JP2018063157A - Shape measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定対象物の形状を測定する形状測定装置に関する。 The present invention relates to a shape measuring apparatus for measuring the shape of a measurement object.
測定対象物の表面に光を照射し、その反射光に基づいて測定対象物の表面形状を測定する形状測定装置がある。このような形状測定装置の一例として、特許文献1には、干渉法によって測定を行うコヒーレンス走査干渉計が記載されている。このコヒーレンス走査干渉計においては、光源から発生した光が、物体に照射される測定光と基準ミラーに照射される基準光とに分割される。物体に反射された測定光と基準ミラーに反射された基準光とが重畳され、カメラにより検出される。光源およびカメラ等を含む光学系が物体に対して相対的に移動される状態で、カメラにより画像が取得される。取得された画像における干渉縞の間隔に基づいて、物体の表面高さが算出される。
There is a shape measuring device that irradiates the surface of a measurement object with light and measures the surface shape of the measurement object based on the reflected light. As an example of such a shape measuring apparatus,
上記のような形状測定装置においては、受光部(カメラ)の各画素が、測定対象物の表面の各領域で反射された光を受光する。しかしながら、測定対象物の表面の形状および反射率等によっては、各画素に、対応する領域とは異なる領域からの反射光が迷光として入射することがある。そのため、取得される画像の信頼性が低くなり、誤った表面高さが算出される可能性がある。 In the shape measuring apparatus as described above, each pixel of the light receiving unit (camera) receives light reflected by each region of the surface of the measurement object. However, depending on the shape and reflectance of the surface of the measurement object, reflected light from a region different from the corresponding region may be incident on each pixel as stray light. Therefore, the reliability of the acquired image is lowered, and there is a possibility that an incorrect surface height is calculated.
本発明の目的は、距離画像データの信頼性を高めることが可能な形状測定装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a shape measuring device capable of improving the reliability of distance image data.
(1)本発明に係る形状測定装置は、測定対象物の表面形状を測定する形状測定装置であって、光を出射する投光部と、二次元に配列された複数の画素を含む受光部と、投光部により出射された光を測定光として測定対象物に導き、測定対象物で反射された測定光を受光部に導く光学系と、受光部により受光された測定光に基づいて、画素毎に測定対象物の対応する領域の距離情報を生成し、生成した複数の画素に対応する複数の距離情報を含む距離画像データを生成する距離画像生成手段と、受光部の一の画素の受光量、一の画素に対応する距離情報、一の画素の周辺の1以上の画素の各々の受光量、および1以上の画素に対応する1以上の距離情報に基づいて、一の画素に対応する距離情報が迷光に基づいて生成されたか否かを判定する判定手段とを備える。 (1) A shape measuring apparatus according to the present invention is a shape measuring apparatus that measures the surface shape of a measurement object, and includes a light projecting unit that emits light and a light receiving unit that includes a plurality of pixels arranged two-dimensionally. And, based on the measurement light received by the light receiving unit, an optical system that guides the light emitted by the light projecting unit to the measurement target as measurement light, guides the measurement light reflected by the measurement target to the light receiving unit, Distance information generating means for generating distance information of a corresponding region of the measurement object for each pixel, generating distance image data including a plurality of distance information corresponding to the generated plurality of pixels, and one pixel of the light receiving unit Corresponds to one pixel based on received light amount, distance information corresponding to one pixel, received light amount of each of one or more pixels around one pixel, and one or more distance information corresponding to one or more pixels Whether or not distance information to be generated is generated based on stray light And a constant section.
この形状測定装置においては、測定対象物で反射された測定光が二次元に配列された複数の画素を含む受光部により受光される。この場合、受光部の各画素に、測定対象物の対応する領域で反射された測定光が入射する。受光部により受光された測定光に基づいて、各画素に対応する測定対象物の領域の距離情報が生成され、複数の画素に対応する距離情報を含む距離画像データが生成される。 In this shape measuring apparatus, the measurement light reflected by the measurement object is received by a light receiving unit including a plurality of pixels arranged two-dimensionally. In this case, the measurement light reflected by the corresponding region of the measurement object is incident on each pixel of the light receiving unit. Based on the measurement light received by the light receiving unit, distance information of the region of the measurement object corresponding to each pixel is generated, and distance image data including distance information corresponding to a plurality of pixels is generated.
受光部の各画素には、対応する領域とは異なる領域で反射された測定光が迷光として入射することがある。その場合、迷光に基づいて距離情報が誤って生成されることがある。そこで、受光部の一の画素の受光量、一の画素に対応する距離情報、一の画素の周辺の1以上の画素の各々の受光量、および1以上の画素に対応する1以上の距離情報に基づいて、一の画素に対応する距離情報が迷光に基づいて生成されたか否かが判定される。これにより、各画素に対応する距離情報の信頼性を判定することができる。したがって、距離画像データの信頼性を高めることができる。 In some cases, measurement light reflected in a region different from the corresponding region may be incident on each pixel of the light receiving unit as stray light. In that case, the distance information may be erroneously generated based on the stray light. Therefore, the amount of light received by one pixel of the light receiving unit, distance information corresponding to one pixel, the amount of light received by one or more pixels around one pixel, and one or more distance information corresponding to one or more pixels. Based on the above, it is determined whether distance information corresponding to one pixel has been generated based on stray light. Thereby, the reliability of the distance information corresponding to each pixel can be determined. Therefore, the reliability of the distance image data can be improved.
(2)形状測定装置は、判定基準の調整を受け付ける判定基準受付手段をさらに備え、判定手段は、判定基準受付手段により調整された判定基準に基づいて、一の画素に対応する距離情報が迷光に基づいて生成されたか否かを判定してもよい。この場合、使用者は、判定手段によって適切に判定が行われるように、判定基準を調整することができる。 (2) The shape measuring apparatus further includes a determination criterion receiving unit that receives adjustment of the determination criterion, and the determination unit determines that the distance information corresponding to one pixel is stray light based on the determination criterion adjusted by the determination criterion receiving unit. It may be determined whether or not it has been generated based on the above. In this case, the user can adjust the determination criterion so that the determination is appropriately performed by the determination unit.
(3)判定手段は、一の画素に対応する距離情報と周辺の1以上の画素に対応する1以上の距離情報との一致度と、周辺の1以上の画素の各々の受光量に基づいて、一の画素に対応する距離情報が迷光に基づいて生成されたか否かを判定してもよい。この場合、距離情報の信頼性を適切に判定することができる。 (3) The determination means is based on the degree of coincidence between the distance information corresponding to one pixel and the one or more distance information corresponding to one or more neighboring pixels, and the amount of light received by each of the one or more neighboring pixels. It may be determined whether distance information corresponding to one pixel is generated based on stray light. In this case, the reliability of distance information can be determined appropriately.
(4)形状測定装置は、判定手段により迷光に基づいて生成されていないと判定された距離情報に基づいて測定対象物の形状に関する計測値を算出し、判定手段により迷光に基づいて生成されたと判定された距離情報に基づいて計測値を算出しない算出手段をさらに備えてもよい。この場合、誤った距離情報に基づいて計測値が算出されることが防止される。 (4) The shape measuring device calculates a measurement value related to the shape of the measurement object based on the distance information determined not to be generated based on the stray light by the determination unit, and is generated based on the stray light by the determination unit. You may further provide the calculation means which does not calculate a measured value based on the determined distance information. In this case, the measurement value is prevented from being calculated based on incorrect distance information.
(5)形状測定装置は、参照体と、光学系および参照体のうち少なくとも一方が取り付けられる可動部と、可動部を往復移動可能に支持する支持部と、支持部に対する可動部の相対位置を検出する位置検出部とをさらに備え、投光部は、複数のピーク波長を有する光を出射し、光学系は、投光部により出射された光を参照光として参照体に導き、測定対象物で反射された測定光と測定対象物で反射された参照光との干渉光を生成し、生成した干渉光を受光部に導き、可動部は、往復移動することにより測定光の光路長と参照光の光路長との差を変化させ、画像生成手段は、受光部により受光された干渉光および位置検出部により検出された相対位置に基づいて、距離画像データを生成してもよい。 (5) The shape measuring device includes a reference body, a movable part to which at least one of the optical system and the reference body is attached, a support part that supports the movable part so as to be able to reciprocate, and a relative position of the movable part with respect to the support part. A position detecting unit for detecting, the light projecting unit emits light having a plurality of peak wavelengths, and the optical system guides the light emitted by the light projecting unit to the reference body as reference light, and the measurement object The interference light between the measurement light reflected by and the reference light reflected by the measurement object is generated, the generated interference light is guided to the light receiving unit, and the movable unit reciprocally moves to reference the optical path length of the measurement light and the reference light. The image generation means may generate the distance image data based on the interference light received by the light receiving unit and the relative position detected by the position detection unit by changing a difference from the optical path length of the light.
この場合、受光部の複数の画素から、測定光の光路長と参照光の光路長との差によって変化する受光量の干渉パターンが取得される。測定光および参照光は複数のピーク波長を有するので、受光量の干渉パターンは空間周期性を示さない。したがって、位置検出部により検出された支持部に対する可動部の相対位置と受光部の各画素の受光量とに基づいて、受光部の複数の画素に対応する距離情報を生成することができる。 In this case, the interference pattern of the received light amount that varies depending on the difference between the optical path length of the measurement light and the optical path length of the reference light is obtained from the plurality of pixels of the light receiving unit. Since the measurement light and the reference light have a plurality of peak wavelengths, the interference pattern of the amount of received light does not show spatial periodicity. Therefore, distance information corresponding to a plurality of pixels of the light receiving unit can be generated based on the relative position of the movable unit with respect to the support unit detected by the position detection unit and the amount of light received by each pixel of the light receiving unit.
本発明によれば、距離画像データの信頼性を高めることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the reliability of distance image data.
以下、本発明の実施の形態に係る光学式エリア変位計について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, an optical area displacement meter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1)形状測定装置の基本構成
図1は、本発明の一実施の形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。図1に示すように、形状測定装置300は、測定ヘッド100および処理装置200を備える。測定ヘッド100は、例えば光学式変位計であり、支持構造110、筐体部120、測定部130、往復機構140、駆動部150、制御基板160および通信部170を含む。
(1) Basic Configuration of Shape Measuring Device FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a shape measuring device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
支持構造110は、縦断面がL字形状を有し、設置部111および保持部112を含む。設置部111および保持部112は、例えば金属により形成される。設置部111は、水平な平板形状を有し、設置面に設置される。設置部111の上面には、測定対象物Sが載置される。本例では、設置部111の上面に平行で互いに直交するX軸およびY軸が定義されるとともに、設置部111の上面に対して垂直なZ軸が定義される。図1には、X軸、Y軸およびZ軸の方向を表す矢印が付される。
The
保持部112は、設置部111の一端部から上方に延びるように設けられる。筐体部120は、支持構造110の保持部112に保持される。筐体部120は、直方体形状を有し、測定部130、往復機構140、駆動部150、制御基板160および通信部170を収容する。
The
測定部130は、投光部、受光部、レンズおよびミラー等の光学素子を含む。測定部130は、後述する図2のミラー11等の一部の素子を除き、往復機構140に取り付けられる。往復機構140は、駆動部150により後述する図2の支持部125に対して一方向に往復運動(振動)する。駆動部150は、アクチュエータであり、本例ではボイスコイルモータである。
The
制御基板160は、CPU(中央演算処理装置)160aを含む。制御基板160は、測定部130から後述する測定データを取得し、取得された測定データに基づいて画素データを生成するとともに画像データを生成する。画像データは複数の画素データの集合である。制御基板160は、生成された画像データを処理装置200に与えるとともに、処理装置200による指令に基づいて測定部130、往復機構140および駆動部150の動作を制御する。
The
通信部170は、通信インターフェイスを含む。後述する処理装置200の通信部250も同様である。通信部170は、通信部250を通して測定ヘッド100と処理装置200との間で種々のデータおよび指令の送信および受信を行う。測定ヘッド100の詳細については後述する。
処理装置200は、制御部210、記憶部220、操作部230、表示部240および通信部250を含む。制御部210は、例えばCPUを含む。記憶部220は、例えばROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)およびHDD(ハードディスクドライブ)を含む。記憶部220には、システムプログラムが記憶される。また、記憶部220は、種々のデータの記憶およびデータの処理のために用いられる。
The
制御部210は、記憶部220に記憶されたシステムプログラムに基づいて、測定ヘッド100の測定部130、往復機構140および駆動部150の動作を制御するための指令を制御基板160に与える。また、制御部210は、制御基板160から画像データを取得して記憶部220に記憶させる。さらに、制御部210は、画像データに基づく画像上において使用者に指定された部分の計測等を行う。
Based on the system program stored in the
操作部230は、マウス、タッチパネル、トラックボールまたはジョイスティック等のポインティングデバイスおよびキーボードを含み、制御部210に指示を与えるために使用者により操作される。表示部240は、例えばLCD(液晶ディスプレイ)パネルまたは有機EL(エレクトロルミネッセンス)パネルを含む。表示部240は、記憶部220に記憶された画像データに基づく画像および計測結果等を表示する。通信部250は、上記のように測定ヘッド100との通信を行う。また、通信部250は、PLC(プログラマブルロジックコントローラ)等の外部装置との通信を行うことができる。
The
(2)測定部の構成
図2は、主として測定部130の構成を示す測定ヘッド100の模式図である。図2に示すように、筐体部120には、支持部125が収容される。支持部125は、筐体部120と一体的に形成されてもよいし、筐体部120の一部であってもよい。往復機構140は、支持部125に対して一方向に平行に振動可能な可動部141を含む。図2には、可動部141の振動方向が太い矢印で図示される。図2の例では、可動部141の振動方向は上下方向である。
(2) Configuration of Measurement Unit FIG. 2 is a schematic diagram of the
測定部130は、投光部1、受光部2,3、複数のレンズ4〜8、複数のミラー9〜11、ビームスプリッタ12、アナモルフィックプリズムペア13、位置検出部14およびガイド光源15を含む。測定部130のミラー11および位置検出部14の一部は、支持部125に取り付けられる。一方、ミラー11および位置検出部14の一部を除く測定部130は、可動部141に取り付けられる。
The measuring
投光部1は、例えばSLD(スーパールミネッセントダイオード)を含み、光を出射する。投光部1により出射される光を出射光L0と呼ぶ。出射光L0のコヒーレンス性は比較的低い。具体的には、出射光L0のコヒーレンス性は、LED(発光ダイオード)により出射される光または白色光のコヒーレンス性よりも高く、レーザ光のコヒーレンス性よりも低い。したがって、出射光L0は複数のピーク波長を有する。レンズ4は、コリメータレンズである。出射光L0は、レンズ4を透過することにより平行化され、アナモルフィックプリズムペア13を透過することにより断面が円形になるように整形される。
The
なお、出射光L0の一部は、アナモルフィックプリズムペア13を透過せずに反射される。アナモルフィックプリズムペア13により反射された出射光L0は、受光部3により受光され、受光量を示す受光信号が制御基板160(図1)に出力される。受光部3により出力される受光信号に基づいて、出射光L0の光量が制御基板160により計測される。計測された出射光L0の光量が異常値を示すときは、制御基板160により投光部1の動作が停止される。このように、測定に利用されない出射光を用いて、出射光の光量を管理することができる。
A part of the emitted light L0 is reflected without passing through the
ミラー9の反射率は、波長選択性を有する。具体的には、ミラー9は、出射光L0の波長領域においては高い反射率(好ましくは100%)を有し、後述するガイド光Gの波長領域においては100%よりも低い反射率を有する。アナモルフィックプリズムペア13を透過した出射光L0は、ミラー9により反射された後、レンズ5を透過することにより集光されつつビームスプリッタ12に入射する。
The reflectivity of the
出射光L0の一部はビームスプリッタ12により反射され、出射光L0の残りの一部はビームスプリッタ12を透過する。ビームスプリッタ12により反射された出射光L0およびビームスプリッタ12を透過した出射光L0をそれぞれ測定光L1および参照光L2と呼ぶ。
A part of the emitted light L0 is reflected by the
レンズ6は対物レンズである。測定光L1は、レンズ6を透過することにより平行化される。このときの測定光L1のスポット径は比較的大きく、例えば4mmまたは10mmである。その後、測定光L1は、可動部141の振動方向と略同一の方向に進行し、測定対象物Sの比較的大きい円形の領域に照射される。測定対象物Sにより反射された測定光L1の一部は、レンズ6を透過することにより集光されつつビームスプリッタ12に入射する。
The lens 6 is an objective lens. The measurement light L1 is collimated by passing through the lens 6. At this time, the spot diameter of the measurement light L1 is relatively large, for example, 4 mm or 10 mm. Thereafter, the measurement light L1 travels in substantially the same direction as the vibration direction of the
ミラー10は、いわゆる参照ミラーである。参照光L2は、レンズ7を透過することにより平行化され、ミラー10に照射される。ミラー10により反射された参照光L2は、レンズ7を透過することにより集光されつつビームスプリッタ12に入射する。ビームスプリッタ12に入射した測定光L1と参照光L2とは干渉し、干渉光L3として受光部2に導かれる。受光部2の動作については後述する。
The
位置検出部14は、読取部14a,14b、スケール14cおよびマグネット14dを含む。読取部14a,14bは可動部141に取り付けられ、スケール14cおよびマグネット14dは支持部125に取り付けられる。スケール14cは、複数の目盛りを有し、一方向に延びるガラスにより形成される。読取部14aは、スケール14cの一部と対向するように配置される。読取部14aは、投光素子と受光素子とを含み、対向するスケール14cの部分の目盛りを光学的に読み取ることにより、支持部125に対する可動部141の相対的な位置を検出する。
The
読取部14bは、ホール素子であり、マグネット14dによる磁気を検出するように配置される。本実施の形態においては、読取部14bが最大の磁気を検出するときに読取部14aが読み取るスケール14cの部分を原点とする。スケール14cの原点は、測定ヘッド100の起動時に、またはその他の時点に適宜更新されてもよい。読取部14a,14bの検出結果により、可動部141の絶対的な位置を特定することが可能になる。
The reading unit 14b is a Hall element and is arranged to detect magnetism by the magnet 14d. In the present embodiment, the origin of the portion of the
本実施の形態において、読取部14a,14bが可動部141に取り付けられ、スケール14cおよびマグネット14dが支持部125に取り付けられるが、本発明はこれに限定されない。読取部14a,14bが支持部125に取り付けられ、スケール14cおよびマグネット14dが可動部141に取り付けられてもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態において、読取部14aは可動部141の位置を光学的に検出するが、本発明はこれに限定されない。読取部14aは、可動部141の位置を例えば機械的、電気的または磁気的な他の方式により検出してもよい。さらに、読取部14aが可動部141の絶対的な位置を検出可能である場合、または可動部141の絶対的な位置を検出する必要がない場合には、位置検出部14は読取部14bおよびマグネット14dを含まなくてもよい。
In the present embodiment, the
ガイド光源15は、可視領域(本例では赤色領域)の波長を有するレーザ光を出射するレーザ光源である。ガイド光源15により出射されるレーザ光をガイド光Gと呼ぶ。図2においては、ガイド光Gが一点鎖線で図示される。上述したように、ガイド光Gの波長領域においてはミラー9の反射率は100%よりも低いので、ガイド光Gの一部はミラー9を透過し、ガイド光Gの残りの一部はミラー9により反射される。ミラー9を透過したガイド光Gおよびミラー9により反射されたガイド光Gをそれぞれ第1のガイド光G1および第2のガイド光G2と呼ぶ。
The guide
第1のガイド光G1は、レンズ5を透過することにより集光され、ビームスプリッタ12に反射されることにより、測定光L1と重ねられる。これにより、第1のガイド光G1は、可動部141の振動方向と略同一の方向に進行し、レンズ6を透過することにより平行化された後、測定対象物Sに照射される。
The first guide light G1 is collected by passing through the
第2のガイド光G2は、支持部125に取り付けられたミラー11により反射されることにより、第1のガイド光G1と交差する方向に進行する。可動部141が振動方向における所定の位置(例えばスケール14cの原点付近)にあるときに、第1のガイド光G1と第2のガイド光G2とが受光部2の焦点の位置で交差するようにミラー11が配置される。
The second guide light G2 travels in a direction crossing the first guide light G1 by being reflected by the mirror 11 attached to the
このように、ミラー9、ミラー11、ビームスプリッタ12およびガイド光源15によりガイド部16が構成される。この構成によれば、使用者は、第1のガイド光G1と第2のガイド光G2とが交差する位置に測定対象物Sの表面を配置することにより、測定対象物Sの表面を受光部2の焦点に容易に位置させることができる。
Thus, the
本実施の形態においては、ガイド光源15によるガイド光Gの出射は、後述する図3の非測定期間t2に行われ、測定期間t1には行われない。そのため、ガイド光Gにより測定対象物Sの測定に影響が与えられることが防止される。一方で、受光部2がガイド光Gの波長帯域の光を検出しないよう構成される場合など、ガイド光Gが測定対象物Sの測定に影響しない場合には、ガイド光源15は、測定期間t1にもガイド光Gを出射するように制御されてもよい。
In the present embodiment, the guide light G is emitted by the guide
本実施の形態においては、ガイド部16は受光部2の焦点で第1および第2のガイド光G1,G2が交差するように配置されるが、本発明はこれに限定されない。ガイド部16は、測定対象物Sの表面が受光部2の焦点の位置にあるときに、測定対象物Sの表面に投影される第1のガイド光G1のパターンと第2のガイド光G2のパターンとが特定の位置関係を有するように配置されてもよい。
In the present embodiment, the
(3)測定部の動作
可動部141は、駆動部150によりサンプリング信号に同期して、支持部125に対して周期的に一方向に平行に振動する。サンプリング信号は、処理装置200(図1)の内部で発生されてもよいし、処理装置200の外部から可動部141に与えられてもよい。図3は、可動部141の振動を示す図である。図3の横軸は時間を示し、可動部141の位置を示す。
(3) Operation of Measurement Unit The
図3に示すように、本実施の形態においては、可動部141の位置は、正弦曲線状に変化する。ここで、可動部141の位置が変化する期間のうち、一部の期間に測定対象物Sの測定が行われ、他の期間には測定対象物Sの測定が行われない。測定対象物Sの測定が行われる期間を測定期間t1と呼び、測定が行われない期間を非測定期間t2と呼ぶ。本実施の形態においては、図3の正弦曲線のうち略直線的に変化する部分に対応する期間が測定期間t1として割り当てられ、正弦曲線の変曲部分の付近に対応する期間が非測定期間t2として割り当てられる。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the position of the
制御基板160(図1)は、サンプリング信号に基づいて受光部2の受光タイミングを制御する。受光部2は、複数の画素が縦方向および横方向に配列された二次元のエリアセンサを含む。本実施の形態においては、エリアセンサの縦方向の画素数および横方向の画素数はそれぞれ300個であり、画素数の合計は90000個である。これにより、比較的大きいスポット径の干渉光L3を受光することができる。受光部2は、制御基板160による制御に基づいて、測定期間t1に各画素について可動部141の位置ごとに受光量を検出する。一方、受光部2は、非測定期間t2には受光量を検出しない。
The control board 160 (FIG. 1) controls the light reception timing of the
図4(a),(b)は、任意の画素について受光部2により取得されるべき受光量分布を示す図である。図4(a),(b)の横軸は測定光L1の光路長と参照光L2の光路長との差を示し、縦軸は検出される受光量を示す。以下、測定光L1の光路長と参照光L2の光路長との差を光路長差と呼ぶ。可動部141の位置が変化すると、参照光L2の光路長は変化しないが、測定光L1の光路長が変化するため、光路長差が変化する。
4A and 4B are diagrams showing the received light amount distribution to be acquired by the
仮に、出射光L0のコヒーレンス性が高く、出射光L0が単一のピーク波長λを有する場合には、測定光L1および参照光L2は、光路長差がn×λとなるときに互いに強め合い、光路長差が(n+1/2)×λとなるときに互いに弱め合う。ここで、nは任意の整数である。そのため、図4(a)に示すように、受光量は、光路長差がピーク波長の半分だけ変化するごとに最大値と最小値との間で変動することとなる。 If the output light L0 has high coherence and the output light L0 has a single peak wavelength λ, the measurement light L1 and the reference light L2 reinforce each other when the optical path length difference is n × λ. When the optical path length difference is (n + 1/2) × λ, they weaken each other. Here, n is an arbitrary integer. For this reason, as shown in FIG. 4A, the amount of received light varies between the maximum value and the minimum value every time the optical path length difference changes by half the peak wavelength.
これに対し、出射光L0が複数のピーク波長を有する場合には、測定光L1および参照光L2が互いに強め合うときおよび互いに弱め合うときの光路長差は、ピーク波長ごとに異なる。そのため、ピーク波長ごとに異なる図4(a)と同様の受光量分布が足し合わされた受光量分布が取得される。具体的には、図4(b)に実線で示すように、小さい光路長差の範囲において、受光量分布に複数のピークが現れる。光路長差が0のときのピークの受光量が最大となり、光路長差が大きくなるほどピークの受光量は小さくなる。また、ピークが現れる光路長差の範囲は、出射光L0のコヒーレンス性が高いほど広い。 On the other hand, when the outgoing light L0 has a plurality of peak wavelengths, the optical path length difference when the measurement light L1 and the reference light L2 strengthen each other and weaken each other differs for each peak wavelength. Therefore, a received light amount distribution obtained by adding the same received light amount distribution as in FIG. 4A, which differs for each peak wavelength, is acquired. Specifically, as shown by a solid line in FIG. 4B, a plurality of peaks appear in the received light amount distribution in the range of a small optical path length difference. The peak received light amount when the optical path length difference is 0 is maximized, and the peak received light amount decreases as the optical path length difference increases. The range of the optical path length difference where the peak appears is wider as the coherence of the emitted light L0 is higher.
本実施の形態においては、受光部2は、図4(b)に点線で示すように、受光量分布の包絡線を特定し、特定された包絡線を示すデータを測定データとして制御基板160に与える。制御基板160は、取得した測定データにより示される包絡線に基づいて光路長差が0になる時点および最大受光量Imを特定する。ここで、出射光L0のコヒーレンス性はLEDにより出射される光のコヒーレンス性よりも高いため、LEDを使用した場合よりも広い光路長差の範囲においてピークが現れる。したがって、受光量の検出の頻度を低減させても、光路長差が0になる時点および最大受光量Imを正確に特定することができる。これにより、測定を高速化することができる。
In the present embodiment, the
また、制御基板160は、位置検出部14(図2)の検出結果に基づいて、受光部2により特定された時点における可動部141の位置を特定する。さらに、制御基板160は、特定された可動部141の位置および取得された最大受光量Imに基づいて画素データを生成する。可動部141の位置に基づいて生成される画素データを高さデータと呼び、最大受光量Imに基づいて生成される画素データを輝度データと呼ぶ。
Further, the
なお、取得された最大受光量を有効とするか否かのしきい値(以下、受光量しきい値と呼ぶ。)が設定されてもよい。種々の要因により、測定対象物Sからの反射光ではなく、ノイズによって最大受光量が生じる可能性がある。ノイズによる最大受光量は、比較的小さいことが多い。そこで、取得された最大受光量が受光量しきい値より小さい場合には、ノイズによる最大受光量であると判定され、高さデータが生成されない。これにより、信頼性が低い高さデータの生成が抑制される。また、使用者が受光量しきい値を任意に調整可能であってもよい。 Note that a threshold value (hereinafter referred to as a received light amount threshold value) for determining whether or not the acquired maximum received light amount is valid may be set. Due to various factors, there is a possibility that the maximum amount of received light is caused by noise rather than the reflected light from the measuring object S. The maximum amount of light received due to noise is often relatively small. Therefore, when the acquired maximum received light amount is smaller than the received light amount threshold value, it is determined that it is the maximum received light amount due to noise, and height data is not generated. Thereby, generation of height data with low reliability is suppressed. Further, the user may be able to arbitrarily adjust the received light amount threshold value.
制御基板160は、複数の画素データに基づいて画像データを生成する。高さデータに基づいて生成される画像データを高さ画像データと呼び、輝度データに基づいて生成される画像データを輝度画像データと呼ぶ。高さ画像データは測定対象物Sの表面の各部の形状(高さ)を示し、輝度画像データは測定対象物Sの表面の各部の輝度を表す。制御基板160は、生成された高さ画像データおよび輝度画像データを処理装置200(図1)に与える。
The
図1の表示部240は、高さ画像データに基づいて高さ画像を表示し、輝度画像データに基づいて輝度画像を表示する。高さ画像は、例えば、測定対象物Sの表面の各部の高さの違いを色の違いで表す。輝度画像は、例えば、測定対象物Sの表面の輝度の違いを色の違いで表す。また、高さ画像データおよび輝度画像データに基づいて、高さ画像の成分と輝度画像の成分とを含むブレンド画像が表示されてもよい。
The
図5は、図1の表示部240に表示される画面の一例を示す図である。図5の画面は、画像表示部240a、計測値表示部240bを含む。画像表示部240aに、高さ画像、輝度画像またはブレンド画像が表示される。計測値表示部240bには、高さ画像データに基づいて算出される計測値等が表示される。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a screen displayed on the
(4)計測例
本例では、測定対象物Sに対応する基準対象物の高さ画像データおよび輝度画像データが予め取得され、図1の記憶部220に記憶される。基準対象物は、測定対象物Sと同じ設計であり、設計値に対して測定対象物Sよりも高い寸法精度を有することが好ましい。
(4) Measurement Example In this example, height image data and luminance image data of a reference object corresponding to the measurement object S are acquired in advance and stored in the
以下、基準対象物の高さ画像データおよび輝度画像データを総称して基準画像データと呼び、基準画像データにより表される高さ画像、輝度画像およびブレンド画像を総称して基準画像と呼ぶ。また、測定対象物Sの高さ画像データおよび輝度画像データを総称して計測画像データと呼び、計測画像データにより表される高さ画像、輝度画像およびブレンド画像を総称して計測画像と呼ぶ。さらに、以下の説明において、測定とは、高さ画像データおよび輝度画像データを取得することを意味し、計測とは、寸法等の計測値を取得することを意味する。 Hereinafter, the height image data and the luminance image data of the reference object are collectively referred to as reference image data, and the height image, the luminance image, and the blend image represented by the reference image data are collectively referred to as a reference image. The height image data and luminance image data of the measuring object S are collectively referred to as measurement image data, and the height image, luminance image, and blend image represented by the measurement image data are collectively referred to as measurement images. Further, in the following description, measurement means obtaining height image data and luminance image data, and measurement means obtaining measurement values such as dimensions.
基準画像データを用いて各種の設定が行われ、その設定内容が計測設定情報として図1の記憶部220に記憶される。記憶された計測設定情報に基づいて、計測画像データに対する計測処理が行われる。
Various settings are performed using the reference image data, and the settings are stored in the
基準画像データに対して行われる設定として、サーチ条件の設定、および計測条件の設定がある。サーチ条件は、計測画像データに対してパターンサーチを行うための条件である。パターンサーチは、指定されたパターンを検出する処理である。図6は、サーチ条件の設定について説明するための図である。図6(a)には、画像表示部240aに表示される基準画像の例が示される。図6(a)の基準画像MIは、基準対象物Saを含む。
As settings for the reference image data, there are a search condition setting and a measurement condition setting. The search condition is a condition for performing a pattern search on the measurement image data. The pattern search is a process for detecting a designated pattern. FIG. 6 is a diagram for explaining setting of search conditions. FIG. 6A shows an example of a reference image displayed on the
図6(b)に示すように、画像表示部240aに表示される基準画像MIにおいて、指定枠C1,C2を用いて、パターン領域T1およびサーチ領域T2が設定される。本例では矩形状の指定枠C1,C2が用いられるが、指定枠C1,C2の形状は三角形または円形等の他の形状であってもよい。また、座標入力等の他の方法によりパターン領域T1およびサーチ領域T2が設定されてもよい。
As shown in FIG. 6B, in the reference image MI displayed on the
使用者は、図1の操作部230を操作して、指定枠C1,C2の位置、向きおよび大きさを調整することができる。指定枠C1により囲まれた領域がパターン領域T1に設定され、指定枠C2により囲まれた領域がサーチ領域T2に設定される。基準画像データに基づいて、パターン領域T1における高さ情報および輝度情報を含むパターン情報が取得される。高さ情報は、高さデータの集合であり、輝度情報は、輝度データの集合である。取得されたパターン情報は、計測設定情報として記憶部220に記憶される。また、基準画像MIにおけるパターン領域T1の相対位置、およびサーチ領域T2の相対位置が、計測設定情報として記憶部220に記憶される。
The user can adjust the position, orientation, and size of the designation frames C1, C2 by operating the
図7は、計測条件の設定例について説明するための図である。図7の例では、基準画像MIに対して、矩形の指定枠C3を用いて、基準対象領域T3が設定される。基準対象領域T3は、計測の対象となる領域である。使用者は、図1の操作部230を操作して、指定枠C3の位置、向きおよび大きさを調整することができる。指定枠C3により囲まれた領域が基準対象領域T3に設定される。指定枠C3が矩形以外の他の形状を有してもよく、座標入力等の他の方法により基準対象領域T3が設定されてもよい。基準画像における基準対象領域T3の相対位置が、計測設定情報として記憶部220に記憶される。
FIG. 7 is a diagram for explaining an example of setting measurement conditions. In the example of FIG. 7, the reference target region T3 is set for the reference image MI using a rectangular designation frame C3. The reference target region T3 is a region to be measured. The user can adjust the position, orientation, and size of the designated frame C3 by operating the
次に、図6および図7のようにサーチ条件および計測条件が設定された場合の計測画像データに対する計測処理について説明する。図8および図9は、計測画像データに対する計測処理について説明するための図である。図8(a)には、画像表示部240aに表示される計測画像の例が示される。図8(a)の計測画像DIは、基準対象物Saに対応する測定対象物Sを含む。
Next, a measurement process for measurement image data when search conditions and measurement conditions are set as shown in FIGS. 6 and 7 will be described. 8 and 9 are diagrams for explaining measurement processing for measurement image data. FIG. 8A shows an example of a measurement image displayed on the
まず、計測設定情報として記憶されるパターン情報に基づいて、計測画像データに対してパターンサーチが行われる。図8(b)の例では、計測画像DIから基準画像MIのパターン領域T1(図6(b))との一致度が最も高い領域が特徴領域T1Aとして検出される。なお、本例では、設定されたサーチ領域T2(図6(b))の位置に基づいて、計測画像DIのサーチ領域T2Aが特定される。計測画像DIにおけるサーチ領域T2Aの相対位置は、基準画像MIにおけるサーチ領域T2の相対位置と同じである。特徴領域T1Aの検出は、設定されたサーチ領域T2A内で行われる。このように、予め検出の対象となる領域が制限されることにより、パターンサーチに要する時間を短くすることができる。なお、時間の短縮が必要でない場合、あるいは検出すべき領域を特定することが難しい場合には、基準画像MIにサーチ領域T2が設定されることなく、計測画像DIの全体に対してパターンサーチが行われてもよい。 First, a pattern search is performed on measurement image data based on pattern information stored as measurement setting information. In the example of FIG. 8B, the region having the highest degree of coincidence with the pattern region T1 (FIG. 6B) of the reference image MI from the measurement image DI is detected as the feature region T1A. In this example, the search area T2A of the measurement image DI is specified based on the position of the set search area T2 (FIG. 6B). The relative position of the search area T2A in the measurement image DI is the same as the relative position of the search area T2 in the reference image MI. The feature area T1A is detected in the set search area T2A. In this way, the time required for the pattern search can be shortened by limiting the area to be detected in advance. When it is not necessary to shorten the time or when it is difficult to specify the area to be detected, the pattern search is performed on the entire measurement image DI without setting the search area T2 in the reference image MI. It may be done.
次に、図9に示すように、計測画像DIにおいて、図7の基準対象領域T3に対応する計測対象領域T3Aが特定される。この場合、計測画像DIにおける特徴領域T1Aと計測対象領域T3Aとの相対的な位置関係が、基準画像MIにおけるパターン領域T1と基準対象領域T3との位置関係と等しくなるように、計測対象領域T3Aが設定される。 Next, as shown in FIG. 9, in the measurement image DI, a measurement target region T3A corresponding to the reference target region T3 in FIG. 7 is specified. In this case, the measurement target region T3A is set so that the relative positional relationship between the feature region T1A and the measurement target region T3A in the measurement image DI is equal to the positional relationship between the pattern region T1 and the reference target region T3 in the reference image MI. Is set.
続いて、計測画像DIの高さ画像データに基づいて、計測対象領域T3Aに対応する測定対象物Sの表面の部分の高さに関する計測値が算出される。計測値は、例えば、最大高さ、最小高さ、平均高さ、または最大高さと最小高さとの差(以下、ピーク間高さと呼ぶ。)等を含む。また、これらの計測値が、計測値表示部240b(図5)に表示されてもよい。
Subsequently, based on the height image data of the measurement image DI, a measurement value related to the height of the surface portion of the measurement object S corresponding to the measurement object region T3A is calculated. The measurement value includes, for example, a maximum height, a minimum height, an average height, or a difference between the maximum height and the minimum height (hereinafter referred to as a peak-to-peak height). Moreover, these measured values may be displayed on the measured
また、測定対象物Sの計測値が予め定められた許容範囲内にあるか否かの判定(以下、公差判定と呼ぶ。)が行われてもよい。例えば、基準対象物Saの計測値を基準に、許容範囲の上限値および下限値が定められる。判定結果は、例えば図7の計測値表示部240bに表示されるとともに、図1の通信部250を通して、PLC(プログラマブルロジックコントローラ)等の外部装置に出力される。
Further, it may be determined whether or not the measurement value of the measuring object S is within a predetermined allowable range (hereinafter referred to as tolerance determination). For example, the upper limit value and the lower limit value of the allowable range are determined based on the measurement value of the reference object Sa. The determination result is displayed on, for example, the measurement
(5)迷光
図2の受光部2の複数の画素には、測定対象物Sの表面の複数の領域がそれぞれ対応する。各画素には、対応する領域で反射された測定光L1が干渉光として入射する。以下、迷光とは、各画素に対応する光のうちその画素に対応する領域以外の領域で反射された光をいう。上記のように、各画素の受光量の変化に基づいて、光路長差が0になる時点が特定され、その時点での支持部125に対する可動部141の相対位置に基づいて、対応する領域の高さデータが生成される。
(5) Stray light The plurality of pixels of the
測定対象物Sの表面の形状および反射率によっては、1または複数の画素に、対応する領域とは異なる領域で反射された測定光L1が迷光として入射する。その迷光の強度が大きいと、光路長差が0になる時点が誤って特定されることがある。その場合、誤った高さデータが生成される。 Depending on the shape and reflectance of the surface of the measurement object S, the measurement light L1 reflected from one or more pixels in a region different from the corresponding region is incident as stray light. When the intensity of the stray light is large, the time point at which the optical path length difference becomes 0 may be erroneously specified. In that case, incorrect height data is generated.
図10は、迷光の例について説明するための模式図である。図10においては、レンズ6,8およびビームスプリッタ12が模式的に光学系OSとして示される。また、理解を容易にするため、図2の参照光L2は図示されない。
FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an example of stray light. In FIG. 10, the
図10の例において、測定対象物Sは、異なる高さの面P1,P2を有する。面P1は領域R1を含み、面P2は領域R2を含む。受光部2から見た場合、領域R1と領域R2とは互いに隣り合う。領域R1は、受光部2の画素E1と対応し、領域R2は、受光部2の画素E2と対応する。面P1,P2は異なる反射率を有し、面P2の反射率は面P1の反射率よりも高い。
In the example of FIG. 10, the measuring object S has surfaces P1 and P2 having different heights. The plane P1 includes a region R1, and the plane P2 includes a region R2. When viewed from the
領域R1で反射された測定光L11は、光学系OSを通して主として画素E1に入射し、領域Rで反射された測定光L12は、光学系OSを通して主として画素E2に入射する。さらに、図10において点線の矢印で示されるように、領域R2で反射された測定光L12の一部が、画素E1に入射する。 The measurement light L11 reflected by the region R1 is mainly incident on the pixel E1 through the optical system OS, and the measurement light L12 reflected by the region R is mainly incident on the pixel E2 through the optical system OS. Further, as indicated by a dotted arrow in FIG. 10, a part of the measurement light L12 reflected by the region R2 enters the pixel E1.
面P2の反射率は面P1の反射率よりも高いので、画素E1に入射する測定光L12の強度が、画素E1に入射する測定光L11の強度よりも高くなることがある。その場合、画素E1の受光量に、測定光L12の入射に起因するピークが含まれる。 Since the reflectance of the surface P2 is higher than the reflectance of the surface P1, the intensity of the measurement light L12 incident on the pixel E1 may be higher than the intensity of the measurement light L11 incident on the pixel E1. In this case, the peak due to the incidence of the measurement light L12 is included in the amount of light received by the pixel E1.
図11は、図10の例における画素E1の受光量を示す図である。図11において、横軸は、図2の支持部125に対する可動部141の相対位置を示し、縦軸は受光量を表す。図11の例では、相対位置PN1,PN2において、受光量の包絡線に2つのピークPK1,PK2が現れている。相対位置PN1は、図10の測定光L11と参照光との光路長差が0となる位置に相当し、相対位置PN2は、図10の測定光L12と参照光との光路長差が0となる位置に相当する。ピークPK2における最大受光Im2は、ピークPK1における最大受光量Im1よりも大きい。この場合、相対位置PN2に基づいて高さデータが生成される。すなわち、生成された高さデータは、画素E1に対応する領域R1の高さではなく、画素E2に対応する領域R2の高さを示す。
FIG. 11 is a diagram showing the amount of light received by the pixel E1 in the example of FIG. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the relative position of the
このように、図10の例では、面P2の領域R2で反射された測定光L12の一部が迷光として画素E1に入射した結果、誤った高さデータが生成される。本実施の形態では、受光部2の複数の画素が2次元に配列されているため、各画素に、対応する領域と異なる領域で反射された測定光L1が迷光として入射しやすい。そのため、高さデータの誤りが生じやすい。
As described above, in the example of FIG. 10, a part of the measurement light L12 reflected by the region R2 of the surface P2 is incident on the pixel E1 as stray light, and as a result, erroneous height data is generated. In the present embodiment, since the plurality of pixels of the
なお、上記の受光量しきい値を大きくすることにより、迷光による誤った高さ画像データの生成が抑制される。しかしながら、最大受光量が受光量しきい値より小さいと、その最大受光量が無条件で無効とされる。そのため、測定対象物Sの表面の反射率が低いと、測定対象物の実際の高さを示す高さデータも得られない可能性が高まる。 Note that, by increasing the above-described threshold value of received light amount, generation of erroneous height image data due to stray light is suppressed. However, if the maximum received light amount is smaller than the received light amount threshold value, the maximum received light amount is invalidated unconditionally. Therefore, if the reflectance of the surface of the measuring object S is low, there is a high possibility that height data indicating the actual height of the measuring object cannot be obtained.
(6)迷光判定
本実施の形態では、受光部2の各画素に対して、生成された高さデータが迷光に基づいて生成されたか否かを判定する迷光判定が行われる。図12は、迷光判定について説明するための模式図である。図12には、2次元に配列された複数の画素が示される。
(6) Stray Light Determination In the present embodiment, stray light determination is performed for each pixel of the
図12の例において、判定対象の画素(以下、対象画素と呼ぶ。)は、ハッチングが付された画素EAである。この場合、対象画素EAの最大受光量および対象画素EAに対応する高さデータが取得される。また、対象画素EAの周辺に位置する複数の画素(以下、周辺画素と呼ぶ。)が特定される。本例では、対象画素EAを取り囲む8個の周辺画素EB、およびその8個の周辺画素EBを取り囲む16個の周辺画素ECが特定される。特定された周辺画素EB,ECの各々の最大受光量および周辺画素EB,ECに対応する高さデータが取得される。以下、対象画素に対応する測定対象物Sの領域を対象領域と呼び、周辺画素に対応する測定対象物Sの領域を周辺領域と呼ぶ。 In the example of FIG. 12, a pixel to be determined (hereinafter referred to as a target pixel) is a hatched pixel EA. In this case, the maximum received light amount of the target pixel EA and the height data corresponding to the target pixel EA are acquired. Also, a plurality of pixels (hereinafter referred to as peripheral pixels) located around the target pixel EA are specified. In this example, eight peripheral pixels EB surrounding the target pixel EA and 16 peripheral pixels EC surrounding the eight peripheral pixels EB are specified. The maximum received light amount of each of the specified peripheral pixels EB and EC and the height data corresponding to the peripheral pixels EB and EC are acquired. Hereinafter, the region of the measurement target S corresponding to the target pixel is referred to as a target region, and the region of the measurement target S corresponding to the peripheral pixel is referred to as a peripheral region.
図10の例のように、対象画素に、周辺領域で反射された測定光L1が迷光として入射する場合、その周辺領域で反射された測定L1は主として周辺画素に入射する。そのため、対象画素に対応する高さデータが誤って生成されている場合、対象画素と周辺画素との関係性に一定の傾向が生じる。そこで、本例では、対象画素EAの最大受光量、対象画素EAに対応する高さデータ、周辺画素EB,ECの最大受光量、および周辺画素EB,ECに対応する高さデータに基づいて、対象画素EAに対応する高さデータが迷光に基づいて生成されたか否かが判定される。 As in the example of FIG. 10, when the measurement light L1 reflected from the peripheral region is incident on the target pixel as stray light, the measurement L1 reflected from the peripheral region is mainly incident on the peripheral pixel. For this reason, when the height data corresponding to the target pixel is erroneously generated, a certain tendency occurs in the relationship between the target pixel and the peripheral pixels. Therefore, in this example, based on the maximum received light amount of the target pixel EA, the height data corresponding to the target pixel EA, the maximum received light amount of the peripheral pixels EB and EC, and the height data corresponding to the peripheral pixels EB and EC, It is determined whether or not the height data corresponding to the target pixel EA has been generated based on stray light.
また、図10の例のように、迷光に基づいて生成された高さデータは、周辺領域の高さを示す可能性が高い。そのため、対象画素に対応する高さデータが迷光に基づいて生成されている場合、対象画素に対応する高さデータが周辺画素に対応する高さデータと一致するまたは近似する可能性が高い。 Further, as in the example of FIG. 10, the height data generated based on stray light is likely to indicate the height of the surrounding area. Therefore, when the height data corresponding to the target pixel is generated based on stray light, it is highly likely that the height data corresponding to the target pixel matches or approximates the height data corresponding to the surrounding pixels.
また、周辺領域の反射率が高いと、周辺領域で反射された測定光L1が対象画素に迷光として入射する可能性が高い。そのため、対象画素に対応する高さデータが迷光に基づいて生成されている場合、周辺画素の最大受光量が大きい可能性が高い。 Further, when the reflectance of the peripheral region is high, there is a high possibility that the measurement light L1 reflected by the peripheral region enters the target pixel as stray light. Therefore, when the height data corresponding to the target pixel is generated based on stray light, there is a high possibility that the maximum received light amount of the peripheral pixels is large.
このように、対象画素に対応する高さデータと周辺画素に対応する高さデータとの一致度、ならびに周辺画素の最大受光量には、一定の傾向がある。そこで、対象画素に対応する高さデータと周辺画素に対応する高さデータとの一致度と、周辺画素の最大受光量との関係に基づいて、対象画素に対応する高さデータが迷光に基づいて生成されたか否かが判定されることが好ましい。 As described above, there is a certain tendency in the degree of coincidence between the height data corresponding to the target pixel and the height data corresponding to the peripheral pixels, and the maximum amount of light received by the peripheral pixels. Therefore, the height data corresponding to the target pixel is based on stray light based on the relationship between the degree of coincidence between the height data corresponding to the target pixel and the height data corresponding to the peripheral pixel and the maximum received light amount of the peripheral pixel. It is preferable to determine whether or not it has been generated.
例えば、対象画素に対応する高さデータと周辺画素に対応する高さデータとの一致度、および周辺画素の最大受光量を含む判定式が予め設定され、判定式により得られた値に基づいて、対象画素に対応する高さデータが迷光に基づいて生成されたか否かが判定される。判定式は、特定の式に限定されず、上記の傾向を考慮して任意に設定することが可能である。また、上記の傾向に基づいて、迷光判定を行うためのアルゴリズム等が別途用いられてもよい。 For example, a determination formula including the degree of coincidence between the height data corresponding to the target pixel and the height data corresponding to the peripheral pixels and the maximum received light amount of the peripheral pixels is set in advance, and based on the value obtained by the determination formula Then, it is determined whether or not the height data corresponding to the target pixel is generated based on the stray light. The determination formula is not limited to a specific formula, and can be arbitrarily set in consideration of the above tendency. Further, an algorithm or the like for performing stray light determination may be separately used based on the above tendency.
迷光判定の結果に基づいて、高さ画像データが補正される。具体的には、迷光に基づいて生成されたと判定された高さデータ(以下、誤生成高さデータと呼ぶ。)が、無効データに変換される。高さ画像では、無効データに対応する箇所が例えばブランクとして表される。また、計測処理においては、無効データに対応する箇所の計測値を取得することはできない。これにより、誤生成高さデータに基づいて誤った計測値が算出されることが防止される。 The height image data is corrected based on the result of the stray light determination. Specifically, height data determined to be generated based on stray light (hereinafter referred to as erroneously generated height data) is converted into invalid data. In the height image, a portion corresponding to invalid data is represented as a blank, for example. Further, in the measurement process, it is not possible to acquire a measurement value at a location corresponding to invalid data. This prevents an erroneous measurement value from being calculated based on the erroneously generated height data.
誤生成高さデータは、無効データに変換される代わりに、予め定められた最小値または最大値を示す高さデータに変換されてもよい。この場合、使用者は、該当の箇所の高さデータが適正に生成されていないことを確実に認識することができる。また、図11の例のように、受光量の包絡線が複数のピークを含む場合には、2番目以下の受光量を示すピークに基づいて、高さデータが再度生成されてもよい。 The erroneously generated height data may be converted into height data indicating a predetermined minimum value or maximum value instead of being converted into invalid data. In this case, the user can surely recognize that the height data of the corresponding part is not properly generated. Further, as in the example of FIG. 11, when the envelope of the light reception amount includes a plurality of peaks, the height data may be generated again based on the peak indicating the second or less light reception amount.
(7)フィルタレベル
使用者は、迷光判定の基準を示すフィルタレベルを調整することができる。図13は、図1の表示部240に表示されるフィルタレベル調整画面の例を示す図である。図13のフィルタレベル調整画面SGは、操作子OEを含む。使用者は、図1の操作部230を操作して操作子OEを左右に移動させることにより、フィルタレベルの高低を調整することができる。調整されたフィルタレベルは図11の記憶部220に記憶される。記憶されたフィルタレベルに基づいて、上記の迷光判定が行われる。フィルタレベルが高く調整されると、高さデータが迷光に基づいて生成されたと判定される割合が比較的多くなる。一方、フィルタレベルが低く調整されると、高さデータが迷光に基づいて生成されたと判定される割合が比較的少なくなる。
(7) Filter level The user can adjust the filter level indicating the criteria for stray light determination. FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a filter level adjustment screen displayed on the
使用者は、測定対象物Sの表面の形状および反射率に応じてフィルタレベルを調整する。これにより、適切に迷光判定が行われ、高さ画像データから誤生成高さデータが適切に検出される。 The user adjusts the filter level according to the shape of the surface of the measuring object S and the reflectance. Thereby, stray light determination is appropriately performed, and erroneously generated height data is appropriately detected from the height image data.
(8)機能的構成
図14は、制御基板160および制御部210により実現される機能を示す機能ブロック図である。図14に示すように、制御基板160は、距離画像生成部21および判定部22を含む。距離画像生成部21は、受光部2により受光された測定光に基づいて、受光部2の画素毎に対応する領域の距離情報を生成し、複数の画素に対応する距離情報を含む距離画像データを生成する。具体的には、距離画像生成部21は、位置検出部14により検出された支持部125に対する可動部141の相対位置と受光部2の受光量とに基づいて、各画素に対応する距離情報を生成する。距離情報は、形状測定装置300の所定の位置(例えば、受光位置)と測定対象物Sの表面との間の距離を示す。本例においては、高さデータが距離情報に相当し、高さ画像データが距離画像データに相当する。
(8) Functional Configuration FIG. 14 is a functional block diagram showing functions realized by the
判定部22は、受光部2の各画素について迷光判定を行う。具体的には、判定部22は、対象画素の最大受光量、対象画素に対応する高さデータ、周辺画素の最大受光量、周辺画素に対応する高さ情報に基づいて、対象画素に対応する高さデータが迷光に基づいて算出されたか否かを判定する。
The
制御部210は、判定基準受付部23および算出部24を含む。判定基準受付部23は、判定基準の調整を受け付ける。本例においては、フィルタレベルが判定基準に相当する。算出部24は、判定部22により迷光に基づいて生成されていないと判定された高さデータに基づいて、測定対象物Sの形状に関する計測値を算出する。一方、算出部24は、判定部22により迷光に基づいて生成されたと判定された高さデータに基づいて、計測値を算出しない。
The
これらの機能部は、CPUがROM等に記憶されたプログラムを実行することにより実現されてもよく、電子回路等のハードウエアにより実現されてもよい。 These functional units may be realized by the CPU executing a program stored in the ROM or the like, or may be realized by hardware such as an electronic circuit.
図15は、制御基板160のCPU160aの動作の一例を示すフローチャートである。図15の例では、高さ画像データが生成された後、その高さ画像データに基づいて、各画素の迷光判定が行われる。図15に示すように、CPU160aは、位置検出部14により検出された相対位置および受光部2の受光量に基づいて、各画素に対応する高さデータを生成し、高さ画像データを生成する(ステップS1)。次に、CPU160aは、記憶部220に記憶されたフィルタレベルを取得する(ステップS2)。次に、CPU160aは、受光部2の複数の画素のうち、対象画素を選択する(ステップS3)。次に、CPU160aは、対象画素の最大受光量を取得する(ステップS4)。次に、CPU160aは、ステップS1で生成された高さ画像データから、対象画素に対応する高さデータを取得する(ステップS5)。
FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of the operation of the
次に、CPU160aは、複数の周辺画素のうち一の周辺画素を特定する(ステップS6)。次に、CPU160aは、特定された周辺画素の最大受光量を取得する(ステップS7)。次に、CPU160aは、ステップS1で生成された高さ画像データから、特定された周辺画素に対応する高さデータを取得する(ステップS8)。次に、CPU160aは、全ての周辺画素について最大受光量および高さデータを取得したか否かを判定する。全ての周辺画素について取得していない場合、CPU160aは、ステップS6に戻り、他の周辺画素について最大受光量および高さデータを取得する。
Next, the
全ての周辺画素について最大受光量および高さデータを取得した場合、CPU160aは、ステップS3で選択した対象画素について、迷光判定を行う(ステップS10)。具体的には、対象画素に対応する高さデータが迷光に基づいて生成されたか否かが判定される。続いて、CPU160aは、全ての画素について迷光判定が完了したか否かを判定する。全ての画素について完了していない場合、CPU160aは、ステップS3に戻り、他の画素について、同様の処理を行う。全ての画素について迷光判定が完了すると、CPU160aは、処理を終了する。
When the maximum received light amount and height data are acquired for all the peripheral pixels, the
(9)本実施の形態の効果
本実施の形態に係る形状測定装置300においては、位置検出部14により検出された支持部125に対する可動部141の相対位置と受光部2の各画素の受光量とに基づいて、受光部2の各画素に対応する測定対象物Sの領域の高さデータが求められる。この場合、受光部2の複数の画素が二次元に配列されているので、広範囲の領域の高さデータを同時に取得することができる。したがって、測定対象物Sの高さ画像データを高速にかつ連続的に生成することができる。
(9) Effects of the present embodiment In the
また、受光部2の各画素について迷光判定が行われる。この場合、一の画素の受光量、一の画素に対応する距離情報、一の画素の周辺の1以上の画素の各々の受光量、および1以上の画素に対応する1以上の距離情報に基づいて、一の画素に対応する距離情報が迷光に基づいて生成されたか否かが判定される。このような判定が全ての画素について行われる。これにより、各画素に対応する高さデータの信頼性を判定することができる。したがって、高さ画像データの信頼性を高めることができる。
Further, stray light determination is performed for each pixel of the
(10)他の実施の形態
上記実施の形態では、距離情報として高さデータが生成されるが、他の寸法を示す距離情報が生成されてもよい。例えば、測定対象物Sに対する形状測定装置300の各構成要素の相対位置を変更することにより、他の方向における測定対象物の寸法を示す距離情報を生成することができる。また、高さ画像データの代わりに、複数の画素に対応する距離情報を含む距離画像データを生成することができる。
(10) Other Embodiments In the above embodiment, height data is generated as distance information, but distance information indicating other dimensions may be generated. For example, by changing the relative position of each component of the
上記実施の形態では、干渉法によって距離情報(高さデータ)が生成されるが、TOF(Time Of Flight)法等の他の方法により距離情報が生成されてもよい。 In the above embodiment, the distance information (height data) is generated by the interferometry, but the distance information may be generated by another method such as a TOF (Time Of Flight) method.
上記実施の形態では、測定光L1の光路長が変化し、参照光L2の光路長が変化しないように測定部130が構成されるが、本発明はこれに限定されない。参照光L2の光路長が変化し、測定光L1の光路長が変化しないように測定部130が構成されてもよい。この場合においては、参照光L2の進行方向に沿って、ミラー10がビームスプリッタ12に対して相対的に振動するように構成される。
In the above embodiment, the
(11)請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
(11) Correspondence between each component of claim and each part of embodiment The following describes an example of a correspondence between each component of the claim and each part of the embodiment. It is not limited.
上記実施の形態においては、測定対象物Sが測定対象物の例であり、形状測定装置300が形状測定装置の例であり、投光部1が投光部の例であり、受光部2が受光部の例であり、測定光L1が測定光の例であり、ビームスプリッタ12が光学系の例である。
In the above embodiment, the measuring object S is an example of the measuring object, the
また、距離画像生成部21が距離画像生成手段の例であり、判定部22が判定手段の例であり、判定基準受付部23が判定基準受付手段の例であり、算出部24が算出手段の例である。また、ミラー10が参照体の例であり、可動部141が可動部の例であり、支持部125が支持部の例であり、位置検出部14が位置検出部の例であり、参照光L2が参照光の例であり、干渉光L3が干渉光の例である。
The distance
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。 As each constituent element in the claims, various other elements having configurations or functions described in the claims can be used.
本発明は、測定対象物の形状の測定に有効に利用可能である。 The present invention can be effectively used for measuring the shape of a measurement object.
1 投光部
2,3 受光部
21 距離画像生成部
22 判定部
23 判定基準受付部
24 算出部
100 測定ヘッド
110 支持構造
120 筐体部
130 測定部
140 往復機構
150 駆動部
160 制御基板
160a CPU
170 通信部
200 処理装置
210 制御部
220 記憶部
230 操作部
240 表示部
250 通信部
300 形状測定装置
DESCRIPTION OF
170
Claims (5)
光を出射する投光部と、
二次元に配列された複数の画素を含む受光部と、
前記投光部により出射された光を測定光として測定対象物に導き、前記測定対象物で反射された測定光を前記受光部に導く光学系と、
前記受光部により受光された測定光に基づいて、画素毎に前記測定対象物の対応する領域の距離情報を生成し、生成した複数の画素に対応する距離情報を含む距離画像データを生成する距離画像生成手段と、
前記受光部の一の画素の受光量、前記一の画素に対応する距離情報、前記一の画素の周辺の1以上の画素の各々の受光量、および前記1以上の画素に対応する1以上の距離情報に基づいて、前記一の画素に対応する距離情報が迷光に基づいて生成されたか否かを判定する判定手段とを備える、形状測定装置。 A shape measuring device for measuring the surface shape of a measurement object,
A light projecting unit that emits light;
A light receiving unit including a plurality of pixels arranged two-dimensionally;
An optical system that guides the light emitted by the light projecting unit to the measurement object as measurement light, and guides the measurement light reflected by the measurement object to the light receiving unit;
Distance for generating distance image data including distance information corresponding to a plurality of generated pixels by generating distance information of a corresponding region of the measurement object for each pixel based on measurement light received by the light receiving unit Image generating means;
The amount of light received by one pixel of the light receiving unit, distance information corresponding to the one pixel, the amount of light received by one or more pixels around the one pixel, and one or more corresponding to the one or more pixels A shape measuring apparatus comprising: a determination unit that determines whether distance information corresponding to the one pixel is generated based on stray light based on distance information.
前記判定手段は、前記判定基準受付手段により調整された判定基準に基づいて、前記一の画素に対応する距離情報が迷光に基づいて生成されたか否かを判定する、請求項1記載の形状測定装置。 A judgment criterion receiving means for receiving the adjustment of the criterion;
The shape measurement according to claim 1, wherein the determination unit determines whether distance information corresponding to the one pixel is generated based on stray light based on the determination criterion adjusted by the determination criterion reception unit. apparatus.
前記光学系および前記参照体のうち少なくとも一方が取り付けられる可動部と、
前記可動部を往復移動可能に支持する支持部と、
前記支持部に対する前記可動部の相対位置を検出する位置検出部とをさらに備え、
前記投光部は、複数のピーク波長を有する光を出射し、
前記光学系は、前記投光部により出射された光を参照光として前記参照体に導き、前記測定対象物で反射された測定光と前記測定対象物で反射された参照光との干渉光を生成し、生成した干渉光を前記受光部に導き、
前記可動部は、往復移動することにより前記測定光の光路長と前記参照光の光路長との差を変化させ、
前記画像生成手段は、前記受光部により受光された干渉光および前記位置検出部により検出された相対位置に基づいて、前記距離画像データを生成する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の形状測定装置。 A reference body,
A movable part to which at least one of the optical system and the reference body is attached;
A support part for supporting the movable part so as to be reciprocally movable;
A position detection unit that detects a relative position of the movable unit with respect to the support unit;
The light projecting unit emits light having a plurality of peak wavelengths,
The optical system guides the light emitted from the light projecting unit to the reference body as reference light, and generates interference light between the measurement light reflected by the measurement object and the reference light reflected by the measurement object. Generating, guiding the generated interference light to the light receiving unit,
The movable part changes the difference between the optical path length of the measurement light and the optical path length of the reference light by reciprocating,
The said image generation means produces | generates the said distance image data based on the interference light received by the said light-receiving part, and the relative position detected by the said position detection part. Shape measuring device.
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