JP2021025917A - Three-dimensional shape measurement device - Google Patents

Three-dimensional shape measurement device Download PDF

Info

Publication number
JP2021025917A
JP2021025917A JP2019144970A JP2019144970A JP2021025917A JP 2021025917 A JP2021025917 A JP 2021025917A JP 2019144970 A JP2019144970 A JP 2019144970A JP 2019144970 A JP2019144970 A JP 2019144970A JP 2021025917 A JP2021025917 A JP 2021025917A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
unit
measurement
dimensional shape
measuring device
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019144970A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
政記 藤原
Masaki Fujiwara
政記 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Keyence Corp
Original Assignee
Keyence Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Keyence Corp filed Critical Keyence Corp
Priority to JP2019144970A priority Critical patent/JP2021025917A/en
Publication of JP2021025917A publication Critical patent/JP2021025917A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

To provide a three-dimensional shape measurement device that can avoid an unintended collision even if an object to be measured has a long size to protrude from a placement unit.SOLUTION: A three-dimensional shape measurement device 500 comprises: a placement unit 140 including a rotary stage 143 that rotates a placement surface 142 on which an object to be measured WK is placed and a translation stage 141 that translates the placement surface 142; a light projection unit 110 that irradiates the object to be measured WK with measurement light; a light receiving unit 120 that outputs a light receiving signal; a pedestal unit 600; a support unit 700 that is connected to the pedestal unit 600 and supports the light projection unit 110 and the light receiving unit 120; a point group data generation unit that generates point group data based on the light receiving signal; and a movement control unit 144 that, in a posture in which the translation stage 141 is at a reference position, controls the placement unit to translate the translation stage 141 by the minimum separation distance L2 or more, which is between an outer peripheral end OP of the placement unit 140 and a surface of the support unit 700 opposite to the outer peripheral end OP.SELECTED DRAWING: Figure 14

Description

本発明は、三次元の測定対象物に対して高さ情報を含む所定の検査を行うための三次元形状測定装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device for performing a predetermined inspection including height information on a three-dimensional measurement object.

三角測距方式の三次元形状測定装置が知られている(例えば特許文献1)。この三次元形状測定装置では、測定対象物を載置する載置部と、測定対象物に向けて測定光を投光したり、測定対象物からの反射光を受光したりするヘッド部とが支持部を介して固定的に連結されている。これにより、耐振性など外部環境の変化に対するロバスト性を高め、測定対象物の立体形状を安定的に測定可能となっている。また、この三次元形状測定装置には、測定対象物の立体形状を複数方向から測定するために、測定対象物を回転させる回転ステージが設けられている。 A three-dimensional shape measuring device of a triangular ranging method is known (for example, Patent Document 1). In this three-dimensional shape measuring device, a mounting portion on which a measurement object is placed and a head portion that projects measurement light toward the measurement object or receives reflected light from the measurement object are provided. It is fixedly connected via a support portion. This enhances the robustness against changes in the external environment such as vibration resistance, and makes it possible to stably measure the three-dimensional shape of the object to be measured. Further, the three-dimensional shape measuring device is provided with a rotation stage for rotating the measurement object in order to measure the three-dimensional shape of the measurement object from a plurality of directions.

特開2018−4278号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-4278

このような三次元形状測定装置では、測定対象物を載置する載置部の大きさが制限されるところ、載置部に収まらない長尺の測定対象物についても立体形状を測定したいことがある。このような場合において、測定対象物の載置部からの飛び出し量が、載置部の外周端から支持部までの最小離間距離より大きいときには、測定対象物と支持部との干渉回避のため、回転ステージの回転移動を規制する必要がある。 In such a three-dimensional shape measuring device, the size of the mounting portion on which the measurement object is placed is limited, and it is desirable to measure the three-dimensional shape of a long measurement object that does not fit in the mounting portion. is there. In such a case, when the amount of protrusion of the measurement object from the mounting portion is larger than the minimum separation distance from the outer peripheral end of the mounting portion to the support portion, in order to avoid interference between the measurement target and the support portion, It is necessary to regulate the rotational movement of the rotating stage.

本発明の目的の一は、載置部からはみ出してしまうような長尺の測定対象物でも意図しない衝突の回避を図ることを可能とした三次元形状測定装置を提供することにある。 One of the objects of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring device capable of avoiding an unintended collision even with a long measurement object that protrudes from the mounting portion.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving Problems and Effects of Invention

本発明の第1の側面に係る三次元形状測定装置によれば、測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置であって、測定対象物を載置させる載置面を、該載置面に含まれる回転軸を中心に回転させる回転ステージと、前記載置面を、該載置面内に含まれる所定の基準位置を基準に、該載置面が属する面内で平行移動させる並進ステージとを備える載置部と、前記載置部に載置された測定対象物に所定のパターンを有する測定光を照射する投光部と、前記投光部により照射され、測定対象物にて反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部と、前記載置部を支持する台座部と、前記台座部に連結されると共に、前記載置部の上方に測定光による測定領域が形成されるよう前記投光部及び前記受光部を固定的に支持する支持部と、前記支持部により支持された前記受光部により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成部と、前記並進ステージが前記基準位置にある姿勢で、前記並進ステージを、前記載置部の外周端と、該外周端と前記支持部が対向する面との最小離間距離以上平行移動させるよう、前記載置部を制御する移動制御部とを備えることができる。上記構成により、載置部に収まらないような長尺の測定対象物について測定する際でも、載置部を最小離間距離以上平行移動させることで、載置部から飛び出した測定対象物の端部を載置部の内側に移動させることができ、測定対象物と支持部との衝突を回避できる。 According to the three-dimensional shape measuring device according to the first aspect of the present invention, the three-dimensional shape measuring device for measuring the three-dimensional shape of the object to be measured is a mounting surface on which the object to be measured is placed. A rotating stage that rotates around a rotation axis included in the mounting surface and the previously described mounting surface are moved in parallel in the plane to which the mounting surface belongs, with reference to a predetermined reference position included in the mounting surface. A mounting unit provided with a translational stage to be made to perform, a light projecting unit that irradiates a measurement object mounted on the above-mentioned mounting unit with measurement light having a predetermined pattern, and a measuring object irradiated by the light projecting unit. A light receiving unit that receives the measurement light reflected in the above and outputs a light receiving signal indicating the amount of light received, a pedestal portion that supports the above-mentioned pedestal portion, and an upper portion of the above-mentioned pedestal portion that are connected to the pedestal portion. Measurement is performed based on a support portion that fixedly supports the light projecting portion and the light receiving portion so that a measurement region by the measurement light is formed, and a light receiving signal output by the light receiving portion supported by the support portion. A point group data generation unit that generates point group data representing a three-dimensional shape of an object, and a translation stage in a posture in which the translation stage is in the reference position, A movement control unit that controls the above-mentioned mounting portion can be provided so that the support portion moves in parallel by a minimum separation distance or more from the facing surface. With the above configuration, even when measuring a long measurement object that does not fit in the mounting portion, by translating the mounting portion by the minimum separation distance or more, the end portion of the measurement object protruding from the mounting portion Can be moved inside the mounting portion, and collision between the measurement object and the support portion can be avoided.

また、第2の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記構成に加えて、前記移動制御部は、前記載置部に載置された測定対象物の、前記載置部から飛び出した端部を、前記測定領域内に含めるように、前記並進ステージを移動させるよう構成することができる。上記構成により、載置部に収まらないような長尺の測定対象物について測定する際でも、並進ステージを平行移動させることで、載置部から飛び出した測定対象物の端部を載置部の測定領域内に移動することができる。 Further, according to the three-dimensional shape measuring device according to the second side surface, in addition to the above configuration, the movement control unit protrudes from the previously described mounting portion of the measurement object mounted on the previously described mounting portion. The translational stage can be configured to move so that the end is within the measurement area. With the above configuration, even when measuring a long measurement object that does not fit in the mounting part, by translating the translational stage, the end of the measurement object protruding from the mounting part can be moved to the mounting part. It can be moved into the measurement area.

さらに、第3の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記移動制御部は、前記載置部に載置された測定対象物の、前記載置部から飛び出した端部を、前記測定領域内に含めるように、前記並進ステージを、前記載置面の平面視において、前記載置部が前記支持部に接近及び離間する奥行方向と交差する方向(*X方向)であって、前記測定領域の中心側に向かって移動させるよう構成することができる。上記構成により、並進ステージと支持部との衝突を回避しつつ、測定対象物の端部を測定領域内に収める方向に移動できる。 Further, according to the three-dimensional shape measuring device according to the third aspect, in addition to any of the above configurations, the movement control unit is a previously described mounting portion of a measurement object mounted on the previously described mounting portion. The direction in which the translational stage intersects the depth direction in which the preamble is approaching and separating from the support in the plan view of the preamble so that the end protruding from the measurement region is included in the measurement area ( * X direction), and can be configured to move toward the center side of the measurement region. With the above configuration, it is possible to move the end portion of the measurement object in the measurement region while avoiding the collision between the translation stage and the support portion.

さらにまた、第4の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、さらに、前記載置部に載置された測定対象物の、前記載置部から飛び出した端部を検出する端部検出部を備えることができる。上記構成により、測定領域内に収められた測定対象物の端部を検出することができる。このようにして、載置部から飛び出した測定対象物の端部の飛び出し量を把握することで、載置部の移動による衝突の回避を図ることが可能となる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the fourth side surface, in addition to any of the above configurations, the measurement object mounted on the previously described mounting portion further protrudes from the previously described mounting portion. An end portion detecting portion for detecting an end portion can be provided. With the above configuration, it is possible to detect the end portion of the measurement object housed in the measurement area. In this way, by grasping the amount of protrusion of the end portion of the measurement object protruding from the mounting portion, it is possible to avoid a collision due to the movement of the mounting portion.

さらにまた、第5の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記端部検出部は、前記移動制御部で前記並進ステージを前記基準位置から前記最小離間距離以上に平行移動させた状態で、端部検出動作を実行するよう構成することができる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the fifth side surface, in addition to any of the above configurations, the end detection unit uses the movement control unit to separate the translation stage from the reference position by the minimum distance. It can be configured to execute the end detection operation while being translated over a distance.

さらにまた、第6の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記端部検出部は、前記点群データ生成部により生成された点群データに基づいて、前記端部を検出するよう構成することができる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the sixth aspect, in addition to any of the above configurations, the end detection unit is based on the point cloud data generated by the point cloud data generation unit. , Can be configured to detect the end.

さらにまた、第7の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、さらに、前記端部検出部による前記端部の検出可否又は検出位置に基づいて、該端部が前記支持部に接近する方向への前記回転ステージの回転移動、又は前記並進ステージの平行移動を規制するか否かを判断する規制判断部を備えることができる。上記構成により、測定対象物の端部が支持部に接触しないように載置部の移動を制限することが可能となる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the seventh side surface, in addition to any of the above configurations, the end is further based on whether or not the end can be detected by the end detection unit or the detection position. A regulation determination unit for determining whether to restrict the rotational movement of the rotating stage or the translational movement of the translation stage in a direction in which the unit approaches the support unit can be provided. With the above configuration, it is possible to restrict the movement of the mounting portion so that the end portion of the object to be measured does not come into contact with the support portion.

さらにまた、第8の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記規制判断部は、前記端部検出部による端部の検出結果に基づいて、測定対象物の端部が前記支持部に接近しないよう、前記載置部の移動方向及び/又は移動量を変更するよう、前記移動制御部に対し指示することができる。上記構成により、測定対象物の端部が支持部に接触しないように載置部の移動を制限することが可能となる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the eighth aspect, in addition to any of the above configurations, the regulation determination unit is a measurement target based on the end detection result by the end detection unit. It is possible to instruct the movement control unit to change the movement direction and / or the movement amount of the above-mentioned placement portion so that the end portion of the object does not approach the support portion. With the above configuration, it is possible to restrict the movement of the mounting portion so that the end portion of the object to be measured does not come into contact with the support portion.

さらにまた、第9の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記規制判断部は、前記端部検出部による端部の検出結果に基づき、測定対象物の端部が前記支持部に接近することを告知する画像、文字又は音声を出力するよう構成することができる。上記構成により、測定対象物が三次元形状測定装置に接触する前に、例えば文字や音声などでユーザに告知することができ、接触の予防を促すことができる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the ninth aspect surface, in addition to any of the above configurations, the regulation determination unit is based on the end detection result by the end detection unit, and the measurement object is measured. It can be configured to output an image, text or voice announcing that the end of the is approaching the support. With the above configuration, before the object to be measured comes into contact with the three-dimensional shape measuring device, the user can be notified by, for example, characters or voice, and prevention of contact can be promoted.

さらにまた、第10の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記載置部は、前記台座部に回転可能に支持される前記回転ステージの上方に前記並進ステージを設けることができる。上記構成により、回転ステージを回転可能に台座部に固定し、並進ステージに載置された測定対象物と共に並進ステージを回転可能としている。この測定対象物と並進ステージが共に回転することにより、測定対象物と並進ステージの位置関係は、測定対象物の載置姿勢を変えない範囲では、一定に維持できる。これにより、回転における複数視点からの三次元測定が常に同じ測定対象物の範囲で行える。その結果、測定対象物上の同一点を複数視点からのデータで平均化でき、測定対象物全体にわたって安定した測定を実現し、測定精度を向上することができる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the tenth side surface, in addition to any of the above configurations, the above-mentioned mounting portion is above the rotating stage rotatably supported by the pedestal portion. A translational stage can be provided. With the above configuration, the rotating stage is rotatably fixed to the pedestal portion, and the translation stage can be rotated together with the measurement object placed on the translation stage. By rotating the measurement object and the translation stage together, the positional relationship between the measurement object and the translation stage can be maintained constant as long as the placement posture of the measurement object is not changed. As a result, three-dimensional measurement from a plurality of viewpoints in rotation can always be performed within the same measurement target range. As a result, the same point on the measurement object can be averaged with data from a plurality of viewpoints, stable measurement can be realized over the entire measurement object, and measurement accuracy can be improved.

さらにまた、第11の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記並進ステージを円形状とすることができる。上記構成により、円形状の並進ステージとすることで、並進ステージの動作をスムーズにでき、径も概ね一律であるためユーザも最大径を把握しやすい。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the eleventh side surface, in addition to any of the above configurations, the translational stage can be made into a circular shape. With the above configuration, by using a circular translation stage, the operation of the translation stage can be smoothed, and the diameter is almost uniform, so that the user can easily grasp the maximum diameter.

本発明の実施の形態1に係る画像検査装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the image inspection apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1の測定部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the measuring part of FIG. 図1のコントローラのCPUの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the CPU of the controller of FIG. 三次元形状測定システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 3D shape measurement system. 図4に示す三次元形状測定装置本体の分解斜視図である。It is an exploded perspective view of the 3D shape measuring apparatus main body shown in FIG. 図4に示す三次元形状測定装置本体の側面図である。It is a side view of the 3D shape measuring apparatus main body shown in FIG. 倍率の異なる複数の受光部を備える三次元形状測定装置の側面図である。It is a side view of the three-dimensional shape measuring apparatus provided with a plurality of light receiving parts having different magnifications. 載置面の駆動方向を示す平面図である。It is a top view which shows the driving direction of a mounting surface. 載置面の駆動方向を示す平面図である。It is a top view which shows the driving direction of a mounting surface. 図10Aは載置面と測定領域の関係を示す模式平面図、図10Bは並進ステージを左方向に移動させた状態の模式平面図、図10Cは右方向に移動させた状態の模式平面図、図10Dは回転ステージで180°回転させた状態で並進ステージを左方向に移動させた状態の模式平面図、図13Eは右方向に移動させた状態の模式平面図である。FIG. 10A is a schematic plan view showing the relationship between the mounting surface and the measurement area, FIG. 10B is a schematic plan view of the translation stage moved to the left, and FIG. 10C is a schematic plan view of the translation stage moved to the right. FIG. 10D is a schematic plan view of a state in which the translational stage is moved to the left while the rotation stage is rotated by 180 °, and FIG. 13E is a schematic plan view of a state in which the translational stage is moved to the right. 図11Aは図10Bの位置で取得した測定対象物の観察画像、図11Bは図11Aの観察画像から生成した単視野測定データ、図11Cは図10Cの位置で取得した測定対象物の観察画像、図11Dは図11Cの観察画像から生成した単視野測定データ、図11Eは図10Dの位置で取得した測定対象物の観察画像、図11Fは図11Eの観察画像から生成した単視野測定データ、図11Gは図10Eの位置で取得した測定対象物の観察画像、図11Hは図11Gの観察画像から生成した単視野測定データ、図11Iは図11B、図11D、図11F及び図11Hを合成した合成画像の、各イメージ図である。11A is an observation image of the measurement object acquired at the position of FIG. 10B, FIG. 11B is a single-field measurement data generated from the observation image of FIG. 11A, and FIG. 11C is an observation image of the measurement object acquired at the position of FIG. 10C. 11D is the single-field measurement data generated from the observation image of FIG. 11C, FIG. 11E is the observation image of the measurement object acquired at the position of FIG. 10D, and FIG. 11F is the single-field measurement data generated from the observation image of FIG. 11E. 11G is an observation image of the measurement object acquired at the position of FIG. 10E, FIG. 11H is single-field measurement data generated from the observation image of FIG. 11G, and FIG. 11I is a composite of FIGS. 11B, 11D, 11F and 11H. It is each image figure of the image. 図12Aは測定対象物が載置部から飛び出していない状態を示す模式平面図、図12Bは測定対象物が支柱部に干渉することなく回転ステージを回転できる状態を示す模式平面図、図12Cは測定対象物が支柱部と衝突する状態を示す模式平面図である。FIG. 12A is a schematic plan view showing a state in which the measurement object does not protrude from the mounting portion, FIG. 12B is a schematic plan view showing a state in which the measurement object can rotate the rotating stage without interfering with the support column, and FIG. 12C is a schematic plan view. It is a schematic plan view which shows the state which a measurement object collides with a support column part. 載置面が矩形状である状態を示す模式平面図である。It is a schematic plan view which shows the state which the mounting surface is rectangular. 図14Aは測定対象物の端部が検出できない状態を示す模式平面図、図14Bは並進ステージを平行移動させた状態を示す模式平面図である。FIG. 14A is a schematic plan view showing a state in which the end portion of the object to be measured cannot be detected, and FIG. 14B is a schematic plan view showing a state in which the translational stage is translated. 図15Aは変形例に係る並進ステージの平面図、図15Bは別の変形例に係る並進ステージの平面図、図15Cはさらに別の変形例に係る並進ステージの平面図である。15A is a plan view of the translation stage according to the modification, FIG. 15B is a plan view of the translation stage according to another modification, and FIG. 15C is a plan view of the translation stage according to the further modification. 変形例に係る三次元形状測定装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the 3D shape measuring apparatus which concerns on a modification. 測定対象物のトップビューマップ画像に輪郭画素を重ねた例を示すイメージ図である。It is an image diagram which shows the example which superposed the contour pixel on the top view map image of the measurement object. 端部検出を行うメッシュ画像の例を示すイメージ図である。It is an image diagram which shows the example of the mesh image which performs the edge detection. 図18のメッシュ画像を平面視として測定対象物の端部を検出した輪郭線を重ねた状態を示すイメージ図である。It is an image diagram which shows the state which superposed the contour line which detected the end part of the measurement object with the mesh image of FIG. 18 as a plan view.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法を例示するものであって、本発明は三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiments shown below exemplify a three-dimensional shape measuring device and a three-dimensional shape measuring method for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is a three-dimensional shape measuring device and a tertiary. The original shape measurement method is not specified as follows. Further, the present specification does not specify the member shown in the claims as the member of the embodiment. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention to the specific description unless otherwise specified, and are merely described. It's just an example. The size and positional relationship of the members shown in each drawing may be exaggerated to clarify the explanation. Further, in the following description, members of the same or the same quality are shown with the same name and reference numeral, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Further, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are composed of the same member and the plurality of elements are combined with one member, or conversely, the function of one member is performed by the plurality of members. It can also be shared and realized.

本明細書において、「テクスチャ画像」とは、光学画像に代表される、テクスチャ情報を有する観察画像である。一方、「高さ画像」とは、距離画像等とも呼ばれるものであり、高さ情報を含む画像の意味で使用する。例えば、高さ情報を輝度や色度等に変換して二次元画像として表示した画像や、高さ情報をZ座標情報として三次元状に表示した画像が挙げられる。またこのような高さ画像にテクスチャ画像をテクスチャ情報として貼り付けた三次元の合成画像も、高さ画像に含む。また、本明細書において高さ画像の表示形態は二次元状に表示されるものに限られず、三次元状に表示されるものも含む。例えば、高さ画像の有する高さ情報を輝度等に変換して二次元画像として表示したものや、高さ情報をZ座標情報として三次元状に表示したものを含む。 In the present specification, the "texture image" is an observation image having texture information represented by an optical image. On the other hand, the "height image" is also called a distance image or the like, and is used to mean an image including height information. For example, an image in which height information is converted into brightness, chromaticity, etc. and displayed as a two-dimensional image, and an image in which height information is displayed as Z coordinate information in a three-dimensional manner can be mentioned. The height image also includes a three-dimensional composite image in which a texture image is pasted as texture information on such a height image. Further, in the present specification, the display form of the height image is not limited to the one displayed in a two-dimensional shape, but also includes the one displayed in a three-dimensional shape. For example, the height information of the height image is converted into brightness and displayed as a two-dimensional image, and the height information is displayed as Z coordinate information in a three-dimensional manner.

さらに本明細書において測定対象物をステージ上に置く「姿勢」とは、測定対象物の回転角度を意味する。なお、測定対象物が円錐のような平面視において点対称の形状の場合は、回転角度に依らず同じ結果が得られるため、姿勢は規定する必要がない。 Further, in the present specification, the "posture" of placing the measurement object on the stage means the rotation angle of the measurement object. When the object to be measured has a point-symmetrical shape in a plan view such as a cone, the same result can be obtained regardless of the rotation angle, so it is not necessary to specify the posture.

以下の実施例では、測定対象物の高さ情報を取得するため、所定のパターンの測定光を測定対象物に対して照射して、測定対象物の表面で反射された反射光から得られる信号を用いて、高さ情報を取得している。例えば、所定のパターンの測定光として、構造化照明を用いて、測定対象物に投影し、その反射光から得られる縞投影画像を用いた三角測距を用いた計測方法を用いることができる。ただ、本発明は測定対象物の高さ情報を取得するための原理や構成を、これに限らず、他の方法も適用することができる。
(実施形態)
In the following embodiment, in order to acquire height information of the measurement object, a predetermined pattern of measurement light is applied to the measurement object, and a signal obtained from the reflected light reflected on the surface of the measurement object is obtained. The height information is acquired using. For example, as the measurement light of a predetermined pattern, a measurement method using a triangular distance measurement using a fringe projection image obtained by projecting onto a measurement object using structured illumination and using the reflected light can be used. However, the present invention is not limited to this, and other methods can be applied to the principle and configuration for acquiring the height information of the object to be measured.
(Embodiment)

三次元形状測定装置は、測定対象画像の三次元の高さ計測を行うことができる。また、三次元計測に加えて、二次元の寸法計測も行うことができる。図1に、本発明の実施形態に係る三次元形状測定装置のブロック図を示す。この図に示す三次元形状測定装置500は、測定部100、台座部600と、コントローラ200、光源部300及び表示部400を備える。この三次元形状測定装置500は、光源部300で構造化照明を行い、縞投影画像を撮像して高さ情報を有する高さ画像を生成し、これに基づいて測定対象物WKの三次元寸法や形状を計測することができる。このような縞投影を用いた測定は、測定対象物WKやレンズ等の光学系をZ方向に移動させることなく高さ測定ができるため、測定時間を短くできるという利点がある。 The three-dimensional shape measuring device can measure the three-dimensional height of the image to be measured. In addition to three-dimensional measurement, two-dimensional dimensional measurement can also be performed. FIG. 1 shows a block diagram of a three-dimensional shape measuring device according to an embodiment of the present invention. The three-dimensional shape measuring device 500 shown in this figure includes a measuring unit 100, a pedestal unit 600, a controller 200, a light source unit 300, and a display unit 400. The three-dimensional shape measuring device 500 performs structured illumination with the light source unit 300, captures a fringe projection image to generate a height image having height information, and based on this, three-dimensional dimensions of the measurement object WK. And shape can be measured. The measurement using such fringe projection has an advantage that the measurement time can be shortened because the height can be measured without moving the optical system such as the measurement object WK or the lens in the Z direction.

測定部100は、投光部110と、受光部120と、測定制御部150と、照明光出力部130を備える。投光部110は、載置部140に載置された測定対象物WKに所定のパターンを有する測定光を照射する。受光部120は、載置面142に対して傾斜姿勢で固定されている。この受光部120は、投光部110により照射され、測定対象物WKにて反射された測定光を受光して、受光量を表す受光信号を出力する。 The measuring unit 100 includes a light emitting unit 110, a light receiving unit 120, a measurement control unit 150, and an illumination light output unit 130. The light projecting unit 110 irradiates the measurement object WK placed on the mounting unit 140 with measurement light having a predetermined pattern. The light receiving unit 120 is fixed to the mounting surface 142 in an inclined posture. The light receiving unit 120 receives the measurement light that is irradiated by the light projecting unit 110 and reflected by the measurement object WK, and outputs a light receiving signal indicating the amount of light received.

台座部600は、載置部140と移動制御部144を備える。この台座部600は、載置部140を支持している。移動制御部144は、載置部140を移動させる部材である。移動制御部144は、台座部600側に設ける他、コントローラ側に配置してもよい。 The pedestal unit 600 includes a mounting unit 140 and a movement control unit 144. The pedestal portion 600 supports the mounting portion 140. The movement control unit 144 is a member that moves the mounting unit 140. The movement control unit 144 may be provided on the pedestal unit 600 side or may be arranged on the controller side.

光源部300は、測定部100と接続される。光源部300は、測定光を生成して測定部100に供給する。コントローラ200は、測定部100の撮像を制御する。表示部400は、コントローラ200と接続され、生成された画像を表示させ、また必要な設定を行うHMIとなる。
(載置部140)
The light source unit 300 is connected to the measurement unit 100. The light source unit 300 generates measurement light and supplies it to the measurement unit 100. The controller 200 controls the imaging of the measuring unit 100. The display unit 400 is connected to the controller 200 and serves as an HMI that displays the generated image and makes necessary settings.
(Mounting unit 140)

図1に示す台座部600は、載置部140と、移動制御部144を備える。載置部140は、測定対象物WKが載置される載置面142を有する。この載置部140は、載置面142を回転させる回転ステージ143と、載置面142を平行移動させる並進ステージ141を含む。
(移動制御部144)
The pedestal portion 600 shown in FIG. 1 includes a mounting portion 140 and a movement control portion 144. The mounting unit 140 has a mounting surface 142 on which the measurement object WK is mounted. The mounting portion 140 includes a rotating stage 143 that rotates the mounting surface 142 and a translation stage 141 that translates the mounting surface 142.
(Movement control unit 144)

移動制御部144は、測定領域設定部264により設定された測定領域に基づいて、回転ステージ143の回転移動及び並進ステージ141の平行移動を制御する。また移動制御部144は、後述する測定領域設定部264により設定された測定領域に基づいて、載置移動部による載置部140の移動動作を制御する。 The movement control unit 144 controls the rotational movement of the rotary stage 143 and the translational movement of the translation stage 141 based on the measurement area set by the measurement area setting unit 264. Further, the movement control unit 144 controls the movement operation of the mounting unit 140 by the mounting movement unit based on the measurement area set by the measurement area setting unit 264 described later.

コントローラ200は、CPU(中央演算処理装置)210、ROM(リードオンリメモリ)220、作業用メモリ230、記憶装置240及び操作部250を含む。コントローラ200には、PC(パーソナルコンピュータ)等が利用できる。またCPU210は、点群データを生成する点群データ生成部260と、載置部に載置された測定対象物の端部を検出する端部検出部265と、端部検出部265による端部の検出可否又は検出位置に基づいて、載置部の移動を規制するか否かを判断する規制判断部266の機能を実現する(詳細は後述)。
(測定部100のブロック図)
The controller 200 includes a CPU (central processing unit) 210, a ROM (read-only memory) 220, a working memory 230, a storage device 240, and an operation unit 250. A PC (personal computer) or the like can be used as the controller 200. Further, the CPU 210 has a point cloud data generation unit 260 that generates point cloud data, an end detection unit 265 that detects the end of the measurement object mounted on the mounting unit, and an end portion by the end detection unit 265. The function of the regulation determination unit 266 that determines whether or not to restrict the movement of the mounting unit is realized based on the detection possibility or the detection position of the above (details will be described later).
(Block diagram of measuring unit 100)

図1の三次元形状測定装置500の測定部100の構成を図2のブロック図に示す。測定部100は、例えば顕微鏡であり、投光部110、受光部120、照明光出力部130、測定制御部150、及びこれらを収納する本体ケース101、並びに載置部140を備える。投光部110は、測定光源111、パターン生成部112及び複数のレンズ113、114、115を含む。受光部120は、カメラ121及び複数のレンズ122、123を含む。載置部140上には、測定対象物WKが載置される。本体ケース101は、樹脂や金属製の筐体とする。
(投光部110)
The configuration of the measuring unit 100 of the three-dimensional shape measuring device 500 of FIG. 1 is shown in the block diagram of FIG. The measuring unit 100 is, for example, a microscope, and includes a light emitting unit 110, a light receiving unit 120, an illumination light output unit 130, a measurement control unit 150, a main body case 101 for accommodating these, and a mounting unit 140. The light projecting unit 110 includes a measurement light source 111, a pattern generation unit 112, and a plurality of lenses 113, 114, 115. The light receiving unit 120 includes a camera 121 and a plurality of lenses 122 and 123. The object to be measured WK is placed on the mounting portion 140. The main body case 101 is a housing made of resin or metal.
(Light projecting unit 110)

投光部110は、載置部140の斜め上方に配置される。この測定部100は、複数の投光部110を含んでもよい。図2の例においては、測定部100は2つの投光部110を含む。ここでは、第一の方向から測定対象物WKに対して第一測定光ML1を照射可能な第一測定光投光部110A(図2において右側)と、第一の方向とは異なる第二の方向から測定対象物WKに対して第二測定光ML2を照射可能な第二測定光投光部110B(図2において左側)を、それぞれ配置している。第一測定光投光部110A、第二測定光投光部110Bは受光部120の光軸を挟んで対称に配置される。なお投光部を3以上備えたり、あるいは投光部とステージを相対移動させて、共通の投光部を用いつつも、照明の方向を異ならせて投光させることも可能である。また以上の例では投光部110を複数用意し、共通の受光部120で受光する構成としているが、逆に共通の投光部に対して、複数の受光部を用意して受光するように構成してもよい。さらにこの例では投光部が投光する照明光の、垂直方向に対する照射角度を固定としているが、これを可変とすることもできる。
(測定光源111)
The light projecting unit 110 is arranged diagonally above the mounting unit 140. The measuring unit 100 may include a plurality of light projecting units 110. In the example of FIG. 2, the measuring unit 100 includes two projecting units 110. Here, the first measurement light projecting unit 110A (on the right side in FIG. 2) capable of irradiating the measurement object WK with the first measurement light ML1 from the first direction, and the second measurement object WK different from the first direction. The second measurement light projection unit 110B (on the left side in FIG. 2) capable of irradiating the measurement object WK with the second measurement light ML2 from the direction is arranged respectively. The first measurement light projection unit 110A and the second measurement light projection unit 110B are symmetrically arranged with the optical axis of the light receiving unit 120 interposed therebetween. It is also possible to provide three or more light projecting units, or to move the light projecting unit and the stage relative to each other so that the light projecting can be projected in different directions while using a common light projecting unit. Further, in the above example, a plurality of light emitting units 110 are prepared and a common light receiving unit 120 receives light, but conversely, a plurality of light receiving units are prepared and received light for the common light emitting unit. It may be configured. Further, in this example, the irradiation angle of the illumination light projected by the light projecting unit in the vertical direction is fixed, but this can also be made variable.
(Measurement light source 111)

各第一測定光投光部110A、第二測定光投光部110Bは、測定光源111としてそれぞれ第一測定光源、第二測定光源を備える。これら測定光源11は、例えば白色光を出射するハロゲンランプである。測定光源111は、単色光を発光する光源、例えば白色光を出射する白色LED(発光ダイオード)や有機EL等の他の光源であってもよい。測定光源111から出射された光(以下、「測定光」と呼ぶ。)は、レンズ113により適切に集光された後、パターン生成部112に入射される。
(パターン生成部112)
Each of the first measurement light projection unit 110A and the second measurement light projection unit 110B includes a first measurement light source and a second measurement light source as measurement light sources 111, respectively. The measurement light source 11 is, for example, a halogen lamp that emits white light. The measurement light source 111 may be a light source that emits monochromatic light, for example, another light source such as a white LED (light emitting diode) that emits white light or an organic EL. The light emitted from the measurement light source 111 (hereinafter, referred to as “measurement light”) is appropriately focused by the lens 113 and then incident on the pattern generation unit 112.
(Pattern generator 112)

パターン生成部112は、測定光を測定対象物WKに対して投光させるよう、測定光源111から出射された光を反射させる。パターン生成部112に入射した測定光は、予め設定されたパターン及び予め設定された強度(明るさ)に変換されて出射される。パターン生成部112により出射された測定光は、複数のレンズ114、115により受光部120の観察・測定可能な視野よりも大きい径を有する光に変換された後、載置部140上の測定対象物WKに照射される。 The pattern generation unit 112 reflects the light emitted from the measurement light source 111 so that the measurement light is projected onto the measurement object WK. The measurement light incident on the pattern generation unit 112 is converted into a preset pattern and a preset intensity (brightness) and emitted. The measurement light emitted by the pattern generation unit 112 is converted into light having a diameter larger than the observable / measurable field of view of the light receiving unit 120 by the plurality of lenses 114 and 115, and then the measurement target on the mounting unit 140. The object WK is irradiated.

パターン生成部112は、測定光を測定対象物WKに投光させる投光状態と、測定光を測定対象物WKに投光させない非投光状態とを切り替え可能な部材である。このようなパターン生成部112には、例えばDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)が好適に利用できる。DMDを用いたパターン生成部112は、投光状態として測定光を光路上に反射させる反射状態と、非投光状態として測定光を遮光させる遮光状態とを切り替え可能に、測定制御部150により制御できる。 The pattern generation unit 112 is a member capable of switching between a projection state in which the measurement light is projected onto the measurement object WK and a non-projection state in which the measurement light is not projected on the measurement object WK. For such a pattern generation unit 112, for example, a DMD (Digital Micromirror Device) can be preferably used. The pattern generation unit 112 using the DMD is controlled by the measurement control unit 150 so as to be able to switch between a reflection state in which the measurement light is reflected on the optical path as a light projection state and a light shielding state in which the measurement light is blocked as a non-light projection state. it can.

DMDは多数のマイクロミラー(微小鏡面)MMを平面上に配列した素子である。各マイクロミラーは、測定制御部150により個別にON状態、OFF状態を切り替えることができるので、多数のマイクロミラーのON状態、OFF状態を組み合わせて、所望の投影パターンを構成できる。これによって、三角測距に必要なパターンを生成して、測定対象物WKの測定が可能となる。このようにDMDは、測定時には測定用の周期的な投影パターンを測定対象物WKに投光する投影パターン光学系として機能する。またDMDは応答速度にも優れ、シャッターなどに比べ高速に動作させることができる利点も得られる。 A DMD is an element in which a large number of micromirror (micromirror surface) MMs are arranged on a plane. Since each micromirror can be individually switched between the ON state and the OFF state by the measurement control unit 150, a desired projection pattern can be configured by combining the ON state and the OFF state of a large number of micromirrors. As a result, the pattern required for triangular distance measurement can be generated, and the measurement target WK can be measured. In this way, the DMD functions as a projection pattern optical system that projects a periodic projection pattern for measurement onto the measurement object WK at the time of measurement. In addition, DMD has an excellent response speed, and has an advantage that it can be operated at a higher speed than a shutter or the like.

なお以上の例では、パターン生成部112にDMDを用いた例を説明したが、本発明はパターン生成部112をDMDに限定するものでなく、他の部材を用いることもできる。例えば、パターン生成部112として、LCOS(Liquid Crystal on Silicon:反射型液晶素子)を用いてもよい。あるいは反射型の部材に代えて透過型の部材を用いて、測定光の透過量を調整してもよい。この場合は、パターン生成部112を測定光の光路上に配置して、測定光を透過させる投光状態と、測定光を遮光させる遮光状態とを切り替える。このようなパターン生成部112には、例えばLCD(液晶ディスプレイ)が利用できる。あるいは、複数ラインLEDを用いた投影方法、複数光路を用いた投影方法、レーザとガルバノミラー等で構成される光スキャナ方式、ビームスプリッタで分割したビームを重ね合わせることによって発生された干渉縞を用いるAFI(Accordion fringe interferometry)方式、ピエゾステージと高分解能エンコーダ等で構成される実体格子と移動機構を用いた投影方法等でパターン生成部112を構成してもよい。 In the above examples, an example in which DMD is used for the pattern generation unit 112 has been described, but the present invention does not limit the pattern generation unit 112 to DMD, and other members can also be used. For example, LCOS (Liquid Crystal on Silicon: reflective liquid crystal element) may be used as the pattern generation unit 112. Alternatively, a transmissive member may be used instead of the reflective member to adjust the amount of transmitted light. In this case, the pattern generation unit 112 is arranged on the optical path of the measurement light to switch between a light projection state in which the measurement light is transmitted and a light shielding state in which the measurement light is blocked. For such a pattern generation unit 112, for example, an LCD (liquid crystal display) can be used. Alternatively, a projection method using a multi-line LED, a projection method using a plurality of optical paths, an optical scanner method composed of a laser and a galvanometer mirror, etc., and interferometry generated by superimposing beams divided by a beam splitter are used. The pattern generation unit 112 may be configured by an AFI (Accordion fringe interferometry) method, a projection method using a physical lattice composed of a piezostage and a high-resolution encoder, and a moving mechanism.

さらに図2等の例では、測定光投光部を2つ備えた例を説明したが、本発明はこれに限らず、測定光投光部を3以上設けることも可能である。あるいは、測定光投光部を一のみとすることもできる。この場合は、測定光投光部の位置を移動可能とすることで、異なる方向から測定光を測定対象物WKに対して投光できる。
(受光部120)
Further, in the example of FIG. 2 and the like, an example in which two measurement light projection units are provided has been described, but the present invention is not limited to this, and it is possible to provide three or more measurement light projection units. Alternatively, the number of measurement light projection units may be one. In this case, by making the position of the measurement light projection unit movable, the measurement light can be projected onto the measurement object WK from different directions.
(Light receiving unit 120)

受光部120は、載置部140の上方に配置される。測定対象物WKにより載置部140の上方に反射された測定光は、受光部120の複数のレンズ122、123により集光、結像された後、カメラ121により受光される。
(カメラ121)
The light receiving unit 120 is arranged above the mounting unit 140. The measurement light reflected above the mounting portion 140 by the measurement object WK is collected and imaged by the plurality of lenses 122 and 123 of the light receiving portion 120, and then received by the camera 121.
(Camera 121)

カメラ121は、例えば撮像素子121a及びレンズを含むCCD(電荷結合素子)カメラである。撮像素子121aは、例えばモノクロCCD(電荷結合素子)である。撮像素子121aは、CMOS(相補性金属酸化膜半導体)イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。カラーの撮像素子は各画素を赤色用、緑色用、青色用の受光に対応させる必要があるため、モノクロの撮像素子と比較すると計測分解能が低く、また各画素にカラーフィルタを設ける必要があるため感度が低下する。そのため、本実施の形態では、撮像素子としてモノクロのCCDを採用し、後述する照明光出力部130をRGBにそれぞれ対応した照明を時分割で照射して撮像することにより、カラー画像を取得している。このような構成にすることにより、計測精度を低下させずに測定物のカラー画像を取得することができる。 The camera 121 is, for example, a CCD (charge-coupled device) camera including an image sensor 121a and a lens. The image pickup device 121a is, for example, a monochrome CCD (charge-coupled device). The image pickup device 121a may be another image pickup device such as a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensor. Since each pixel of a color image sensor needs to correspond to light reception for red, green, and blue, the measurement resolution is lower than that of a monochrome image sensor, and it is necessary to provide a color filter for each pixel. Sensitivity decreases. Therefore, in the present embodiment, a monochrome CCD is used as the image pickup element, and a color image is acquired by irradiating the illumination light output unit 130, which will be described later, with illumination corresponding to RGB in a time-divided manner for imaging. There is. With such a configuration, it is possible to acquire a color image of the measured object without deteriorating the measurement accuracy.

ただ、撮像素子121aとして、カラーの撮像素子を用いても良いことは云うまでもない。この場合、計測精度や感度は低下するが、照明光出力部130からRGBにそれぞれ対応した照明を時分割で照射する必要がなくなり、白色光を照射するだけで、カラー画像を取得できるため、照明光学系をシンプルに構成できる。撮像素子121aの各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号(以下、「受光信号」と呼ぶ。)が測定制御部150に出力される。 However, it goes without saying that a color image sensor may be used as the image sensor 121a. In this case, although the measurement accuracy and sensitivity are lowered, it is not necessary to irradiate the illumination light output unit 130 with the illumination corresponding to RGB in time division, and the color image can be acquired only by irradiating the white light. The optical system can be configured simply. From each pixel of the image sensor 121a, an analog electric signal (hereinafter, referred to as “light receiving signal”) corresponding to the amount of received light is output to the measurement control unit 150.

このようにして撮像された測定対象物WKの画像は、レンズの特性によって、測定対象物WKに対して極めて正確な相似形を成している。またレンズの倍率を用いてキャリブレーションをすることで、画像上の寸法と実際の測定対象物WK上の寸法を正確に関連付けることができる。
(測定制御部150)
The image of the measurement object WK captured in this way has an extremely accurate similarity to the measurement object WK due to the characteristics of the lens. Further, by calibrating using the magnification of the lens, it is possible to accurately associate the dimensions on the image with the dimensions on the actual measurement object WK.
(Measurement control unit 150)

測定制御部150には、図示しないA/D変換器(アナログ/デジタル変換器)及びFIFO(First In First Out)メモリが実装される。カメラ121から出力される受光信号は、光源部300による制御に基づいて、測定制御部150のA/D変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされると共にデジタル信号に変換される。A/D変換器から出力されるデジタル信号は、FIFOメモリに順次蓄積される。FIFOメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次コントローラ200に転送される。
(コントローラ200)
An A / D converter (analog / digital converter) and a FIFO (First In First Out) memory (not shown) are mounted on the measurement control unit 150. The received light signal output from the camera 121 is sampled at a constant sampling cycle by the A / D converter of the measurement control unit 150 and converted into a digital signal based on the control by the light source unit 300. The digital signals output from the A / D converter are sequentially stored in the FIFO memory. The digital signals stored in the FIFO memory are sequentially transferred to the controller 200 as pixel data.
(Controller 200)

図1に示すように、コントローラ200は、CPU210、ROM220、作業用メモリ230、記憶装置240及び操作部250を含む。この操作部250は、キーボードやポインティングデバイスを含むことができる。ポインティングデバイスとしては、マウス又はジョイスティック等が用いられる。 As shown in FIG. 1, the controller 200 includes a CPU 210, a ROM 220, a working memory 230, a storage device 240, and an operation unit 250. The operation unit 250 can include a keyboard and a pointing device. As the pointing device, a mouse, a joystick, or the like is used.

ROM220には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ230は、RAM(ランダムアクセスメモリ)からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置240は、ハードディスク等からなる。記憶装置240には、三次元形状測定装置を操作するための三次元形状測定プログラムが記憶される。また、記憶装置240は、測定制御部150から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。さらに記憶装置は、測定画像を構成する画素毎に、輝度情報、高さ情報、属性情報を記憶する。
(CPU210)
The system program is stored in the ROM 220. The working memory 230 comprises a RAM (random access memory) and is used for processing various data. The storage device 240 includes a hard disk or the like. The storage device 240 stores a three-dimensional shape measurement program for operating the three-dimensional shape measurement device. Further, the storage device 240 is used to store various data such as pixel data given by the measurement control unit 150. Further, the storage device stores the luminance information, the height information, and the attribute information for each pixel constituting the measurement image.
(CPU210)

CPU210は、与えられた信号やデータを処理して各種の演算を行い、演算結果を出力する制御回路や制御素子である。本明細書においてCPUとは、演算を行う素子や回路を意味し、その名称によらず、汎用PC向けのCPUやMPU、GPU、TPU等のプロセッサに限定するものでなく、FPGA、ASIC、LSI等のプロセッサやマイコン、あるいはSoC等のチップセットを含む意味で使用する。 The CPU 210 is a control circuit or control element that processes a given signal or data, performs various calculations, and outputs a calculation result. In the present specification, the CPU means an element or a circuit that performs an operation, and is not limited to a CPU for a general-purpose PC or a processor such as an MPU, GPU, or TPU, regardless of its name, and is not limited to an FPGA, an ASIC, or an LSI. It is used in the sense that it includes a processor such as a processor, a microcomputer, or a chipset such as an ASIC.

CPU210は、測定制御部150から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。また、CPU210は、生成した画像データに作業用メモリ230を用いて各種処理を行うと共に、画像データに基づく画像を表示部400に表示させる。CPU210のブロック図を図3に示す。このCPUは、点群データ生成部260と、トップビューマップ画像生成部261と、測定領域設定部264と、端部検出部265と、規制判断部266と、高さ画像取得部228と、点群データ合成部211と、画像検査部216等の機能を実現する。
(端部検出部265)
The CPU 210 generates image data based on the pixel data given by the measurement control unit 150. Further, the CPU 210 performs various processes on the generated image data by using the working memory 230, and displays an image based on the image data on the display unit 400. A block diagram of the CPU 210 is shown in FIG. This CPU includes a point cloud data generation unit 260, a top view map image generation unit 261, a measurement area setting unit 264, an end detection unit 265, a regulation determination unit 266, a height image acquisition unit 228, and points. The functions of the group data synthesis unit 211, the image inspection unit 216, and the like are realized.
(End detection unit 265)

端部検出部265は、載置部140に載置された測定対象物WKの、載置部140から飛び出した端部を検出する。この端部検出部265は、測定対象物WKの一方の端部が検出され、他方の端部が検出されない場合、検出結果に基づいて回転ステージ143を回転移動させる回転方向を決定するよう構成してもよい。こうすることで、回転ステージ143を回転させると検出された端部が干渉する回転方向を避けるように、回転方向を決定できるので、回転動作の安全性が高められる。 The end detection unit 265 detects the end of the measurement object WK mounted on the mounting unit 140 that protrudes from the mounting unit 140. The end detection unit 265 is configured to determine the rotation direction in which the rotation stage 143 is rotationally moved based on the detection result when one end of the measurement object WK is detected and the other end is not detected. You may. By doing so, the rotation direction can be determined so as to avoid the rotation direction in which the detected end portion interferes with the rotation of the rotation stage 143, so that the safety of the rotation operation is enhanced.

また端部検出部265は、測定対象物WKのいずれの端部も検出されない場合には、回転ステージ143を回転移動させるか否かの選択をユーザに促すか、又は載置台に載置された測定対象物WKの置き直しをユーザに誘導するよう構成してもよい。このようにすることで、測定対象物WKのどちらの端部も検出されない場合であって、回転させてよいかどうか、又は測定対象物WKを置き直すかの選択をユーザに求めることで、より安全性の高い選択肢がユーザに選択されることを期待できる。 Further, when none of the ends of the object to be measured WK is detected, the end detection unit 265 prompts the user to select whether or not to rotate the rotation stage 143, or is placed on a mounting table. It may be configured to guide the user to reposition the measurement object WK. By doing so, even if neither end of the measurement object WK is detected, the user can be asked to select whether to rotate the measurement object WK or to replace the measurement object WK. It can be expected that the user will select a highly secure option.

また端部検出部265が、並進ステージ141の平行移動の許容又は規制を判断するようにしてもよい。
(規制判断部266)
Further, the end detection unit 265 may determine the allowance or regulation of the translational movement of the translation stage 141.
(Regulatory Judgment Department 266)

規制判断部266は、端部検出部265による端部の検出可否又は検出位置に基づいて、この端部が支柱部702に接近する方向への回転ステージ143の回転移動、又は並進ステージ141の平行移動を規制するか否かを判断する。これにより、測定対象物WKが三次元形状測定装置に干渉する事態を回避するように動作させることができる。 The regulation determination unit 266 rotates the rotation stage 143 in the direction in which the end portion approaches the support column 702, or translates the translation stage 141, based on whether or not the end portion can be detected by the end detection unit 265 or the detection position. Decide whether to regulate movement. As a result, the measurement object WK can be operated so as to avoid interfering with the three-dimensional shape measuring device.

規制判断部266は、検出可否や検出位置に基づいて判断した結果を、様々な形に出力できる。例えば規制判断部266は、端部検出部265による端部検出の結果、測定対象物WKの端部が支柱部702に接近しつつあること、あるいは現状のまま測定を続行すると衝突するおそれがあることなどを、ユーザに対し、ランプの点滅やブザー、警告メッセージなどの音声、あるいはテキストや画像、動画などで告知する。このように、測定対象物WKが三次元形状測定装置に接触する前に、ユーザに警告を与えることで、回避策や予防策などの適切な対策を促すことができる。 The regulation determination unit 266 can output the result of determination based on the detection possibility and the detection position in various forms. For example, the regulation determination unit 266 may collide if the end of the object to be measured WK is approaching the support column 702 as a result of the end detection by the end detection unit 265, or if the measurement is continued as it is. The user is notified of such things by blinking a lamp, a buzzer, a voice such as a warning message, or text, an image, or a video. In this way, by giving a warning to the user before the measurement object WK comes into contact with the three-dimensional shape measuring device, it is possible to promote appropriate measures such as workarounds and preventive measures.

規制判断部266は、端部検出部265による端部の検出結果に基づいて、測定対象物WKの端部が支柱部702に接近しないよう、載置部140の移動方向及び/又は移動量を変更するよう、移動制御部144に対し指示することができる。これにより、測定対象物WKの端部が支柱部702に接触しないように載置部140の移動を制限することが可能となる。また規制判断部266は、端部検出部265による端部の検出結果に基づいて、回転ステージ143を回転移動させる回転方向を決定してもよい。 Based on the end detection result by the end detection unit 265, the regulation determination unit 266 determines the movement direction and / or movement amount of the mounting unit 140 so that the end of the measurement object WK does not approach the support column 702. The movement control unit 144 can be instructed to change. This makes it possible to limit the movement of the mounting portion 140 so that the end portion of the measurement object WK does not come into contact with the support column portion 702. Further, the regulation determination unit 266 may determine the rotation direction for rotating the rotation stage 143 based on the end detection result by the end detection unit 265.

端部検出部265は、点群データ生成部260により生成された点群データに基づいて、端部を検出することができる。この際、点群データ生成部260で生成された点群データから直接端部を検出してもよい。あるいは、点群データに基づいてトップビューマップ画像生成部で生成された、載置部140に載置された測定対象物WKを真上から見下したときの平面図を示すトップビューマップ画像から抽出された測定対象物WKの輪郭に基づいて、端部を検出するようにしてもよい。これにより、測定対象物WKを真上から見たトップビューマップ画像を利用することで、測定対象物WKの平面図の輪郭が取得できるので、端部を把握し易くなり、衝突回避の確度や精度を向上できる利点が得られる。測定対象物の輪郭の抽出には、測定対象物の外形を構成する外形エッジを抽出するエッジ抽出等の既知の方法を使用できる。
(点群データ生成部260)
The end detection unit 265 can detect the end based on the point cloud data generated by the point cloud data generation unit 260. At this time, the end portion may be detected directly from the point cloud data generated by the point cloud data generation unit 260. Alternatively, it is extracted from the top view map image showing the plan view when the measurement object WK placed on the mounting unit 140 is looked down from directly above, which is generated by the top view map image generation unit based on the point group data. The end portion may be detected based on the contour of the measured object WK. As a result, by using the top view map image of the measurement target WK viewed from directly above, the outline of the plan view of the measurement target WK can be obtained, so that the end portion can be easily grasped and the accuracy of collision avoidance can be improved. The advantage of improving accuracy is obtained. For extracting the contour of the object to be measured, a known method such as edge extraction for extracting the outer edge constituting the outer shape of the object to be measured can be used.
(Point cloud data generation unit 260)

点群データ生成部260は、受光部120により出力される受光信号に基づいて、測定対象物WKの立体形状を表す三次元位置情報を有する点の集合である点群データを生成する。
(トップビューマップ画像生成部261)
The point cloud data generation unit 260 generates point cloud data, which is a set of points having three-dimensional position information representing the three-dimensional shape of the measurement target WK, based on the light receiving signal output by the light receiving unit 120.
(Top view map image generation unit 261)

トップビューマップ画像生成部261は、点群データ生成部260により生成された点群データに基づいて(*メッシュ経由も包含する)、載置部140に載置された測定対象物WKを真上から見下したときの平面図を示すトップビューマップ画像を生成する。このような測定対象物WKを真上から見たトップビューマップ画像を生成することで、測定対象物WKの全体形状を容易に把握し、ひいては測定領域の設定を容易にすることができる。例えばトップビューマップ画像生成部261は、点群データ生成部260により生成された点群データに、受光部120で測定対象物WKを撮像した二次元のテクスチャ画像を、該点群データの三次元位置情報毎に貼り付けてトップビューマップ画像を生成する。あるいは、点群データ生成部260により生成された点群データの各点に、ポリゴンを貼り付けて面状を形成したメッシュ画像を生成してもよい。このメッシュ画像から、トップビューマップ画像を生成する。メッシュ画像は、トップビューマップ画像生成部261により生成してもよいし、あるいはメッシュ画像生成部で生成してもよい。図3に、CPU210でメッシュ画像を生成するメッシュ画像生成部262を実現する例を示す。
(測定領域設定部264)
The top view map image generation unit 261 directly above the measurement object WK mounted on the mounting unit 140 based on the point cloud data generated by the point cloud data generation unit 260 (including via the * mesh). Generates a top view map image showing a plan view when looking down from. By generating a top view map image of the measurement object WK viewed from directly above, the overall shape of the measurement object WK can be easily grasped, and thus the measurement area can be easily set. For example, the top view map image generation unit 261 uses the point cloud data generated by the point cloud data generation unit 260 as a two-dimensional texture image obtained by imaging the measurement target WK by the light receiving unit 120, and three-dimensionally captures the point cloud data. A top view map image is generated by pasting each position information. Alternatively, a mesh image in which polygons are attached to each point of the point cloud data generated by the point cloud data generation unit 260 to form a surface shape may be generated. A top view map image is generated from this mesh image. The mesh image may be generated by the top view map image generation unit 261 or may be generated by the mesh image generation unit. FIG. 3 shows an example of realizing a mesh image generation unit 262 that generates a mesh image with the CPU 210.
(Measurement area setting unit 264)

測定領域設定部264は、トップビューマップ画像表示領域に表示されたトップビューマップ画像上で測定領域を設定する。 The measurement area setting unit 264 sets the measurement area on the top view map image displayed in the top view map image display area.

高さ画像取得部228は、複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得する。また点群データ合成部211は、点群データ生成部260で生成された複数の点群データを合成する。ここで点群は、ポイントクラウド等とも呼ばれ、三次元空間の座標(例えばXYZの直交座標)を有している。このため載置部の異なる位置でそれぞれ生成された測定対象物の点群データを、点群データ生成部211でもって共通の三次元空間の座標上で重ね合わせることで、より詳細で精密な測定対象物の表面形状を表現できる。
(画像検査部216)
The height image acquisition unit 228 acquires a height image having height information based on a plurality of fringe projection images. Further, the point cloud data synthesis unit 211 synthesizes a plurality of point cloud data generated by the point cloud data generation unit 260. Here, the point cloud is also called a point cloud or the like, and has coordinates in a three-dimensional space (for example, Cartesian coordinates of XYZ). Therefore, by superimposing the point cloud data of the measurement object generated at different positions of the mounting unit on the coordinates of the common three-dimensional space by the point cloud data generation unit 211, more detailed and precise measurement can be performed. The surface shape of the object can be expressed.
(Image Inspection Department 216)

画像検査部216は、測定部100で撮像された測定対象物WKの画像に対して、所定の画像検査を実行する。この画像検査部216は、測定対象画像に対して所定の計測を行うための計測部216bを含むことができる。これにより、計測部216bで計測された計測結果に基づいて画像検査を実行できる。例えば、測定対象物WKの所定部位の長さや角度といった計測を行った結果に基づいて、良品や不良などの判定といった検査を行うことが可能となる。計測部216bが行う計測には、テクスチャ画像上で指定したプロファイル線を通り、画面に対して垂直な平面で切断した輪郭線を演算して、プロファイルグラフとして表示部400に表示させたり、プロファイルグラフで示す輪郭線から円や直線などを抽出して、それらの半径や距離を求めることができる。 The image inspection unit 216 executes a predetermined image inspection on the image of the measurement object WK captured by the measurement unit 100. The image inspection unit 216 can include a measurement unit 216b for performing a predetermined measurement on the image to be measured. As a result, the image inspection can be executed based on the measurement result measured by the measurement unit 216b. For example, based on the result of measurement such as the length and angle of a predetermined portion of the object to be measured WK, it is possible to perform an inspection such as determination of a non-defective product or a defect. For the measurement performed by the measuring unit 216b, the contour line cut on the plane perpendicular to the screen is calculated by passing through the profile line specified on the texture image and displayed on the display unit 400 as a profile graph, or the profile graph. It is possible to extract circles and straight lines from the contour lines shown by and obtain their radii and distances.

このようにCPU210は、様々な機能を実現するための異なる手段を兼用している。ただ、一の部材で複数の手段を兼用する構成に限られず、各部や機能を実現する部材を複数、又はそれぞれ別個に設けることも可能であることはいうまでもない。
(表示部400)
As described above, the CPU 210 also uses different means for realizing various functions. However, it is needless to say that the configuration is not limited to a configuration in which one member also serves a plurality of means, and it is also possible to provide a plurality of members or members that realize functions separately or separately.
(Display unit 400)

表示部400は、測定部100で取得された縞投影画像や、縞投影画像に基づいて高さ画像取得部228で生成した高さ画像、あるいは測定部100で撮像されたテクスチャ画像を表示させるための部材である。表示部400は、例えばLCDパネル又は有機EL(エレクトロルミネッセンス)パネルにより構成される。さらに表示部にタッチパネルを利用することで、操作部と兼用することができる。 The display unit 400 displays a fringe projection image acquired by the measurement unit 100, a height image generated by the height image acquisition unit 228 based on the fringe projection image, or a texture image captured by the measurement unit 100. It is a member of. The display unit 400 is composed of, for example, an LCD panel or an organic EL (electroluminescence) panel. Furthermore, by using a touch panel for the display unit, it can also be used as an operation unit.

また表示部400は、トップビューマップ画像生成部261により生成されたトップビューマップ画像を表示する。
(載置部140)
Further, the display unit 400 displays the top view map image generated by the top view map image generation unit 261.
(Mounting unit 140)

図2において、測定対象物WKが載置される載置部140上の平面(以下、「載置面」と呼ぶ。)内で互いに直交する2方向をX方向及びY方向と定義し、それぞれ矢印X、Yで示す。載置部140の載置面142に対して直交する方向をZ方向と定義し、矢印Zで示す。Z方向に平行な軸を中心に回転する方向をθ方向と定義し、矢印θで示す。 In FIG. 2, two directions orthogonal to each other in the plane (hereinafter, referred to as “mounting surface”) on the mounting portion 140 on which the measurement object WK is mounted are defined as the X direction and the Y direction, respectively. It is indicated by arrows X and Y. The direction orthogonal to the mounting surface 142 of the mounting portion 140 is defined as the Z direction, and is indicated by an arrow Z. The direction of rotation about an axis parallel to the Z direction is defined as the θ direction, and is indicated by the arrow θ.

載置部140は、並進ステージ141及び回転ステージ143を含む。並進ステージ141は、X方向移動機構及びY方向移動機構を有する。回転ステージ143は、θ方向回転機構を有する。並進ステージ141、回転ステージ143により、載置部140が構成される。また、載置部140は、載置面142に測定対象物WKを固定する固定部材(クランプ)を含めてもよい。さらに載置部140は、載置面142に平行な軸を中心に回転可能な機構を有するチルトステージを含んでもよい。 The mounting unit 140 includes a translation stage 141 and a rotation stage 143. The translation stage 141 has an X-direction moving mechanism and a Y-direction moving mechanism. The rotation stage 143 has a θ-direction rotation mechanism. The mounting portion 140 is configured by the translation stage 141 and the rotation stage 143. Further, the mounting portion 140 may include a fixing member (clamp) for fixing the measurement object WK on the mounting surface 142. Further, the mounting portion 140 may include a tilt stage having a mechanism that can rotate about an axis parallel to the mounting surface 142.

ここで図2に示すように、左右の投光部110の中心軸と受光部120の中心軸は、載置部140上の測定対象物WKの配置と投光部110、受光部120の被写界深度が適切となる位置において交差するように、受光部120、投光部110、載置部140の相対的な位置関係が定められている。また、θ方向の回転軸の中心は、受光部120の中心軸と一致しているため、θ方向に載置部140が回転した際に、測定対象物WKが視野から外れることなく、回転軸を中心に視野内で回転するようになっている。なお、本図において測定部100は紙面におけるX方向を中心に回転した配置を有しており、受光部120の光軸と載置部140の天面法線(Z方向)とは必ずしも一致する必要はない。
(光源部300)
Here, as shown in FIG. 2, the central axes of the left and right light projecting units 110 and the central axes of the light receiving unit 120 are the arrangement of the measurement object WK on the mounting unit 140 and the covering of the light emitting unit 110 and the light receiving unit 120. The relative positional relationship between the light receiving unit 120, the light emitting unit 110, and the mounting unit 140 is determined so that they intersect at positions where the depth of field is appropriate. Further, since the center of the rotation axis in the θ direction coincides with the central axis of the light receiving unit 120, the rotation axis does not deviate from the field of view when the mounting unit 140 rotates in the θ direction. It is designed to rotate in the field of view around. In this figure, the measuring unit 100 has an arrangement rotated about the X direction on the paper surface, and the optical axis of the light receiving unit 120 and the top normal line (Z direction) of the mounting unit 140 do not necessarily coincide with each other. There is no need.
(Light source unit 300)

光源部300は、制御基板310及び観察用照明光源320を含む。制御基板310には、図示しないCPUが実装される。制御基板310のCPUは、コントローラ200のCPU210からの指令に基づいて、投光部110、受光部120及び測定制御部150を制御する。なお、この構成は一例であり、他の構成としてもよい。例えば測定制御部150で投光部110や受光部120を制御したり、又はコントローラ200で投光部110や受光部120を制御することとして、制御基板を省略してもよい。あるいはこの光源部300に、測定部100を駆動するための電源回路を設けることもできる。
(観察用照明光源320)
The light source unit 300 includes a control board 310 and an illumination light source 320 for observation. A CPU (not shown) is mounted on the control board 310. The CPU of the control board 310 controls the light projecting unit 110, the light receiving unit 120, and the measurement control unit 150 based on a command from the CPU 210 of the controller 200. Note that this configuration is an example, and other configurations may be used. For example, the measurement control unit 150 may control the light projecting unit 110 and the light receiving unit 120, or the controller 200 may control the light emitting unit 110 and the light receiving unit 120, so that the control board may be omitted. Alternatively, the light source unit 300 may be provided with a power supply circuit for driving the measurement unit 100.
(Illumination light source for observation 320)

観察用照明光源320は、例えば赤色光、緑色光及び青色光を出射する3色のLEDを含む。各LEDから出射される光の輝度を制御することにより、観察用照明光源320から任意の色の光を発生することができる。観察用照明光源320から発生される照明光ILは、導光部材(ライトガイド)を通して測定部100の照明光出力部130から出力される。なお観察用照明光源には、LEDの他、半導体レーザ(LD)やハロゲンライト、HIDなど、他の光源を適宜利用することもできる。特に撮像素子としてカラーで撮像可能な素子を用いた場合は、観察用照明光源に白色光源を利用できる。 The observation illumination light source 320 includes, for example, three-color LEDs that emit red light, green light, and blue light. By controlling the brightness of the light emitted from each LED, light of an arbitrary color can be generated from the observation illumination light source 320. The illumination light IL generated from the observation illumination light source 320 is output from the illumination light output unit 130 of the measurement unit 100 through the light guide member (light guide). In addition to LEDs, other light sources such as semiconductor lasers (LDs), halogen lights, and HIDs can be appropriately used as the observation illumination light sources. In particular, when a color image sensor is used as the image sensor, a white light source can be used as the observation illumination light source.

照明光出力部130から出力される照明光ILは、赤色光、緑色光及び青色光を時分割で切り替えて測定対象物WKに照射する。これにより、これらのRGB光でそれぞれ撮像されたテクスチャ画像を合成して、カラーのテクスチャ画像を得て、表示部400に表示させることができる。 The illumination light IL output from the illumination light output unit 130 switches between red light, green light, and blue light in a time-divided manner to irradiate the measurement target WK. As a result, the texture images captured by each of these RGB lights can be combined to obtain a color texture image and displayed on the display unit 400.

図2の照明光出力部130は、円環形状を有し、受光部120を取り囲むように載置部140の上方に配置される。これにより、影が発生しないように照明光出力部130から測定対象物WKにリング状に照明光が照射される。 The illumination light output unit 130 of FIG. 2 has a ring shape and is arranged above the mounting unit 140 so as to surround the light receiving unit 120. As a result, the illumination light output unit 130 irradiates the measurement object WK with illumination light in a ring shape so as not to generate a shadow.

また照明光出力部130は、このようなリング照明に加えて、透過照明や同軸落射照明を加えることもできる。図2の例では、透過照明部を載置部140に設けている。透過照明部は、載置部140の下方から測定対象物WKを照明する。このため載置部140は、透過照明光源と、反射板と、照明用レンズ系を設けている。 In addition to such ring illumination, the illumination light output unit 130 can also add transmission illumination and coaxial epi-illumination. In the example of FIG. 2, a transmission illumination unit is provided on the mounting unit 140. The transmission illumination unit illuminates the measurement object WK from below the mounting unit 140. Therefore, the mounting portion 140 is provided with a transmission illumination light source, a reflector, and an illumination lens system.

なお、リング照明や透過照明は、適宜省略することも可能である。これらを省略する場合は、三次元測定用の照明すなわち投光部を用いて、二次元画像の撮像を行うこともできる。 The ring illumination and the transmitted illumination can be omitted as appropriate. When these are omitted, it is also possible to take a two-dimensional image by using the illumination for three-dimensional measurement, that is, the light projecting unit.

図1の例では観察用照明光源320を本体ケース101に含めず、測定部100に対して外付けとして、光源部300に観察用照明光源320を配置している。このようにすることで、観察用照明光源320から供給される照明光の品質を向上し易くできる。例えば観察用照明光源320を構成するRGBの各LEDでは配光特性がそれぞれ異なることから、モノクロの撮像素子121aでRGBのテクスチャ画像をそれぞれ撮像した際、そのままでは視野内に照明色むらが発生する。そこで、それぞれのLEDの配光特性に合わせた専用光学系を個別に用意し、組み合わせることで配光特性の違いを吸収し、色むらのない均一な白色照明を作り出した上で測定部100に導入することができる。 In the example of FIG. 1, the observation illumination light source 320 is not included in the main body case 101, and the observation illumination light source 320 is arranged in the light source unit 300 as an external attachment to the measurement unit 100. By doing so, it is possible to easily improve the quality of the illumination light supplied from the observation illumination light source 320. For example, since each of the RGB LEDs constituting the observation illumination light source 320 has different light distribution characteristics, when each of the RGB texture images is captured by the monochrome image pickup element 121a, the illumination color unevenness occurs in the field of view as it is. .. Therefore, a dedicated optical system that matches the light distribution characteristics of each LED is individually prepared and combined to absorb the difference in the light distribution characteristics, create uniform white illumination with no color unevenness, and then use the measuring unit 100. Can be introduced.

また観察用照明光源320の発熱が、測定部100の光学系に影響を与える事態を回避できる。すなわち、光学系の部材の近傍に熱源があると、熱膨張によって寸法が狂い、測定精度の低下が生じることがあるが、発熱源である観察用照明光源を本体ケース101から排除したことで、このような観察用照明光源の発熱に起因する問題を回避できる。また、この結果として発熱量の大きい高出力の光源を観察用照明光源に利用できる利点も得られる。 Further, it is possible to avoid a situation in which the heat generated by the observation illumination light source 320 affects the optical system of the measuring unit 100. That is, if there is a heat source in the vicinity of the members of the optical system, the dimensions may be out of order due to thermal expansion, and the measurement accuracy may decrease. However, by removing the observation illumination light source, which is the heat generation source, from the main body case 101, It is possible to avoid the problem caused by the heat generation of the observation illumination light source. Further, as a result, there is an advantage that a high-power light source having a large calorific value can be used as an observation illumination light source.

各投光部110A,110Bの測定光源111は、例えば青色LED(発光ダイオード)である。測定光源111は、ハロゲンランプ等の他の光源であってもよい。測定光源111から出射された光(以下、測定光と呼ぶ)は、レンズ113により適切に集光された後、パターン生成部112に入射する。 The measurement light source 111 of each of the light projecting units 110A and 110B is, for example, a blue LED (light emitting diode). The measurement light source 111 may be another light source such as a halogen lamp. The light emitted from the measurement light source 111 (hereinafter referred to as measurement light) is appropriately focused by the lens 113 and then enters the pattern generation unit 112.

パターン生成部112は、例えばDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)である。パターン生成部112は、LCD(液晶ディスプレイ)、LCOS(Liquid Crystal on Silicon:反射型液晶素子)又はマスクであってもよい。パターン生成部112に入射した測定光は、予め設定されたパターン及び予め設定された強度(明るさ)に変換されて出射される。パターン生成部112から出射された測定光は、レンズ114により測定対象物WKの寸法よりも大きい径を有する光に変換された後、載置部140上の測定対象物WKに照射される。 The pattern generator 112 is, for example, a DMD (Digital Micromirror Device). The pattern generation unit 112 may be an LCD (liquid crystal display), an LCOS (Liquid Crystal on Silicon: reflective liquid crystal element), or a mask. The measurement light incident on the pattern generation unit 112 is converted into a preset pattern and a preset intensity (brightness) and emitted. The measurement light emitted from the pattern generation unit 112 is converted into light having a diameter larger than the size of the measurement object WK by the lens 114, and then irradiated to the measurement object WK on the mounting unit 140.

投光部110Aの測定光源111、レンズ113及びパターン生成部112は、受光部120の光軸と略平行に並ぶように配置される。同様に、投光部110Bの測定光源111、レンズ113及びパターン生成部112は、受光部120の光軸と略平行に並ぶように配置される。一方、各投光部110A,110Bのレンズ114は、測定光源111、レンズ113及びパターン生成部112に対してオフセットするように配置される。これにより、投光部110A,110Bの光軸が受光部120の光軸に対して傾斜し、受光部120の両側方からそれぞれ測定対象物WKに向けて測定光が出射される。 The measurement light source 111, the lens 113, and the pattern generation unit 112 of the light projecting unit 110A are arranged so as to be substantially parallel to the optical axis of the light receiving unit 120. Similarly, the measurement light source 111, the lens 113, and the pattern generation unit 112 of the light projecting unit 110B are arranged so as to be substantially parallel to the optical axis of the light receiving unit 120. On the other hand, the lenses 114 of the light projecting units 110A and 110B are arranged so as to be offset with respect to the measurement light source 111, the lens 113, and the pattern generation unit 112. As a result, the optical axes of the light emitting units 110A and 110B are inclined with respect to the optical axis of the light receiving unit 120, and the measurement light is emitted from both sides of the light receiving unit 120 toward the measurement object WK, respectively.

本実施形態においては、測定光の照射範囲を広くするため、一定の画角を有するように投光部110A,110Bが構成される。投光部110A,110Bの画角は、例えば、パターン生成部112の寸法及びレンズ114の焦点距離により定まる。測定光の照射範囲を広くする必要がない場合には、画角が略0度となるテレセントリック光学系が投光部110A,110Bの各々に用いられてもよい。 In the present embodiment, the light projecting units 110A and 110B are configured to have a constant angle of view in order to widen the irradiation range of the measurement light. The angles of view of the light projecting units 110A and 110B are determined, for example, by the dimensions of the pattern generation unit 112 and the focal length of the lens 114. When it is not necessary to widen the irradiation range of the measurement light, a telecentric optical system having an angle of view of approximately 0 degrees may be used for each of the light projecting units 110A and 110B.

測定対象物WKにより載置部140の上方に反射された測定光は、受光部120のレンズ122により集光及び結像され、カメラ121の撮像素子121aにより受光される。 The measurement light reflected above the mounting unit 140 by the measurement object WK is focused and imaged by the lens 122 of the light receiving unit 120, and is received by the image sensor 121a of the camera 121.

本実施形態においては、受光部120の撮像視野を広くするため、一定の画角を有するように受光部120が構成される。本実施の形態においては、受光部120の撮像視野とは、受光部120により撮像が可能な空間上の領域を意味する。受光部120の画角は、例えば、撮像素子121aの寸法及びレンズ122の焦点距離により定まる。広い視野を必要としない場合には、テレセントリック光学系が受光部120に用いられてもよい。ここで、測定部100に設けられる2つの受光部120のレンズ122の倍率は互いに異なる。それにより、2つの受光部120を選択的に用いることにより、測定対象物WKを互いに異なる2種類の倍率で撮像することができる。2つの受光部120は、2つの受光部120の光軸が互いに平行となるように配置されることが好ましい。 In the present embodiment, the light receiving unit 120 is configured to have a constant angle of view in order to widen the imaging field of view of the light receiving unit 120. In the present embodiment, the imaging field of view of the light receiving unit 120 means a region in space where imaging can be performed by the light receiving unit 120. The angle of view of the light receiving unit 120 is determined, for example, by the dimensions of the image sensor 121a and the focal length of the lens 122. If a wide field of view is not required, a telecentric optical system may be used for the light receiving unit 120. Here, the magnifications of the lenses 122 of the two light receiving units 120 provided in the measuring unit 100 are different from each other. Thereby, by selectively using the two light receiving units 120, the measurement object WK can be imaged at two different magnifications. It is preferable that the two light receiving units 120 are arranged so that the optical axes of the two light receiving units 120 are parallel to each other.

カメラ121は、例えばCCD(電荷結合素子)カメラである。撮像素子121aは、例えばモノクロCCD(電荷結合素子)である。撮像素子121aは、CMOS(相補性金属酸化膜半導体)イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。撮像素子121aの各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号(以下、受光信号と呼ぶ)が制御基板150に出力される。 The camera 121 is, for example, a CCD (charge-coupled device) camera. The image pickup device 121a is, for example, a monochrome CCD (charge-coupled device). The image pickup device 121a may be another image pickup device such as a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensor. From each pixel of the image sensor 121a, an analog electric signal (hereinafter, referred to as a light receiving signal) corresponding to the amount of received light is output to the control board 150.

モノクロCCDには、カラーCCDとは異なり、赤色波長の光を受光する画素、緑色波長の光を受光する画素及び青色波長の光を受光する画素を設ける必要がない。ここで、測定光に青色波長等の特定波長を採用した場合、カラーCCDは特定波長の光を受光する画素しか計測に利用できないが、モノクロCCDにはそのような制約がない。そのため、モノクロCCDの計測の分解能はカラーCCDの分解能よりも高くなる。また、モノクロCCDには、カラーCCDとは異なり、各画素にカラーフィルタを設ける必要がない。そのため、モノクロCCDの感度はカラーCCDの感度よりも高くなる。したがって、高い精度で後述する点群データを得ることができる。これらの理由により、本実施形態におけるカメラ121にはモノクロCCDが設けられる。 Unlike a color CCD, a monochrome CCD does not need to be provided with a pixel that receives light having a red wavelength, a pixel that receives light having a green wavelength, and a pixel that receives light having a blue wavelength. Here, when a specific wavelength such as a blue wavelength is adopted as the measurement light, the color CCD can use only the pixels that receive the light of the specific wavelength for the measurement, but the monochrome CCD has no such restriction. Therefore, the measurement resolution of the monochrome CCD is higher than the resolution of the color CCD. Further, unlike a color CCD, a monochrome CCD does not need to be provided with a color filter for each pixel. Therefore, the sensitivity of the monochrome CCD is higher than that of the color CCD. Therefore, the point cloud data described later can be obtained with high accuracy. For these reasons, the camera 121 in this embodiment is provided with a monochrome CCD.

本実施形態においては、照明光出力部130は、測定対象物WKに赤色波長の光、緑色波長の光及び青色波長の光を時分割で出射する。この構成によれば、モノクロCCDを用いた受光部120により測定対象物WKのカラー画像を撮像することができる。 In the present embodiment, the illumination light output unit 130 emits red wavelength light, green wavelength light, and blue wavelength light to the measurement object WK in a time-divided manner. According to this configuration, a color image of the measurement object WK can be captured by the light receiving unit 120 using the monochrome CCD.

一方、カラーCCDが十分な分解能及び感度を有する場合には、撮像素子121aは、カラーCCDであってもよい。この場合、照明光出力部130は、測定対象物WKに赤色波長の光、緑色波長の光及び青色波長の光を時分割で照射する必要はなく、白色光を測定対象物WKに照射する。そのため、照明光源320の構成を単純にすることができる。 On the other hand, if the color CCD has sufficient resolution and sensitivity, the image sensor 121a may be a color CCD. In this case, the illumination light output unit 130 does not need to irradiate the measurement target WK with red wavelength light, green wavelength light, and blue wavelength light in a time-divided manner, and irradiates the measurement target WK with white light. Therefore, the configuration of the illumination light source 320 can be simplified.

本実施形態に係る三次元形状測定装置500を含む三次元形状測定システム1000を図4に示す。この図に示す三次元形状測定システム1000は、三次元形状測定装置本体500Aと、コントローラ200で構成される三次元形状測定装置500に、制御用のPC1やモニタ2、キーボード3、マウス等の入力デバイス4を接続している。制御用PC1には、三次元形状測定装置500を用いて三次元形状測定を行うための三次元形状測定プログラムがインストールされている。ユーザは三次元形状測定プログラムを用いて、三次元形状測定装置500の設定や、撮像、測定等の実行を指示できる。 FIG. 4 shows a three-dimensional shape measuring system 1000 including the three-dimensional shape measuring device 500 according to the present embodiment. The three-dimensional shape measuring system 1000 shown in this figure inputs a control PC 1, a monitor 2, a keyboard 3, a mouse, etc. to the three-dimensional shape measuring device 500 composed of a three-dimensional shape measuring device main body 500A and a controller 200. The device 4 is connected. A three-dimensional shape measurement program for performing three-dimensional shape measurement using the three-dimensional shape measuring device 500 is installed in the control PC 1. The user can instruct the setting, imaging, measurement, and the like of the three-dimensional shape measuring device 500 by using the three-dimensional shape measuring program.

なお、図4の例では、コントローラ200を三次元形状測定装置本体500Aと別体に構成しているが、三次元形状測定装置本体側にコントローラを一体化してもよい。あるいは、コントローラの機能を、制御用PCと統合することもできる。 In the example of FIG. 4, the controller 200 is configured separately from the three-dimensional shape measuring device main body 500A, but the controller may be integrated on the three-dimensional shape measuring device main body side. Alternatively, the function of the controller can be integrated with the control PC.

三次元形状測定装置500は、測定部100と、支持部700と、台座部600と、遮光カバー102で構成される。これら測定部100と、支持部700と、台座部600と、遮光カバー102は、図5の分解斜視図に示すように着脱自在なユニット式に構成されている。これにより、各部材のメンテナンス性や可搬性に有利となる。遮光カバー102は、受光部120及び投光部110の前方に延長されて、これらを覆うと共に、載置面142の上方で、載置面142と離間された姿勢に保持され、載置面142上方の測定領域を外光から遮光する。この遮光カバー102は測定対象物に応じて着脱可能とし、測定における基本最小構成は測定部100と台座部600の組合せである。 The three-dimensional shape measuring device 500 includes a measuring unit 100, a support unit 700, a pedestal unit 600, and a light-shielding cover 102. The measuring unit 100, the support unit 700, the pedestal unit 600, and the light-shielding cover 102 are configured as a detachable unit type as shown in the exploded perspective view of FIG. This is advantageous for maintainability and portability of each member. The light-shielding cover 102 is extended in front of the light receiving unit 120 and the light emitting unit 110 to cover them, and is held above the mounting surface 142 in a posture separated from the mounting surface 142. The upper measurement area is shielded from outside light. The light-shielding cover 102 is removable according to the object to be measured, and the basic minimum configuration in measurement is a combination of the measuring unit 100 and the pedestal unit 600.

台座部600は、載置部140を備えている。載置部140は、上述の通り測定対象物が載置される載置面142を回転させる回転ステージ143と、載置面142を平行移動させる並進ステージ141を含む。ここでは、回転ステージ143であるθステージの上面に、並進ステージ141であるXYステージを載せたXYθステージで載置部140を構成している。 The pedestal portion 600 includes a mounting portion 140. The mounting unit 140 includes a rotating stage 143 that rotates the mounting surface 142 on which the object to be measured is mounted as described above, and a translation stage 141 that translates the mounting surface 142. Here, the mounting portion 140 is composed of an XY θ stage in which the XY stage, which is the translation stage 141, is mounted on the upper surface of the θ stage, which is the rotation stage 143.

台座部600は、支持部700を介して測定部100を垂直姿勢に保持している。また測定部100は、投光部110や受光部120を載置面142に対して光軸が傾斜する姿勢に固定する。このため測定部100は、投光部110や受光部120を固定する固定部125を含んでいる。固定部125は後述する図7に示すように、固定部125は、台座部600から離間した姿勢に支柱部702で支持される。また投光部110及び受光部120を載置面142に対して光軸が傾斜する姿勢に固定している。これにより、載置部140の上方に測定光による測定領域が形成される。また、投光部110や受光部120等の光学系がこの測定領域を斜め下に見下ろす姿勢に保持される。 The pedestal portion 600 holds the measuring portion 100 in a vertical posture via the support portion 700. Further, the measuring unit 100 fixes the light emitting unit 110 and the light receiving unit 120 in a posture in which the optical axis is inclined with respect to the mounting surface 142. Therefore, the measuring unit 100 includes a fixing unit 125 for fixing the light emitting unit 110 and the light receiving unit 120. As shown in FIG. 7, which will be described later, the fixing portion 125 is supported by the support column portion 702 in a posture separated from the pedestal portion 600. Further, the light projecting unit 110 and the light receiving unit 120 are fixed in a posture in which the optical axis is inclined with respect to the mounting surface 142. As a result, a measurement region by the measurement light is formed above the mounting portion 140. Further, the optical systems such as the light projecting unit 110 and the light receiving unit 120 are held in a posture of looking down at the measurement region obliquely downward.

支持部700は、台座部600と測定部100とを連結する。支持部700を介して、載置部140の上方に測定部100が位置するように保持される。測定部100は、観察光学系として上述の通り投光部110と受光部120を備える。この測定部100は、台座部600に設けられた載置部140の載置面142に対して、垂直上方でなく、斜め方向から見下ろす姿勢に保持される。このような配置によって、測定対象物の上面と側面の形状を、一回の測定で取得し易くなる利点が得られる。特に高さ方向の情報を取得するには、測定対象物の内、高低差のある側面の情報が有益となる。一方で、側面のみでは、測定対象物の全体の形状が把握し難い。そこで、全体の外形を把握し易い上面と、高さ情報を取得しやすい側面の両方を、一度に得ることのできる、斜め上方からの視点で測定対象物を補足できる姿勢となるよう、測定部100を載置面142に対して傾斜させた姿勢に保持することが有益となる。図6の側面図に示す例では、測定部100の投光部110や受光部120の光軸が、XYθステージの載置面142に対して約45°の角度をなすように傾斜姿勢で保持している。このように測定部100は、45°の俯瞰角度を一定に保つ状態に支持部700でもって台座部600と連結されている。これによって、測定部100は常に一定角度、一定位置で載置面142を見込むことが可能となり、載置面142の駆動軸であるXYθの3軸と観察光学系との位置関係が一定に保たれる。 The support portion 700 connects the pedestal portion 600 and the measuring portion 100. The measuring unit 100 is held so as to be located above the mounting unit 140 via the support unit 700. The measuring unit 100 includes a light emitting unit 110 and a light receiving unit 120 as an observation optical system as described above. The measuring unit 100 is held in a posture of looking down from an oblique direction rather than vertically above the mounting surface 142 of the mounting unit 140 provided on the pedestal unit 600. With such an arrangement, there is an advantage that the shapes of the upper surface and the side surface of the object to be measured can be easily obtained by one measurement. In particular, in order to acquire information in the height direction, information on the side surface of the measurement object having a height difference is useful. On the other hand, it is difficult to grasp the overall shape of the object to be measured only from the side surface. Therefore, the measuring unit is in a posture that allows the object to be measured to be captured from an obliquely upward viewpoint so that both the upper surface, which makes it easy to grasp the overall outer shape, and the side surface, which makes it easy to obtain height information, can be obtained at once. It is beneficial to hold the 100 in an inclined position with respect to the mounting surface 142. In the example shown in the side view of FIG. 6, the optical axes of the light projecting unit 110 and the light receiving unit 120 of the measuring unit 100 are held in an inclined posture so as to form an angle of about 45 ° with respect to the mounting surface 142 of the XYθ stage. doing. In this way, the measuring unit 100 is connected to the pedestal unit 600 by the support unit 700 in a state where the bird's-eye view angle of 45 ° is kept constant. As a result, the measuring unit 100 can always see the mounting surface 142 at a constant angle and a constant position, and the positional relationship between the three axes of XYθ, which are the driving axes of the mounting surface 142, and the observation optical system is kept constant. Dripping.

受光部120は、倍率の異なる複数の光学系を備えてもよい。このような例を、図7に示す。この例では、受光部120は、第一倍率を有する第一光学系と、第一倍率よりも高倍率の第二倍率を有する第二光学系を備えている。このように、倍率の異なる光学系を備えたことで、載置面142上に載置した測定対象物WKの大きさに応じて視野を切り替えることができる。この例では、受光素子として、第一光学系と光学的に結合された第一受光素子121bと、第二光学系と光学的に結合された第二受光素子121cを備えている。なお第一光学系と第一受光素子121bをまとめて第一カメラ121B、第二光学系と第二受光素子121cをまとめて第二カメラ121Cと呼ぶことがある。このように複数の受光素子を用意し、光学系毎に個別の受光素子で撮像するよう構成したことで、各光学系で受光した撮像処理を並行して行うことができ、処理の高速化や光学結合の簡素化が実現される。ただ、共通の受光素子で複数の光学系と光学的に連結してもよい。 The light receiving unit 120 may include a plurality of optical systems having different magnifications. An example of this is shown in FIG. In this example, the light receiving unit 120 includes a first optical system having a first magnification and a second optical system having a second magnification higher than the first magnification. As described above, by providing the optical systems having different magnifications, the field of view can be switched according to the size of the measurement object WK placed on the mounting surface 142. In this example, the light receiving element includes a first light receiving element 121b optically coupled to the first optical system and a second light receiving element 121c optically coupled to the second optical system. The first optical system and the first light receiving element 121b may be collectively referred to as the first camera 121B, and the second optical system and the second light receiving element 121c may be collectively referred to as the second camera 121C. By preparing a plurality of light receiving elements in this way and configuring each optical system to take an image with an individual light receiving element, it is possible to perform the image receiving processing received by each optical system in parallel, and to speed up the processing. Simplification of optical coupling is realized. However, a common light receiving element may be optically connected to a plurality of optical systems.

第一光学系と第二光学系は、光軸が平行になるように配置している。第一光学系の第一光軸LA1と、第二光学系の第二光軸LA2は、それぞれ載置面142に対して約45°に傾斜されている。ここでは、高倍率の第二光学系、すなわち第二カメラ121Cが、第一光学系である第一カメラ121Bの下側となるように、垂直方向に並べて固定部125に配置されている。このような配置により、第一光学系から第二光学系に切り替えた際の視点の移動が、測定対象物WKの手前側となって、ユーザに対し視野の変化を比較的把握し易くできる利点が得られる。より正確には、視野の広い(倍率の低い)第一光学系においては、載置面上に置かれた測定対象物WKが大きい場合でも、一方視野の狭い(倍率の高い)第二光学系においては載置面上に置かれた測定対象物WKが小さい場合でも、いずれも全周回した際の測定対象物WKの全体を視野に収めることが可能となる。
(XYθステージ)
The first optical system and the second optical system are arranged so that their optical axes are parallel to each other. The first optical axis LA1 of the first optical system and the second optical axis LA2 of the second optical system are inclined at about 45 ° with respect to the mounting surface 142, respectively. Here, the high-magnification second optical system, that is, the second camera 121C is arranged vertically side by side in the fixed portion 125 so as to be below the first camera 121B which is the first optical system. With such an arrangement, the movement of the viewpoint when switching from the first optical system to the second optical system becomes the front side of the measurement object WK, and there is an advantage that the change in the visual field can be relatively easily grasped by the user. Is obtained. More precisely, in the first optical system having a wide field of view (low magnification), even if the measurement object WK placed on the mounting surface is large, the second optical system having a narrow field of view (high magnification) In the above case, even if the measurement object WK placed on the mounting surface is small, it is possible to capture the entire measurement object WK when the entire circumference is rotated.
(XYθ stage)

次に、台座部600の構成例を図7〜図9に基づいて説明する。図7の例では、XYθステージは、台座部600上に固定された回転ステージ143であるθステージの上に、並進ステージ141であるXYステージが載置されている。また回転ステージ143の回転軸は、第一光学系及び第二光学系の光軸と、それぞれ45°の角度で交わる形で配置されている。回転ステージ143上に載置された並進ステージ141は、回転ステージ143の回転に伴って図8、図9の平面図に示すように、そのXY駆動軸も共に回転する構成となっている。図8においては、並進ステージ141を移動させるX軸、Y軸を、図9においては回転ステージ143を回転させるθ方向を、それぞれ示している。このように、回転ステージ143の上に並進ステージ141が載置された構成とすることで、測定部100の光軸と回転ステージ143の回転軸とが、機械的に締結された一定関係を保つことが容易となる。また必要に応じて、並進ステージ141の移動方向のキャリブレーションと、ステージ回転軸の回転方向のキャリブレーションを行うことで、測定部100の観察空間中の座標系におけるステージ駆動軸を把握できる。
(回転ステージ143と並進ステージ141の組み合わせによる広範囲測定機能)
Next, a configuration example of the pedestal portion 600 will be described with reference to FIGS. 7 to 9. In the example of FIG. 7, in the XYθ stage, the XY stage, which is the translational stage 141, is placed on the θ stage, which is the rotation stage 143 fixed on the pedestal portion 600. The rotation axis of the rotation stage 143 is arranged so as to intersect the optical axes of the first optical system and the second optical system at an angle of 45 °, respectively. As shown in the plan views of FIGS. 8 and 9, the translational stage 141 mounted on the rotary stage 143 is configured to rotate together with the XY drive shaft as the rotary stage 143 rotates. FIG. 8 shows the X-axis and the Y-axis for moving the translational stage 141, and FIG. 9 shows the θ direction for rotating the rotation stage 143. By configuring the translational stage 141 on the rotating stage 143 in this way, the optical axis of the measuring unit 100 and the rotating shaft of the rotating stage 143 maintain a mechanically fastened constant relationship. It becomes easy. Further, if necessary, the stage drive axis in the coordinate system in the observation space of the measurement unit 100 can be grasped by calibrating the moving direction of the translational stage 141 and the rotation direction of the stage rotation axis.
(Wide range measurement function by combining rotary stage 143 and translation stage 141)

本実施形態に係る三次元形状測定装置500は、測定対象物が測定視野に収まりきらない大きな場合でも、視野を変えて取得した複数の測定データを合成することで、測定対象物の全体を測定可能とする広範囲測定機能を有する。具体的には、三次元形状測定装置500は、並進ステージ141と回転ステージ143とを備えている。並進ステージ141により、載置面142を、載置面内に含まれる所定の基準位置を基準に、載置面142が属する面内、本実施形態においてはXY平面内で移動させることにより、測定領域を任意の位置に変更でき、測定対象物のはみ出た両端の形状を含め、所望の部位を高精度で測定することができる。そして、回転ステージ143により、載置面142を、載置面142に含まれる回転軸を中心に例えばθ方向に回転させ、それに伴って測定対象物WKが回転することにより、別の方向からの測定が可能となる。この三次元形状測定装置500において、これら回転ステージ143と並進ステージ141を組み合わせた広範囲測定機能について、図10A〜図10Eの模式平面図及び図11A〜図11Iのイメージ図を用いて説明する。 The three-dimensional shape measuring device 500 according to the present embodiment measures the entire measurement object by synthesizing a plurality of measurement data acquired by changing the field of view even when the measurement object is too large to fit in the measurement field of view. It has a wide range measurement function that enables it. Specifically, the three-dimensional shape measuring device 500 includes a translation stage 141 and a rotation stage 143. Measured by moving the mounting surface 142 in the plane to which the mounting surface 142 belongs, in the present embodiment, in the XY plane, with reference to a predetermined reference position included in the mounting surface, by the translation stage 141. The region can be changed to an arbitrary position, and a desired portion can be measured with high accuracy, including the shapes of both ends protruding from the object to be measured. Then, the rotation stage 143 rotates the mounting surface 142 around the rotation axis included in the mounting surface 142 in, for example, the θ direction, and the measurement object WK rotates accordingly, so that the measurement object WK is rotated from another direction. Measurement becomes possible. In this three-dimensional shape measuring apparatus 500, a wide range measurement function in which the rotating stage 143 and the translation stage 141 are combined will be described with reference to the schematic plan views of FIGS. 10A to 10E and the image views of FIGS. 11A to 11I.

まず図10Aの状態から図10Bに示すように、並進ステージ141を測定領域の左方向に移動させて、測定対象物WK1の右側を測定領域MR1に収める状態とする。この位置で得られる観察画像OI3は、図11Aに示すようになる。 First, as shown in FIG. 10B, the translational stage 141 is moved to the left of the measurement area from the state of FIG. 10A so that the right side of the measurement object WK1 is contained in the measurement area MR1. The observation image OI3 obtained at this position is as shown in FIG. 11A.

そして、この位置で三次元測定を実行し、図11Bに示す単視野測定データSI3を取得する。この単視野測定データSI3も、図11Bに示すように表示部400上に表示させてもよいし、あるいは非表示としてもよいことは上述の通りである。 Then, the three-dimensional measurement is executed at this position, and the single-field measurement data SI3 shown in FIG. 11B is acquired. As described above, the single-field measurement data SI3 may also be displayed on the display unit 400 as shown in FIG. 11B, or may be hidden.

次に、図10Bの状態から図10Cに示すように、並進ステージ141を測定領域の右方向に移動させて、測定対象物WK1の左側を測定領域MR2に収める状態とする。この位置で得られる観察画像OI4は、図11Cに示すようになる。そして、この位置で三次元測定を実行し、図11Dに示す単視野測定データSI4を取得する。 Next, as shown in FIG. 10C, the translational stage 141 is moved from the state of FIG. 10B to the right of the measurement area so that the left side of the measurement object WK1 is contained in the measurement area MR2. The observation image OI4 obtained at this position is as shown in FIG. 11C. Then, the three-dimensional measurement is executed at this position, and the single-field measurement data SI4 shown in FIG. 11D is acquired.

さらに、回転ステージ143を180°回転させて測定対象物の背面側が見える状態とした上で、並進ステージ141を再度左方向に移動させて、図10Dに示すように測定対象物WK1の右側を測定領域MR3に収める状態とする。この位置で得られる観察画像OI5は、図11Eに示す単視野測定データSI5のようになる。そしてこの位置で三次元測定を実行し、図11Fに示す単視野測定データSI5を得る。 Further, after rotating the rotation stage 143 by 180 ° so that the back side of the measurement object can be seen, the translation stage 141 is moved to the left again, and the right side of the measurement object WK1 is measured as shown in FIG. 10D. It is in a state of being contained in the area MR3. The observation image OI5 obtained at this position looks like the single-field measurement data SI5 shown in FIG. 11E. Then, the three-dimensional measurement is executed at this position, and the single-field measurement data SI5 shown in FIG. 11F is obtained.

次に、図10Dの状態から図10Eに示すように、並進ステージ141を右方向に移動させて、測定対象物WK1の左側を測定領域MR4に収める状態とする。この位置で得られる観察画像OI6は、図11Gに示すようになる。そして、この位置で三次元測定を実行し、図11Hに示す単視野測定データSI6を取得する。 Next, as shown in FIG. 10E from the state of FIG. 10D, the translational stage 141 is moved to the right so that the left side of the measurement object WK1 is contained in the measurement area MR4. The observation image OI6 obtained at this position is as shown in FIG. 11G. Then, the three-dimensional measurement is executed at this position, and the single-field measurement data SI6 shown in FIG. 11H is acquired.

最後に、並進ステージ141の移動ストロークと移動方向から、単視野測定データSI3、SI4、SI5、SI6を、測定空間の座標系上で自動的に配置し、それぞれのデータ、すなわち図11B、図11D、図11F及び図11Hを結合して、図11Iに示す合成画像CI2を生成し、表示部400上に表示させる。この例では合成画像CI2は点群データの集合体であり、ユーザが画面上から合成画像CI2をドラッグして回転させて、得られた測定対象物の形状データを所望の視点から確認できる。このようにして、測定領域に収まりきらない大きな測定対象物WK1であっても、複数回の撮像で得られた単視野測定データSI3、SI4を合成することで、測定対象物WK1の全体の三次元形状を測定可能とできる。 Finally, the single-field measurement data SI3, SI4, SI5, and SI6 are automatically arranged on the coordinate system of the measurement space from the movement stroke and the movement direction of the translation stage 141, and the respective data, that is, FIGS. 11B and 11D. , 11F and 11H are combined to generate the composite image CI2 shown in FIG. 11I and displayed on the display unit 400. In this example, the composite image CI2 is a collection of point cloud data, and the user can drag and rotate the composite image CI2 from the screen to check the shape data of the obtained measurement object from a desired viewpoint. In this way, even if the large measurement object WK1 does not fit in the measurement area, the entire tertiary of the measurement object WK1 can be obtained by synthesizing the single-field measurement data SI3 and SI4 obtained by multiple imaging. The original shape can be measured.

以上の例では、並進ステージ141を図において左右方向(X方向)に移動させた例を説明したが、並進ステージ141を上下方向(Y方向)に移動させてもよいし、これらを組み合わせて斜め方向に移動させてもよい。同様に回転ステージ143の回転角度も、180°に限定されず、90°や45°等、任意の角度に調整できる。測定対象物の長手方向や載置面142への置き方、測定対象物の形状の複雑さ等に応じて、並進ステージ141の移動方向を適宜調整できる。 In the above example, the translation stage 141 has been moved in the left-right direction (X direction) in the drawing, but the translation stage 141 may be moved in the up-down direction (Y direction), or a combination of these may be used diagonally. You may move it in the direction. Similarly, the rotation angle of the rotation stage 143 is not limited to 180 ° and can be adjusted to any angle such as 90 ° or 45 °. The moving direction of the translational stage 141 can be appropriately adjusted according to the longitudinal direction of the object to be measured, how to place the object on the mounting surface 142, the complexity of the shape of the object to be measured, and the like.

このように広範囲測定は、回転ステージ143を回転させた状態の任意の視線方向でも実現できる。並進ステージ141の移動方向を正しく認識することで、回転ステージ143が回転した状態でも、例えば図11Aに示すように測定対象物WK1の右側を取得するためには並進ステージ141を画面左方向に、図11Cに示すように測定対象物WK1の左側を取得するためには並進ステージ141を画面右方向に平行移動させればよい。またこのような載置面142の移動方向の制御は、移動制御部144により行われる。移動制御部144は、載置面142の移動方向と、移動された載置面142の位置、すなわち載置面142に置かれた測定対象物WK1の測定領域とを関連付けて保持する。また各測定領域において取得したそれぞれの単視野測定データを、測定空間中にどのように配置すべきかについても、並進ステージ141の移動量とXY移動方向、θの回転量とに基づいて座標変換して算出できるので、自動的な位置合わせと合成処理が実現できる。 As described above, the wide range measurement can be realized in any line-of-sight direction in the state where the rotation stage 143 is rotated. By correctly recognizing the moving direction of the translation stage 141, even when the rotation stage 143 is rotated, for example, in order to acquire the right side of the measurement object WK1 as shown in FIG. 11A, the translation stage 141 is moved to the left side of the screen. As shown in FIG. 11C, in order to acquire the left side of the measurement object WK1, the translational stage 141 may be translated to the right of the screen. Further, such control of the moving direction of the mounting surface 142 is performed by the movement control unit 144. The movement control unit 144 holds the moving direction of the mounting surface 142 and the position of the moved mounting surface 142, that is, the measurement area of the measurement object WK1 placed on the mounting surface 142 in association with each other. In addition, how each single-field measurement data acquired in each measurement area should be arranged in the measurement space is also coordinate-transformed based on the movement amount of the translation stage 141, the XY movement direction, and the rotation amount of θ. Since it can be calculated, automatic alignment and composition processing can be realized.

以上の例では、各視線方向のデータ取得について説明した。ただ、本発明はこの構成に限らず、例えば回転ステージ143を複数の角度へ回転させて、各々の角度で取得した広範囲測定結果を重ね合わせるようにしてもよい。この場合は、大きく立体的な測定対象物に対しても、360°自由な方向から測定データを取得して重ね合わせることができ、全方位からのフル3Dデータが測定可能となる。 In the above example, data acquisition in each line-of-sight direction has been described. However, the present invention is not limited to this configuration, and for example, the rotation stage 143 may be rotated to a plurality of angles so that the wide range measurement results acquired at each angle are superimposed. In this case, measurement data can be acquired and superimposed on a large and three-dimensional object to be measured from any direction of 360 °, and full 3D data from all directions can be measured.

また、回転ステージ143と並進ステージ141を併存させた構成においては、回転ステージ143を回転させる際には、並進ステージ141を予め定められた基準位置に復帰させた上で回転させることが好ましい。これにより、測定対象物を載せた載置部140の回転半径が大きくなる状態を避け、測定対象物が意図せず他の部材と衝突する事態を避けることができる。
(基準位置)
Further, in the configuration in which the rotation stage 143 and the translation stage 141 coexist, when the rotation stage 143 is rotated, it is preferable to return the translation stage 141 to a predetermined reference position and then rotate the rotation stage 143. As a result, it is possible to avoid a state in which the radius of gyration of the mounting portion 140 on which the measurement object is placed becomes large, and to avoid a situation in which the measurement object unintentionally collides with another member.
(Reference position)

基準位置は、載置部の載置面内に含まれる所定の位置である。この基準位置は、典型的には座標軸の基準位置、例えば図8に示す載置面142を含むXY平面の原点O(0,0)とする。これにより、基準位置を起点として、載置面が移動される。ただ、基準位置は必ずしも座標軸の原点に限られず、原点からオフセットさせた位置としてもよい。なお、本明細書において「基準位置に復帰させる」と記載されている場合、基準位置に正確に復帰させるという意味でなく、基準位置の近傍に復帰させれば足りるという意味である。
(測定対象物の飛び出し量検出)
The reference position is a predetermined position included in the mounting surface of the mounting portion. This reference position is typically the reference position of the coordinate axes, for example, the origin O (0,0) of the XY plane including the mounting surface 142 shown in FIG. As a result, the mounting surface is moved starting from the reference position. However, the reference position is not necessarily limited to the origin of the coordinate axes, and may be a position offset from the origin. In addition, when it is described as "returning to the reference position" in this specification, it does not mean that it returns to the reference position accurately, but it means that it is sufficient to return it to the vicinity of the reference position.
(Detection of the amount of protrusion of the object to be measured)

ただ、上述のように、測定対象物WKと三次元形状測定装置500の干渉を最小限とすべく回転ステージ143と並進ステージ141を併存させ、並進ステージ141を予め定められた基準位置に復帰させた上で回転ステージ143を回転させる構成を採用したとしても、測定対象物WKのサイズによっては回転中の干渉の回避を図ることが難しい場合もある。 However, as described above, the rotation stage 143 and the translation stage 141 coexist in order to minimize the interference between the measurement object WK and the three-dimensional shape measurement device 500, and the translation stage 141 is returned to the predetermined reference position. Even if a configuration in which the rotation stage 143 is rotated is adopted, it may be difficult to avoid interference during rotation depending on the size of the measurement object WK.

そこで、測定対象物WKと三次元形状測定装置500との干渉が発生し得る条件を、図12A〜図13に基づいて説明する。図12A〜図12Cは、載置部140が図8に示す基準位置にある姿勢を示している。各図において、載置部に載置した測定対象物の飛び出し量の最大値をL1、載置面142の外周端OLの位置OPと支持部700の支柱部702との離間距離の最小値をL2とする。ここで、外周端OLの位置OPは、図12A等に示すように載置部140を平面視で見たときの、載置面142の外周端OLの内で最も径が大きくなる位置をOPとして規定している。また最小離間距離L2とは、載置部140が基準位置にある状態で、回転ステージ143を回転させたとき、このOPが支柱部702に最も近づいた姿勢にある場合の、OPから支柱部702の対向面までの距離をいう。図12A等に示すように載置面142が円形の場合は、OPは外周端OLの任意の位置となり、図13に示すように載置面142aが矩形状の場合は、OPは長手方向の隅部となる。 Therefore, the conditions under which interference between the measurement object WK and the three-dimensional shape measuring device 500 may occur will be described with reference to FIGS. 12A to 13. 12A to 12C show the posture in which the mounting portion 140 is in the reference position shown in FIG. In each figure, the maximum value of the amount of protrusion of the measurement object mounted on the mounting portion is L1, and the minimum value of the separation distance between the position OP of the outer peripheral end OL of the mounting surface 142 and the support portion 702 of the support portion 700 is set. Let it be L2. Here, the position OP of the outer peripheral edge OL is the position where the diameter is the largest among the outer peripheral edge OL of the mounting surface 142 when the mounting portion 140 is viewed in a plan view as shown in FIG. 12A or the like. It is stipulated as. Further, the minimum separation distance L2 is defined as the position in which the OP is closest to the support column 702 when the rotation stage 143 is rotated while the mounting portion 140 is in the reference position. The distance to the opposite surface of. When the mounting surface 142 is circular as shown in FIG. 12A or the like, the OP is at an arbitrary position of the outer peripheral end OL, and when the mounting surface 142a is rectangular as shown in FIG. 13, the OP is in the longitudinal direction. It becomes a corner.

図12Aに示すように、測定対象物WK2が載置面142から飛び出さないように載置面142内に配置されている場合は、回転ステージ143を回転させても測定対象物WK2が衝突するおそれはなく、自由に回転できる。しかしながら、図12B及び図12Cに示すように載置面142の外周端OLから測定対象物WK3及び4の端部が飛び出している場合、回転ステージ143を回転させることが可能な場合と不可能な場合とに分かれる。図12Bに示すように、L1とL2との関係がL2>L1である場合、測定対象物WK3が支柱部702に干渉することなく回転ステージ143を回転できる。一方、図12Cに示すように、L1>L2の場合、測定対象物WK4が支柱部702と干渉又は衝突するため、回転ステージ143を自由に回転させることができない。つまり、測定対象物WKの載置部140からの飛び出し量に応じて回転ステージ143の回転の可否が決まる。よって本実施形態においては、この飛び出し量を検出する。このように載置部140からの飛び出し量を回転動作の事前に検出することで、干渉や衝突の回避を図ることを可能としつつ、回転ステージ143の回転運動を制御することができる。 As shown in FIG. 12A, when the measurement object WK2 is arranged in the mounting surface 142 so as not to protrude from the mounting surface 142, the measurement object WK2 collides even if the rotation stage 143 is rotated. There is no fear and it can rotate freely. However, as shown in FIGS. 12B and 12C, when the ends of the measurement objects WK3 and 4 protrude from the outer peripheral end OL of the mounting surface 142, the rotation stage 143 may or may not be rotated. It is divided into cases. As shown in FIG. 12B, when the relationship between L1 and L2 is L2> L1, the measurement target WK3 can rotate the rotary stage 143 without interfering with the support column 702. On the other hand, as shown in FIG. 12C, when L1> L2, the measurement target WK4 interferes with or collides with the support column portion 702, so that the rotation stage 143 cannot be freely rotated. That is, whether or not the rotation stage 143 can be rotated is determined according to the amount of protrusion of the measurement object WK from the mounting portion 140. Therefore, in the present embodiment, this pop-out amount is detected. By detecting the amount of protrusion from the mounting portion 140 in advance of the rotational movement in this way, it is possible to control the rotational movement of the rotary stage 143 while making it possible to avoid interference and collision.

この測定対象物WKの飛び出し量、つまり測定対象物WKの載置部140から飛び出した端部を検出するためには、飛び出した端部を測定領域内に移動させる必要がある。具体的には、並進ステージ141を、載置面142の平面視において、載置部140が支持部700に接近及び離間する奥行方向と交差する方向(図において横方向)であって、測定領域の中心側に向かって移動させる。これにより、測定対象物WKの端部を測定領域内に収める方向に移動できるため、測定対象物WKの端部を検出することができる。このようにして、載置部140から飛び出した測定対象物WKの端部の飛び出し量を把握することで、載置部140の移動による衝突の回避を図ることが可能となる。 In order to detect the amount of protrusion of the measurement object WK, that is, the end portion protruding from the mounting portion 140 of the measurement object WK, it is necessary to move the protruding end portion into the measurement area. Specifically, the translational stage 141 is measured in a direction (horizontal direction in the drawing) in which the mounting portion 140 approaches and separates from the support portion 700 in the plan view of the mounting surface 142. Move toward the center side of. As a result, the end of the measurement target WK can be moved in the direction of being within the measurement region, so that the end of the measurement target WK can be detected. In this way, by grasping the amount of protrusion of the end portion of the measurement object WK protruding from the mounting portion 140, it is possible to avoid a collision due to the movement of the mounting portion 140.

ここで、測定領域と載置部140の移動方向の関係について、図14A〜図14Bを参照して説明する。これらの図において、測定領域MR5は、逆台形状に示している。図14Aに例示する測定対象物WK5の載置態様では、並進ステージ141に含まれる載置面142の外周端OLより飛び出した測定対象物WK5の破線部分NDは、測定領域MR5外にあるため、その外形を検出することができない。そこで、図14Bに示すように、並進ステージ141を左方向に距離D分だけ平行移動させれば、測定対象物WK5の端部を、測定領域MR5の概ね内側に移動させることができる。 Here, the relationship between the measurement area and the moving direction of the mounting portion 140 will be described with reference to FIGS. 14A to 14B. In these figures, the measurement region MR5 is shown in an inverted trapezoidal shape. In the mounting mode of the measurement target WK5 illustrated in FIG. 14A, the broken line portion ND of the measurement target WK5 protruding from the outer peripheral end OL of the mounting surface 142 included in the translation stage 141 is outside the measurement region MR5. The outer shape cannot be detected. Therefore, as shown in FIG. 14B, if the translational stage 141 is translated to the left by a distance D, the end portion of the measurement object WK5 can be moved substantially inward of the measurement region MR5.

図14A〜図14Bの例では、載置部140が基準位置にある姿勢で、載置面142の外周端OLが概ね測定領域に収まるように構成している。このような構成によって、載置面142内に収まる測定対象物であれば、その端部の外形を基準位置において把握することができる。 In the examples of FIGS. 14A to 14B, the mounting portion 140 is in the posture of the reference position, and the outer peripheral end OL of the mounting surface 142 is configured to be substantially within the measurement area. With such a configuration, if the object to be measured fits in the mounting surface 142, the outer shape of the end portion thereof can be grasped at the reference position.

また、並進ステージ141を、最小離間距離L2より大きく平行移動させることが好ましい。つまり、並進ステージ141の移動距離D>最小離間距離L2を満たすように並進ステージ141を平行移動させる。仮に図14Aの状態で並進ステージ141を、支柱部702側(図において下方向)に移動させようとすれば、L2以上移動させると並進ステージ141が支柱部702に衝突する。いいかえると、並進ステージ141の移動量はL2により制約を受ける。一方で横方向への並進ステージ141の移動は、支柱部702との衝突回避という観点からは制約を受けない。しかも並進ステージ141を大きく移動させることで、載置面142に載置した測定対象物WK5の端部を、測定領域MR5内に移動できる可能性が高くなる。仮に、横方向への並進ステージ141の移動量をL2以下に制約してしまうと、測定対象物WK5の端部を測定領域MR5内に納めることができず、衝突回避を図ることができなくなる。また、L2以下の移動を複数回繰り返すことで、測定対象物WK5の端部を測定領域MR5内に納めるとしても、複数回の移動が必要となって、測定時間が長くなる。そこで、支柱部702への衝突のおそれのない横方向への移動量をL2よりも大きくすることで、並進ステージ141を大きく移動させ、長尺の測定対象物WK5であっても、その端部を測定領域MR5内に納められるようにし、測定対象物WK5の外形を把握することで、衝突回避を図ることが可能となる。 Further, it is preferable to translate the translation stage 141 by a distance larger than the minimum separation distance L2. That is, the translational stage 141 is translated so as to satisfy the movement distance D> the minimum separation distance L2 of the translational stage 141. If the translation stage 141 is to be moved to the support column 702 side (downward in the figure) in the state of FIG. 14A, the translation stage 141 collides with the support column 702 when it is moved by L2 or more. In other words, the amount of movement of the translation stage 141 is constrained by L2. On the other hand, the movement of the translational stage 141 in the lateral direction is not restricted from the viewpoint of avoiding collision with the support column 702. Moreover, by moving the translational stage 141 significantly, there is a high possibility that the end portion of the measurement object WK5 placed on the mounting surface 142 can be moved into the measurement area MR5. If the amount of movement of the translational stage 141 in the lateral direction is restricted to L2 or less, the end portion of the measurement object WK5 cannot be accommodated in the measurement area MR5, and collision avoidance cannot be achieved. Further, by repeating the movement of L2 or less a plurality of times, even if the end portion of the measurement object WK5 is housed in the measurement area MR5, the movement is required a plurality of times and the measurement time becomes long. Therefore, by making the amount of lateral movement that does not cause a collision with the support column 702 larger than that of L2, the translational stage 141 can be moved significantly, and even if it is a long measurement object WK5, its end portion. Is stored in the measurement area MR5, and the outer shape of the measurement object WK5 can be grasped to avoid a collision.

以上の例では、並進ステージ141を円形状とした構成例を説明した。並進ステージ141を円形状とすることにより、並進ステージ141の動作をスムーズにでき、径も概ね一律であるためユーザも並進ステージ141の最大径を把握しやすい。ただ、本願発明の並進ステージは円形状に限られず、多角形状又は楕円形状等様々な形状を採用し得る。例えば、図15A〜図15Cに示す変形例に係る並進ステージ141a〜141cはそれぞれ、矩形状、八角形状、楕円形状である。このような形状を採用することにより、並進ステージ全体を大型化することなく、一方向にのみ最大径Rを大きくすることができる。また、並進ステージが円形状である場合、どの方向から見ても外形が一定であるため基準位置にあるかどうかの判断が難しい場合もある。一方、並進ステージが矩形状、八角形状などの多角形状又は楕円形状等であれば、外形が変化するため、基準位置にあるかどうかの判断が容易である。 In the above example, a configuration example in which the translational stage 141 has a circular shape has been described. By making the translation stage 141 circular, the operation of the translation stage 141 can be made smooth, and the diameter is almost uniform, so that the user can easily grasp the maximum diameter of the translation stage 141. However, the translational stage of the present invention is not limited to a circular shape, and various shapes such as a polygonal shape and an elliptical shape can be adopted. For example, the translation stages 141a to 141c according to the modified examples shown in FIGS. 15A to 15C have a rectangular shape, an octagonal shape, and an elliptical shape, respectively. By adopting such a shape, the maximum diameter R can be increased in only one direction without increasing the size of the entire translation stage. Further, when the translational stage has a circular shape, it may be difficult to determine whether or not the stage is in the reference position because the outer shape is constant when viewed from any direction. On the other hand, if the translation stage has a polygonal shape such as a rectangular shape or an octagonal shape or an elliptical shape, the outer shape changes, so that it is easy to determine whether or not the stage is in the reference position.

さらに、以上の例では回転ステージ143の上面に並進ステージ141を配置した載置部140の構成例を説明した。このような配置によって、回転ステージ143を回転可能に台座部に固定し、並進ステージ141をその上面の測定対象物と共に回転ステージ143で回転させることができる。このように測定対象物と並進ステージ141が共に回転することにより、測定対象物と並進ステージ141の位置関係は、測定対象物の載置姿勢を変えない範囲では、一定に維持できる。この結果、回転ステージ143を回転させた複数の異なる視点からの三次元測定が、常に同じ測定対象物の範囲で行われることとなり、測定対象物上の同一点を複数視点からのデータで平均化でき、測定対象物全体にわたって安定した測定が行われ、測定精度が向上される。 Further, in the above example, a configuration example of the mounting portion 140 in which the translational stage 141 is arranged on the upper surface of the rotating stage 143 has been described. With such an arrangement, the rotary stage 143 can be rotatably fixed to the pedestal portion, and the translational stage 141 can be rotated by the rotary stage 143 together with the measurement object on the upper surface thereof. By rotating the measurement object and the translation stage 141 together in this way, the positional relationship between the measurement object and the translation stage 141 can be maintained constant as long as the placement posture of the measurement object is not changed. As a result, the three-dimensional measurement from a plurality of different viewpoints obtained by rotating the rotation stage 143 is always performed within the range of the same measurement object, and the same points on the measurement object are averaged with data from the plurality of viewpoints. It is possible to perform stable measurement over the entire object to be measured, and the measurement accuracy is improved.

ただ本発明は載置部140をこのような構成に限定せず、例えば図16に示す変形例に係る三次元形状測定装置500Bに示すように、並進ステージ141の上面に回転ステージ143を配置する構成としてもよい。このような載置部140の配置によっても、同様の測定、重ねあわせによって、同様に視野からはみ出した測定対象物の全方位フル3Dデータを取得することは可能である。
(端部の検出方法)
However, the present invention does not limit the mounting portion 140 to such a configuration, and for example, as shown in the three-dimensional shape measuring device 500B according to the modified example shown in FIG. 16, the rotating stage 143 is arranged on the upper surface of the translation stage 141. It may be configured. Even with such an arrangement of the mounting portion 140, it is possible to acquire omnidirectional full 3D data of the measurement object that also protrudes from the field of view by the same measurement and superposition.
(How to detect the edge)

端部検出部265で測定対象物の端部を検出する方法としては、三次元形状測定装置による三次元データを利用する方法が考えられる。例えば、三次元データの二次元画像化による端部検出や、メッシュ画像による端部検出等の方法が挙げられる。以下、順次詳述する。
(二次元画像による端部検出)
As a method of detecting the end of the object to be measured by the end detection unit 265, a method of using three-dimensional data by a three-dimensional shape measuring device can be considered. For example, there are methods such as edge detection by two-dimensional imaging of three-dimensional data and edge detection by a mesh image. Hereinafter, details will be given in order.
(End detection by 2D image)

三次元データの二次元画像化による端部検出では、三次元点群データから、二次元のトップビューマップ画像を生成する。トップビューマップ画像の生成手順は、上述した通りである。得られた二次元のトップビューマップ画像から、測定対象物の輪郭画素を抽出し、測定対象物の端部を検出する。抽出された測定対象物の輪郭画素の例を、図17に示す。
(メッシュ画像による端部検出)
In the edge detection by two-dimensional imaging of three-dimensional data, a two-dimensional top view map image is generated from the three-dimensional point cloud data. The procedure for generating the top view map image is as described above. From the obtained two-dimensional top view map image, contour pixels of the measurement object are extracted, and the end portion of the measurement object is detected. An example of the contour pixels of the extracted measurement object is shown in FIG.
(End detection by mesh image)

メッシュ画像による端部検出では、三次元点群データから、ドロネー三角形分割などによりメッシュ画像を生成する。そしてメッシュ画像を上方より撮影して、輪郭線を求め、測定対象物の端部を検出する。一例として、生成されたメッシュ画像を図18に、このメッシュ画像を上方より撮影して、測定対象物の端部を検出した輪郭線を重ねた状態を図19に、それぞれ示す。 In the edge detection using the mesh image, a mesh image is generated from the three-dimensional point cloud data by Delaunay triangle division or the like. Then, the mesh image is taken from above, the contour line is obtained, and the end portion of the measurement object is detected. As an example, FIG. 18 shows the generated mesh image, and FIG. 19 shows a state in which the mesh image is taken from above and the contour lines where the edges of the measurement object are detected are overlapped.

なお、二次元化とメッシュ画像では、メッシュ画像の生成を先に行ってもよい。この場合や、計算量が若干多くなる。ここで三次元データでなく二次元化するのは、載置部140の断面図が、高さ方向(Z方向)によらずほぼ一定のためである。仮に載置部140が傾いており、Z位置によってスタンドの位置が変わるようであれば、三次元のまま端部を検出する必要がある。 In the two-dimensionalization and the mesh image, the mesh image may be generated first. In this case, the amount of calculation becomes slightly large. Here, the reason why the data is made two-dimensional instead of the three-dimensional data is that the cross-sectional view of the mounting portion 140 is almost constant regardless of the height direction (Z direction). If the mounting portion 140 is tilted and the position of the stand changes depending on the Z position, it is necessary to detect the end portion in three dimensions.

さらに端部を検出する他の方法として、カメラから得られた二次元画像をそのまま利用して、測定対象物の端部を検出、判定する方法や、簡易的な非接触センサを別途設けて端部を検出する方法なども挙げられる。
(ユーザへの告知)
Further, as another method of detecting the end portion, a method of detecting and determining the end portion of the object to be measured by using the two-dimensional image obtained from the camera as it is, or a method of separately providing a simple non-contact sensor to detect the end portion is provided. A method of detecting a part can also be mentioned.
(Notification to user)

端部検出部265や規制判断部266で事前に衝突の可能性を検知した場合の対応として、ユーザに対して明示的には何も通知せず、衝突によって回避された測定位置のデータ、すなわち処理をスキップした部分のデータが欠落する状態としてもよい。あるいは、ユーザに対し明示的に告知することもできる。例えば、測定後に、衝突を回避した測定位置を、結果報告として表示部400に表示させる。あるいは、測定後又は測定中に、随時衝突を事前検知したことを伝える。この際、測定処理を続行するか、そこで中断するかの判断を求めてもよい。あるいはまた、測定前に事前検知を行う場合は、事前検知後や測定開始前に、「事前衝突検知したため、いくつかの測定が回避されます」などのメッセージを表示部400に表示させる。 As a response when the possibility of collision is detected in advance by the end detection unit 265 or the regulation judgment unit 266, the data of the measurement position avoided by the collision, that is, the data of the measurement position avoided by the collision without explicitly notifying the user. The data of the portion where the processing is skipped may be lost. Alternatively, it can be explicitly notified to the user. For example, after the measurement, the measurement position avoiding the collision is displayed on the display unit 400 as a result report. Alternatively, it is notified that a collision has been detected in advance after or during the measurement. At this time, it may be requested to determine whether to continue the measurement process or interrupt it there. Alternatively, when the pre-detection is performed before the measurement, a message such as "Because the pre-collision is detected, some measurements are avoided" is displayed on the display unit 400 after the pre-detection or before the start of the measurement.

本発明の三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法は、測定対象物の高さを三角測距等の原理を利用して測定する三次元形状測定装置やデジタイザ、あるいはこれらの検査結果に基づいて、良品か不良品かを判定する検査装置として好適に利用できる。 The three-dimensional shape measuring device and the three-dimensional shape measuring method of the present invention are based on the three-dimensional shape measuring device or digitizer that measures the height of the object to be measured by using a principle such as triangular distance measurement, or the inspection results thereof. Therefore, it can be suitably used as an inspection device for determining whether a product is a good product or a defective product.

1…制御用PC
2…モニタ
3…キーボード
4…入力デバイス
100…測定部
101…本体ケース
102…遮光カバー
110…投光部;110A…第一測定光投光部;110B…第二測定光投光部
111…測定光源
112…パターン生成部
113〜115、122、123…レンズ
120…受光部
121…カメラ
121B…第一カメラ;121C…第二カメラ
121a…撮像素子;121b…第一受光素子;121c…第二受光素子
125…固定部
130…照明光出力部
140…載置部
141、141a〜141c…並進ステージ
142、142a…載置面
143…回転ステージ
144…移動制御部
150…測定制御部
200…コントローラ
210…CPU
211…点群データ合成部
216…画像検査部;216b…計測部
220…ROM
228…高さ画像取得部
230…作業用メモリ
240…記憶装置
250…操作部
260…点群データ生成部
261…トップビューマップ画像生成部
262…メッシュ画像生成部
264…測定領域設定部
265…端部検出部
266…規制判断部
300…光源部
310…制御基板
320…観察用照明光源
400…表示部
500、500B…三次元形状測定装置
500A…三次元形状測定装置本体
600…台座部
700…支持部
702…支柱部
1000…三次元形状測定システム
WK、WK1〜WK5…測定対象物
ML…測定光;ML1…第一測定光;ML2…第二測定光
LA1…第一光軸;LA2…第二光軸
MR1、MR2、MR3、MR4、MR5…測定領域
OI3〜OI6…観察画像
SI3、SI4、SI5、SI6…単視野測定データ
CI2…合成画像
IL…照明光
ND…測定対象物の検出できない端部
L1…測定対象物の飛び出し量の最大値
L2…最小離間距離
O…XY平面の原点
D…並進ステージの移動距離
OL…外周端
OP…外周端の一点
1 ... Control PC
2 ... Monitor 3 ... Keyboard 4 ... Input device 100 ... Measurement unit 101 ... Main body case 102 ... Light-shielding cover 110 ... Light projection unit; 110A ... First measurement light projection unit; 110B ... Second measurement light projection unit 111 ... Measurement Light source 112 ... Pattern generation units 113 to 115, 122, 123 ... Lens 120 ... Light receiving unit 121 ... Camera 121B ... First camera; 121C ... Second camera 121a ... Imaging element; 121b ... First light receiving element; 121c ... Second light receiving element Element 125 ... Fixed unit 130 ... Illumination light output unit 140 ... Mounting units 141, 141a to 141c ... Translation stage 142, 142a ... Mounting surface 143 ... Rotation stage 144 ... Movement control unit 150 ... Measurement control unit 200 ... Controller 210 ... CPU
211 ... Point cloud data synthesis unit 216 ... Image inspection unit; 216b ... Measurement unit 220 ... ROM
228 ... Height image acquisition unit 230 ... Working memory 240 ... Storage device 250 ... Operation unit 260 ... Point group data generation unit 261 ... Top view map image generation unit 262 ... Mesh image generation unit 264 ... Measurement area setting unit 265 ... Edge Unit detection unit 266 ... Regulation judgment unit 300 ... Light source unit 310 ... Control board 320 ... Observation illumination light source 400 ... Display unit 500, 500B ... Three-dimensional shape measuring device 500A ... Three-dimensional shape measuring device main body 600 ... Pedestal unit 700 ... Support Part 702 ... Support column 1000 ... Three-dimensional shape measurement system WK, WK1 to WK5 ... Measurement object ML ... Measurement light; ML1 ... First measurement light; ML2 ... Second measurement light LA1 ... First optical axis; LA2 ... Second Optical axis MR1, MR2, MR3, MR4, MR5 ... Measurement area OI3 to OI6 ... Observation image SI3, SI4, SI5, SI6 ... Single field measurement data CI2 ... Composite image IL ... Illumination light ND ... Undetectable end of measurement object L1 ... Maximum value of the amount of protrusion of the object to be measured L2 ... Minimum separation distance O ... Origin D of the XY plane ... Movement distance of the translation stage OL ... Outer edge OP ... One point at the outer edge

Claims (11)

測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置であって、
測定対象物を載置させる載置面を、該載置面に含まれる回転軸を中心に回転させる回転ステージと、
前記載置面を、該載置面内に含まれる所定の基準位置を基準に、該載置面が属する面内で平行移動させる並進ステージと
を備える載置部と、
前記載置部に載置された測定対象物に所定のパターンを有する測定光を照射する投光部と、
前記投光部により照射され、測定対象物にて反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部と、
前記載置部を支持する台座部と、
前記台座部に連結されると共に、前記載置部の上方に測定光による測定領域が形成されるよう前記投光部及び前記受光部を固定的に支持する支持部と、
前記支持部により支持された前記受光部により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成部と、
前記並進ステージが前記基準位置にある姿勢で、前記並進ステージを、前記載置部の外周端と、該外周端と前記支持部が対向する面との最小離間距離以上平行移動させるよう、前記載置部を制御する移動制御部と、
を備える三次元形状測定装置。
A three-dimensional shape measuring device that measures the three-dimensional shape of an object to be measured.
A rotating stage that rotates the mounting surface on which the object to be measured is placed around the rotation axis included in the mounting surface, and
A mounting portion including a translation stage for translating the above-described mounting surface in the plane to which the mounting surface belongs, based on a predetermined reference position included in the mounting surface.
A light projecting unit that irradiates a measurement object placed on the above-mentioned storage unit with measurement light having a predetermined pattern,
A light receiving unit that receives the measurement light that is irradiated by the light projecting unit and is reflected by the measurement object and outputs a light receiving signal that indicates the amount of received light.
The pedestal part that supports the above-mentioned placement part and
A support portion that is connected to the pedestal portion and that fixedly supports the light projecting portion and the light receiving portion so that a measurement region by measurement light is formed above the above-mentioned placement portion.
A point cloud data generation unit that generates point cloud data representing the three-dimensional shape of the object to be measured based on the light reception signal output by the light receiving unit supported by the support unit.
In the posture in which the translation stage is in the reference position, the translation stage is translated by the outer peripheral end of the above-mentioned placement portion and the surface facing the outer peripheral end and the support portion by a minimum distance or more. A movement control unit that controls the placement unit and
A three-dimensional shape measuring device including.
請求項1に記載の三次元形状測定装置であって、
前記移動制御部は、前記載置部に載置された測定対象物の、前記載置部から飛び出した端部を、前記測定領域内に含めるように、前記並進ステージを移動させるよう構成してなる三次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring device according to claim 1.
The movement control unit is configured to move the translation stage so that the end portion of the measurement object mounted on the previously described placement portion protruding from the previously described placement portion is included in the measurement area. A three-dimensional shape measuring device.
請求項1又は2に記載の三次元形状測定装置であって、
前記移動制御部は、前記載置部に載置された測定対象物の、前記載置部から飛び出した端部を、前記測定領域内に含めるように、前記並進ステージを、前記載置面の平面視において、前記載置部が前記支持部に接近及び離間する奥行方向と交差する方向(*X方向)であって、前記測定領域の中心側に向かって移動させるよう構成してなる三次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring device according to claim 1 or 2.
The movement control unit sets the translational stage on the pre-described mounting surface so that the end portion of the measurement object mounted on the pre-described mounting portion that protrudes from the pre-described mounting portion is included in the measurement area. In a plan view, a three-dimensional structure is such that the above-mentioned placement portion is in a direction (* X direction) that intersects the depth direction that approaches and separates from the support portion, and is configured to move toward the center side of the measurement region. Shape measuring device.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、さらに
前記載置部に載置された測定対象物の、前記載置部から飛び出した端部を検出する端部検出部を備える三次元形状測定装置。
The end of the three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 1 to 3, further detecting an end of a measurement object mounted on the above-mentioned placement portion, which protrudes from the above-mentioned placement portion. A three-dimensional shape measuring device including a unit detection unit.
請求項4に記載の三次元形状測定装置であって、
前記端部検出部は、前記移動制御部で前記並進ステージを前記基準位置から前記最小離間距離以上に平行移動させた状態で、端部検出動作を実行するよう構成してなる三次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring device according to claim 4.
The end detection unit is a three-dimensional shape measuring device configured to execute an end detection operation in a state where the movement control unit translates the translation stage from the reference position by a distance equal to or greater than the minimum separation distance. ..
請求項4又は5に記載の三次元形状測定装置であって、
前記端部検出部は、前記点群データ生成部により生成された点群データに基づいて、前記端部を検出するよう構成してなる三次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring device according to claim 4 or 5.
The end portion detection unit is a three-dimensional shape measuring device configured to detect the end portion based on the point cloud data generated by the point cloud data generation unit.
請求項4〜6のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、さらに、
前記端部検出部による前記端部の検出可否又は検出位置に基づいて、該端部が前記支持部に接近する方向への前記回転ステージの回転移動、又は前記並進ステージの平行移動を規制するか否かを判断する規制判断部を備える三次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 4 to 6, further comprising.
Whether to regulate the rotational movement of the rotating stage or the translational movement of the translation stage in the direction in which the end portion approaches the support portion, based on whether or not the end portion can be detected by the end portion detecting portion or the detection position. A three-dimensional shape measuring device provided with a regulatory judgment unit that determines whether or not it is present.
請求項7に記載の三次元形状測定装置であって、
前記規制判断部は、前記端部検出部による端部の検出結果に基づいて、測定対象物の端部が前記支持部に接近しないよう、前記載置部の移動方向及び/又は移動量を変更するよう、前記移動制御部に対し指示してなる三次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring device according to claim 7.
Based on the end detection result by the end detection unit, the regulation determination unit changes the movement direction and / or movement amount of the above-mentioned placement portion so that the end portion of the measurement object does not approach the support portion. A three-dimensional shape measuring device instructing the movement control unit to do so.
請求項7又は8に記載の三次元形状測定装置であって、
前記規制判断部は、前記端部検出部による端部の検出結果に基づき、測定対象物の端部が前記支持部に接近することを告知する画像、文字又は音声を出力するよう構成してなる三次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring device according to claim 7 or 8.
The regulation determination unit is configured to output an image, characters, or voice notifying that the end of the object to be measured approaches the support based on the result of detecting the end by the end detection unit. Three-dimensional shape measuring device.
請求項1〜9のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
前記載置部は、前記台座部に回転可能に支持される前記回転ステージの上方に前記並進ステージを設けてなる三次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 1 to 9.
The above-mentioned placing portion is a three-dimensional shape measuring device in which the translational stage is provided above the rotating stage rotatably supported by the pedestal portion.
請求項1〜10のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
前記並進ステージは円形状である三次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 1 to 10.
The translational stage is a three-dimensional shape measuring device having a circular shape.
JP2019144970A 2019-08-06 2019-08-06 Three-dimensional shape measurement device Pending JP2021025917A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019144970A JP2021025917A (en) 2019-08-06 2019-08-06 Three-dimensional shape measurement device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019144970A JP2021025917A (en) 2019-08-06 2019-08-06 Three-dimensional shape measurement device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021025917A true JP2021025917A (en) 2021-02-22

Family

ID=74662963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019144970A Pending JP2021025917A (en) 2019-08-06 2019-08-06 Three-dimensional shape measurement device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2021025917A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114509023A (en) * 2022-02-18 2022-05-17 湖南三一快而居住宅工业有限公司 Magnetic nail identification and positioning device, coordinate robot and magnetic nail identification and positioning method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114509023A (en) * 2022-02-18 2022-05-17 湖南三一快而居住宅工业有限公司 Magnetic nail identification and positioning device, coordinate robot and magnetic nail identification and positioning method
CN114509023B (en) * 2022-02-18 2024-03-08 湖南三一快而居住宅工业有限公司 Magnetic nail identification positioning device, coordinate robot and magnetic nail identification positioning method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10508902B2 (en) Three-dimensional measurement device
JP6462823B2 (en) Image inspection device
US7508529B2 (en) Multi-range non-contact probe
US10262431B2 (en) Three-dimensional measurement device
JP6230434B2 (en) Image inspection apparatus, image inspection method, image inspection program, and computer-readable recording medium
JP7280774B2 (en) Three-dimensional shape measuring device, three-dimensional shape measuring method, three-dimensional shape measuring program, computer-readable recording medium, and recorded equipment
JP2014055810A (en) Shape measurement device, program embedded therein, and recording medium with program recorded thereon
JP6461609B2 (en) Interference objective lens and optical interference measurement apparatus
US11448500B2 (en) Three-dimensional shape measuring apparatus and method thereof utilizing point cloud data and top view map imaging
JP6279048B2 (en) Shape measuring device
JP6234253B2 (en) Image inspection apparatus, image inspection method, image inspection program, and computer-readable recording medium
JP5969867B2 (en) Optical microscope
JP7085725B2 (en) Surface shape measuring device and surface shape measuring method
JP2009092485A (en) Print solder inspection device
JP2021025917A (en) Three-dimensional shape measurement device
JP7328824B2 (en) Three-dimensional shape measuring device and three-dimensional shape measuring method
JP3715377B2 (en) Object shape measuring device
JP7332386B2 (en) Three-dimensional shape measuring device and three-dimensional shape measuring method
JP2021025911A (en) Three-dimensional shape measurement device
JP2021025919A (en) Three-dimensional shape measurement device and three-dimensional shape measurement method
JP7344708B2 (en) 3D shape measuring device
JP7308689B2 (en) 3D shape measuring device
JP2021025918A (en) Three-dimensional shape measurement device and three-dimensional shape measurement method
JP2021025910A (en) Three-dimensional shape measurement device and three-dimensional shape measurement method
JP6928803B2 (en) Imaging device