JP2021081204A - Three-dimensional measuring device and three-dimensional measuring method - Google Patents

Three-dimensional measuring device and three-dimensional measuring method Download PDF

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Abstract

To provide a three-dimensional measuring device and a three-dimensional measuring method capable of improving credibility of a measurement result by improvement of the number of data while shortening a measurement time.SOLUTION: A three-dimensional measuring device (1), which measures a three-dimensional shape of an object to be measured using a phase shift method, comprises: a first projection device (11) capable of projecting a first light pattern including striped light intensity distribution from a first position to the object to be measured; a second projection device (12) capable of projecting a second light pattern, including striped light intensity distribution and different from the first light pattern, from a second position different from the first position to the object to be measured; an imaging device (20) which generates a plurality of images for generating three-dimensional information by imaging the object to be measured on which the first light pattern and the second light pattern are simultaneously projected while displacing each phase of the first light pattern and the second light pattern; and an image processing device (120) which generates three-dimensional information indicating a three-dimensional shape of the object to be measured based on the plurality of images for generating three-dimensional information generated by the imaging device.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、三次元計測装置及び三次元計測方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional measuring device and a three-dimensional measuring method.

例えば、半導体部品又は精密部品等の計測対象物の表面における欠陥検査において、当該欠陥を発見するために、二次元画像処理又は三次元画像処理を応用して行われる検査方式が公知である。当該検査方式の一例として、位相シフト法を用いた検査が知られている。 For example, in a defect inspection on the surface of a measurement object such as a semiconductor part or a precision part, an inspection method performed by applying two-dimensional image processing or three-dimensional image processing in order to find the defect is known. As an example of the inspection method, an inspection using a phase shift method is known.

ここで、位相シフト法とは、当該計測対象物に対して、投射装置から出力された縞模様の光を当該計測対象物の斜め方向から投射し、さらに縞模様の光の位相をずらしつつ、当該計測対象物を撮像装置により撮像して、複数の画像を取得することで、計測対象物の三次元データを取得する計測手法である。位相シフト法を用いた検査では、位相シフト法の特性上、当該縞模様の光を計測対象物の斜め方向から投射しており、一方向の撮像のみでは陰になる部分が発生する。これにより、計測対象物の高さデータが取得できないという問題がある。 Here, in the phase shift method, the striped light output from the projection device is projected onto the measurement object from an oblique direction of the measurement object, and the phase of the striped light is further shifted. This is a measurement method for acquiring three-dimensional data of a measurement object by capturing the measurement object with an imaging device and acquiring a plurality of images. In the inspection using the phase shift method, due to the characteristics of the phase shift method, the striped light is projected from an oblique direction of the object to be measured, and a shadowed portion is generated only by imaging in one direction. As a result, there is a problem that the height data of the object to be measured cannot be acquired.

上記問題を解消するために、例えば、計測対象物に対して複数の方向から縞模様の光の投光を行い、データの無い部分を補完することで、データの信憑性を高める三次元計測方法が開示されている(下記特許文献1を参照)。 In order to solve the above problem, for example, a three-dimensional measurement method that enhances the credibility of data by projecting striped light from multiple directions on the object to be measured and complementing the part without data. Is disclosed (see Patent Document 1 below).

特開2013−124937号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-124937 特開2017−020959号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-020959 特開2012−053015号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-053015

しかしながら、上記特許文献1の場合、計測対象物に対して複数の方向から投光を行うため、「投光数×縞移動回数」枚の画像を取得することが必要となり、当該画像の取り込みに時間が掛かる。このため、時間経過に伴う空気の屈折率の揺らぎ等の光学的な変動、又は機械的な振動の影響を受け、検査精度が低くなる虞がある。 However, in the case of Patent Document 1, since light is projected from a plurality of directions on the measurement target object, it is necessary to acquire "number of projected light x number of stripe movements", and the image is captured. It takes time. Therefore, the inspection accuracy may be lowered due to the influence of optical fluctuations such as fluctuations in the refractive index of air with the passage of time or mechanical vibrations.

一方で、短時間で欠陥検査を行うために、一方の撮像処理の完了を待つことなく他方の撮像処理を実行可能とした三次元計測装置(上記特許文献2を参照。)並びに明るさの平均強度が等しく、かつ異なる周期で明るさが変化する縞模様の光を2種類用いて必要最低限の撮像を実行し、取得された画像から撮像していない部分の画像を推定することで撮像回数を少なくする検査装置(上記特許文献3を参照。)も開示されている。しかしながら、上記特許文献2及び特許文献3に記載される検査手段は、複数の投射装置で交互に光を投射しながら撮像しているため、当該測定時間が掛かるという問題がある。 On the other hand, in order to perform defect inspection in a short time, a three-dimensional measuring device (see Patent Document 2 above) and an average brightness that enable the other imaging process to be executed without waiting for the completion of one imaging process. The minimum number of images taken is performed by using two types of striped light with the same intensity and the brightness changes at different cycles, and the number of images taken is estimated by estimating the image of the unimaged part from the acquired image. An inspection device (see Patent Document 3 above) is also disclosed. However, the inspection means described in Patent Documents 2 and 3 has a problem that the measurement time is long because the inspection means is imaged while alternately projecting light by a plurality of projection devices.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定時間を短縮しつつ、データ数の向上による計測結果の信憑性を向上させることができる三次元計測装置及び三次元計測方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is a three-dimensional measuring device capable of improving the credibility of a measurement result by improving the number of data while shortening the measurement time. And to provide a three-dimensional measurement method.

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様として実現することができる。 The present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following aspects.

本態様に係る三次元計測装置は、位相シフト法を用いて計測対象物の三次元形状を計測する三次元計測装置において、縞状の光強度分布を有する第1光パターンを第1位置から前記計測対象物に対して投射可能な第1投射装置と、縞状の光強度分布を有し、かつ前記第1光パターンとは異なる第2光パターンを前記第1位置とは異なる第2位置から前記計測対象物に対して投射可能な第2投射装置と、前記第1光パターン及び前記第2光パターン各々の位相をずらしつつ、前記第1光パターン及び前記第2光パターンが同時に投射された前記計測対象物を撮像することで、三次元情報生成用の複数の画像を生成する撮像装置と、前記撮像装置により生成された前記三次元情報生成用の複数の画像に基づいて、前記計測対象物の三次元形状を示す三次元情報を生成する画像処理装置と、を具備し、前記撮像装置は、前記第1光パターン及び前記第2光パターン各々に対応する複数のフィルタと、前記複数のフィルタ各々に対応する複数の撮像素子と、を有する。 The three-dimensional measuring device according to this aspect is a three-dimensional measuring device that measures the three-dimensional shape of a measurement object by using a phase shift method, and obtains a first light pattern having a striped light intensity distribution from a first position. A first projection device capable of projecting onto an object to be measured and a second light pattern having a striped light intensity distribution and different from the first light pattern from a second position different from the first position. The first light pattern and the second light pattern were simultaneously projected while shifting the phases of the second light projection device capable of projecting onto the measurement object and the first light pattern and the second light pattern. The measurement target is based on an imaging device that generates a plurality of images for generating three-dimensional information by imaging the measurement object and a plurality of images for generating three-dimensional information generated by the imaging device. The image processing device includes an image processing device that generates three-dimensional information indicating a three-dimensional shape of an object, and the image pickup device includes a plurality of filters corresponding to the first light pattern and the second light pattern, and the plurality of filters. It has a plurality of imaging elements corresponding to each of the filters.

上記構成によれば、本態様に係る三次元計測装置は、第1光パターン及び第2光パターンが同時に投射された状態で計測対象物を撮像した場合であっても、上記複数のフィルタにより、第1光パターン及び第2光パターン各々を分離し、複数の撮像素子各々により第1光パターン及び第2光パターン各々を分離して受光することができる。すなわち、本態様に係る三次元計測装置は、複数の投射装置で交互に光を投射しながら画像を撮像する必要がなくなる。このため、本態様に係る三次元計測装置は、当該測定時間を短縮することができる。また、本態様に係る三次元計測装置は、当該測定時間を短縮することができるため、時間経過に伴う空気の屈折率の揺らぎ等の光学的な変動、又は機械的な振動の影響を受けにくい。 According to the above configuration, the three-dimensional measuring device according to the present embodiment uses the plurality of filters even when the measurement object is imaged in a state where the first light pattern and the second light pattern are simultaneously projected. Each of the first light pattern and the second light pattern can be separated, and each of the first light pattern and the second light pattern can be separated and received light by each of the plurality of image pickup devices. That is, the three-dimensional measuring device according to this aspect does not need to capture an image while alternately projecting light with a plurality of projection devices. Therefore, the three-dimensional measuring device according to this aspect can shorten the measuring time. Further, since the three-dimensional measuring device according to this aspect can shorten the measuring time, it is not easily affected by optical fluctuations such as fluctuation of the refractive index of air with the passage of time or mechanical vibration. ..

また、本態様に係る三次元計測装置において、前記撮像装置は、一度の撮像において前記第1光パターンに対応する前記三次元情報生成用の画像及び前記第2光パターンに対応する前記三次元情報生成用の画像各々を分離して生成する。 Further, in the three-dimensional measuring device according to the present aspect, the imaging device includes an image for generating the three-dimensional information corresponding to the first light pattern and the three-dimensional information corresponding to the second light pattern in one imaging. Each image for generation is separated and generated.

上記構成によれば、本態様に係る三次元計測装置は、第1光パターンに対応する三次元情報生成用の画像及び第2光パターンに対応する三次元情報生成用の画像各々の取得に掛かる時間を短縮することができる。すなわち、本態様に係る三次元計測装置は、当該測定時間を短縮することができる。また、本態様に係る三次元計測装置は、一度の撮像において第1光パターンに対応する三次元情報生成用の画像及び第2光パターンに対応する三次元情報生成用の画像各々を分離して生成するため、同じ条件下において、第1光パターンに対応する三次元情報生成用の画像及び第2光パターンに対応する三次元情報生成用の画像各々を生成することができる。すなわち、本態様に係る三次元計測装置は、同じ条件下において、第1光パターンに対応する三次元情報生成用の画像及び第2光パターンに対応する三次元情報生成用の画像各々を生成することができるため、時間経過に伴う空気の屈折率の揺らぎ等の光学的な変動、又は機械的な振動の影響を受けない。 According to the above configuration, the three-dimensional measuring device according to the present embodiment is required to acquire each of the image for generating three-dimensional information corresponding to the first light pattern and the image for generating three-dimensional information corresponding to the second light pattern. You can save time. That is, the three-dimensional measuring device according to this aspect can shorten the measuring time. Further, the three-dimensional measuring device according to this aspect separates each of the image for generating three-dimensional information corresponding to the first light pattern and the image for generating three-dimensional information corresponding to the second light pattern in one imaging. Therefore, under the same conditions, it is possible to generate an image for generating three-dimensional information corresponding to the first light pattern and an image for generating three-dimensional information corresponding to the second light pattern. That is, the three-dimensional measuring device according to this aspect generates an image for generating three-dimensional information corresponding to the first optical pattern and an image for generating three-dimensional information corresponding to the second optical pattern under the same conditions. Therefore, it is not affected by optical fluctuations such as fluctuations in the refractive index of air over time, or mechanical vibrations.

また、本態様に係る三次元計測装置において、前記第2投射装置は、前記第1光パターンとは偏光成分又は波長のうちの少なくとも一つが異なる前記第2光パターンを投射する。上記構成によれば、本態様に係る三次元計測装置は、1つの画像から取得できる計測対象物の三次元形状に関する情報量を増加させることができる。また、本態様に係る三次元計測装置は、陰になる部分の発生を低減して、データがない部分を補完することができる。すなわち、本態様に係る三次元計測装置は、計測結果の信憑性を向上させることができる。 Further, in the three-dimensional measuring device according to the present aspect, the second projection device projects the second light pattern in which at least one of the polarization component or the wavelength is different from the first light pattern. According to the above configuration, the three-dimensional measuring device according to this aspect can increase the amount of information regarding the three-dimensional shape of the measurement object that can be acquired from one image. In addition, the three-dimensional measuring device according to this aspect can reduce the occurrence of the shadowed portion and complement the portion without data. That is, the three-dimensional measuring device according to this aspect can improve the credibility of the measurement result.

また、本態様に係る三次元計測装置において、前記撮像装置は、前記三次元情報生成用の複数の画像と共に、前記計測対象物の二次元情報生成用の画像を取得し、前記画像処理装置は、前記撮像装置により取得された前記二次元情報生成用の画像に基づいて、前記計測対象物の二次元形状を示す二次元情報を生成し、前記二次元情報を基準として、前記三次元情報生成用の複数の画像各々の画像位置合わせを実行する。 Further, in the three-dimensional measuring device according to the present aspect, the imaging device acquires a plurality of images for generating the three-dimensional information and an image for generating two-dimensional information of the measurement target, and the image processing device is used. , The two-dimensional information indicating the two-dimensional shape of the measurement object is generated based on the image for generating the two-dimensional information acquired by the image pickup apparatus, and the three-dimensional information is generated with the two-dimensional information as a reference. Perform image alignment for each of the plurality of images for.

上記構成によれば、本態様に係る三次元計測装置は、三次元情報用の複数の画像各々の位置合わせを予め実行するため、精度の良い三次元情報を生成することができる。すなわち、本態様に係る三次元計測装置は、精度の良い三次元形状の計測を実現することができる。 According to the above configuration, since the three-dimensional measuring device according to this embodiment preliminarily aligns each of the plurality of images for the three-dimensional information, it is possible to generate accurate three-dimensional information. That is, the three-dimensional measuring device according to this aspect can realize highly accurate three-dimensional shape measurement.

本態様に係る三次元計測方法は、位相シフト法を用いて計測対象物の三次元形状を計測する三次元計測方法において、縞状の光強度分布を有する第1光パターンを第1位置から前記計測対象物に対して投射し、縞状の光強度分布を有し、かつ前記第1光パターンとは異なる第2光パターンを前記第1位置とは異なる第2位置から前記計測対象物に対して投射し、前記第1光パターン及び前記第2光パターン各々の位相をずらしつつ、前記第1光パターン及び前記第2光パターンが同時に投射された前記計測対象物を撮像することで、三次元情報生成用の複数の画像を生成し、前記撮像により前記第1光パターン及び前記第2光パターン各々を分離して生成された前記第1光パターンに対応する前記三次元情報生成用の複数の画像及び前記第2光パターンに対応する前記三次元情報生成用の複数の画像に基づいて、前記計測対象物の三次元形状を示す三次元情報を生成する。 The three-dimensional measurement method according to this aspect is a three-dimensional measurement method for measuring the three-dimensional shape of an object to be measured by using a phase shift method, wherein a first light pattern having a striped light intensity distribution is formed from a first position. A second light pattern that is projected onto the object to be measured, has a striped light intensity distribution, and is different from the first light pattern is applied to the object to be measured from a second position different from the first position. By imaging the measurement object on which the first light pattern and the second light pattern are simultaneously projected while shifting the phases of the first light pattern and the second light pattern, the light pattern is three-dimensional. A plurality of images for generating information are generated, and a plurality of images for generating three-dimensional information corresponding to the first light pattern generated by separating each of the first light pattern and the second light pattern by the imaging. Based on the image and a plurality of images for generating the three-dimensional information corresponding to the second light pattern, three-dimensional information indicating the three-dimensional shape of the measurement object is generated.

上記構成によれば、本態様に係る三次元計測方法は、第1光パターン及び第2光パターンが同時に投射された状態で計測対象物を撮像した場合であっても、上記複数のフィルタにより、第1光パターン及び第2光パターン各々を分離し、複数の撮像素子各々により第1光パターン及び第2光パターン各々を分離して受光することができる。すなわち、本態様に係る三次元計測方法は、複数の投射装置で交互に光を投射しながら画像を撮像する必要がなくなる。このため、本態様に係る三次元計測方法は、当該測定時間を短縮することができる。また、本態様に係る三次元計測方法は、当該測定時間を短縮することができるため、時間経過に伴う空気の屈折率の揺らぎ等の光学的な変動、又は機械的な振動の影響を受けにくい。 According to the above configuration, in the three-dimensional measurement method according to this aspect, even when the measurement object is imaged in a state where the first light pattern and the second light pattern are simultaneously projected, the above-mentioned plurality of filters can be used. Each of the first light pattern and the second light pattern can be separated, and each of the first light pattern and the second light pattern can be separated and received light by each of the plurality of image pickup devices. That is, the three-dimensional measurement method according to this aspect eliminates the need to capture an image while alternately projecting light with a plurality of projection devices. Therefore, the three-dimensional measurement method according to this aspect can shorten the measurement time. Further, since the three-dimensional measurement method according to this aspect can shorten the measurement time, it is not easily affected by optical fluctuations such as fluctuation of the refractive index of air with the passage of time or mechanical vibration. ..

本態様に係る三次元計測装置及び三次元計測方法は、測定時間を短縮しつつ、データ数の向上による計測結果の信憑性を向上させることができる。 The three-dimensional measuring device and the three-dimensional measuring method according to this aspect can improve the credibility of the measurement result by improving the number of data while shortening the measurement time.

本実施形態に係る三次元計測装置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 3D measuring apparatus which concerns on this embodiment. 図1に示す投射装置及び撮像装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the projection apparatus and the image pickup apparatus shown in FIG. 本実施形態に係る三次元計測装置を用いた三次元計測方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 3D measurement method using the 3D measuring apparatus which concerns on this Embodiment.

以下、本発明の一実施形態に係る三次元計測装置及び三次元計測方法について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。 Hereinafter, the three-dimensional measuring device and the three-dimensional measuring method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that this embodiment is not limited to the contents described below, and can be arbitrarily modified and implemented without changing the gist thereof. In addition, the drawings used for explaining the embodiments are all schematically showing the constituent members, and are partially emphasized, enlarged, reduced, or omitted in order to deepen the understanding, and the scale of the constituent members is scaled. It may not accurately represent the shape or shape.

図1は、本実施形態に係る三次元計測装置1の構成を示すブロック図である。図2は、図1に示す投射装置10及び撮像装置20の概略構成図である。本実施形態に係る三次元計測装置1は、搬送装置50によってステージまで搬送された計測対象物Pの三次元形状を計測する装置である。本実施形態に係る三次元計測装置1により三次元形状を計測する計測対象物Pとしては、例えば、基板となる半導体ウエハ上にICが表面実装されたICパッケージが挙げられる。以下、ICパッケージを「計測対象物P」として記載していく。また、搬送装置50は、同一形状の計測対象物Pを多数連続的に製造するICパッケージ製造ラインに設けられている。図1においては、表面実装を終えて三次元形状を計測するステージにおいて、三次元形状の計測のために一時的に静止した状態を示している。 FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the projection device 10 and the image pickup device 20 shown in FIG. The three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment is a device that measures the three-dimensional shape of the measurement object P transported to the stage by the transport device 50. Examples of the measurement object P for measuring the three-dimensional shape by the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment include an IC package in which an IC is surface-mounted on a semiconductor wafer as a substrate. Hereinafter, the IC package will be described as "measurement object P". Further, the transport device 50 is provided on an IC package manufacturing line that continuously manufactures a large number of measurement objects P having the same shape. FIG. 1 shows a state in which the stage for measuring the three-dimensional shape after surface mounting is temporarily stationary for the measurement of the three-dimensional shape.

図1に示すように、本実施形態に係る三次元計測装置1は、投射装置10、撮像装置20、照明装置30及び制御装置40を備えている。投射装置10は、所謂プロジェクタとして構成され、本実施形態において採用されている位相シフト法によって、三次元情報を作成するための画像取得に用いるためのものである。具体的には、本実施形態における投射装置10は、第1投射装置11及び第2投射装置12により構成されている。 As shown in FIG. 1, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment includes a projection device 10, an imaging device 20, a lighting device 30, and a control device 40. The projection device 10 is configured as a so-called projector, and is used for image acquisition for creating three-dimensional information by the phase shift method adopted in the present embodiment. Specifically, the projection device 10 in this embodiment is composed of a first projection device 11 and a second projection device 12.

第1投射装置11は、図2に示すように、縞状の光強度分布を有する第1光パターンPT1を第1位置から計測対象物Pに対して投射可能である。第2投射装置12は、図2に示すように、縞状の光強度分布を有し、かつ第1光パターンPT1とは異なる第2光パターンPT2を、上記第1位置とは異なる第2位置から計測対象物Pに対して投射可能である。上記第1投射装置11及び第2投射装置12は、第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2各々の位相をずらしつつ、当該計測対象物Pの上面、かつ斜め方向から、第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2を計測対象物Pに対して同時に投射する。 As shown in FIG. 2, the first projection device 11 can project the first light pattern PT1 having a striped light intensity distribution onto the measurement object P from the first position. As shown in FIG. 2, the second projection device 12 has a second light pattern PT2 having a striped light intensity distribution and different from the first light pattern PT1 at a second position different from the first position. Can be projected onto the object P to be measured. The first projection device 11 and the second projection device 12 shift the phases of the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2, and shift the phases of the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 from the upper surface of the measurement object P and diagonally. And the second light pattern PT2 is simultaneously projected onto the measurement object P.

また、第2投射装置12は、第1光パターンPT1とは偏光成分又は波長のうちの少なくとも一つが異なる第2光パターンPT2を計測対象物Pに対して投射する。例えば、第1投射装置11から投射される第1光パターンPT1が0°の偏光成分のみを含む場合、第2投射装置12から投射される第2光パターンPT2が90°、45°又は135°等の第1光パターンPT1とは異なる任意の角度の偏光成分のみを含むように、第2投射装置12を設定可能である。なお、図2においては、一例として、上記第1光パターンPT1が0°の偏光成分のみを含み、第2光パターンPT2が90°の偏光成分のみを含む場合を示している。 Further, the second projection device 12 projects the second light pattern PT2 having a different polarization component or wavelength from the first light pattern PT1 onto the measurement object P. For example, when the first light pattern PT1 projected from the first projection device 11 contains only a polarization component of 0 °, the second light pattern PT2 projected from the second projection device 12 is 90 °, 45 °, or 135 °. The second projection device 12 can be set so as to include only the polarization component at an arbitrary angle different from that of the first light pattern PT1 such as the above. Note that FIG. 2 shows, as an example, a case where the first light pattern PT1 contains only a polarization component of 0 ° and the second light pattern PT2 contains only a polarization component of 90 °.

さらに、第1投射装置11から投射される第1光パターンPT1が可視光線である場合、第2投射装置12から投射される第2光パターンPT2が第1光パターンPT1とは異なる波長の可視光線となるように、第2投射装置12を設定可能である。 Further, when the first light pattern PT1 projected from the first projection device 11 is visible light, the second light pattern PT2 projected from the second projection device 12 is visible light having a wavelength different from that of the first light pattern PT1. The second projection device 12 can be set so as to be.

ここで、図2においては、上記第1光パターンPT1が0°の偏光成分のみを含み、第2光パターンPT2が90°の偏光成分のみを含む場合を示しているが、さらに、第2光パターンPT2の波長を第1光パターンPT1とは異なる波長に変更してもよい。また、偏光成分を変えず(すなわち、上記第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2が同一の偏光成分を含むこととする)、第2光パターンPT2の波長のみを第1光パターンPT1とは異なる波長に変更してもよい。 Here, FIG. 2 shows a case where the first light pattern PT1 contains only a polarization component of 0 ° and the second light pattern PT2 contains only a polarization component of 90 °. The wavelength of the pattern PT2 may be changed to a wavelength different from that of the first light pattern PT1. Further, only the wavelength of the second light pattern PT2 is referred to as the first light pattern PT1 without changing the polarization component (that is, the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 include the same polarization component). It may be changed to a different wavelength.

撮像装置20は、1台のCCDカメラからなり、1つの計測対象物Pごとに、二次元情報作成用の画像及び三次元情報作成用の複数の画像を所定の撮像時間中に連続的に短い間隔で撮像する。本実施形態における撮像装置20は、計測対象物Pを当該計測対象物Pの上面(図1及び図2では、当該計測対象物Pの直上)から撮像することで、1枚の二次元情報作成用の画像を生成する。また、撮像装置20は、上記第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2が同時に投射された計測対象物Pを当該計測対象物Pの上面から撮像することで、上記光パターン各々に対応する三次元情報生成用の画像を生成する。 The image pickup apparatus 20 is composed of one CCD camera, and for each measurement object P, an image for creating two-dimensional information and a plurality of images for creating three-dimensional information are continuously shortened during a predetermined imaging time. Images are taken at intervals. The image pickup apparatus 20 in the present embodiment captures the measurement object P from the upper surface of the measurement object P (in FIGS. 1 and 2, directly above the measurement object P), thereby creating one two-dimensional information. Generate an image for. Further, the image pickup apparatus 20 images the measurement object P on which the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 are simultaneously projected from the upper surface of the measurement object P, thereby corresponding to each of the light patterns. Generate an image for generating original information.

ここで、撮像装置20は、図2に示すように、複数のフィルタF1〜F4を含むフィルタ群FL及び複数のフィルタF1〜F4各々に対応する複数の撮像素子Iを含む撮像素子群IMを有する。撮像装置20は、複数のフィルタF1〜F4各々を透過した所定の性質を持つ光を複数の撮像素子I各々により受光することで画像を生成する。複数のフィルタF1〜F4は、第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2各々に対応しており、所定の偏光成分の光を透過可能なフィルタ又は所定の波長成分の光を透過可能なフィルタのうちの少なくとも一つである。すなわち、撮像装置20は、一度の撮像において第1光パターンPT1に対応する三次元情報生成用の画像及び第2光パターンPT2に対応する三次元情報生成用の画像各々を分離して生成することができる。 Here, as shown in FIG. 2, the image pickup device 20 has a filter group FL including a plurality of filters F1 to F4 and an image pickup device group IM including a plurality of image pickup elements I corresponding to each of the plurality of filters F1 to F4. .. The image pickup device 20 generates an image by receiving light having a predetermined property transmitted through each of the plurality of filters F1 to F4 by each of the plurality of image pickup elements I. The plurality of filters F1 to F4 correspond to each of the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2, and are a filter capable of transmitting light having a predetermined polarization component or a filter capable of transmitting light having a predetermined wavelength component. At least one of them. That is, the image pickup apparatus 20 separates and generates an image for generating three-dimensional information corresponding to the first light pattern PT1 and an image for generating three-dimensional information corresponding to the second light pattern PT2 in one imaging. Can be done.

ここで、本実施形態における撮像装置20は、例えば、第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2が同時に投射された計測対象物Pを、第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2各々の位相をずらしながら当該計測対象物Pの上面から6度撮像することで、第1光パターンPT1に対応する6枚の三次元情報生成用の画像及び第2光パターンPT2に対応する6枚の三次元情報生成用の画像(すなわち、合計12枚の三次元情報生成用の画像)を生成する。 Here, in the image pickup apparatus 20 in the present embodiment, for example, the measurement object P on which the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 are simultaneously projected is subjected to the phases of the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2, respectively. By imaging 6 degrees from the upper surface of the measurement object P while shifting the image, 6 images for generating 3D information corresponding to the 1st light pattern PT1 and 6 3D images corresponding to the 2nd light pattern PT2. An image for information generation (that is, a total of 12 images for generating three-dimensional information) is generated.

なお、検査精度向上のため、本実施形態に係る三次元計測装置1において、合計12枚の三次元情報作成用の画像を撮像しているが、位相シフト法では、一つの光パターンに対して「少なくとも3枚」の画像を撮像すれば、三次元情報の生成が可能となる。ここでいう「少なくとも3枚」とは、三次元情報の生成が可能という意味での理論上の最低撮像枚数である。本実施形態に係る三次元計測装置1においては、三次元情報の生成の容易さという観点から、現実には4枚以上の撮像枚数が選択される。また、本実施形態に係る三次元計測装置1において、1枚の二次元情報作成用の画像を撮像しているが、空気の屈折率の揺らぎ等の光学的な変動、又は機械的な振動の影響を考慮して、2枚以上の画像を撮像してもよい。 In order to improve the inspection accuracy, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment captures a total of 12 images for creating three-dimensional information, but in the phase shift method, one optical pattern is captured. By capturing "at least three" images, it is possible to generate three-dimensional information. The "at least 3 images" here is the theoretical minimum number of images in the sense that three-dimensional information can be generated. In the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment, four or more images are actually selected from the viewpoint of ease of generating three-dimensional information. Further, in the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment, one image for creating two-dimensional information is captured, but optical fluctuations such as fluctuations in the refractive index of air or mechanical vibrations are observed. Two or more images may be captured in consideration of the influence.

照明装置30は、計測対象物Pに光を照射する。照明装置30は、撮像装置20によって計測対象物Pの二次元情報作成用の画像を取得するときに用いられると共に、投射装置10及び撮像装置20によって上記三次元情報作成用の画像を取得するときにも用いられる。なお、照明装置30から照射される光は、上記投射装置10から投射される第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2に対しての影響が小さいことが好ましい。 The lighting device 30 irradiates the measurement object P with light. The lighting device 30 is used when the image pickup device 20 acquires an image for creating two-dimensional information of the measurement object P, and when the projection device 10 and the image pickup device 20 acquire the image for creating the three-dimensional information. Also used for. It is preferable that the light emitted from the lighting device 30 has a small influence on the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 projected from the projection device 10.

制御装置40は、ハードウェア資源として、所定のプロセッサ100及び必要な情報を逐次記憶するメモリ130を含む。本実施形態における制御装置40のプロセッサ100は、統括制御装置110及び画像処理装置120として機能する。 The control device 40 includes a predetermined processor 100 and a memory 130 for sequentially storing necessary information as hardware resources. The processor 100 of the control device 40 in the present embodiment functions as the integrated control device 110 and the image processing device 120.

統括制御装置110は、上記三次元計測装置1の一部を構成する投射装置10、撮像装置20及び照明装置30を制御すると共に、計測対象物Pを搬送する搬送装置50を制御する。上記統括制御装置110は、後述するフローチャートに基づく三次元計測方法を実行するにあたって、上記各装置を適宜動作させ、停止させる。例えば、統括制御装置110は、二次元情報作成用の画像を撮像する場合及び三次元情報作成用の画像を撮像する場合において照明の仕方が異なるように、照明装置30を制御する。 The integrated control device 110 controls the projection device 10, the image pickup device 20, and the lighting device 30 that form a part of the three-dimensional measurement device 1, and also controls the transfer device 50 that conveys the measurement object P. The overall control device 110 appropriately operates and stops each of the above devices in executing the three-dimensional measurement method based on the flowchart described later. For example, the integrated control device 110 controls the lighting device 30 so that the lighting method differs between the case of capturing an image for creating two-dimensional information and the case of capturing an image for creating three-dimensional information.

画像処理装置120は、制御装置40内のメモリ130に必要な情報を逐次蓄積すると共に、メモリ130から逐次取り出して、当該計測対象物Pの正確な三次元形状の計測を実行する。例えば、画像処理装置120は、撮像装置20により生成された三次元情報生成用の複数の画像に基づいて、計測対象物Pの三次元形状を示す三次元情報を生成する。本実施形態における画像処理装置120は、例えば、画像取得部121、二次元情報生成部122、画像位置合わせ部123及び三次元情報生成部124を有する。 The image processing device 120 sequentially accumulates necessary information in the memory 130 in the control device 40, and sequentially takes out the information from the memory 130 to measure the accurate three-dimensional shape of the measurement object P. For example, the image processing device 120 generates three-dimensional information indicating the three-dimensional shape of the measurement object P based on a plurality of images for generating three-dimensional information generated by the image pickup device 20. The image processing device 120 in the present embodiment includes, for example, an image acquisition unit 121, a two-dimensional information generation unit 122, an image alignment unit 123, and a three-dimensional information generation unit 124.

画像取得部121は、撮像装置20により生成された二次元情報作成用の画像を取得する。また、画像取得部121は、撮像装置20により生成された三次元情報作成用の複数の画像を取得する。 The image acquisition unit 121 acquires an image for creating two-dimensional information generated by the image pickup apparatus 20. In addition, the image acquisition unit 121 acquires a plurality of images for creating three-dimensional information generated by the image pickup apparatus 20.

二次元情報生成部122は、画像取得部121により取得された二次元情報作成用の画像に基づいて、計測対象物Pの二次元形状を示し、画像位置合わせの基準となる二次元情報を生成する。画像位置合わせ部123は、上記二次元情報を基準として、三次元情報生成用の複数の画像各々の画像位置合わせを実行する。 The two-dimensional information generation unit 122 indicates the two-dimensional shape of the measurement object P based on the image for creating the two-dimensional information acquired by the image acquisition unit 121, and generates two-dimensional information as a reference for image alignment. To do. The image alignment unit 123 executes image alignment of each of the plurality of images for generating three-dimensional information with reference to the two-dimensional information.

三次元情報生成部124は、画像取得部121により取得され、画像位置合わせ部123により画像位置合わせを実行した三次元情報作成用の画像に基づいて、上記三次元情報を生成する。なお、メモリ130には、上記二次元情報作成用の画像及び三次元情報作成用の画像の各画素のデータ、上記三次元情報生成部124において生成された三次元情報等を予め蓄積し、その都度記憶し、記憶内容を消去する。 The three-dimensional information generation unit 124 generates the above-mentioned three-dimensional information based on an image for creating three-dimensional information acquired by the image acquisition unit 121 and executed by the image alignment unit 123 for image alignment. The memory 130 stores in advance the data of each pixel of the image for creating the two-dimensional information and the image for creating the three-dimensional information, the three-dimensional information generated by the three-dimensional information generation unit 124, and the like. It is memorized each time and the memorized contents are erased.

ここで、本実施形態に係る三次元計測装置1を用いた三次元計測方法の具体的手順について、図3を参照して説明する。図3は、本実施形態に係る三次元計測装置1を用いた三次元計測方法を示すフローチャートである。 Here, a specific procedure of the three-dimensional measurement method using the three-dimensional measurement device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a three-dimensional measurement method using the three-dimensional measurement device 1 according to the present embodiment.

まず、統括制御装置110は、搬送装置50を介して計測対象物Pをステージに搬送させ、当該ステージにおいて撮像のために所定の短い時間静止させる(ステップS1)。ステップS1の終了後、統括制御装置110は、照明装置30により計測対象物Pに対して光を照射させ、撮像装置20による二次元情報作成用の画像の撮像を可能な状態にする。さらに、統括制御装置110は、撮像装置20に計測対象物Pを撮像させる。これにより、撮像装置20は、二次元情報作成用の画像を生成する(ステップS2)。なお、投射装置10は、撮像装置20により二次元情報作成用の画像を生成する場合、上記第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2を計測対象物Pに対して投射しない。 First, the integrated control device 110 conveys the measurement object P to the stage via the transfer device 50, and makes the measurement object P stationary at the stage for a predetermined short time for imaging (step S1). After the end of step S1, the general control device 110 irradiates the measurement object P with light by the lighting device 30 so that the image pickup device 20 can capture an image for creating two-dimensional information. Further, the integrated control device 110 causes the image pickup device 20 to take an image of the measurement object P. As a result, the image pickup apparatus 20 generates an image for creating two-dimensional information (step S2). When the image pickup device 20 generates an image for creating two-dimensional information, the projection device 10 does not project the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 onto the measurement object P.

ステップS2の終了後、画像処理装置120の画像取得部121は、ステップS2において生成された二次元情報作成用の画像をデータとして取得する。さらに、画像処理装置120の二次元情報生成部122は、上記画像取得部121において取得された二次元情報作成用の画像に基づいて、上記二次元情報を生成する(ステップS3)。 After the end of step S2, the image acquisition unit 121 of the image processing device 120 acquires the image for creating two-dimensional information generated in step S2 as data. Further, the two-dimensional information generation unit 122 of the image processing device 120 generates the two-dimensional information based on the image for creating the two-dimensional information acquired by the image acquisition unit 121 (step S3).

ステップS3の終了後、統括制御装置110は、ステップS2と同様に、照明装置30に、計測対象物Pに対して光を照射させ、撮像装置20による三次元情報作成用の画像の撮像を可能な状態にする。さらに、統括制御装置110は、投射装置10に第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2を計測対象物Pに対して同時に投射させ、撮像装置20に上記第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2が同時に投射された計測対象物Pを撮像させる。本実施形態において、統括制御装置110は、上記撮像装置20に上記第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2が同時に投射された計測対象物Pを撮像させる制御を、第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2各々の位相をずらしながら6度繰り返す。これにより、撮像装置20は、第1光パターンPT1に対応する6枚の三次元情報作成用の画像及び第2光パターンPT2に対応する6枚の三次元情報作成用の画像を生成する(ステップS4)。なお、ステップS2及びステップS4における撮像装置20及び計測対象物Pの位置関係に変動はないため、両ステップで撮像された二次元情報作成用の画像及び三次元情報作成用の画像の領域は全く同じものとなる。 After the end of step S3, the integrated control device 110 causes the lighting device 30 to irradiate the measurement object P with light as in step S2, and allows the image pickup device 20 to capture an image for creating three-dimensional information. Make it in a good state. Further, the integrated control device 110 causes the projection device 10 to simultaneously project the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 onto the measurement object P, and causes the image pickup device 20 to simultaneously project the first light pattern PT1 and the second light pattern PT1 and the second light pattern. The measurement object P on which the PT2 is projected at the same time is imaged. In the present embodiment, the integrated control device 110 controls the image pickup device 20 to image the measurement object P on which the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 are simultaneously projected. 2 The optical pattern PT2 is repeated 6 times while shifting the phase of each. As a result, the image pickup apparatus 20 generates six images for creating three-dimensional information corresponding to the first optical pattern PT1 and six images for creating three-dimensional information corresponding to the second optical pattern PT2 (step). S4). Since there is no change in the positional relationship between the image pickup device 20 and the measurement object P in steps S2 and S4, the areas of the image for creating two-dimensional information and the image for creating three-dimensional information captured in both steps are completely large. It will be the same.

以上のステップS1からステップS4については瞬時に行われるので、これらのステップが終了した後、統括制御装置110は、間隔を空けることなく搬送装置50を介して計測対象物Pを搬出させる(ステップS5)。 Since the above steps S1 to S4 are performed instantaneously, after these steps are completed, the overall control device 110 carries out the measurement object P via the transfer device 50 without any gap (step S5). ).

ステップS5の終了後、画像処理装置120の画像位置合わせ部123は、上記二次元情報を基準として、三次元情報生成用の複数の画像各々の画像位置合わせを実行する(ステップS6)。 After the end of step S5, the image alignment unit 123 of the image processing device 120 executes image alignment of each of the plurality of images for generating three-dimensional information with reference to the two-dimensional information (step S6).

ステップS6の終了後、画像処理装置120の三次元情報生成部124は、画像取得部121により取得され、画像位置合わせ部123により画像位置合わせを実行した三次元情報作成用の複数の画像に基づいて、上記三次元情報を生成する(ステップS7)。ステップS7の終了後、一連の処理を終了する。 After the end of step S6, the three-dimensional information generation unit 124 of the image processing device 120 is based on a plurality of images for creating three-dimensional information acquired by the image acquisition unit 121 and subjected to image alignment by the image alignment unit 123. Then, the above three-dimensional information is generated (step S7). After the end of step S7, a series of processes is completed.

上述の通り、本実施形態に係る三次元計測装置1は、位相シフト法を用いて計測対象物Pの三次元形状を計測する三次元計測装置1において、縞状の光強度分布を有する第1光パターンPT1を第1位置から計測対象物Pに対して投射可能な第1投射装置11と、縞状の光強度分布を有し、かつ上記第1光パターンPT1とは異なる第2光パターンPT2を上記第1位置とは異なる第2位置から計測対象物Pに対して投射可能な第2投射装置12と、第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2各々の位相をずらしつつ、第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2が同時に投射された計測対象物Pを撮像することで、三次元情報生成用の複数の画像を生成する撮像装置20と、撮像装置20により生成された三次元情報生成用の複数の画像に基づいて、計測対象物Pの三次元形状を示す三次元情報を生成する画像処理装置120とを備える。上記撮像装置20は、第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2各々に対応する複数のフィルタF1〜F4と、複数のフィルタF1〜F4各々に対応する複数の撮像素子Iとを有する。 As described above, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment is the first three-dimensional measuring device 1 that measures the three-dimensional shape of the object P to be measured by using the phase shift method, and has a striped light intensity distribution. A first projection device 11 capable of projecting the light pattern PT1 from the first position onto the object P to be measured, and a second light pattern PT2 having a striped light intensity distribution and different from the first light pattern PT1. The first light while shifting the phases of the second projection device 12, the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2, which can project light onto the measurement object P from a second position different from the first position. An imaging device 20 that generates a plurality of images for generating three-dimensional information by imaging the measurement object P on which the pattern PT1 and the second light pattern PT2 are simultaneously projected, and the three-dimensional information generated by the imaging device 20. An image processing device 120 that generates three-dimensional information indicating the three-dimensional shape of the measurement object P based on a plurality of images for generation is provided. The image pickup device 20 has a plurality of filters F1 to F4 corresponding to each of the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2, and a plurality of image pickup elements I corresponding to each of the plurality of filters F1 to F4.

上記構成によれば、本実施形態に係る三次元計測装置1は、第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2が同時に投射された状態で計測対象物Pを撮像した場合であっても、上記複数のフィルタF1〜F4により、第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2各々を分離し、複数の撮像素子I各々により第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2各々を分離して受光することができる。 According to the above configuration, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment takes an image of the measurement object P in a state where the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 are simultaneously projected. The first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 are separated by a plurality of filters F1 to F4, and the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 are separated and received by each of the plurality of image pickup devices I. Can be done.

ここで、一般の三次元計測装置において短時間で三次元形状の計測を行うために、一方の撮像処理の完了を待つことなく他方の撮像処理を実行可能とした三次元計測手法、又は明るさの平均強度が等しく、かつ異なる周期で明るさが変化する縞模様の光を2種類用いて必要最低限の撮像を実行し、取得された画像から撮像していない部分の画像を推定することで撮像回数を少なくする三次元計測手法が開示されている。しかしながら、上記三次元計測手法は、複数の投射装置で交互に光を投射しながら画像を撮像しているため、当該測定時間が掛かるという問題がある(上記背景技術の記載を参照。)。 Here, in order to measure a three-dimensional shape in a short time in a general three-dimensional measuring device, a three-dimensional measurement method or brightness that enables the other imaging process to be executed without waiting for the completion of one imaging process. By performing the minimum necessary imaging using two types of striped light whose average intensity is the same and whose brightness changes at different cycles, and estimating the image of the unimaged part from the acquired image. A three-dimensional measurement method for reducing the number of imagings is disclosed. However, the above-mentioned three-dimensional measurement method has a problem that the measurement time is long because the image is captured while alternately projecting light by a plurality of projection devices (see the description of the above background technology).

一方、本実施形態に係る三次元計測装置1は、第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2が同時に投射された状態で計測対象物Pを撮像した場合であっても、上記複数のフィルタF1〜F4により、第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2各々を分離し、複数の撮像素子I各々により第1光パターンPT1及び第2光パターンPT2各々を分離して受光することができるため、複数の投射装置で交互に光を投射しながら画像を撮像する必要がなくなる。このため、本実施形態に係る三次元計測装置1は、当該測定時間を短縮することができる。また、本実施形態に係る三次元計測装置1は、当該測定時間を短縮することができるため、時間経過に伴う空気の屈折率の揺らぎ等の光学的な変動、又は機械的な振動の影響を受けにくい。 On the other hand, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment has the plurality of filters F1 even when the measurement object P is imaged in a state where the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 are simultaneously projected. Since each of the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 can be separated by F4, and the first light pattern PT1 and the second light pattern PT2 can be separated and received by each of the plurality of image pickup elements I. It is no longer necessary to capture an image while alternately projecting light with a plurality of projection devices. Therefore, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment can shorten the measuring time. Further, since the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment can shorten the measurement time, it is affected by optical fluctuations such as fluctuations in the refractive index of air with the passage of time, or mechanical vibrations. Hard to receive.

また、本実施形態に係る三次元計測装置1は、一度の撮像において第1光パターンPT1に対応する三次元情報生成用の画像及び第2光パターンPT2に対応する三次元情報生成用の画像各々を分離して生成することができる。このため、本実施形態に係る三次元計測装置1は、第1光パターンPT1に対応する三次元情報生成用の画像及び第2光パターンPT2に対応する三次元情報生成用の画像各々の取得に掛かる時間を短縮することができる。すなわち、本実施形態に係る三次元計測装置1は、当該測定時間を短縮することができる。また、本実施形態に係る三次元計測装置1は、一度の撮像において第1光パターンPT1に対応する三次元情報生成用の画像及び第2光パターンPT2に対応する三次元情報生成用の画像各々を分離して生成するため、同じ条件下において、第1光パターンPT1に対応する三次元情報生成用の画像及び第2光パターンPT2に対応する三次元情報生成用の画像各々を生成することができる。すなわち、本態様に係る三次元計測装置は、同じ条件下において、第1光パターンに対応する三次元情報生成用の画像及び第2光パターンに対応する三次元情報生成用の画像各々を生成することができるため、時間経過に伴う空気の屈折率の揺らぎ等の光学的な変動、又は機械的な振動の影響を受けない。 Further, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment has an image for generating three-dimensional information corresponding to the first light pattern PT1 and an image for generating three-dimensional information corresponding to the second light pattern PT2 in one imaging. Can be generated separately. Therefore, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment can acquire an image for generating three-dimensional information corresponding to the first optical pattern PT1 and an image for generating three-dimensional information corresponding to the second optical pattern PT2. The time it takes can be shortened. That is, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment can shorten the measuring time. Further, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment has an image for generating three-dimensional information corresponding to the first light pattern PT1 and an image for generating three-dimensional information corresponding to the second light pattern PT2 in one imaging. Under the same conditions, it is possible to generate an image for generating three-dimensional information corresponding to the first light pattern PT1 and an image for generating three-dimensional information corresponding to the second light pattern PT2. it can. That is, the three-dimensional measuring device according to this aspect generates an image for generating three-dimensional information corresponding to the first optical pattern and an image for generating three-dimensional information corresponding to the second optical pattern under the same conditions. Therefore, it is not affected by optical fluctuations such as fluctuations in the refractive index of air over time, or mechanical vibrations.

また、本実施形態に係る三次元計測装置1は、偏光成分又は波長のうちの少なくとも一つが異なる複数の光パターンを複数の位置から各々投射する。例えば、本実施形態に係る三次元計測装置1は、偏光成分のみが異なる複数の光パターンを複数の位置から各々投射する。また、本実施形態に係る三次元計測装置1は、波長のみが異なる複数の光パターンを複数の位置から各々投射する。これにより、本実施形態に係る三次元計測装置1は、1つの画像から取得できる計測対象物Pの三次元形状に関する情報量を増加させることができる。また、本実施形態に係る三次元計測装置1は、陰になる部分の発生を低減して、データがない部分を補完することができる。すなわち、本実施形態に係る三次元計測装置1は、計測結果の信憑性を向上させることができる。 Further, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment projects a plurality of light patterns having different polarization components or at least one wavelength from a plurality of positions. For example, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment projects a plurality of light patterns having different polarization components from a plurality of positions. Further, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment projects a plurality of light patterns having different wavelengths from a plurality of positions. As a result, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment can increase the amount of information regarding the three-dimensional shape of the measurement object P that can be acquired from one image. Further, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment can reduce the occurrence of the shadowed portion and supplement the portion without data. That is, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment can improve the credibility of the measurement result.

また、本実施形態に係る三次元計測装置1は、偏光成分及び波長が異なる複数の光パターンを複数の位置から各々投射する。これにより、本実施形態に係る三次元計測装置1は、1つの画像から取得できる計測対象物Pの三次元形状に関する情報量を増加させることができる。すなわち、本実施形態に係る三次元計測装置1は、計測結果の信憑性を向上させることができる。 Further, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment projects a plurality of light patterns having different polarization components and wavelengths from a plurality of positions. As a result, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment can increase the amount of information regarding the three-dimensional shape of the measurement object P that can be acquired from one image. That is, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment can improve the credibility of the measurement result.

また、撮像装置20は、三次元情報生成用の複数の画像と共に、計測対象物Pの二次元情報生成用の画像を生成する。さらに、画像処理装置120は、撮像装置20により生成された二次元情報生成用の画像に基づいて、計測対象物Pの二次元形状を示す二次元情報を生成し、当該二次元情報を基準として、三次元情報生成用の複数の画像各々の画像位置合わせを実行する。これにより、本実施形態に係る三次元計測装置1は、三次元情報用の複数の画像各々の位置合わせを予め実行するため、精度の良い三次元情報を生成することができる。すなわち、本実施形態に係る三次元計測装置1は、精度の良い三次元形状の計測を実現することができる。 Further, the image pickup apparatus 20 generates an image for generating two-dimensional information of the measurement object P together with a plurality of images for generating three-dimensional information. Further, the image processing device 120 generates two-dimensional information indicating the two-dimensional shape of the measurement object P based on the two-dimensional information generation image generated by the image pickup device 20, and uses the two-dimensional information as a reference. , Performs image alignment of each of a plurality of images for generating three-dimensional information. As a result, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment aligns each of the plurality of images for the three-dimensional information in advance, so that it is possible to generate accurate three-dimensional information. That is, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment can realize highly accurate three-dimensional shape measurement.

すなわち、本実施形態に係る三次元計測装置1は、安定かつ精度の良い三次元計測を、高速に実行することができる。さらに、本実施形態に係る三次元計測装置1は、生産ラインの欠陥検査工程に導入し易く、検査対象物のインラインによる全数検査が可能となる。一方、生産ラインにおける連続検査においては、計測対象物Pの面と三次元計測におけるz軸とが常に垂直であるとは限らないので、本実施形態によると、検査精度を高めることができる。 That is, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment can perform stable and accurate three-dimensional measurement at high speed. Further, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment can be easily introduced into the defect inspection process of the production line, and 100% inspection of the inspection target can be performed in-line. On the other hand, in the continuous inspection on the production line, the surface of the object P to be measured and the z-axis in the three-dimensional measurement are not always perpendicular to each other. Therefore, according to the present embodiment, the inspection accuracy can be improved.

かくして、本実施形態に係る三次元計測装置1は、測定時間を短縮しつつ、データ数の向上による計測結果の信憑性を向上させることができる。 Thus, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment can improve the credibility of the measurement result by improving the number of data while shortening the measurement time.

なお、上記実施形態に係る三次元計測装置1は、あくまで一例を示したものに過ぎず、これらの各構成要素及びその個数については、本実施形態の範囲を逸脱しない限り、任意に選択可能である。例えば、撮像装置20は、1台に限られることなく2台以上であってもよく、その種類についてもCCDカメラに限られるものではなく、CMOSカメラ又はラインセンサカメラを用いてもよい。また、照明装置30は、その台数についても1台でもよく、3台以上であってもよい。また、本実施形態に係る三次元計測方法は、図3に示すフローチャートの順番(ルーチンの手順)に限定されず、本実施形態の範囲においてそのフローチャートを適宜変更可能である。例えば、三次元形状の計測手法として、光切断法を採用した場合又は撮像装置にラインセンサカメラを採用した場合には、画像撮像時に計測対象物を静止させず、搬送しながら撮像を行ってもよい。 The three-dimensional measuring device 1 according to the above embodiment is merely an example, and each of these components and the number thereof can be arbitrarily selected as long as they do not deviate from the scope of the present embodiment. is there. For example, the number of image pickup devices 20 is not limited to one, and may be two or more, and the type thereof is not limited to the CCD camera, and a CMOS camera or a line sensor camera may be used. Further, the number of the lighting devices 30 may be one or three or more. Further, the three-dimensional measurement method according to the present embodiment is not limited to the order of the flowcharts shown in FIG. 3 (routine procedure), and the flowcharts can be appropriately changed within the scope of the present embodiment. For example, when the optical cutting method is adopted as the three-dimensional shape measurement method, or when the line sensor camera is adopted as the image pickup device, the measurement object may be imaged while being conveyed without being stationary at the time of image acquisition. Good.

また、上記実施形態に係る三次元計測装置1において、投射装置10から投射される光パターンを可視光線としているが、本実施形態に係る三次元計測装置1はこれに限定されない。例えば、本実施形態に係る三次元計測装置1は、投射装置10から投射される光パターンを不可視光線としてもよい。投射装置10から投射される光パターンが不可視光線である場合、撮像装置20は、当該不可視光線を透過可能なフィルタF1〜F4及び当該不可視光線を受光可能な撮像素子Iを備えることが好ましい。 Further, in the three-dimensional measuring device 1 according to the above embodiment, the light pattern projected from the projection device 10 is visible light, but the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment is not limited to this. For example, the three-dimensional measuring device 1 according to the present embodiment may use the light pattern projected from the projecting device 10 as invisible light. When the light pattern projected from the projection device 10 is invisible light, the image pickup device 20 preferably includes filters F1 to F4 capable of transmitting the invisible light and an image sensor I capable of receiving the invisible light.

また、上記説明において用いた「所定のプロセッサ」という文言は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)又はGPU(Graphics Processing Unit)等の専用又は汎用のプロセッサ等を意味する。また、本実施形態の各構成要素(各処理部)は、単一のプロセッサに限らず、複数のプロセッサによって実現するようにしてもよい。さらに、複数の構成要素(複数の処理部)を、単一のプロセッサによって実現するようにしてもよい。 Further, the term "predetermined processor" used in the above description means, for example, a dedicated or general-purpose processor such as a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), or a GPU (Graphics Processing Unit). Further, each component (each processing unit) of the present embodiment is not limited to a single processor, and may be realized by a plurality of processors. Further, a plurality of components (a plurality of processing units) may be realized by a single processor.

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although the embodiment of the present invention has been described above, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. This novel embodiment can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. This embodiment and its modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1 三次元計測装置
10 投射装置
20 撮像装置
30 照明装置
40 制御装置
50 搬送装置
100 プロセッサ
110 統括制御装置
120 画像処理装置
121 画像取得部
122 二次元情報生成部
123 画像位置合わせ部
124 三次元情報生成部
130 メモリ
P 計測対象物
F1〜F4 フィルタ
FL フィルタ群
I 撮像素子
IM 撮像素子群
1 3D measuring device 10 Projecting device 20 Imaging device 30 Lighting device 40 Control device 50 Transport device 100 Processor 110 General control device 120 Image processing device 121 Image acquisition unit 122 Two-dimensional information generation unit 123 Image alignment unit 124 Three-dimensional information generation Part 130 Memory P Measurement target F1 to F4 filter FL filter group I Imaging element IM Imaging element group

Claims (5)

位相シフト法を用いて計測対象物の三次元形状を計測する三次元計測装置において、
縞状の光強度分布を有する第1光パターンを第1位置から前記計測対象物に対して投射可能な第1投射装置と、
縞状の光強度分布を有し、かつ前記第1光パターンとは異なる第2光パターンを前記第1位置とは異なる第2位置から前記計測対象物に対して投射可能な第2投射装置と、
前記第1光パターン及び前記第2光パターン各々の位相をずらしつつ、前記第1光パターン及び前記第2光パターンが同時に投射された前記計測対象物を撮像することで、三次元情報生成用の複数の画像を生成する撮像装置と、
前記撮像装置により生成された前記三次元情報生成用の複数の画像に基づいて、前記計測対象物の三次元形状を示す三次元情報を生成する画像処理装置と、を具備し、
前記撮像装置は、
前記第1光パターン及び前記第2光パターン各々に対応する複数のフィルタと、
前記複数のフィルタ各々に対応する複数の撮像素子と、を有する、
三次元計測装置。
In a three-dimensional measuring device that measures the three-dimensional shape of an object to be measured using the phase shift method,
A first projection device capable of projecting a first light pattern having a striped light intensity distribution onto the measurement object from a first position, and a first projection device.
A second projection device having a striped light intensity distribution and capable of projecting a second light pattern different from the first light pattern onto the measurement object from a second position different from the first position. ,
By imaging the measurement object on which the first light pattern and the second light pattern are simultaneously projected while shifting the phases of the first light pattern and the second light pattern, it is possible to generate three-dimensional information. An imaging device that generates multiple images and
An image processing device that generates three-dimensional information indicating the three-dimensional shape of the measurement object based on the plurality of images for generating the three-dimensional information generated by the image pickup device is provided.
The image pickup device
A plurality of filters corresponding to the first light pattern and the second light pattern,
It has a plurality of image pickup elements corresponding to each of the plurality of filters.
Three-dimensional measuring device.
前記撮像装置は、一度の撮像において前記第1光パターンに対応する三次元情報生成用の画像及び前記第2光パターンに対応する三次元情報生成用の画像各々を分離して生成する、請求項1に記載の三次元計測装置。 The claim that the image pickup apparatus separates and generates an image for generating three-dimensional information corresponding to the first light pattern and an image for generating three-dimensional information corresponding to the second light pattern in one imaging. The three-dimensional measuring device according to 1. 前記第2投射装置は、前記第1光パターンとは偏光成分又は波長のうちの少なくとも一つが異なる前記第2光パターンを投射する、請求項1又は請求項2に記載の三次元計測装置。 The three-dimensional measuring device according to claim 1 or 2, wherein the second projection device projects the second light pattern in which at least one of a polarization component or a wavelength is different from that of the first light pattern. 前記撮像装置は、前記三次元情報生成用の複数の画像と共に、前記計測対象物の二次元情報生成用の画像を取得し、
前記画像処理装置は、
前記撮像装置により取得された前記二次元情報生成用の画像に基づいて、前記計測対象物の二次元形状を示す二次元情報を生成し、
前記二次元情報を基準として、前記三次元情報生成用の複数の画像各々の画像位置合わせを実行する、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の三次元計測装置。
The image pickup apparatus acquires an image for generating two-dimensional information of the measurement object together with a plurality of images for generating the three-dimensional information.
The image processing device is
Based on the image for generating the two-dimensional information acquired by the imaging device, two-dimensional information indicating the two-dimensional shape of the object to be measured is generated.
Using the two-dimensional information as a reference, image alignment of each of the plurality of images for generating the three-dimensional information is executed.
The three-dimensional measuring device according to any one of claims 1 to 3.
位相シフト法を用いて計測対象物の三次元形状を計測する三次元計測方法において、
縞状の光強度分布を有する第1光パターンを第1位置から前記計測対象物に対して投射し、
縞状の光強度分布を有し、かつ前記第1光パターンとは異なる第2光パターンを前記第1位置とは異なる第2位置から前記計測対象物に対して投射し、
前記第1光パターン及び前記第2光パターン各々の位相をずらしつつ、前記第1光パターン及び前記第2光パターンが同時に投射された前記計測対象物を撮像することで、三次元情報生成用の複数の画像を生成し、
前記撮像により前記第1光パターン及び前記第2光パターン各々を分離して生成された前記第1光パターンに対応する前記三次元情報生成用の複数の画像及び前記第2光パターンに対応する前記三次元情報生成用の複数の画像に基づいて、前記計測対象物の三次元形状を示す三次元情報を生成する、
三次元計測方法。
In a three-dimensional measurement method that measures the three-dimensional shape of an object to be measured using the phase shift method,
A first light pattern having a striped light intensity distribution is projected from the first position onto the measurement object.
A second light pattern having a striped light intensity distribution and different from the first light pattern is projected onto the measurement object from a second position different from the first position.
By imaging the measurement object on which the first light pattern and the second light pattern are simultaneously projected while shifting the phases of the first light pattern and the second light pattern, it is possible to generate three-dimensional information. Generate multiple images and
A plurality of images for generating three-dimensional information corresponding to the first light pattern generated by separating each of the first light pattern and the second light pattern by the imaging, and the second light pattern corresponding to the plurality of images. Based on a plurality of images for generating three-dimensional information, three-dimensional information indicating the three-dimensional shape of the measurement object is generated.
Three-dimensional measurement method.
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