JP3446020B2 - 形状計測方法 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、形状計測方法に関
し、さらに詳しくは、工場ライン検査及び人体形状計測
の分野における非接触の形状計測に対して好適に使用す
ることが可能な、形状計測方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、非接触において物体の３次元形状
を計測する方法として、前記物体に所定の格子を投影
し、異なる角度からその格子を撮影して得られた画像を
解析することにより３次元形状を求める格子投影法が用
いられている。この格子投影法は、具体的には、（１）
物体に所定の格子を投影する工程と、（２）この投影さ
れた格子を撮影して格子画像を得る工程と、（３）この
格子画像を解析し、格子位相値を計算する工程と、
（４）この格子位相値から３次元座標を計算する工程
と、からなる。 【０００３】上記（１）及び（２）の工程における精度
は、投影及び撮影に使用するプロジェクタやＣＣＤカメ
ラなどの性能によって決定される。また、（３）の工程
における精度を向上させるために、フーリエ変換位相シ
フト法が好ましく用いられている。この方法は、ノイズ
の影響をほとんど無視することができ、極めて精度良く
格子画像を解析することができる。 【０００４】（４）の工程における精度を向上させるた
めには、３次元座標の計算においては、この格子画像解
析においては、撮像装置であるＣＣＤカメラや光照射装
置であるプロジェクタなどのレンズ中心位置や光軸の向
きなどの光学系パラメータを精度良く求めることが要求
される。この要求に答えるべく、本発明者らは、基準面
である２次元格子が描かれた基準平板を用い、この基準
平板の格子画像を解析することにより得た位相分布を用
いることにより、前記光学パラメータを精度良く求めら
れることを見出した。この計測方法に関しては、本発明
者らの出願によって特許を取得している（特許第２９１
３０２１）。 【０００５】図１は、本発明者らによる計測方法を説明
するための概念図である。最初に、２次元格子が描かれ
た２つの基準面Ｒ０及びＲ１を準備する。次いで、これ
ら基準面の格子画像をＣＣＤカメラ１によって撮影す
る。これらの格子画像は、図示しない演算処理機におい
てフーリエ変換されて、所定の位相分布に変換される。
基準面に描かれている２次元格子のそれぞれの格子点に
おける座標位置は既知であるので、ＣＣＤカメラの各画
素に対応する２次元格子の位相値がわかれば、その画素
に撮影されている基準面上の点の座標が得られることに
なる。基準面Ｒ０及びＲ１上における座標位置は前記演
算処理機中に位相データとして蓄積される。 【０００６】また、基準面Ｒ０及びＲ１にプロジェクタ
２から２次元格子を投影し、その２次元格子画像をＣＣ
Ｄカメラ１によって撮影する。これらの格子画像も、図
示しない演算処理機においてフーリエ変換されて、所定
の位相分布に変換される。この位相分布から、プロジェ
クタから投影されている２次元格子の各投影線がＣＣＤ
カメラのどの画素に撮影されているのかを求めることが
できる。ＣＣＤカメラの各画素に対応する基準面Ｒ０及
びＲ１上の座標はすでにわかっているので、プロジェク
タからの各投影線が基準面Ｒ０及びＲ１上に投影されて
いる点の座標を求めることができる。基準面Ｒ０及びＲ
１上におけるプロジェクタから投影された２次元格子の
座標位置も前記演算処理機中に位相データとして蓄積さ
れる。なお、ＣＣＤカメラ１とプロジェクタ２の位置
は、基準面を撮影する場合も物体の形状計測を行う場合
も、はじめに設置した状態のまま移動させないこととす
る。 【０００７】物体の形状計測は、基準面Ｒ０及びＲ１間
に物体３を配置し、この物体３にプロジェクタ２から２
次元格子を投影する。このときＣＣＤカメラ１とプロジ
ェクタ２の位置は、前述したようにはじめに設置した状
態のまま移動させない。プロジェクタ２から２次元格子
が投影されている物体３をＣＣＤカメラ１で撮影する
と、光線ＬＰが投影されている点ＳがＣＣＤカメラ３の
視線ＬＣ上に存在し、視線ＬＣに対応した画素に撮影さ
れる。上記説明で述べているように、その画素に撮影さ
れている基準面Ｒ０及びＲ１上の点Ｃ０及びＣ１の座標
は、演算処理機中に蓄積された位相データよりそれぞれ
得られることになり、視線ＬＣが点Ｃ０及びＣ１を通る
直線として精度よく求まることになる。 【０００８】また、光線ＬＰの持つ位相は、物体に投影
された格子を撮影した格子画像から求めることができ
る。上記説明で述べたように、光線ＬＰが基準面Ｒ０及
びＲ１とそれぞれ交わる点Ｐ０及びＰ１の座標は、演算
処理機中に蓄積された位相データよりそれぞれ得られる
ことになり、光線ＬＰが点Ｐ０及びＰ１を通る直線とし
て精度よく求まることになる。したがって、物体上の点
Ｓは、視線ＬＣと光線Ｌ Ｐの交点として得ることができ
る。物体表面の各点におてい同様の操作を行うことによ
り、物体の形状計測を行うことができる。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような方法においても、計測しようとする物体の大きさ
などによっては、正確な光学パラメータを求めることが
できず、これにより、前記物体の形状を非接触で精度良
く計測できない場合があった。 【００１０】本発明は、上記問題のない新規な形状計測
方法を提供することを目的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、３以上の基準面を、法線方向に略垂直な方向
において所定の間隔を置いて設定する工程と、２次元格
子が描かれた複数の基準平板を、それぞれ前記基準面の
位置に順次に配置する工程と、前記複数の基準平板上に
描かれた前記２次元格子を、撮像装置によって順次に撮
影して格子画像を得、前記複数の基準平板上における前
記２次元格子の座標位置を位相データとして順次蓄積す
る工程と、前記複数の基準平板上に画像投影装置から２
次元格子を順次投影するとともに、前記投影された２次
元格子を、撮像装置によって順次に撮影して格子画像を
得、前記投影された２次元格子の座標位置を位相データ
として蓄積する工程と、前記画像投影装置及び前記撮像
装置の設置位置を固定した状態において、前記複数の基
準平板を除去する工程と、前記基準面の最外方の２つの
間に、計測すべき物体を配置する工程と、前記画像投影
装置からの光線と前記撮像装置からの視線とを前記物体
の表面上において交差させる工程と、前記光線及び前記
視線の、前記物体表面上での交差位置から、前記基準面
の、前記交差位置に最も近接した第１の基準面及び第２
の基準面を選択する工程と、前記光線及び前記視線が前
記物体表面上で交差した状態において、前記光線の、前
記第１の基準面及び前記第２の基準面と交わる座標位
置、及び前記視線の、前記第１の基準面及び前記第２の
基準面と交わる座標位置を、前記２次元格子の座標位置
に関する前記位相データから導出し、前記交差位置の座
標を演算する工程と、を具えることを特徴とする、形状
計測方法に関する。 【００１２】本発明者らは、上述したような基準面を用
いる形状計測方法において、物体の大きさなどに依存し
てこの物体の形状が正確に計測できなくなる原因を探る
べき鋭意検討を行った。その結果、計測しようとする物
体を前記基準面より離して配置すればするほど、前記物
体の形状誤差が大きくなることを見出した。すなわち、
ある一つの物体に対して基準面を設定し、この基準面を
用いて前記物体よりも小さい物体の形状を計測しようと
すると、この物体は必然的に前記基準面より離れて配置
されることになる。したがって、この小さい物体の形状
計測においては誤差が大きくなってしまうことを見出し
た。 【００１３】そこで、本発明者らは、計測しようとする
物体の大きさに対応させて随時基準面の設定を行うこと
を試みた。しかしながら、このような方法では、前記基
準面の設定に伴う座標位置の位相データへのフーリエ変
換などに長時間を要してしまい、これによって計測に長
時間を要してしまうという新たな問題を生じさせてしま
っていた。したがって、本発明者らは、新たな形状計測
方法を見出すべく鋭意検討を行った。 【００１４】その結果、本発明者らによる上記計測方法
において、従来用いていた２つの基準面に代えて３つ以
上の基準面を予め設定しておき、計測すべき物体が配置
された箇所に最も近接する任意の基準面を選出し、この
基準面を利用することによって前記物体の形状計測を実
施することを想到した。本発明は、上述した原因の発見
と、この原因に基づく新たな形状計測方法のの探索の結
果としてなされたものである。 【００１５】したがって、本発明によれば、物体の大き
さが変化した場合においても、その大きさに適合するよ
うに、前記物体に最も近接する基準面を用いて前記物体
の形状を計測することができる。このため、物体形状の
計測精度を飛躍的に向上させることができる。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。図２及び３は、本発明の形
状計測方法を説明するための概念図である。なお、図２
及び３における、図１と同様の部分については同様の符
号を用いて表している。 【００１７】最初に、図２に示すように、２次元格子が
描かれた基準面Ｒ０〜ＲＮ−１（Ｎ≧３の自然数）を、
これら基準面の法線方向に所定の間隔をおいて設定す
る。なお、図中においては、便宜上、前記法線方向をＺ
方向にとってある。そして、基準面Ｒ０〜ＲＮ−１のそ
れぞれに対するＺ方向座標軸での座標位置Ｚ０〜ＺＮ−
１を図示しない所定の演算処理機に記憶させておく。 【００１８】次いで、２次元格子の描かれた基準平板を
基準面Ｒ０〜ＲＮ−１ 位置に順次設置にし、それぞれ
の位置において、前述したように描かれている２次元格
子の位相分布と、プロジェクタから投影された２次元格
子の位相分布をフーリエ変換することによって求め、そ
れぞれ前記演算処理機中の位相データの形で蓄積する。
つまり、この操作により、基準面Ｒ０〜ＲＮ−１の位置
における、ＣＣＤカメラの各視線が通る座標と、プロジ
ェクタの各投影線が通る座標の全てを求めることにな
る。なお、この操作終了後、基準平板は除去する。 【００１９】その後、計測すべき物体３を互いに最も離
れて位置する基準面Ｒ０及びＲＮ− １間に配置する。そ
して、前記同様にして、ＣＣＤカメラ１の視線ＬＣとプ
ロジェクタ２から発射される光線ＬＰとを物体３の表面
において交差させる。この交差点をＳ'とする。この交
差点Ｓ'の位置は、上述した本発明者らによる従来の計
測方法にしたがって、ＣＣＤカメラ１及プロジェクタ２
の位置に対応した、基準面Ｒ０及びＲＮ−１上における
座標位置Ｐ０及びＣ０、並びにＰＮ−１及びＣＮ −１よ
り求めることができる。すなわち、これらの座標位置か
ら交差点Ｓ'のＺ方向座標軸における座標位置ＺＳ'を知
ることができる。 【００２０】次に、前記演算処理機には、各基準面のＺ
方向座標位置が記憶されているため、座標位置ＺＳ'に
最も近接するＺｉ座標位置及びＺｉ＋１座標位置の２つ
の基準面Ｒｉ及びＲｉ＋１を選出する。その後は、従来
の方法と同様にして、ＣＣＤカメラ１及びプロジェクタ
２の位置に対応した、基準面ＲｉびＲｉ＋１の座標位置
Ｐｉ及びＣｉ、並びにＰｉ＋１及びＣｉ＋１の前記演算
処理機による計算から、物体３の表面の点Ｓの座標を求
め、これによって物体３の形状を計測するものである。 【００２１】図４は、本発明にしたがって、大きさが15
0×150ｍｍである平面形状の物体の形状計測を実施した
場合の計測誤差を示す図である。図から明らかなよう
に、本計測は、基準面の法線方向（Ｚ方向）において、
Ｒ０〜Ｒ５の５つの基準面を２０ｍｍの等間隔で配置
し、前記物体をＺ方向における所定の位置に配置した場
合の結果を示したものである。また、図５は、基準面Ｒ
０及びＲ５のみを用い、上記同様にして物体の形状計測
を実施した場合の計測誤差を示す図である。 【００２２】図４及び５から明らかなように、基準面Ｒ
０及びＲ５のみを用いた場合においては、基準面Ｒ０及
びＲ５から離れるにつれて、すなわち、これら基準面か
ら前記物体が離れて配置されるにつれて、計測誤差が増
大するのが分かる。これに反して、基準面Ｒ０〜Ｒ５を
用いた本発明の計測方法においては、基準面Ｒ０及びＲ
５の間においてほぼ一定の計測誤差を示すことが判明し
た。そして、この計測誤差は、基準面Ｒ０及びＲ５を用
いる従来の計測方法に対してほぼ１／３程度以下に減少
していることが分かる。すなわち、本発明の形状計測方
法によれば、計測すべき物体に最も近接した基準面を使
用することにより、前記物体の大きさによらず、前記物
体形状を正確に計測できることが分かる。 【００２３】図６は、本発明の形状計測方法を実施する
ために好適に用いることのできる、計測装置の一例を示
す図である。図６に示す形状計測装置は、撮像装置とし
てのＣＣＤカメラ１と、画像投影装置としてのプロジェ
クタ２と、画像表示装置としての液晶ディスプレイ４
と、この液晶ディスプレイ４を支持するための移動手段
である移動ステージ５とを具えている。 【００２４】ＣＣＤカメラ１及びプロジェクタ２は、図
２及び３に示すように互いに並列に配置するとともに、
液晶ディスプレイ４と対向するように配置されている。
そして、移動ステージ５は、液晶ディスプレイ４をＣＣ
Ｄカメラ１及びプロジェクタ２に向けて連続的に移動で
きるようになっている。液晶ディスプレイ４上には、演
算処理機６からの信号を受けて所定の２次元格子が画面
上に映しだされるようになっており、液晶ディスプレイ
の画面自体が基準面を構成するように設定されている。
また、ＣＣＤカメラ１、プロジェクタ２、液晶ディスプ
レイ４、及び移動ステージ５の位置並びに照射強度など
のすべての動作は、演算処理機６によって行われる。 【００２５】図６に示す形状計測装置を用いた形状計測
は、以下のようにして行う。最初に、移動ステージ５に
よって液晶ディスプレイ４をＣＣＤカメラ１及びプロジ
ェクタ２に向けて、所定の距離だけ数段階（Ｎ−１：Ｎ
≧３）移動させる。そして、各移動段階において、液晶
ディスプレイ４の画面上に表示された２次元格子の格子
画像をＣＣＤカメラ１で撮影する。これによって、実質
上基準面をＮ個設定したことになる。 【００２６】上述した形状計測装置においては、基準平
板を液晶ディスプレイの画面に表示された２次元格子か
ら構成し、この液晶ディスプレイを所定の距離だけ数段
階移動するように構成している。このため、単一の液晶
ディスプレイのみで所定の間隔だけ離隔された複数の基
準面上に基準平板を設定することができ、これによっ
て、装置構成を単純化することができる。 【００２７】本発明の形状計測装置においては、基準面
を液晶ディスプレイの画面に表示された２次元格子から
構成し、この液晶ディスプレイを所定の距離だけ数段階
移動するように構成している。このため、単一の液晶デ
ィスプレイのみで所定の間隔だけ離隔された複数の基準
面を設定することができ、これによって、装置構成を単
純化することができる。 【００２８】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の形状計測
方法によれば、任意の大きさの物体形状を高精度で計測
できることが分かる。 【００２９】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の形状計測
方法及び形状計測装置によれば、任意のおおきさの物体
形状を高精度で計測できることが分かる。
し、さらに詳しくは、工場ライン検査及び人体形状計測
の分野における非接触の形状計測に対して好適に使用す
ることが可能な、形状計測方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、非接触において物体の３次元形状
を計測する方法として、前記物体に所定の格子を投影
し、異なる角度からその格子を撮影して得られた画像を
解析することにより３次元形状を求める格子投影法が用
いられている。この格子投影法は、具体的には、（１）
物体に所定の格子を投影する工程と、（２）この投影さ
れた格子を撮影して格子画像を得る工程と、（３）この
格子画像を解析し、格子位相値を計算する工程と、
（４）この格子位相値から３次元座標を計算する工程
と、からなる。 【０００３】上記（１）及び（２）の工程における精度
は、投影及び撮影に使用するプロジェクタやＣＣＤカメ
ラなどの性能によって決定される。また、（３）の工程
における精度を向上させるために、フーリエ変換位相シ
フト法が好ましく用いられている。この方法は、ノイズ
の影響をほとんど無視することができ、極めて精度良く
格子画像を解析することができる。 【０００４】（４）の工程における精度を向上させるた
めには、３次元座標の計算においては、この格子画像解
析においては、撮像装置であるＣＣＤカメラや光照射装
置であるプロジェクタなどのレンズ中心位置や光軸の向
きなどの光学系パラメータを精度良く求めることが要求
される。この要求に答えるべく、本発明者らは、基準面
である２次元格子が描かれた基準平板を用い、この基準
平板の格子画像を解析することにより得た位相分布を用
いることにより、前記光学パラメータを精度良く求めら
れることを見出した。この計測方法に関しては、本発明
者らの出願によって特許を取得している（特許第２９１
３０２１）。 【０００５】図１は、本発明者らによる計測方法を説明
するための概念図である。最初に、２次元格子が描かれ
た２つの基準面Ｒ０及びＲ１を準備する。次いで、これ
ら基準面の格子画像をＣＣＤカメラ１によって撮影す
る。これらの格子画像は、図示しない演算処理機におい
てフーリエ変換されて、所定の位相分布に変換される。
基準面に描かれている２次元格子のそれぞれの格子点に
おける座標位置は既知であるので、ＣＣＤカメラの各画
素に対応する２次元格子の位相値がわかれば、その画素
に撮影されている基準面上の点の座標が得られることに
なる。基準面Ｒ０及びＲ１上における座標位置は前記演
算処理機中に位相データとして蓄積される。 【０００６】また、基準面Ｒ０及びＲ１にプロジェクタ
２から２次元格子を投影し、その２次元格子画像をＣＣ
Ｄカメラ１によって撮影する。これらの格子画像も、図
示しない演算処理機においてフーリエ変換されて、所定
の位相分布に変換される。この位相分布から、プロジェ
クタから投影されている２次元格子の各投影線がＣＣＤ
カメラのどの画素に撮影されているのかを求めることが
できる。ＣＣＤカメラの各画素に対応する基準面Ｒ０及
びＲ１上の座標はすでにわかっているので、プロジェク
タからの各投影線が基準面Ｒ０及びＲ１上に投影されて
いる点の座標を求めることができる。基準面Ｒ０及びＲ
１上におけるプロジェクタから投影された２次元格子の
座標位置も前記演算処理機中に位相データとして蓄積さ
れる。なお、ＣＣＤカメラ１とプロジェクタ２の位置
は、基準面を撮影する場合も物体の形状計測を行う場合
も、はじめに設置した状態のまま移動させないこととす
る。 【０００７】物体の形状計測は、基準面Ｒ０及びＲ１間
に物体３を配置し、この物体３にプロジェクタ２から２
次元格子を投影する。このときＣＣＤカメラ１とプロジ
ェクタ２の位置は、前述したようにはじめに設置した状
態のまま移動させない。プロジェクタ２から２次元格子
が投影されている物体３をＣＣＤカメラ１で撮影する
と、光線ＬＰが投影されている点ＳがＣＣＤカメラ３の
視線ＬＣ上に存在し、視線ＬＣに対応した画素に撮影さ
れる。上記説明で述べているように、その画素に撮影さ
れている基準面Ｒ０及びＲ１上の点Ｃ０及びＣ１の座標
は、演算処理機中に蓄積された位相データよりそれぞれ
得られることになり、視線ＬＣが点Ｃ０及びＣ１を通る
直線として精度よく求まることになる。 【０００８】また、光線ＬＰの持つ位相は、物体に投影
された格子を撮影した格子画像から求めることができ
る。上記説明で述べたように、光線ＬＰが基準面Ｒ０及
びＲ１とそれぞれ交わる点Ｐ０及びＰ１の座標は、演算
処理機中に蓄積された位相データよりそれぞれ得られる
ことになり、光線ＬＰが点Ｐ０及びＰ１を通る直線とし
て精度よく求まることになる。したがって、物体上の点
Ｓは、視線ＬＣと光線Ｌ Ｐの交点として得ることができ
る。物体表面の各点におてい同様の操作を行うことによ
り、物体の形状計測を行うことができる。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような方法においても、計測しようとする物体の大きさ
などによっては、正確な光学パラメータを求めることが
できず、これにより、前記物体の形状を非接触で精度良
く計測できない場合があった。 【００１０】本発明は、上記問題のない新規な形状計測
方法を提供することを目的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明は、３以上の基準面を、法線方向に略垂直な方向
において所定の間隔を置いて設定する工程と、２次元格
子が描かれた複数の基準平板を、それぞれ前記基準面の
位置に順次に配置する工程と、前記複数の基準平板上に
描かれた前記２次元格子を、撮像装置によって順次に撮
影して格子画像を得、前記複数の基準平板上における前
記２次元格子の座標位置を位相データとして順次蓄積す
る工程と、前記複数の基準平板上に画像投影装置から２
次元格子を順次投影するとともに、前記投影された２次
元格子を、撮像装置によって順次に撮影して格子画像を
得、前記投影された２次元格子の座標位置を位相データ
として蓄積する工程と、前記画像投影装置及び前記撮像
装置の設置位置を固定した状態において、前記複数の基
準平板を除去する工程と、前記基準面の最外方の２つの
間に、計測すべき物体を配置する工程と、前記画像投影
装置からの光線と前記撮像装置からの視線とを前記物体
の表面上において交差させる工程と、前記光線及び前記
視線の、前記物体表面上での交差位置から、前記基準面
の、前記交差位置に最も近接した第１の基準面及び第２
の基準面を選択する工程と、前記光線及び前記視線が前
記物体表面上で交差した状態において、前記光線の、前
記第１の基準面及び前記第２の基準面と交わる座標位
置、及び前記視線の、前記第１の基準面及び前記第２の
基準面と交わる座標位置を、前記２次元格子の座標位置
に関する前記位相データから導出し、前記交差位置の座
標を演算する工程と、を具えることを特徴とする、形状
計測方法に関する。 【００１２】本発明者らは、上述したような基準面を用
いる形状計測方法において、物体の大きさなどに依存し
てこの物体の形状が正確に計測できなくなる原因を探る
べき鋭意検討を行った。その結果、計測しようとする物
体を前記基準面より離して配置すればするほど、前記物
体の形状誤差が大きくなることを見出した。すなわち、
ある一つの物体に対して基準面を設定し、この基準面を
用いて前記物体よりも小さい物体の形状を計測しようと
すると、この物体は必然的に前記基準面より離れて配置
されることになる。したがって、この小さい物体の形状
計測においては誤差が大きくなってしまうことを見出し
た。 【００１３】そこで、本発明者らは、計測しようとする
物体の大きさに対応させて随時基準面の設定を行うこと
を試みた。しかしながら、このような方法では、前記基
準面の設定に伴う座標位置の位相データへのフーリエ変
換などに長時間を要してしまい、これによって計測に長
時間を要してしまうという新たな問題を生じさせてしま
っていた。したがって、本発明者らは、新たな形状計測
方法を見出すべく鋭意検討を行った。 【００１４】その結果、本発明者らによる上記計測方法
において、従来用いていた２つの基準面に代えて３つ以
上の基準面を予め設定しておき、計測すべき物体が配置
された箇所に最も近接する任意の基準面を選出し、この
基準面を利用することによって前記物体の形状計測を実
施することを想到した。本発明は、上述した原因の発見
と、この原因に基づく新たな形状計測方法のの探索の結
果としてなされたものである。 【００１５】したがって、本発明によれば、物体の大き
さが変化した場合においても、その大きさに適合するよ
うに、前記物体に最も近接する基準面を用いて前記物体
の形状を計測することができる。このため、物体形状の
計測精度を飛躍的に向上させることができる。 【００１６】 【発明の実施の形態】以下、本発明を発明の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。図２及び３は、本発明の形
状計測方法を説明するための概念図である。なお、図２
及び３における、図１と同様の部分については同様の符
号を用いて表している。 【００１７】最初に、図２に示すように、２次元格子が
描かれた基準面Ｒ０〜ＲＮ−１（Ｎ≧３の自然数）を、
これら基準面の法線方向に所定の間隔をおいて設定す
る。なお、図中においては、便宜上、前記法線方向をＺ
方向にとってある。そして、基準面Ｒ０〜ＲＮ−１のそ
れぞれに対するＺ方向座標軸での座標位置Ｚ０〜ＺＮ−
１を図示しない所定の演算処理機に記憶させておく。 【００１８】次いで、２次元格子の描かれた基準平板を
基準面Ｒ０〜ＲＮ−１ 位置に順次設置にし、それぞれ
の位置において、前述したように描かれている２次元格
子の位相分布と、プロジェクタから投影された２次元格
子の位相分布をフーリエ変換することによって求め、そ
れぞれ前記演算処理機中の位相データの形で蓄積する。
つまり、この操作により、基準面Ｒ０〜ＲＮ−１の位置
における、ＣＣＤカメラの各視線が通る座標と、プロジ
ェクタの各投影線が通る座標の全てを求めることにな
る。なお、この操作終了後、基準平板は除去する。 【００１９】その後、計測すべき物体３を互いに最も離
れて位置する基準面Ｒ０及びＲＮ− １間に配置する。そ
して、前記同様にして、ＣＣＤカメラ１の視線ＬＣとプ
ロジェクタ２から発射される光線ＬＰとを物体３の表面
において交差させる。この交差点をＳ'とする。この交
差点Ｓ'の位置は、上述した本発明者らによる従来の計
測方法にしたがって、ＣＣＤカメラ１及プロジェクタ２
の位置に対応した、基準面Ｒ０及びＲＮ−１上における
座標位置Ｐ０及びＣ０、並びにＰＮ−１及びＣＮ −１よ
り求めることができる。すなわち、これらの座標位置か
ら交差点Ｓ'のＺ方向座標軸における座標位置ＺＳ'を知
ることができる。 【００２０】次に、前記演算処理機には、各基準面のＺ
方向座標位置が記憶されているため、座標位置ＺＳ'に
最も近接するＺｉ座標位置及びＺｉ＋１座標位置の２つ
の基準面Ｒｉ及びＲｉ＋１を選出する。その後は、従来
の方法と同様にして、ＣＣＤカメラ１及びプロジェクタ
２の位置に対応した、基準面ＲｉびＲｉ＋１の座標位置
Ｐｉ及びＣｉ、並びにＰｉ＋１及びＣｉ＋１の前記演算
処理機による計算から、物体３の表面の点Ｓの座標を求
め、これによって物体３の形状を計測するものである。 【００２１】図４は、本発明にしたがって、大きさが15
0×150ｍｍである平面形状の物体の形状計測を実施した
場合の計測誤差を示す図である。図から明らかなよう
に、本計測は、基準面の法線方向（Ｚ方向）において、
Ｒ０〜Ｒ５の５つの基準面を２０ｍｍの等間隔で配置
し、前記物体をＺ方向における所定の位置に配置した場
合の結果を示したものである。また、図５は、基準面Ｒ
０及びＲ５のみを用い、上記同様にして物体の形状計測
を実施した場合の計測誤差を示す図である。 【００２２】図４及び５から明らかなように、基準面Ｒ
０及びＲ５のみを用いた場合においては、基準面Ｒ０及
びＲ５から離れるにつれて、すなわち、これら基準面か
ら前記物体が離れて配置されるにつれて、計測誤差が増
大するのが分かる。これに反して、基準面Ｒ０〜Ｒ５を
用いた本発明の計測方法においては、基準面Ｒ０及びＲ
５の間においてほぼ一定の計測誤差を示すことが判明し
た。そして、この計測誤差は、基準面Ｒ０及びＲ５を用
いる従来の計測方法に対してほぼ１／３程度以下に減少
していることが分かる。すなわち、本発明の形状計測方
法によれば、計測すべき物体に最も近接した基準面を使
用することにより、前記物体の大きさによらず、前記物
体形状を正確に計測できることが分かる。 【００２３】図６は、本発明の形状計測方法を実施する
ために好適に用いることのできる、計測装置の一例を示
す図である。図６に示す形状計測装置は、撮像装置とし
てのＣＣＤカメラ１と、画像投影装置としてのプロジェ
クタ２と、画像表示装置としての液晶ディスプレイ４
と、この液晶ディスプレイ４を支持するための移動手段
である移動ステージ５とを具えている。 【００２４】ＣＣＤカメラ１及びプロジェクタ２は、図
２及び３に示すように互いに並列に配置するとともに、
液晶ディスプレイ４と対向するように配置されている。
そして、移動ステージ５は、液晶ディスプレイ４をＣＣ
Ｄカメラ１及びプロジェクタ２に向けて連続的に移動で
きるようになっている。液晶ディスプレイ４上には、演
算処理機６からの信号を受けて所定の２次元格子が画面
上に映しだされるようになっており、液晶ディスプレイ
の画面自体が基準面を構成するように設定されている。
また、ＣＣＤカメラ１、プロジェクタ２、液晶ディスプ
レイ４、及び移動ステージ５の位置並びに照射強度など
のすべての動作は、演算処理機６によって行われる。 【００２５】図６に示す形状計測装置を用いた形状計測
は、以下のようにして行う。最初に、移動ステージ５に
よって液晶ディスプレイ４をＣＣＤカメラ１及びプロジ
ェクタ２に向けて、所定の距離だけ数段階（Ｎ−１：Ｎ
≧３）移動させる。そして、各移動段階において、液晶
ディスプレイ４の画面上に表示された２次元格子の格子
画像をＣＣＤカメラ１で撮影する。これによって、実質
上基準面をＮ個設定したことになる。 【００２６】上述した形状計測装置においては、基準平
板を液晶ディスプレイの画面に表示された２次元格子か
ら構成し、この液晶ディスプレイを所定の距離だけ数段
階移動するように構成している。このため、単一の液晶
ディスプレイのみで所定の間隔だけ離隔された複数の基
準面上に基準平板を設定することができ、これによっ
て、装置構成を単純化することができる。 【００２７】本発明の形状計測装置においては、基準面
を液晶ディスプレイの画面に表示された２次元格子から
構成し、この液晶ディスプレイを所定の距離だけ数段階
移動するように構成している。このため、単一の液晶デ
ィスプレイのみで所定の間隔だけ離隔された複数の基準
面を設定することができ、これによって、装置構成を単
純化することができる。 【００２８】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の形状計測
方法によれば、任意の大きさの物体形状を高精度で計測
できることが分かる。 【００２９】 【発明の効果】以上説明したように、本発明の形状計測
方法及び形状計測装置によれば、任意のおおきさの物体
形状を高精度で計測できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の形状計測方法を説明するための概念図
である。 【図２】 本発明の形状計測方法を説明するための概念
図である。 【図３】 同じく、本発明の形状計測方法を説明するた
めの概念図である。 【図４】 本発明の形状計測方法によって物体形状を計
測した場合の、計測誤差を示すグラフである。 【図５】 従来の形状計測方法によって物体形状を計測
した場合の、計測誤差を示すグラフである。 【図６】 本発明の方法に用いる形状計測装置の一例を
示す図である。 【符号の説明】 １ ＣＣＤカメラ ２ プロジェクタ ３ 形状計測物体 ４ 液晶ディスプレイ ５ 移動ステージ ６ 演算処理機 Ｒ０〜ＲＮ−１ 基準面
である。 【図２】 本発明の形状計測方法を説明するための概念
図である。 【図３】 同じく、本発明の形状計測方法を説明するた
めの概念図である。 【図４】 本発明の形状計測方法によって物体形状を計
測した場合の、計測誤差を示すグラフである。 【図５】 従来の形状計測方法によって物体形状を計測
した場合の、計測誤差を示すグラフである。 【図６】 本発明の方法に用いる形状計測装置の一例を
示す図である。 【符号の説明】 １ ＣＣＤカメラ ２ プロジェクタ ３ 形状計測物体 ４ 液晶ディスプレイ ５ 移動ステージ ６ 演算処理機 Ｒ０〜ＲＮ−１ 基準面
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(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 11/00 - 11/30
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 ３以上の基準面を、法線方向に略垂直な
方向において所定の間隔を置いて設定する工程と、 ２次元格子が描かれた複数の基準平板を、それぞれ前記
基準面の位置に順次に配置する工程と、 前記複数の基準平板上に描かれた前記２次元格子を、撮
像装置によって順次に撮影して格子画像を得、前記複数
の基準平板上における前記２次元格子の座標位置を位相
データとして順次蓄積する工程と、 前記複数の基準平板上に画像投影装置から２次元格子を
順次投影するとともに、前記投影された２次元格子を、
撮像装置によって順次に撮影して格子画像を得、前記投
影された２次元格子の座標位置を位相データとして蓄積
する工程と、 前記画像投影装置及び前記撮像装置の設置位置を固定し
た状態において、前記複数の基準平板を除去する工程
と、 前記基準面の最外方の２つの間に、計測すべき物体を配
置する工程と、 前記画像投影装置からの光線と前記撮像装置からの視線
とを前記物体の表面上において交差させる工程と、 前記光線及び前記視線の、前記物体表面上での交差位置
から、前記基準面の、前記交差位置に最も近接した第１
の基準面及び第２の基準面を選択する工程と、 前記光線及び前記視線が前記物体表面上で交差した状態
において、前記光線の、前記第１の基準面及び前記第２
の基準面と交わる座標位置、及び前記視線の、前記第１
の基準面及び前記第２の基準面と交わる座標位置を、前
記２次元格子の座標位置に関する前記位相データから導
出し、前記交差位置の座標を演算する工程と、を具える
ことを特徴とする、形状計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000070269A JP3446020B2 (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 形状計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000070269A JP3446020B2 (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 形状計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264031A JP2001264031A (ja) | 2001-09-26 |
| JP3446020B2 true JP3446020B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=18589031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000070269A Expired - Lifetime JP3446020B2 (ja) | 2000-03-14 | 2000-03-14 | 形状計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3446020B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013221801A (ja) * | 2012-04-13 | 2013-10-28 | Motoharu Fujigaki | 三次元変位計測方法とその装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4480488B2 (ja) * | 2003-08-28 | 2010-06-16 | 富士通株式会社 | 計測装置、コンピュータ数値制御装置及びプログラム |
| JP4873485B2 (ja) * | 2007-05-11 | 2012-02-08 | 国立大学法人 和歌山大学 | 多数の基準面を用いた形状計測方法および形状計測装置 |
-
2000
- 2000-03-14 JP JP2000070269A patent/JP3446020B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001264031A (ja) | 2001-09-26 |
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