれば、注目アングルにおいて重要領域が撮像手段に略正対する測定対象物であっても側面が撮像されるように複数の撮像アングルを指定して合成形状データが生成されるため、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、死角の少ない三次元形状データを取得することができる。
本発明の第6の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記注目アングルに対するオーバーハング角の指定を受け付ける測定設定情報指定手段を更に備え、上記測定制御手段が、上記品質向上モード時に、上記注目アングルを中心とする上記オーバーハング角以下の角度範囲を上記アングル範囲として、上記2以上の撮像アングルを指定するように構成される。この様な構成によれば、ユーザは、注目アングルを含むアングル範囲内で複数の撮像アングルを自動指定するためのオーバーハング角を任意に指定することができる。
本発明の第7の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記測定制御手段が、上記品質向上モード時に、上記注目アングルを含む第1の角度範囲内で2以上の広視野化アングルを指定するとともに、これらの広視野化アングルごとに、上記広視野化アングルを含み、上記第1の角度範囲よりも狭い第2の角度範囲内で上記2以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させ、かつ、死角の少ない上記合成形状データを生成するように構成される。この様な構成によれば、カメラの画像数を増やすことなく測定点の数密度を増大させ、かつ、広視野化アングルごとの三次元形状データよりも死角の少ない三次元形状データを取得することができる。
本発明の第8の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記測定制御手段が、連結測定のために連結角度範囲内で予め指定された複数の連結アングルについて、これらの連結アングルごとに、上記連結アングルを含み、上記連結角度範囲よりも狭い高密度化角度範囲内で上記2以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させ、かつ、死角の少ない上記合成形状データを生成するように構成される。この様な構成によれば、カメラの画像数を増やすことなく測定点の数密度を増大させ、かつ、連結アングルごとの三次元形状データよりも死角の少ない三次元形状データを取得することができる。
本発明の第9の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記三次元形状データに基づいて、上記測定対象物の立体形状を画面表示する表示手段を更に備え、上記表示手段が、上記品質向上モード時に生成された上記合成形状データに基づいて、上記注目アングルを視点として上記立体形状を画面表示するように構成される。この様な構成によれば、品質向上モードを指定して合成形状データを取得した後、注目アングルを視点として測定対象物の立体形状が画面表示されるため、ユーザは、測定開始を指示した際の撮像アングルで立体形状を確認することができる。
本発明によれば、三次元形状データの品質を必要に応じて向上させることができる。特に、品質向上モードを指定すれば、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、より高品質の三次元形状データを取得することができる。また、カメラの画素数を増やすことなく、測定点の数密度を増大させた三次元形状データを取得することができる。また、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、死角の少ない三次元形状データを取得することができる。
まず、本発明による三次元測定装置の概略構成について、図1〜図6を用いて以下に説明する。
<三次元測定装置1>
図1は、本発明の実施の形態による三次元測定装置1の一構成例を示したシステム図である。この三次元測定装置1は、測定対象物Wの立体形状を光学的に測定する測定器であり、測定部2、コントローラ4及び情報処理端末5により構成される。
図1は、本発明の実施の形態による三次元測定装置1の一構成例を示したシステム図である。この三次元測定装置1は、測定対象物Wの立体形状を光学的に測定する測定器であり、測定部2、コントローラ4及び情報処理端末5により構成される。
<測定部2>
測定部2は、ステージ21上の測定対象物Wに可視光からなる検出光を照射し、測定対象物Wにより反射された検出光を受光して撮影画像を生成するヘッドユニットであり、ステージ21、回転駆動部22、撮像部23、投光部24、テクスチャ照明出射部25及び制御基板26により構成される。この測定部2は、ステージ21、撮像部23、投光部24及びテクスチャ照明出射部25が一体型の筐体に搭載される。
測定部2は、ステージ21上の測定対象物Wに可視光からなる検出光を照射し、測定対象物Wにより反射された検出光を受光して撮影画像を生成するヘッドユニットであり、ステージ21、回転駆動部22、撮像部23、投光部24、テクスチャ照明出射部25及び制御基板26により構成される。この測定部2は、ステージ21、撮像部23、投光部24及びテクスチャ照明出射部25が一体型の筐体に搭載される。
ステージ21は、測定対象物Wを載置するための水平かつ平坦な載置面を有する作業台である。このステージ21は、円板状のステージプレート211と、ステージプレート211を支持するステージベース212とにより構成される。
ステージプレート211は、中央付近で折り曲げて固定することができ、測定対象物Wを撮像部23に正対させるための傾斜台として機能させることができる。回転駆動部22は、ステージ21上の測定対象物Wに対する撮像アングルを調整するために、鉛直方向の回転軸を中心としてステージ21を回転させる。
撮像部23は、ステージ21上の測定対象物Wを撮影する固定倍率のカメラであり、受光レンズ231及び撮像素子232により構成される。撮像素子232は、受光レンズ231を介して測定対象物Wからの検出光を受光し、撮影画像を生成する。撮像素子232には、例えば、CCD(Charge Coupled Devices:電荷結合素子)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補型金属酸化物半導体)などのイメージセンサが用いられる。この撮像素子232は、例えば、モノクロイメージセンサである。
投光部24は、ステージ21上の測定対象物Wに検出光を照射する照明装置であり、投光用光源241、コレクタレンズ242、パターン生成ユニット243及び投光レンズ244により構成される。投光用光源241には、例えば、単色の検出光を生成するLED(発光ダイオード)又はハロゲンランプが用いられる。色収差補正等が容易であることから、白色光源を用いる場合に比べ、単色の投光用光源241を用いる方が有利である。また、波長は短い方が三次元形状データの解像度を上げるのに有利であることから、青色の光源、例えば、青色LEDを投光用光源241として用いることが好ましい。ただし、撮像素子232が良好なS/Nで受光することができる波長が選択される。
なお、単色の投光用光源241を使用する場合、撮像素子232がカラーイメージセンサであれば、RGの受光素子が利用できないため、Bの受光素子のみの利用となり、利用できる画素数が減ることになる。従って、画素サイズや画素数をそろえた場合、撮像素子232には、モノクロイメージセンサを用いる方が有利である。
投光用光源241から出射された検出光は、コレクタレンズ242を介してパターン生成ユニット243に入射する。そして、パターン生成ユニット243から出射された検出光は、投光レンズ244を介してステージ21上の測定対象物Wに照射される。
パターン生成ユニット243は、構造化照明用のパターン光を生成するための装置であり、均一な検出光と、二次元パターンからなる検出光とを切り替えることができる。パターン生成ユニット243には、例えば、DMD(Digital Micromirror Device)又は液晶パネルが用いられる。DMDは、多数の微小なミラーが2次元状に整列配置され、各ミラーの傾きを制御することにより、画素ごとに明状態と暗状態とを切り替えることができる表示素子である。
三角測距の原理を利用して測定対象物Wの立体形状を測定するための構造化照明法には、正弦波位相シフト法、マルチスリット法、空間コード法等がある。正弦波位相シフト法は、測定対象物Wに正弦波状の縞パターンを投影し、正弦波の周期よりも短いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における位相値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
マルチスリット法は、測定対象物Wに細線状の縞パターンを投影し、縞と縞との間隔よりも狭いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における最大輝度の撮影タイミングを求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
空間コード法は、測定対象物Wに対し、白黒のデューティ比が50%であり、パターン幅が異なる複数の縞パターンを順次に投影し、撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素におけるコード値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
パターン生成ユニット243では、上述した縞パターンを二次元パターンとして生成することができる。この三次元測定装置1では、マルチスリット法と空間コード法とを組み合わせることにより、高分解能かつ高精度に三次元形状データが取得される。
また、この三次元測定装置1では、撮像部23を挟んで2つの投光部24が左右対称に配置されている。各投光部24の投光軸J2及びJ3は、三角測距の原理を利用するために、撮像部23の受光軸J1に対して傾斜している。この投光部24では、投光用光源241、コレクタレンズ242及びパターン生成ユニット243の光軸に対し、投光レンズ244を受光軸J1側にオフセットさせることにより、投光軸J2及びJ3を傾斜させている。この様な構成を採用することにより、投光部24全体を傾斜させる場合に比べ、測定部2を小型化することができる。
テクスチャ照明出射部25は、測定対象物Wの色や模様を表面テクスチャ情報として検知するための可視光からなる均一な照明光をステージ21上の測定対象物Wに向けて出射する。このテクスチャ照明出射部25は、投光軸が撮像部23の受光軸J1と略平行であり、撮像部23の受光レンズ231を取り囲むように配置される。このため、投光部24からの照明と比べて測定対象物W上での影ができにくく、撮影時の死角が少なくなる。
制御基板26は、回転駆動部22を制御する制御回路、投光部24の投光用光源241及びパターン生成ユニット243を駆動する駆動回路、撮像部23の撮像素子232からの検出信号を処理する処理回路等が設けられた回路基板である。
コントローラ4は、測定部2用の制御装置であり、テクスチャ照明用の照明光を生成するテクスチャ光源41と、テクスチャ光源41用の駆動回路等が設けられた制御基板42と、測定部2内の各デバイスに電力を供給する電源43とにより構成される。テクスチャ光源41は、撮影画像からカラーのテクスチャ画像が得られるようにするために、例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色の照明光を順次に点灯する。撮像素子232がモノクロイメージセンサであることから、テクスチャ光源41に白色光源を用いてテクスチャ情報を取得する場合、カラー情報を取得することができない。このため、テクスチャ光源41ではRGBを切り替えて照明している。
なお、モノクロのテクスチャ画像で十分な場合は、テクスチャ光源41に白色光源、例えば、白色LEDを用い、或いは、RGBの単色光を同時に照射する光源を用いても良い。また、測定精度の低下をある程度許容する場合には、撮像素子232にカラーイメージセンサを用いても良い。照明光は、ライトガイド3を介して測定部2のテクスチャ照明出射部25に伝送される。制御基板42及び電源43は、測定部2の制御基板26に接続されている。
情報処理端末5は、測定部2を制御し、撮影画像の画面表示、寸法測定のための設定情報の登録、三次元形状データの生成、測定対象部Wの寸法算出等を行う端末装置であり、表示部51、キーボード52及びマウス53が接続されている。表示部51は、撮影画像や設定情報を画面に表示するモニタ装置である。キーボード52及びマウス53は、ユーザが操作入力を行う入力装置である。この情報処理端末は、例えば、パーソナルコンピュータであり、測定部2の制御基板26に接続されている。
図2は、図1の測定部2の一構成例を模式的に示した説明図である。この測定部2は、撮影倍率が互いに異なる2つの撮像部23a及び23bを備え、ステージ21と撮像部23a及び23bとの相対的な位置関係が変化しないようにベース筐体27に取り付けられている。このため、ステージ21の回転角が互いに異なる複数の撮影画像の連結合成が容易である。
撮像部23aは、低倍率の撮像部23である。撮像部23bは、撮像部23aよりも高倍率の撮像部23である。撮像部23a及び23bは、測定対象物全体の三次元形状データが得られるようにするために、いずれもステージ21に対して受光軸J11及びJ12が傾斜するように配置されている。
例えば、ステージ21に対する受光軸J11及びJ12の傾斜角は、45°程度である。また、撮像部23bは、焦点位置FPがステージ21の回転軸J4上において撮像部23aの焦点位置FPよりも下側となるように、撮像部23aの下方に配置され、受光軸J12は、受光軸J11と略平行である。
この様な構成を採用することにより、撮像部23aの測定可能領域R1と撮像部23bの測定可能領域R2とをステージ21上に適切に形成することができる。測定可能領域R1及びR2は、いずれもステージ21の回転軸J4を中心とする円柱状の領域であり、測定可能領域R2は、測定可能領域R1内に形成される。
図3のステップS101〜S113は、三次元測定装置1における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、三次元測定装置1は、ステージ21上に載置された測定対象物Wを撮像部23により撮影して撮影画像を表示部51に表示し、投光照明の明るさ調整を行う(ステップS101)。この明るさ調整は、投光部24から均一な検出光を照射し、或いは、パターン光を照射して行われる。
次に、三次元測定装置1は、テクスチャ照明に切り替えて撮影画像を取得し、表示部51に表示してテクスチャ照明の明るさ調整を行う(ステップS102)。この明るさ調整は、テクスチャ照明出射部25からR(赤)、G(緑)、B(青)の各色の照明光を順次に照射し、或いは、同時に照射して行われる。ステップS101とステップS102とは、順序を入れ替えても良い。
三次元測定装置1は、照明条件が確定されるまで、ステップS101及びS102の処理手順を繰り返し、照明条件の確定後、ユーザにより測定開始が指示されれば(ステップS103)、投光部24からパターン光を投影し(ステップS104)、パターン画像を取得する(ステップS105)。このパターン画像は、ステージ21上の測定対象物Wが撮影された撮影画像である。パターン光の投影及び撮影画像の取得は、パターン生成ユニット243と撮像部23とを同期させて行われる。
次に、三次元測定装置1は、テクスチャ照明に切り替えてテクスチャ画像を取得する(ステップS106,S107)。このテクスチャ画像は、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色の照明光を順次に照射させて取得された複数の撮影画像を合成することによって得られる。連結測定時には、ステージ21を予め指定された複数の撮像アングルに順次に切り替えながら、ステップS104からステップS107までの処理手順が繰り返される(ステップS108)。
次に、三次元測定装置1は、ステップS105において取得されたパターン画像を所定の計測アルゴリズムにより解析し、三次元形状データを生成する(ステップS109)。この三次元形状データの生成ステップでは、撮像アングルが異なる複数の撮影画像から求めた三次元形状データが必要に応じて合成される。そして、三次元測定装置1は、生成された三次元形状データにテクスチャ画像をマッピングし(ステップS110)、測定対象物Wの立体形状として表示部51に表示する(ステップS111)。
三次元測定装置1は、所望の測定箇所について、三次元形状データが得られるまで、撮像アングルや撮影条件等を変更しながらステップS101からステップS111までの処理手順を繰り返し(ステップS112)、所望のデータが得られ、ユーザによりデータ解析が指示されれば、寸法測定用のアプリケーションプログラムにより、三次元形状データのデータ解析を行い、測定対象物Wの寸法を算出する(ステップS113)。
図4のステップS201〜S211は、図3のステップS101(投光照明の明るさ調整)について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置1の動作が示されている。まず、三次元測定装置1は、左側の投光部24を点灯し(ステップS201)、ユーザによる明るさの調整を受け付ける(ステップS202)。
次に、三次元測定装置1は、ユーザによる撮影倍率の選択を受け付け、撮影倍率が変更されれば、対応する撮像部23に切り替える(ステップS203)。このとき、三次元測定装置1は、所望の測定箇所に照明が当たっていなければ、ユーザ操作に基づいてステージ21を回転させることにより、測定対象物Wの位置及び姿勢の調整を行う(ステップS204,S205)。位置及び姿勢の調整は、左右の投光部24を同時に点灯させて行っても良い。
そして、三次元測定装置1は、測定箇所の明るさが適切でなければ、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける(ステップS206,S207)。三次元測定装置1は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップS203からステップS207までの処理手順を繰り返す(ステップS208)。
次に、三次元測定装置1は、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、右側の投光部24に切り替えて(ステップS209)、ユーザによる明るさの調整を受け付ける(ステップS210)。三次元測定装置1は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップS210の処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、この処理を終了する(ステップS211)。
図5のステップS301〜S313は、図3のステップS102(テクスチャ照明の明るさ調整)について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置1の動作が示されている。まず、三次元測定装置1は、テクスチャ照明を点灯し(ステップS301)、ユーザによる明るさの調整を受け付ける(ステップS302)。三次元測定装置1は、測定箇所の明るさが適切でなければ(ステップS303)、ステップS302の処理手順を繰り返し、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける。
次に、三次元測定装置1は、ユーザによるテクスチャ画像の画質の選択を受け付け(ステップS304)、通常画質が選択されれば、通常画質を指定し、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する(ステップS313)。
一方、三次元測定装置1は、ユーザによりフルフォーカス画質が選択されれば、フルフォーカス画質を指定する(ステップS305,S306)。フルフォーカス画質は、深度合成処理により得られる画質であり、焦点位置を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、画像全体においてピントの合った画像が得られる。
そして、三次元測定装置1は、ユーザによりHDR(ハイダイナミックレンジ)画質が選択されれば、HDR画質を指定する(ステップS307,S308)。HDR画質は、露光時間を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、ダイナミックレンジの広い画像が得られる。
次に、三次元測定装置1は、ユーザによりテクスチャ画像の確認が指示されれば(ステップS309)、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件に基づいて、撮影画像を取得し(ステップS310)、テクスチャ画像を作成して表示部51に表示する(ステップS311)。
三次元測定装置1は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップS305からステップS311までの処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する(ステップS312)。
図6のステップS401〜S413は、図3のステップS113(データ解析)について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置1の動作が示されている。まず、三次元測定装置1は、ユーザ操作に基づいて、三次元形状データを所定のデータ形式で読み込み、測定対象物Wの立体形状を表示部51に表示する(ステップS401,S402)。
次に、三次元測定装置1は、ノイズの除去、穴埋め、不要データの削除等の前処理を行い(ステップS403)、ユーザによる表示倍率及び姿勢の調整を受け付ける(ステップS404)。
次に、三次元測定装置1は、表示中の立体形状上において、測定箇所の幾何要素を特定するための点群の指定を受け付ける(ステップS405)。そして、三次元測定装置1は、幾何要素について、形状種別の指定を受け付ける(ステップS406)。形状種別には、点、線、面、球面、円筒面、円錐面等がある。ステップS405とステップS406とは、順序を入れ替えても良い。
三次元測定装置1は、全ての幾何要素について、点群及び形状種別の指定が完了するまで、ステップS405及びS406の処理手順を繰り返し(ステップS407)、点群及び形状種別の指定が完了すれば、ユーザによる幾何要素の選択を受け付ける(ステップS408)。そして、三次元測定装置1は、選択された幾何要素について、寸法種別の選択を受け付ける(ステップS409)。寸法種別には、距離、角度、幾何公差、直径等がある。ステップS408とステップS409とは、順序を入れ替えても良い。
次に、三次元測定装置1は、選択された幾何要素について、点群に基本形状をフィッティングさせることによって幾何要素を特定し、幾何要素間の寸法値を算出する(ステップS410)。次に、三次元測定装置1は、寸法値を測定対象物Wの立体形状上の測定箇所に対応づけて表示する(ステップS411)。三次元測定装置1は、所望の測定箇所が他にもあれば、ステップS408からステップS411までの処理手順を繰り返し(ステップS412)、所望の測定箇所が他になければ、測定結果を出力してこの処理を終了する(ステップS413)。
次に、本発明による三次元測定装置1のさらに詳細な構成について、図7〜図12を用いて以下に説明する。
<ステージ21>
図7は、図1の測定部2のステージ21の構成例を模式的に示した説明図である。このステージ21のステージプレート211は、中央付近で折り曲げた状態でステージベース212に対して固定することができ、ステージプレート211上に配置された測定対象物Wを撮像部23に対して正対させる傾斜台である。
図7は、図1の測定部2のステージ21の構成例を模式的に示した説明図である。このステージ21のステージプレート211は、中央付近で折り曲げた状態でステージベース212に対して固定することができ、ステージプレート211上に配置された測定対象物Wを撮像部23に対して正対させる傾斜台である。
例えば、ステージベース212に対し、傾斜角θ1=45°程度傾けてステージプレート211を固定することができる。撮像部23の受光軸J1は、ステージ21の回転軸J4に対して傾斜角θ2=45°程度傾斜している。このため、ステージプレート211上で測定対象物Wが撮像部23に正対している状態からステージ21を回転させれば、測定対象物Wの側面を撮像することができる。
<情報処理端末5>
図8は、図1の情報処理端末5内の機能構成の一例を示したブロック図である。この情報処理端末5は、測定設定情報指定部10、測定設定記憶部11、測定指示受付部12、測定制御部13、形状データ記憶部14及び表示制御部15により構成される。
図8は、図1の情報処理端末5内の機能構成の一例を示したブロック図である。この情報処理端末5は、測定設定情報指定部10、測定設定記憶部11、測定指示受付部12、測定制御部13、形状データ記憶部14及び表示制御部15により構成される。
測定設定情報指定部10は、キーボード52又はマウス53によるユーザ操作に基づいて、立体形状の測定を行うための測定設定情報を指定し、測定設定記憶部11内に格納する。測定設定情報指定部10は、例えば、通常測定モード及び品質向上モードのいずれかがユーザにより測定モードとして指定されれば、これらの測定モードのいずれかを指定するモード指定情報を生成し、測定設定情報として測定設定記憶部11に登録する。通常測定モードは、ワンショット測定モード及び連結測定モードのいずれかを選択可能な測定モードである。
通常測定モードにおけるワンショット測定モードは、ユーザにより測定開始が指示された際の撮像アングルに基づいて、三次元形状データを求める測定モードである。撮像アングルは、撮像部23の撮像視野内における測定対象物Wの位置及び姿勢であり、回転駆動部22を制御してステージ21を回転させることにより切り替えられる。
通常測定モードにおける連結測定モードは、複数の撮像アングルで求められた複数の三次元形状データを連結することにより、より死角の少ない三次元形状データを求める測定モードである。連結測定のためのアングル範囲や撮像アングルは、測定設定情報として測定設定記憶部11に登録される。
連結測定モードには、以下の(1)〜(3)に示す3つの方式があり、いずれかを任意に指定することができる。(1)撮像アングル範囲が360°に自動的に指定され、現在のステージ21の回転位置に対応する撮像アングルを基準にして、一定の回転角、例えば、60°ごとに複数の補間アングルが自動的に指定される。(2)撮像アングル範囲がユーザにより指定されれば、この撮像アングル範囲内に補間アングルが自動的に指定される。(3)ユーザが連結測定のための複数の撮像アングルを全て指定する。
品質向上モードは、ユーザにより測定開始が指示された際の撮像アングルに基づいて、より高品質の三次元形状データを求める測定モードであり、密度向上モード及びマルチアングルモードの少なくとも一方が含まれ、或いは、いずれかを選択することができる。
測定指示受付部12は、キーボード52又はマウス53によるユーザ操作に基づいて、測定開始の指示を受け付ける。測定制御部13は、モード指定情報及び測定開始の指示に基づいて、回転駆動部22及び投光部24を制御し、撮像部23から取得した撮影画像に基づいて測定対象物Wの三次元形状データを求め、形状データ記憶部14内に格納する。三次元形状データは、多数の測定点の三次元位置情報からなる。
測定制御部13は、ワンショット測定モードが指定された場合に、測定開始の指示受付時におけるステージ21の回転位置に対応する撮像アングルで撮像された撮影画像から三次元形状データを求める。
測定制御部13は、連結測定モードが指定された場合に、回転駆動部22を制御して測定開始の指示受付前に指定された複数の撮像アングルにステージ21を順次に切り替える。そして、測定制御部13は、撮像部23により各撮像アングルで撮像された撮影画像から複数の三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを撮像アングルに基づいて連結することにより、より死角の少ない連結形状データを生成する。
測定制御部13は、品質向上モードが指定された場合に、測定開始の指示受付時におけるステージ21の回転位置に対応する撮像アングルを注目アングルΦ0とし、この注目アングルΦ0を含むアングル範囲内で2以上の撮像アングルを指定し、回転駆動部22を制御してこれらの撮像アングルにステージ21を順次に切り替える。そして、測定制御部13は、撮像部23により各撮像アングルで撮像された撮影画像から複数の三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを撮像アングルに基づいて合成することにより、より高品質の合成形状データを生成する。
測定制御部13は、各撮像アングルにおいて、左右の投光部24を順次に点灯させて撮影画像をそれぞれ取得する。すなわち、測定制御部13は、左側の投光部24からパターン光を照射させて撮影画像を取得した後、右側の投光部24からパターン光を照射させて撮影画像を取得する。1つの撮像アングルについて、左右の投光部24を順次に点灯させて取得された複数の撮影画像から三次元形状データが算出される。このため、左側又は右側の投光部24だけでは影になるような測定箇所についても、三次元形状データを取得することができる。
測定制御部13は、密度向上モードが指定された場合に、撮像部23の撮像視野内における測定対象物Wの位置及び姿勢が互いに略一致するように2以上の撮像アングルを指定し、撮像アングルごとの三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させた合成形状データを生成する。例えば、撮像部23の撮像素子232における画素間のピッチ以下の回転角となるように各撮像アングルが自動的に指定される。
一方、測定制御部13は、マルチアングルモードが指定された場合に、注目アングルΦ0において重要領域が撮像部23に略正対する測定対象物Wであっても側面が撮像されるように2以上の撮像アングルを指定し、撮像アングルごとの三次元形状データよりも死角の少ない合成形状データを生成する。重要領域とは、測定対象物Wの一部の領域であって、ユーザが高精度で測定することを希望する領域をいう。
このマルチアングルモードでは、例えば、注目アングルΦ0を中心とする180°以下の幅を有するアングル範囲内で各撮像アングルが自動的に指定される。この様な構成により、注目アングルΦ0において重要領域が撮像部23に略正対する測定対象物Wであっても、側面の三次元形状データを取得することができる。また、2以上の撮像アングルには、注目アングルΦ0と、注目アングルΦ0を挟む2つの撮像アングルとが含まれる。
表示制御部15は、形状データ記憶部14内の三次元形状データに基づいて、表示部51を制御し、測定対象物Wの立体形状を画面表示する。例えば、品質向上モード時に測定制御部13により生成された合成形状データに基づいて、注目アングルΦ0を視点として立体形状が画面表示される。
測定設定情報指定部10は、注目アングルΦ0に対するオーバーハング角φの指定を受け付ける。オーバーハング角φは、注目アングルΦ0を基準とする回転角である。品質向上モードでは、例えば、(Φ0−φ)から(Φ0+φ)までの角度範囲がアングル範囲である。測定制御部13は、この範囲内に2以上の撮像アングルを指定する。密度向上モードの場合、オーバーハング角φは、10°以下であり、望ましくは、5°以下の角度、例えば、1°程度である。一方、マルチアングルモードの場合、オーバーハング角φは、例えば、15°から60°までの範囲で任意に指定することができる。
なお、品質向上モードとして、密度向上モードとマルチアングルモードとを組み合わせた測定モードがあっても良い。すなわち、この測定モードでは、測定制御部13が、注目アングルΦ0を含む第1の角度範囲内で2以上の広視野化アングルΦ1を指定する。そして、測定制御部13は、これらの広視野化アングルΦ1ごとに、広視野化アングルΦ1を含み、第1の角度範囲よりも狭い第2の角度範囲内で2以上の撮像アングルを指定する。
第1の角度範囲は、注目アングルΦ0を基準とし、オーバーハング角φ=15°〜60°を用いて(Φ0−φ)から(Φ0+φ)までの角度範囲である。第2の角度範囲は、広視野化アングルΦ1を基準とし、オーバーハング角φ=1°を用いて(Φ1−φ)から(Φ1+φ)までの角度範囲である。
測定制御部13は、広視野化アングルΦ1ごとに、第2の角度範囲内で撮像アングルを順次に切り替え、各撮像アングルにおいて取得した撮影画像から複数の三次元形状データを求めて合成することにより、撮像アングルごとの三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させ、かつ、死角の少ない合成形状データを生成する。
また、品質向上モードとして、連結測定モードと密度向上モードとを組み合わせた測定モードがあっても良い。すなわち、この測定モードでは、連結測定のために連結角度範囲内で予め指定された複数の連結アングルΦ2について、測定制御部13が、これらの連結アングルΦ2ごとに、連結アングルΦ2を含み、連結角度範囲よりも狭い高密度化角度範囲内で2以上の撮像アングルを指定する。
高密度化角度範囲は、連結アングルΦ2を基準とし、オーバーハング角φ=1°を用いて(Φ2−φ)から(Φ2+φ)までの角度範囲である。測定制御部13は、連結アングルΦ2ごとに、高密度化角度範囲内で撮像アングルを順次に切り替え、各撮像アングルにおいて取得した撮影画像から複数の三次元形状データを求めて合成することにより、撮像アングルごとの三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させ、かつ、死角の少ない合成形状データを生成する。
<設定画面6>
図9は、図1の情報処理端末5における測定設定時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示される設定画面6が示されている。設定画面6は、測定設定情報を編集するための編集画面であり、測定設定情報を新たに作成して登録し、或いは、既に登録されている測定設定情報を変更することができる。
図9は、図1の情報処理端末5における測定設定時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示される設定画面6が示されている。設定画面6は、測定設定情報を編集するための編集画面であり、測定設定情報を新たに作成して登録し、或いは、既に登録されている測定設定情報を変更することができる。
この設定画面6には、撮影画像が表示される表示欄61と、測定モードを選択するためのモード指定タブ65及び66とが設けられている。表示欄61の上段には、撮影倍率を指定するための入力欄62と、表示倍率を指定するための入力欄63とが設けられている。撮影倍率は、低倍率又は高倍率のいずれかを選択することができる。
また、表示欄61内には、ステージ21を回転させて撮像アングルを切り替えるためのアングル調整ボタン64a〜64cが配置されている。アングル調整ボタン64aは、ステージ21を現在の位置から180°回転させるための操作アイコンである。
アングル調整ボタン64bは、ステージ21を反時計回り又は時計回りに回転させるための操作アイコンである。アングル調整ボタン64cは、ステージ21を基準位置まで回転させるための操作アイコンである。これらのアングル調整ボタン64a〜64cは、マウスポインタ7をアングル調整ボタン64a〜64c上に移動させることによって操作することができる。
モード指定タブ65は、通常測定モードを測定モードとして指定するための操作アイコンである。マウス操作などによってモード指定タブ65を選択すれば、ワンショット測定モード及び連結測定モードのいずれかを通常測定モードにおける測定モードとして指定することができ、指定された測定モードに対応する設定項目が表示される。
一方、モード指定タブ66は、品質向上モードを測定モードとして指定するための操作アイコンである。この例では、モード指定タブ66が選択されており、品質向上モードにおける測定モードを指定するための複数のチェックボックス67が配置されている。
品質向上モードにおいて指定可能な測定モードには、密度向上モード及びマルチアングルモードと、密度向上モード及びマルチアングルモードを組み合わせた測定モードと、連結測定モード及び密度向上モードを組み合わせた測定モードとがある。マウス操作などによってチェックボックス67にチェックマークを入力することにより、これらの測定モードのいずれかを任意に指定することができる。
図10は、図1の三次元測定装置1の動作の一例を示した図であり、品質向上モード(密度向上モード)において撮像された撮影画像8が示されている。図中の(a)には、基準姿勢時に取得された撮影画像8が示され、(b)には、左回転時の姿勢で取得された撮影画像8が示され、(c)には、右回転時の姿勢で取得された撮影画像8が示されている。
密度向上モードでは、ユーザによる測定開始の指示を受け付けた時点における撮像アングルが注目アングルとして登録され、この注目アングルを測定対象物Wの基準姿勢としてステージ21を左右に微小回転させて複数の撮影画像が取得される。
左回転時の姿勢は、基準姿勢に対し、ステージ21を反時計回りに1°程度回転させた際の姿勢である。一方、右回転時の姿勢は、基準姿勢に対し、ステージ21を時計回りに1°程度回転させた際の姿勢である。
三次元測定装置1は、基準姿勢、左回転時の姿勢及び右回転時の姿勢の3つの撮像アングルを指定し、各撮像アングルにおいて取得した撮影画像から複数の三次元形状データをそれぞれ求める。これらの三次元形状データを合成することにより、撮像アングルごとの三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させた高解像度の合成形状データが算出される。
なお、カメラの画素数に応じて、微小回転角(オーバーハング角φ)を調整しても良い。また、ステージ21を左右に微小回転させる際の回転角や撮像アングルは、左右対称であっても良いが、左右非対称であっても良い。
図11は、図1の三次元測定装置1の動作の一例を示した図であり、品質向上モード(マルチアングルモード)において撮像された撮影画像8が示されている。図中の(a)には、基準姿勢(正対)時に取得された撮影画像8が示され、(b)には、左回転時の姿勢で取得された撮影画像8が示され、(c)には、右回転時の姿勢で取得された撮影画像8が示されている。
マルチアングルモードでは、ユーザによる測定開始の指示を受け付けた時点における撮像アングルが注目アングルとして登録され、この注目アングルを測定対象物Wの基準姿勢としてステージ21を左右にオーバーハング角φだけ回転させて複数の撮影画像が取得される。基準姿勢では、測定対象物Wの左側面S1や右側面S2が撮像されない。
左回転時の姿勢は、基準姿勢に対し、ステージ21を反時計回りに45°程度回転させた際の姿勢である。この姿勢では、測定対象物Wの左側面S1が撮像されている。一方、右回転時の姿勢は、基準姿勢に対し、ステージ21を時計回りに45°程度回転させた際の姿勢である。この姿勢では、測定対象物Wの右側面S2が撮像されている。
三次元測定装置1は、基準姿勢、左回転時の姿勢及び右回転時の姿勢の3つの撮像アングルを指定し、各撮像アングルにおいて取得した撮影画像から複数の三次元形状データをそれぞれ求める。これらの三次元形状データを合成することにより、撮像アングルごとの三次元形状データよりも死角の少ない合成形状データが算出される。従って、基準姿勢時に測定開始を指示するだけで、基準姿勢では映らない測定対象物Wの左側面S1や右側面S2の三次元形状データを取得することができる。
なお、基準姿勢の撮像アングルは、省略可能であり、左回転時の姿勢及び右回転時の姿勢の2つの撮像アングルにおいて撮影画像を取得して三次元形状データを求めるような構成であっても良い。また、ステージ21を左右に回転させる際の回転角や撮像アングルは、左右対称であっても良いが、左右非対称であっても良い。
図12は、図8の情報処理端末5における寸法測定時の動作の一例を示した図であり、表示部51に画面表示される立体形状9が示されている。各測定モードにおいて算出された三次元形状データに基づいて、測定対象物Wの立体形状9が表示部51に画面表示される。この立体形状9には、例えば、テクスチャ画像がマッピングして表示される。
測定箇所の幾何要素を特定するための点群や幾何要素の形状種別がユーザにより指定されれば、立体形状9上の点群に基本形状をフィッティングさせることにより、幾何要素の位置、姿勢及びサイズを特定し、幾何要素間の寸法値が算出される。表示中の立体形状9には、寸法値が測定箇所に対応づけて表示される。
例えば、測定対象物Wの右側面が幾何要素「平面P1」として特定され、左側面が幾何要素「平面P2」として特定されている。寸法値「距離20.0mm」は、これらの幾何要素間の距離である。従って、基準姿勢時に測定開始を指示するだけで、基準姿勢では映らない測定対象物Wの左側面S1や右側面S2の寸法値を取得することができる。なお、立体形状9は、撮像部23の画角と合わせた遠近法を用いて表示するような構成であっても良い。
本実施の形態によれば、品質向上モード時に、より高品質の合成形状データが生成されるため、品質向上モードを指定すれば、撮像アングルを調整して測定開始を指示するだけで、より高品質の三次元形状データを取得することができる。
また、撮像視野内における測定対象物Wの位置及び姿勢が互いに略一致するように複数の撮像アングルを指定して合成形状データが生成されるため、カメラの画像数を増やすことなく、測定点の数密度を増大させた三次元形状データを取得することができる。また、注目アングルにおいて重要領域が撮像部23に略正対する測定対象物Wであっても側面が撮像されるように複数の撮像アングルを指定して合成形状データが生成されるため、撮像アングルを調整して測定開始を指示するだけで、死角の少ない三次元形状データを取得することができる。
なお、図9では、モード指定タブ65又は66を選択することによって通常測定モードと品質向上モードとのいずれかが測定モードに指定される場合を例示したが、測定モードの指定方法はこれに限らない。例えば、設定画面6内にモード選択ボタンを配置し、ユーザによりモード選択ボタンが操作されれば、ワンショット測定モード、連結測定モード又は品質向上モードのいずれかを測定モードに指定するような構成であっても良い。
また、ワンショット測定モードに対応したタブと、連結測定モードに対応したタブとを設定画面6内に表示し、タブを選択することによって測定モードを切り替えるようにしてもよい。そして、ワンショット測定モード及び連結測定モードのそれぞれの設定項目として、密度向上モードやマルチアングルモードに対応したチェックボックスを用意し、ワンショット測定モードが選択され、チェックボックスにより密度向上モードが有効化された場合に、品質向上モードとして、密度向上モードが指定される。また、連結測定モードが選択され、チェックボックスにより密度向上モードが有効化された場合に、品質向上モードとして、連結測定モードと密度向上モードとを組み合わせた測定モードが指定される。また、ワンショット測定モードが選択され、チェックボックスによりマルチアングルモードが有効化された場合に、品質向上モードとして、マルチアングルモードが指定される。
また、本実施の形態では、鉛直方向の回転軸J4を中心としてステージ21を回転させることによって撮像アングルが切り替えられる場合の例について説明したが、本発明は、撮像アングルの切替方法をこれに限定するものではない。例えば、ステージ21を水平方向又は鉛直方向に移動させることによって撮像アングルを切り替える装置にも本発明は適用可能である。また、鉛直方向以外の回転軸を中心としてステージ21を回転させることによって撮像アングルを切り替えるような構成であっても良い。
また、本実施の形態では、マルチスリット法と空間コード法とを組み合わせた投影法により三次元形状データが取得される場合の例について説明したが、本発明は、構造化のための投影法をこれに限定するものではない。例えば、正弦波位相シフト法、ライン状のパターン光を投影して一方向にスキャンする光切断法、或いは、縞状のパターン光を投影して一方向にスキャンする縞投影法によって、三次元形状データを取得するような構成であっても良い。
また、本実施の形態では、撮像部23を挟むように2つの投光部24が配置される場合の例について説明したが、本発明は、撮像部23及び投光部24の構成をこれに限定するものではない。撮像部23及び投光部24をそれぞれ1つずつ備えるものや、1つの投光部24を挟むように2つの撮像部23が配置されるようなものにも本発明は適用可能である。
1 三次元測定装置
2 測定部
21 ステージ
211 ステージプレート
212 ステージベース
22 回転駆動部
23,23a,23b 撮像部
24 投光部
25 テクスチャ照明出射部
26 制御基板
27 ベース筐体
3 ライトガイド
4 コントローラ
41 テクスチャ光源
42 制御基板
43 電源
5 情報処理端末
51 表示部
52 キーボード
53 マウス
10 測定設定情報指定部
11 測定設定記憶部
12 測定指示受付部
13 測定制御部
14 形状データ記憶部
15 表示制御部
6 設定画面
8 撮影画像
9 立体形状
J1,J11,J12 受光軸
J2,J3 投光軸
J4 回転軸
W 測定対象物
2 測定部
21 ステージ
211 ステージプレート
212 ステージベース
22 回転駆動部
23,23a,23b 撮像部
24 投光部
25 テクスチャ照明出射部
26 制御基板
27 ベース筐体
3 ライトガイド
4 コントローラ
41 テクスチャ光源
42 制御基板
43 電源
5 情報処理端末
51 表示部
52 キーボード
53 マウス
10 測定設定情報指定部
11 測定設定記憶部
12 測定指示受付部
13 測定制御部
14 形状データ記憶部
15 表示制御部
6 設定画面
8 撮影画像
9 立体形状
J1,J11,J12 受光軸
J2,J3 投光軸
J4 回転軸
W 測定対象物
Claims (9)
- 測定対象物が載置されるステージと、
上記ステージ上の上記測定対象物に検出光を照射する投光手段と、
上記ステージに対して受光軸が傾斜するように配置され、上記測定対象物により反射された上記検出光を受光して撮影画像を生成する撮像手段と、
鉛直方向の回転軸を中心として上記ステージを回転させることにより、撮像アングルを切り替える回転駆動手段と、
ワンショット測定モード及び連結測定モードを含む通常測定モードと品質向上モードとのいずれかを指定するモード指定情報を保持する測定モード記憶手段と、
測定開始の指示を受け付ける測定指示受付手段と、
上記モード指定情報及び上記測定開始の指示に基づいて、上記回転駆動手段を制御し、上記撮影画像に基づいて上記測定対象物の三次元形状データを求める測定制御手段とを備え、
上記測定制御手段は、
上記ワンショット測定モードが指定された場合に、上記測定開始の指示受付時における上記ステージの回転位置に対応する撮像アングルで撮像された上記撮影画像から上記三次元形状データを求め、
上記連結測定モードが指定された場合に、上記回転駆動手段を制御して上記測定開始の指示受付前に指定された複数の上記撮像アングルに上記ステージを順次に切り替え、各撮像アングルで撮像された上記撮影画像から複数の上記三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて連結することにより、より死角の少ない連結形状データを生成し、
上記品質向上モードが指定された場合に、上記測定開始の指示受付時における上記ステージの回転位置に対応する注目アングルを含むアングル範囲内で2以上の上記撮像アングルを指定し、上記回転駆動手段を制御してこれらの撮像アングルに上記ステージを順次に切り替え、各撮像アングルで撮像された上記撮影画像から複数の上記三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて合成することにより、より高品質の合成形状データを生成することを特徴とする三次元測定装置。 - 上記品質向上モードにおける上記アングル範囲は、上記注目アングルを中心とする180°以下の幅を有することを特徴とする請求項1に記載の三次元測定装置。
- 上記品質向上モードにおける上記2以上の撮像アングルには、上記注目アングルと、上記注目アングルを挟む2つの撮像アングルとが含まれることを特徴とする請求項1又は2に記載の三次元測定装置。
- 上記測定制御手段は、上記品質向上モード時に、上記撮像手段の撮像視野内における上記測定対象物の位置及び姿勢が互いに略一致するように上記2以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させた上記合成形状データを生成することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の三次元測定装置。
- 上記測定制御手段は、上記品質向上モード時に、上記注目アングルにおいて重要領域が上記撮像手段に略正対する上記測定対象物であっても側面が撮像されるように上記2以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも死角の少ない上記合成形状データを生成することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の三次元測定装置。
- 上記注目アングルに対するオーバーハング角の指定を受け付ける測定設定情報指定手段を更に備え、
上記測定制御手段は、上記品質向上モード時に、上記注目アングルを中心とする上記オーバーハング角以下の角度範囲を上記アングル範囲として、上記2以上の撮像アングルを指定することを特徴とする請求項5に記載の三次元測定装置。 - 上記測定制御手段は、上記品質向上モード時に、上記注目アングルを含む第1の角度範囲内で2以上の広視野化アングルを指定するとともに、これらの広視野化アングルごとに、上記広視野化アングルを含み、上記第1の角度範囲よりも狭い第2の角度範囲内で上記2以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させ、かつ、死角の少ない上記合成形状データを生成することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の三次元測定装置。
- 上記測定制御手段は、連結測定のために連結角度範囲内で予め指定された複数の連結アングルについて、これらの連結アングルごとに、上記連結アングルを含み、上記連結角度範囲よりも狭い高密度化角度範囲内で2以上の上記撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させ、かつ、死角の少ない上記合成形状データを生成することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の三次元測定装置。
- 上記三次元形状データに基づいて、上記測定対象物の立体形状を画面表示する表示手段を更に備え、
上記表示手段は、上記品質向上モード時に生成された上記合成形状データに基づいて、上記注目アングルを視点として上記立体形状を画面表示することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の三次元測定装置。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2021015041A (ja) * | 2019-07-12 | 2021-02-12 | Jfeエンジニアリング株式会社 | ボルト検査装置、ボルト検査システム、ボルト検査方法及びプログラム |
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2016
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