JP3388684B2 - ３次元形状測定方法 - Google Patents
３次元形状測定方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３次元形状の被測
定物に格子パターンを投影し、この投影像から被測定物
の形状を測定する３次元形状測定方法に関する。
定物に格子パターンを投影し、この投影像から被測定物
の形状を測定する３次元形状測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、被測定物に格子状のパターン
を投影し、被測定物各部の高さ分布に応じて変形した格
子像から３次元形状を測定するモアレ法やヘテロダイン
法が知られている。モアレ法では変形格子像に基準格子
を重ねることにより被測定物の高さ分布の等高線を与え
るモアレ縞を発生させて高さ分布を求めている。ヘテロ
ダイン法では基準格子を無変調の空間的キャリア周波数
信号と考え、変形格子像を空間的に位相変調されたキャ
リア信号とみなして変形量を位相として検出することに
より被測定物の高さ分布を求めている。
を投影し、被測定物各部の高さ分布に応じて変形した格
子像から３次元形状を測定するモアレ法やヘテロダイン
法が知られている。モアレ法では変形格子像に基準格子
を重ねることにより被測定物の高さ分布の等高線を与え
るモアレ縞を発生させて高さ分布を求めている。ヘテロ
ダイン法では基準格子を無変調の空間的キャリア周波数
信号と考え、変形格子像を空間的に位相変調されたキャ
リア信号とみなして変形量を位相として検出することに
より被測定物の高さ分布を求めている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これらの測定方法は、
面の形状が滑らかて各部が相互に連続に接続された被測
定物に対しては有効であるが、大きな不連続段差をもつ
被測定物や各部が相互に接続点をもたない孤立した面か
ら構成されるような被測定物の形状を測ることができな
い。モアレ法の場合は、不連続な等高縞の縞次数を一意
に決定できないためであり、また、ヘテロダイン法の場
合は、（−π、π］の主値の範囲に折り畳まれて検出さ
れる位相分布から不連続物体の高さ分布を一意に決定す
ることができないためである。このような不連続段差を
もつ被測定物を測定するため、種類の異なる複数の格子
状のパターンを遂次投影して得られる複数の変形格子像
から物体形状を求める方法や、白色光源や波長可変レー
ザー光源を用いた干渉計測法がある。
面の形状が滑らかて各部が相互に連続に接続された被測
定物に対しては有効であるが、大きな不連続段差をもつ
被測定物や各部が相互に接続点をもたない孤立した面か
ら構成されるような被測定物の形状を測ることができな
い。モアレ法の場合は、不連続な等高縞の縞次数を一意
に決定できないためであり、また、ヘテロダイン法の場
合は、（−π、π］の主値の範囲に折り畳まれて検出さ
れる位相分布から不連続物体の高さ分布を一意に決定す
ることができないためである。このような不連続段差を
もつ被測定物を測定するため、種類の異なる複数の格子
状のパターンを遂次投影して得られる複数の変形格子像
から物体形状を求める方法や、白色光源や波長可変レー
ザー光源を用いた干渉計測法がある。
【０００４】しかし、前者は複数の格子状パターンを逐
次的に投影して変形格子像を記録する必要があるため
に、高速運動中や高速変形中の被測定物の瞬時形状を調
べるような瞬時性を要する計測に対応できないという難
点があり、後者はさらに振動や空気のゆらぎによる千渉
縞の乱れを防ぐための除振台等を必要とするという問題
があった。
次的に投影して変形格子像を記録する必要があるため
に、高速運動中や高速変形中の被測定物の瞬時形状を調
べるような瞬時性を要する計測に対応できないという難
点があり、後者はさらに振動や空気のゆらぎによる千渉
縞の乱れを防ぐための除振台等を必要とするという問題
があった。
【０００５】本発明の課題は、大きな不連続段差をもつ
被測定物や各部が相互に接続点をもたない孤立した面か
ら構成されるような被測定物を、瞬時に測定することが
でき、振動や空気の微小ゆらぎなどの影響を受けにくい
３次元形状測定方法を提供することにある。
被測定物や各部が相互に接続点をもたない孤立した面か
ら構成されるような被測定物を、瞬時に測定することが
でき、振動や空気の微小ゆらぎなどの影響を受けにくい
３次元形状測定方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】かかる課題を達成すべ
く、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即
ち、３次元形状の被測定物に格子パターンを投影し、こ
の格子像から前記被測定物の３次元形状の測定値を得る
３次元形状測定方法において、周期と向きとが互いに異
なる複数の１次元格子を重畳させた２次元格子パターン
を前記被測定物に投影し、前記被測定物の３次元形状に
応じて変形した２次元格子像を撮像し、該２次元格子像
から前記各１次元格子成分毎に位相を検出し、該各位相
に基づいて前記測定値を得ることを特徴とする３次元形
状測定方法がそれである。
く、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即
ち、３次元形状の被測定物に格子パターンを投影し、こ
の格子像から前記被測定物の３次元形状の測定値を得る
３次元形状測定方法において、周期と向きとが互いに異
なる複数の１次元格子を重畳させた２次元格子パターン
を前記被測定物に投影し、前記被測定物の３次元形状に
応じて変形した２次元格子像を撮像し、該２次元格子像
から前記各１次元格子成分毎に位相を検出し、該各位相
に基づいて前記測定値を得ることを特徴とする３次元形
状測定方法がそれである。
【０００７】また、前記２次元格子パターンを投影する
投影器の投影レンズと前記２次元格子パターンを撮像す
るカメラの結像レンズとの中心を結ぶ直線が、前記被測
定物を置いた参照平面と平行となるようにすることが好
ましい。更に、前記両レンズの中心を結ぶ直線方向の前
記各一次元格子の周期比は、素数比であることが好まし
い。
投影器の投影レンズと前記２次元格子パターンを撮像す
るカメラの結像レンズとの中心を結ぶ直線が、前記被測
定物を置いた参照平面と平行となるようにすることが好
ましい。更に、前記両レンズの中心を結ぶ直線方向の前
記各一次元格子の周期比は、素数比であることが好まし
い。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１（Ａ）は、本実施形態に
用いられる２次元格子１の拡大図である。この実施形態
では、図１（Ｂ）に示すように、縦方向の条線の周期的
繰り返し（周期＝ｄ1 ）による１次元格子２と、図１
（Ｃ）に示すように、斜め方向の条線の周期的繰り返し
（周期＝ｄ2 ）による１次元格子３の両者を重畳して多
重度２の２次元格子１を形成している。
基づいて詳細に説明する。図１（Ａ）は、本実施形態に
用いられる２次元格子１の拡大図である。この実施形態
では、図１（Ｂ）に示すように、縦方向の条線の周期的
繰り返し（周期＝ｄ1 ）による１次元格子２と、図１
（Ｃ）に示すように、斜め方向の条線の周期的繰り返し
（周期＝ｄ2 ）による１次元格子３の両者を重畳して多
重度２の２次元格子１を形成している。
【０００９】尚、条線に限らず、ドットにより形成して
もよく、あるいは、異なる方向の条線をもつ１次元格子
を重畳させて多重度を増すこともできる。また、１次元
格子２，３としては不要な高調波成分を含まない正弦波
格子が理想的であるが、信号処理の段階で不要な高調波
成分を除去することにより、製作の容易な矩形格子を用
いることもできる。
もよく、あるいは、異なる方向の条線をもつ１次元格子
を重畳させて多重度を増すこともできる。また、１次元
格子２，３としては不要な高調波成分を含まない正弦波
格子が理想的であるが、信号処理の段階で不要な高調波
成分を除去することにより、製作の容易な矩形格子を用
いることもできる。
【００１０】後述する投影レンズ５と結像レンズ９との
中心を結ぶ直線方向の各１次元格子２，３の各周期ｄ
１，ｄ２は、物体の高さを位相値に変換する計測感度に
対応するので、これらは異なる値になるようにする。こ
の実施形態では、異なる位相感度の複数の計側データを
統合して高さ分布を求める方法として合同法を用いるた
めにｄ１：ｄ２を３：７の素数比とした。
中心を結ぶ直線方向の各１次元格子２，３の各周期ｄ
１，ｄ２は、物体の高さを位相値に変換する計測感度に
対応するので、これらは異なる値になるようにする。こ
の実施形態では、異なる位相感度の複数の計側データを
統合して高さ分布を求める方法として合同法を用いるた
めにｄ１：ｄ２を３：７の素数比とした。
【００１１】この２次元格子１を、図２に示すように、
光源４で照明し、投影レンズ５により３個の被測定物６
ａ，６ｂ，７上に投影する。３個の被測定物６ａ，６
ｂ，７は、相互に接続点を持たない孤立した面からなる
物体である。この３個の被測定物６ａ，６ｂ，７は、参
照平面８上に置かれており、参照平面８は高さ計測の基
準面を与える。
光源４で照明し、投影レンズ５により３個の被測定物６
ａ，６ｂ，７上に投影する。３個の被測定物６ａ，６
ｂ，７は、相互に接続点を持たない孤立した面からなる
物体である。この３個の被測定物６ａ，６ｂ，７は、参
照平面８上に置かれており、参照平面８は高さ計測の基
準面を与える。
【００１２】結像レンズ９は被測定物６ａ，６ｂ，７及
び参照平面８上の２次元格子パターンを２次元格子像１
０としてイメージセンサ１１上に結像する。イメージセ
ンサ１１からの画像データは画像処理回路１２に入力さ
れる。投影レンズ５と結像レンズ９の投影中心を結ぶ直
線を参照平面８に平行にして参照平面８が高さ計測の基
準面となるようにする。
び参照平面８上の２次元格子パターンを２次元格子像１
０としてイメージセンサ１１上に結像する。イメージセ
ンサ１１からの画像データは画像処理回路１２に入力さ
れる。投影レンズ５と結像レンズ９の投影中心を結ぶ直
線を参照平面８に平行にして参照平面８が高さ計測の基
準面となるようにする。
【００１３】更に、結像レンズ９の光軸は参照平面８に
垂直であり、投影レンズ５と結像レンズ９の投影中心を
結ぶ直線が水平方向になるように配置する。こうするこ
とにより、被測定物６ａ，６ｂ，７の高さを位相値に変
換する計測感度比が各１次元格子２，３の水平方向の周
期比ｄ１：ｄ２により決定され、縦方向の周期比には依
存しなくなるので１次元格子２，３を重畳し多重化する
際の条線の頃き角の選択の自由度が生じる。この条線の
傾き角の選択の自由度を利用して、各１次元格子２，３
の空間周波数スペクトル成分が互いに分離するように条
線方向を選び、空間周波教フィルタによるスペクトルの
選択的な抽出ができるようにする。
垂直であり、投影レンズ５と結像レンズ９の投影中心を
結ぶ直線が水平方向になるように配置する。こうするこ
とにより、被測定物６ａ，６ｂ，７の高さを位相値に変
換する計測感度比が各１次元格子２，３の水平方向の周
期比ｄ１：ｄ２により決定され、縦方向の周期比には依
存しなくなるので１次元格子２，３を重畳し多重化する
際の条線の頃き角の選択の自由度が生じる。この条線の
傾き角の選択の自由度を利用して、各１次元格子２，３
の空間周波数スペクトル成分が互いに分離するように条
線方向を選び、空間周波教フィルタによるスペクトルの
選択的な抽出ができるようにする。
【００１４】図３に示すように、本実施形態における一
方の被測定物６ａは高さ２０ｍｍの円柱体であり、他方
の被測定物６ｂは高さが３０ｍｍの直方体である。これ
らは、縁に沿って大きな不運続段差をもち、両者は相互
に接続点をもたない孤立した面から構成されている。他
の一つの被測定物７は、頂上の高さが２５ｍｍの山型の
連続な高さ分布の円錐体である。
方の被測定物６ａは高さ２０ｍｍの円柱体であり、他方
の被測定物６ｂは高さが３０ｍｍの直方体である。これ
らは、縁に沿って大きな不運続段差をもち、両者は相互
に接続点をもたない孤立した面から構成されている。他
の一つの被測定物７は、頂上の高さが２５ｍｍの山型の
連続な高さ分布の円錐体である。
【００１５】この両被測定物６ａ，６ｂ，７に、図２に
示すように、光源４により２次元格子１の格子パターン
を投影する。そして、この２次元格子像１０をイメージ
センサ１１により撮像する。２次元格子像１０は、図４
に示すように、被測定物６ａ，６ｂ，７の３次元形状に
応じて変形しており、水平方向の周期比がｄ１：ｄ２＝
３：７で、縦方向の条線と斜め方向の条線からなる２つ
の１次元格子２，３が多重に重畳されている。
示すように、光源４により２次元格子１の格子パターン
を投影する。そして、この２次元格子像１０をイメージ
センサ１１により撮像する。２次元格子像１０は、図４
に示すように、被測定物６ａ，６ｂ，７の３次元形状に
応じて変形しており、水平方向の周期比がｄ１：ｄ２＝
３：７で、縦方向の条線と斜め方向の条線からなる２つ
の１次元格子２，３が多重に重畳されている。
【００１６】被測定物の高さｈ(x,y) により位相変調さ
れた格子像パターンｇ(x,y) は下記（１）式で表され
る。ここでｆXk,ｆYkは空間周波数、ｒ(x,y)は被測定物
表面の反射率である。
れた格子像パターンｇ(x,y) は下記（１）式で表され
る。ここでｆXk,ｆYkは空間周波数、ｒ(x,y)は被測定物
表面の反射率である。
【００１７】
【数１】
【００１８】フーリエ変換法の空間周波数フィルタリン
グによりφk(x,y)を分離して個別に取り出すことができ
るが、得られる各々のｈk(x,y)は△ｈk （下記（２）
式）の主値に折り畳まれているのでこれらのデータはそ
れぞれ△ｈk を法とする合同系を作っている。ｘ方向の
周期比を互いに素で最も簡単な整数ｍk に対してそれぞ
れ下記（３）となるように選んでおくと、下記（４）、
（５）式はｍk （＝△ｈk ／α）を法とする連立合同系
（下記（６）式）を作り上げるので、結局被測定物の高
さｈ(x,y) はこの連立合同方程式の解法に帰着される。
グによりφk(x,y)を分離して個別に取り出すことができ
るが、得られる各々のｈk(x,y)は△ｈk （下記（２）
式）の主値に折り畳まれているのでこれらのデータはそ
れぞれ△ｈk を法とする合同系を作っている。ｘ方向の
周期比を互いに素で最も簡単な整数ｍk に対してそれぞ
れ下記（３）となるように選んでおくと、下記（４）、
（５）式はｍk （＝△ｈk ／α）を法とする連立合同系
（下記（６）式）を作り上げるので、結局被測定物の高
さｈ(x,y) はこの連立合同方程式の解法に帰着される。
【００１９】
【数２】
【００２０】イメージセンサ１１からの２次元格子像パ
ターンは、画像処理回路１２に入力されて、図８に示す
処理が行われる。画像処理回路１２では、この２次元格
子像１０に応じた画像データを２次元フーリエ変換し
て、空間周波数スペクトルの強度分布を得る（ステップ
１００）。
ターンは、画像処理回路１２に入力されて、図８に示す
処理が行われる。画像処理回路１２では、この２次元格
子像１０に応じた画像データを２次元フーリエ変換し
て、空間周波数スペクトルの強度分布を得る（ステップ
１００）。
【００２１】図５はこの２次元フーリエ変換することに
より得られた空間周波数スペクトルの強度分布の斜視図
である。縦方向の条線の１次元格子２の空間周波数スペ
クトル１３、１３’と斜め方向の１次元格子３の空間周
波数スペクトル１４、１４’は、２次元空間周波数領域
でこのように分離されるので、各１次元格子２，３の空
間周波数に対応したスペクトル成分を空間周波数フィル
タにより選択的に抽出する（ステップ１１０）。
より得られた空間周波数スペクトルの強度分布の斜視図
である。縦方向の条線の１次元格子２の空間周波数スペ
クトル１３、１３’と斜め方向の１次元格子３の空間周
波数スペクトル１４、１４’は、２次元空間周波数領域
でこのように分離されるので、各１次元格子２，３の空
間周波数に対応したスペクトル成分を空間周波数フィル
タにより選択的に抽出する（ステップ１１０）。
【００２２】次に、選択抽出した空間周波数スペクトル
の２次元フーリエ逆変換を行い（ステップ１２０）、位
相をヘテロダイン検出する（ステップ１３０）。本実施
形態では２つの１次元格子２，３を多重化したが、図５
のスペクトル分布から明らかなように、さらに多くの１
次元格子を多重化してスペクトルを分離することもでき
る。
の２次元フーリエ逆変換を行い（ステップ１２０）、位
相をヘテロダイン検出する（ステップ１３０）。本実施
形態では２つの１次元格子２，３を多重化したが、図５
のスペクトル分布から明らかなように、さらに多くの１
次元格子を多重化してスペクトルを分離することもでき
る。
【００２３】ステップ１１０〜１３０の処理を繰り返し
実行して、全ての多重化スペクトルに対して位相の検出
を行い（ステップ１４０）、全ての多重化スペクトルに
対して位相を得た後は、既存の方法により高さ分布を求
める（ステップ１５０）。異なる位相感度の複数の計測
データを統合して高さ分布を求める方法としては、多波
長千渉計測における合同法や合致法等の既存の方法を用
いることができる。
実行して、全ての多重化スペクトルに対して位相の検出
を行い（ステップ１４０）、全ての多重化スペクトルに
対して位相を得た後は、既存の方法により高さ分布を求
める（ステップ１５０）。異なる位相感度の複数の計測
データを統合して高さ分布を求める方法としては、多波
長千渉計測における合同法や合致法等の既存の方法を用
いることができる。
【００２４】ヘテロダイン検出された位相は（−π、
π］の主値の範囲に折り畳まれているが、被測定物６
ａ，６ｂ，７の高さを位相値に変換する計側感度が各１
次元格子２，３の水平方向の周期に応じて３：７と異な
るために、図６に示すように、各周波数スペクトルごと
に異なる高さ範囲に折り畳まれた３次元形状分布が得ら
れる。
π］の主値の範囲に折り畳まれているが、被測定物６
ａ，６ｂ，７の高さを位相値に変換する計側感度が各１
次元格子２，３の水平方向の周期に応じて３：７と異な
るために、図６に示すように、各周波数スペクトルごと
に異なる高さ範囲に折り畳まれた３次元形状分布が得ら
れる。
【００２５】３次元形状分布１５は条線が縦方向の１次
元格子２のスペクトル成分１３をフィルタで取り出しヘ
テロダイン検出して得られた高さ分布であり、高さが３
ｍｍの範囲に折り畳まれている。一方、３次元形状分布
１６は条線が斜め方向の１次元格子３のスペクトル成分
１４をフィルタで取り出しヘテロダイン検出して得られ
た高さ分布てあり、高さが７ｍｍの範囲に折り畳まれて
いる。このように、図４に示した単独の２次元格子像１
０から同時に２つの異なる感度の計測データを取得する
ことができる。多重化度を高めればさらに多くの異なる
感度の計測データを得ることができる。
元格子２のスペクトル成分１３をフィルタで取り出しヘ
テロダイン検出して得られた高さ分布であり、高さが３
ｍｍの範囲に折り畳まれている。一方、３次元形状分布
１６は条線が斜め方向の１次元格子３のスペクトル成分
１４をフィルタで取り出しヘテロダイン検出して得られ
た高さ分布てあり、高さが７ｍｍの範囲に折り畳まれて
いる。このように、図４に示した単独の２次元格子像１
０から同時に２つの異なる感度の計測データを取得する
ことができる。多重化度を高めればさらに多くの異なる
感度の計測データを得ることができる。
【００２６】本発明による空間周波数多重化を行わない
従来のヘテロダイン法では、図６の折り畳まれた高さ分
布１５または１６のいずれか一方のみが得られることに
なる。図３の被測定物６ａ，６ｂのように、縁に沿って
大きな不連続段差をもち、相互に接続点をもたない孤立
した面から構成されている物体の場合は、両高さ分布１
５，１６の折り畳まれた高さ分布のいずれか１つだけか
らは、その３次元形状を一意に決定することができな
い。したがって、本発明の方法により、単独の２次元格
子像１０から同時に複数の異なる感度の計測データを取
得することが不可欠である。
従来のヘテロダイン法では、図６の折り畳まれた高さ分
布１５または１６のいずれか一方のみが得られることに
なる。図３の被測定物６ａ，６ｂのように、縁に沿って
大きな不連続段差をもち、相互に接続点をもたない孤立
した面から構成されている物体の場合は、両高さ分布１
５，１６の折り畳まれた高さ分布のいずれか１つだけか
らは、その３次元形状を一意に決定することができな
い。したがって、本発明の方法により、単独の２次元格
子像１０から同時に複数の異なる感度の計測データを取
得することが不可欠である。
【００２７】３：７の高さ感度比で折り畳まれた図６の
２つの高さ分布１５と１６のデータを統合して３次元形
状を求める方法として、多波長干渉計測の分野でよく知
られた合同法を用いると図７に示すように３次元形状分
布を正しく求めることができる。
２つの高さ分布１５と１６のデータを統合して３次元形
状を求める方法として、多波長干渉計測の分野でよく知
られた合同法を用いると図７に示すように３次元形状分
布を正しく求めることができる。
【００２８】また、空間周波数多重化２次元格子像１０
を２次元フーリエ変換しフィルタリングして、所望のス
ペクトル成分を選択的に抽出するのと全く等価な処理を
２次元格子像に対する直接演算により実現することもで
きる。即ち、図９に示すように、所望のスペクトルを選
択的に抽出するのに用いた２次元フィルタ窓関数を逆フ
ーリエ変換して２次元インパルス応答関数を得て（ステ
ップ２００）、それを空間周波数多重化２次元格子像に
直接２次元コンボルーション演算することによっても各
１次元格子の空間周波数に対応したスペクトル成分を選
択的に抽出することができる（ステップ２１０）。尚、
以下の処理（ステップ１３０〜１５０）は、前述した処
理と同じであるので、説明を省略する。
を２次元フーリエ変換しフィルタリングして、所望のス
ペクトル成分を選択的に抽出するのと全く等価な処理を
２次元格子像に対する直接演算により実現することもで
きる。即ち、図９に示すように、所望のスペクトルを選
択的に抽出するのに用いた２次元フィルタ窓関数を逆フ
ーリエ変換して２次元インパルス応答関数を得て（ステ
ップ２００）、それを空間周波数多重化２次元格子像に
直接２次元コンボルーション演算することによっても各
１次元格子の空間周波数に対応したスペクトル成分を選
択的に抽出することができる（ステップ２１０）。尚、
以下の処理（ステップ１３０〜１５０）は、前述した処
理と同じであるので、説明を省略する。
【００２９】本発明は、被測定物６ａ，６ｂ，７の３次
元形状に応じて変形した空間周波数多重化２次元格子像
１０を画像処理回路１２に取り込み、各１次元格子２，
３の空間周波数に対応したスペクトル成分を空間周波数
フィルタにより選択的に抽出し、その位相を個別にヘテ
ロダイン検出する。
元形状に応じて変形した空間周波数多重化２次元格子像
１０を画像処理回路１２に取り込み、各１次元格子２，
３の空間周波数に対応したスペクトル成分を空間周波数
フィルタにより選択的に抽出し、その位相を個別にヘテ
ロダイン検出する。
【００３０】この空間周波数フィルタリングは、変形格
手像を２次元フーリエ変換した周波数スペクトル領域で
行うか、あるいは、それと同等な２次元コンボルーショ
ン演算を２次元格子像に対して直接実行する。ヘテロダ
イン検出されたこれらの位相は（−π、π］の主値の範
囲に折り畳まれているが、被測定物６ａ，６ｂ，７の高
さを位相値に変換する計測感度が各１次元格子２，３の
空間周波数に応じて異なるために、各周波数スペクトル
ごとに異なる高さ範囲に折り畳まれた３次元形状分布が
得られる。
手像を２次元フーリエ変換した周波数スペクトル領域で
行うか、あるいは、それと同等な２次元コンボルーショ
ン演算を２次元格子像に対して直接実行する。ヘテロダ
イン検出されたこれらの位相は（−π、π］の主値の範
囲に折り畳まれているが、被測定物６ａ，６ｂ，７の高
さを位相値に変換する計測感度が各１次元格子２，３の
空間周波数に応じて異なるために、各周波数スペクトル
ごとに異なる高さ範囲に折り畳まれた３次元形状分布が
得られる。
【００３１】このため、それぞれの１次元格子２，３の
スペクトル成分から得られる複数の計測データを統合す
ることにより、不連続段差や孤立した物体面の有無に関
わらず、各単独の計測点ごとにその高さを個別に決定す
ることができる。また、１回の格子パターン投影で瞬時
計測することができるため、高速運動中や高速変形中の
不連続物体の瞬時形状の計測を可能にする。
スペクトル成分から得られる複数の計測データを統合す
ることにより、不連続段差や孤立した物体面の有無に関
わらず、各単独の計測点ごとにその高さを個別に決定す
ることができる。また、１回の格子パターン投影で瞬時
計測することができるため、高速運動中や高速変形中の
不連続物体の瞬時形状の計測を可能にする。
【００３２】以上本発明はこの様な実施形態に何等限定
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々なる態様で実施し得る。
されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々なる態様で実施し得る。
【００３３】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の３次元形状
測定方法は、大きな不連続段差をもつ被測定物や各部が
相互に接続点をもたない孤立した面から構成されるよう
な被測定物の３次元形状を、１回の格子パターン投影で
瞬時計測することができるため、従来法で困難であった
高速運動中や高速変形中の不連続物体の瞬時形状の計測
を可能にするという効果を奏する。干渉計測法と異なり
振動や空気の微小ゆらぎなどの影響を受けにくいので除
振台などを必要とせず、産業の現場における計測を可能
にする。また、本発明による空間周波数多重化格子は、
多重化した各１次元格子成分から異なる計測感度の位相
を取り出す手段として、ヘテロダイン法を用いることが
できるので、ヘテロダイン法の特徴である高分解能と本
発明の特色である測定のダイナミックレンジの拡大が同
時に達成される。
測定方法は、大きな不連続段差をもつ被測定物や各部が
相互に接続点をもたない孤立した面から構成されるよう
な被測定物の３次元形状を、１回の格子パターン投影で
瞬時計測することができるため、従来法で困難であった
高速運動中や高速変形中の不連続物体の瞬時形状の計測
を可能にするという効果を奏する。干渉計測法と異なり
振動や空気の微小ゆらぎなどの影響を受けにくいので除
振台などを必要とせず、産業の現場における計測を可能
にする。また、本発明による空間周波数多重化格子は、
多重化した各１次元格子成分から異なる計測感度の位相
を取り出す手段として、ヘテロダイン法を用いることが
できるので、ヘテロダイン法の特徴である高分解能と本
発明の特色である測定のダイナミックレンジの拡大が同
時に達成される。
【図１】本発明の一実施形態としての３次元形状測定方
法に用いる２次元格子の拡大説明図である。
法に用いる２次元格子の拡大説明図である。
【図２】本実施形態の３次元形状測定方法を用いた装置
の概略光製図である。
の概略光製図である。
【図３】本実施形態の被測定物の斜視図である。
【図４】本実施形態の２次元格子像の説明図である。
【図５】本実施形態の被測定物の空間周波数スペクトル
の強度分布を示す斜視図である。
の強度分布を示す斜視図である。
【図６】本実施形態の異なる感度で折り畳まれた高さ分
布の斜視図である。
布の斜視図である。
【図７】本実施形態の３次元形状測定方法により得られ
た計測結果の斜視図である。
た計測結果の斜視図である。
【図８】本実施形態の画像処理回路で行われるフーリエ
変換処理の一例を示すフローチャートである。
変換処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】本実施形態の画像処理回路で行われるコンボル
ーション処理の一例を示すフローチャートである。
ーション処理の一例を示すフローチャートである。
１…２次元格子 ２，３…１次元格子
４…光源 ５…投影レンズ
６ａ，６ｂ，７…被測定物
８…参照平面 ９…結像レンズ
１０…２次元格子像 １１…イメージセンサ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 高井 英明
神奈川県横浜市神奈川区西寺尾３−18−
30−Ｖ107
(72)発明者 高橋 洋祐
千葉県千葉市若宮区小倉台1741−１−
317
(56)参考文献 特開 平４−220510（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−44107（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−260107（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 11/24
G01B 11/25
G06T 1/00 315
Claims (3)
- 【請求項１】 ３次元形状の被測定物に格子パターンを
投影し、この格子像から前記被測定物の３次元形状の測
定値を得る３次元形状測定方法において、 周期と向きとが互いに異なる複数の１次元格子を重畳さ
せた２次元格子パターンを前記被測定物に投影し、前記
被測定物の３次元形状に応じて変形した２次元格子像を
撮像し、該２次元格子像から前記各１次元格子成分毎に
位相を検出し、該各位相に基づいて前記測定値を得るこ
とを特徴とする３次元形状測定方法。 - 【請求項２】 前記２次元格子パターンを投影する投影
器の投影レンズと前記２次元格子パターンを撮像するカ
メラの結像レンズとの中心を結ぶ直線が、前記被測定物
を置いた参照平面と平行であることを特徴とする請求項
１記載の３次元形状測定方法。 - 【請求項３】 前記両レンズの中心を結ぶ直線方向の前
記各一次元格子の周期比が、素数比であることを特徴と
する請求項１又は請求項２記載の３次元形状測定方法。
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|---|---|---|---|
| JP05056697A JP3388684B2 (ja) | 1997-03-05 | 1997-03-05 | ３次元形状測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05056697A JP3388684B2 (ja) | 1997-03-05 | 1997-03-05 | ３次元形状測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10246612A JPH10246612A (ja) | 1998-09-14 |
| JP3388684B2 true JP3388684B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=12862565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05056697A Expired - Fee Related JP3388684B2 (ja) | 1997-03-05 | 1997-03-05 | ３次元形状測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3388684B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010236880A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Toyota Motor Corp | 自動車ボディ表面欠陥検査方法、及び自動車ボディ表面欠陥検査装置 |
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| JP5743419B2 (ja) * | 2010-04-18 | 2015-07-01 | 国立大学法人宇都宮大学 | 形状測定方法及び装置並びに歪み測定方法及び装置 |
| JP6403776B2 (ja) * | 2013-08-19 | 2018-10-10 | ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアＢａｓｆ Ｓｅ | 光学検出器 |
| WO2016138143A1 (en) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | Oculus Vr, Llc | Using intensity variations in a light pattern for depth mapping of objects in a volume |
| JP6909378B2 (ja) * | 2016-09-14 | 2021-07-28 | 高知県公立大学法人 | 検査システム |
| CN108303038B (zh) * | 2017-12-21 | 2020-02-21 | 天津大学 | 基于二维光学点阵的反射型面形测量方法和装置 |
-
1997
- 1997-03-05 JP JP05056697A patent/JP3388684B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010236880A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Toyota Motor Corp | 自動車ボディ表面欠陥検査方法、及び自動車ボディ表面欠陥検査装置 |
| CN105203047A (zh) * | 2014-06-18 | 2015-12-30 | 沈阳同联集团高新技术有限公司 | 一种远心条纹相位测量装置 |
| CN105203047B (zh) * | 2014-06-18 | 2018-09-28 | 沈阳华慧高新技术有限公司 | 一种远心条纹相位测量装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10246612A (ja) | 1998-09-14 |
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