JP2022151993A - 三次元計測装置、レーザ加工装置、及び三次元計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被測定物体の表面で走査中の測定光が映し出される画像を取得する際に、正反射時の明るさを抑制した態様で測定光を走査することによって、三次元形状の計測精度を向上させる三次元計測装置を提供する。【解決手段】レーザ加工装置は、第１パラメータを用いて描画されるガイド光の測定パターンが映し出された第１画像を取得し（Ｓ１０，Ｓ１２）、第１画像に基づいて、加工対象物の加工面でガイド光が正反射する特異領域を特定し（Ｓ１４）、特異領域以外では第１パラメータを用い、特異領域以内では第１パラメータとは異なる第２パラメータを用いて描画される、ガイド光の測定パターンが映し出された第２画像を取得し（Ｓ１８，Ｓ２０）、第２画像に基づいて、加工対象物の三次元形状を計測する（Ｓ２２）。【選択図】図５

Description

本開示は、被測定物体の三次元形状を測定光で計測する三次元計測装置に関するものである。

従来、上記三次元計測装置に関し、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献１に記載の技術は、コイル位置検出装置であって、コイルの運搬を行う天井クレーンに取り付けられ、レーザスポット光を直線状に走査して複数本のスリット光を形成してコイルに照射すると共に、そのときのレーザ光の投光角度を出力するレーザ光投光手段と、前記天井クレーンに取り付けられ、前記レーザ光が照射されているコイルを撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像と前記レーザ光投光手段の投光角度とから、レーザ光の輝度画像とそれに対応したレーザ光の投光角度とをそれぞれ合成する画像合成手段と、前記レーザ光の輝度画像と前記レーザ光の投光角度とからコイルのレーザ光照射部の３次元形状データを求める形状演算手段と、前記形状演算手段による３次元形状データの内、レーザ光の各投光角度によるレーザスリット光の面積を求めて、それが所定値以上の面積であるとき、そのときの投光角度によるデータを除去する正反射光ノイズ除去手段と、前記正反射光ノイズ除去手段からの３次元形状データをコイルの幅方向に投影し、コイルの径方向中心位置及びコイル径を求めると共に、前記コイルのレーザ光照射部の３次元形状データを基準面と平行なコイルの径方向に投影し、コイルの幅方向中心位置及びコイル幅を求めるコイル演算手段とを備えたことを特徴とする。

下記特許文献１の記載によれば、上記コイル位置検出装置は、コイル形状・位置を計測するにあたって、ノイズとなる測定対象コイルからの強い正反射光があったとしても、強い正反射光があることを検出し、ノイズとなる強い正反射光データを除去するようにしたので、測定対象であるコイルの表面性状の制限をなくし、正確なコイルの径方向中心位置とコイル径及びコイルの幅方向中心位置とコイル幅を求めることが可能になっている。

特開２０００－３２９５１９号公報

このようにして、コイル幅及び中心位置を高精度に求めるためには、ノイズとなる強い正反射光データを３次元形状データから除去する必要がある。データを除去して対処するため、三次元形状認識に必要なデータも除去する虞があった。

そこで、本開示は、上述した点に鑑みてなされたものであり、被測定物体の表面で走査中の測定光が映し出される画像を取得する際に、正反射時の明るさを抑制した態様で測定光を走査することによって、三次元形状の計測精度を向上させる三次元計測装置を提供する。

本明細書は、測定光を出射する測定光出射部と、測定光を被測定物体の表面で走査する走査部と、被測定物体の表面で反射する測定光を撮影する撮影部と、制御部と、を備え、制御部は、測定光の光量及び走査速度を含む第１パラメータを用いて測定光出射部及び走査部を制御することによって、被測定物体の表面に測定光で測定パターンを描画する第１描画処理と、撮影部による撮影を行うことによって、第１描画処理によって描画中の測定パターンが映し出される第１画像を取得する第１取得処理と、第１画像に基づいて、被測定物体の表面で測定光が正反射する特異領域の特定を行う画像処理と、特異領域以外の被測定物体の表面では第１パラメータを用い、特異領域以内の被測定物体の表面では第１パラメータとは異なる測定光の光量及び走査速度を含む第２パラメータを用いて、測定光出射部及び走査部を制御することによって、被測定物体の表面に測定光で測定パターンを描画する第２描画処理と、撮影部による撮影を行うことによって、第２描画処理によって描画中の測定パターンが映し出される第２画像を取得する第２取得処理と、第２画像に基づいて、被測定物体の三次元形状を計測する形状計測処理と、を実行することを特徴とする三次元計測装置を開示する。

本開示によれば、三次元計測装置は、被測定物体の表面で走査中の測定光が映し出される画像を取得する際に、正反射時の明るさを抑制した態様で測定光を走査することによって、三次元形状の計測精度を向上させる。

本実施形態のレーザ加工装置の概略構成が表された図である。 同レーザ加工装置の電気的構成が表されたブロック図である。 第１画像が表された図である。 第２画像が表された図である。 同レーザ加工装置が実行する各処理が表されたフローチャートである。 第１パラメータが表された図である。 第２パラメータが表された図である。 第１画像が表された図である。 第２変更例の第１画像が表された図である。 第２変更例の第２画像が表された図である。

以下、本開示のレーザ加工装置について、具体化した実施形態に基づき、図面を参照しつつ説明する。以下の説明に用いる図１及び図２では、基本的構成の一部が省略されて描かれており、描かれた各部の寸法比等は必ずしも正確ではない。尚、以下の説明において、上下方向は、図１に示された通りである。

［１．レーザ加工装置の概略構成］
先ず、図１及び図２に基づいて、本実施形態のレーザ加工装置１の概略構成について説明する。レーザ加工装置１は、印字情報作成部２及びレーザ加工部３で構成されている。印字情報作成部２は、パーソナルコンピュータ等で構成されている。

レーザ加工部３は、加工レーザ光Ｐを加工対象物７の加工面８上で２次元走査してマーキング（印字）加工を行うものである。レーザ加工部３は、レーザコントローラ６を備えている。

レーザコントローラ６は、コンピュータで構成され、印字情報作成部２と双方向通信可能に接続されている。レーザコントローラ６は、印字情報作成部２から送信された印字情報、パラメータ、各種指示情報等に基づいてレーザ加工部３を駆動制御する。

レーザ加工部３の概略構成について説明する。レーザ加工部３は、レーザ発振ユニット１２、ガイド光部１５、ダイクロイックミラー１０１、光学系７０、カメラ１０３、ガルバノスキャナ１８、及びｆθレンズ１９等を備えており、不図示の略直方体形状の筐体カバーで覆われている。

レーザ発振ユニット１２は、レーザ発振器２１等で構成されている。レーザ発振器２１は、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ等で構成されており、加工レーザ光Ｐを出射する。尚、加工レーザ光Ｐの光径は、不図示のビームエキスパンダで調整（例えば、拡大）される。

ガイド光部１５は、可視半導体レーザ２８等で構成されている。可視半導体レーザ２８は、可視可干渉光であるガイド光Ｑ、例えば、赤色レーザ光を出射する。ガイド光Ｑは、不図示のレンズ群で平行光にされ、更に、２次元走査されることによって、例えば、加工レーザ光Ｐでマーキング（印字）加工すべき印字パターンの像、その像を取り囲んだ矩形の像、又は測定パターンの像等を、加工対象物７の加工面８上に軌跡（時間残像）で描画するものである。つまり、ガイド光Ｑには、マーキング（印字）加工能力がない。尚、本実施形態において、測定パターンは格子状であるが、それに関する詳細な説明については、後述する。

ガイド光Ｑの波長は、加工レーザ光Ｐの波長とは異なる。本実施形態では、例えば、加工レーザ光Ｐの波長は１０６４ｎｍであり、ガイド光Ｑの波長は、６５０ｎｍである。

ダイクロイックミラー１０１では、入射された加工レーザ光Ｐのほぼ全部が透過する。また、ダイクロイックミラー１０１では、加工レーザ光Ｐが透過する略中央位置にて、ガイド光Ｑが４５度の入射角で入射され、４５度の反射角で加工レーザ光Ｐの光路上に反射される。ダイクロイックミラー１０１の反射率は、波長依存性を持っている。具体的には、ダイクロイックミラー１０１は、誘電体層と金属層との多層膜構造の表面処理がなされており、ガイド光Ｑの波長に対して高い反射率を有し、それ以外の波長の光をほとんど（９９％）透過するように構成されている。

尚、図１の一点鎖線は、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑの光軸１０を示している。また、光軸１０の方向は、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑの経路方向を示している。

光学系７０は、第１レンズ７２、第２レンズ７４、及び移動機構７６を備えている。光学系７０では、ダイクロイックミラー１０１を経た加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑが、第１レンズ７２に入射し通過する。その際、第１レンズ７２によって、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑの各光径が縮小される。また、第１レンズ７２を通過した加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑは、第２レンズ７４に入射し通過する。その際、第２レンズ７４によって、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑが平行光にされる。移動機構７６は、光学系モータ８０と、光学系モータ８０の回転運動を直線運動に変換するラック・アンド・ピニオン（不図示）等を備えており、光学系モータ８０の回転制御によって、第２レンズ７４を加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑの経路方向に移動させる。

尚、移動機構７６は、第２レンズ７４に代えて第１レンズ７２を移動させる構成であってもよいし、第１レンズ７２と第２レンズ７４との間の距離が変わるように第１レンズ７２と第２レンズ７４の双方を移動させる構成であってもよい。

ガルバノスキャナ１８は、光学系７０を経た加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑとを２次元走査するものである。ガルバノスキャナ１８では、ガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２とが、それぞれのモータ軸が互いに直交するように取り付けられ、各モータ軸の先端部に取り付けられた走査ミラー１８Ｘ、１８Ｙが内側で互いに対向している。そして、各モータ３１、３２の回転制御で、各走査ミラー１８Ｘ、１８Ｙを回転させることによって、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑとを２次元走査する。この２次元走査方向は、Ｘ方向とＹ方向である。

ｆθレンズ１９は、ガルバノスキャナ１８によって２次元走査された加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑとを加工対象物７の加工面８上に集光するものである。従って、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑは、各モータ３１、３２の回転制御によって、加工対象物７の加工面８上でＸ方向とＹ方向に２次元走査される。

加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑとでは、波長が異なる。そのため、光学系７０における第１レンズ７２と第２レンズ７４との間の距離が一定の場合、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑが集光する位置（以下、「焦点位置Ｆ」という。）は、上下方向で異なってしまう。そこで、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑの焦点位置Ｆは、光学系７０における第１レンズ７２と第２レンズ７４との間の距離が調整されることによって、加工対象物７の加工面８上に合わせられる。

また、加工対象物７の加工面８の位置が上下方向で異なる場合も、同様にして、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑの焦点位置Ｆは、光学系７０における第１レンズ７２と第２レンズ７４との間の距離が調整されることによって、加工対象物７の加工面８上に合わせられる。

カメラ１０３は、加工対象物７の加工面８に向けられた状態で、ｆθレンズ１９付近に設けられている。これにより、カメラ１０３は、例えば、加工対象物７の加工面８上において、ガルバノスキャナ１８の２次元走査が繰り返されることによって描画されている測定パターンのガイド光Ｑの軌跡を撮像する。これにより、加工対象物７の加工面８が映し出された画像であって、測定パターンのガイド光Ｑの軌跡を含む画像が撮影される。

次に、レーザ加工装置１を構成する印字情報作成部２とレーザ加工部３の回路構成について図２に基づいて説明する。先ず、レーザ加工部３の回路構成について説明する。

図２に表されるように、レーザ加工部３は、レーザコントローラ６、ガルバノコントローラ３５、ガルバノドライバ３６、レーザドライバ３７、半導体レーザドライバ３８、光学系ドライバ７８、及びカメラ１０３等から構成されている。レーザコントローラ６は、レーザ加工部３の全体を制御する。レーザコントローラ６には、ガルバノコントローラ３５、レーザドライバ３７、半導体レーザドライバ３８、及び光学系ドライバ７８等が電気的に接続されている。また、レーザコントローラ６及びカメラ１０３には、外部の印字情報作成部２が双方向通信可能に接続されている。レーザコントローラ６は、印字情報作成部２から送信された各情報（例えば、印字情報、レーザ加工部３に対するパラメータ、ユーザからの各種指示情報等）を受信可能に構成されている。カメラ１０３は、印字情報作成部２から送信された各情報（例えば、撮像指示情報等）を受信可能に構成され、また、撮像した画像を印字情報作成部２に送信可能に構成されている。

レーザコントローラ６は、ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、及びＲＯＭ４３等を備えている。ＣＰＵ４１は、レーザ加工部３の全体の制御を行う演算装置及び制御装置である。ＣＰＵ４１、ＲＡＭ４２、及びＲＯＭ４３は、不図示のバス線により相互に接続されて、相互にデータのやり取りが行われる。

ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４１により演算された各種の演算結果や印字パターンの（ＸＹ座標）データ等を一時的に記憶させておくためのものである。

ＲＯＭ４３は、各種のプログラムを記憶させておくものであり、例えば、印字情報作成部２から送信された印字情報に基づいて印字パターンのＸＹ座標データを算出して、加工データ４４としてＲＡＭ４２に記憶するプログラムや、ガイド光Ｑの軌跡で描く像の測定パターンのＸＹ座標データを算出してＲＡＭ４２に記憶するプログラム等が記憶されている。尚、各種プログラムには、上述したプログラムに加えて、例えば、各種のディレイ値、印字情報作成部２から入力された印字情報等に対応する印字パターンの太さ、深さ及び本数、レーザ発振器２１のレーザ出力、加工レーザ光Ｐのレーザパルス幅、可視半導体レーザ２８のレーザ出力、ガルバノスキャナ１８による加工レーザ光Ｐを走査する速度、及びガルバノスキャナ１８によるガイド光Ｑを走査する速度等を示す各種パラメータをＲＡＭ４２に記憶するプログラム等がある。更に、ＲＯＭ４３には、歪補正のためのパラメータや、ガルバノスキャナ１８、レーザ加工装置１のステータス情報（エラー情報、加工回数、加工時間等）が記憶されている。

ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４３に記憶されている各種のプログラムに基づいて各種の演算及び制御を行う。

ＣＰＵ４１は、加工データ４４、ガイド光Ｑの軌跡で描く像の測定パターンのＸＹ座標データ、ガルバノスキャナ１８によるガイド光Ｑを走査する速度、及びガルバノスキャナ１８による加工レーザ光Ｐを走査する速度等を示すガルバノ走査速度情報等を、ガルバノコントローラ３５に出力する。また、ＣＰＵ４１は、加工データ４４に基づいて設定したレーザ発振器２１のレーザ出力、及び加工レーザ光Ｐのレーザパルス幅等を示すレーザ駆動情報を、レーザドライバ３７に出力する。

ＣＰＵ４１は、可視半導体レーザ２８のレーザ出力、及び可視半導体レーザ２８の点灯開始を指示するオン信号又は消灯を指示するオフ信号を半導体レーザドライバ３８に出力する。

ガルバノコントローラ３５は、レーザコントローラ６から入力された各情報（例えば、加工データ４４、ガイド光Ｑの軌跡で描く像の測定パターンのＸＹ座標データ、ガルバノ走査速度情報等）に基づいて、ガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２の駆動角度、回転速度等を算出して、駆動角度及び回転速度を示すモータ駆動情報をガルバノドライバ３６に出力する。ガルバノドライバ３６は、ガルバノコントローラ３５から入力されたモータ駆動情報に基づいて、ガルバノＸ軸モータ３１とガルバノＹ軸モータ３２を駆動制御して、加工レーザ光Ｐとガイド光Ｑを２次元走査する。

レーザドライバ３７は、レーザコントローラ６から入力されたレーザ発振器２１のレーザ出力、及び加工レーザ光Ｐのレーザパルス幅等を示すレーザ駆動情報等に基づいて、レーザ発振器２１を駆動させる。半導体レーザドライバ３８は、レーザコントローラ６から入力された可視半導体レーザ２８のレーザ出力、及びオン信号又はオフ信号に基づいて、可視半導体レーザ２８を駆動させる。

光学系ドライバ７８は、レーザコントローラ６から入力された情報に基づいて、光学系モータ８０を駆動制御して、第２レンズ７４を移動させる。

次に、印字情報作成部２の回路構成について説明する。印字情報作成部２は、制御部５１、入力操作部５５、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）５６、及びＣＤ－ＲＯＭドライブ５８等を備えている。制御部５１には、不図示の入出力インターフェースを介して、入力操作部５５、液晶ディスプレイ５６、及びＣＤ－ＲＯＭドライブ５８等が接続されている。

入力操作部５５は、不図示のマウス及びキーボード等から構成されており、例えば、各種指示情報をユーザが入力する際に使用される。

ＣＤ－ＲＯＭドライブ５８は、各種データ、及び各種アプリケーションソフトウェア等をＣＤ－ＲＯＭ５７から読み込むものである。

制御部５１は、印字情報作成部２の全体を制御すると共に、後述する画像処理を公知技術で実行することが可能なものであって、ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、ＲＯＭ６３、及びハードディスクドライブ（以下、「ＨＤＤ」という。）６６等を備えている。ＣＰＵ６１は、印字情報作成部２の全体の制御を行う演算装置及び制御装置である。ＣＰＵ６１、ＲＡＭ６２、及びＲＯＭ６３は、不図示のバス線により相互に接続されており、相互にデータのやり取りが行われる。更に、ＣＰＵ６１とＨＤＤ６６とは、不図示の入出力インターフェースを介して接続されており、相互にデータのやり取りが行われる。

ＲＡＭ６２は、ＣＰＵ６１により演算された各種の演算結果等を一時的に記憶させておくためのものである。ＲＯＭ６３は、各種のプログラム等を記憶させておくものである。更に、ＲＯＭ６３には、フォントの種類別に、直線と楕円弧とで構成された各文字のフォントの始点、終点、焦点、曲率等のデータが記憶されている。また、ＲＡＭ６２には、三次元形状データ６４が記憶されている。三次元形状データ６４は、加工対象物７の加工面８の三次元形状を示すデータであるが、それに関する詳細な説明については、後述する。

ＨＤＤ６６には、各種アプリケーションソフトウェアのプログラム、及び各種データファイル等が記憶される。

［２．三次元形状の計測］
レーザ加工装置１は、加工レーザ光Ｐで加工対象物７の加工面８にマーキング（印字）加工を行うために、その前において、加工対象物７の加工面８の三次元形状を計測する。その際、加工対象物７の加工面８上には、２次元走査されるガイド光Ｑの軌跡によって、測定パターンが描画される。更に、比較的長時間露光させたカメラ１０３で、加工対象物７の加工面８が撮影されることによって、例えば、図３に表される第１画像１１０が取得される。

第１画像１１０では、ステージ１１２上及びステージ１１２に載置されている加工対象物７の加工面８上において、測定パターン１１４が映し出されている。測定パターン１１４は、複数の直線１１６が直交することによって複数の交点が形成される格子状のパターンであって、ガイド光Ｑの軌跡でステージ１１２上及び加工対象物７の加工面８上に描かれる。尚、ステージ１１２では、その平面上において、加工対象物７が載置されている。加工対象物７の加工面８は、半円柱の側面であって、上方へ張り出す面である（図１参照）。

レーザ加工装置１は、公知の画像処理技術を用いて、測定パターン１１４が映し出されている画像から、加工対象物７の加工面８上に描かれている測定パターン１１４の各交点の位置を検出し、その検出した測定パターン１１４の各交点の位置に基づいて、加工対象物７の加工面８の三次元形状を計測する。

但し、第１画像１１０には、複数の正反射像１１８が映し出されている。正反射像１１８は、ガイド光Ｑが加工対象物７の加工面８上で正反射することによって、格子状の測定パターン１１４の一部が、円状に拡大してひときわ明るく第１画像１１０に映し出される領域である。そのような場合、測定パターン１１４の各交点のうち、正反射像１１８の近傍の交点も比較的に大きくなり、測定パターン１１４の各交点の位置を検出する精度が低下するので、加工対象物７の加工面８の三次元形状を計測する精度も低下する。

そこで、レーザ加工装置１は、ガイド光Ｑが加工対象物７の加工面８上で正反射する際の明るさを抑制する態様で、ガイド光Ｑを加工対象物７の加工面８上に２次元走査して、測定パターン１１４を描画する。尚、この点に関する詳細な説明については、後述する。更に、レーザ加工装置１は、比較的長時間露光させたカメラ１０３で、加工対象物７の加工面８を撮影することによって、例えば、図４に表される第２画像１２０を取得する。第２画像１２０では、第１画像１１０とは異なり、上記正反射像１１８が映し出されていない。そして、レーザ加工装置１は、この第２画像１２０から、加工対象物７の加工面８上に映し出されている測定パターン１１４の各交点の位置を検出し、その検出された測定パターン１１４の各交点の位置に基づいて、加工対象物７の加工面８の三次元形状を計測する。

［３．制御フロー］
図５のフローチャートで表されたレーザ加工方法２００のプログラムは、制御部５１のＲＯＭ６３に記憶されており、加工レーザ光Ｐで加工対象物７の加工面８にマーキング（印字）加工を行う際に、制御部５１のＣＰＵ６１により実行される。従って、後述する処理において、制御対象がレーザ加工部３の構成要素である場合、カメラ１０３を除き、レーザコントローラ６を介した制御が行われる。尚、本プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ５７に保存されており、ＣＤ－ＲＯＭドライブ５８によって読み込まれ、ＣＰＵ６１により実行されてもよい。

レーザ加工方法２００には、三次元計測方法２１０が含まれている。三次元計測方法２１０は、上述したようにして、加工対象物７の加工面８の三次元形状を計測する方法である。

以下、本プログラムを説明する。先ず、ステップ（以下、単に「Ｓ」と表記する。）１０の第１描画処理が行われる。この処理では、加工対象物７の加工面８が載置されたステージ１１２上において、少なくとも加工対象物７の加工面８を含む範囲に、測定パターン１１４がガイド光Ｑで描画される。そのために、ＣＰＵ６１は、測定パターン１１４に関する印字情報等に加えて、図６に表される第１パラメータ１２２を、レーザコントローラ６に送信する。第１パラメータ１２２には、第１光量のパラメータ１２４（以下、「第１光量１２４」と略記する。）及び第１速度のパラメータ１２６（以下、「第１速度１２６」と略記する。）が含まれている。第１光量１２４は、ガイド光Ｑの光量、つまり可視半導体レーザ２８のレーザ出力を示している。第１速度１２６は、ガルバノスキャナ１８によるガイド光Ｑを走査する速度（以下、「ガイド光Ｑの走査速度」と略記する。）を示している。

そして、第１描画処理Ｓ１０では、第１光量１２４のガイド光Ｑがガイド光部１５から出射されると共に、ガルバノスキャナ１８の振角が所定角度となるように、ガルバノスキャナ１８の各走査ミラー１８Ｘ、１８Ｙが第１速度１２６で回転させられる。そのような回転（走査）が繰り返されると、ステージ１１２上及び加工対象物７の加工面８上では、２次元走査中のガイド光Ｑによって、格子状の軌跡（つまり、測定パターン１１４）が描画される。

第１取得処理Ｓ１２では、カメラ１０３が加工対象物７の加工面８を撮影することによって、第１描画処理Ｓ１０で描画中の測定パターン１１４を映し出した画像（具体的には、第１画像１１０）が取得される。その際、測定パターン１１４は、ＲＯＭ６３に記憶された露光時間の数値をもって、カメラ１０３によって撮影される。以下、具体例は、第１画像１１０を用いて説明する。

画像処理Ｓ１４では、第１取得処理で取得された画像に基づいて、特異領域の位置が特定される。特異領域とは、加工対象物７の加工面８上において、測定パターン１１４を描画中のガイド光Ｑが正反射する領域である。具体的には、ＣＰＵ６１は、例えば、図８に表されるように、第１画像１１０から各正反射像１１８を画素の輝度等に基づいて抽出して取り除き、これによって測定パターン１１４が途切れた各領域に基づいて、加工対象物７の加工面８上における各特異領域１２８の位置を特定する。
尚、各特異領域１２８は、ガイド光Ｑの正反射によって出現するため、理論的にはガイド光Ｑと加工面８の形状とカメラ１０３との相対的位置関係によって、入射角＝反射角の関係から一意に決まるものである。しかしながら，正反射光は、加工面８の表面状態（仕上げや材質等）によっても影響を受け、三次元形状の計測に影響を与える範囲が異なる。そのため、本実施形態のように、上記第１描画処理Ｓ１０が実施されることが実際的である。

判定処理Ｓ１６では、加工対象物７の加工面８上に特異領域１２８があるかが判定される。上述したように、第１取得処理Ｓ１２で第１画像１１０が取得された場合には、加工対象物７の加工面８上に特異領域１２８があることから（Ｓ１６：ＹＥＳ）、第２描画処理Ｓ１８が引き続き行われる。尚、第１取得処理Ｓ１２で取得された画像から特異領域の位置が特定されない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、後述する形状計測処理Ｓ２２が行われる。

第２描画処理Ｓ１８では、加工対象物７の加工面８が載置されたステージ１１２上において、少なくとも加工対象物７の加工面８を含む範囲に、第１描画処理Ｓ１０とは異なる態様で、測定パターン１１４がガイド光Ｑで描画される。そのために、ＣＰＵ６１は、画像処理Ｓ１４で特定した各特異領域１２８の位置データを、レーザコントローラ６に送信する。更に、ＣＰＵ６１は、図７に表される第２パラメータ１３０を、レーザコントローラ６に送信する。第２パラメータ１３０には、第２光量のパラメータ１３２（以下、「第２光量１３２」と略記する。）及び第２速度のパラメータ１３４（以下、「第２速度１３４」と略記する。）が含まれている。第２光量１３２は、ガイド光Ｑの光量、つまり可視半導体レーザ２８のレーザ出力を示している。第２速度１３４は、ガイド光Ｑの走査速度を示している。

第２パラメータ１３０の第２光量１３２は、第１パラメータ１２２の第１光量１２４よりも低く設定されている。これに対して、第２パラメータ１３０の第２速度１３４は、第１パラメータ１２２の第１速度１２６と同じに設定されている。

これにより、第２描画処理Ｓ１８では、加工対象物７の加工面８の特異領域１２８と、特異領域１２８以外の加工対象物７の加工面８及びステージ１１２とでは、第１パラメータ１２２と第２パラメータ１３０とが使い分けられることによって、測定パターン１１４を描画するガイド光Ｑの光量が変更される。

特異領域１２８以外の加工対象物７の加工面８及びステージ１１２において、ガイド光Ｑが走査される際は、ＣＰＵ６１は、測定パターン１１４に関する印字情報等に加えて、図６に表される第１パラメータ１２２を、レーザコントローラ６に送信する。これにより、第１パラメータ１２２でガイド光部１５及びガルバノスキャナ１８が制御される。つまり、第１光量１２４のガイド光Ｑがガイド光部１５から出射されると共に、ガルバノスキャナ１８の振角が所定角度となるように、ガルバノスキャナ１８の各走査ミラー１８Ｘ、１８Ｙが第１速度１２６で回転させられる。

これに対して、加工対象物７の加工面８の特異領域１２８において、ガイド光Ｑが走査される際は、第２パラメータ１３０でガイド光部１５及びガルバノスキャナ１８が制御される。つまり、第２光量１３２のガイド光Ｑがガイド光部１５から出射されると共に、ガルバノスキャナ１８の振角が所定角度となるように、ガルバノスキャナ１８の各走査ミラー１８Ｘ、１８Ｙが第２速度１３４で回転させられる。

それらのような回転（走査）が繰り返されると、ステージ１１２上及び加工対象物７の加工面８上では、２次元走査中のガイド光Ｑによって、格子状の軌跡（つまり、測定パターン１１４）が描画される。

以上より、特異領域１２８で走査されるガイド光Ｑの走査速度（第２速度１３４）は、特異領域１２８以外で走査されるガイド光Ｑの走査速度（第１速度１２６）と同じである。しかしながら、特異領域１２８で走査されるガイド光Ｑの光量（第２光量１３２）は、特異領域１２８以外で走査されるガイド光Ｑの光量（第１光量１２４）よりも低い。そのため、加工対象物７の加工面８上では、ガイド光Ｑが正反射する特異領域１２８において、ガイド光Ｑが正反射する際の明るさが抑制される。

第２取得処理Ｓ２０では、カメラ１０３が加工対象物７の加工面８を撮影することによって、第２描画処理Ｓ１８で描画中の測定パターン１１４を映し出した画像（具体的には、第２画像１２０）が取得される。その際、第１取得処理Ｓ１２と同様にして、測定パターン１１４は、ＲＯＭ６３に記憶された露光時間の数値をもって、カメラ１０３によって撮影される。

形状計測処理Ｓ２２では、第２取得処理Ｓ２０で取得された画像に基づいて、加工対象物７の加工面８の三次元計測が行われる。具体的には、第２取得処理Ｓ２０で第２画像１２０が取得された場合、上述したように、第２画像１２０から、加工対象物７の加工面８上に映し出されている測定パターン１１４の各交点の位置を検出し、その検出された測定パターン１１４の各交点の位置に基づいて、加工対象物７の加工面８の三次元形状を計測する。このようにして、計測された三次元形状を示すデータは、三次元形状データ６４として、ＲＡＭ６２に記憶される。

尚、第１取得処理Ｓ１２で取得された画像に特異領域がない場合は（Ｓ１６：ＮＯ）、その画像に基づいて、加工対象物７の加工面８の三次元計測が行われる。

続いて、レーザ加工処理Ｓ２４が行われる。この処理では、ＣＰＵ６１は、印字パターンに関する印字情報等に加えて、三次元形状データ６４を、レーザコントローラ６に送信する。そして、レーザ加工部３では、光学系７０の第２レンズ７４が三次元形状データ６４に基づいて移動させられることによって、加工レーザ光Ｐの焦点位置Ｆが加工対象物７の加工面８上に合わせられると共に、加工レーザ光Ｐが印字パターン（つまり、加工データ４４）に基づいてガルバノスキャナ１８で２次元走査される。これにより、加工レーザ光Ｐで加工対象物７の加工面８にマーキング（印字）加工が行われる。その後、レーザ加工方法２００は、終了する。

尚、レーザ加工方法２００においては、Ｓ１０乃至Ｓ２２の各処理（第１取得処理Ｓ１２で取得された画像に特異領域がない場合（Ｓ１６：ＮＯ）を除く。）によって、三次元計測方法２１０が構成されている。

［４．まとめ］
以上詳細に説明したように、本実施の形態では、加工対象物７の加工面８上において、特異領域１２８で走査されるガイド光Ｑの光量（第２光量１３２）が、特異領域１２８以外で走査されるガイド光Ｑの光量（第１光量１２４）よりも低い（第２描画処理Ｓ１８）。これにより、本実施の形態のレーザ加工装置１及び三次元計測方法２１０は、加工対象物７の加工面８の三次元計測（形状計測処理Ｓ２２）で使用される画像であって、加工対象物７の加工面８で走査中のガイド光Ｑが映し出される第２画像１２０をカメラ１０３で取得する際に（第２取得処理Ｓ２０）、正反射時の明るさを抑制した態様でガイド光Ｑを走査するので（第２描画処理Ｓ１８）、三次元形状の計測精度を向上させることが可能である。

ちなみに、レーザ加工装置１は、「三次元計測装置」の一例である。加工対象物７は、「被測定物体」の一例である。加工対象物７の加工面８は、「被測定物体の表面」の一例である。レーザ発振ユニット１２は、「加工レーザ光出射部」の一例である。ガイド光部１５は、「測定光出射部」の一例である。ガルバノスキャナ１８及び光学系７０は、「走査部」の一例である。ＣＰＵ４１は、「レーザ加工制御部」の一例である。カメラ１０３は、「撮影部」の一例である。第１光量１２４が示す光量は、「測定光の光量」の一例である。第１速度１２６が示す速度は、「走査速度」の一例である。第２光量１３２が示す光量は、「測定光の光量」の一例である。第２速度１３４が示す速度は、「走査速度」の一例である。ガイド光Ｑは、「測定光」及び「可視レーザ光」の一例である。第１描画処理Ｓ１０は、「第１描画工程」の一例である。第１取得処理Ｓ１２は、「第１取得工程」の一例である。画像処理Ｓ１４は、「画像工程」の一例である。第２描画処理Ｓ１８は、「第２描画工程」の一例である。第２取得処理Ｓ２０は、「第２取得工程」の一例である。形状計測処理Ｓ２２は、「形状計測工程」の一例である。

［５．その他］
尚、本開示は、本実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、上記実施形態とは異なり、第２パラメータ１３０の第２光量１３２は、第１パラメータ１２２の第１光量１２４と同じに設定され、第２パラメータ１３０の第２速度１３４は、第１パラメータ１２２の第１速度１２６よりも速く設定されてもよい。

そのような第１変更例の場合、特異領域１２８で走査されるガイド光Ｑの光量（第２光量１３２）は、特異領域１２８以外で走査されるガイド光Ｑの光量（第１光量１２４）と同じである。しかしながら、特異領域１２８で走査されるガイド光Ｑの走査速度（第２速度１３４）は、特異領域１２８以外で走査されるガイド光Ｑの走査速度（第１速度１２６）よりも速い。そのため、加工対象物７の加工面８上では、ガイド光Ｑが正反射する特異領域１２８において、単位面積当たりのレーザ照射量が少なくなり、その結果、正反射時の明るさを抑制した態様でガイド光Ｑが走査されるので、三次元形状の計測精度が向上する。
尚、第２パラメータ１３０として、第１パラメータ１２２から変更される設定は、ガイド光Ｑの光量や、ガイド光Ｑの走査速度に限られない。例えば、ガイド光Ｑの波長（色）や、ガイド光Ｑのレーザ光径を変更するものであってもよい。

また、第１取得処理Ｓ１２で取得された画像の中には、例えば、図９に表された第１画像１１０のように、測定パターン１１４の全交点のうち、加工対象物７の加工面８上の一部の交点上に正反射像１１８が映し出されている場合がある。交点部分では、２方向のガイド光Ｑが、重畳されて特に強い反射光となるので、大きなノイズ要因となる。そのような場合、以下の第２変更例が行われてもよい。

第２変更例では、第２描画処理Ｓ１８において、加工対象物７の加工面８上にガイド光Ｑで描画される測定パターン１１４が、画像処理Ｓ１４で位置が特定される特異領域１２８内（つまり、第１画像１１０で正反射像１１８が映し出されている領域内）にある交点を除去した態様（以下、「交点除去態様」という。）で描画される。そのために、ＣＰＵ６１は、レーザコントローラ６に送信する第２パラメータ１３０に、測定パターン１１４を交点除去態様で描画する旨の制御パラメータを含ませる。これにより、加工対象物７の加工面８上では、ガイド光Ｑが正反射する特異領域１２８において、ガイド光Ｑが照射されない態様でガイド光Ｑが走査されるので、三次元形状の計測精度が向上する。

但し、そのような場合、第２取得処理Ｓ２０では、図１０に表された第２画像１２０が取得される。第２画像１２０では、加工対象物７の加工面８上において、その各特異領域１２８で途切れた測定パターン１１４が映し出されている。そのため、形状計測処理Ｓ２２では、第２画像１２０で測定パターン１１４が途切れた領域に対して、測定パターン１１４の各直線１１６を延長させることによって、第２描画処理Ｓ１８で除去された測定パターン１１４の各交点の位置を推定する。尚、図１０に表された交点除去態様では、交点の位置において、縦線を構成する直線１１６と横線を構成する直線１１６の双方が途切れた測定パターン１１４になるように描画されているが、これに限られない。例えば、縦線を構成する直線１１６と横線を構成する直線１１６のいずれか一方のみが途切れるように、又は交点ごとに縦線を構成する直線１１６と横線を構成する直線１１６とが交互に途切れるようにする等して、交点を持たないようにする測定パターン１１４が描画されてもよい。

また、図３に表される第１画像１１０のように、正反射像１１８が測定パターン１１４の交点の近傍にある場合、その近傍にある交点について、上記第２変更例が適用されてもよい。

１：レーザ加工装置、７：加工対象物、８：加工対象物の加工面、１２：レーザ発振ユニット、１５：ガイド光部、１８：ガルバノスキャナ、４１：ＣＰＵ、４４：加工データ、５１：制御部、６４：三次元形状データ、７０：光学系、１０３：カメラ、１１０：第１画像、１１４：測定パターン、１１６：直線、１２０：第２画像、１２２：第１パラメータ、１２４：第１光量、１２６：第１速度、１２８：特異領域、１３０：第２パラメータ、１３２：第２光量、１３４：第２速度、２１０：三次元計測方法、Ｐ：加工レーザ光、Ｑ：ガイド光、Ｓ１０：第１描画処理、Ｓ１２：第１取得処理、Ｓ１４：画像処理、Ｓ１８：第２描画処理、Ｓ２０：第２取得処理、Ｓ２２：形状計測処理。

Claims (8)

1. 測定光を出射する測定光出射部と、
   前記測定光を被測定物体の表面で走査する走査部と、
   前記被測定物体の表面で反射する前記測定光を撮影する撮影部と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記測定光の光量及び走査速度を含む第１パラメータを用いて前記測定光出射部及び前記走査部を制御することによって、前記被測定物体の表面に前記測定光で測定パターンを描画する第１描画処理と、
   前記撮影部による撮影を行うことによって、前記第１描画処理によって描画中の前記測定パターンが映し出される第１画像を取得する第１取得処理と、
   前記第１画像に基づいて、前記被測定物体の表面で前記測定光が正反射する特異領域の特定を行う画像処理と、
   前記特異領域以外の前記被測定物体の表面では前記第１パラメータを用い、前記特異領域以内の前記被測定物体の表面では前記第１パラメータとは異なる前記測定光の光量及び走査速度を含む第２パラメータを用いて、前記測定光出射部及び前記走査部を制御することによって、前記被測定物体の表面に前記測定光で前記測定パターンを描画する第２描画処理と、
   前記撮影部による撮影を行うことによって、前記第２描画処理によって描画中の前記測定パターンが映し出される第２画像を取得する第２取得処理と、
   前記第２画像に基づいて、前記被測定物体の三次元形状を計測する形状計測処理と、を実行することを特徴とする三次元計測装置。
2. 前記第２パラメータの光量は、前記第１パラメータの光量よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
3. 前記第２パラメータの走査速度は、前記第１パラメータの走査速度よりも速いことを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
4. 前記第２パラメータは、前記測定パターンに含まれる交点のうち前記特異領域以内の交点を除去する制御パラメータを含むことを特徴とする請求項１に記載の三次元計測装置。
5. 前記測定パターンは、複数の直線が直交する格子状であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の三次元計測装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の三次元計測装置と、
   加工レーザ光を出射する加工レーザ光出射部と、
   加工データと、前記形状計測処理によって計測される前記被測定物体の三次元形状とに基づいて、前記被測定物体の表面に前記加工レーザ光によるレーザ加工を行うレーザ加工制御部と、を備えることを特徴とするレーザ加工装置。
7. 前記測定光出射部は、前記測定光として可視レーザ光を出射することを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工装置。
8. 測定光を出射する測定光出射部と、前記測定光を被測定物体の表面で走査する走査部と、前記被測定物体の表面で反射する前記測定光を撮影する撮影部と、を備える三次元計測装置において、前記被測定物体の三次元形状を前記測定光で計測する三次元計測方法であって、
   前記測定光の光量及び走査速度を含む第１パラメータを用いて前記測定光出射部及び前記走査部を駆動させることによって、前記被測定物体の表面に前記測定光で測定パターンを描画する第１描画工程と、
   前記撮影部による撮影を行うことによって、前記第１描画工程によって描画中の前記測定パターンが映し出される第１画像を取得する第１取得工程と、
   前記第１画像に基づいて、前記被測定物体の表面で前記測定光が正反射する特異領域の特定を行う画像工程と、
   前記特異領域以外の前記被測定物体の表面では前記第１パラメータを用い、前記特異領域以内の前記被測定物体の表面では前記第１パラメータとは異なる前記測定光の光量及び走査速度を含む第２パラメータを用いて、前記測定光出射部及び前記走査部を駆動させることによって、前記被測定物体の表面に前記測定光で前記測定パターンを描画する第２描画工程と、
   前記撮影部による撮影を行うことによって、前記第２描画工程によって描画中の前記測定パターンが映し出される第２画像を取得する第２取得工程と、
   前記第２画像に基づいて、前記被測定物体の三次元形状を計測する形状計測工程と、を備えることを特徴とする三次元計測方法。

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