JP3536097B2 - Method and apparatus for measuring grating projection shape using frequency modulation grating - Google Patents

Method and apparatus for measuring grating projection shape using frequency modulation grating

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JP3536097B2
JP3536097B2 JP2002057776A JP2002057776A JP3536097B2 JP 3536097 B2 JP3536097 B2 JP 3536097B2 JP 2002057776 A JP2002057776 A JP 2002057776A JP 2002057776 A JP2002057776 A JP 2002057776A JP 3536097 B2 JP3536097 B2 JP 3536097B2
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grating
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泰之 池田
吉春 森本
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聡 米山
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和歌山大学長
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、形状計測方法及び
装置に関し、特に、格子を投影した物体を撮影した画像
から形状計測を行う方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring method and apparatus, and more particularly to a method and apparatus for measuring shape from an image of an object on which a grid is projected.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の形状計測法において、格子の位相
解析により得られる位相分布は0〜2πの繰り返しの不
連続な値となっており、位置に対し一意の値として求め
るためには、分解能を落としてピッチの大きな格子を投
影するか、格子の位相分布を連続化(位相接続)する必
要があった。格子の位相分布を連続化することで位相値
と物体の高さを1対1で対応付けることができ、位相値
から物体の高さを推定することが可能になる。従来の位
相接続方法は、1種類の格子のみを用いる方法では、物
体が急激な段差を持つ場合に高さを求めることができな
かった。この欠点を克服するためにピッチの異なる複数
の格子を用いる方法があるが、計測装置の構造が複雑に
なり、連続的な解析にも向かないという欠点があった。
2. Description of the Related Art In a conventional shape measuring method, a phase distribution obtained by phase analysis of a lattice has a discontinuous value of 0 to 2π, and in order to obtain a unique value for a position, a resolution is required. It was necessary to drop the grating to project a grating with a large pitch, or to make the phase distribution of the grating continuous (phase connection). By making the phase distribution of the grating continuous, the phase value and the height of the object can be associated one-to-one, and the height of the object can be estimated from the phase value. In the conventional phase connection method, the height cannot be obtained when the object has a sharp step by using only one type of grating. In order to overcome this drawback, there is a method of using a plurality of grids having different pitches, but it has a drawback that the structure of the measuring device becomes complicated and it is not suitable for continuous analysis.

【0003】格子の位相分布を連続化する方法として、
森本吉春、瀬口靖幸、東俊彦による「フーリエ変換を用
いたモアレ法によるひずみ解析」、日本機械学会論文
集、54(24)、1546−1552ページ、(19
98)に記載の周囲の画素の位相値を参照する方法があ
る。この方法は、隣接する2画素の位相値を比較し、急
激に変化するところを位相の変わり目と判断して連続化
を行うが、ノイズの影響を受けやすく、また急激な段差
のある物体では形状を計測できないという欠点を持つ。
一方、ノイズの影響を受けにくく、急激な段差があって
も精度よく位相接続を行う方法として、格内敏、中本邦
博、坂本亨、岩田耕一による「アクティブな液晶光源を
用いた形状計測」、日本機械学会公演論文集、54(2
4)、1546−1552ページ(1995)に記載の
ピッチの異なる複数の格子を使用する方法がある。この
方法は、ピッチの異なる複数の位相分布を互いに参照し
ながら各画素単位で位相接続を行うため、周囲の画素の
影響を受けないが、複数の格子を投影しなければならな
いため、装置の構造が複雑になる。本発明者は、特願平
2000−279457号公報「カラー矩形波格子投影
によるリアルタイム形状変形計測方法」において、カラ
ーフィルムを用いて2種類のピッチが異なる格子を同時
に投影し、撮影後に色分離することで実時間で位相接続
を行う方法を開示したが、特殊なカメラが必要であり、
色の濃い物体を計測しにくいという欠点があった。さら
に、本発明者は、特願平2001−315178号公報
「単色矩形波格子を用いる形状計測方法及び形状計測装
置」において、2種類のピッチが異なる矩形波を合成し
たグレー格子を用いて実時間で位相接続を行う方法を開
示したが、最低12回の撮影が必要となる上に格子のコ
ントラストが悪くなるという欠点があった。
As a method of making the phase distribution of the grating continuous,
Yoshiharu Morimoto, Yasuyuki Seguchi, Toshihiko Azuma, "Strain Analysis by Moire Method Using Fourier Transform," Proceedings of the Japan Society of Mechanical Engineers, 54 (24), 1546-1552, (19).
98), there is a method of referring to the phase values of surrounding pixels. In this method, the phase values of two adjacent pixels are compared, and the point where a sudden change is judged to be a phase change is made continuous, but it is susceptible to noise, and the shape of an object with a sharp step is changed. Has the drawback that it cannot measure.
On the other hand, “Shape measurement using an active liquid crystal light source” by Satoshi Kakuuchi, Kunihiro Nakamoto, Toru Sakamoto and Koichi Iwata is a method that is not easily affected by noise and can perform phase connection accurately even when there is a sharp step. , Proceedings of the Japan Society of Mechanical Engineers, 54 (2
4), pp. 1546-1552 (1995), there is a method of using a plurality of gratings having different pitches. Since this method performs phase connection for each pixel while referencing a plurality of phase distributions having different pitches from each other, it is not affected by surrounding pixels, but a plurality of gratings must be projected. Becomes complicated. The inventors of the present invention, in Japanese Patent Application No. 2000-279457, entitled "Real-time Shape Deformation Measuring Method by Color Rectangular Wave Grating Projection", simultaneously project two types of gratings having different pitches using a color film, and perform color separation after photographing. So I disclosed a method to perform phase connection in real time, but a special camera is required,
It has the drawback that it is difficult to measure dark objects. Further, the inventors of the present invention, in Japanese Patent Application No. 2001-315178 "Shape Measuring Method and Shape Measuring Device Using Monochromatic Rectangular Wave Grating", use a gray grating that combines two kinds of rectangular waves with different pitches in real time. However, there is a drawback that the contrast of the grating is deteriorated in addition to the necessity of photographing at least 12 times.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したことを鑑み、
本発明の目的は、シンプルな構造の装置で位相接続を行
うことができる形状計測方法及び装置を提供することで
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above,
An object of the present invention is to provide a shape measuring method and device capable of performing phase connection with a device having a simple structure.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の第1発
明は、物体の高さ分布を得る形状計測方法において、位
置によって周波数と輝度が各々周期的に変化する周波数
変調格子を所定の速度で移動させながら計測対象物体に
投影するステップと、前記格子が投影された計測対象物
体を連続的に一定間隔で撮影するステップと、前記撮影
された画像から、周波数に関する位相分布と、輝度に関
する位相分布とを各々求めるステップと、前記周波数に
関する位相分布と、輝度に関する位相分布とを使用して
位相接続するステップと、前記位相接続した位相分布を
前記計測対象物体の高さ分布に対応させるステップとを
含むことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, in a shape measuring method for obtaining a height distribution of an object, a frequency modulation grating in which frequency and luminance are cyclically changed depending on a position is provided. A step of projecting onto the measurement target object while moving at a speed; a step of continuously photographing the measurement target object onto which the grating is projected; a phase distribution relating to frequency and luminance relating to luminance from the photographed image; A step of obtaining a phase distribution, a step of phase-connecting using the phase distribution regarding the frequency, and a phase distribution regarding luminance, and a step of making the phase-connected phase distribution correspond to the height distribution of the measurement target object. It is characterized by including and.

【0006】請求項2に記載の第2発明は、第1発明の
形状計測方法において、前記周波数変調格子を、前記周
波数変調格子を投影した前記計測対象物体の画像におけ
る座標(x,y)における輝度Iが、Aを周波数変化の
振幅、θ(x,y)を位相変化成分の初期位相、θ
(x,y)を周波数変化成分の初期位相、αを格子の移
動距離、Pを位相変化成分の周期、Pを周波数変化
成分の周期とした場合、以下式(1)となるようにした
ことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the shape measuring method according to the first aspect, the frequency modulation grating is at coordinates (x, y) in the image of the measurement target object onto which the frequency modulation grating is projected. The luminance I is A, the amplitude of the frequency change, θ 1 (x, y) is the initial phase of the phase change component, and θ 2
(X, y) is the initial phase of the frequency change component, α is the lattice shift
When the moving distance , P 1 is the period of the phase change component, and P 2 is the period of the frequency change component, the following equation (1) is used.

【数2】 [Equation 2]

【0007】請求項3に記載の第3発明は、物体の高さ
分布を得る形状計測装置において、位置によって周波数
と輝度が各々周期的に変化する周波数変調格子の像を有
する格子スライドと、前記格子スライドを所定の速度で
移動させる移動手段と、前記格子スライドの格子の像を
計測対象物体に投影する投影手段と、前記格子が投影さ
れた計測対象物体を連続的に一定間隔で撮影する撮影手
段と、前記撮影された画像から、周波数に関する位相分
布と、輝度に関する位相分布とを各々求める手段と、前
記周波数に関する位相分布と、輝度に関する位相分布と
を使用して位相接続する手段と、前記位相接続した位相
分布を前記計測対象物体の高さ分布に対応させる手段と
を具えることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in a shape measuring apparatus for obtaining a height distribution of an object, a grating slide having an image of a frequency modulation grating in which frequency and luminance are cyclically changed depending on a position, and Moving means for moving the lattice slide at a predetermined speed, projection means for projecting the image of the lattice of the lattice slide on the measurement target object, and photographing for continuously capturing the measurement target object on which the grid is projected at constant intervals. Means, means for respectively obtaining a phase distribution regarding frequency and a phase distribution regarding luminance from the captured image, means for performing phase connection using the phase distribution regarding the frequency and the phase distribution regarding luminance, and And a means for associating the phase distribution connected in phase with the height distribution of the object to be measured.

【0008】[0008]

【発明の効果】第1発明によれば、位置によってピッチ
が周期的に変化する格子模様(以後、周波数変調格子と
呼ぶ)を物体に投影し、表面の形状を非接触、高速、高
精度に計測する。周波数変調格子には、単色の格子に輝
度変化成分と周波数変化成分の2種類の成分が組み込ま
れている。これら2種類の成分の位相分布を解析して、
位相接続を行うことで、大きな段差や不連続な形状を持
つ物体に対しても精度よく形状を計測できる。また、1
種類の格子を一定間隔ずつシフトさせて投影するため、
簡単な構造の装置で実現できる。
According to the first aspect of the present invention, a grid pattern (hereinafter referred to as a frequency modulation grid) in which the pitch periodically changes depending on the position is projected on the object, and the surface shape is non-contact, high speed, and high accuracy. measure. In the frequency modulation grating, two types of components, a brightness change component and a frequency change component, are incorporated in a monochromatic grating. Analyzing the phase distribution of these two components,
By performing phase connection, it is possible to accurately measure the shape of an object having a large step or a discontinuous shape. Also, 1
Since the grids of various types are projected by shifting at regular intervals,
It can be realized with a device having a simple structure.

【0009】第2発明によれば、式(1)が成り立つよ
うにすることで、輝度変化成分と周波数変化成分の2種
類の成分を組み込んだ周波数変調波格子を実現すること
ができる。
According to the second aspect of the present invention, the frequency modulated wave grating incorporating the two kinds of components of the luminance change component and the frequency change component can be realized by making the equation (1) hold.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】図1は、本発明による形状計測方
法を実行する一般的な構成を示す図である。この例で
は、物体10の形状を計測する。周波数変調格子が印刷
された基準格子スライド1は、移動テーブル2に取り付
けられ、移動テーブル2は、ステッピングモータ3によ
って、コントローラ6の制御の下でx軸方向に微小に動
かせるようにしてある。基準格子スライド1の前面には
投影レンズ5、背面には光源4を配置し、計測対象物体
10に格子が投影されるようにしてある。光源4は計測
対象物体10のほうを向いており、投影レンズ5と基準
格子スライド1の面が平行になるようにしてある。CC
Dカメラ8は、格子を投影された計測対象物体を撮影
し、撮影した格子画像を位相計算用コンピュータ7に供
給する。位相計算用コンピュータ7は、コントローラ6
に指示して基準格子スライド1を動かしながらCCDカ
メラ8が撮影した格子画像から、以下に説明するような
方法によって位相差分布出力画像を得て、ディスプレイ
装置9に供給する。ディスプレイ装置9は、前記位相差
分布出力画像を表示する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a diagram showing a general configuration for executing the shape measuring method according to the present invention. In this example, the shape of the object 10 is measured. A reference grating slide 1 on which a frequency modulation grating is printed is attached to a moving table 2, and the moving table 2 can be finely moved in the x-axis direction by a stepping motor 3 under the control of a controller 6. A projection lens 5 is arranged on the front surface of the reference grid slide 1, and a light source 4 is arranged on the back surface thereof so that the grid is projected onto the measurement object 10. The light source 4 faces the object 10 to be measured, and the projection lens 5 and the surface of the reference grating slide 1 are parallel to each other. CC
The D camera 8 photographs the measurement target object on which the lattice is projected, and supplies the photographed lattice image to the phase calculation computer 7. The phase calculation computer 7 is a controller 6
In accordance with the instruction, the phase difference distribution output image is obtained from the lattice image taken by the CCD camera 8 while moving the reference lattice slide 1, and is supplied to the display device 9. The display device 9 displays the phase difference distribution output image.

【0011】以下に、上記構成を用いる本発明による形
状計測方法を説明する。CCDカメラ8の1画素(x,
y)で撮影される周波数変調格子の輝度Iは、以下の式
で表される。
The shape measuring method according to the present invention using the above configuration will be described below. 1 pixel (x,
The luminance I of the frequency modulation grating photographed in y) is expressed by the following equation.

【数3】 式(1)において、αは格子の移動距離を表す。また、
θ(x,y)は位相変化成分の初期位相、θ(x,
y)は周波数変化成分の初期位相であり、Aは周波数変
化の振幅を表す。P、Pはそれぞれ位相変化成分及
び周波数変化成分の周期であり、本実施例の場合、
:P=3:3n+1(nは自然数)を満たすよう
にする。a及びbは、それぞれ輝度振幅(コントラス
ト)成分及びバイアス成分を表す。下線部分は周波数変
化成分を示す。αをP/3ずつ変化させて9回撮影し
たときの輝度IをI...Iとすると、
[Equation 3] In Expression (1), α represents the moving distance of the lattice. Also,
θ 1 (x, y) is the initial phase of the phase change component, θ 2 (x, y
y) is the initial phase of the frequency change component, and A represents the amplitude of the frequency change. P 1 and P 2 are the periods of the phase change component and the frequency change component, respectively, and in the case of the present embodiment,
P 1 : P 2 = 3: 3n + 1 (n is a natural number) is satisfied. a and b represent a brightness amplitude (contrast) component and a bias component, respectively. The underlined portion shows the frequency change component. The luminance I when the shot nine times by changing each P 2/3 α I 0. . . I 8

【数4】 となる。P:P=3:22としたときに得られるI
〜Iの画像をそれぞれ図2(a)〜(i)に示す。
ここで、P:P=3:3n+1より、次式が成り立
つ。
[Equation 4] Becomes I obtained when P 1 : P 2 = 3: 22
Images of 0 to I 8 are shown in FIGS. 2 (a) to 2 (i), respectively.
Here, the following expression is established from P 1 : P 2 = 3: 3n + 1.

【数5】 したがって、式(2)のI〜Iを次のように書き直
すことができる。
[Equation 5] Therefore, I 0 to I 8 in the equation (2) can be rewritten as follows.

【数6】 輝度I、I、Iに注目すると、これらは周波数変
化成分が同じであり、それぞれの位相変化成分が2π/
3ずつ異なっていることがわかる。したがって、位相シ
フト法の適用により、周波数変化成分を含む格子の初期
位相を求めることができる。この周波数変化成分を含む
初期位相をΘと定義すると、Θは以下の式で表され
る。
[Equation 6] Focusing on the luminances I 0 , I 3 , and I 6 , they have the same frequency change component, and each phase change component is 2π /.
You can see that they differ by 3. Therefore, by applying the phase shift method, the initial phase of the grating including the frequency change component can be obtained. If the initial phase including this frequency change component is defined as Θ 0 , Θ 0 is expressed by the following equation.

【数7】 ただし、式(5)において、argは位相算出の演算子
であり、定義を以下の表に示す。arg(x,y)の定
[Equation 7] However, in Expression (5), arg is an operator for phase calculation, and the definition is shown in the following table. definition of arg (x, y)

【表1】 、I、I及びI、I、Iからも同様のこ
とがいえ、以下の式で示すようにΘ、Θを定義す
る。
[Table 1] The same applies to I 1 , I 4 , I 7, and I 2 , I 5 , I 8 , and Θ 1 and Θ 2 are defined as shown in the following equations.

【数8】 [Equation 8]

【数9】 このようにして得られるΘ、Θ、Θの画像を、そ
れぞれ図3a、3b、3cに示す。さらに、式(5)〜
(7)を用いて、周波数変化成分の初期位相θを次の
ように求めることができる。
[Equation 9] Images of Θ 0 , Θ 1 , and Θ 2 thus obtained are shown in FIGS. 3a, 3b, and 3c, respectively. Furthermore, equation (5)-
Using (7), the initial phase θ 2 of the frequency change component can be calculated as follows.

【数10】 式(8)より周波数変化成分の初期位相θが求められ
ることから、以下の式により位相変化成分の位相θ
求めることができる。 最後に、式(8)及び(9)で求めた2種類の初期位相
θ及びθを用いて位相接続を行うことによって、分
解能の高い位相分布を各画素ごとに得ることができる。
初期位相θ、θ及び連続化後の初期位相の分布をそ
れぞれ図3d、3e、3fに示す。
[Equation 10] Since the initial phase θ 2 of the frequency change component is obtained from the equation (8), the phase θ 1 of the phase change component can be obtained from the following equation. Finally, by performing phase connection using the two types of initial phases θ 1 and θ 2 obtained by the equations (8) and (9), a phase distribution with high resolution can be obtained for each pixel.
The distributions of the initial phases θ 1 , θ 2 and the initial phase after the continuation are shown in FIGS. 3d, 3e, and 3f, respectively.

【0012】2種類の位相分布を用いた位相接続法を説
明する。上記で求めた2種類の初期位相θ、θは、
共に0〜2πの繰り返しの不連続な値となっており、位
置に対して一意の値を求めるためには、位相分布を連続
化(位相接続)する必要がある。位相接続を行う方法と
して、複数のピッチの位相分布を用いる手法がよく使わ
れており、本発明では、ピッチの異なる2種類の初期位
相θ、θを用いることによって位相接続を行う。2
種類の初期位相θ、θについて、格子番号をそれぞ
れk、kとし、位相接続後の値をそれぞれφ1、φ
2とすると、位相接続前後の初期位相は、以下に示す関
係で表される。 φ=θ+2πk φ=θ+2πk (10) また、φ1とφ2は、以下の2式に示す関係となる。 φ−nφ=θ−Mod(nθ,2π)+2π(k−nk)(11)
A phase connection method using two types of phase distribution will be described. The two types of initial phases θ 1 and θ 2 obtained above are
Both are repeated discontinuous values of 0 to 2π, and it is necessary to make the phase distribution continuous (phase connection) in order to obtain a unique value for the position. A method using a phase distribution of a plurality of pitches is often used as a method of performing phase connection, and in the present invention, phase connection is performed by using two types of initial phases θ 1 and θ 2 having different pitches. Two
Regarding the initial phases θ 1 and θ 2 of the types, the lattice numbers are k 1 and k 2, and the values after phase connection are φ 1 and φ, respectively.
If the value is 2, the initial phase before and after the phase connection is expressed by the following relationship. φ 1 = θ 1 + 2πk 1 φ 2 = θ 2 + 2πk 2 (10) Further, φ1 and φ2 have a relationship shown by the following two expressions. φ 1 -nφ 2 = θ 1 -Mod (nθ 2, 2π) + 2π (k 1 -nk 2) (11)

【数11】 ここで、Mod(α,2π)は、αを2πで割った余り
を表し、Mod(α,2π)=α−2π[α/2π]と
定義する。([]はガウス記号を示す)。また、P
=3:3n+1なので、n=[P/P]であ
る。図4に、位相分布φ、nφ及びθ、Mod
(nθ,2π)の関係を示す。図4より、θ とMo
d(nθ,2π)の大小関係は位置xによって変化す
るため、式(11)、(12)に示す関係から、0≦φ
<6πP/Pの範囲では、次式によってφ1を求
めることができる。
[Equation 11] Here, Mod (α, 2π) is the remainder obtained by dividing α by 2π.
And Mod (α, 2π) = α-2π [α / 2π]
Define. ([] Indicates Gaussian symbol). Also, P1:
PTwo= 3: 3n + 1, so n = [PTwo/ P1]
It In Fig. 4, the phase distribution φ1, NφTwoAnd θ1, Mod
(NθTwo, 2π). From Fig. 4, θ 1And Mo
d (nθTwo, 2π) changes depending on the position x
Therefore, from the relationships shown in equations (11) and (12), 0 ≦ φ
1<6πPTwo/ P1In the range of, φ1 is calculated by the following formula.
Can be turned on.

【数12】 [Equation 12]

【0013】専用ハードウェアによる実時間化を説明す
る。図5は、本発明による形状計測方法を高速に行うた
めのハードウェアの構成を示す図である。基準格子スラ
イド11、移動テーブル12、ステッピングモータ1
3、投影レンズ15、CCDカメラ18、ディスプレイ
装置19、計測対象物体20は、図1における、基準格
子スライド1、移動テーブル2、ステッピングモータ
3、投影レンズ5、CCDカメラ8、ディスプレイ装置
9、計測対象物体10と同様である。タイミングコント
ローラ16は、基準格子スライドの移動速度を、CCD
カメラ18のフレームレートごとにP/3ずつ移動す
るように調節し、CCDカメラ18による撮影と同期し
てストロボ光源14を発光させる。このようにして、格
子の移動によるぶれのない画像を撮影できる。
Real-time processing by dedicated hardware will be described. FIG. 5 is a diagram showing a hardware configuration for performing the shape measuring method according to the present invention at high speed. Reference grid slide 11, moving table 12, stepping motor 1
3, the projection lens 15, the CCD camera 18, the display device 19, and the measurement target object 20 are the reference grid slide 1, the moving table 2, the stepping motor 3, the projection lens 5, the CCD camera 8, the display device 9, and the measurement device in FIG. It is similar to the target object 10. The timing controller 16 changes the moving speed of the reference grid slide to the CCD
Adjusted to move by P 2/3 for each frame rate of the camera 18, in synchronization with the photographing by the CCD camera 18 to emit strobe light source 14. In this way, it is possible to capture an image without blurring due to the movement of the grid.

【0014】図6は、周波数変調格子位相解析回路17
の構成を示すブロック図である。CCDカメラ18から
入力された格子画像は、A/D変換部21でA/D変換
されてから、タイミングコントローラ16からのフレー
ム同期信号に応じて、切り替え器22によって、フレー
ムメモリI〜Iに順次格納される。これらの画像を
3つおきにとって3次元位相算出テーブルT1を通すこ
とで、周波数変化を含む初期位相Θ、Θ、Θが即
座に得られる。さらにこれらを3次元位相接続テーブル
を通すことで、連続化後の初期位相θも即座に得
られる。1フレームの画像が入力されるたびにフレーム
メモリI〜Iの1つが更新されるため、テーブルか
ら出力される位相画像も1フレームごとに更新される。
3次元位相テーブルTの入力と出力の関係を以下の式
に示す。
FIG. 6 shows a frequency modulation grating phase analysis circuit 17
3 is a block diagram showing the configuration of FIG. The lattice image input from the CCD camera 18 is A / D converted by the A / D conversion unit 21, and then the switching unit 22 operates the frame memories I 0 to I 8 according to the frame synchronization signal from the timing controller 16. Are sequentially stored in. By taking every three of these images and passing through the three-dimensional phase calculation table T1, the initial phases Θ 0 , Θ 1 , and Θ 2 including frequency changes can be immediately obtained. Further, by passing these through the three-dimensional phase connection table T 2 , the initial phase θ 1 after continuation can be obtained immediately. Since one of the frame memories I 0 to I 8 is updated every time an image of one frame is input, the phase image output from the table is also updated every frame.
The relationship between the input and output of the three-dimensional phase table T 1 is shown in the following formula.

【数10】 入力のすべての組み合わせに対して式(13)を予め計
算しておく。また、3次元位相接続テーブルTは、テ
ーブルTを用いて得られたΘ、Θ、Θを入力と
し、連続化後の位相分布φを出力とする。位相差画像
を表示する方法を述べる。本方法では、基準面上の位相
分布との差を計算することによって物体の高さ分布が得
られる。まず、スイッチSを入れて、基準面上の位相分
布φをフレームメモリ23に格納する。次に、スイッ
チSを切り、測定対象物体20を撮影することで、位相
差分布画像を実時間で出力することができる。
[Equation 10] Formula (13) is calculated in advance for all combinations of inputs. Further, the three-dimensional phase connection table T 2 receives Θ 0 , Θ 1 , Θ 2 obtained using the table T 2 as an input and outputs the phase distribution φ 1 after the continuation. A method of displaying a phase difference image will be described. In this method, the height distribution of the object is obtained by calculating the difference from the phase distribution on the reference plane. First, the switch S is turned on to store the phase distribution φ 0 on the reference plane in the frame memory 23. Next, the switch S is turned off and the measurement target object 20 is photographed, so that the phase difference distribution image can be output in real time.

【0015】本発明による形状計測方法が正しく動作す
ることは、上述した、シミュレーションによって確認し
た画像とその分布を表すグラフである図2及び3から明
らかである。図2は、P1:P2=3:22としたとき
の物体に投影した周波数変調格子の画像であり、a〜i
は、それぞれ、α=0、P/3、2P/3、P
4P/3、5P/3、2P、7P/3、8P
/3のときの画像である。また、図3a、3b、3c
は、それぞれ、周波数変化成分を含む位相分布Θ 、Θ
、Θである。図3d及び3eは、これらから求めら
れる2種類の位相分布θ、θである。図3fは、位
相分布θ、θを用いて求めた連続化後の位相分布で
ある。これらの画像から、周波数変調格子に含まれる2
種類の位相分布を解析し、これらから位相接続ができて
いることがわかる。
The shape measuring method according to the present invention operates correctly.
This is confirmed by the simulation described above.
It is clear from FIGS. 2 and 3 which are graphs showing the image and its distribution.
It's mild. Fig. 2 shows when P1: P2 = 3: 22.
Is an image of the frequency modulation grating projected onto the object of
Are respectively α = 0 and PTwo/ 3, 2PTwo/ 3, PTwo,
4PTwo/ 3, 5PTwo/ 3, 2PTwo, 7PTwo/ 3, 8PTwo
It is an image at / 3. 3a, 3b, 3c
Is the phase distribution Θ containing the frequency change component, respectively. 0, Θ
1, ΘTwoIs. Figures 3d and 3e are derived from these
Two types of phase distribution θ1, ΘTwoIs. Figure 3f
Phase distribution θ1, ΘTwoWith the phase distribution after continuation obtained using
is there. From these images, the 2 contained in the frequency modulation grating
Analyze the phase distributions of various types,
You can see that

【0016】図7は、実際の物体に周波数変調格子を投
影し、物体の形状計測を行った結果である。図7aは、
石膏像に周波数変調格子を投影した結果である。図7
b、7c、7dは、それぞれ、2種類の位相分布θ
θ及び連続化後の位相分布φ である。図7eは、予
め同じ方法によって得ていた基準面(平板)の位相分布
φ’(連続化後)である。図7fは、図7dの画像及
び図7eの画像から求めた位相差分布である。この画像
より、位相の折り返しが無い物体の高さ分布が得られて
いることがわかる。
FIG. 7 shows a frequency modulation grating projected on an actual object.
This is the result of measuring the shape of the object by casting a shadow. Figure 7a
This is the result of projecting the frequency modulation grating on the plaster image. Figure 7
b, 7c, and 7d are two types of phase distribution θ1,
θTwoAnd the phase distribution φ after continuation 1Is. Figure 7e shows
Phase distribution of the reference plane (flat plate) obtained by the same method
φ1'(After serialization). FIG. 7f shows the image of FIG.
And the phase difference distribution obtained from the image of FIG. 7e. This image
The height distribution of the object without phase wrapping
You can see that

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明による形状計測方法を実行する一般的
な構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a general configuration for executing a shape measuring method according to the present invention.

【図2】 a〜iは、シミュレーションによる平面に投
影した周波数変調格子の画像である。
2A to 2I are images of a frequency modulation grating projected on a plane by simulation.

【図3】 シミュレーションによる平面に投影した周波
数変調格子の位相分布であり、a、b、cは周波数変調
格子の位相分布であり、dは周波数変化成分を除いた位
相分布であり、eは周波数変化成分の初期位相であり、
fは連続化後の位相分布である。
FIG. 3 is a phase distribution of a frequency modulation grating projected on a plane by simulation, a, b, and c are phase distributions of the frequency modulation grating, d is a phase distribution excluding a frequency change component, and e is a frequency. Is the initial phase of the change component,
f is the phase distribution after continuation.

【図4】 位相接続前後の位相分布を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing a phase distribution before and after phase connection.

【図5】 本発明による形状計測方法を高速に行うため
のハードウェアの構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a hardware configuration for performing the shape measuring method according to the present invention at high speed.

【図6】 図5における周波数変調格子位相解析回路の
構成を示すブロック図である。
6 is a block diagram showing a configuration of a frequency modulation grating phase analysis circuit in FIG.

【図7a】 石膏像に周波数変調格子を投影した画像で
あり、物体の形状計測を行った結果である。
FIG. 7a is an image obtained by projecting a frequency modulation grating on a plaster image, which is the result of measuring the shape of an object.

【図7b】 2種類の位相分布を示す図であり、物体の
形状計測を行った結果である。
FIG. 7b is a diagram showing two types of phase distributions, which are the results of shape measurement of an object.

【図7c】 2種類の位相分布を示す図であり、物体の
形状計測を行った結果である。
FIG. 7c is a diagram showing two types of phase distributions, which are results of shape measurement of an object.

【図7d】 連続化後の位相分布を示す図であり、物体
の形状計測を行った結果である。
FIG. 7d is a diagram showing a phase distribution after continuation, which is a result of shape measurement of an object.

【図7e】 基準面の連続化後の位相分布を示す図であ
り、物体の形状計測を行った結果である。
FIG. 7e is a diagram showing a phase distribution after the reference surface is made continuous, which is a result of shape measurement of an object.

【図7f】 結果として得られた位相差分布を示す図で
ある。
FIG. 7f shows the resulting phase difference distribution.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開2003−83730(JP,A) 特開2000−105109(JP,A) 特開 平11−257930(JP,A) 特開 平10−122834(JP,A) 特開2003−121124(JP,A) 特開2002−90126(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/24 G01B 11/25 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP 2003-83730 (JP, A) JP 2000-105109 (JP, A) JP 11-257930 (JP, A) JP 10-122834 ( JP, A) JP 2003-121124 (JP, A) JP 2002-90126 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01B 11/24 G01B 11/25

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 物体の高さ分布を得る形状計測方法にお
いて、 位置によって周波数と輝度が各々周期的に変化する周波
数変調格子を所定の速度で移動させながら計測対象物体
に投影するステップと、 前記格子が投影された計測対象物体を連続的に一定間隔
で撮影するステップと、 前記撮影された画像から、周波数に関する位相分布と、
輝度に関する位相分布とを各々求めるステップと、 前記周波数に関する位相分布と、輝度に関する位相分布
とを使用して位相接続するステップと、 前記位相接続した位相分布を前記計測対象物体の高さ分
布に対応させるステップとを含むことを特徴とする形状
計測方法。
1. A shape measuring method for obtaining a height distribution of an object, the method comprising: projecting onto a measuring object while moving a frequency modulation grating whose frequency and luminance are cyclically changed depending on a position at a predetermined speed. A step of continuously photographing the measurement target object on which the grating is projected, at a constant interval, from the photographed image, a phase distribution regarding frequency,
Steps of respectively obtaining a phase distribution relating to luminance, a phase distribution relating to the frequency, and a phase connection using a phase distribution relating to luminance, and the phase-connected phase distribution corresponding to the height distribution of the measurement target object. A shape measuring method, comprising:
【請求項2】 請求項1に記載の形状計測方法におい
て、前記周波数変調格子を、前記周波数変調格子を投影
した前記計測対象物体の画像における座標(x,y)に
おける輝度Iが、Aを周波数変化の振幅、θ(x,
y)を位相変化成分の初期位相、θ(x,y)を周波
数変化成分の初期位相、αを格子の移動距離、Pを位
相変化成分の周期、Pを周波数変化成分の周期とした
場合、以下式(1)となるようにしたことを特徴とす
る、形状計測方法。 【数1】
2. The shape measuring method according to claim 1, wherein the frequency I is the frequency I, the brightness I at the coordinates (x, y) in the image of the measurement target object projected by the frequency modulation G, is A. Amplitude of change, θ 1 (x,
y) is the initial phase of the phase change component, θ 2 (x, y) is the initial phase of the frequency change component, α is the moving distance of the lattice , P 1 is the period of the phase change component, and P 2 is the period of the frequency change component. In this case, the shape measuring method is characterized in that the following expression (1) is satisfied. [Equation 1]
【請求項3】 物体の高さ分布を得る形状計測装置にお
いて、 位置によって周波数と輝度が各々周期的に変化する周波
数変調格子の像を有する格子スライドと、 前記格子スライドを所定の速度で移動させる移動手段
と、 前記格子スライドの格子の像を計測対象物体に投影する
投影手段と、 前記格子が投影された計測対象物体を連続的に一定間隔
で撮影する撮影手段と、 前記撮影された画像から、周波数に関する位相分布と、
輝度に関する位相分布とを各々求める手段と、 前記周波数に関する位相分布と、輝度に関する位相分布
とを使用して位相接続する手段と、 前記位相接続した位相分布を前記計測対象物体の高さ分
布に対応させる手段とを具えることを特徴とする形状計
測装置
3. A shape measuring apparatus for obtaining the height distribution of an object, comprising: a grid slide having an image of a frequency modulation grid in which the frequency and the brightness are cyclically changed depending on the position; and the grid slide is moved at a predetermined speed. Moving means, projection means for projecting the image of the lattice of the lattice slide onto the measurement target object, photographing means for continuously photographing the measurement target object on which the lattice is projected at constant intervals, and from the photographed image , The phase distribution with respect to frequency,
Means for obtaining a phase distribution regarding brightness, a phase connection for using the phase distribution for the frequency, and a phase distribution for brightness, and the phase connection for the phase connection corresponding to the height distribution of the measurement target object A shape meter characterized by comprising:
Measuring device .
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