JP2019011984A - Displacement acquisition device, displacement acquisition method, and program - Google Patents

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志遠 李
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Abstract

To reduce an error due to the inclination or a measuring direction of an object surface in measuring displacement of a measuring point on the object surface by using a sampling moire method.SOLUTION: A displacement acquisition device 10 comprises a displacement measuring device 3, a correction coefficient calculating device 5, and a displacement calculating device 9. The displacement measuring device 3 includes a camera 3a that picks up an image of the appearance of an object surface 1a, and a data processing unit 3b that obtains measurement displacement by a sampling moire method on the basis of the picked-up image. The correction coefficient calculating device 5 obtains a correction coefficient related to the measurement displacement. The displacement calculating device 9 calculates displacement of a measuring point after correction on the basis of the measurement displacement and correction coefficient. The relative positions of the camera 3a and object surface 1a are changed to obtain the correction coefficient. The displacement measuring device 3 measures displacement of the measuring point on the object surface 1a present in a setting direction due to the change as displacement for coefficient calculation. The correction coefficient calculating device 5 obtains the correction coefficient on the basis of the displacement for coefficient calculation and the amount of change in relative positions.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、サンプリングモアレ法を用いて計測対象の物体における表面の変位を計測する技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring a displacement of a surface of an object to be measured using a sampling moire method.

サンプリングモアレ法では、規則性のある模様(例えば格子模様)を計測対象の物体の表面(以下で対象表面という)に貼り付け、格子模様の画像データに基づいて、対象表面の変位を計測する。すなわち、格子模様の画像データにおいて、一定の周期で画素を間引く処理を行い、この処理を、画素の間引き開始点を変えて複数回だけ行うことにより、複数のモアレ縞画像を取得する。これらのモアレ縞画像により生じるモアレ縞の位相の変化に基づいて、対象表面の変位を求める。   In the sampling moire method, a regular pattern (for example, a lattice pattern) is pasted on the surface of an object to be measured (hereinafter referred to as a target surface), and the displacement of the target surface is measured based on image data of the lattice pattern. That is, in the lattice pattern image data, a process of thinning out pixels at a constant cycle is performed, and this process is performed only a plurality of times while changing the pixel thinning start point, thereby obtaining a plurality of moire fringe images. Based on the change in the phase of moire fringes generated by these moire fringe images, the displacement of the target surface is obtained.

図1は、サンプリングモアレ法の一例を示す説明図である。図1は簡単のため1次元の場合を示す。図1(A)は、対象表面に張り付けた格子模様を示し、図1(B)は、この格子模様を撮像して得た画像データを示す。図1(B)の画像データにおける輝度分布Iは、次の式(1)で表わされる。   FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the sampling moire method. FIG. 1 shows a one-dimensional case for simplicity. FIG. 1A shows a lattice pattern pasted on the target surface, and FIG. 1B shows image data obtained by imaging the lattice pattern. The luminance distribution I in the image data in FIG. 1B is expressed by the following equation (1).

Figure 2019011984
Figure 2019011984

式(1)において、I(x)は、対象表面内の1点の1次元座標xの輝度を示す。φ(x)は座標xにおける位相である。Iは格子模様の輝度振幅であり、Iは背景輝度である。画像においてモアレ縞(すなわち新たな縞模様)を発生させるために、間引き処理と輝度補間処理を行う。 In the formula (1), I (x) indicates the luminance of the one-dimensional coordinate x of one point in the target surface. φ (x) is the phase at the coordinate x. I a is the luminance amplitude of the lattice pattern, and I b is the background luminance. In order to generate moire fringes (that is, new stripe patterns) in the image, thinning processing and luminance interpolation processing are performed.

図1(C)は、間引き処理後の画像を示す。間引き処理では、画像における格子模様の周期Qに近い周期Tで画素をサンプリングし、他の位置にある画素を間引く。間引き処理は、複数回、行われる。複数回の間引き処理の間で、サンプリング周期Tは同じであるが、間引きの開始点を変えている。複数回の間引き処理に対してそれぞれ間引き後の複数の画像が得られる(図1では、開始点をk=0,1,2,または3で示している)。   FIG. 1C shows an image after the thinning process. In the thinning process, pixels are sampled at a period T close to the lattice pattern period Q in the image, and pixels at other positions are thinned out. The thinning process is performed a plurality of times. The sampling period T is the same between the thinning processes a plurality of times, but the thinning start point is changed. A plurality of images after thinning are obtained for a plurality of thinning processes (in FIG. 1, the starting point is indicated by k = 0, 1, 2, or 3).

輝度補間処理では、各間引き処理後の画像において、間引かれた画素の輝度を図1(D)のように線形補間する。これにより、複数のモアレ縞画像データが得られる。各モアレ縞画像データにおける輝度分布の周期は、図1(B)の画像データの格子模様と輝度分布の周期よりも大きい。各モアレ縞画像データの輝度分布は、次の式(2)で表わされる。   In the luminance interpolation processing, the luminance of the thinned pixels is linearly interpolated as shown in FIG. 1D in each thinned image. Thereby, a plurality of moire fringe image data is obtained. The period of the luminance distribution in each moire fringe image data is larger than the period of the lattice pattern and the luminance distribution of the image data in FIG. The luminance distribution of each moire fringe image data is expressed by the following equation (2).

Figure 2019011984
Figure 2019011984

式(2)において、kは間引き開始点であり、k=0,1,2,または3である。φ(x)は座標xにおけるモアレ縞の位相である。また、Qは、図1(B)の画像データにおける格子模様のピッチ(すなわち隣接する格子同士の間隔)であり、Tは、間引き処理におけるサンプリング周期である。このような位相が互いに異なる複数のモアレ縞画像データを用いて、次の式(3)の離散フーリエ変換によりモアレ縞の位相φ(x)を算出する。 In Expression (2), k is a thinning start point, and k = 0, 1, 2, or 3. φ m (x) is the phase of the moire fringe at the coordinate x. Q is the pitch of the lattice pattern in the image data of FIG. 1B (that is, the interval between adjacent lattices), and T is the sampling period in the thinning process. Using a plurality of moire fringe image data having different phases, the phase φ m (x) of the moire fringes is calculated by the discrete Fourier transform of the following equation (3).

Figure 2019011984
Figure 2019011984

このモアレ縞の位相φ(x)の変化Δφ(x)を求めることにより、対象表面の面内変位(対象表面に沿った方向の変位)を求めることができる。すなわち、格子模様の実際のピッチをpとした場合に、面内変位Uを、U=Δφ(x)・p/2πにより求めることができる。なお、本願において、印「・」は乗算を意味する。 By obtaining the change Δφ m (x) of the phase φ m (x) of the moire fringes, the in-plane displacement of the target surface (the displacement in the direction along the target surface) can be obtained. That is, when the actual pitch of the lattice pattern is p, the in-plane displacement U can be obtained by U = Δφ m (x) · p / 2π. In the present application, the mark “·” means multiplication.

このようなサンプリングモアレ法は、例えば特許文献1や非特許文献1に記載されている。   Such a sampling moire method is described in Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1, for example.

特許第4831703号Patent No. 4831703

「単一カメラと規則性模様を用いた光学的面外変位分布計測法の開発」実験力学、Vol. 15、No. 4(2015)、頁309−314“Development of optical out-of-plane displacement distribution measurement method using single camera and regular pattern” Experimental Mechanics, Vol. 15, No. 4 (2015), pp. 309-314

しかし、サンプリングモアレ法による計測において、次の(1)〜(4)の少なくともいずれかの計測誤差が生じる。
(1)カメラの光軸と垂直な平面から対象表面が傾いている場合がある。この傾きは、例えば対象表面が曲面であることによる。画像において、対象面の実際の変位が同じであっても、対象面の傾きに応じて変位の計測値に誤差が生じる。
(2)計測方向によって変位の計測値に誤差が生じる。すなわち、カメラから見てカメラの光軸方向に存在する対象面上の計測点での変位と、カメラから見てカメラの光軸から傾いた方向に存在する対象面上の計測点での変位との間で、その計測値に誤差が生じる。
(3)カメラに固有の誤差(収差など)によって計測値に誤差が生じる。
(4)格子模様の実際のピッチの誤差によって計測値に誤差が生じる。
However, in measurement by the sampling moire method, at least one of the following measurement errors (1) to (4) occurs.
(1) The target surface may be tilted from a plane perpendicular to the optical axis of the camera. This inclination is due to, for example, the target surface being a curved surface. In the image, even if the actual displacement of the target surface is the same, an error occurs in the measured value of the displacement according to the inclination of the target surface.
(2) An error occurs in the displacement measurement value depending on the measurement direction. That is, the displacement at the measurement point on the target surface that exists in the optical axis direction of the camera when viewed from the camera, and the displacement at the measurement point on the target surface that exists in the direction inclined from the optical axis of the camera when viewed from the camera In the meantime, an error occurs in the measured value.
(3) An error occurs in the measurement value due to an error (aberration etc.) inherent to the camera.
(4) An error occurs in the measurement value due to an error in the actual pitch of the lattice pattern.

そこで、本発明の目的は、サンプリングモアレ法を用いて対象表面における計測点の変位を計測する場合に、対象面の傾き、計測方向、カメラに固有の誤差、及び、格子模様の実際のピッチの誤差の少なくともいずれかによる計測誤差を低減できるようにすることにある。   Accordingly, an object of the present invention is to measure the inclination of the target surface, the measurement direction, the camera-specific error, and the actual pitch of the lattice pattern when measuring the displacement of the measurement point on the target surface using the sampling moire method. An object is to reduce a measurement error due to at least one of the errors.

上述の目的を達成するため、本発明によると、物体の対象表面の変位を計測する変位取得装置であって、
前記対象表面に設けた規則性のある模様を撮像するカメラと、該カメラが撮像した前記模様の画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面における計測点の変位を計測変位として求めるデータ処理部とを有する変位計測装置と、
前記計測変位に関する補正係数を求める補正係数算出装置と、
前記計測変位と前記補正係数とに基づいて、前記計測点の補正後変位を算出する変位算出装置と、を備え、
前記計測点は、前記カメラから見た設定方向に位置し、前記補正係数は、前記設定方向について求められ、
前記補正係数を求めるために、前記カメラと前記対象表面との相対位置を変化させ、
前記変位計測装置は、この変化による、前記設定方向に存在する前記対象表面の計測点の変位を、係数算出用変位として計測し、
前記補正係数算出装置は、前記係数算出用変位と、前記相対位置の変化量とに基づいて、前記補正係数を求める、変位取得装置が提供される。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a displacement acquisition device for measuring the displacement of the target surface of an object,
A camera that images a regular pattern provided on the target surface, and a data processing unit that obtains a displacement of a measurement point on the target surface as a measurement displacement by a sampling moire method based on image data of the pattern captured by the camera A displacement measuring device comprising:
A correction coefficient calculation device for obtaining a correction coefficient related to the measured displacement;
A displacement calculating device that calculates a corrected displacement of the measurement point based on the measured displacement and the correction coefficient;
The measurement point is located in a setting direction viewed from the camera, and the correction coefficient is obtained for the setting direction,
In order to obtain the correction coefficient, the relative position between the camera and the target surface is changed,
The displacement measuring device measures the displacement of the measurement point on the target surface existing in the setting direction due to this change as a coefficient calculation displacement,
The correction coefficient calculation device is provided with a displacement acquisition device for obtaining the correction coefficient based on the coefficient calculation displacement and the change amount of the relative position.

また、本発明によると、物体の対象表面の変位を計測する変位取得方法であって、
(A)前記対象表面に設けた規則性のある模様をカメラで撮像することにより画像データを取得し、
(B)前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面における計測点の変位を計測変位として求め、
(C)前記計測変位と補正係数とに基づいて、前記計測点の補正後変位を算出し、
前記計測点は、前記カメラから見た設定方向に位置し、前記補正係数は、前記設定方向について求められ、
前記補正係数を求めるために、
(a)前記カメラと前記対象表面との相対位置を変化させ、
(b)この変化による、前記設定方向に存在する前記対象表面の計測点の変位を、係数算出用変位として計測し、
(c)前記係数算出用変位と、前記相対位置の変化量とに基づいて、前記補正係数を求める、変位取得方法が提供される。
Moreover, according to the present invention, a displacement acquisition method for measuring the displacement of the target surface of an object,
(A) Obtaining image data by capturing a regular pattern provided on the target surface with a camera;
(B) A displacement of the measurement point on the target surface is determined as a measurement displacement by a sampling moire method based on the image data,
(C) calculating a corrected displacement of the measurement point based on the measured displacement and a correction coefficient;
The measurement point is located in a setting direction viewed from the camera, and the correction coefficient is obtained for the setting direction,
In order to obtain the correction factor,
(A) changing the relative position between the camera and the target surface;
(B) The displacement of the measurement point on the target surface existing in the set direction due to this change is measured as a coefficient calculation displacement,
(C) A displacement acquisition method for obtaining the correction coefficient based on the coefficient calculation displacement and the change amount of the relative position is provided.

さらに、本発明によると、物体の対象表面の変位を計測するための処理を実行するプログラムであって、
前記対象表面に設けた規則性のある模様をカメラで撮像して得た画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面における計測点の変位を計測変位として求める処理と、
前記計測変位に関する補正係数を求める処理と、
前記計測変位と前記補正係数とに基づいて、前記計測点の補正後変位を算出する処理と、をコンピュータに実行させ、
前記計測点は、前記カメラから見た設定方向に位置し、前記補正係数は、前記設定方向について求められ、
前記補正係数を求めるために、前記カメラと前記対象表面との相対位置を変化させた場合に、前記補正係数を求める前記処理は、
この変化の前に前記模様をカメラで撮像して得た画像データと、この変化の後に前記模様をカメラで撮像して得た画像データとに基づいて、この変化による、前記設定方向に存在する前記対象表面の計測点の変位を、係数算出用変位として計測する処理と、
前記係数算出用変位と、前記相対位置の変化量とに基づいて、前記補正係数を求める処理とを含む、プログラムが提供される。
Furthermore, according to the present invention, there is provided a program for executing processing for measuring a displacement of a target surface of an object,
A process for obtaining a displacement of a measurement point on the target surface as a measurement displacement by a sampling moire method based on image data obtained by imaging a regular pattern provided on the target surface with a camera;
Processing for obtaining a correction coefficient related to the measured displacement;
Based on the measurement displacement and the correction coefficient, the computer calculates the corrected displacement of the measurement point,
The measurement point is located in a setting direction viewed from the camera, and the correction coefficient is obtained for the setting direction,
In order to obtain the correction coefficient, when the relative position between the camera and the target surface is changed, the process for obtaining the correction coefficient includes:
Based on the image data obtained by imaging the pattern with the camera before this change and the image data obtained by imaging the pattern with the camera after this change, the change exists in the setting direction. Processing for measuring the displacement of the measurement point on the target surface as a coefficient calculation displacement;
A program is provided that includes processing for obtaining the correction coefficient based on the coefficient calculation displacement and the change amount of the relative position.

上述した本発明によると、カメラと対象表面との相対位置を変化させ、この変化による、設定方向に存在する対象表面の計測点の変位を係数算出用変位として計測する。この係数算出用変位と相対位置の変化量とに基づいて、補正係数を求める。この補正係数には、カメラの光軸と垂直な平面に対する対象表面の傾きによる計測誤差、カメラから見た計測点の方向に依存する計測誤差、カメラに固有の誤差、及び、格子模様の実際のピッチの誤差の少なくともいずれか(例えば全て)が反映される。
したがって、対象表面の計測変位と補正係数とに基づいて、計測点の補正後変位を算出することにより、このような計測誤差を低減し又は無くすことができる
According to the present invention described above, the relative position between the camera and the target surface is changed, and the displacement of the measurement point on the target surface existing in the setting direction due to this change is measured as the coefficient calculation displacement. A correction coefficient is obtained based on the coefficient calculation displacement and the change amount of the relative position. This correction factor includes measurement errors due to the tilt of the target surface with respect to the plane perpendicular to the optical axis of the camera, measurement errors that depend on the direction of the measurement point viewed from the camera, errors inherent to the camera, and the actual grid pattern. At least one (for example, all) of pitch errors is reflected.
Therefore, by calculating the corrected displacement of the measurement point based on the measured displacement of the target surface and the correction coefficient, such a measurement error can be reduced or eliminated.

サンプリングモアレ法の説明図である。It is explanatory drawing of a sampling moire method. 本発明の実施形態による変位取得装置の構成を示す。The structure of the displacement acquisition apparatus by embodiment of this invention is shown. 面内補正係数Kux(x,y),Δzを取得する処理の説明図である。It is explanatory drawing of the process which acquires in-plane correction coefficient Kux (x, y) and (DELTA) z . 面内補正係数Kux(x,y),Δxを取得する処理の説明図である。It is explanatory drawing of the process which acquires in-plane correction coefficient Kux (x, y) and (DELTA) x . 面外補正係数Ko(x,y),Δzを取得する処理の説明図である。It is explanatory drawing of the process which acquires an out-of-plane correction coefficient Ko (x, y) and (DELTA) z . 面外補正係数Ko(x,y),Δxを取得する処理の説明図である。It is explanatory drawing of the process which acquires an out-of-plane correction coefficient Ko (x, y) and (DELTA) x . 本発明の実施形態による変位取得方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the displacement acquisition method by embodiment of this invention. 補正係数取得処理における初期状態の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the initial state in a correction coefficient acquisition process. 補正係数取得処理におけるz方向移動の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the z direction movement in a correction coefficient acquisition process. 補正係数取得処理におけるx方向移動の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the x direction movement in a correction coefficient acquisition process.

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

[変位取得装置の構成]
図2は、本発明の実施形態による変位取得装置10の構成を示す。変位取得装置10は、計測対象の物体1の表面(以下で単に対象表面1aともいう)の変位を計測する。この変位は、例えば、物体1に荷重が作用したことによる変位、または、物体1の振動による変位であってよいが、これらに限定されない。変位取得装置10は、変位計測装置3、補正係数算出装置5、および変位算出装置9を備える。
[Configuration of displacement acquisition device]
FIG. 2 shows a configuration of the displacement acquisition apparatus 10 according to the embodiment of the present invention. The displacement acquisition device 10 measures the displacement of the surface of the object 1 to be measured (hereinafter also simply referred to as the target surface 1a). This displacement may be, for example, a displacement caused by a load acting on the object 1 or a displacement caused by vibration of the object 1, but is not limited thereto. The displacement acquisition device 10 includes a displacement measurement device 3, a correction coefficient calculation device 5, and a displacement calculation device 9.

変位計測装置3は、サンプリングモアレ法に基づいて対象表面1aにおける計測点(以下で単に計測点ともいう)の変位を求める。本実施形態では、この変位は、面内変位と面外変位とを含む。面内変位は、対象表面1aに沿った方向の変位である。面外変位は、対象表面1aと交差(例えば直交)する方向の計測点の変位である。変位計測装置3は、カメラ3aとデータ処理部3bを有する。   The displacement measuring device 3 obtains a displacement of a measurement point (hereinafter also simply referred to as a measurement point) on the target surface 1a based on the sampling moire method. In this embodiment, this displacement includes in-plane displacement and out-of-plane displacement. The in-plane displacement is a displacement in a direction along the target surface 1a. The out-of-plane displacement is the displacement of the measurement point in the direction intersecting (for example, orthogonal) with the target surface 1a. The displacement measuring device 3 includes a camera 3a and a data processing unit 3b.

カメラ3aは、対象表面1aに設けた規則性のある模様を撮像することにより、この模様の画像データを取得する。ここで、規則性のある模様は、例えば格子模様であるが、後述するモアレ縞画像データを生成できれば、他の模様であってもよい。   The camera 3a acquires image data of this pattern by imaging a regular pattern provided on the target surface 1a. Here, the regular pattern is, for example, a lattice pattern, but may be another pattern as long as moire fringe image data described later can be generated.

データ処理部3bは、カメラ3aが撮像した模様の画像データに基づいてサンプリングモアレ法により対象表面1aにおける計測点の変位を求める。本実施形態では、複数の設定方向の各々について計測点の変位を求める。   The data processing unit 3b calculates the displacement of the measurement point on the target surface 1a by the sampling moire method based on the pattern image data captured by the camera 3a. In the present embodiment, the displacement of the measurement point is obtained for each of a plurality of setting directions.

カメラ3aが取得した画像データの輝度分布I(x,y)は、次の式(4)で表わされる。ここで、xとyは、カメラ3aに固定されたxyz座標系におけるx座標とy座標を示す。このxyz座標系は、そのz軸がカメラ3aの光軸C(カメラ3aの向き)と平行な3次元座標である。以下において、x方向とy方向とz方向は、上述のxyz座標系におけるx軸と平行な方向とy軸に平行な方向とz軸に平行な方向を意味する。   The luminance distribution I (x, y) of the image data acquired by the camera 3a is expressed by the following equation (4). Here, x and y indicate an x coordinate and ay coordinate in an xyz coordinate system fixed to the camera 3a. The xyz coordinate system is a three-dimensional coordinate whose z axis is parallel to the optical axis C of the camera 3a (the direction of the camera 3a). Hereinafter, the x direction, the y direction, and the z direction mean a direction parallel to the x axis, a direction parallel to the y axis, and a direction parallel to the z axis in the above-described xyz coordinate system.

Figure 2019011984
Figure 2019011984

式(4)において、I(x,y)は、対象表面1a内の1点の座標(x,y)の輝度を示す。φ(x、y)は初期位相である。Qは、上述の画像データにおける格子模様のx方向のピッチQ(x,y)である。また、Iは輝度の振幅であり、Iは背景輝度である。 In Expression (4), I (x, y) represents the luminance of the coordinates (x, y) of one point in the target surface 1a. φ 0 (x, y) is the initial phase. Q is the pitch Q (x, y) in the x direction of the lattice pattern in the image data described above. I a is the luminance amplitude, and I b is the background luminance.

データ処理部3bは、上述の画像データに対して間引き処理と輝度補間処理を行う。本実施形態では、データ処理部3bは、x方向について、間引き処理と輝度補間処理を行う。間引き処理では、データ処理部3bは、x方向について、所定のサンプリング周期(この例では模様の周期に近い周期T)で、画像データの画素をサンプリングして維持し、他の位置にある画素を間引いて削除する。輝度補間処理では、データ処理部3bは、間引いた画素の輝度を、この画素の周囲に存在する画素の輝度に基づいて補間(例えば線形補間)する。   The data processing unit 3b performs a thinning process and a luminance interpolation process on the above-described image data. In the present embodiment, the data processing unit 3b performs a thinning process and a luminance interpolation process for the x direction. In the thinning process, the data processing unit 3b samples and maintains the pixels of the image data at a predetermined sampling period (in this example, a period T close to the pattern period) in the x direction, and replaces pixels at other positions. Thin out and delete. In the luminance interpolation process, the data processing unit 3b interpolates (for example, linear interpolation) the luminance of the thinned pixel based on the luminance of the pixels existing around this pixel.

データ処理部3bは、このような間引き処理と輝度補間処理を複数回行う。複数回の間引き処理の間で、サンプリング周期Tは同じであるが、間引きの開始点を変えている。データ処理部3bは、複数回の間引き処理と輝度補間処理を上述の画像データに行うことにより、複数回のそれぞれに対応する複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
この例では、データ処理部3bは、x方向の間引き処理と輝度補間処理によりT枚のモアレ縞画像データを生成する。これらのモアレ縞画像データは、次の式(5)で表わされる。
The data processing unit 3b performs such thinning processing and luminance interpolation processing a plurality of times. The sampling period T is the same between the thinning processes a plurality of times, but the thinning start point is changed. The data processing unit 3b generates a plurality of moire fringe image data corresponding to each of the plurality of times by performing the thinning process and the luminance interpolation process on the above-described image data a plurality of times.
In this example, the data processing unit 3b generates T pieces of moire fringe image data by thinning-out processing in the x direction and luminance interpolation processing. These moire fringe image data are expressed by the following equation (5).

Figure 2019011984
Figure 2019011984

式(5)において、kはx方向における間引きの開始点を示す。kは、0、1、2、・・・、T−1の値をとる。
データ処理部3bは、式(5)に離散フーリエ変換を適用して、次の式(6)により、モアレ縞の位相φ(x,y)を求める。
In Expression (5), k represents the starting point of thinning in the x direction. k takes values of 0, 1, 2,..., T−1.
The data processing unit 3b applies the discrete Fourier transform to the equation (5), and obtains the moire fringe phase φ m (x, y) by the following equation (6).

Figure 2019011984
Figure 2019011984

データ処理部3bは、このモアレ縞の位相φ(x,y)の変化Δφ(x,y)を求めることにより、対象表面1aの面内変位を求めることができる。すなわち、格子模様はx方向においてピッチp(一定の間隔)で繰り返される模様であるとして、面内変位U(x,y)を、U(x,y)=Δφ(x,y)・p(x,y)/2πにより求めることができる(以下でp(x,y)を単にpとも記載し、U(x,y)をUとも記載する)。Uは、xyz座標系におけるx方向に沿った面内変位であり、言い換えると、xyz座標系におけるxz平面に平行な平面(xz平面を含む)における面内変位である。
ここで、初期状態において求められたφ(x,y)をφm0(x,y)とし、計測時において求められたφ(x,y)をそのままφ(x,y)とした場合に、Δφは、Δφ=φ(x,y)−φm0(x,y)である。
The data processing unit 3b can determine the in-plane displacement of the target surface 1a by determining the change Δφ m (x, y) of the phase φ m (x, y) of the moire fringes. That is, assuming that the lattice pattern is a pattern that is repeated at a pitch p (a constant interval) in the x direction, the in-plane displacement U x (x, y) is expressed as U x (x, y) = Δφ m (x, y). It can be obtained by p (x, y) / 2π (hereinafter, p (x, y) is simply written as p and U x (x, y) is also written as U x ). U x is an in-plane displacement along the x direction in the xyz coordinate system. In other words, U x is an in-plane displacement in a plane (including the xz plane) parallel to the xz plane in the xyz coordinate system.
Here, φ m (x, y) obtained in the initial state is taken as φ m0 (x, y), and φ m (x, y) found at the time of measurement is taken as φ m (x, y) as it is. In this case, Δφ m is Δφ m = φ m (x, y) −φ m0 (x, y).

カメラ3aの焦点距離をfとし、対象表面1aに設けた格子模様の実際のピッチを上記のpとし、画像データにおける格子のピッチを上記のQとし、カメラ3aの光軸C方向におけるカメラ3a(カメラ3aの対物レンズの中心)から格子模様(対象物体1の表面)までの距離をZとした場合に、次の式(7)が成り立つ。

Z=f・p/Q ・・・(7)
The focal length of the camera 3a is f, the actual pitch of the grid pattern provided on the target surface 1a is p, the grid pitch in the image data is Q, and the camera 3a in the optical axis C direction of the camera 3a ( When the distance from the center of the objective lens of the camera 3a) to the lattice pattern (the surface of the target object 1) is Z, the following equation (7) is established.

Z = f · p / Q (7)

この式(7)に基づいて、データ処理部3bは、計測点の面外変位Oを次の式(8)により求める。

O=f・p/Q−f・p/Q ・・・(8)

ここで、Qは、初期状態の対象表面1aをカメラ3aが撮像して得た画像データにおける格子模様のx方向のピッチであり、Qは、計測時に対象表面1aをカメラ3aが撮像して得た画像データにおける格子模様のx方向のピッチである。
Based on the equation (7), the data processing unit 3b obtains the out-of-plane displacement O of the measurement point by the following equation (8).

O = f · p / Q−f · p / Q 0 (8)

Here, Q 0 is the pitch in the x direction of the lattice pattern in the image data obtained by imaging the target surface 1a in the initial state by the camera 3a, and Q is the image of the target surface 1a captured by the camera 3a during measurement. This is the pitch in the x direction of the lattice pattern in the obtained image data.

Qは次のように求められる。まず、上述の式(5)から次の式(9)が成り立つ。
この式から、データ処理部3bはQを求める。例えば、式(9)を次の式(10)で近似し、データ処理部3bは、式(10)を変形した次の式(11)によりQを求める。
Q is obtained as follows. First, the following equation (9) is established from the above equation (5).
From this equation, the data processing unit 3b calculates Q. For example, the equation (9) is approximated by the following equation (10), and the data processing unit 3b obtains Q by the following equation (11) obtained by modifying the equation (10).

Figure 2019011984
Figure 2019011984

式(11)において、φ(x+1,y)のx+1は、Qを求めるために注目する画素(x座標)にx軸方向に隣接する画素のx座標であり、φ(x−1,y)のx−1は、当該注目する画素にx軸方向にx座標x+1と反対側で隣接する画素のx座標である。Qの場合と同じ方法で、データ処理部3bはQを求める。 In Expression (11), x + 1 of φ m (x + 1, y) is an x coordinate of a pixel adjacent to the pixel of interest (x coordinate) for obtaining Q in the x-axis direction, and φ m (x−1, y) x-1 in y) is an x coordinate of a pixel adjacent to the pixel of interest on the opposite side to the x coordinate x + 1 in the x-axis direction. In the same way as for Q, the data processing unit 3b obtains the Q 0.

補正係数算出装置5は、変位計測装置3が求めた計測変位に関する補正係数を求める。補正係数は、面内変位に関する面内補正係数Kと、面外変位に関する面外補正係数Kとを含む。 The correction coefficient calculation device 5 obtains a correction coefficient related to the measured displacement obtained by the displacement measurement device 3. Correction factor includes a plane correction factor K u about plane displacement, and a plane correction factor K o about out-of-plane displacement.

<面内補正係数>
図3と図4は、面内補正係数Kを取得する処理の説明図である。図3と図4において、xyz座標系は、カメラ3aに固定された3次元座標系であって、上述したx軸とy軸とz軸を有する。
<In-plane correction factor>
3 and 4 are explanatory diagrams of processing for obtaining the in-plane correction coefficient Ku . 3 and 4, the xyz coordinate system is a three-dimensional coordinate system fixed to the camera 3a, and has the above-described x-axis, y-axis, and z-axis.

図3と図4において、角度θ(x,y)は、カメラ3aから見た上述の設定方向を示す。すなわち、角度θ(x,y)は、光軸Cと設定方向とのなす角度である。角度α(x,y)は、対象表面1aの傾きを示す。すなわち、角度α(x,y)は、x方向と対象表面1aとのなす角度を示す。   3 and 4, the angle θ (x, y) indicates the above-described setting direction as viewed from the camera 3a. That is, the angle θ (x, y) is an angle formed by the optical axis C and the setting direction. The angle α (x, y) indicates the inclination of the target surface 1a. That is, the angle α (x, y) indicates an angle formed between the x direction and the target surface 1a.

z方向に関する面内補正係数Kux(x,y),Δzを求めるために、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置を、図3のように、z方向に変化量Δzだけ変化させる。 In order to obtain the in-plane correction coefficient K ux (x, y), Δz in the z direction, the relative position between the camera 3a and the target surface 1a is changed by the change amount Δz 0 in the z direction as shown in FIG.

この時、xz平面に平行な平面における、Δzによる面内変位U0x(x,y),Δzは、図3のように、θ(x,y)が十分に小さいとして、次の式(12)で近似できる。

0x(x,y),Δz=Δz・tanθ(x,y)/cosα(x,y) ・・・(12)

式(12)に基づいて、Δzに対する面内変位U0x(x,y),Δzの変動率としての面内補正係数Kux(x,y),Δzを次の式(13)で表わす。

ux(x,y),Δz=tanθ(x,y)/cosα(x,y) ・・・(13)


式(13)においてθ(x,y)とα(x,y)が未知であるので、Kux(x,y),Δzはθ(x,y)とα(x,y)からは求められないが、Δzは既知であり、U0x(x,y),Δzは変位計測装置3により求められる。したがって、本実施形態では、Kux(x,y),Δzを、次の式(14)により求める。

ux(x,y),Δz=U0x(x,y),Δz/Δz ・・・(14)
At this time, in-plane displacements U 0x (x, y) and Δz due to Δz 0 in a plane parallel to the xz plane are as follows, assuming that θ (x, y) is sufficiently small as shown in FIG. 12).

U 0x (x, y), Δz = Δz 0 · tan θ (x, y) / cos α (x, y) (12)

Based on the equation (12), the in-plane correction coefficients K ux (x, y) and Δz as the fluctuation rates of the in-plane displacement U 0x (x, y) and Δz with respect to Δz 0 are expressed by the following equation (13). .

K ux (x, y), Δz = tan θ (x, y) / cos α (x, y) (13)


Since θ (x, y) and α (x, y) are unknown in equation (13), K ux (x, y) and Δz are obtained from θ (x, y) and α (x, y). However, Δz 0 is already known, and U 0x (x, y), Δz is obtained by the displacement measuring device 3. Therefore, in the present embodiment, K ux (x, y) and Δz are obtained by the following equation (14).

K ux (x, y), Δz = U 0x (x, y), Δz / Δz 0 (14)

x方向に関する面内補正係数Kux(x,y),Δxを求めるために、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置を、図4のように、x方向に変化量Δxだけ変化させる。 In order to obtain the in-plane correction coefficients K ux (x, y) and Δx in the x direction, the relative position between the camera 3a and the target surface 1a is changed by the change amount Δx 0 in the x direction as shown in FIG.

この時、xz平面に平行な平面における、Δxによる面内変位U0x(x,y),Δxは、図4のように、次の式(15)で表わされる。

0x(x,y),Δx=Δx/cosα(x,y) ・・・(15)

式(15)に基づいて、Δxに対する面内変位U0x(x,y),Δxの変動率としての面内補正係数Kux(x,y),Δxを次の式(16)で表わす。

ux(x,y),Δx=1/cosα(x,y) ・・・(16)

式(16)においてα(x,y)が未知であるので、Kux(x,y),Δxはα(x,y)からは求められないが、Δxは既知であり、U0x(x,y),Δxは変位計測装置3により求められる。したがって、本実施形態では、Kux(x,y),Δxを、次の式(17)により求める。

ux(x,y),Δx=U0x(x,y),Δx/Δx ・・・(17)
At this time, in-plane displacements U 0x (x, y) and Δx due to Δx 0 in a plane parallel to the xz plane are expressed by the following equation (15) as shown in FIG.

U 0x (x, y), Δx = Δx 0 / cos α (x, y) (15)

Based on the equation (15), the in-plane correction coefficients K ux (x, y) and Δx as the fluctuation rates of the in-plane displacement U 0x (x, y) and Δx with respect to Δx 0 are expressed by the following equation (16). .

K ux (x, y), Δx = 1 / cos α (x, y) (16)

Since α (x, y) is unknown in Equation (16), K ux (x, y) and Δx cannot be obtained from α (x, y), but Δx 0 is known and U 0x ( x, y) and Δx are obtained by the displacement measuring device 3. Therefore, in this embodiment, K ux (x, y) and Δx are obtained by the following equation (17).

K ux (x, y), Δx = U 0x (x, y), Δx / Δx 0 (17)

<面外補正係数>
図5と図6は、面外補正係数Kを取得する処理の説明図である。図5と図6において、xyz座標系と角度θ(x,y)と角度α(x,y)は、図3と図4の場合と同じである。
<Out-of-plane correction factor>
5 and 6 are explanatory views of a process of obtaining out-of-plane correction factor K o. 5 and 6, the xyz coordinate system, the angle θ (x, y), and the angle α (x, y) are the same as those in FIGS. 3 and 4.

z方向に関する面外補正係数Ko(x,y),Δzを求めるために、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置を、図5のように、z方向に変化量Δzだけ変化させる。 In order to obtain the out-of-plane correction coefficients K o (x, y) and Δz in the z direction, the relative position between the camera 3a and the target surface 1a is changed by a change amount Δz 0 in the z direction as shown in FIG.

この時、Δzによる面外変位O0(x,y),Δzは、図5のように、θ(x,y)が十分に小さいとして、次の式(18)で近似できる。

0(x,y),Δz=Δz・{1+tanθ(x,y)・tanα(x,y)}/cos{α(x,y)+θ(x,y)} ・・・(18)


式(18)に基づいて、Δzに対する面外変位O0(x,y),Δzの変動率としての面外補正係数Ko(x,y),Δzを、次の式(19)で表わす。

o(x,y),Δz={1+tanθ(x,y)・tanα(x,y)}/cos{α(x,y)+θ(x,y)} ・・・(19)

式(19)においてθ(x,y)とα(x,y)が未知であるので、K0zはθ(x,y)とα(x,y)からは求められないが、Δzは既知であり、O0(x,y),Δzは変位計測装置3により求められる。したがって、本実施形態では、Ko(x,y),Δzを、次の式(20)により求める。

o(x,y),Δz=O0(x,y),Δz/Δz ・・・(20)
At this time, the out-of-plane displacements O 0 (x, y) and Δz due to Δz 0 can be approximated by the following equation (18) assuming that θ (x, y) is sufficiently small as shown in FIG.

O 0 (x, y), Δz = Δz 0 · {1 + tan θ (x, y) · tan α (x, y)} / cos {α (x, y) + θ (x, y)} (18)


Based on the equation (18), the out-of-plane correction coefficients K o (x, y) and Δz as the fluctuation rates of the out-of-plane displacement O 0 (x, y) and Δz with respect to Δz 0 are expressed by the following equation (19). Represent.

K o (x, y), Δz = {1 + tan θ (x, y) · tan α (x, y)} / cos {α (x, y) + θ (x, y)} (19)

Since θ (x, y) and α (x, y) are unknown in equation (19), K 0z cannot be obtained from θ (x, y) and α (x, y), but Δz 0 is It is known and O 0 (x, y), Δz is obtained by the displacement measuring device 3. Therefore, in this embodiment, K o (x, y) and Δz are obtained by the following equation (20).

K o (x, y), Δz = O 0 (x, y), Δz / Δz 0 (20)

x方向に関する面外補正係数Ko(x,y),Δxを求めるために、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置を、図6のように、x方向に変化量Δxだけ変化させる。 In order to obtain the out-of-plane correction coefficients K o (x, y) and Δx in the x direction, the relative position between the camera 3a and the target surface 1a is changed by the change amount Δx 0 in the x direction as shown in FIG.

この時、面外変位O0(x,y),Δxは、図6のように、次の式(21)で表わされる。

0(x,y),Δx=Δx・tanα(x,y)/cos{α(x,y)+θ(x,y)} ・・・(21)


式(21)に基づいて、Δxに対する面外変位O0(x,y),Δxの変動率としての面外補正係数Ko(x,y),Δxを、次の式(22)で表わす。

o(x,y),Δx=tanα/cos{α+θ(x,y)} ・・・(22)
At this time, the out-of-plane displacements O 0 (x, y) and Δx are expressed by the following equation (21) as shown in FIG.

O 0 (x, y), Δx = Δx 0 tan α (x, y) / cos {α (x, y) + θ (x, y)} (21)


Based on the equation (21), the out-of-plane correction coefficients K o (x, y) and Δx as the fluctuation rates of the out-of-plane displacement O 0 (x, y) and Δx with respect to Δx 0 are expressed by the following equation (22). Represent.

K o (x, y), Δx = tan α / cos {α + θ (x, y)} (22)

式(22)においてα(x,y)が未知であるので、Ko(x,y),Δxはα(x,y)からは求められないが、Δxは既知であり、O0(x,y),Δxは変位計測装置3により求められる。したがって、本実施形態では、Ko(x,y),Δxを、次の式(23)により求める。

o(x,y),Δx=O0(x,y),Δx/Δx ・・・(23)
Since α (x, y) is unknown in Equation (22), K o (x, y) and Δx cannot be obtained from α (x, y), but Δx 0 is known and O 0 ( x, y) and Δx are obtained by the displacement measuring device 3. Therefore, in this embodiment, K o (x, y) and Δx are obtained by the following equation (23).

K o (x, y), Δx = O 0 (x, y), Δx / Δx 0 (23)

<補正係数を求める処理>
以上により、補正係数Kux(x,y),Δz,Ko(x,y),Δzを求めるために、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置を、光軸Cと平行なz方向に変化量Δzだけ変化させる。次いで、変位計測装置3は、変化量Δzによる、係数算出用変位としての面内変位U0x(x,y),Δzと面外変位O0(x,y),Δzを求める。その後、補正係数算出装置5は、ΔzとU0x(x,y),Δzに基づいて面内補正係数KとしてのKux(x,y),Δz=U0x(x,y),Δz/Δzを算出し、ΔzとO0(x,y),Δzに基づいて面外補正係数KとしてのKo(x,y),Δz=O0(x,y),Δz/Δzを算出する。
<Process for obtaining correction coefficient>
Thus, in order to obtain the correction coefficients K ux (x, y), Δz , K o (x, y), Δz , the relative position between the camera 3a and the target surface 1a is set in the z direction parallel to the optical axis C. only the change amount Δz 0 changing. Next, the displacement measuring device 3 obtains in-plane displacements U 0x (x, y), Δz and out-of-plane displacements O 0 (x, y), Δz as coefficient calculation displacements based on the change amount Δz 0 . Thereafter, the correction coefficient calculation device 5 uses K ux (x, y), Δ z = U 0x (x, y), as the in-plane correction coefficient K u based on Δz 0 and U 0x (x, y), Δz . calculates Δz / Δz 0, Δz 0 and O 0 (x, y), K o as plane correction factor K o based on the Δz (x, y), Δz = O 0 (x, y), Δz / Δz 0 is calculated.

また、補正係数Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δxを求めるために、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置をx方向に変化量Δxだけ変化させる。次いで、変位計測装置3は、変化量Δxによる、係数算出用変位としての面内変位U0x(x,y),Δxと面外変位O0(x,y),Δxを求める。その後、補正係数算出装置5は、ΔxとU0x(x,y),Δxに基づいて面内補正係数KとしてのKux(x,y),Δx=U0x(x,y),Δx/Δxを算出し、ΔxとO0(x,y),Δxに基づいて面外補正係数KとしてのKo(x,y),Δx=O0(x,y),Δx/Δxを算出する。 Further, the correction coefficient K ux (x, y), Δx, K o (x, y), in order to determine the [Delta] x, to the relative position of the camera 3a and the target surface 1a is changed by the change amount [Delta] x 0 in the x direction. Next, the displacement measuring device 3 obtains in-plane displacements U 0x (x, y), Δx and out-of-plane displacements O 0 (x, y), Δx as coefficient calculation displacements based on the change amount Δx 0 . Thereafter, the correction coefficient calculation device 5 uses K ux (x, y), Δx = U 0x (x, y), as an in-plane correction coefficient K u based on Δx 0 and U 0x (x, y), Δx . It calculates Δx / Δx 0, Δx 0 and O 0 (x, y), K o as plane correction factor K o based on Δx (x, y), Δx = O 0 (x, y), Δx / Δx 0 is calculated.

上述のように、補正係数算出装置5は、補正係数Kux(x,y),Δz,Ko(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δxを予め求めて記憶装置7に記憶させる。 As described above, the correction coefficient calculation device 5 uses the correction coefficients K ux (x, y), Δz , K o (x, y), Δz , K ux (x, y), Δx , K o (x, y). ), Δx is obtained in advance and stored in the storage device 7.

その後、対象表面1aにおける計測点の変位の計測時に、変位算出装置9は、計測変位としての面内変位Uと面外変位Oを計測し、これら面内変位Uおよび面外変位Oと、補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxとに基づいて、補正後変位としてのz方向の変位Δzとx方向の変位Δxを、次の式(24)と式(25)により算出する。

Δz=(Kux(x,y),Δx・O−Ko(x,y),Δz・U)/(Kux(x,y),Δx・Ko(x,y),Δz−Kux(x,y),Δz・Ko(x,y),Δx) ・・・(24)

Δx=(Ko(x,y),Δz・U−Kux(x,y),Δz・O)/(Kux(x,y),Δx・Ko(x,y),Δz−Kux(x,y),Δz・Ko(x,y),Δx) ・・・(25)
Thereafter, when the measurement of the displacement of the measurement points in the subject surface 1a, the displacement calculating unit 9 measures the in-plane displacement U x and out-of-plane displacement O as measured displacement, and these plane displacement U x and out-of-plane displacement O , Correction coefficients K ux (x, y), Δz , K ux (x, y), Δx , K o (x, y), Δz , K o (x, y), Δx The displacement Δz in the z direction and the displacement Δx in the x direction are calculated by the following equations (24) and (25).

Δz = (K ux (x, y), Δx · O−K o (x, y), Δz · U x ) / (K ux (x, y), Δx · K o (x, y), Δz − K ux (x, y), Δz · K o (x, y), Δx ) (24)

Δx = (K o (x, y), Δz · U x −K ux (x, y), Δz · O) / (K ux (x, y), Δx · K o (x, y), Δz − K ux (x, y), Δz · K o (x, y), Δx ) (25)

式(24)と式(25)は、次の関係式(26)と関係式(27)から導かれるものである。

=Kux(x,y),Δx・Δx+Kux(x,y),Δz・Δz ・・・(26)

O=Ko(x,y),Δx・Δx+Ko(x,y),Δz・Δz ・・・(27)
Expressions (24) and (25) are derived from the following relational expressions (26) and (27).

U x = K ux (x, y), Δx · Δx + K ux (x, y), Δz · Δz (26)

O = K o (x, y), Δx · Δx + K o (x, y), Δz · Δz (27)

本実施形態では、変位取得装置10は、図2のように駆動装置11を備えていてよい。駆動装置11は、カメラ3aを移動させることにより、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置を変化させる。この場合、上述した相対変位の変化量は、駆動装置11によるカメラ3aの移動量である。上述の例では、駆動装置11は、カメラ3aをx方向とz方向に移動させることができる。補正係数算出装置5は、予め設定されている又は検出器12a,12bにより検出された移動量(上述の例ではΔzまたはΔx)と係数算出用変位とに基づいて、補正係数を求める。 In the present embodiment, the displacement acquisition device 10 may include a drive device 11 as shown in FIG. The driving device 11 changes the relative position between the camera 3a and the target surface 1a by moving the camera 3a. In this case, the amount of change in relative displacement described above is the amount of movement of the camera 3a by the driving device 11. In the above-described example, the driving device 11 can move the camera 3a in the x direction and the z direction. The correction coefficient calculation device 5 obtains a correction coefficient based on the movement amount (Δz 0 or Δx 0 in the above example) set in advance or detected by the detectors 12a and 12b and the coefficient calculation displacement.

駆動装置11は、図2の例では、カメラ3aが設置されz方向に移動可能な第1ステージ11aと、第1ステージ11aをz方向に駆動する第1モータ11bと、x方向に移動可能に第1ステージ11aに設けられた第2ステージ11cと、第1ステージ11aに設けられ第2ステージ11cを第1ステージ11aに対してx方向に駆動する第2モータ11dとを備える。   In the example of FIG. 2, the drive device 11 is provided with a camera 3a, a first stage 11a that can move in the z direction, a first motor 11b that drives the first stage 11a in the z direction, and can move in the x direction. A second stage 11c provided on the first stage 11a and a second motor 11d provided on the first stage 11a and driving the second stage 11c in the x direction with respect to the first stage 11a are provided.

[変位取得方法]
図7は、本発明の実施形態による変位取得方法を示すフローチャートである。この変位取得方法は、上述した変位取得装置10を用いて行われる。この変位取得方法は、補正係数取得処理と計測処理とを有する。
[Displacement acquisition method]
FIG. 7 is a flowchart illustrating a displacement acquisition method according to an embodiment of the present invention. This displacement acquisition method is performed using the displacement acquisition device 10 described above. This displacement acquisition method has a correction coefficient acquisition process and a measurement process.

補正係数取得処理では、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置を変化させ、この変化による、設定方向に存在する対象表面1aの計測点の変位を、変位計測装置3により係数算出用変位として計測する。
次いで、補正係数取得処理では、補正係数算出装置5により、係数算出用変位と、相対位置の変化の量とに基づいて、補正係数を求める。
In the correction coefficient acquisition process, the relative position between the camera 3a and the target surface 1a is changed, and the displacement of the measurement point of the target surface 1a existing in the setting direction due to this change is measured as a coefficient calculation displacement by the displacement measuring device 3. To do.
Next, in the correction coefficient acquisition process, the correction coefficient calculation device 5 obtains a correction coefficient based on the coefficient calculation displacement and the amount of relative position change.

補正係数取得処理は、具体例では、初期状態の処理とz方向移動の処理とx方向移動の処理とを有する。   In a specific example, the correction coefficient acquisition process includes an initial state process, a z-direction movement process, and an x-direction movement process.

<初期状態の処理>
図8は、初期状態の処理を示すフローチャートである。初期状態での処理は、ステップS1〜S5を含む。
<Initial processing>
FIG. 8 is a flowchart showing the processing in the initial state. The process in the initial state includes steps S1 to S5.

ステップS1において、基準位置にあるカメラ3aは、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
ステップS2において、データ処理部3bは、ステップS1で得た画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
ステップS3において、データ処理部3bは、ステップS2で得た複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(6)により、計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を求める。このφ(x,y)を以下でφm0(x,y)と記載する。
一方、ステップS4において、データ処理部3bは、ステップS1で得た画像データにおいて、設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQ(x,y)を、上述の式(9)〜(11)に従って該設定方向に対応する該画像データの領域に基づいて特定する。この時、(9)〜(11)においてQをQ(x,y)に置き換える。
ステップS5において、ステップS4で特定したピッチQ(x,y)と、カメラ3aの焦点距離fと、x方向における格子模様の実際のピッチp(x,y)とに基づいて、データ処理部3bは、設定方向に存在する計測点のz方向の位置z=f・p(x,y)/Q(x,y)を求める。なお、fとp(x,y)は既知である。なお、z軸の原点がカメラ3aにあるとする(以下同様)。
In step S1, the camera 3a at the reference position acquires image data by imaging the lattice pattern of the target surface 1a.
In step S2, the data processing unit 3b generates a plurality of moire fringe image data by performing the above-described thinning process and luminance interpolation process only a plurality of times on the image data obtained in step S1.
In step S3, the data processing unit 3b, based on the plurality of moire fringe image data obtained in step S2, uses the above equation (6) to determine the phase of the moire fringes at the measurement point (x, y) φ m (x , Y). This φ m (x, y) will be referred to as φ m0 (x, y) below.
On the other hand, in step S4, the data processing unit 3b determines the pitch Q 0 (x, y) in the x direction of the lattice pattern existing in the set direction in the image data obtained in step S1 from the above formulas (9) to (9). According to 11), identification is performed based on the area of the image data corresponding to the set direction. At this time, Q is replaced with Q 0 (x, y) in (9) to (11).
In step S5, based on the pitch Q 0 (x, y) specified in step S4, the focal length f of the camera 3a, and the actual pitch p (x, y) of the lattice pattern in the x direction, the data processing unit 3b obtains the position z 0 = f · p (x, y) / Q 0 (x, y) in the z direction of the measurement point existing in the set direction. Note that f and p (x, y) are known. It is assumed that the origin of the z axis is in the camera 3a (the same applies hereinafter).

上述したステップS4,S5は、複数の設定方向の各々について行われる。すなわち、ステップS4では、各設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQ(x,y)を特定し、ステップS5では、各設定方向についての位置zを、該設定方向に対応するQ(x,y)に基づいて求める。 Steps S4 and S5 described above are performed for each of a plurality of setting directions. That is, in step S4, the pitch Q 0 (x, y) of the lattice pattern existing in each setting direction is specified, and in step S5, the position z 0 in each setting direction corresponds to the setting direction. It calculates | requires based on Q0 (x, y).

<z方向移動の処理>
図9は、z方向移動の処理を示すフローチャートである。z方向移動の処理は、ステップS6〜S15を有する。
<Z-direction movement processing>
FIG. 9 is a flowchart showing the z-direction movement process. The z-direction movement process includes steps S6 to S15.

ステップS6において、ステップS1の状態(すなわち基準位置)から、例えばカメラ3aをz方向に微小量Δzだけ移動させることにより、カメラ3aと対象物体1の表面との相対位置を、z方向に変化量Δzだけ変化させる。Δzは、上述のp(x,y)の1/500以上であってピッチp(x,y)以下であってよい。Δzは、例えば1mm程度の大きさである。
ステップS7において、カメラ3aは、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
In step S6, the relative position between the camera 3a and the surface of the target object 1 is changed in the z direction by, for example, moving the camera 3a by a minute amount Δz 0 in the z direction from the state of step S1 (ie, the reference position). Change by the amount Δz 0 . Δz 0 may be not less than 1/500 of the above-described p (x, y) and not more than the pitch p (x, y). Δz 0 is, for example, about 1 mm.
In step S7, the camera 3a acquires image data by imaging the lattice pattern of the target surface 1a.

ステップS8において、データ処理部3bは、ステップS7で得た画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
ステップS9において、データ処理部3bは、ステップS8で得た複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(6)により、設定方向に存在する計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を求める。このφ(x,y)を以下でφmz(x,y)と記載する。
In step S8, the data processing unit 3b generates a plurality of moire fringe image data by performing the above-described thinning process and luminance interpolation process only a plurality of times on the image data obtained in step S7.
In step S9, the data processing unit 3b, based on the plurality of moire fringe image data obtained in step S8, calculates the moire fringes at the measurement point (x, y) existing in the setting direction according to the above equation (6). The phase φ m (x, y) is obtained. This φ m (x, y) is hereinafter referred to as φ mz (x, y).

ステップS10において、データ処理部3bはΔzによる面内変位U0x(x,y),Δzを求める。ステップS10は、ステップS10aとステップS10bを有する。ステップS10aでは、データ処理部3bは、Δφ(x,y)=φmz(x,y)−φm0(x,y)により、Δφ(x,y)を求める。ステップS10bでは、データ処理部3bは、U0x(x,y),Δz=p(x,y)・Δφ(x,y)/2πにより、Δzによる面内変位U0x(x,y),Δzを求める。ここで、Δφ(x,y)はステップS10aで求めたものである。なお、この面内変位U0x(x,y),Δzは、設定方向に存在する計測点(x,y)の面内変位(以下で設定方向に対応する面内変位U0x(x,y),Δzともいう)であり、φmz(x,y)とφm0(x,y)は、当該設定方向に対応する位相である。 In step S10, the data processing unit 3b calculates an in-plane displacement U 0x (x, y), Δz due to Δz 0 . Step S10 has step S10a and step S10b. In step S10a, the data processing portion 3b, Δφ m (x, y) = φ mz (x, y) -φ m0 (x, y) by, obtaining the Δφ m (x, y). In step S10b, the data processing unit 3b uses U 0x (x, y), Δz = p (x, y) · Δφ m (x, y) / 2π, and thus the in-plane displacement U 0x (x, y by Δz 0 ), Δz . Here, Δφ m (x, y) is obtained in step S10a. The in-plane displacement U 0x (x, y), Δz is the in-plane displacement of the measurement point (x, y) existing in the set direction (hereinafter, the in-plane displacement U 0x (x, y corresponding to the set direction). ) And Δz ), and φ mz (x, y) and φ m0 (x, y) are phases corresponding to the set direction.

ステップS11において、ステップS6での変化量Δzと、ステップS10で求めたU0x(x,y),Δzとに基づいて、データ処理部3bは、設定方向についての面内補正係数Kux(x,y),Δzを、Kux(x,y),Δz=U0x(x,y),Δz/Δzにより算出する。変化量Δzは、予め設定されて例えば記憶装置7に記憶されており、または、検出器12aにより検出されて検出器12aから補正係数算出装置5に入力される(以下同様)。 In step S11, based on the change amount Δz 0 in step S6 and U 0x (x, y), Δz obtained in step S10, the data processing unit 3b performs an in-plane correction coefficient K ux ( x, y), Δz is calculated by K ux (x, y), Δz = U 0x (x, y), Δz / Δz 0 . The change amount Δz 0 is set in advance and stored in the storage device 7, for example, or detected by the detector 12a and input from the detector 12a to the correction coefficient calculation device 5 (the same applies hereinafter).

上述したステップS10,S11は、複数の設定方向の各々について行われる。すなわち、ステップS10では複数の設定方向にそれぞれ存在する複数の計測点(x,y)の面内変位U0x(x,y),Δzを求め、ステップS11では、各設定方向についての面内補正係数Kux(x,y),Δzを、該設定方向に対応する面内変位U0x(x,y),Δzに基づいて算出する。 Steps S10 and S11 described above are performed for each of a plurality of setting directions. That is, in step S10, in-plane displacements U 0x (x, y) and Δz of a plurality of measurement points (x, y) existing in a plurality of setting directions are obtained, and in step S11, in-plane correction for each setting direction is obtained. The coefficients K ux (x, y) and Δz are calculated based on the in-plane displacements U 0x (x, y) and Δz corresponding to the set direction.

一方、ステップS12において、データ処理部3bは、ステップS7で得た画像データにおいて、設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQを、上述の式(9)〜(11)に従って該設定方向に対応する該画像データの領域に基づいて特定する。この時、(9)〜(11)においてQをQに置き換える。
ステップS13において、データ処理部3bは、ステップS12で特定したピッチQと、カメラ3aの焦点距離fと、格子模様の実際のピッチp(x,y)とに基づいて、設定方向に存在する計測点のz方向の位置z=f・p(x,y)/Qを求める。
ステップS14において、データ処理部3bは、ステップS5で求めたzとステップ13で求めたzとに基づいて、O0(x,y),Δz=z−zにより、Δzによる面外変位O0(x,y),Δzを求める。
ステップS15において、ステップS6での変化量Δzと、ステップS14で求めたO0(x,y),Δzとに基づいて、補正係数算出装置5は、面外補正係数Ko(x,y),Δzを、Ko(x,y),Δz=O0(x,y),Δz/Δzにより算出する。
On the other hand, in step S12, the data processing portion 3b, the setting in the image data obtained in step S7, the pitch to Q 1 x direction of the grating pattern that exists in the set direction, in accordance with the above equation (9) to (11) It is specified based on the area of the image data corresponding to the direction. In this case, replace Q to Q 1 in (9) to (11).
In step S13, the data processing unit 3b includes a pitch Q 1 specified in step S12, on the basis of the focal length f of the camera 3a, the actual pitch p (x, y) of the grid pattern and are present in the set direction A position z 1 of the measurement point in the z direction = f · p (x, y) / Q 1 is obtained.
In step S14, the data processing unit 3b performs O 0 (x, y), Δz = z 1 −z 0 based on z 0 obtained in step S5 and z 1 obtained in step 13, and Δz 0 The out-of-plane displacement O 0 (x, y), Δz is obtained.
In step S15, the correction coefficient calculation device 5 calculates the out-of-plane correction coefficient K o (x, y ) based on the change amount Δz 0 in step S6 and O 0 (x, y) and Δz obtained in step S14. ), Δz is calculated by K o (x, y), Δz = O 0 (x, y), Δz / Δz 0 .

上述したステップS12〜S15は、画像データ内の設定方向の各々について行われる。すなわち、ステップS13では各設定方向に存在する計測点(x,y)のz方向の位置zを、該設定方向に対応するQに基づいて求め、ステップS14では、各設定方向についての面外変位O0(x,y),Δzを、該設定方向に対応する位置zと位置zに基づいて算出し、ステップS15では、各設定方向についての面外補正係数Ko(x,y),Δzを、該設定方向に対応する面外変位O0(x,y),Δzに基づいて算出する。 Steps S12 to S15 described above are performed for each setting direction in the image data. That is, calculated on the basis of the measurement points present in each set direction in step S13 (x, y) position z 1 of z-direction, the Q 1 corresponding to the setting direction, in step S14, the surface of each set direction The external displacement O 0 (x, y), Δz is calculated based on the position z 1 and the position z 0 corresponding to the set direction, and in step S15, the out-of-plane correction coefficient K o (x, y) and Δz are calculated based on the out-of-plane displacement O 0 (x, y) and Δz corresponding to the set direction.

<x方向移動の処理>
図10は、x方向移動の処理を示すフローチャートである。x方向移動の処理は、ステップS16〜S25を有する。
<X-direction movement processing>
FIG. 10 is a flowchart showing x-direction movement processing. The x-direction movement process includes steps S16 to S25.

ステップS16において、ステップS1の状態(すなわち基準位置)から、例えばカメラ3aをx方向に微小量Δxだけ移動させることにより、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置を、x方向に変化量Δxだけ変化させる。z方向移動の処理の後に引き続き行う場合は、z方向にカメラ3aを−Δzだけ移動させてカメラ3aの位置をステップS1の状態に戻し、次いで、カメラ3aをx方向に微小量Δxだけ移動させる。これにより、ステップS1の状態から、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置を、x方向に変化量Δxだけ変化させる。Δxは、上述のp(x,y)の1/500以上であってピッチp(x,y)以下であってよい。Δxは、例えば1mm程度の大きさである。
ステップS17において、カメラ3aは、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
In step S16, the state of step S1 (or reference position), for example, a camera 3a by moving in the x direction by a very small amount [Delta] x 0, the relative position of the camera 3a and the target surface 1a, the x-direction to the change amount [Delta] x Change by 0 . When continuing after the process of moving in the z direction, the camera 3a is moved by −Δz 0 in the z direction to return the position of the camera 3a to the state of step S1, and then the camera 3a is moved by a minute amount Δx 0 in the x direction. Move. Thus, from the state of step S1, the relative position of the camera 3a and the target surface 1a, is changed by the change amount [Delta] x 0 in the x direction. Δx 0 may be not less than 1/500 of the above-described p (x, y) and not more than the pitch p (x, y). Δx 0 is about 1 mm, for example.
In step S17, the camera 3a acquires image data by imaging the lattice pattern of the target surface 1a.

ステップS18において、データ処理部3bは、ステップS17で得た画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
ステップS19において、データ処理部3bは、ステップS18で得た複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(6)により、設定方向に存在する計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を求める。このφ(x,y)を以下でφmx(x,y)と記載する。
In step S18, the data processing unit 3b generates a plurality of moire fringe image data by performing the above-described thinning process and luminance interpolation process only a plurality of times on the image data obtained in step S17.
In step S19, the data processing unit 3b, based on the plurality of moire fringe image data obtained in step S18, calculates the moire fringes at the measurement point (x, y) existing in the setting direction according to the above equation (6). The phase φ m (x, y) is obtained. This φ m (x, y) is hereinafter referred to as φ mx (x, y).

ステップS20において、データ処理部3bは、Δxによる面内変位U0x(x,y),Δxを求める。ステップS20は、ステップS20aとステップS20bを有する。ステップS20aでは、データ処理部3bは、Δφ(x,y)=φmx(x,y)−φm0(x,y)により、Δφ(x,y)を求める。ステップS20bでは、データ処理部3bは、U0x(x,y),Δx=p(x,y)・Δφ(x,y)/2πにより、Δxによる面内変位U0x(x,y),Δxを求める。ここで、Δφ(x,y)はステップS20aで求めたものである。この面内変位U0x(x,y),Δxは、設定方向に存在する計測点(x,y)の面内変位(以下で設定方向に対応する面内変位U0x(x,y),Δxともいう)であり、φmx(x,y)とφm0(x,y)は、この設定方向に対応する位相である。 In step S20, the data processing unit 3b obtains in-plane displacements U 0x (x, y) and Δx due to Δx 0 . Step S20 has step S20a and step S20b. In step S20a, the data processing unit 3b obtains Δφ m (x, y) from Δφ m (x, y) = φ mx (x, y) −φ m0 (x, y). In step S20b, the data processing unit 3b uses U 0x (x, y), Δx = p (x, y) · Δφ m (x, y) / 2π, and thus the in-plane displacement U 0x (x, y by Δx 0 ), Δx . Here, Δφ m (x, y) is obtained in step S20a. The in-plane displacements U 0x (x, y) and Δx are the in-plane displacements of measurement points (x, y) existing in the set direction (hereinafter referred to as in-plane displacements U 0x (x, y), (Also referred to as Δx ), and φ mx (x, y) and φ m0 (x, y) are phases corresponding to this setting direction.

ステップS21において、ステップS16での変化量Δxと、ステップS20で求めたU0x(x,y),Δxとに基づいて、データ処理部3bは、面内補正係数Kux(x,y),Δxを、Kux(x,y),Δx=U0x(x,y),Δx/Δxにより算出する。変化量Δxは、予め設定されて例えば記憶装置7に記憶されており、または、検出器12bにより検出されて検出器12bから補正係数算出装置5に入力される(以下同様)。 In step S21, the data processing unit 3b determines the in-plane correction coefficient K ux (x, y) based on the change amount Δx 0 in step S16 and U 0x (x, y) and Δx obtained in step S20. , Δx is calculated by K ux (x, y), Δx = U 0x (x, y), Δx / Δx 0 . The change amount Δx 0 is set in advance and stored in the storage device 7, for example, or detected by the detector 12b and input from the detector 12b to the correction coefficient calculation device 5 (the same applies hereinafter).

上述したステップS20,S21は、複数の設定方向の各々について行われる。すなわち、ステップS20では複数の設定方向にそれぞれ存在する複数の計測点(x,y)の面内変位U0x(x,y),Δxを求め、ステップS21では、各設定方向についての面内補正係数Kux(x,y),Δxを、該設定方向に対応する面内変位U0x(x,y),Δxに基づいて算出する。 Steps S20 and S21 described above are performed for each of a plurality of setting directions. That is, in step S20, in-plane displacements U 0x (x, y) and Δx of a plurality of measurement points (x, y) respectively existing in a plurality of setting directions are obtained, and in step S21, in-plane correction for each setting direction is performed. The coefficients K ux (x, y) and Δx are calculated based on the in-plane displacements U 0x (x, y) and Δx corresponding to the set direction.

一方、ステップS22において、データ処理部3bは、ステップS17で得た画像データにおいて、設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQを、上述の式(9)〜(11)に従って該設定方向に対応する該画像データの領域に基づいて特定する。この時、(9)〜(11)においてQをQに置き換える。
ステップS23において、データ処理部3bは、ステップS22で特定したピッチQと、カメラ3aの焦点距離fと、x方向における格子模様の実際のピッチp(x,y)とに基づいて、設定方向に存在する計測点のz方向の位置z=f・p(x,y)/Qを求める。
ステップS24において、データ処理部3bは、ステップS5で求めたzとステップ23で求めたzとに基づいて、O0(x,y),Δx=z−zにより、Δxによる面外変位O0(x,y),Δxを求める。
ステップS25において、ステップS16での変化量Δxと、ステップS24で求めたO0(x,y),Δxとに基づいて、データ処理部3bは、面外補正係数Ko(x,y),Δxを、Ko(x,y),Δx=O0(x,y),Δx/Δxにより算出する。
On the other hand, in step S22, the data processing portion 3b, the setting in the image data obtained in step S17, the pitch Q 2 in the x direction of the grating pattern that exists in the set direction, in accordance with the above equation (9) to (11) It is specified based on the area of the image data corresponding to the direction. In this case, replace Q to Q 2 in (9) to (11).
In step S23, the data processing unit 3b on the basis of the pitch Q 2 to which specified in step S22, the focal length f of the camera 3a, the actual pitch p (x, y) of the grid pattern in the x-direction and setting a direction The position z 2 = f · p (x, y) / Q 2 in the z direction of the measurement point existing in is obtained.
In step S24, the data processing unit 3b uses O 0 (x, y), Δx = z 2 −z 0 based on z 0 obtained in step S5 and z 2 obtained in step 23, and Δx 0 The out-of-plane displacement O 0 (x, y), Δx is obtained.
In step S25, a variation [Delta] x 0 in step S16, O 0 calculated in step S24 (x, y), based on the [Delta] x, the data processing unit 3b is out-of-plane correction factor K o (x, y) , Δx are calculated from K o (x, y), Δx = O 0 (x, y), Δx / Δx 0 .

上述したステップS22〜S25は、画像データ内の設定方向の各々について行われる。すなわち、ステップS23では各設定方向に存在する計測点(x,y)のz方向の位置zを、該設定方向に対応するQに基づいて求め、ステップS24では、各設定方向についての面外変位O0(x,y),Δxを、該設定方向に対応する位置zと位置zに基づいて算出し、ステップS25では、各設定方向についての面外補正係数Ko(x,y),Δxを、該設定方向に対応する面外変位O0(x,y),Δxに基づいて算出する。 Steps S22 to S25 described above are performed for each setting direction in the image data. That is, calculated on the basis of the measurement points present in each set direction in step S23 (x, y) position z 2 in the z direction, the Q 2 to which corresponding to the setting direction, in step S24, the surface of each set direction The outer displacement O 0 (x, y), Δx is calculated based on the position z 2 and the position z 0 corresponding to the set direction, and in step S25, the out-of-plane correction coefficient K o (x, y) and Δx are calculated based on the out-of-plane displacements O 0 (x, y) and Δx corresponding to the set direction.

<計測処理>
本実施形態による変位取得方法では、上述した補正係数取得処理の後に計測処理が行われる。計測処理は、図7に示すようにステップS26〜S33を有する。
<Measurement process>
In the displacement acquisition method according to the present embodiment, the measurement process is performed after the correction coefficient acquisition process described above. The measurement process includes steps S26 to S33 as shown in FIG.

ステップS26において、基準位置にあるカメラ3aは、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
ステップS27において、データ処理部3bは、ステップS26で得た画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
ステップS28において、データ処理部3bは、ステップS27で得た複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(6)により、設定方向に存在する計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を求める。
In step S26, the camera 3a at the reference position acquires image data by imaging the lattice pattern of the target surface 1a.
In step S27, the data processing unit 3b generates a plurality of moire fringe image data by performing the above-described thinning process and luminance interpolation process only a plurality of times on the image data obtained in step S26.
In step S28, the data processing unit 3b, based on the plurality of moire fringe image data obtained in step S27, calculates the moire fringes at the measurement point (x, y) existing in the setting direction according to the above equation (6). The phase φ m (x, y) is obtained.

ステップS29において、データ処理部3bは面内変位Uを求める。ステップS29は、ステップS29aとステップS29bを有する。ステップS29aでは、データ処理部3bは、Δφ(x,y)=φ(x,y)−φm0(x,y)によりΔφ(x,y)を求める。ここで、φ(x,y)はステップS28で求めたものであり、φm0(x,y)は、ステップS3で求めたφ(x,y)であるが、他の時点で予め求めた初期状態のφ(x,y)であってもよい。ステップS29bでは、データ処理部3bは、U=p(x,y)・Δφ(x,y)/2πにより、面内変位Uを求める。ここで、Δφ(x,y)はステップS29aで求めたものである。 In step S29, the data processing unit 3b obtains the plane displacement U x. Step S29 has step S29a and step S29b. In step S29a, the data processing portion 3b, Δφ m (x, y) = φ m (x, y) -φ m0 (x, y) by Δφ m (x, y) is determined. Here, φ m (x, y) is obtained in step S28, and φ m0 (x, y) is φ m (x, y) obtained in step S3. It may be φ m (x, y) in the obtained initial state. In step S29b, the data processing unit 3b obtains the in-plane displacement U x by U x = p (x, y) · Δφ m (x, y) / 2π. Here, Δφ m (x, y) is obtained in step S29a.

上述したステップS28,S29は、複数の設定方向の各々について行われる。すなわち、ステップS28では複数の設定方向にそれぞれ存在する複数の計測点(x,y)の位相φ(x,y)を求め、ステップS29では、各設定方向についての面内変位Uを、該設定方向に対応するφ(x,y)とφm0(x,y)に基づいて算出する。 Steps S28 and S29 described above are performed for each of a plurality of setting directions. That is, in step S28, the phases φ m (x, y) of a plurality of measurement points (x, y) existing in a plurality of setting directions are obtained, and in step S29, the in-plane displacement U x in each setting direction is calculated. Calculation is performed based on φ m (x, y) and φ m0 (x, y) corresponding to the set direction.

一方、ステップS30において、データ処理部3bは、ステップS26で得た画像データにおいて、設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQを、設定方向に存在する該画像データの領域に基づいて特定する。
ステップS31において、ステップS30で特定したピッチQと、カメラ3aの焦点距離fと、x方向における格子模様の実際のピッチp(x,y)とに基づいて、データ処理部3bは、設定方向に存在する計測点(x,y)のz方向の位置z=f・p(x,y)/Qを求める。
ステップS32において、データ処理部3bは、ステップS31で求めたzに基づいて、O=z−zにより、設定方向について面外変位Oを求める。ここで、zは、ステップS5で求めたzであるが、他の時点で予め求めた初期状態のzであってもよい。
On the other hand, in step S30, the data processing unit 3b specifies the pitch Q in the x direction of the lattice pattern existing in the setting direction based on the region of the image data existing in the setting direction in the image data obtained in step S26. To do.
In step S31, based on the pitch Q specified in step S30, the focal length f of the camera 3a, and the actual pitch p (x, y) of the lattice pattern in the x direction, the data processing unit 3b moves in the set direction. A position z = f · p (x, y) / Q in the z direction of an existing measurement point (x, y) is obtained.
In step S32, the data processing unit 3b obtains the out-of-plane displacement O in the set direction by O = z−z 0 based on z obtained in step S31. Here, z 0 is the z 0 determined in step S5, it may be a z 0 of previously determined initial state at other times.

上述したステップS30〜S32は、複数の設定方向の各々について行われる。すなわち、ステップS31では各設定方向に存在する計測点(x,y)のz方向の位置zを、該設定方向に対応するQに基づいて求め、ステップS32では、各設定方向についての面外変位Oを、該設定方向に対応する位置zと位置zに基づいて算出する。 Steps S30 to S32 described above are performed for each of a plurality of setting directions. That is, in step S31, the position z in the z direction of the measurement point (x, y) existing in each setting direction is obtained based on Q corresponding to the setting direction, and in step S32, the out-of-plane displacement in each setting direction. O is calculated based on the position z and the position z 0 corresponding to the set direction.

ステップS33では、変位算出装置9は、ステップS29で求めた計測変位としての面内変位Uと、ステップS32で求めた計測変位としての面外変位Oと、記憶装置7に記憶されている補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxとに基づいて、補正後変位としてのz方向の変位Δzとx方向の変位Δxを、上述の式(24)(25)により算出する。 In step S33, the displacement calculating unit 9, a plane displacement U x as measured displacement calculated in step S29, and the plane displacement O as measured displacement obtained in step S32, correction stored in the storage device 7 Based on the coefficients K ux (x, y), Δz , K ux (x, y), Δx , K o (x, y), Δz , K o (x, y), Δx , The displacement Δz in the z direction and the displacement Δx in the x direction are calculated by the above equations (24) and (25).

ステップS33は、各設定方向について行われる。すなわち、各設定方向について、該設定方向に対応する面内変位Uと面外変位Oと補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxとに基づいて、補正後変位ΔzとΔxが算出される。
なお、記憶装置7において、各設定方向毎に、補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxは、該設定方向に対応づけられて記憶されている。
Step S33 is performed for each setting direction. That is, for each set direction, the in-plane displacement U x and the out-of-plane displacement O corresponding to the set direction and the correction coefficients K ux (x, y), Δz , K ux (x, y), Δx , K o (x , Y), Δz, Ko (x, y), Δx , the corrected displacements Δz and Δx are calculated.
In the storage device 7, the correction coefficients K ux (x, y), Δz , K ux (x, y), Δx , K o (x, y), Δz , K o (x, y) are set for each setting direction . y) and Δx are stored in association with the set direction.

上述したデータ処理部3bと補正係数算出装置5は、例えば、コンピュータとプログラムと記憶媒体により実現可能である。この場合、プログラムは、データ処理部3bと補正係数算出装置5の上述した各処理をコンピュータに実行させる。この場合、記憶媒体は、プログラムを非一時的に記憶するコンピュータが読取可能な媒体(例えば、コンピュータのハードディスク、CD−ROMなど)である。   The data processing unit 3b and the correction coefficient calculation device 5 described above can be realized by, for example, a computer, a program, and a storage medium. In this case, the program causes the computer to execute the above-described processes of the data processing unit 3b and the correction coefficient calculation device 5. In this case, the storage medium is a computer-readable medium (for example, a computer hard disk or a CD-ROM) that stores the program non-temporarily.

以上は、xz平面に平行な各平面(すなわち、xy座標の値毎の当該平面)に関する処理(xz処理という)である。ただし、xz平面に平行な1つの平面(xz平面を含む)についてxz処理が行われてもよい。   The above is processing (referred to as xz processing) regarding each plane parallel to the xz plane (that is, the plane for each value of xy coordinates). However, xz processing may be performed on one plane (including the xz plane) parallel to the xz plane.

[yz処理]
上述したxz処理に加えて、yz平面と平行な各平面に関する処理(yz処理という)も行われてもよい。yz処理は、上述したxz処理および図2〜図10において(ただし変ステップS33を除く)、xをyに読み替えyをxに読み替えた(すなわちxとyを互いに入れ替えた)内容と同じであるので、その詳しい説明を省略する。ただし、xz処理とyz処理とで重複する内容(例えば面外変位Oを求める処理や補正係数Kozを求める処理)は、xz処理とyz処理のいずれかで行われればよい。また、xy座標を表わす(x,y)を読み替えると(y,x)となるが、これは(x,y)と同じであるので、(x,y)については読み替えない。
[yz processing]
In addition to the above-described xz processing, processing related to each plane parallel to the yz plane (referred to as yz processing) may be performed. The yz process is the same as the above-described xz process and the contents shown in FIGS. 2 to 10 (except for step S33) except that x is replaced with y and y is replaced with x (that is, x and y are replaced with each other). Therefore, the detailed explanation is omitted. However, overlapping contents between the xz process and the yz process (for example, a process for obtaining the out-of-plane displacement O and a process for obtaining the correction coefficient K oz ) may be performed by either the xz process or the yz process. Further, when (x, y) representing the xy coordinates is replaced, (y, x) is obtained, but since this is the same as (x, y), (x, y) is not replaced.

xz処理において、上述のように、補正係数算出装置5は、補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxを予め求めて記憶装置7に記憶させる。
さらに、yz処理において、xz処理と同様に、補正係数算出装置5は、補正係数Kuy(x,y),Δz,Kuy(x,y),Δy,Ko(x,y),Δyを予め求めて記憶装置7に記憶させる。
In the xz process, as described above, the correction coefficient calculation device 5 uses the correction coefficients K ux (x, y), Δz , K ux (x, y), Δx , K o (x, y), Δz , K o. (X, y) and Δx are obtained in advance and stored in the storage device 7.
Further, in the yz process, similarly to the xz process, the correction coefficient calculation device 5 performs correction coefficients K uy (x, y), Δz , K uy (x, y), Δy , K o (x, y), Δy. Is obtained in advance and stored in the storage device 7.

ステップS33において、変位算出装置9は、記憶装置7に記憶された各補正係数に基づいて、補正後変位として、z方向の変位Δzとx方向の変位Δxとy方向の変位Δyを求める。すなわち、変位算出装置9は、次の式(28)〜(30)で表わされる3元連立方程式の解としてΔzとΔxとΔyを求める。

=Kux(x,y),Δx・Δx+Kux(x,y),Δy・Δy+Kux(x,y),Δz・Δz ・・・(28)

=Kuy(x,y),Δx・Δx+Kuy(x,y),Δy・Δy+Kuy(x,y),Δz・Δz ・・・(29)

O=Ko(x,y),Δx・Δx+Ko(x,y),Δy・Δy+Ko(x,y),Δz・Δz ・・・(30)
In step S <b> 33, the displacement calculation device 9 obtains a displacement Δz in the z direction, a displacement Δx in the x direction, and a displacement Δy in the y direction as post-correction displacements based on each correction coefficient stored in the storage device 7. That is, the displacement calculating device 9 obtains Δz, Δx, and Δy as a solution of the ternary simultaneous equations expressed by the following equations (28) to (30).

U x = K ux (x, y), Δx · Δx + K ux (x, y), Δy · Δy + K ux (x, y), Δz · Δz (28)

U y = K uy (x, y), Δx · Δx + K uy (x, y), Δy · Δy + K uy (x, y), Δz · Δz ··· (29)

O = K o (x, y), Δx · Δx + K o (x, y), Δy · Δy + K o (x, y), Δz · Δz (30)

これらの式において、Uは、xz処理において変位計測装置3が求めたx方向に沿った面内変位(計測変位)であり、Uは、yz処理において変位計測装置3が求めたy方向に沿った面内変位(計測変位)であり、Kux(x,y),ΔyとKuy(x,y),Δxは、以下のように予め求められ
ux(x,y),Δyは、yz処理における次の追加処理により求められる。追加処理は、下記の(a1)〜(a6)の処理を有する。
In these equations, U x is an in-plane displacement (measurement displacement) along the x direction obtained by the displacement measuring device 3 in the xz processing, and U y is a y direction obtained by the displacement measuring device 3 in the yz processing. , K ux (x, y), Δy and K ux (x, y), Δx are obtained in advance as follows: K ux (x, y), Δy Is obtained by the following additional processing in the yz processing. The additional process includes the following processes (a1) to (a6).

(a1)上述のステップS1の状態から、例えばカメラ3aをy方向に微小量Δyだけ移動させることにより、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置を、y方向に変化量Δyだけ変化させる。この処理(a1)は、yz処理のステップS16であってよい。
(a2)次に、カメラ3aは、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
(a3)その後、データ処理部3bは、この画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
(a4)次に、データ処理部3bは、これら複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(6)により、設定方向に存在する計測点(x,y)での、x方向におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を求める。このφ(x,y)を以下でφmx(x,y)と記載する。
(A1) from the state of the above step S1, by moving by a small amount [Delta] y 0 For example a camera 3a in the y direction, the relative position of the camera 3a and the target surface 1a, is changed by the change amount [Delta] y 0 in the y-direction . This process (a1) may be step S16 of the yz process.
(A2) Next, the camera 3a acquires image data by imaging the lattice pattern of the target surface 1a.
(A3) Thereafter, the data processing unit 3b generates a plurality of moire fringe image data by performing the above-described thinning process and luminance interpolation process only a plurality of times on this image data.
(A4) Next, the data processing unit 3b, based on the plurality of moire fringe image data, in the x direction at the measurement point (x, y) existing in the set direction according to the above equation (6). The phase of moiré fringes φ m (x, y) is obtained. This φ m (x, y) is hereinafter referred to as φ mx (x, y).

(a5)その後、データ処理部3bは、U0x(x,y),Δy=p(x,y)・{φmx(x,y)−φm0(x,y)}/2πにより、Δyによる、x方向に沿った面内変位U0x(x,y),Δyを求める。ここで、面内変位U0x(x,y),Δyは、設定方向に存在する計測点(x,y)の面内変位であり、φmx(x,y)とφm0(x,y)は、この設定方向に対応する、x方向における位相である。φm0(x,y)は初期状態の位相である。
(a6)上記(a1)での変化量Δyと、上記(a5)で求めたU0x(x,y),Δyとに基づいて、データ処理部3bは、面内補正係数Kux(x,y),Δyを、Kux(x,y),Δy=U0x(x,y),Δy/Δyにより算出する。変化量Δyは、予め設定されて例えば記憶装置7に記憶されており、または、検出器12bにより検出されて当該検出器から補正係数算出装置5に入力される。なお、記憶装置7において、各設定方向毎に、Kux(x,y),Δyは、該設定方向に対応づけられて記憶されている。
(A5) Thereafter, the data processing unit 3b determines that U 0x (x, y), Δy = p (x, y) · {φ mx (x, y) −φ m0 (x, y)} / 2π An in-plane displacement U 0x (x, y), Δy along the x direction due to 0 is obtained. Here, the in-plane displacement U 0x (x, y), Δy is the in-plane displacement of the measurement point (x, y) existing in the set direction, and φ mx (x, y) and φ m0 (x, y). ) Is a phase in the x direction corresponding to the set direction. φ m0 (x, y) is the phase in the initial state.
(A6) On the basis of the change amount Δy 0 in (a1) and U 0x (x, y), Δy obtained in (a5), the data processing unit 3b calculates the in- plane correction coefficient K ux (x , Y), Δy is calculated by K ux (x, y), Δy = U 0x (x, y), Δy / Δy 0 . The change amount Δy 0 is set in advance and stored in the storage device 7, for example, or detected by the detector 12 b and input from the detector to the correction coefficient calculation device 5. In the storage device 7, K ux (x, y) and Δy are stored in association with the setting direction for each setting direction.

uy(x,y),Δxは、Kux(x,y),Δyを求める上記追加処理と同様に、xz処理における次の追加処理により求められる。この追加処理は、下記の(b1)〜(b6)の処理を有する。 K ui (x, y) and Δx are obtained by the following additional process in the xz process, similarly to the above-described additional process for obtaining K ux (x, y) and Δy . This additional process includes the following processes (b1) to (b6).

(b1)ステップS1の状態から、例えばカメラ3aをx方向に微小量Δxだけ移動させることにより、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置を、x方向に変化量Δxだけ変化させる。この処理(b1)は、xz処理のステップS16であってよい。
(b2)次に、カメラ3aは、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
(b3)その後、データ処理部3bは、この画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
(b4)次に、データ処理部3bは、これら複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、xとyを入れ替えた上述の式(6)により、設定方向に存在する計測点(x,y)での、y方向におけるモアレ縞の位相φ(x,y)を求める。このφ(x,y)を以下でφmy(x,y)と記載する。
(B1) from the state of step S1, for example a camera 3a by moving in the x direction by a very small amount [Delta] x 0, the relative position of the camera 3a and the target surface 1a, is changed by the change amount [Delta] x 0 in the x direction. This process (b1) may be step S16 of the xz process.
(B2) Next, the camera 3a acquires image data by imaging the lattice pattern of the target surface 1a.
(B3) Thereafter, the data processing unit 3b generates a plurality of moire fringe image data by performing the above-described thinning process and luminance interpolation process only a plurality of times on the image data.
(B4) Next, the data processing unit 3b, based on the plurality of moiré fringe image data, calculates the measurement point (x, y) existing in the set direction according to the above equation (6) in which x and y are interchanged. Then, the phase φ m (x, y) of the moire fringes in the y direction is obtained. This φ m (x, y) is hereinafter referred to as φ my (x, y).

(b5)その後、データ処理部3bは、U0y(x,y),Δx=p(x,y)・{φmy(x,y)−φm0(x,y)}/2πにより、Δxによる、y方向に沿った面内変位U0y(x,y),Δxを求める。ここで、面内変位U0y(x,y),Δxは、設定方向に存在する計測点(x,y)の面内変位であり、φmy(x,y)とφm0(x,y)は、この設定方向に対応する位相である。φm0(x,y)は初期状態の位相である。
(b6)上記(b1)での変化量Δxと、上記(b5)で求めたU0y(x,y),Δxとに基づいて、データ処理部3bは、面内補正係数Kuy(x,y),Δxを、Kuy(x,y),Δx=U0y(x,y),Δx/Δxにより算出する。変化量Δxは、予め設定されて例えば記憶装置7に記憶されており、または、検出器12bにより検出されて検出器12bから補正係数算出装置5に入力される。なお、記憶装置7において、各設定方向毎に、Kuy(x,y),Δxは、該設定方向に対応づけられて記憶されている。
(B5) After that, the data processing unit 3b determines that U 0y (x, y), Δx = p (x, y) · {φ my (x, y) −φ m0 (x, y)} / 2π, Δx An in-plane displacement U 0y (x, y), Δx along the y-direction due to 0 is obtained. Here, the in-plane displacements U 0y (x, y) and Δx are in-plane displacements of the measurement point (x, y) existing in the set direction, and φ my (x, y) and φ m0 (x, y). ) Is a phase corresponding to this setting direction. φ m0 (x, y) is the phase in the initial state.
(B6) Based on the change amount Δx 0 in (b1) and U 0y (x, y), Δx obtained in (b5), the data processing unit 3b determines the in-plane correction coefficient K uy (x , Y), Δx is calculated by K uy (x, y), Δx = U 0y (x, y), Δx / Δx 0 . The change amount Δx 0 is set in advance and stored in the storage device 7, for example, or detected by the detector 12 b and input from the detector 12 b to the correction coefficient calculation device 5. In the storage device 7, for each setting direction, K uy (x, y) and Δx are stored in association with the setting direction.

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、上述では、カメラ3aを移動させることにより、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置を変化させたが、物体1を移動させることにより、カメラ3aと対象表面1aとの相対位置を変化させてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made within the scope of the technical idea of the present invention.
For example, in the above description, the relative position between the camera 3a and the target surface 1a is changed by moving the camera 3a. However, the relative position between the camera 3a and the target surface 1a is changed by moving the object 1. May be.

1 物体、1a 対象表面、3 変位計測装置、3a カメラ、3b データ処理部、5 補正係数算出装置、7 記憶装置、9 変位算出装置、10 変位取得装置、11 駆動装置、11a 第1ステージ、11b 第1モータ、11c 第2ステージ、11d 第2モータ、C 光軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Object, 1a Target surface, 3 Displacement measuring apparatus, 3a Camera, 3b Data processing part, 5 Correction coefficient calculation apparatus, 7 Storage apparatus, 9 Displacement calculation apparatus, 10 Displacement acquisition apparatus, 11 Drive apparatus, 11a 1st stage, 11b 1st motor, 11c 2nd stage, 11d 2nd motor, C optical axis

Claims (8)

物体の対象表面の変位を計測する変位取得装置であって、
前記対象表面に設けた規則性のある模様を撮像するカメラと、該カメラが撮像した前記模様の画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面における計測点の変位を計測変位として求めるデータ処理部とを有する変位計測装置と、
前記計測変位に関する補正係数を求める補正係数算出装置と、
前記計測変位と前記補正係数とに基づいて、前記計測点の補正後変位を算出する変位算出装置と、を備え、
前記計測点は、前記カメラから見た設定方向に位置し、前記補正係数は、前記設定方向について求められ、
前記補正係数を求めるために、前記カメラと前記対象表面との相対位置を変化させ、
前記変位計測装置は、この変化による、前記設定方向に存在する前記対象表面の計測点の変位を、係数算出用変位として計測し、
前記補正係数算出装置は、前記係数算出用変位と、前記相対位置の変化量とに基づいて、前記補正係数を求める、変位取得装置。
A displacement acquisition device that measures the displacement of a target surface of an object,
A camera that images a regular pattern provided on the target surface, and a data processing unit that obtains a displacement of a measurement point on the target surface as a measurement displacement by a sampling moire method based on image data of the pattern captured by the camera A displacement measuring device comprising:
A correction coefficient calculation device for obtaining a correction coefficient related to the measured displacement;
A displacement calculating device that calculates a corrected displacement of the measurement point based on the measured displacement and the correction coefficient;
The measurement point is located in a setting direction viewed from the camera, and the correction coefficient is obtained for the setting direction,
In order to obtain the correction coefficient, the relative position between the camera and the target surface is changed,
The displacement measuring device measures the displacement of the measurement point on the target surface existing in the setting direction due to this change as a coefficient calculation displacement,
The correction coefficient calculation apparatus is a displacement acquisition apparatus that calculates the correction coefficient based on the coefficient calculation displacement and the amount of change in the relative position.
複数の前記設定方向の各々について、
前記変位計測装置は、前記係数算出用変位を求め、
前記補正係数算出装置は、該係数算出用変位と、前記相対位置の前記変化量とに基づいて、前記補正係数を求め、
前記変位算出装置は、該設定方向に存在する前記計測点の前記計測変位と、該設定方向についての前記補正係数とに基づいて、前記補正後変位を算出する、請求項1に記載の変位取得装置。
For each of the plurality of setting directions,
The displacement measuring device obtains the coefficient calculation displacement,
The correction coefficient calculation device obtains the correction coefficient based on the coefficient calculation displacement and the change amount of the relative position,
The displacement acquisition according to claim 1, wherein the displacement calculation device calculates the corrected displacement based on the measured displacement of the measurement point existing in the setting direction and the correction coefficient for the setting direction. apparatus.
前記計測変位と前記係数算出用変位の各々は、前記対象表面に沿った方向の面内変位と、前記対象表面と交差する方向の面外変位とを含み、
前記補正係数は、面内変位に関する面内補正係数Kと、面外変位に関する面外補正係数Kとを含み、
前記補正係数算出装置は、前記係数算出用変位に含まれる前記面内変位に基づいて面内補正係数Kを求め、前記係数算出用変位に含まれる前記面外変位に基づいて面外補正係数Kを求める、請求項1または2に記載の変位取得装置。
Each of the measurement displacement and the coefficient calculation displacement includes an in-plane displacement in a direction along the target surface and an out-of-plane displacement in a direction intersecting the target surface.
The correction factor may include a plane correction factor K u about plane displacement, and a plane correction factor K o about out-of-plane displacement,
The correction coefficient calculation device obtains an in-plane correction coefficient Ku based on the in-plane displacement included in the coefficient calculation displacement, and based on the out-of-plane displacement included in the coefficient calculation displacement. The displacement acquisition device according to claim 1 or 2, wherein K o is obtained.
前記補正係数を求めるために、前記カメラと前記対象表面との相対位置を、前記カメラの光軸と平行なz方向に前記変化量Δzだけ変化させ、
前記変位計測装置は、前記変化量Δzによる、前記係数算出用変位に含まれる前記面内変位U0x(x,y),Δzと前記面外変位O0(x,y),Δzを求め、
前記補正係数算出装置は、ΔzとU0x(x,y),Δzに基づいて前記面内補正係数Kに含まれるKux(x,y),Δz=U0x(x,y),Δz/Δzを算出し、ΔzとO0(x,y),Δzに基づいて前記面外補正係数Kに含まれるKo(x,y),Δz=O0(x,y),Δz/Δzを算出し、
前記補正係数を求めるために、前記カメラと前記対象表面との相対位置を、前記z方向と直交するx方向に前記変化量Δxだけ変化させ、
前記変位計測装置は、前記変化量Δxによる、前記係数算出用変位に含まれる面内変位U0x(x,y),Δxと面外変位O0(x,y),Δxを求め、
前記補正係数算出装置は、ΔxとU0x(x,y),Δxに基づいて前記面内補正係数Kに含まれるKux(x,y),Δx=U0x(x,y),Δx/Δxを算出し、ΔxとO0(x,y),Δxに基づいて前記面外補正係数KとしてのKo(x,y),Δx=O0(x,y),Δx/Δxを算出し、
前記変位算出装置は、前記計測変位に含まれる面内変位Uと面外変位Oと、前記補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxとに基づいて、前記補正後変位としてのz方向の変位Δzとx方向の変位Δxを、
Δz=(Kux(x,y),Δx・O−Ko(x,y),Δz・U)/(Kux(x,y),Δx・Ko(x,y),Δz−Kux(x,y),Δz・Ko(x,y),Δx
Δx=(Ko(x,y),Δz・U−Kux(x,y),Δz・O)/(Kux(x,y),Δx・Ko(x,y),Δz−Kux(x,y),Δz・Ko(x,y),Δx
により算出する、請求項3に記載の変位取得装置。
In order to obtain the correction coefficient, the relative position between the camera and the target surface is changed by the change amount Δz 0 in the z direction parallel to the optical axis of the camera,
The displacement measuring device obtains the in-plane displacement U 0x (x, y), Δz and the out-of-plane displacement O 0 (x, y), Δz included in the coefficient calculation displacement based on the change amount Δz 0. ,
The correction coefficient calculating device includes K ux (x, y), Δz = U 0x (x, y), which is included in the in-plane correction coefficient K u based on Δz 0 , U 0x (x, y), and Δz . Δz / Δz 0 is calculated, and K o (x, y) and Δz = O 0 (x, y) included in the out-of-plane correction coefficient K o based on Δz 0 , O 0 (x, y), and Δz. , Δz / Δz 0 ,
In order to obtain the correction coefficient, the relative position between the camera and the target surface is changed by the change amount Δx 0 in the x direction perpendicular to the z direction,
The displacement measuring device obtains in-plane displacements U 0x (x, y), Δx and out-of-plane displacements O 0 (x, y), Δx included in the coefficient calculation displacement based on the change amount Δx 0 ,
The correction coefficient calculating device includes K ux (x, y), Δx = U 0x (x, y), included in the in-plane correction coefficient K u based on Δx 0 , U 0x (x, y), and Δx . Δx / Δx 0 is calculated, and based on Δx 0 and O 0 (x, y), Δx , K o (x, y) as the out-of-plane correction coefficient K o , Δx = O 0 (x, y), Calculate Δx / Δx 0 ,
The displacement calculating device includes an in-plane displacement U x and an out-of-plane displacement O included in the measured displacement, and the correction coefficients K ux (x, y), Δz , K ux (x, y), Δx , Ko ( x, y), Δz , K o (x, y), Δx, and the displacement Δz in the z direction and the displacement Δx in the x direction as the post-correction displacement,
Δz = (K ux (x, y), Δx · O−K o (x, y), Δz · U x ) / (K ux (x, y), Δx · K o (x, y), Δz − K ux (x, y), Δz · K o (x, y), Δx )
Δx = (K o (x, y), Δz · U−K ux (x, y), Δz · O) / (K ux (x, y), Δx · K o (x, y), Δz −K ux (x, y), Δz · K o (x, y), Δx )
The displacement acquisition device according to claim 3, which is calculated by:
3次元座標系xyzのz方向が、前記カメラの光軸の方向であるとして、
前記補正係数を求めるために、前記カメラと前記対象表面との相対位置を、前記カメラの光軸と平行なz方向に前記変化量Δzだけ変化させ、
前記変位計測装置は、前記変化量Δzによる、前記係数算出用変位に含まれる前記面内変位U0x(x,y),ΔzとU0y(x,y),Δzと前記面外変位O0(x,y),Δzを求め、U0x(x,y),ΔzとU0y(x,y),Δzはそれぞれx方向とy方向に沿った面内変位であり、
前記補正係数算出装置は、ΔzとU0x(x,y),ΔzとU0y(x,y),Δzに基づいて前記面内補正係数Kに含まれるKux(x,y),Δz=U0x(x,y),Δz/ΔzとKuy(x,y),Δz=U0y(x,y),Δz/Δzを算出し、ΔzとO0(x,y),Δzに基づいて前記面外補正係数Kに含まれるKo(x,y),Δz=O0(x,y),Δz/Δzを算出し、
前記補正係数を求めるために、前記カメラと前記対象表面との相対位置を、x方向に前記変化量Δxだけ変化させ、
前記変位計測装置は、前記変化量Δxによる、前記係数算出用変位に含まれる面内変位U0x(x,y),ΔxとU0y(x,y),Δxと面外変位O0(x,y),Δxを求め、U0x(x,y),ΔxとU0y(x,y),Δxは、それぞれx方向とy方向に沿った面内変位であり、
前記補正係数算出装置は、ΔxとU0x(x,y),Δxに基づいて前記面内補正係数Kに含まれるKux(x,y),Δx=U0x(x,y),Δx/Δxを算出し、ΔxとU0y(x,y),Δxに基づいてKuy(x,y),Δx=U0y(x,y),Δx/Δxを算出し、ΔxとO0(x,y),Δxに基づいて前記面外補正係数KとしてのKo(x,y),Δx=O0(x,y),Δx/Δxを算出し、
前記補正係数を求めるために、前記カメラと前記対象表面との相対位置を、y方向に前記変化量Δyだけ変化させ、
前記変位計測装置は、前記変化量Δyによる、前記係数算出用変位に含まれる面内変位U0y(x,y),ΔyとU0x(x,y),Δyと面外変位O0(x,y),Δyを求め、U0y(x,y),ΔyとU0x(x,y),Δyは、それぞれy方向とx方向に沿った面内変位であり、
前記補正係数算出装置は、ΔyとU0y(x,y),Δyに基づいて前記面内補正係数Kに含まれるKuy(x,y),Δy=U0y(x,y),Δy/Δyを算出し、ΔyとU0x(x,y),Δyに基づいてKux(x,y),Δy=U0x(x,y),Δy/Δyを算出し、ΔyとO0(x,y),Δyに基づいて前記面外補正係数KとしてのKo(x,y),Δy=O0(x,y),Δy/Δyを算出し、
前記計測変位は、x方向に沿った面内変位Uとy方向に沿った面内変位Uと面外変位Oを含み、
前記変位算出装置は、前記計測変位に含まれる面内変位U,Uと面外変位Oと、前記補正係数Kux(x,y),Δz,Kuy(x,y),Δz,Ko(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Kuy(x,y),Δx,Ko(x,y),Δx,Kuy(x,y),Δy,Kux(x,y),Δy,Ko(x,y),Δyとに基づいて、前記補正後変位としてのz方向の変位Δzとx方向の変位Δxとy方向の変位Δyを

=Kux(x,y),Δx・Δx+Kux(x,y),Δy・Δy+Kux(x,y),Δz・Δz

=Kuy(x,y),Δx・Δx+Kuy(x,y),Δy・Δy+Kuy(x,y),Δz・Δz

O=Ko(x,y),Δx・Δx+Ko(x,y),Δy・Δy+Ko(x,y),Δz・Δz

で表わられる3元連立方程式の解として求める、請求項3に記載の変位取得装置。
Assuming that the z direction of the three-dimensional coordinate system xyz is the direction of the optical axis of the camera,
In order to obtain the correction coefficient, the relative position between the camera and the target surface is changed by the change amount Δz 0 in the z direction parallel to the optical axis of the camera,
The displacement measuring device includes the in-plane displacements U 0x (x, y), Δz and U 0y (x, y), Δz and the out-of-plane displacements O included in the coefficient calculation displacements based on the change amount Δz 0. 0 (x, y), Δz is obtained, and U 0x (x, y), Δz and U 0y (x, y), Δz are in-plane displacements along the x direction and the y direction, respectively.
The correction coefficient calculation device includes K ux (x, y), included in the in-plane correction coefficient K u based on Δz 0 and U 0x (x, y), Δz and U 0y (x, y), Δz . Δz = U 0x (x, y), Δz / Δz 0 and K uy (x, y), Δz = U 0y (x, y), Δz / Δz 0 are calculated, and Δz 0 and O 0 (x, y ), Δz , K o (x, y), Δz = O 0 (x, y), Δz / Δz 0 included in the out-of-plane correction coefficient K o are calculated,
In order to obtain the correction coefficient, the relative position between the camera and the target surface is changed by the change amount Δx 0 in the x direction,
Said displacement measuring apparatus, according to the amount of change [Delta] x 0, the plane is included in the coefficient calculation displacement displacement U 0x (x, y), Δx and U 0y (x, y), Δx and out-of-plane displacement O 0 ( x, y), Δx , U 0x (x, y), Δx and U 0y (x, y), Δx are in-plane displacements along the x and y directions, respectively.
The correction coefficient calculating device includes K ux (x, y), Δx = U 0x (x, y), included in the in-plane correction coefficient K u based on Δx 0 , U 0x (x, y), and Δx . calculates Δx / Δx 0, Δx 0 and U 0y (x, y), based on Δx K uy (x, y) , Δx = U 0y (x, y), calculates Δx / Δx 0, Δx Based on 0 , O 0 (x, y), Δx , K o (x, y), Δx = O 0 (x, y), Δx / Δx 0 as the out-of-plane correction coefficient K o are calculated,
In order to obtain the correction coefficient, the relative position between the camera and the target surface is changed by the change amount Δy 0 in the y direction,
Said displacement measuring apparatus, according to the amount of change [Delta] y 0, the plane displacement included in the coefficient calculation displacement U 0y (x, y), Δy and U 0x (x, y), Δy and out-of-plane displacement O 0 ( x, y), Δy , and U 0y (x, y), Δy and U 0x (x, y), Δy are in-plane displacements along the y direction and the x direction, respectively.
The correction coefficient calculation unit, [Delta] y 0 and U 0y (x, y), K uy included in the in-plane correction factor K u on the basis of Δy (x, y), Δy = U 0y (x, y), calculating a [Delta] y / [Delta] y 0, to calculate the [Delta] y 0 and U 0x (x, y), based on Δy K ux (x, y) , Δy = U 0x (x, y), Δy / Δy 0, Δy Based on 0 , O 0 (x, y), Δy, Ko (x, y), Δy = O 0 (x, y), Δy / Δy 0 as the out-of-plane correction coefficient K o are calculated,
The measuring displacement comprises a plane displacement U y and out-of-plane displacement O along the plane displacement U x and y direction along the x-direction,
The displacement calculation device includes in-plane displacements U x and U y and out-of-plane displacements O included in the measured displacement, and the correction coefficients K ux (x, y), Δz , K ui (x, y), Δz , K o (x, y), Δz, K ux (x, y), Δx, K uy (x, y), Δx, K o (x, y), Δx, K uy (x, y), Δy, Based on K ux (x, y), Δy , K o (x, y), Δy , the corrected displacement in the z direction Δz, the displacement in the x direction Δx, and the displacement in the y direction Δy

U x = K ux (x, y), Δx · Δx + K ux (x, y), Δy · Δy + K ux (x, y), Δz · Δz

U y = K uy (x, y), Δx · Δx + K uy (x, y), Δy · Δy + K uy (x, y), Δz · Δz

O = K o (x, y), Δx · Δx + K o (x, y), Δy · Δy + K o (x, y), Δz · Δz

The displacement acquisition device according to claim 3, which is obtained as a solution of a ternary simultaneous equation represented by:
前記カメラを移動させることにより、前記カメラと前記対象表面との前記相対位置を変化させる駆動装置を備え、
前記相対位置の前記変化量は、前記駆動装置による前記カメラの移動量であり、
前記補正係数算出装置は、予め設定されている又は検出器により検出された前記移動量と前記係数算出用変位とに基づいて、前記補正係数を求める、請求項1〜5のいずれか一項に記載の変位取得装置。
A drive device for changing the relative position between the camera and the target surface by moving the camera;
The amount of change in the relative position is the amount of movement of the camera by the driving device,
6. The correction coefficient calculation device according to claim 1, wherein the correction coefficient calculation device obtains the correction coefficient based on the movement amount set in advance or detected by a detector and the coefficient calculation displacement. 7. The displacement acquisition device described.
物体の対象表面の変位を計測する変位取得方法であって、
(A)前記対象表面に設けた規則性のある模様をカメラで撮像することにより画像データを取得し、
(B)前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面における計測点の変位を計測変位として求め、
(C)前記計測変位と補正係数とに基づいて、前記計測点の補正後変位を算出し、
前記計測点は、前記カメラから見た設定方向に位置し、前記補正係数は、前記設定方向について求められ、
前記補正係数を求めるために、
(a)前記カメラと前記対象表面との相対位置を変化させ、
(b)この変化による、前記設定方向に存在する前記対象表面の計測点の変位を、係数算出用変位として計測し、
(c)前記係数算出用変位と、前記相対位置の変化量とに基づいて、前記補正係数を求める、変位取得方法。
A displacement acquisition method for measuring the displacement of a target surface of an object,
(A) Obtaining image data by capturing a regular pattern provided on the target surface with a camera;
(B) A displacement of the measurement point on the target surface is determined as a measurement displacement by a sampling moire method based on the image data,
(C) calculating a corrected displacement of the measurement point based on the measured displacement and a correction coefficient;
The measurement point is located in a setting direction viewed from the camera, and the correction coefficient is obtained for the setting direction,
In order to obtain the correction factor,
(A) changing the relative position between the camera and the target surface;
(B) The displacement of the measurement point on the target surface existing in the set direction due to this change is measured as a coefficient calculation displacement,
(C) A displacement acquisition method for obtaining the correction coefficient based on the coefficient calculation displacement and the change amount of the relative position.
物体の対象表面の変位を計測するための処理を実行するプログラムであって、
前記対象表面に設けた規則性のある模様をカメラで撮像して得た画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面における計測点の変位を計測変位として求める処理と、
前記計測変位に関する補正係数を求める処理と、
前記計測変位と前記補正係数とに基づいて、前記計測点の補正後変位を算出する処理と、をコンピュータに実行させ、
前記計測点は、前記カメラから見た設定方向に位置し、前記補正係数は、前記設定方向について求められ、
前記補正係数を求めるために、前記カメラと前記対象表面との相対位置を変化させた場合に、前記補正係数を求める前記処理は、
この変化の前に前記模様をカメラで撮像して得た画像データと、この変化の後に前記模様をカメラで撮像して得た画像データとに基づいて、この変化による、前記設定方向に存在する前記対象表面の計測点の変位を、係数算出用変位として計測する処理と、
前記係数算出用変位と、前記相対位置の変化量とに基づいて、前記補正係数を求める処理とを含む、プログラム。
A program for executing processing for measuring the displacement of the target surface of an object,
A process for obtaining a displacement of a measurement point on the target surface as a measurement displacement by a sampling moire method based on image data obtained by imaging a regular pattern provided on the target surface with a camera;
Processing for obtaining a correction coefficient related to the measured displacement;
Based on the measurement displacement and the correction coefficient, the computer calculates the corrected displacement of the measurement point,
The measurement point is located in a setting direction viewed from the camera, and the correction coefficient is obtained for the setting direction,
In order to obtain the correction coefficient, when the relative position between the camera and the target surface is changed, the process for obtaining the correction coefficient includes:
Based on the image data obtained by imaging the pattern with the camera before this change and the image data obtained by imaging the pattern with the camera after this change, the change exists in the setting direction. Processing for measuring the displacement of the measurement point on the target surface as a coefficient calculation displacement;
A program including processing for obtaining the correction coefficient based on the coefficient calculation displacement and the change amount of the relative position.
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