JP2021025919A - Three-dimensional shape measurement device and three-dimensional shape measurement method - Google Patents

Three-dimensional shape measurement device and three-dimensional shape measurement method Download PDF

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政記 藤原
Masaki Fujiwara
政記 藤原
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Abstract

To make it possible to safely measure a long object to be measured even when the object to be measured is placed on a rotary stage and rotated.SOLUTION: A three-dimensional shape measurement device 500 comprises: an observation image creation unit 124 that creates an observation image for observing the entire shape of an object to be measured WK by picking up an image of the object to be measured WK placed on a placement unit 140; a display unit 400 that displays the observation image created by the observation image creation unit 124; a measurement area setting unit 264 that sets up a measurement area on the observation image displayed by the display unit 400; a movement control unit 144 that controls an operation to move the placement unit 140 based on the measurement area set up by the measurement area setting unit 264; and a point group data generation unit 260 that generates point group data indicating the three-dimensional shape of the object to be measured WK based on a light receiving signal output from a light receiving unit 120 that is supported by a support unit 700 at the position of movement of the placement unit 140 controlled by the movement control unit 144.SELECTED DRAWING: Figure 1

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及び三次元形状測定方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device and a three-dimensional shape measuring method 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固定的に連結されている。つまり、反射光を受光する受光部は、斜め下を見下ろすようにして載置部を撮像する構成になっている。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. That is, the light receiving portion that receives the reflected light is configured to take an image of the mounting portion so as to look down diagonally below. 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回転ステージの大きさが制限されるところ、回転ステージ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。このような場合に対応するため、回転する回転ステージに加えて、XY平面内を平行移動する並進ステージを搭載することが考えられる。 In such a three-dimensional shape measuring device, the size of the rotating stage on which the object to be measured is placed is limited, and it may be desired to measure the three-dimensional shape of a long object to be measured that does not fit in the rotating stage. In order to deal with such a case, it is conceivable to mount a translation stage that translates in the XY plane in addition to the rotating rotation stage.

しかしながら、長尺の測定対象物の載置位置や回転ステージの回転方向によっては、ステージ移動時に測定対象物が三次元形状測定装置に干渉することが考えられる。
これを防ぐために、ユーザが測定対象物の外形を把握して、干渉しないようにステージを手動で制御することが考えられるが、測定対象物を斜め下に見下ろすように観察する態様においては、測定対象物の外形を把握し辛いことがあり、必ずしも容易ではなかった。
However, depending on the placement position of the long measurement object and the rotation direction of the rotating stage, it is conceivable that the measurement object interferes with the three-dimensional shape measuring device when the stage is moved.
In order to prevent this, it is conceivable that the user grasps the outer shape of the measurement object and manually controls the stage so as not to interfere with each other. However, in the mode of observing the measurement object so as to look down diagonally, the measurement is performed. It was not always easy because it was sometimes difficult to grasp the outer shape of the object.

本発明の目的の一は、回転ステージに載置した場合にはみ出してしまうような長尺の測定対象物を、回転ステージに載置して回転させた場合でも、安全に測定できるようにした三次元形状測定装置及び三次元形状測定方法を提供することにある。 One of the objects of the present invention is to make it possible to safely measure a long measurement object that would protrude when placed on a rotating stage, even when the long object is placed on the rotating stage and rotated. An object of the present invention is to provide an original shape measuring device and a three-dimensional shape measuring method.

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

上記の目的を達成するために、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有し、該載置面を回転移動させるための回転ステージ、及び前記載置面を平行移動させるための並進ステージを有する載置部と、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、且つ該測定領域を斜め下に見下ろすよう前記投光部及び前記受光部を前記載置面に対して光軸が傾斜する姿勢に固定する固定部と、前記固定部を前記台座部から離間した姿勢に支持する支持部と、前記載置部に載置された測定対象物を撮像することにより測定対象物の全体形状を観察するための観察画像を生成する観察画像生成部と、前記観察画像生成部により生成された観察画像を表示する表示部と、前記表示部により表示された観察画像上で測定領域を設定する測定領域設定部と、前記測定領域設定部により設定された測定領域に基づいて、前記載置部の移動動作を制御する移動制御部と、前記移動制御部で制御された前記載置部の移動位置において、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を備えることができる。上記構成により、観察画像生成部により得られる観察画像に基づいて、測定対象物が三次元形状測定装置に干渉してしまうことを未然に防ぐことが可能となる。 In order to achieve the above object, according to the three-dimensional shape measuring device according to the first aspect of the present invention, it is a three-dimensional shape measuring device that measures the three-dimensional shape of the object to be measured, and the object to be measured is measured. A mounting portion having a mounting surface to be mounted, a rotating stage for rotationally moving the mounting surface, and a translation stage for moving the previously described mounting surface in parallel, and mounting on the previously described mounting portion. A light projecting unit that irradiates the measured object with measurement light having a predetermined pattern, and a light receiving signal that receives the measurement light that is irradiated by the light projecting unit and reflected by the measurement object and represents the amount of light received. The light receiving portion that outputs the light, the pedestal portion that supports the previously described mounting portion, and the pedestal portion are connected to each other, and a measurement region by measurement light is formed above the previously described mounting portion, and the measurement region is obliquely downward. A fixed portion that fixes the light emitting portion and the light receiving portion in a posture in which the optical axis is inclined with respect to the above-mentioned mounting surface so as to look down, a support portion that supports the fixed portion in a posture separated from the pedestal portion, and a front portion. An observation image generation unit that generates an observation image for observing the overall shape of the measurement object by imaging the measurement object placed on the description unit, and an observation image generated by the observation image generation unit. Based on the display unit to be displayed, the measurement area setting unit that sets the measurement area on the observation image displayed by the display unit, and the measurement area set by the measurement area setting unit, the movement operation of the above-mentioned placement unit. Based on the light-receiving signal output by the light-receiving part supported by the support at the moving position of the movement control unit that controls the movement control unit and the previously described placement unit controlled by the movement control unit, the three-dimensional object to be measured. It can be provided with a point group data generation unit that generates point group data representing a shape. With the above configuration, it is possible to prevent the object to be measured from interfering with the three-dimensional shape measuring device based on the observation image obtained by the observation image generation unit.

また、本発明の第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、さらに、前記観察画像生成部により生成された観察画像を解析することにより、前記載置部に載置された測定対象物が前記支持部と衝突することを防ぐための、前記回転ステージ又は並進ステージの移動可能範囲を特定する範囲特定部を備え、前記移動制御部は、前記範囲特定部により特定された前記回転ステージ又は並進ステージの移動可能範囲内で、前記載置部の移動動作を制御するよう構成できる。 Further, according to the three-dimensional shape measuring device according to the second aspect of the present invention, in addition to the above configuration, by further analyzing the observation image generated by the observation image generation unit, the above-mentioned placement unit can be used. A range specifying unit for specifying the movable range of the rotation stage or the translation stage is provided to prevent the mounted measurement object from colliding with the support portion, and the movement control unit is provided by the range specifying unit. Within the movable range of the specified rotary stage or translational stage, it can be configured to control the moving operation of the above-mentioned mounting portion.

さらにまた、本発明の第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、さらに、前記移動制御部により前記回転ステージが回転移動される際に、測定対象物が前記支持部に衝突しない退避位置を特定する退避位置特定部を備え、前記移動制御部は、前記退避位置特定部により特定される退避位置に前記並進ステージを平行移動させた状態で、前記回転ステージを回転移動させるよう構成できる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the third aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, when the rotation stage is rotationally moved by the movement control unit, a measurement target is further provided. The movement control unit includes a retracting position specifying unit that specifies a retracting position at which an object does not collide with the support portion, and the movement control unit moves the translation stage in parallel to a retracting position specified by the retracting position specifying unit. The rotating stage can be configured to rotate.

さらにまた、本発明の第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、前記観察画像生成部が、前記載置部を支持部から離間させた状態で、測定対象物を前記受光部で撮像して構成できる。上記構成により、なるべく測定対象物が視野内に入るように受光部を離間させることで、観察画像生成部として機能させることができ、観察画像生成部を受光部と兼用して構成を簡素化できる利点が得られる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the fourth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the observation image generation unit is in a state where the above-mentioned placement portion is separated from the support portion. , The object to be measured can be imaged by the light receiving unit. With the above configuration, the light receiving unit can be separated as much as possible so that the object to be measured is within the field of view, so that the light receiving unit can function as an observation image generation unit, and the observation image generation unit can also be used as the light receiving unit to simplify the configuration. Benefits are gained.

さらにまた、本発明の第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、さらに、前記受光部及び投光部の前方から延長されて、該受光部及び投光部を覆うと共に、前記載置部の上方で、該載置部と離間された姿勢に保持された遮光カバーを備え、前記観察画像生成部を、前記射光カバーに設置することができる。上記構成により、受光部及び投光部を遮光する遮光カバーを利用して観察画像生成部を遮光カバーに設けることで、別部材を用意することなく載置部の上方に観察画像生成部を離間姿勢に固定することが可能となる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the fifth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the light receiving portion and the light emitting portion are further extended from the front of the light receiving portion and the light emitting portion. The observation image generation unit can be installed on the light emitting cover by providing a light-shielding cover that covers the light projecting portion and is held above the above-mentioned mounting portion in a posture separated from the mounting portion. With the above configuration, the observation image generation unit is provided on the light-shielding cover by using the light-shielding cover that shields the light-receiving unit and the light-emitting unit, so that the observation image generation unit is separated above the mounting unit without preparing a separate member. It becomes possible to fix it in the posture.

さらにまた、本発明の第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、前記観察画像生成部の観察光軸を、前記受光部の受光光軸と非平行に位置させることができる。上記構成により、観察画像を受光部によって得られる画像と異なる角度で観察することができ、受光部からの観察よりも測定対象物の外形をより見易い角度として測定対象物を把握し易くできる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the sixth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the observation optical axis of the observation image generation unit is not different from the light reception optical axis of the light receiving unit. It can be positioned in parallel. With the above configuration, the observed image can be observed at an angle different from the image obtained by the light receiving unit, and the outer shape of the measurement object can be easily grasped as an angle that is easier to see than the observation from the light receiving unit.

さらにまた、本発明の第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、前記観察画像生成部が、その観察光軸を前記載置面に対して直交状に配置されており、前記受光部が、その受光光軸を前記載置面に対して斜めに傾斜させることができる。上記構成により、斜め方向から測定を行う三次元形状測定装置においても、上面から見た平面視の画像を観察画像生成部で取得することにより、測定対象物の外形を把握し易くなり、ユーザが測定領域を設定する際に視覚的に判り易い設定環境を提供できる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the seventh aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the observation image generation unit makes the observation optical axis orthogonal to the above-described mounting surface. The light receiving portion is arranged in a shape, and the light receiving optical axis thereof can be inclined obliquely with respect to the above-mentioned mounting surface. With the above configuration, even in a three-dimensional shape measuring device that measures from an oblique direction, it becomes easier for the user to grasp the outer shape of the object to be measured by acquiring a plan view image seen from the upper surface by the observation image generation unit. It is possible to provide a setting environment that is easy to understand visually when setting the measurement area.

さらにまた、本発明の第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、前記観察画像生成部が、複数の撮像素子を備えることができる。上記構成により、測定対象物の相対する端部を個別の撮像素子で撮像し易くなり、端部の形状を捉えて測定対象物が他の部材と干渉する事態を回避し易くなる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the eighth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the observation image generation unit can include a plurality of image pickup devices. With the above configuration, it becomes easy to image the opposing ends of the measurement object with individual image sensors, and it becomes easy to avoid the situation where the measurement object interferes with other members by capturing the shape of the end.

さらにまた、本発明の第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、さらに、前記載置部の上方で、該載置部と離間された姿勢に前記観察画像生成部を固定するよう、前方に突出されたアーム部を備えることができる。上記構成により、観察画像生成部を固定するアーム部を用意することで、所望の位置に所望の姿勢で観察画像生成部を保持することが容易となる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the ninth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the posture above the above-mentioned mounting portion is further separated from the mounting portion. An arm portion protruding forward can be provided so as to fix the observation image generation portion. With the above configuration, by preparing the arm portion for fixing the observation image generation unit, it becomes easy to hold the observation image generation unit at a desired position and in a desired posture.

さらにまた、本発明の第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、前記観察画像生成部を、平面視において前記受光部及び投光部の側面に設けることができる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the tenth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the observation image generation unit is placed on the side surface of the light receiving unit and the light emitting unit in a plan view. Can be provided.

さらにまた、本発明の第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、前記観察画像生成部が、魚眼レンズで構成され、前記観察画像生成部で撮像された観察画像に対して、歪み補正を行って前記表示部に表示させるよう構成できる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the eleventh aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the observation image generation unit is composed of a fisheye lens and is imaged by the observation image generation unit. The observed image can be configured to be distorted and displayed on the display unit.

さらにまた、本発明の第12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、取得された測定対象物の画像に対して、所定の画像検査を実行する画像検査部を備えることができる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the twelfth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, a predetermined image inspection is further performed on the acquired image of the measurement object. An image inspection unit can be provided.

さらにまた、本発明の第13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、前記画像検査部が、所定の画像検査として、測定対象物の外形を示すエッジ検出、前記表示部に前記観察画像を表示させて行う加工のいずれかとできる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the thirteenth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the image inspection unit performs an edge showing the outer shape of the object to be measured as a predetermined image inspection. It can be either detection or processing performed by displaying the observation image on the display unit.

さらにまた、本発明の第14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長手方向における両端部のうち、少なくとも一方の端部を検出する端部検出部と、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、該端部が前記支柱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とを備えることができる。上記構成により、三次元形状測定装置の大型化を抑制しつつ、測定対象物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。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the fourteenth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, both ends in the longitudinal direction of the object to be measured mounted on the above-described mounting portion are further provided. Of these, the end detection unit that detects at least one end portion, and the end portion in a direction that approaches the strut portion based on whether or not the end portion can be detected by the end portion detection unit or a detection position. A regulation determination unit for determining whether or not to restrict the rotational movement of the rotary stage or the translational movement of the translational stage can be provided. With the above configuration, it is possible to operate so as to avoid a situation in which the object to be measured interferes with the three-dimensional shape measuring device while suppressing the increase in size of the three-dimensional shape measuring device.

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. 回転ステージの回転により測定対象物が衝突する様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows how the object to be measured collides with the rotation of a rotation stage. 測定対象物を斜め上方から見た観察画像を示すイメージ図である。It is an image diagram which shows the observation image which looked at the measurement object from obliquely above. 図11において、測定可能範囲を示すイメージ図である。FIG. 11 is an image diagram showing a measurable range. 載置面に水平姿勢で置かれた測定対象物を斜め上方から観察する様子を示す模式側面図である。It is a schematic side view which shows the state of observing the measurement object placed on the mounting surface in a horizontal posture from diagonally above. 載置面に傾斜姿勢で置かれた測定対象物を斜め上方から観察する様子を示す模式側面図である。It is a schematic side view which shows the state of observing the measurement object placed on the mounting surface in an inclined posture from diagonally above. 観察画像生成部の設置例を示す模式側面図である。It is a schematic side view which shows the installation example of the observation image generation part. 図16Aは広角レンズで発生する幾何歪み、図16Bは図16Aの歪みを補正する例を示す模式図である。FIG. 16A is a schematic diagram showing an example of correcting the geometric distortion generated by the wide-angle lens, and FIG. 16B is a schematic diagram showing an example of correcting the distortion of FIG. 16A. 実施形態2に係る三次元形状測定装置を示す模式側面図である。It is a schematic side view which shows the 3D shape measuring apparatus which concerns on Embodiment 2. 実施形態3に係る三次元形状測定装置を示す模式側面図である。It is a schematic side view which shows the 3D shape measuring apparatus which concerns on Embodiment 3. 実施形態4に係る三次元形状測定装置を示す模式平面である。It is a schematic plane which shows the 3D shape measuring apparatus which concerns on Embodiment 4. 図20A及び図20Bは、並進ステージを手前側に移動させて測定対象物が台座部と衝突する様子、図20C及び図20Dは、並進ステージを左右に移動させて測定対象物が台座部と衝突する様子を、それぞれ示す模式平面図である。20A and 20B show a state in which the translational stage is moved to the front side and the measurement object collides with the pedestal portion. In FIGS. 20C and 20D, the translational stage is moved left and right and the measurement object collides with the pedestal portion. It is a schematic plan view which shows each state. 測定対象物の広範囲測定を行う際に測定対象物の端部を検出する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which detects the end part of the measurement object at the time of performing a wide range measurement of a measurement object. 図22A〜図22Hは、載置面の移動方向を規制する手順の一例を示す模式平面図である。22A to 22H are schematic plan views showing an example of a procedure for restricting the moving direction of the mounting surface. 図23A〜図23Pは、載置面の移動方向を規制する手順の他の例を示す模式平面図である。23A to 23P are schematic plan views showing another example of the procedure for restricting the moving direction of the mounting surface. 図24A〜図24Cは並進ステージの手前方向への移動可否を判断する様子を示す模式平面図である。24A to 24C are schematic plan views showing how to determine whether or not the translational stage can be moved toward the front. 図25A〜図25Cは並進ステージの右方向への移動可否を判断する様子を示す模式平面図である。25A to 25C are schematic plan views showing how to determine whether or not the translational stage can be moved to the right. 図26A〜図26Dは回転ステージの時計回りの回転移動可否を判断する様子を示す模式平面図である。26A to 26D are schematic plan views showing how to determine whether or not the rotary stage can be rotated clockwise. 図27Aは三次元形状測定装置の測定可能範囲を示す模式側面図、図27Bは模式平面図である。27A is a schematic side view showing a measurable range of the three-dimensional shape measuring device, and FIG. 27B is a schematic 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1)
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 1)

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、本発明の実施例1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 the three-dimensional shape measuring device according to the first 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と、観察画像生成部124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。観察画像生成部124は、載置部140に載置された測定対象物WKを撮像することにより測定対象物WKの全体形状を観察するための観察画像を生成する。 The measurement unit 100 includes a light emitting unit 110, a light receiving unit 120, a measurement control unit 150, an illumination light output unit 130, and an observation image generation unit 124. 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. The observation image generation unit 124 generates an observation image for observing the entire shape of the measurement object WK by imaging the measurement object WK mounted on the mounting unit 140.

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、ベースプレート602上に載置部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 on the base plate 602. 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、表示部400により表示された観察画像上で測定領域を設定する測定領域設定部264等の機能を実現する(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 realizes functions such as a point cloud data generation unit 260 that generates point cloud data and a measurement area setting unit 264 that sets a measurement area on the observation image displayed by the display unit 400 (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111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 111 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、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、範囲特定部267と、退避位置特定部268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 measurement area setting unit 264, an end detection unit 265, a regulation determination unit 266, a height image acquisition unit 228, a point cloud data synthesis unit 211, and a range specification. The functions of the unit 267 and the retracted position specifying unit 268 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の長手方向における両端部のうち、少なくとも一方の端部を検出する。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 at least one end of both ends of the measurement object WK mounted on the mounting unit 140 in the longitudinal direction. 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、三次元形状測定装置の大型化を抑制しつつ、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, it is possible to suppress the increase in size of the three-dimensional shape measuring device and to avoid the situation where the measurement object WK interferes 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。
(測定領域設定部264)
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.
(Measurement area setting unit 264)

測定領域設定部264は、表示部400上に表示された観察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 observation image displayed on the display unit 400.

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。
(範囲特定部267)
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.
(Range identification part 267)

範囲特定部267は、観察画像生成部124により生成された観察画像を解析することにより、載置部140に載置された測定対象物WKが支持部700と衝突することを防ぐための、回転ステージ143又は並進ステージ141の移動可能範囲を特定する。 The range specifying unit 267 rotates to prevent the measurement object WK mounted on the mounting unit 140 from colliding with the support unit 700 by analyzing the observation image generated by the observation image generating unit 124. The movable range of the stage 143 or the translational stage 141 is specified.

移動制御部144は、範囲特定部267により特定された回転ステージ143又は並進ステージ141の移動可能範囲内で、載置部140の移動動作を制御する。
(退避位置特定部268)
The movement control unit 144 controls the movement operation of the mounting unit 140 within the movable range of the rotation stage 143 or the translation stage 141 specified by the range specifying unit 267.
(Evacuation position identification unit 268)

退避位置特定部268は、移動制御部144により回転ステージ143が回転移動される際に、測定対象物WKが支持部700に衝突しない退避位置を特定する。移動制御部144は、退避位置特定部268により特定される退避位置に並進ステージ141を平行移動させた状態で、回転ステージ143を回転移動させる。 The retracted position specifying unit 268 specifies a retracted position where the measurement object WK does not collide with the support portion 700 when the rotation stage 143 is rotationally moved by the movement control unit 144. The movement control unit 144 rotates the rotation stage 143 in a state where the translation stage 141 is translated to the evacuation position specified by the evacuation position specifying unit 268.

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、観察画像生成部124により生成された観察画像を表示する。
(載置部140)
Further, the display unit 400 displays the observation image generated by the observation image generation unit 124.
(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.

実施形態1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 first 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。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。 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. 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.

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。基準位置は、例えば並進ステージ141を移動させるXY平面の原点位置とする。あるいは、特定の座標位置を基準位置としてもよい。また、回転ステージ143と並進ステージ141は、同時に移動させず、いずれか一方のステージを移動させる際は他方のステージを停止させた状態とする。これにより、衝突検知や衝突予防を行い易くして安全性を高めることができる。 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. The reference position is, for example, the origin position of the XY plane on which the translational stage 141 is moved. Alternatively, a specific coordinate position may be used as a reference position. Further, the rotation stage 143 and the translation stage 141 are not moved at the same time, and when one of the stages is moved, the other stage is stopped. This facilitates collision detection and collision prevention and enhances safety.

図6に示すような、斜め上方向から俯瞰する非接触式の三次元形状測定装置は、測定対象物の上面だけでなく、外周側面を含めた立体形状を測定する用途を考える。この構成においては、測定対象物の上面と側面を観察視野に含めるように、斜め上方(図6では45°)から測定対象物を見込む配置となっている。このような三次元測定に際して、測定対象物の外形を取得するため、回転ステージ143を回転させて測定対象物の全周を見込むことがある。また、より大きな測定対象物を測定できるように、並進ステージ141を採用することも考えられる。一方で、より大きな測定対象物を測定したいという要求もある。このような場合に、図10に示すように長い測定対象物WK1を載置して載置部140を回転させると、三次元形状測定装置の支柱部702等と衝突する事態が考えられる。この図においては、測定対象物WK1の飛び出し量と支柱部702との距離DT1が、載置面142の最外周と支柱部702との距離DT2よりも大きい場合に衝突が発生する。
(測定対象物の外形検出機能)
The non-contact type three-dimensional shape measuring device as shown in FIG. 6 from an obliquely upward view is considered to be used for measuring not only the upper surface of the object to be measured but also the three-dimensional shape including the outer peripheral side surface. In this configuration, the object to be measured is seen from diagonally above (45 ° in FIG. 6) so that the upper surface and the side surface of the object to be measured are included in the observation field of view. In such a three-dimensional measurement, in order to acquire the outer shape of the object to be measured, the rotation stage 143 may be rotated to allow the entire circumference of the object to be measured. It is also conceivable to employ a translational stage 141 so that a larger object to be measured can be measured. On the other hand, there is also a demand for measuring a larger object to be measured. In such a case, if a long object to be measured WK1 is placed and the mounting portion 140 is rotated as shown in FIG. 10, it is conceivable that the mounting portion 140 collides with the support column portion 702 of the three-dimensional shape measuring device. In this figure, a collision occurs when the amount of protrusion of the measurement object WK1 and the distance DT1 between the support columns 702 are larger than the distance DT2 between the outermost circumference of the mounting surface 142 and the support column 702.
(Outer shape detection function of the object to be measured)

そこで本実施形態に係る三次元形状測定装置では、測定対象物の外形を検出する外形検出機能を備えている。測定対象物の外形検出は、測定部100に含まれる撮像光学系を用いて、載置面142上に載置された測定対象物の画像を取得して得られる画像情報に基づいて行う。この測定対象物の外形検出は、例えばCPU210の端部検出部265で行う。外形検出のアルゴリズムは、エッジ検出等、既知の方法が適宜利用できる。なお、上述した通り撮像光学系に、低倍率と高倍率の2つの受光素子を有する構成においては、高倍率の受光素子を選択して観察を行う場合であっても、低倍率の受光素子で得られた画像を用いることで、測定対象物に対してより広域な外形情報が得られる。このように、三次元形状測定装置の測定モードとして、低倍率測定モードと高倍率測定モードを有する場合であっても、測定対象物の外形把握のための撮像は、選択中の測定モードによらず低倍率の受光素子で実施するよう構成することが好ましい。 Therefore, the three-dimensional shape measuring device according to the present embodiment has an outer shape detecting function for detecting the outer shape of the object to be measured. The outer shape of the measurement object is detected based on the image information obtained by acquiring the image of the measurement object mounted on the mounting surface 142 by using the imaging optical system included in the measurement unit 100. The outer shape of the object to be measured is detected by, for example, the end detection unit 265 of the CPU 210. As the external shape detection algorithm, a known method such as edge detection can be appropriately used. As described above, in the configuration in which the imaging optical system has two light receiving elements of low magnification and high magnification, even when the high magnification light receiving element is selected for observation, the low magnification light receiving element is used. By using the obtained image, it is possible to obtain a wider range of external shape information with respect to the object to be measured. As described above, even when the measurement mode of the three-dimensional shape measuring device has the low magnification measurement mode and the high magnification measurement mode, the imaging for grasping the outer shape of the measurement object depends on the selected measurement mode. It is preferable that the light receiving element has a low magnification.

取得した斜め俯瞰の測定対象物の観察画像OI1を図11に、測定可能範囲MAを重ねた観察画像OI2を図12に、それぞれ示す。一般的に広域の測定を実施する低倍率は、画角を有する広角レンズであることが多く、視野が奥行に伴って変化する構成となっている。載置面142に対して斜めに俯瞰している撮像光学系は、その広角光学系の構成上、取得した画像はパースの掛かった状態であり、輪郭線が必ずしも測定対象物の外形を正確に示さないという問題があった。これは、奥行方向に行くほど倍率が異なり、ピクセル長が異なることに起因する。 FIG. 11 shows the acquired observation image OI1 of the measurement object in the oblique bird's-eye view, and FIG. 12 shows the observation image OI2 in which the measurable range MA is superimposed. Generally, a low-magnification lens that performs wide-area measurement is often a wide-angle lens having an angle of view, and the field of view changes with depth. Due to the structure of the wide-angle optical system, the image pickup optical system that looks down at an angle with respect to the mounting surface 142 is in a perspective state, and the contour line does not necessarily accurately describe the outer shape of the object to be measured. There was a problem of not showing. This is because the magnification is different toward the depth direction and the pixel length is different.

また、斜め上方から見た俯瞰画像では、測定対象物の背面側の外形情報が欠落することに加えて、視野内に含まれる測定対象物の前面側の輪郭線が、必ずしも載置面142上に載置された状態での「端部」を正確に表現できないという問題も含んでいる。ここで広角俯瞰による端部検出の問題点を、図13、図14に示す。図13に示すように、測定対象物WK2の底面が正確に載置面142に触れているような載置状態であれば、測定対象物WK2の輪郭線(図13において黒丸で示す。)は測定対象物WK2の外形と一致する。しかしながら、図14に示すように、測定対象物WK3が傾いた姿勢で載置面142上に載置された場合では、画像上で見える輪郭線(図14において白丸で示す。)は、測定対象物WK3の端部とは一致しない。また、図13の場合であっても、仮に上方側に突出部が存在している場合は、輪郭線と端部は一致しない。 Further, in the bird's-eye view image viewed from diagonally above, in addition to the lack of external shape information on the back side of the measurement object, the contour line on the front side of the measurement object included in the field of view is not necessarily on the mounting surface 142. It also includes the problem that the "end" in the state of being placed on the surface cannot be accurately expressed. Here, the problems of edge detection from a wide-angle bird's-eye view are shown in FIGS. 13 and 14. As shown in FIG. 13, if the bottom surface of the measurement object WK2 is in a mounted state in which it accurately touches the mounting surface 142, the contour line of the measurement object WK2 (indicated by a black circle in FIG. 13) is It matches the outer shape of the object to be measured WK2. However, as shown in FIG. 14, when the measurement object WK3 is placed on the mounting surface 142 in an inclined posture, the contour line (indicated by a white circle in FIG. 14) visible on the image is the measurement target. It does not match the end of the object WK3. Further, even in the case of FIG. 13, if the protruding portion exists on the upper side, the contour line and the end portion do not match.

このような状態で、載置面142の移動による測定可能範囲を描画したとしても、ユーザにとっては端部が認識できないため、範囲設定の正確さが認識できないという問題につながる。例えば図12のように測定可能範囲MAを重ねた観察画像OI2においても、奥側が測定可能範囲に含まれているかが不確かなだけでなく、測定対象物が傾いているのか、それとも設置位置が奥にずれているのかの判別が困難なことが判る。 Even if the measurable range due to the movement of the mounting surface 142 is drawn in such a state, the user cannot recognize the end portion, which leads to a problem that the accuracy of the range setting cannot be recognized. For example, even in the observation image OI2 in which the measurable range MA is overlapped as shown in FIG. 12, it is not only uncertain whether the back side is included in the measurable range, but also whether the measurement object is tilted or the installation position is in the back. It turns out that it is difficult to determine whether the image is misaligned.

そこで本実施形態に係る三次元形状測定装置は、このような測定対象物の外形検出の困難さに対して、視点を変えて、上面から見た平面図的な上方俯瞰画像を生成する。これにより、測定範囲をユーザに判り易く示すことが可能となる。また、測定対象物を載置面142に載置する姿勢がどのようになっているのか、さらに測定対象物の外形を把握することで、載置面142を移動させる際に意図せず他の部位に衝突させないように、衝突予防を考慮した移動制御を行える等の利点が得られる。
(観察画像生成部124を用いた衝突防止)
Therefore, the three-dimensional shape measuring device according to the present embodiment changes the viewpoint and generates a plan view upper bird's-eye view image viewed from the upper surface in response to the difficulty of detecting the outer shape of the measurement object. This makes it possible to show the measurement range to the user in an easy-to-understand manner. In addition, by grasping the posture in which the object to be measured is placed on the mounting surface 142 and the outer shape of the object to be measured, it is possible to unintentionally move another object when moving the object to be measured. Advantages such as movement control in consideration of collision prevention can be obtained so as not to collide with a part.
(Collision prevention using the observation image generator 124)

本実施形態に係る三次元形状測定装置では、載置面の上方からの俯瞰画像を用いて測定領域をユーザが指定したり、自動で測定領域を判定するようにしてもよい。また、載置面の上方からの鳥瞰画像を取得することで、測定対象物の外形を検出し、この外形に基づいて、測定対象物が意図せず他の部材と衝突する事態を回避するように制御することもできる。 In the three-dimensional shape measuring device according to the present embodiment, the user may specify the measurement area using a bird's-eye view image from above the mounting surface, or the measurement area may be automatically determined. In addition, by acquiring a bird's-eye view image from above the mounting surface, the outer shape of the object to be measured is detected, and based on this outer shape, the situation where the object to be measured unintentionally collides with another member is avoided. It can also be controlled to.

図13〜図14で説明した通り、測定対象物の外形は45°からの俯瞰画像では正確に捉えることができない場合がある。そこで、載置面の上方から測定対象物の全体像を捉えた鳥瞰画像を取得することで、測定対象物の全体外形を補足することが可能となる。具体的には、図15の模式側面図に示すように観察画像生成部124を載置面142の上方に設けて、載置部140に載置された測定対象物WK3の全体形状を観察するための観察画像を撮像する。この観察画像を用いて測定対象物WK3の全体形状を把握することにより、測定対象物WK3が三次元形状測定装置に干渉してしまうことを未然に防ぐことが可能となる。この観察画像生成部124は、例えば撮像素子と撮像光学系を備えるカメラが利用できる。このカメラを、メインのカメラ(受光素子及び撮像光学系)に対してサブカメラと呼んだり、鳥瞰画像を撮像するカメラという意味で鳥瞰カメラと呼ぶ。図15の例では、鳥瞰カメラは、載置面142の上方に張り出した遮光カバー102の内側に固定している。ここでは、鳥瞰カメラを、その観察光軸を載置面142に対して直交状となる姿勢で固定している。一方で受光部120は、その受光光軸を載置面142に対して斜めに傾斜させている。このような構成により、斜め方向から測定を行う三次元形状測定装置においても、上面から見た平面視の画像を観察画像生成部124で取得して、測定対象物WK3の外形を把握し易くなり、ユーザが測定領域を設定する際に視覚的に判り易い設定環境を提供できる。 As described with reference to FIGS. 13 to 14, the outer shape of the object to be measured may not be accurately captured in the bird's-eye view image from 45 °. Therefore, by acquiring a bird's-eye view image that captures the entire image of the measurement object from above the mounting surface, it is possible to supplement the overall outer shape of the measurement object. Specifically, as shown in the schematic side view of FIG. 15, the observation image generation unit 124 is provided above the mounting surface 142, and the overall shape of the measurement object WK3 mounted on the mounting unit 140 is observed. To take an observation image for. By grasping the overall shape of the measurement object WK3 using this observation image, it is possible to prevent the measurement object WK3 from interfering with the three-dimensional shape measuring device. As the observation image generation unit 124, for example, a camera including an image pickup device and an image pickup optical system can be used. This camera is called a sub camera with respect to the main camera (light receiving element and imaging optical system), or is called a bird's-eye camera in the sense of a camera that captures a bird's-eye view image. In the example of FIG. 15, the bird's-eye view camera is fixed to the inside of the light-shielding cover 102 projecting above the mounting surface 142. Here, the bird's-eye view camera is fixed in a posture in which the observation optical axis is orthogonal to the mounting surface 142. On the other hand, the light receiving unit 120 has its light receiving optical axis tilted obliquely with respect to the mounting surface 142. With such a configuration, even in a three-dimensional shape measuring device that measures from an oblique direction, the observation image generation unit 124 acquires a plan view image seen from the upper surface, and it becomes easy to grasp the outer shape of the measurement object WK3. , It is possible to provide a setting environment that is easy to understand visually when the user sets the measurement area.

このように観察画像生成部124は、その観察光軸が、受光部120の受光光軸と非平行となる姿勢に固定することが好ましい。これにより、観察画像を受光部120によって得られる画像と異なる角度で観察することができ、受光部120からの観察よりも測定対象物の外形をより見易い角度として測定対象物を把握し易くできる。 As described above, it is preferable that the observation image generation unit 124 is fixed in a posture in which the observation optical axis is not parallel to the light receiving optical axis of the light receiving unit 120. As a result, the observed image can be observed at an angle different from the image obtained by the light receiving unit 120, and the outer shape of the measurement object can be more easily seen than the observation from the light receiving unit 120, so that the measurement object can be easily grasped.

この観察画像生成部124で、載置面142の上方から広角に載置面上全体を観察することが可能となる。観察画像生成部124の光学系には、魚眼レンズやこれに近い広角レンズを使うことで、載置面142をはみ出した測定対象物の全体像を捉え易くなる。一般的に、魚眼タイプの広角レンズは、図16Aに示すように、視野の周辺に近付くに従って光学的な歪みを生じる。そこで本実施形態においては、こうした広角画像をそのまま用いるのではなく、歪み補正を行った上で表示部400に表示させる。具体的には、予め観察画像生成部124に対してカメラキャリブレーションを行うことで、カメラの内部パラメータ等の光学パラメータ群を算出しておく。観察画像の撮像時には、この同定されたパラメータを用いた射影変換を行うことで、図16Bに示すように測定対象物を上方から歪み無く捉えた広域画像を提供できる。
(実施形態2)
With this observation image generation unit 124, it is possible to observe the entire mounting surface from above the mounting surface 142 at a wide angle. By using a fisheye lens or a wide-angle lens close to the fisheye lens for the optical system of the observation image generation unit 124, it becomes easy to capture the entire image of the measurement object protruding from the mounting surface 142. In general, a fisheye type wide-angle lens causes optical distortion as it approaches the periphery of the field of view, as shown in FIG. 16A. Therefore, in the present embodiment, such a wide-angle image is not used as it is, but is displayed on the display unit 400 after distortion correction. Specifically, the observation image generation unit 124 is calibrated in advance to calculate an optical parameter group such as an internal parameter of the camera. At the time of capturing the observation image, by performing the projective transformation using the identified parameters, it is possible to provide a wide area image in which the measurement object is captured from above without distortion as shown in FIG. 16B.
(Embodiment 2)

また、単一の鳥瞰カメラではこのような歪み成分が大きくなる傾向がある。そこで、複数の鳥瞰カメラを用いて撮像することで、歪みを小さくしながら視野を確保することもできる。このような例を実施形態2に係る三次元形状測定装置として、図17の模式側面図に示す。この場合は、鳥瞰カメラであるサブカメラ124a、124b同士の相対的な位置関係は予め判明していることから、カメラキャリブレーションにより外部パラメータを同定することできる。よって、各サブカメラ124a、124bで取得された画像同士を連結して広域画像を得ることが可能となる。
(実施形態3)
In addition, such a distortion component tends to be large in a single bird's-eye view camera. Therefore, it is possible to secure the field of view while reducing the distortion by taking an image using a plurality of bird's-eye cameras. Such an example is shown in the schematic side view of FIG. 17 as a three-dimensional shape measuring device according to the second embodiment. In this case, since the relative positional relationship between the sub-cameras 124a and 124b, which are bird's-eye view cameras, is known in advance, the external parameters can be identified by camera calibration. Therefore, it is possible to obtain a wide area image by connecting the images acquired by the sub-cameras 124a and 124b.
(Embodiment 3)

以上の例では、観察画像生成部124を遮光カバー102に固定する構成を示した。これにより、観察画像生成部124を固定するための別部材を用意することなく、遮光カバー102を利用して載置部140の上方に観察画像生成部124を離間姿勢に固定することが可能となる。ただ本発明は、観察画像生成部124を固定する部材を遮光カバーに限定せず、観察画像生成部124を載置部140の上方に固定できる任意の部材を利用できる。例えば遮光カバーを有さない三次元形状測定装置においては、専用の治具で観察画像生成部124を載置面142の上方に設置することもできる。このような例を実施形態3に係る三次元形状測定装置として、図18の模式側面図に示す。この三次元形状測定装置は、載置部140の上方で、載置面142と離間された姿勢に観察画像生成部124cを固定するよう、前方に突出されたアーム部104を備えている。このように観察画像生成部124を固定する専用のアーム部104を用意することで、所望の位置に所望の姿勢で観察画像生成部124を保持することが容易となる。
(実施形態4)
In the above example, the configuration in which the observation image generation unit 124 is fixed to the light-shielding cover 102 is shown. As a result, it is possible to fix the observation image generation unit 124 in a separated posture above the mounting unit 140 by using the light-shielding cover 102 without preparing a separate member for fixing the observation image generation unit 124. Become. However, the present invention does not limit the member for fixing the observation image generation unit 124 to the light-shielding cover, and any member capable of fixing the observation image generation unit 124 above the mounting unit 140 can be used. For example, in a three-dimensional shape measuring device that does not have a light-shielding cover, the observation image generation unit 124 can be installed above the mounting surface 142 with a dedicated jig. Such an example is shown in the schematic side view of FIG. 18 as a three-dimensional shape measuring device according to the third embodiment. This three-dimensional shape measuring device includes an arm portion 104 projecting forward so as to fix the observation image generation portion 124c above the mounting portion 140 in a posture separated from the mounting surface 142. By preparing the dedicated arm unit 104 for fixing the observation image generation unit 124 in this way, it becomes easy to hold the observation image generation unit 124 at a desired position and in a desired posture.
(Embodiment 4)

さらに、観察画像は載置面の端部から測定対象物が飛び出している量を把握することが目的であるから、必ずしも上方からの俯瞰情報である必要はない。例えば斜め方向から撮像した観察画像でも、測定対象物が載置面から飛び出している様子を把握できる姿勢や角度で設けられておれば、上記の目的は達成できる。また、この際に上述の通り複数のカメラを組み合わせてもよい。このような一例として、実施形態4に係る三次元形状測定装置を図19の模式平面図に示す。この例では、観察画像生成部124として、支持部700の側面にそれぞれ、画角を有するサブカメラ124d、124eを設けている。各サブカメラ124d、124eは平面視において受光部120及び投光部110の側面に設けられる状態となる。各サブカメラ124d、124eで得られた観察画像を合成して合成観察画像を得ることで、測定対象物の載置面142からの飛び出し量を把握でき、衝突回避などに役立てる。 Further, since the purpose of the observation image is to grasp the amount of the object to be measured protruding from the edge of the mounting surface, it is not always necessary to provide bird's-eye view information from above. For example, even in an observation image taken from an oblique direction, the above object can be achieved if the measurement object is provided with a posture and an angle at which the state of protrusion from the mounting surface can be grasped. Further, at this time, a plurality of cameras may be combined as described above. As such an example, the three-dimensional shape measuring device according to the fourth embodiment is shown in the schematic plan view of FIG. In this example, as the observation image generation unit 124, sub-cameras 124d and 124e having an angle of view are provided on the side surfaces of the support unit 700, respectively. The sub-cameras 124d and 124e are provided on the side surfaces of the light receiving unit 120 and the light emitting unit 110 in a plan view. By synthesizing the observation images obtained by the sub-cameras 124d and 124e to obtain the composite observation image, the amount of protrusion of the measurement object from the mounting surface 142 can be grasped, which is useful for collision avoidance and the like.

合成画像の生成は、例えば画像検査部216で行わせてもよい。画像検査部216は、取得された測定対象物の画像に対して、所定の画像検査を実行する。ここで、画像検査部216が行う所定の画像検査には、測定対象物の外形を示すエッジ検出や、表示部400に観察画像を表示させて行う加工等が挙げられる。 For example, the image inspection unit 216 may generate the composite image. The image inspection unit 216 executes a predetermined image inspection on the acquired image of the measurement object. Here, examples of the predetermined image inspection performed by the image inspection unit 216 include edge detection indicating the outer shape of the object to be measured, processing performed by displaying an observation image on the display unit 400, and the like.

また、観察画像生成部124で得られた情報を、受光部120で得た情報と組み合わせることもできる。例えば観察画像生成部124をカラーで撮像可能なサブカメラで構成し、測定対象物の色情報を取得する。そして、受光部120(例えば高精度なモノクロカメラ)で計測された形状データ上にマッピングすることで、高精度なカラー画像が得られる。すなわち、測定側には計測精度を向上させつつ、測定対象物の外観の色情報を付加することが可能となる。 Further, the information obtained by the observation image generation unit 124 can be combined with the information obtained by the light receiving unit 120. For example, the observation image generation unit 124 is configured by a sub camera capable of capturing a color image, and color information of a measurement object is acquired. Then, by mapping on the shape data measured by the light receiving unit 120 (for example, a high-precision monochrome camera), a high-precision color image can be obtained. That is, it is possible to add color information on the appearance of the object to be measured while improving the measurement accuracy on the measurement side.

さらにまた、観察画像生成部124で測定対象物の観察画像を撮像する際に、載置面142を観察画像生成部124から遠ざけるように移動させることで、画角を有する観察画像生成部124の視野範囲をより拡大させて、測定対象物の全体を含め易いようにしてもよい。
(変形例)
Furthermore, when the observation image generation unit 124 captures the observation image of the measurement object, the mounting surface 142 is moved away from the observation image generation unit 124, so that the observation image generation unit 124 having an angle of view The viewing range may be further expanded to facilitate the inclusion of the entire measurement object.
(Modification example)

図1等の例では、観察画像生成部124を受光部120と別に設けて、観察画像を撮像するよう構成している。ただ本発明は、この構成に限られず、例えば観察画像生成部を受光部と共通に構成してもよい。この場合において、受光部と共通の観察画像生成部は、載置部を支持部から離間させた位置であって、支持部上方に載置面を斜めないしは上方から見込む位置に固定される。特に、受光部を広角レンズとする場合は、載置部から離間させた位置に固定することで、全体像を視野に収め易くなる。このように、測定対象物がなるべく視野内に入るように受光部を離間させることで、受光部を観察画像生成部として機能させることができる。また、観察画像生成部を受光部と兼用することで構成を簡素化できる。
(衝突自動検知機能)
In the example of FIG. 1 and the like, the observation image generation unit 124 is provided separately from the light receiving unit 120, and is configured to capture the observation image. However, the present invention is not limited to this configuration, and for example, the observation image generation unit may be configured in common with the light receiving unit. In this case, the observation image generation unit common to the light receiving unit is fixed at a position where the mounting unit is separated from the support unit and the mounting surface is seen diagonally or from above above the support unit. In particular, when the light receiving portion is a wide-angle lens, fixing the light receiving portion at a position away from the mounting portion makes it easier to capture the entire image in the field of view. In this way, by separating the light receiving units so that the object to be measured is within the field of view as much as possible, the light receiving units can function as the observation image generation unit. Further, the configuration can be simplified by using the observation image generation unit as the light receiving unit.
(Collision automatic detection function)

次に、退避位置特定部268で、測定対象物が支持部700に衝突しない退避位置を特定するため、まず測定対象物が支持部700に衝突する可能性があることを検出する必要がある。このため本実施形態に係る三次元形状測定装置は、測定対象物が支柱部702などに衝突する事態を自動で検知する衝突自動検知機能を備えている。具体的には、載置部140に載置した測定対象物の大きさを、測定開始時や衝突挙動の直前までの間に端部検出部265で検知して、規制判断部266で自律的に載置部140の回転や平行移動を規制するよう構成している。これにより、広範囲測定機能を行っても、三次元形状測定装置と測定対象物との衝突を回避できる。 Next, in order to specify the evacuation position where the object to be measured does not collide with the support portion 700 in the evacuation position specifying unit 268, it is first necessary to detect that the object to be measured may collide with the support unit 700. Therefore, the three-dimensional shape measuring device according to the present embodiment has a collision automatic detection function that automatically detects a situation in which a measurement object collides with a support column 702 or the like. Specifically, the size of the object to be measured mounted on the mounting unit 140 is detected by the end detection unit 265 at the start of measurement or immediately before the collision behavior, and is autonomously detected by the regulation judgment unit 266. It is configured to regulate the rotation and parallel movement of the mounting portion 140. As a result, even if the wide range measurement function is performed, the collision between the three-dimensional shape measuring device and the measurement object can be avoided.

以下、端部検出部265で、測定対象物の端部が三次元形状測定装置と衝突する事態を事前に検知する手法について説明する。上述した並進ステージ141と回転ステージ143を備えるXYθステージの動作中に衝突が起こり得るパターンとしては、並進ステージ141による直動中の衝突と、回転ステージ143による回転移動中の衝突とが挙げられる。この場合、
(1)撮影や測定等の動作中の並進ステージ141の移動又は回転ステージ143の回転移動中に発生する場合、
(2)載置部140が基準位置に復帰する際の移動中に発生する場合、
が挙げられる。ここでは、(1)〜(2)に関して、それぞれ衝突を事前に自動検知する手順を説明する。なお、(1)に関しては既に並進ステージ141と回転ステージ143の各駆動軸が基準位置への復帰処理を完了しており、現在座標位置を三次元形状測定装置側で検知できている状態を前提としている。つまり(1)においては、細部の外周端と支柱部702との干渉は考慮しない。一方、(2)に関しては、三次元形状測定装置の起動直後の状態を前提としており、載置部140の現在位置や姿勢が不明な状態から基準位置への復帰を想定している。
(動作中の衝突事前検知機能)
Hereinafter, a method of detecting in advance a situation in which the end of the object to be measured collides with the three-dimensional shape measuring device by the end detection unit 265 will be described. As a pattern in which a collision may occur during the operation of the XYθ stage including the translational stage 141 and the rotation stage 143 described above, a collision during linear motion by the translational stage 141 and a collision during rotation movement by the rotation stage 143 can be mentioned. in this case,
(1) When it occurs during the movement of the translational stage 141 or the rotation of the rotation stage 143 during operations such as shooting and measurement.
(2) When the mounting portion 140 occurs during movement when returning to the reference position
Can be mentioned. Here, with respect to (1) and (2), procedures for automatically detecting a collision in advance will be described. Regarding (1), it is assumed that the drive shafts of the translation stage 141 and the rotation stage 143 have already completed the process of returning to the reference position, and the current coordinate position can be detected on the three-dimensional shape measuring device side. It is said. That is, in (1), the interference between the outer peripheral edge of the detail and the support column 702 is not considered. On the other hand, with respect to (2), it is assumed that the state immediately after the start of the three-dimensional shape measuring device is started, and the state where the current position and the posture of the mounting portion 140 are unknown is returned to the reference position.
(Collision pre-detection function during operation)

三次元形状測定装置の使用中に載置部140を移動させることで、その上面に載置された測定対象物が周囲の物体に干渉する事態は様々考えられる。例えば、周囲に置かれた他の測定機器やスタンド、ユーザ、あるいは載置台の周囲に存在する三次元形状測定装置の部材などが挙げられる。ここでは、図8等に示したように、載置部140を設けた台座部600と測定部100とを連結する支持部700を構成する、支柱部702に着目し、台座部600上でXYθステージが移動することにより、この上に載置した測定対象物が支柱部702と衝突する事態を、自動的に回避するような制御を考える。なお、支柱部702の位置や大きさ、すなわち輪郭情報については、予め三次元形状測定装置側で保持している。 By moving the mounting portion 140 while using the three-dimensional shape measuring device, it is conceivable that the measurement object mounted on the upper surface of the mounting portion 140 interferes with surrounding objects. For example, other measuring devices and stands placed around the user, or members of a three-dimensional shape measuring device existing around the mounting table can be mentioned. Here, as shown in FIG. 8 and the like, attention is paid to the support portion 702 that constitutes the support portion 700 that connects the pedestal portion 600 provided with the mounting portion 140 and the measurement portion 100, and XYθ on the pedestal portion 600. Consider a control that automatically avoids a situation in which the object to be measured placed on the stage collides with the support column 702 due to the movement of the stage. The position and size of the support column 702, that is, the contour information, is held in advance on the three-dimensional shape measuring device side.

測定対象物の支柱部702への衝突は、図20A〜図20Dに示す幾つかのパターンが想定される。図20A及び図20Bは、並進ステージ141を手前側(図において下方向)に平行移動させて測定対象物WK4が支柱部702と衝突する様子、図20C及び図20Dは、並進ステージ141を左右方向に平行移動させて測定対象物WK5が支柱部702と衝突する様子を、それぞれ示している。いずれの場合も、載置面142からはみ出している測定対象物WK4、WK5が、支柱部702に衝突することにより発生する。そのため本実施形態においては、測定対象物の端部の輪郭を、動作中又は動作前に端部検出部265で検知し、衝突を事前に検知する。例えば、ユーザに指定された測定したい位置の内から、安全な移動が可能である位置から測定を行い、端部検出部265で測定対象物の端部を検出する。そして検出された端部から、さらに安全な移動が可能である範囲を判断し、追加していく。このようにして安全な移動が可能と判断された位置のすべてで、測定を実施する。 For the collision of the object to be measured with the support column 702, some patterns shown in FIGS. 20A to 20D are assumed. 20A and 20B show the translation stage 141 being translated toward the front side (downward in the figure) and the measurement object WK4 colliding with the support column 702. FIGS. 20C and 20D show the translation stage 141 in the left-right direction. The state in which the object to be measured WK5 collides with the support column 702 is shown. In either case, the measurement objects WK4 and WK5 protruding from the mounting surface 142 collide with the support column 702. Therefore, in the present embodiment, the contour of the end portion of the object to be measured is detected by the end portion detection unit 265 during or before the operation, and the collision is detected in advance. For example, measurement is performed from a position designated by the user to be measured from a position where safe movement is possible, and the end detection unit 265 detects the end of the object to be measured. Then, from the detected end, the range where safer movement is possible is determined and added. Measurements are performed at all positions where safe movement is determined in this way.

ここで、測定対象物の広範囲測定を行うに際して、端部検出部265が測定対象物の端部を検出し、これに基づいて規制判断部266が衝突を回避するように載置部140を規制しながら測定を行う具体的な手順を、図21のフローチャートに基づいて説明する。この例では前提として、測定対象物を載置面に載置した時点で、支柱部と測定対象物が接していることはあっても、めり込むなどの干渉(衝突)は生じていないこと、また測定対象物を測定したい位置(θ角度、XY位置)は、ユーザによって事前に入力されていることとする。 Here, when performing a wide range measurement of the measurement target, the end detection unit 265 detects the end of the measurement target, and based on this, the regulation determination unit 266 regulates the mounting unit 140 so as to avoid a collision. A specific procedure for performing the measurement while performing the measurement will be described with reference to the flowchart of FIG. In this example, as a premise, when the object to be measured is placed on the mounting surface, the support column and the object to be measured may be in contact with each other, but no interference (collision) such as digging into the object has occurred. It is assumed that the position (θ angle, XY position) at which the object to be measured is to be measured has been input in advance by the user.

まずステップS2101において、測定対象物をステージに載置する。次にステップS2102において、測定条件を測定する。ここではユーザが明るさ、姿勢、測定範囲などを指定する。そしてステップS2103において、測定実行を指示する。 First, in step S2101, the object to be measured is placed on the stage. Next, in step S2102, the measurement conditions are measured. Here, the user specifies the brightness, posture, measurement range, and the like. Then, in step S2103, the measurement execution is instructed.

次にステップS2104において、未測定で、安全に移動可能な測定位置があるか否かを判定する。この判定は三次元形状測定装置側、例えば規制判断部266や移動制御部144が行う。ある場合はステップS2105に進み、その安全に移動可能な測定位置に移動し、ステップS2106で三次元形状測定を実行する。さらにステップS2107で、測定した測定データから、測定対象物の端部を検出し、安全に移動可能な位置を追加する。そしてステップS2104に戻って、上記の処理を繰り返す。 Next, in step S2104, it is determined whether or not there is a measurement position that has not been measured and can be safely moved. This determination is performed by the three-dimensional shape measuring device side, for example, the regulation determination unit 266 or the movement control unit 144. If there is, the process proceeds to step S2105, the measurement position is moved to the safely movable measurement position, and the three-dimensional shape measurement is performed in step S2106. Further, in step S2107, the end portion of the object to be measured is detected from the measured measurement data, and a position that can be safely moved is added. Then, the process returns to step S2104 and the above process is repeated.

一方、ステップS2104において、安全に移動可能な測定位置がないと判定された場合は、ステップS2108に進み、自動配置された測定データを表示部400にプレビュー表示する。そしてステップS2109において、測定データが正しく取得できたか否かをユーザに判定させる。正しく取得できていない場合は、ステップS2102に戻って上記の処理を繰り返す。一方、正しく取得できたと判断された場合は、ステップS2110に進み、測定データの結合を実行する。この結合は、例えば点群データ合成部211で行う。さらにステップS2111において、解析機能を用いた計測、解析を実行し、ステップS2112で測定を終了する。このようにして、広範囲測定を行いながら、測定対象物の飛び出しを自動で検出して、衝突を避けつつ計測や解析を安全に行える。 On the other hand, if it is determined in step S2104 that there is no measurement position that can be safely moved, the process proceeds to step S2108, and the automatically arranged measurement data is preview-displayed on the display unit 400. Then, in step S2109, the user is made to determine whether or not the measurement data can be acquired correctly. If it has not been acquired correctly, the process returns to step S2102 and the above process is repeated. On the other hand, if it is determined that the data can be acquired correctly, the process proceeds to step S2110 to combine the measurement data. This combination is performed, for example, by the point cloud data synthesis unit 211. Further, in step S2111, measurement and analysis using the analysis function are executed, and in step S2112, the measurement is completed. In this way, while performing wide-range measurement, the protrusion of the object to be measured can be automatically detected, and measurement and analysis can be safely performed while avoiding collision.

次に、動作中に端部検出部265が測定対象物の端部を検出し、この検出結果に基づいて規制判断部266が載置面142の移動方向を規制する手順の詳細例を、図22A〜図22Hに基づいて説明する。ここでは、点群データ合成部211が、基準位置にある載置面142上に縦長に置かれた測定対象物WK6を、手前側の左、右と、奥側の左、右の4つに測定領域を分けて、回転ステージ143を180°ずつ回転させて測定する例を説明する。まず図22Aに示すように、並進ステージ141が基準位置にある状態で得られた観察視野から、端部検出部265は測定対象物WK6の端部を検出する。検出された端部すなわち測定対象物WK6の輪郭を、図22A〜図22Hにおいて太線で示す。そして、得られた輪郭から、規制判断部266が、載置面142の移動方向を判断する。移動方向の判断は、移動可能な方向の特定、移動不可能な方向の特定、移動可能か否かの判断自体が不明な方向の特定、又はすべての方向が判断不能、等となる。図22Aの例では、端部検出部265による端部検出の結果として、測定対象物WK6の左右及び手前側の輪郭が得られ、奥側の輪郭が得られていない。この検出結果から、測定対象物WK6の左右が載置面142内に収まっていること、いいかえると載置面142からはみ出していないことが規制対象部により判断できる。つまり、載置面142の左右方向には測定対象物WK6が伸びていないので、図20Cや図20D等で示したような事態は起こり得ず、XY方向に移動させても測定対象物WK6が衝突することはないこと、すなわち並進ステージ141を左右方向に移動させることが可能であると判断される。よって、規制対象部は並進ステージ141の左右方向の移動を許可し、これに従い移動制御部144が並進ステージ141を横方向に移動させる。ここでは図22Bに示すようにまず左方向に並進ステージ141を移動させ、測定(ここでは単視野測定データの取得)を行う。これにより、測定対象物WK6の手前右側の単視野測定データが得られる。次に図22Cに示すように右方向に並進ステージ141を移動させて、同様に測定を行い、測定対象物WK6の手前左側の単視野測定データが得られる。なお、この例では並進ステージ141を先に左方向に移動させてから右方向に移動させる手順を説明したが、順序を入れ替えて先に右方向に移動させた後、左方向に移動させるようにしてもよいことはいうまでもない。 Next, a detailed example of a procedure in which the end detection unit 265 detects the end of the object to be measured during operation and the regulation determination unit 266 regulates the moving direction of the mounting surface 142 based on the detection result is shown in FIG. It will be described with reference to 22A to 22H. Here, the point cloud data synthesizing unit 211 arranges the measurement object WK6 vertically placed on the mounting surface 142 at the reference position into four on the front side, left and right, and on the back side, left and right. An example will be described in which the measurement area is divided and the rotation stage 143 is rotated by 180 ° for measurement. First, as shown in FIG. 22A, the end detection unit 265 detects the end of the measurement object WK6 from the observation field of view obtained with the translation stage 141 in the reference position. The contour of the detected end portion, that is, the object to be measured WK6 is shown by a thick line in FIGS. 22A to 22H. Then, from the obtained contour, the regulation determination unit 266 determines the moving direction of the mounting surface 142. The determination of the moving direction includes the identification of the movable direction, the identification of the immovable direction, the identification of the direction in which the determination of whether or not the movement is possible is unknown, or the determination of all directions. In the example of FIG. 22A, as a result of the end detection by the end detection unit 265, the left and right and front contours of the measurement object WK6 are obtained, and the back contour is not obtained. From this detection result, it can be determined by the regulated portion that the left and right sides of the object to be measured WK6 are contained in the mounting surface 142, in other words, they do not protrude from the mounting surface 142. That is, since the measurement target WK6 does not extend in the left-right direction of the mounting surface 142, the situation shown in FIGS. 20C and 20D cannot occur, and the measurement target WK6 is moved in the XY direction. It is determined that there is no collision, that is, it is possible to move the translation stage 141 in the left-right direction. Therefore, the regulated unit allows the translation stage 141 to move in the left-right direction, and the movement control unit 144 moves the translation stage 141 in the lateral direction accordingly. Here, as shown in FIG. 22B, the translational stage 141 is first moved to the left to perform measurement (here, acquisition of single-field measurement data). As a result, single-field measurement data on the front right side of the measurement object WK6 can be obtained. Next, as shown in FIG. 22C, the translational stage 141 is moved to the right and the measurement is performed in the same manner, and the single-field measurement data on the front left side of the measurement object WK6 is obtained. In this example, the procedure for moving the translation stage 141 to the left and then to the right has been described, but the order is changed so that the translation stage 141 is first moved to the right and then moved to the left. Needless to say, it may be.

以上のようにして測定対象物WK6の内、手前側の左右の単視野測定データが得られたので、次に奥側の左右の単視野測定データを取得する。ここで、奥側が観察視野に含まれるように、仮に図22Dに示すように並進ステージ141を手前側(図において下方向)に移動させようとすると、測定対象物WK6の手前が支柱部702に衝突することが判るので、規制判断部266はこのような移動を許可しない。よって、禁止された並進ステージ141の移動をスキップし、代わりに図22Eに示すように回転ステージ143の回転を行う。回転ステージ143を180°回転させることで、裏側すなわち回転された測定対象物WK6の手前側が視野範囲に含まれるので、端部検出部265が端部検出を行うことで、手前側の輪郭(図22Aにおいて上側の輪郭)が検出される。なお図22Eの姿勢において測定対象物WK6の上側は視野範囲から外れているが、すでにこの部分の輪郭情報は図22A等の測定において得られているので、得られた輪郭情報を合成することで、測定対象物WK6の平面視における輪郭がこの時点ですべて得られることになる。この状態で検出結果、すなわち輪郭情報から、規制判断部266は並進ステージ141を図22Eの位置から左右に移動可能であると判断できるので、以下同様に並進ステージ141を図22Fに示すように左方向に移動させて測定対象物WK6の手前右側(図22Aの姿勢では奥左側)の単視野測定データを得、また並進ステージ141を図22Gに示すように右方向に移動させて測定対象物WK6の手前左側(図22Aの姿勢では奥右側)の単視野測定データを得ることができる。なお、図22Eの位置で回転された測定対象物WK6の手前側の輪郭(図22Aにおいて上側の輪郭)が得られたことで、同様に仮に図22Hに示すように並進ステージ141を手前側(図22Hにおいて下方向)に移動させようとすると、測定対象物WK6の手前が支柱部702に衝突することが判るので、規制判断部266はこのような方向への並進ステージ141の移動を許可せず、スキップする。このようにして、縦長の測定対象物WK6の輪郭情報に基づいて、載置面142の移動方向を衝突を回避するように規制しながら、安全に測定を行うことが可能となる。 Since the left and right single-field measurement data on the front side of the measurement object WK6 have been obtained as described above, the left and right single-field measurement data on the back side are next acquired. Here, if the translational stage 141 is to be moved to the front side (downward in the figure) as shown in FIG. 22D so that the back side is included in the observation field of view, the front side of the measurement object WK6 is moved to the support column 702. The Regulatory Judgment Department 266 does not allow such movements as it is known to collide. Therefore, the movement of the prohibited translational stage 141 is skipped, and instead, the rotation stage 143 is rotated as shown in FIG. 22E. By rotating the rotation stage 143 by 180 °, the back side, that is, the front side of the rotated measurement object WK6 is included in the visual field range. Therefore, the end detection unit 265 performs end detection to perform the contour of the front side (FIG. The upper contour) is detected at 22A. In the posture of FIG. 22E, the upper side of the object to be measured WK6 is out of the visual field range, but since the contour information of this portion has already been obtained in the measurement of FIG. 22A and the like, the obtained contour information can be combined. At this point, all the contours of the measurement object WK6 in the plan view can be obtained. In this state, from the detection result, that is, the contour information, the regulation determination unit 266 can determine that the translation stage 141 can be moved left and right from the position shown in FIG. 22E. Therefore, the translation stage 141 is similarly moved to the left as shown in FIG. 22F. The measurement object WK6 is moved in the direction to obtain the single-field measurement data on the front right side of the measurement object WK6 (the back left side in the posture of FIG. 22A), and the translation stage 141 is moved to the right as shown in FIG. 22G. It is possible to obtain single-field measurement data on the front left side (the back right side in the posture of FIG. 22A). Since the contour on the front side of the measurement object WK6 rotated at the position of FIG. 22E (the contour on the upper side in FIG. 22A) is obtained, the translational stage 141 is similarly moved to the front side (as shown in FIG. 22H). When trying to move the object WK6 downward (in FIG. 22H), it is found that the front side of the object to be measured WK6 collides with the support column portion 702. Therefore, the regulation determination unit 266 permits the translation stage 141 to move in such a direction. Do not skip. In this way, based on the contour information of the vertically long measurement object WK6, it is possible to safely perform the measurement while restricting the moving direction of the mounting surface 142 so as to avoid a collision.

以上の例では、並進ステージ141を左右に移動させた後、回転ステージ143を180°回転させて同様に並進ステージ141を左右に移動させて、順次単視野測定データを合成する手順を説明した。ただ本発明は、回転ステージ143の回転角度を180°に限定するものでなく、任意の角度に設定することができる。ただ、角度を細かくするほど、得られるデータは詳細になるものの、測定時間が長くなるため、要求される精度や処理時間にしたがって、適切な回転角度に設定される。加えて、上述の通り衝突予防機能によって、回転移動や平行移動を規制しながら、安全性を高めた測定を行う。加えて、測定対象物の形状に応じて、少ない測定回数で効率的に撮像することが望ましい。 In the above example, after moving the translation stage 141 left and right, the rotation stage 143 is rotated 180 ° and the translation stage 141 is similarly moved left and right, and the procedure for sequentially synthesizing the single field measurement data has been described. However, the present invention does not limit the rotation angle of the rotation stage 143 to 180 °, but can set it to any angle. However, the finer the angle, the more detailed the obtained data, but the longer the measurement time, so the appropriate rotation angle is set according to the required accuracy and processing time. In addition, as described above, the collision prevention function regulates rotational movement and parallel movement while performing measurements with enhanced safety. In addition, it is desirable to efficiently take an image with a small number of measurements according to the shape of the object to be measured.

次に、別の端部検出の例として、横長の測定対象物を、奥・左・右・手前の4つに測定領域を分けて、回転ステージ143を90°ずつ回転させて測定する例を、図23A〜図23Pに基づいて説明する。ここでは、点群データ合成部211が、基準位置にある載置面142上に横長に置かれた測定対象物WK7を、手前側の左、右と、奥側の左、右の4つに測定領域を分けて、回転ステージ143を90°ずつ回転させて測定する例を説明する。まず図23Aに示すように、基準位置にある並進ステージ141で得られた観察視野から、端部検出部265は測定対象物WK7の手前側の一部(図23Aにおいて太線で示す下側の中央)の輪郭を検出する。この状態では、測定対象物WK7から支柱部702側に伸びている部分が含まれていないので、並進ステージ141を左右に移動させても、支柱部702への衝突はないと規制判断部266で判断される。よって、規制対象部は並進ステージ141の左右方向の移動を許可する。これに従い、並進ステージ141を左右に移動させる。ここでは、まず図23Bに示すように移動制御部144が並進ステージ141を左方向に移動させ、測定対象物WK7の手前右側の単視野測定データを取得する。これにより、測定対象物WK7の手前側から右側面にかけての輪郭情報が得られるので、規制判断部266は、回転ステージ143を時計回りに90°以上回転させることが可能であると判断できる。次に並進ステージ141を右方向に移動させて、測定対象物WK7の手前左側の単視野測定データを取得する。これにより、測定対象物WK7の手前側から左側面にかけての輪郭情報が得られるので、規制判断部266は、回転ステージ143を反時計回りに90°以上回転させることが可能であると判断できる。また、図23Bで得られた輪郭情報と合わせて、測定対象物WK7の下半分の輪郭が判明する。 Next, as another example of end detection, a horizontally long measurement object is divided into four measurement areas, back, left, right, and front, and the rotation stage 143 is rotated by 90 ° for measurement. , 23A to 23P will be described. Here, the point cloud data synthesizing unit 211 arranges the measurement object WK7 horizontally placed on the mounting surface 142 at the reference position into four on the front side, left and right, and on the back side, left and right. An example will be described in which the measurement area is divided and the rotation stage 143 is rotated by 90 ° for measurement. First, as shown in FIG. 23A, from the observation field of view obtained by the translation stage 141 at the reference position, the end detection unit 265 is a part of the front side of the measurement object WK7 (the lower center shown by the thick line in FIG. 23A). ) Detect the contour. In this state, since the portion extending from the measurement object WK7 to the support column 702 side is not included, the regulation determination unit 266 does not collide with the support column 702 even if the translation stage 141 is moved left and right. Judged. Therefore, the regulated portion allows the translational stage 141 to move in the left-right direction. According to this, the translation stage 141 is moved left and right. Here, first, as shown in FIG. 23B, the movement control unit 144 moves the translation stage 141 to the left, and acquires the single-field measurement data on the front right side of the measurement object WK7. As a result, contour information from the front side to the right side surface of the measurement target WK7 can be obtained, so that the regulation determination unit 266 can determine that the rotation stage 143 can be rotated 90 ° or more clockwise. Next, the translational stage 141 is moved to the right to acquire the single-field measurement data on the front left side of the measurement object WK7. As a result, contour information from the front side to the left side surface of the measurement object WK7 can be obtained, so that the regulation determination unit 266 can determine that the rotation stage 143 can be rotated by 90 ° or more counterclockwise. In addition, the contour of the lower half of the object to be measured WK7 is found together with the contour information obtained in FIG. 23B.

次に、回転ステージ143を180°回転させる。ここでは、まず図23Dに示すように一旦並進ステージ141を基準位置(例えばXYステージの原点や初期位置)に復帰させた上で、図23Eに示すように回転ステージ143を時計回りに90°回転させる。このように、図23Cの状態から直接回転ステージ143を回転させるのでなく、一旦並進ステージ141を基準位置に復帰させた上で回転させることで、回転半径を小さく抑えることができるので、衝突のリスクを低減できる。そして図23Eの観察視野において、単視野測定データを取得し、測定対象物WK7の内、右側の中間部分の輪郭情報を取得する。この状態では、測定対象物WK7の右上と左下の輪郭は未だ得られていないものの、並進ステージ141を左右に平行移動可能であることが規制判断部266で判断できる。よって、同様に並進ステージ141を左右に移動させるよう移動制御部144に指示する。 Next, the rotation stage 143 is rotated by 180 °. Here, first, as shown in FIG. 23D, the translational stage 141 is once returned to the reference position (for example, the origin or the initial position of the XY stage), and then the rotation stage 143 is rotated 90 ° clockwise as shown in FIG. 23E. Let me. In this way, instead of rotating the rotation stage 143 directly from the state shown in FIG. 23C, the translational stage 141 is once returned to the reference position and then rotated, so that the radius of gyration can be kept small, so that there is a risk of collision. Can be reduced. Then, in the observation field of FIG. 23E, the single field of view measurement data is acquired, and the contour information of the middle portion on the right side of the measurement object WK7 is acquired. In this state, although the upper right and lower left contours of the measurement object WK7 have not yet been obtained, the regulation determination unit 266 can determine that the translation stage 141 can be translated left and right. Therefore, similarly, the movement control unit 144 is instructed to move the translation stage 141 left and right.

さらに、測定対象物WK7の下部の輪郭がすでに得られており、載置面142からの突出量が判明しているので、並進ステージ141を手前側(図23Eにおいて下方向)に移動可能な移動量も規制判断部266で演算できる。具体的には、図23Hに示す位置以上に並進ステージ141を移動できないことが判るため、その限度で並進ステージ141を手前側に移動させ、さらに左方向に移動させる。この結果、図23Fに示すように測定対象物WK7の右上の輪郭が得られる。さらに、図23Gに示すように並進ステージ141を右方向に移動させる。この位置では、輪郭情報の追加は得られない。また上述の通り、図23Hのように並進ステージ141を手前側に移動させることはできないので、この移動はスキップされて、図23Iに示すように回転ステージ143を時計回りに回転させる。 Further, since the contour of the lower part of the object to be measured WK7 has already been obtained and the amount of protrusion from the mounting surface 142 is known, the translational stage 141 can be moved toward the front side (downward in FIG. 23E). The amount can also be calculated by the regulation determination unit 266. Specifically, since it is found that the translation stage 141 cannot be moved beyond the position shown in FIG. 23H, the translation stage 141 is moved to the front side and further to the left within that limit. As a result, as shown in FIG. 23F, the upper right contour of the measurement object WK7 is obtained. Further, as shown in FIG. 23G, the translation stage 141 is moved to the right. No additional contour information is available at this position. Further, as described above, since the translational stage 141 cannot be moved to the front side as in FIG. 23H, this movement is skipped and the rotation stage 143 is rotated clockwise as shown in FIG. 23I.

図23Iの姿勢で、測定対象物WK7の左右の輪郭は、左上の一部を除いて概ね判明しているので、並進ステージ141を左右に移動可能であると判断でき、よって左右に移動される。またこの姿勢で、すでに測定対象物WK7の手前側(図23Iにおいて下側)の輪郭は得られているので、図23Lに示すように、並進ステージ141を手前側に移動可能な移動量を演算できる。これに従い並進ステージ141を手前に若干移動させつつ、まず図23Jに示すように左方向に移動させる。この位置では輪郭情報の追加は得られない。次に図23Kに示すように並進ステージ141を右側に移動させ、単視野測定データを取得する。これにより、測定対象物WK7の左上の輪郭が得られ、すべての輪郭が取得されるので、載置面142の移動可能な範囲や方向が確定する。上述の通り、並進ステージ141を図23Lに示すように手前側には移動できないので、この移動をスキップさせて図23Mに示すように、さらに回転ステージ143を時計回りに90°回転させる。上述の通り、一旦並進ステージ141を基準位置に復帰させた状態で、回転ステージ143を回転させ、図23Mの姿勢とする。 In the posture of FIG. 23I, since the left and right contours of the measurement object WK7 are generally known except for a part on the upper left, it can be determined that the translation stage 141 can be moved left and right, and thus the translation stage 141 is moved left and right. .. Further, in this posture, the contour of the front side (lower side in FIG. 23I) of the measurement object WK7 has already been obtained, so as shown in FIG. 23L, the amount of movement that allows the translation stage 141 to move toward the front side is calculated. it can. According to this, while slightly moving the translation stage 141 toward you, first move it to the left as shown in FIG. 23J. No additional contour information can be obtained at this position. Next, as shown in FIG. 23K, the translation stage 141 is moved to the right side to acquire single-field measurement data. As a result, the upper left contour of the measurement object WK7 is obtained, and all the contours are acquired, so that the movable range and direction of the mounting surface 142 are determined. As described above, since the translational stage 141 cannot be moved to the front side as shown in FIG. 23L, this movement is skipped and the rotation stage 143 is further rotated 90 ° clockwise as shown in FIG. 23M. As described above, with the translational stage 141 returned to the reference position, the rotary stage 143 is rotated to take the posture shown in FIG. 23M.

この位置で、同様に単視野測定データを測定し、さらに並進ステージ141を左右に移動させて、同様に単視野測定データを測定する。ここでは、図23Nに示すように、並進ステージ141を左に移動させ、次に図23Oに示すように並進ステージ141を右に移動させ、最後に基準位置に戻して処理を終了する。このようにして、90°刻みでより多数の単視野測定データを合成し、詳細な測定が可能となる。 At this position, the single-field measurement data is measured in the same manner, and the translation stage 141 is further moved left and right to measure the single-field measurement data in the same manner. Here, as shown in FIG. 23N, the translation stage 141 is moved to the left, then the translation stage 141 is moved to the right as shown in FIG. 23O, and finally the translation stage 141 is returned to the reference position to end the process. In this way, a larger number of single-field measurement data can be synthesized in 90 ° increments, and detailed measurement becomes possible.

以上のように、並進ステージ141を奥方向に移動させて測定したデータによって取得された、測定対象物の端部により、並進ステージ141の移動が可能か否か、回転ステージ143の回転移動が可能か否かを、規制判断部266で判断できる。ここで並進ステージ141の移動可否の判断について、図24A〜図26Dに基づいて説明する。まず、図24A〜図24Cの模式平面図に示すように、並進ステージ141を手前方向に移動できるか否かについては測定対象物の手前側の端部から判断する。すなわち、図24A〜図24Cにおいて測定対象物の下側の輪郭が、支柱部702に接触しない範囲の移動を許可する。例えば図24Aに示すように、測定対象物WK8の下部が載置面142内に収まっている場合は、並進ステージ141の移動は制限されない。すなわち、並進ステージ141は、載置面142が支柱部702側に最も接近する位置(図24Aにおいて下端)と支柱部702との距離D1又はこれにマージンを考慮した分、あるいはこれよりも短い、並進ステージ141の移動機構の制約を受けた距離だけ、手前側に移動できる。図においては説明のためマージンを考慮せず、測定対象物を載せない状態で並進ステージ141を手前側に移動可能な移動量をD0としている。 As described above, whether or not the translational stage 141 can be moved or not, and the rotation stage 143 can be rotationally moved by the end of the measurement object acquired by the data measured by moving the translational stage 141 in the back direction. Whether or not it can be determined by the regulatory determination unit 266. Here, the determination of whether or not the translational stage 141 can be moved will be described with reference to FIGS. 24A to 26D. First, as shown in the schematic plan views of FIGS. 24A to 24C, whether or not the translational stage 141 can be moved toward the front is determined from the front end of the object to be measured. That is, in FIGS. 24A to 24C, the lower contour of the object to be measured is allowed to move within a range where it does not contact the support column 702. For example, as shown in FIG. 24A, when the lower part of the object to be measured WK8 is contained in the mounting surface 142, the movement of the translation stage 141 is not restricted. That is, the translational stage 141 has a distance D1 between the position where the mounting surface 142 is closest to the support column 702 side (lower end in FIG. 24A) and the support column 702, or a portion considering a margin thereof, or shorter than this. It is possible to move to the front side by a distance restricted by the movement mechanism of the translation stage 141. In the figure, for the sake of explanation, the margin is not considered, and the amount of movement that allows the translation stage 141 to move toward the front side without the object to be measured is set to D0.

一方、図24Bに示すように、部分的に載置面142から突出している場合は、支柱部702に接触しないよう、移動量D0から、この突出部分の内最も支柱部702に接近した部分の突出力D2、及びマージン分を差し引いた分だけ、通常の並進ステージ141よりも手前側への移動量が制限される。さらに、図24Cに示すように測定対象物WK9の端部の突出量が大きく、支柱部702に接触しているか、接触する寸前の場合、あるいは端部を検出できない場合は、並進ステージ141の手前側への移動を禁止する。 On the other hand, as shown in FIG. 24B, when the portion partially protrudes from the mounting surface 142, the portion of the protruding portion closest to the support portion 702 from the movement amount D0 so as not to come into contact with the support portion 702. The amount of movement toward the front side of the normal translation stage 141 is limited by the amount obtained by subtracting the sudden output D2 and the margin. Further, as shown in FIG. 24C, when the protrusion amount of the end portion of the measurement object WK9 is large and is in contact with or is about to come into contact with the support column portion 702, or when the end portion cannot be detected, the front of the translation stage 141. Prohibit movement to the side.

また左右方向に移動できるか否かについては、斜め手前側の端部から判定する。ここで、並進ステージ141を一例として右方向に平行移動させることを制限するか否かについて、図25A〜図25Cに基づいて説明する。まず図25Aに示すように、測定対象物WK10の下部が載置面142内に収まっている場合は、並進ステージ141の移動は制限されない。また図25Bに示すように、測定対象物WK11が部分的に載置面142から突出している場合は、載置面142の下端からの突出量D2を調べ、これが載置台の移動量D0の範囲内に収まっている場合は、右方向に移動させても支柱部702に接触しないため、平行移動は制限されない。一方で、図25Cに示すように測定対象物WK12の突出量が大きく、載置台の移動量D0を越えている場合や、端部を検出できない場合は、並進ステージ141を右方向に移動させると、支柱部702に接触するおそれがあるため、移動を制限する。 Whether or not it can be moved in the left-right direction is determined from the end on the diagonally front side. Here, whether or not the translational stage 141 is restricted from being translated to the right as an example will be described with reference to FIGS. 25A to 25C. First, as shown in FIG. 25A, when the lower portion of the measurement object WK10 is contained in the mounting surface 142, the movement of the translation stage 141 is not restricted. Further, as shown in FIG. 25B, when the object to be measured WK11 partially protrudes from the mounting surface 142, the protrusion amount D2 from the lower end of the mounting surface 142 is examined, and this is the range of the movement amount D0 of the mounting table. If it fits inside, the parallel movement is not restricted because it does not come into contact with the support column 702 even if it is moved to the right. On the other hand, as shown in FIG. 25C, if the protrusion amount of the measurement object WK12 is large and exceeds the movement amount D0 of the mounting table, or if the end cannot be detected, the translation stage 141 is moved to the right. , Since there is a risk of contacting the support column 702, movement is restricted.

さらに、回転ステージ143の回転移動の可否判断は、突出量に基づいて行う。ここで、回転ステージ143の時計回りの回転移動を制限するか否かの動作について、図26A〜図26Dに基づいて説明する。まず図26Aに示すように、測定対象物WK13が載置面142内に収まっている場合は、回転ステージ143の移動は制限されない。また図25Bに示すように、部分的に載置面142から突出している場合は、載置面142からの突出している部分が最大となる値、すなわち測定対象物WK13が回転ステージ143によって回転移動する回転半径の最大値D3を測定する。そして、この回転半径の最大値D3と、回転ステージ143の回転中心から支柱部702までの距離DRとを比較し、D3がDRよりも短い場合は、回転ステージ143を回転させても測定対象物WK13は支柱部702に衝突しないと判断され、回転ステージ143の回転を許容する。なお、D3とDRの比較にあたっては、マージンを考慮してもよいことは上述の通りである。さらに図26Cに示すように、突出量の最大値D4が、回転ステージ143の回転中心から支柱部702までの距離DRよりも大きい場合は、回転ステージ143を時計回りに移動させると、支柱部702に接触するおそれがあるため、回転移動を制限する。また図26Dに示すように、測定対象物WK14の突出部分の端部の輪郭を検出できない場合も、同様に回転移動を制限する。 Further, whether or not the rotary stage 143 can be rotationally moved is determined based on the amount of protrusion. Here, the operation of whether or not to limit the clockwise rotational movement of the rotary stage 143 will be described with reference to FIGS. 26A to 26D. First, as shown in FIG. 26A, when the measurement object WK13 is contained in the mounting surface 142, the movement of the rotation stage 143 is not restricted. Further, as shown in FIG. 25B, when the portion partially protrudes from the mounting surface 142, the value in which the protruding portion from the mounting surface 142 is maximized, that is, the measurement object WK13 rotates and moves by the rotation stage 143. The maximum value D3 of the turning radius is measured. Then, the maximum value D3 of this turning radius is compared with the distance DR from the rotation center of the rotating stage 143 to the support column 702, and if D3 is shorter than the DR, the object to be measured even if the rotating stage 143 is rotated. It is determined that the WK 13 does not collide with the support column 702, and the rotation of the rotation stage 143 is allowed. As described above, a margin may be taken into consideration when comparing D3 and DR. Further, as shown in FIG. 26C, when the maximum value D4 of the protrusion amount is larger than the distance DR from the rotation center of the rotation stage 143 to the support column portion 702, when the rotation stage 143 is moved clockwise, the support column portion 702 Restrict rotational movement as it may come into contact with. Further, as shown in FIG. 26D, even when the contour of the end portion of the protruding portion of the measurement object WK14 cannot be detected, the rotational movement is similarly restricted.

上述した規制判断部266による移動の制限や規制とは、移動そのものを禁止する他、接触する寸前までの移動を許容するようにしてもよい。このように、指定された測定位置への移動が不可能と判断されても、移動可能なぎりぎりの位置まで移動して、測定を行うことで、測定データの欠落を最小限に抑えることができる。
(移動可否承認部)
The above-mentioned restriction or regulation of movement by the regulation determination unit 266 may include prohibiting the movement itself or allowing the movement to the point of contact. In this way, even if it is determined that it is impossible to move to the specified measurement position, the loss of measurement data can be minimized by moving to the position where it can be moved and performing the measurement. ..
(Moveability approval department)

また、測定対象物の端部が検出できず、安全な移動が不可能と判断された場合であっても、ユーザに移動が可能であるか確認し、ユーザが可能と判断したら、移動して測定を続行するようにしてもよい。この場合は、ユーザに移動可否の承認を求める移動可否承認部を設ける。例えば、表示部400に移動可否承認画面を表示させる。移動可否承認画面では「ワークの端部が確認できません。ステージを回転させてもよいですか」等の説明と共に、「移動を許可する」「移動を禁止する」等の選択肢を表示させて、ユーザに対し確認と選択を促す。 Even if the edge of the object to be measured cannot be detected and it is determined that safe movement is not possible, the user is asked if it is possible to move, and if the user determines that it is possible, move. The measurement may be continued. In this case, a moveability approval unit is provided to request the user to approve the moveability. For example, the display unit 400 displays the moveability approval screen. On the move permission approval screen, the user displays options such as "Allow movement" and "Prohibit movement" along with explanations such as "I can't check the edge of the work. Can I rotate the stage?" Prompt for confirmation and selection.

以上の例では、三次元形状測定装置の一部(支柱部702)に、載置面142の移動により測定対象物が干渉する事態を避けるように、端部検出部265や規制判断部266で載置面142の移動を規制する構成について説明した。この場合、並進ステージ141が遠ざかる方向(図20A等において上方向)に移動する場合は、衝突の可能性がないので、規制判断部266は並進ステージ141が支柱部702から遠ざかる方向への移動は規制しない。この場合において、特殊な形状の測定対象物、例えば支柱部の背面に回り込むような湾曲した腕を有するような形状は除外して考える。 In the above example, the end detection unit 265 and the regulation judgment unit 266 are used so as to avoid a situation in which the object to be measured interferes with a part of the three-dimensional shape measuring device (support portion 702) due to the movement of the mounting surface 142. The configuration for restricting the movement of the mounting surface 142 has been described. In this case, if the translational stage 141 moves in the direction away from it (upward in FIG. 20A or the like), there is no possibility of a collision. Therefore, the regulation determination unit 266 does not move the translational stage 141 in the direction away from the support column 702. Do not regulate. In this case, a measurement object having a special shape, for example, a shape having a curved arm that wraps around the back surface of the strut portion is excluded.

なお、図6等に示したように、載置面142に対して斜め上方から測定を行う構成においては、載置面142の真上にカメラを設けて真下に見下ろす構成と比べると、周囲の外光を受光し易い。これを低減するために、載置面142の上方を覆って遮光する遮光カバー102に加えて、遮光カバー102の下側に遮光カーテンを配置する構成としてもよい。この構成においては、載置面142の奥側に遮光カーテンが配置される構成となるが、遮光カーテンを布のような柔軟性のある部材で構成すれば、載置面142の移動によって測定対象物が遮光カーテンと接触しても、遮光カーテンがこれに応じて無理なく変形できるため、干渉を考慮せずとも足りる。 As shown in FIG. 6 and the like, in the configuration in which the measurement is performed from diagonally above the mounting surface 142, the surroundings are compared with the configuration in which the camera is provided directly above the mounting surface 142 and looked down directly below. Easy to receive external light. In order to reduce this, in addition to the light-shielding cover 102 that covers the upper part of the mounting surface 142 to block light, a light-shielding curtain may be arranged under the light-shielding cover 102. In this configuration, the light-shielding curtain is arranged behind the mounting surface 142, but if the light-shielding curtain is made of a flexible member such as a cloth, the measurement target is measured by the movement of the mounting surface 142. Even if an object comes into contact with the light-shielding curtain, the light-shielding curtain can be deformed reasonably accordingly, so that it is sufficient without considering interference.

また本発明の衝突自動検知機能は、支柱部702への衝突回避のみに限られず、例えば三次元形状測定装置の周囲に置かれた他の測定機器やスタンド、あるいは三次元形状測定装置を操作するユーザに対しても、測定対象物が干渉しないように制御するよう構成してもよい。例えば、三次元形状測定装置の周囲に存在する物体の形状や位置を三次元形状測定装置側に知らせるよう、対物センサやカメラ等の検出器を用意する。そして検出器で得られた信号や情報を三次元形状測定装置側で収集して、端部検出部265で検出した測定対象物の輪郭などの情報と対比させながら、載置面142の移動方向や移動範囲等を規制判断部266で計算し、移動制御部144による載置面142の移動を規制する。 Further, the automatic collision detection function of the present invention is not limited to avoiding a collision with the support column 702, and operates, for example, another measuring device or stand placed around the three-dimensional shape measuring device, or the three-dimensional shape measuring device. The user may also be configured to control so that the measurement object does not interfere with the measurement object. For example, a detector such as an objective sensor or a camera is prepared so that the shape and position of an object existing around the three-dimensional shape measuring device are notified to the three-dimensional shape measuring device side. Then, the signal and information obtained by the detector are collected on the three-dimensional shape measuring device side, and the moving direction of the mounting surface 142 is compared with the information such as the contour of the measurement object detected by the end detection unit 265. And the movement range are calculated by the regulation determination unit 266, and the movement of the mounting surface 142 by the movement control unit 144 is regulated.

すなわち、上述の例では、衝突を回避する対象として予め支柱部702の輪郭を予め三次元形状測定装置側で保持しており、測定対象物が支柱部702と接触しないように必要な制御を行っていたところ、衝突を回避する対象として支柱部に加えて、あるいはこれに代えて、他の部材(異物)を指定することで、同様の衝突回避動作を実現することが可能となる。なお、他の部材の指定は、例えば三次元形状測定装置の周囲に置かれた器具が静止している場合は、比較的容易に行える。一方で、可動する器具やユーザのような、常時静止しておらず移動する可能性がある部材については、時々刻々と変化する輪郭の位置を考慮しながら、これとの接触を回避するようにリアルタイムで載置面142の移動を制限する演算を行う必要がある。
(測定可能範囲(黄点線)とデータ取得範囲(赤点線))
That is, in the above example, the contour of the support column 702 is held in advance on the three-dimensional shape measuring device side as an object to avoid a collision, and necessary control is performed so that the measurement object does not come into contact with the support column 702. However, the same collision avoidance operation can be realized by designating another member (foreign matter) in addition to or instead of the support column portion as a target for avoiding a collision. It should be noted that the designation of other members can be performed relatively easily, for example, when the instrument placed around the three-dimensional shape measuring device is stationary. On the other hand, for members that are not always stationary and may move, such as movable appliances and users, avoid contact with them while considering the position of the contour that changes from moment to moment. It is necessary to perform an operation that limits the movement of the mounting surface 142 in real time.
(Measurable range (yellow dotted line) and data acquisition range (red dotted line))

載置面142を斜め上方から見下ろす、すなわち俯瞰する形で測定する三次元形状測定装置においては、図27Aの模式側面図に示すように、載置面142の内手前側の測定範囲は比較的広く、測定の精度が高い測定領域に加え、その周囲に精度はともかく、三次元データが取得できる領域が広い傾向にある。本実施形態では、図2で説明したとおり投光部110を左右にそれぞれ設けて、2つの投光部110A、110Bからパターン光を投影している。図27Bにおいて、受光部120による受光範囲を赤領域、投光部110によるパターン投影範囲を薄墨領域として考えると、これらが重なる共通領域がデータ取得可能な範囲(赤点線)となる。さらに、データ取得範囲の内で、測定精度が十分発揮される領域を測定可能範囲(黄点線)として定義できる。
(端部検出位置)
In a three-dimensional shape measuring device that measures the mounting surface 142 from diagonally above, that is, in a bird's-eye view, the measurement range on the inner front side of the mounting surface 142 is relatively large as shown in the schematic side view of FIG. 27A. In addition to a wide and highly accurate measurement area, there is a tendency for a wide area around which 3D data can be acquired, regardless of accuracy. In the present embodiment, as described with reference to FIG. 2, the light projecting units 110 are provided on the left and right sides, respectively, and the pattern light is projected from the two light projecting units 110A and 110B. In FIG. 27B, when the light receiving range by the light receiving unit 120 is considered as a red region and the pattern projection range by the light emitting unit 110 is considered as a light ink region, the common region where these overlap is the data acquisition range (red dotted line). Further, within the data acquisition range, a region where the measurement accuracy is sufficiently exhibited can be defined as a measurable range (yellow dotted line).
(End detection position)

また、ユーザによって指定された測定位置の測定データだけから判断するのではなく、測定の前に、測定対象物をできるだけ広範囲に検出できる所定の端部検出位置に載置面142を移動させた上で測定対象物の端部を検出し、その端部に基づいて衝突を検知するように構成してもよい。これは、ユーザに指定された実際の測定位置からでは、位置によっては測定対象物の端部を検出できない可能性があるためである。したがって、ユーザが指定した載置部140の指定位置から、一旦、測定対象物の端部を取得し易い所定の端部検出位置まで載置面142を移動させた上で、測定対象物の輪郭を取得して、指定位置に復帰させる。ここで所定の端部検出位置とは、例えば載置面142を撮像光学系から遠ざけた位置とする。測定対象物を撮像光学系からできるだけ離間させることで、撮像光学系の画角によってより広い観察視野が確保され、測定対象物の端部が含まれやすくなる。このように、端部検出部265で端部検出動作を実行する際には、並進ステージ141を所定の端部検出位置に平行移動させた状態で行われるように、移動制御部144で並進ステージ141を移動させるように構成してもよい。これによって、端部検出の確度を高めることができる。 Further, instead of judging only from the measurement data of the measurement position specified by the user, the mounting surface 142 is moved to a predetermined end detection position where the object to be measured can be detected in as wide a range as possible before the measurement. May be configured to detect the end of the object to be measured and detect a collision based on that end. This is because the edge of the measurement object may not be detected depending on the actual measurement position specified by the user. Therefore, after moving the mounting surface 142 from the designated position of the mounting portion 140 designated by the user to a predetermined end detection position where it is easy to acquire the end portion of the measurement target object, the contour of the measurement target object is obtained. Is acquired and returned to the specified position. Here, the predetermined end detection position is, for example, a position where the mounting surface 142 is away from the imaging optical system. By separating the measurement object from the imaging optical system as much as possible, a wider observation field of view is secured by the angle of view of the imaging optical system, and the end portion of the measurement object is easily included. In this way, when the end detection operation is executed by the end detection unit 265, the translation stage 144 is translated by the movement control unit 144 so that the translation stage 141 is translated to a predetermined end detection position. It may be configured to move 141. This makes it possible to increase the accuracy of edge detection.

なお、測定前の端部検出は、端部の外形や輪郭が検出できれば足り、測定時ほどの精度は求められない。よって、短時間で検出することが好ましく、通常の三次元計測よりも撮像条件を簡素化した簡易的な撮像条件とすることが望ましい。また、端部検出のための撮像を行わず、他の画像を流用することもできる。例えば、上述したトップビューマップ画像を用いて、端部検出を行うようにしてもよい。これにより、端部検出のための作業を大幅に省力化しタクトタイムを短縮できる。
(ユーザへの告知)
For the end detection before measurement, it is sufficient if the outer shape and contour of the end can be detected, and the accuracy as in the measurement is not required. Therefore, it is preferable to detect in a short time, and it is desirable to use simple imaging conditions that simplify the imaging conditions as compared with normal three-dimensional measurement. It is also possible to divert other images without performing imaging for edge detection. For example, the edge detection may be performed using the above-mentioned top view map image. As a result, the work for detecting the end portion can be significantly reduced and the tact time can be shortened.
(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
104…アーム部
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
124、124c…観察画像生成部
124a、124b、124d、124e…サブカメラ
125…固定部
130…照明光出力部
140…載置部
141…並進ステージ
142…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
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
267…範囲特定部
268…退避位置特定部
300…光源部
310…制御基板
320…観察用照明光源
400…表示部
500…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
602…ベースプレート
700…支持部
702…支柱部
1000…三次元形状測定システム
WK、WK2〜WK14…測定対象物;WK1…横長の測定対象物
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
IL…照明光
OI1〜OI2…観察画像
MA…測定可能範囲
1 ... Control PC
2 ... Monitor 3 ... Keyboard 4 ... Input device 100 ... Measuring unit 101 ... Main body case 102 ... Light-shielding cover 104 ... Arm unit 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 elements 124, 124c ... Observation image generation units 124a, 124b, 124d, 124e ... Sub camera 125 ... Fixed unit 130 ... Illumination light output unit 140 ... Mounting unit 141 ... Translation stage 142 ... 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 262 ... Mesh image generation unit 264 ... Measurement area setting unit 265 ... End detection unit 266 ... Regulation judgment unit 267 ... Range specifying unit 268 ... Retracting position specifying unit 300 ... Light source unit 310 ... Control board 320 ... Observation illumination light source 400 ... Display unit 500 ... Three-dimensional shape measuring device 500A ... Three-dimensional shape measuring device main body 600 ... Pedestal unit 602 ... Base plate 700 ... Support part 702 ... Support part 1000 ... Three-dimensional shape measurement system WK, WK2-WK14 ... Measurement object; WK1 ... Horizontal measurement object ML ... Measurement light; ML1 ... First measurement light; ML2 ... Second measurement Optical LA1 ... First optical axis; LA2 ... Second optical axis IL ... Illumination light OI1 to OI2 ... Observation image MA ... Measurable range

Claims (14)

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有し、該載置面を回転移動させるための回転ステージ、及び前記載置面を平行移動させるための並進ステージを有する載置部と、
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、且つ該測定領域を斜め下に見下ろすよう前記投光部及び前記受光部を前記載置面に対して光軸が傾斜する姿勢に固定する固定部と、
前記固定部を前記台座部から離間した姿勢に支持する支持部と、
前記載置部に載置された測定対象物を撮像することにより測定対象物の全体形状を観察するための観察画像を生成する観察画像生成部と、
前記観察画像生成部により生成された観察画像を表示する表示部と、
前記表示部により表示された観察画像上で測定領域を設定する測定領域設定部と、
前記測定領域設定部により設定された測定領域に基づいて、前記載置部の移動動作を制御する移動制御部と、
前記移動制御部で制御された前記載置部の移動位置において、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、
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 mounting portion having a mounting surface on which the object to be measured is placed, a rotating stage for rotationally moving the mounting surface, and a translational stage for translating the previously described 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
The light projecting portion and the light receiving portion are placed on the previously described mounting surface so as to be connected to the pedestal portion, a measurement region by measurement light is formed above the previously described mounting portion, and the measurement region is viewed diagonally downward. A fixed part that fixes the optical axis in an inclined position,
A support portion that supports the fixed portion in a posture separated from the pedestal portion, and a support portion.
An observation image generation unit that generates an observation image for observing the overall shape of the measurement object by imaging the measurement object placed on the above-mentioned placement unit.
A display unit that displays the observation image generated by the observation image generation unit, and
A measurement area setting unit that sets a measurement area on the observation image displayed by the display unit, and a measurement area setting unit.
A movement control unit that controls the movement operation of the above-mentioned placement unit based on the measurement area set by the measurement area setting unit,
At the moving position of the above-described mounting unit controlled by the movement control unit, point cloud data representing the three-dimensional shape of the object to be measured is generated based on the light receiving signal output by the light receiving unit supported by the support unit. Point cloud data generator 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、さらに、
前記観察画像生成部により生成された観察画像を解析することにより、前記載置部に載置された測定対象物が前記支持部と衝突することを防ぐための、前記回転ステージ又は並進ステージの移動可能範囲を特定する範囲特定部を備え、
前記移動制御部は、前記範囲特定部により特定された前記回転ステージ又は並進ステージの移動可能範囲内で、前記載置部の移動動作を制御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 1, further
By analyzing the observation image generated by the observation image generation unit, the movement of the rotation stage or the translation stage in order to prevent the measurement object placed on the above-mentioned placement unit from colliding with the support portion. Equipped with a range identification part that specifies the possible range,
The movement control unit is a three-dimensional shape measuring device configured to control the movement operation of the above-mentioned placement unit within the movable range of the rotation stage or the translational stage specified by the range specifying unit.
請求項2に記載の三次元形状測定装置であって、さらに、
前記移動制御部により前記回転ステージが回転移動される際に、測定対象物が前記支持部に衝突しない退避位置を特定する退避位置特定部を備え、
前記移動制御部は、前記退避位置特定部により特定される退避位置に前記並進ステージを平行移動させた状態で、前記回転ステージを回転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 2, further
A retractable position specifying unit for specifying a retracted position at which the measurement object does not collide with the support portion when the rotary stage is rotationally moved by the movement control unit is provided.
The movement control unit is a three-dimensional shape measuring device configured to rotate and move the rotary stage in a state where the translational stage is translated to a retracted position specified by the retracted position specifying unit.
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、
前記観察画像生成部が、前記載置部を支持部から離間させた状態で、測定対象物を前記受光部で撮像して構成され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 3.
A three-dimensional shape measuring device in which the observation image generation unit is configured by imaging an object to be measured by the light receiving unit in a state where the above-mentioned placement portion is separated from the support portion.
請求項1〜4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、
前記受光部及び投光部の前方から延長されて、該受光部及び投光部を覆うと共に、前記載置部の上方で、該載置部と離間された姿勢に保持された遮光カバーを備え、
前記観察画像生成部が、前記射光カバーに設置され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 4, further comprising.
A light-shielding cover that extends from the front of the light-receiving portion and the light-emitting portion to cover the light-receiving portion and the light-emitting portion and is held above the above-mentioned mounting portion in a posture separated from the mounting portion is provided. ,
A three-dimensional shape measuring device in which the observation image generation unit is installed on the light emitting cover.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
前記観察画像生成部の観察光軸が、前記受光部の受光光軸と非平行に設定され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 5.
A three-dimensional shape measuring device in which the observation optical axis of the observation image generation unit is set to be non-parallel to the light reception optical axis of the light receiving unit.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
前記観察画像生成部が、その観察光軸を前記載置面に対して直交状に配置されており、
前記受光部が、その受光光軸を前記載置面に対して斜めに傾斜させ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 6.
The observation image generation unit has its observation optical axis arranged orthogonally to the above-mentioned mounting surface.
A three-dimensional shape measuring device in which the light receiving portion tilts its light receiving optical axis diagonally with respect to the above-mentioned mounting surface.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
前記観察画像生成部が、複数の撮像素子を備え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 6.
A three-dimensional shape measuring device in which the observation image generation unit includes a plurality of image pickup elements.
請求項1〜6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、
前記載置部の上方で、該載置部と離間された姿勢に前記観察画像生成部を固定するよう、前方に突出されたアーム部を備え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 6, further comprising.
A three-dimensional shape measuring device including an arm portion that protrudes forward so as to fix the observation image generating portion in a posture separated from the mounting portion above the above-mentioned mounting portion.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
前記観察画像生成部が、平面視において前記受光部及び投光部の側面に設けられ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 6.
A three-dimensional shape measuring device in which the observation image generation unit is provided on the side surface of the light receiving unit and the light emitting unit in a plan view.
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、
前記観察画像生成部が、魚眼レンズで構成され、
前記観察画像生成部で撮像された観察画像に対して、歪み補正を行って前記表示部に表示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 any one of claims 1 to 10.
The observation image generation unit is composed of a fisheye lens.
A three-dimensional shape measuring device configured to perform distortion correction on an observation image captured by the observation image generation unit and display it on the display unit.
請求項1〜11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、
取得された測定対象物の画像に対して、所定の画像検査を実行する画像検査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 1 to 11, further comprising.
A three-dimensional shape measuring device including an image inspection unit that executes a predetermined image inspection on an acquired image of a measurement object.
請求項12に記載の三次元形状測定装置であって、
前記画像検査部が、所定の画像検査として、測定対象物の外形を示すエッジ検出、前記表示部に前記観察画像を表示させて行う加工のいずれかである三次元形状測定装置。
The three-dimensional shape measuring device according to claim 12.
A three-dimensional shape measuring device, which is a process performed by the image inspection unit as a predetermined image inspection, either of edge detection indicating the outer shape of an object to be measured or processing of displaying the observation image on the display unit.
請求項1〜13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長手方向における両端部のうち、少なくとも一方の端部を検出する端部検出部と、
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、該端部が前記支柱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と、
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 1 to 13, further comprising.
An end detection unit that detects at least one end of both ends in the longitudinal direction of the object to be measured mounted on the above-mentioned placement unit, and an end detection unit.
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 strut portion, based on whether or not the end portion can be detected by the end portion detecting portion or the detection position. The regulatory judgment department that judges whether or not,
A three-dimensional shape measuring device including.
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