JP5793669B2 - 3D measuring apparatus and 3D measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、3次元計測装置、および3次元計測方法に関するものである。 The present invention relates to a three-dimensional measurement apparatus and a three-dimensional measurement method.
従来、ワークの3次元形状を計測する3次元計測装置が提案されている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, a three-dimensional measuring apparatus for measuring a three-dimensional shape of a workpiece has been proposed (for example, Patent Document 1).
図14は、従来の3次元計測装置B1の構成を示し、3次元計測装置B1は、照明部501と、直線偏光板502と、カメラ503と、3次元演算部504と、表示部505とで構成される。
FIG. 14 shows a configuration of a conventional three-dimensional measurement apparatus B1. The three-dimensional measurement apparatus B1 includes an
照明部501は、半球の椀状の照射面501aを有し、照射面501aの開口の略中心に配置したワークWに、円偏光した照射光L501を照射する。照射光L501がワークWの表面で反射した反射光L502は楕円偏光に変化し、照射部501の底部中心に設けた孔501bを通って直線偏光板502を透過する。直線偏光板502を透過した透過光L503は、直線偏光に変化し、この透過光L503をカメラ503が撮像する。3次元演算部504は、カメラ503の撮像データを取得し、この撮像データに基づいてワークWの3次元形状を計測し、この計測結果は、外観図、寸法等の形状データとして、液晶画面等の表示部505に表示される。
The
具体的には、カメラ503が透過光L503を撮像する度に、直線偏光板502は、板面の中心軸の周方向に所定角度だけ回転して偏光方向を段階的に変化させる。そして、このカメラ503の撮像動作と直線偏光板502の回転動作とは、直線偏光板502が半回転(180°回転)するまで繰り返し行われる。
Specifically, each time the
3次元演算部504は、直線偏光板502の回転角度のそれぞれに対応した透過光L503の撮像データをカメラ503から取得し、直線偏光板502の回転角度(偏光板角度)とワークWの表面の画素の輝度(画素輝度)との関係を導出する。偏光板角度と画素輝度との関係は、図15に示すように、偏光板角度の180°周期で画素輝度が増減し、画素輝度は、偏光板角度0〜180°の間で最大値および最小値がそれぞれ1個づつ現れる。
The three-
そして、3次元演算部504は、偏光板角度と画素輝度との関係に基づいて、透過光L503の偏光解析を画素毎に行い、画素毎の偏光状態を検出する。そして、偏光解析を行った画素は、ワークWの表面の微少な一部分Sn(表面片Sn)に相当しており、その偏光状態から、図16に示す表面片Snの法線ベクトルNの傾斜角θaと方位角θbとを求める。傾斜角θaは、カメラ503の撮像中心軸Zに対する法線ベクトルNの角度であり、方位角θbは、撮像中心軸Zに直交するX−Y平面上で、X軸に対する法線ベクトルNの角度である。
Then, the three-
3次元演算部504は、上述のように求めた法線ベクトルNの傾斜角θaおよび方位角θbに基づいて、表面片Snの傾斜を決定する。そして、画素毎に上記画像解析処理を行って表面片Snの傾斜を決定し、これらの表面片Snを連続させることによって、ワークWの3次元形状を計測している。
The three-
しかしながら、従来の3次元計測装置B1は、図3、図4(a)(b)に示す形状のワークW1を計測対象とした場合、以下のような問題があった。 However, the conventional three-dimensional measuring apparatus B1 has the following problems when the workpiece W1 having the shape shown in FIGS. 3 and 4A and 4B is a measurement target.
まず、ワークW1は、Y軸方向において互いに対向する端面M3,M4(図3、図4(a)(b)では、一端方向の端面M3のみを示す)が、上底が下底より短い台形形状となる。また、X軸方向において互いに対向する側面は、一方向へ傾斜する傾斜面M1と他方向へ傾斜するM2とで構成され、傾斜面M1,M2が、X−Y平面との間でなす内角は、「45°」である。そして、カメラ503の撮像中心軸Zが、ワークW1の上面M5の法線方向に一致するものとする。
First, the workpiece W1 is a trapezoid whose end faces M3 and M4 (in FIG. 3, FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b) only show one end face M3) facing each other in the Y-axis direction are shorter than the lower base. It becomes a shape. Further, the side surfaces facing each other in the X-axis direction are configured by an inclined surface M1 inclined in one direction and M2 inclined in the other direction, and an inner angle formed between the inclined surfaces M1 and M2 with respect to the XY plane is , “45 °”. The imaging center axis Z of the
そして、3次元演算部504は、偏光解析によって、傾斜面M1の法線ベクトルN1の傾斜角θa501および方位角θb501、傾斜面M2の法線ベクトルN2の傾斜角θa502および方位角θb502を導出する。
Then, the three-
ここで、Z軸の一方向を傾斜角θa=0°とし、X軸の一方向を方位角θb=0°とした場合、カメラ3からみたワークWの傾斜面の傾斜方向は、傾斜角θa「−90°〜90°」、方位角θb「0°〜360°」の範囲内を、任意にとり得る。しかしながら、3次元演算部504が回転検光子法等の偏光解析技術を用いて求めることができる傾斜角θaおよび方位角θbの各範囲は、傾斜角θa「0°〜90°」、方位角θb「0°〜180°」である。
Here, when one direction of the Z axis is an inclination angle θa = 0 ° and one direction of the X axis is an azimuth angle θb = 0 °, the inclination direction of the inclined surface of the workpiece W viewed from the
したがって、偏光解析によって得られる傾斜角θa501および方位角θb501と、偏光解析によって得られる傾斜角θa502および方位角θb502とが、互いに同一値になってしまうという問題がある。 Therefore, there is a problem that the inclination angle θa501 and the azimuth angle θb501 obtained by the polarization analysis and the inclination angle θa502 and the azimuth angle θb502 obtained by the polarization analysis become the same value.
例えば、図17に示すように、3次元演算部504が導出した傾斜面M1の法線ベクトルN1の傾斜角θa501は「45°」、方位角θb501は「0°」となる。一方、3次元演算部504が導出した傾斜面M2の法線ベクトルN2の傾斜角θa502も「45°」、方位角θb502も「0°」となる。すなわち、傾斜面M1,M2の各法線ベクトルN1,N2は、実際は互いに異なる方向に形成されるにも関わらず、各法線ベクトルN1,N2が同一方向に形成されるかのような解析結果になる。
For example, as shown in FIG. 17, the inclination angle θa501 of the normal vector N1 of the inclined surface M1 derived by the three-
このように、偏光解析によって得られる傾斜角θaおよび方位角θbでは、表面片Snの法線ベクトルN(図16参照)を一意に決定することができない。したがって、従来の3次元計測装置B1では、傾斜面M1,M2の傾斜方向の違いを識別できず、傾斜面M1,M2を区別することができなかった。 As described above, the normal vector N (see FIG. 16) of the surface piece Sn cannot be uniquely determined by the inclination angle θa and the azimuth angle θb obtained by the polarization analysis. Therefore, in the conventional three-dimensional measuring apparatus B1, the difference between the inclined directions of the inclined surfaces M1 and M2 cannot be identified, and the inclined surfaces M1 and M2 cannot be distinguished.
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、偏光解析を用いながら、複数の傾斜面の各傾斜方向の違いを識別できる3次元計測装置、および3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 the above-described reasons, and an object thereof is to provide a three-dimensional measurement apparatus and a three-dimensional measurement method that can identify differences in inclination directions of a plurality of inclined surfaces using polarization analysis. There is to do.
本発明の3次元計測装置は、半球の椀状の照射面から、前記照射面の開口の略中心に配置した被計測物の表面へ円偏光の第1の光を照射する照明装置と、前記被計測物の表面で第1の光が反射して形成される第2の光を撮像した撮像データを生成する撮像装置と、前記撮像装置の撮像方向と前記被計測物の表面との相対角度を変化させる姿勢変化手段と、前記姿勢変化手段によって前記相対角度を第1の状態に設定して前記撮像装置が生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第1の傾斜角および第1の方位角を求め、前記姿勢変化手段によって前記相対角度を前記第1の状態から第2の状態に変化させた後に前記撮像装置が生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第2の傾斜角および第2の方位角を求め、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との差に基づいて、前記第1の傾斜角を補正する3次元演算部とを備え、前記3次元演算部は、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との差に応じて前記第1の傾斜角の正負の符号を決定することによって、前記第1の傾斜角を補正することを特徴とする。 Three-dimensional measurement apparatus of the present invention, the bowl-shaped irradiation surface of a hemisphere, a lighting device for morphism the first light to the surface of the circular polarization of the object to be measured which is located approximately at the center of an opening of the irradiated surface irradiation, An imaging device that generates imaging data obtained by imaging the second light formed by reflecting the first light on the surface of the measurement object, and a relative relationship between the imaging direction of the imaging device and the surface of the measurement object An attitude changing means for changing the angle, and a polarization state of the elliptically polarized light of the second light based on the imaging data generated by the imaging apparatus with the relative angle set to the first state by the attitude changing means And detecting the first tilt angle and the first azimuth angle of the surface of the object to be measured based on the detected polarization state, and the posture changing means The relative angle is changed from the first state to the second state. On the basis of the imaging data to which the imaging device is generated after the detected azimuth and ellipse angle of the polarizing ellipse polarization state of elliptically polarized light of the second light, based on the polarization state of this detection, the The second inclination angle and the second azimuth angle of the surface of the object to be measured are obtained, and the first inclination angle is corrected based on the difference between the first inclination angle and the second inclination angle 3 A three-dimensional calculation unit, wherein the three-dimensional calculation unit determines the positive or negative sign of the first inclination angle according to a difference between the first inclination angle and the second inclination angle. The first tilt angle is corrected .
本発明の3次元計測装置は、半球の椀状の照射面から、前記照射面の開口の略中心に配置した被計測物の表面へ円偏光の第1の光を照射する照明装置と、前記被計測物の表面で第1の光が反射して形成される第2の光を撮像した撮像データを生成する撮像装置と、前記撮像装置の撮像方向と前記被計測物の表面との相対角度を変化させる姿勢変化手段と、前記姿勢変化手段によって前記相対角度を第1の状態に設定して前記撮像装置が生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第1の傾斜角および第1の方位角を求め、前記姿勢変化手段によって前記相対角度を前記第1の状態から第2の状態に変化させた後に前記撮像装置が生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第2の傾斜角および第2の方位角を求め、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との差に基づいて、前記第1の方位角を補正する3次元演算部とを備え、前記3次元演算部は、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との差に応じて前記第1の方位角を180°ずらすことによって、前記第1の方位角を補正することを特徴とする。The three-dimensional measurement apparatus of the present invention includes a lighting device that irradiates a circularly polarized first light from a hemispherical bowl-shaped irradiation surface to a surface of an object to be measured disposed at a substantially center of an opening of the irradiation surface; An imaging device that generates imaging data obtained by imaging the second light formed by reflecting the first light on the surface of the measurement object, and a relative angle between the imaging direction of the imaging device and the surface of the measurement object And changing the relative angle to the first state by the posture changing means to change the elliptical polarization state of the second light based on the imaging data generated by the imaging device. An azimuth angle and an ellipticity ratio of the polarization ellipse are detected, and based on the detected polarization state, a first tilt angle and a first azimuth angle of the surface of the object to be measured are obtained, and the relative change is performed by the posture changing means. The angle is changed from the first state to the second state. After that, based on the imaging data generated by the imaging device, the azimuth angle and ellipticity ratio of the polarization ellipse are detected as the polarization state of the elliptically polarized light of the second light, and based on the detected polarization state, the The second inclination angle and the second azimuth angle of the surface of the object to be measured are obtained, and the first azimuth angle is corrected based on the difference between the first inclination angle and the second inclination angle 3 A three-dimensional calculation unit, wherein the three-dimensional calculation unit shifts the first azimuth angle by 180 degrees according to a difference between the first inclination angle and the second inclination angle. The azimuth angle is corrected.
この発明において、前記姿勢変化手段は、前記被計測物を回転させることによって、前記撮像装置の撮像方向と前記被計測物の表面との相対角度を変化させることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the posture changing means changes the relative angle between the imaging direction of the imaging device and the surface of the measurement object by rotating the measurement object.
この発明において、前記姿勢変化手段は、前記撮像装置を回転させることによって、前記撮像装置の撮像方向と前記被計測物の表面との相対角度を変化させることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the posture changing means changes the relative angle between the imaging direction of the imaging device and the surface of the object to be measured by rotating the imaging device.
本発明の3次元計測方法は、半球の椀状の照射面から、前記照射面の開口の略中心に配置した被計測物の表面へ円偏光の第1の光を照射し、前記被計測物の表面で第1の光が反射して形成される第2の光を撮像した撮像データを生成し、前記撮像データに基づいて、前記第2の光の偏光状態を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の傾斜角および方位角を求める3次元計測方法において、前記第2の光を撮像する撮像方向と前記被計測物の表面との相対角度を第1の状態に設定して生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第1の傾斜角および第1の方位角を求めるステップと、前記相対角度を前記第1の状態から第2の状態に変化させた後に生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第2の傾斜角および第2の方位角を求めるステップと、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との差に応じて前記第1の傾斜角の正負の符号を決定することによって、前記第1の傾斜角を補正するステップとを有することを特徴とする。The three-dimensional measurement method of the present invention irradiates the surface of the object to be measured, which is arranged at the approximate center of the opening of the irradiation surface, from the hemispherical bowl-shaped irradiation surface, and applies the first polarized light. Imaging data obtained by imaging the second light formed by the reflection of the first light on the surface of the image is generated, the polarization state of the second light is detected based on the imaging data, and the detected polarization In the three-dimensional measurement method for obtaining the tilt angle and azimuth angle of the surface of the object to be measured based on the state, the relative angle between the imaging direction in which the second light is imaged and the surface of the object to be measured is a first angle. An azimuth angle and an ellipticity rate of a polarization ellipse are detected as the polarization state of the elliptically polarized light of the second light based on the imaging data generated by setting the state, and based on the detected polarization state, the object to be covered is detected. A step of obtaining a first inclination angle and a first azimuth angle of the surface of the measurement object Based on the imaging data generated after changing the relative angle from the first state to the second state, the azimuth angle and ellipticity ratio of the polarization ellipse as the polarization state of the elliptically polarized light of the second light And determining the second tilt angle and the second azimuth angle of the surface of the object to be measured based on the detected polarization state, the first tilt angle and the second tilt angle, And correcting the first tilt angle by determining the sign of the first tilt angle in accordance with the difference between the first tilt angle and the first tilt angle.
本発明の3次元計測方法は、半球の椀状の照射面から、前記照射面の開口の略中心に配置した被計測物の表面へ円偏光の第1の光を照射し、前記被計測物の表面で第1の光が反射して形成される第2の光を撮像した撮像データを生成し、前記撮像データに基づいて、前記第2の光の偏光状態を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の傾斜角および方位角を求める3次元計測方法において、前記第2の光を撮像する撮像方向と前記被計測物の表面との相対角度を第1の状態に設定して生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第1の傾斜角および第1の方位角を求めるステップと、前記相対角度を前記第1の状態から第2の状態に変化させた後に生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第2の傾斜角および第2の方位角を求めるステップと、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との差に応じて前記第1の方位角を180°ずらすことによって、前記第1の方位角を補正するステップとを有することを特徴とする。 Three-dimensional measurement method of the present invention, the bowl-shaped irradiation surface of a hemisphere, shines irradiation the first circularly polarized light to the surface of the object to be measured which is located approximately at the center of an opening of the irradiated surface, the object to be measured The imaging data obtained by imaging the second light formed by reflecting the first light on the surface of the object is generated, the polarization state of the second light is detected based on the imaging data, and the detected In the three-dimensional measurement method for obtaining the tilt angle and azimuth angle of the surface of the object to be measured based on the polarization state, the relative angle between the imaging direction for imaging the second light and the surface of the object to be measured is a first angle. Based on the imaging data generated by setting to the state of, the azimuth angle and ellipticity ratio of the polarization ellipse as the polarization state of the elliptically polarized light of the second light, and based on the detected polarization state, A step of obtaining a first inclination angle and a first azimuth angle of the surface of the measurement object , Said relative angle from the first state based on said imaging data generated after changing to the second state, azimuth and ellipse angle of the polarizing ellipse polarization state of elliptically polarized light of the second light And determining the second tilt angle and the second azimuth angle of the surface of the object to be measured based on the detected polarization state, the first tilt angle and the second tilt angle, And correcting the first azimuth angle by shifting the first azimuth angle by 180 ° in accordance with the difference between the first azimuth angle and the first azimuth angle .
以上説明したように、本発明では、偏光解析を用いながら、複数の傾斜面の各傾斜方向の違いを識別できるという効果がある。 As described above, according to the present invention, there is an effect that a difference in each inclination direction of a plurality of inclined surfaces can be identified while using ellipsometry.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本実施形態の3次元計測装置A1の構成を示し、3次元計測装置A1は、照明部1と、直線偏光板2と、カメラ3(撮像装置)と、3次元演算部4と、表示部5と、ワーク台座6(姿勢変化手段)とで構成される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration of a three-dimensional measurement apparatus A1 of this embodiment. The three-dimensional measurement apparatus A1 includes an
照明部1は、半球の椀状の照射面1aを有し、照射面1aの開口の略中心に配置したワークW(被計測物)に、円偏光した照射光L1(第1の光)を照射する。照射光L1がワークWの表面で反射した反射光L2は楕円偏光に変化し、照射部1の底部中心に設けた孔1bを通って直線偏光板2を透過する。直線偏光板2を透過した透過光L3(第2の光)は、直線偏光に変化し、この透過光L3をカメラ3が撮像する。3次元演算部4は、カメラ3の撮像データを取得し、この撮像データに基づいてワークWの3次元形状を計測し、この計測結果は、外観図、寸法等の形状データとして、液晶画面等の表示部5に表示される。なお、3次元計測装置A1は、反射光L2を孔1bに導く図示しない導光手段を備えるものとする。
The illuminating
3次元演算部4は、傾斜算出部41と、傾斜補正部42とを備える。
The three-
傾斜算出部41は、直線偏光板2の回転制御、およびカメラ3の撮像制御を行い、直線偏光板2を、板面の中心軸の周方向に所定角度だけ回転させて偏光方向を段階的に変化させながら、直線偏光板2の各偏光方向における透過光L3をカメラ3が撮像する。すなわち、傾斜算出部41は、直線偏光板2の回転角度のそれぞれに対応した透過光L3の撮像データをカメラ3から取得し、このカメラ3の撮像動作と直線偏光板2の回転動作とを、直線偏光板2が半回転(180°回転)するまで繰り返し行う。
The
そして、傾斜算出部41は、直線偏光板2の回転角度(偏光板角度)とワークWの表面の画素の輝度(画素輝度)との関係を導出する。傾斜算出部41は、偏光板角度と画素輝度との関係に基づいて、透過光L3の偏光解析を画素毎に行い、画素毎の偏光状態を検出する。この偏光状態の検知方法には、偏光楕円の方位角および楕円角率を検知する「回転検光子法」を用いる。なお、回転検光子法は、周知の偏光解析技術であるため詳細な説明は省略する。
Then, the
偏光解析を行った画素は、ワークWの表面の微少な一部分Sn(表面片Sn)に相当しており、傾斜算出部41は、その偏光状態から、図2に示す表面片Snの法線ベクトルNの傾斜角θaと方位角θbとを求める。傾斜角θaは、カメラ3の撮像中心軸Z(以降、Z軸と称す)に対する法線ベクトルNの角度であり、方位角θbは、撮像中心軸Zに直交するX−Y平面上で、X軸に対する法線ベクトルNの角度である。
The pixel subjected to the polarization analysis corresponds to a small part Sn (surface piece Sn) of the surface of the workpiece W, and the
ここで、Z軸の一方向を傾斜角θa=0°とし、X軸の一方向を方位角θb=0°とした場合、カメラ3からみたワークWの傾斜面の傾斜方向は、傾斜角θa「−90°〜90°」、方位角θb「0°〜360°」の範囲内を、任意にとり得る。しかしながら、傾斜算出部41が回転検光子法を用いて求めることができる傾斜角θaおよび方位角θbの各範囲は、傾斜角θa「0°〜90°」、方位角θb「0°〜180°」である。したがって、傾斜算出部41の算出結果を用いて傾斜面の傾斜を決定した場合には、複数の傾斜面の各傾斜方向の違いを識別できない虞がある。
Here, when one direction of the Z axis is an inclination angle θa = 0 ° and one direction of the X axis is an azimuth angle θb = 0 °, the inclination direction of the inclined surface of the workpiece W viewed from the
そこで、3次元演算部4の傾斜補正部42は、傾斜算出部41の算出結果を補正して、傾斜面の正しい傾斜を決定しており、以下、この傾斜補正について説明する。
Therefore, the
ワークWとして、図3、図4(a)(b)に示すワークW1を用いる。ワークW1は、Y軸方向において互いに対向する端面M3,M4(図3、図4(b)では、一端方向の端面M3のみを示す)が、上底が下底より短い台形形状となる。また、X軸方向において互いに対向する側面は、一方向へ傾斜する傾斜面M1と他方向へ傾斜するM2とで構成され、傾斜面M1,M2が、X−Y平面との間でなす内角は、「45°」である。 As the workpiece W, a workpiece W1 shown in FIGS. 3, 4A and 4B is used. The workpiece W1 has a trapezoidal shape in which end surfaces M3 and M4 facing each other in the Y-axis direction (only the end surface M3 in one end direction is shown in FIGS. 3 and 4B) are shorter in the upper base than in the lower base. Further, the side surfaces facing each other in the X-axis direction are configured by an inclined surface M1 inclined in one direction and M2 inclined in the other direction, and an inner angle formed between the inclined surfaces M1 and M2 with respect to the XY plane is , “45 °”.
そして、3次元演算部4は、傾斜角θa「−90°〜90°」、方位角θb「0°〜360°」の各範囲内で傾斜面がとり得る全ての傾斜方向を識別する必要がある。傾斜方向を識別する方法としては、「0°〜180°」の範囲にある方位角θbに対して、正の傾斜角θaと負の傾斜角θaとの両方を設定可能にすることによって、上記全ての傾斜方向を識別可能になる。そこで、本実施形態の傾斜補正部42は、傾斜角θa:「−90°〜90°」、方位角θb:「0°〜180°」の各範囲内で傾斜角θaおよび方位角θbを決定するものとする。
The three-
さらに、ワークW1は、ワーク台座6の台座本体61上に固定されており、台座本体61は、Y軸方向に設けた回転軸62の軸周りに回転自在に構成されており、傾斜算出部41によって、台座本体61の回転制御が行われる。すなわち、ワーク台座6は、ワークW1を回転させることによって、カメラ3の撮像方向(Z軸)とワークW1の表面との相対角度を変化させる姿勢変化手段に相当する。
Further, the workpiece W1 is fixed on a pedestal
まず、傾斜算出部41は、台座本体61を回転制御して、図5(a)(b)に示すようにワークW1の上面M5の法線方向をZ軸方向に一致させ(第1の状態)、この状態で上記偏光解析を行う。すなわち、第1の状態におけるワークW1の傾斜面M1,M2、上面M5について、表面片Snの法線ベクトルNの傾斜角θaおよび方位角θbをそれぞれ求める。なお以降、表面片Snの法線ベクトルNの傾斜角θaおよび方位角θbを、単に傾斜角θaおよび方位角θbと称す。
First, the
図7(a)は、第1の状態において、傾斜算出部41が導出した傾斜面M1,M2における傾斜角θa11,θa21および方位角θb11,θb21を示す。傾斜面M1における傾斜角θa11(第1の傾斜角)は「45°」、方位角θb11(第1の方位角)は「0°」となり、傾斜面M2における傾斜角θa21(第1の傾斜角)も「45°」、方位角θb21(第1の方位角)も「0°」となる。すなわち、傾斜面M1,M2の各法線ベクトルN1,N2は、実際は互いに異なる方向に形成されるにも関わらず、図5(a)(b)中の法線ベクトルN1,N2aのように同一方向に形成されるかのような解析結果になる。
FIG. 7A shows the inclination angles θa11 and θa21 and the azimuth angles θb11 and θb21 on the inclined surfaces M1 and M2 derived by the
次に、傾斜算出部41は、台座本体61を回転制御して、図6(a)(b)に示すようにワークW1をY軸周りに回転角度θy=5°だけ回転(左回り)させ(第2の状態)、カメラ3の撮像方向(Z軸)とワークW1の表面との相対角度を変化させる。そして、この状態で上記偏光解析を行う。なお、回転角度θyは、傾斜角θaの計測精度より大きい値であって、且つできるだけ小さいほうが望ましい。
Next, the
図7(b)は、第2の状態において、傾斜算出部41が導出した傾斜面M1,M2における傾斜角θa12,θa22および方位角θb12,θb22を示す。傾斜面M1における傾斜角θa12(第2の傾斜角)は「40°」、方位角θb12(第2の方位角)は「0°」となり、傾斜面M2における傾斜角θa22(第2の傾斜角)は「50°」、方位角θb22(第2の方位角)は「0°」となる。
FIG. 7B shows the inclination angles θa12 and θa22 and the azimuth angles θb12 and θb22 on the inclined surfaces M1 and M2 derived by the
そして、傾斜補正部42は、ワークW1の回転前(第1の状態)の傾斜角θaとワークW1の回転後(第2の状態)の傾斜角θaとの差に基づいて、傾斜角θaを補正しており、その補正結果を図7(c)に示す。
Then, the
具体的に、傾斜面M1では、傾斜角θa12が傾斜角θa11より減少している(θa11−θa12>0)。この場合、傾斜角θa11の符号を正に設定し、傾斜面M1における傾斜角θa10=θa11=45°とする。一方、傾斜面M2では、傾斜角θa22が傾斜角θa21より増加している(θa21−θa22<0)。この場合、傾斜角θa21の符号を負に設定し、傾斜面M2における傾斜角θa20=−θa21=−45°とする。 Specifically, in the inclined surface M1, the inclination angle θa12 is smaller than the inclination angle θa11 (θa11−θa12> 0). In this case, the sign of the inclination angle θa11 is set to be positive, and the inclination angle θa10 = θa11 = 45 ° in the inclined surface M1 is set. On the other hand, in the inclined surface M2, the inclination angle θa22 is larger than the inclination angle θa21 (θa21−θa22 <0). In this case, the sign of the inclination angle θa21 is set to be negative, and the inclination angle θa20 = −θa21 = −45 ° in the inclined surface M2 is set.
また、傾斜補正部42は、傾斜面M1における方位角θb10=θb11=0°とし、傾斜面M2における方位角θb20=θb21=0°とする。
Further, the
而して、傾斜補正部42は、傾斜面M1における傾斜データとして、傾斜角θa10および方位角θb10を作成し、傾斜面M2における傾斜データとして、傾斜角θa20および方位角θb20を作成する。
Thus, the
3次元演算部4は、傾斜面M1,M2だけでなく、上面M5についても画素毎に上記傾斜算出処理および傾斜補正処理を行って表面片Snの傾斜を決定する。したがって、これらの表面片Snを連続させることによって、計測されたワークW1の3次元形状は、正しい法線ベクトルNが設定された傾斜面を有するものになる。なお、ワークW1の回転による傾斜角θaの増減と、傾斜角θaの符号(正または負)との関係は、実試験またはシミュレーション等によって予め導出しておく。
The three-
そして、傾斜補正部42は、ワークW1の3次元形状の計測データを表示部5へ出力し、表示部5は、傾斜補正部42から受け取った傾斜データに基づいて、ワークW1の外観図、寸法等の形状データとして表示する。
Then, the
このように、カメラ3の撮像方向(Z軸)とワークWの表面との相対角度を変化させることによって、傾斜算出部41が偏光解析によって算出した傾斜角は、傾斜補正部42によって補正される。したがって、ワークW1の3次元形状の計測結果は、傾斜面M1,M2の傾斜方向の違いを識別でき、傾斜面M1,M2を区別することが可能となる。すなわち、3次元計測装置A1は、偏光解析を用いながら、複数の傾斜面の各傾斜方向の違いを識別できる。
In this way, by changing the relative angle between the imaging direction (Z-axis) of the
図8(a)(b)に示すワークW2を用いた場合も、上記同様に、傾斜面の各傾斜方向の違いを認識できる。 Even when the workpiece W2 shown in FIGS. 8A and 8B is used, the difference between the inclined directions of the inclined surface can be recognized as described above.
ワークW2は、2つの三角柱を連続して設けたものであり、Y軸方向において互いに対向する端面M15,M16(図8(b)では、一端方向の端面M15のみを示す)は、三角形を2つ並べた形状となる。そして、Y軸方向に平行に形成された4つの傾斜面M11〜M14を有しており、傾斜面M11,M12が三角形の1つの頂点を構成し、傾斜面M13,M14が三角形の1つの頂点を構成している。さらに、傾斜面M11,M13は互いに同一方向に傾斜し、傾斜面M12,M14は互いに同一方向に傾斜し、傾斜面M11,M13と傾斜面M12,M14とは互いに異なる方向に傾斜しており、傾斜面M11〜M14がX−Y平面との間でなす内角は、「30°」である。 The workpiece W2 is formed by continuously providing two triangular prisms, and the end faces M15 and M16 (only the end face M15 in one end direction shown in FIG. 8B) facing each other in the Y-axis direction are two triangles. It becomes the shape which arranged two. And it has four inclined surfaces M11-M14 formed in parallel with the Y-axis direction, the inclined surfaces M11, M12 constitute one vertex of the triangle, and the inclined surfaces M13, M14 are one vertex of the triangle. Is configured. Further, the inclined surfaces M11, M13 are inclined in the same direction, the inclined surfaces M12, M14 are inclined in the same direction, and the inclined surfaces M11, M13 and the inclined surfaces M12, M14 are inclined in different directions, The internal angle formed between the inclined surfaces M11 to M14 and the XY plane is “30 °”.
そして、傾斜算出部41は、台座本体61を回転制御して、図8(a)(b)に示すようにワークW2の底面の法線方向をZ軸方向に一致させ(第1の状態)、この状態で上記偏光解析を行う。すなわち、第1の状態におけるワークW2の傾斜面M11〜M14について、表面片Snの傾斜角θaおよび方位角θbをそれぞれ求める。
And the
図10(a)は、第1の状態において、傾斜算出部41が導出した傾斜面M11〜M14における傾斜角θa111,θa121,θa131,θa141、および方位角θb111,θb121,θb131,θb141を示す。傾斜面M11〜M14における各傾斜角θa111〜θa141(第1の傾斜角)は「30°」、各方位角θb111〜θb141(第1の方位角)は「0°」となる。すなわち、傾斜面M11,M13の各法線ベクトルN11,N13と傾斜面M12,M14の各法線ベクトルN12,N14とは、実際は互いに異なる方向に形成されるにも関わらず、図8(a)(b)中の法線ベクトルN11a,N12,N13a,N14のように同一方向に形成されるかのような解析結果になる。
FIG. 10A shows the inclination angles θa111, θa121, θa131, θa141 and the azimuth angles θb111, θb121, θb131, θb141 in the inclined surfaces M11 to M14 derived by the
次に、傾斜算出部41は、台座本体61を回転制御して、図9(a)(b)に示すようにワークW2をY軸周りに回転角度θy=5°だけ回転(左回り)させ(第2の状態)、カメラ3の撮像方向(Z軸)とワークW2の表面との相対角度を変化させる。そして、この状態で上記偏光解析を行う。すなわち、第2の状態におけるワークW2の傾斜面M11〜M14について、表面片Snの傾斜角θaおよび方位角θbをそれぞれ求める。
Next, the
図10(b)は、第2の状態において、傾斜算出部41が導出した傾斜面M11〜M14における傾斜角θaおよび方位角θbを示す。傾斜面M11,M13における各傾斜角θa112,θa132(第2の傾斜角)は「35°」、方位角θb112,θb132(第2の方位角)は「0°」となる。また、傾斜面M12,M14における各傾斜角θa122,θa142(第2の傾斜角)は「25°」、方位角θb122,θb142(第2の方位角)は「0°」となる。
FIG. 10B shows the inclination angle θa and the azimuth angle θb in the inclined surfaces M11 to M14 derived by the
そして、傾斜補正部42は、ワークW2の回転前(第1の状態)の傾斜角θaとワークW2の回転後(第2の状態)の傾斜角θaとの差に基づいて、傾斜角θaを補正しており、その補正結果を図10(c)に示す。
Then, the
具体的に、傾斜面M11では、傾斜角θa112が傾斜角θa111より増加している(θa111−θa112<0)。この場合、傾斜角θa111の符号を負に設定し、傾斜面M11における傾斜角θa110=−θa111=−30°とする。傾斜面M13も同様に、傾斜角θa132が傾斜角θa131より増加しているので(θa131−θa132<0)、傾斜角θa131の符号を負に設定し、傾斜面M13における傾斜角θa130=−θa131=−30°とする。 Specifically, in the inclined surface M11, the inclination angle θa112 is larger than the inclination angle θa111 (θa111−θa112 <0). In this case, the sign of the inclination angle θa111 is set to be negative, and the inclination angle θa110 = −θa111 = −30 ° in the inclined surface M11 is set. Similarly, since the inclination angle θa132 of the inclined surface M13 is larger than the inclination angle θa131 (θa131−θa132 <0), the sign of the inclination angle θa131 is set to be negative, and the inclination angle θa130 = −θa131 = -30 °.
傾斜面M12では、傾斜角θa122が傾斜角θa121より減少している(θa121−θa122>0)。この場合、傾斜角θa121の符号を正に設定し、傾斜面M12における傾斜角θa120=θa121=30°とする。傾斜面M14も同様に、傾斜角θa142が傾斜角θa141より減少しているので(θa141−θa142>0)、傾斜角θa141の符号を正に設定し、傾斜面M14における傾斜角θa140=θa141=30°とする。 In the inclined surface M12, the inclination angle θa122 is smaller than the inclination angle θa121 (θa121−θa122> 0). In this case, the sign of the inclination angle θa121 is set to be positive, and the inclination angle θa120 = θa121 = 30 ° in the inclined surface M12 is set. Similarly, since the tilt angle θa142 is smaller than the tilt angle θa141 (θa141−θa142> 0), the sign of the tilt angle θa141 is set to be positive, and the tilt angle θa140 = θa141 = 30 on the tilted surface M14. °.
また、傾斜補正部42は、傾斜面M11における方位角θb110=θb111=0°、傾斜面M12における方位角θb120=θb121=0°、傾斜面M13における方位角θb130=θb131=0°、傾斜面M14における方位角θb140=θb141=0°とする。
Further, the
而して、傾斜補正部42は、傾斜面M11における傾斜データとして、傾斜角θa110および方位角θb110を作成し、傾斜面M12における傾斜データとして、傾斜角θa120および方位角θb120を作成する。さらに傾斜補正部42は、傾斜面M13における傾斜データとして、傾斜角θa130および方位角θb130を作成し、傾斜面M14における傾斜データとして、傾斜角θa140および方位角θb140を作成する。
Thus, the
3次元演算部4は、画素毎に上記傾斜算出処理および傾斜補正処理を行って表面片Snの傾斜を決定する。したがって、これらの表面片Snを連続させることによって、計測されたワークW2の3次元形状は、正しい法線ベクトルNが設定された傾斜面を有するものになる。なお、ワークW2の回転による傾斜角θaの増減と、傾斜角θaの符号(正または負)との関係は、実試験またはシミュレーション等によって予め導出しておく。
The three-
そして、傾斜補正部42は、ワークW2の3次元形状の計測データを表示部5へ出力し、表示部5は、傾斜補正部42から受け取った傾斜データに基づいて、ワークW2の外観図、寸法等の形状データとして表示する。
Then, the
(実施形態2)
本実施形態の3次元計測装置A1は、3次元演算部4の傾斜補正部42による傾斜補正処理が実施形態1と異なるものであり、実施形態1と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
(Embodiment 2)
The three-dimensional measurement apparatus A1 of the present embodiment is different from the first embodiment in the inclination correction processing by the
3次元演算部4は、傾斜角θa「−90°〜90°」、方位角θb「0°〜360°」の各範囲内で傾斜面がとり得る全ての傾斜方向を識別する必要がある。傾斜方向を識別する方法としては、「0°〜90°」の範囲にある傾斜角θaを、方位角θbの全周(0°〜360°)に亘って設定可能にすることによって、上記全ての傾斜方向を識別可能になる。そこで、本実施形態の傾斜補正部42は、傾斜角θa:「0°〜90°」、方位角θb:「0°〜360°」の各範囲内で傾斜角θaおよび方位角θbを決定するものとする。
The three-
まず、傾斜算出部41は、台座本体61を回転制御して、図5(a)(b)に示すようにワークW1の上面M5の法線方向をZ軸方向に一致させ(第1の状態)、この状態で上記偏光解析を行う。すなわち、第1の状態におけるワークW1の傾斜面M1,M2、上面M5について、表面片Snの傾斜角θaおよび方位角θbをそれぞれ求める。図11(a)は、第1の状態において、傾斜算出部41が導出した傾斜面M1,M2の各表面片Snの傾斜角θa11,θa21および方位角θb11,θb21を示す。なお、図11(a)に示す導出結果は、図7(a)と同様であり、説明は省略する。
First, the
次に、傾斜算出部41は、台座本体61を回転制御して、図6(a)(b)に示すようにワークW1をY軸周りに回転角度θy=5°だけ回転(左回り)させ(第2の状態)、カメラ3の撮像方向(Z軸)とワークW1の表面との相対角度を変化させる。そして、この状態で上記偏光解析を行う。図11(b)は、第2の状態において、傾斜算出部41が導出した傾斜面M1,M2の各表面片Snの傾斜角θa12,θa22および方位角θb12,θb22を示す。なお、図11(b)に示す導出結果は、図7(b)と同様であり、説明は省略する。
Next, the
そして、傾斜補正部42は、ワークW1の回転前(第1の状態)の傾斜角θaとワークW1の回転後(第2の状態)の傾斜角θaとの差に基づいて、方位角θbを補正しており、その補正結果を図11(c)に示す。
Then, the
具体的に、傾斜面M1では、傾斜角θa12が傾斜角θa11より減少している(θa11−θa12>0)。この場合、方位角θb11を補正せず、傾斜面M1における方位角θb10=θb11=0°とする。一方、傾斜面M2では、傾斜角θa22が傾斜角θa21より増加している(θa21−θa22<0)。この場合、方位角θb21に180°を加算し、傾斜面M2における方位角θb20=θb21+180°=180°とする。 Specifically, in the inclined surface M1, the inclination angle θa12 is smaller than the inclination angle θa11 (θa11−θa12> 0). In this case, the azimuth angle θb11 is not corrected, and the azimuth angle θb10 = θb11 = 0 ° on the inclined surface M1. On the other hand, in the inclined surface M2, the inclination angle θa22 is larger than the inclination angle θa21 (θa21−θa22 <0). In this case, 180 ° is added to the azimuth angle θb21, and the azimuth angle θb20 = θb21 + 180 ° = 180 ° in the inclined surface M2.
また、傾斜補正部42は、傾斜面M1における傾斜角θa10=θa11=45°とし、傾斜面M2における傾斜角θa20=θa21=45°とする。
Further, the
而して、傾斜補正部42は、傾斜面M1における傾斜データとして、傾斜角θa10および方位角θb10を作成し、傾斜面M2における傾斜データとして、傾斜角θa20および方位角θb20を作成する。
Thus, the
3次元演算部4は、傾斜面M1,M2だけでなく、上面M5についても画素毎に上記傾斜算出処理および傾斜補正処理を行って表面片Snの傾斜を決定する。したがって、これらの表面片Snを連続させることによって、計測されたワークW1の3次元形状は、正しい法線ベクトルNが設定された傾斜面を有するものになる。なお、ワークW1の回転による傾斜角θaの増減と、方位角θbの補正量(0°または+180°)との関係は、実試験またはシミュレーション等によって予め導出しておく。
The three-
そして、傾斜補正部42は、ワークW1の3次元形状の計測データを表示部5へ出力し、表示部5は、傾斜補正部42から受け取った傾斜データに基づいて、ワークW1の外観図、寸法等の形状データとして表示する。
Then, the
このように、カメラ3の撮像方向(Z軸)とワークWの表面との相対角度を変化させることによって、傾斜算出部41が偏光解析によって算出した方位角は、傾斜補正部42によって補正される。したがって、ワークW1の3次元形状の計測結果は、傾斜面M1,M2の傾斜方向の違いを識別でき、傾斜面M1,M2を区別することが可能となる。すなわち、3次元計測装置A1は、偏光解析を用いながら、複数の傾斜面の各傾斜方向の違いを識別できる。
Thus, by changing the relative angle between the imaging direction (Z-axis) of the
図8(a)(b)に示すワークW2を用いた場合も、上記同様に、傾斜面の各傾斜方向の違いを認識できる。 Even when the workpiece W2 shown in FIGS. 8A and 8B is used, the difference between the inclined directions of the inclined surface can be recognized as described above.
まず、傾斜算出部41は、台座本体61を回転制御して、図8(a)(b)に示すようにワークW2の底面の法線方向をZ軸方向に一致させ(第1の状態)、この状態で上記偏光解析を行う。すなわち、第1の状態におけるワークW2の傾斜面M11〜M14について、表面片Snの傾斜角θaおよび方位角θbをそれぞれ求める。図12(a)は、第1の状態において、傾斜算出部41が導出した傾斜面M11〜M14の各表面片Snの傾斜角θa111,θa121,θa131,θa141、および方位角θb111,θb121,θb131,θb141を示す。なお、図12(a)に示す導出結果は、図10(a)と同様であり、説明は省略する。
First, the
次に、傾斜算出部41は、台座本体61を回転制御して、図9(a)(b)に示すようにワークW2をY軸周りに回転角度θy=5°だけ回転(左回り)させ(第2の状態)、カメラ3の撮像方向(Z軸)とワークW2の表面との相対角度を変化させる。そして、この状態で上記偏光解析を行う。すなわち、第2の状態におけるワークW2の傾斜面M11〜M14について、表面片Snの傾斜角θaおよび方位角θbをそれぞれ求める。図12(b)は、第2の状態において、傾斜算出部41が導出した傾斜面M11〜M14の各表面片Snの傾斜角θa112,θa122,θa132,θa142、および方位角θb112,θb122,θb132,θb142を示す。なお、図12(b)に示す導出結果は、図10(b)と同様であり、説明は省略する。
Next, the
そして、傾斜補正部42は、ワークW2の回転前(第1の状態)の傾斜角θaとワークW2の回転後(第2の状態)の傾斜角θaとの差に基づいて、方位角θbを補正しており、その補正結果を図12(c)に示す。
Then, the
具体的に、傾斜面M11では、傾斜角θa112が傾斜角θa111より増加している(θa111−θa112<0)。この場合、方位角θb111に180°を加算し、傾斜面M11における方位角θb110=θb111+180°=180°とする。傾斜面M13も同様に、傾斜角θa132が傾斜角θa131より増加しているので(θa131−θa132<0)、方位角θb131に180°を加算し、傾斜面M13における方位角θb130=θb131+180°=180°とする。 Specifically, in the inclined surface M11, the inclination angle θa112 is larger than the inclination angle θa111 (θa111−θa112 <0). In this case, 180 ° is added to the azimuth angle θb111, and the azimuth angle θb110 = θb111 + 180 ° = 180 ° in the inclined plane M11. Similarly, since the inclination angle θa132 of the inclined surface M13 is larger than the inclination angle θa131 (θa131−θa132 <0), 180 ° is added to the azimuth angle θb131, and the azimuth angle θb130 = θb131 + 180 ° = 180 in the inclined surface M13. °.
傾斜面M12では、傾斜角θa122が傾斜角θa121より減少している(θa121−θa122>0)。この場合、方位角θb121を補正せず、傾斜面M12における方位角θb120=θb121=0°とする。傾斜面M14も同様に、傾斜角θa142が傾斜角θa141より減少しているので(θa141−θa142>0)、方位角θb141を補正せず、傾斜面M14における方位角θb140=θb141=0°とする。 In the inclined surface M12, the inclination angle θa122 is smaller than the inclination angle θa121 (θa121−θa122> 0). In this case, the azimuth angle θb121 is not corrected, and the azimuth angle θb120 = θb121 = 0 ° in the inclined surface M12 is set. Similarly, in the inclined surface M14, since the inclination angle θa142 is smaller than the inclination angle θa141 (θa141-θa142> 0), the azimuth angle θb141 is not corrected, and the azimuth angle θb140 = θb141 = 0 ° in the inclined surface M14. .
また、傾斜補正部42は、傾斜面M11における傾斜角θa110=θa111=30°、傾斜面M12における傾斜角θa120=θa121=30°、傾斜面M13における傾斜角θa130=θa131=30°、傾斜面M14における傾斜角θa140=θa141=30°とする。
In addition, the
而して、傾斜補正部42は、傾斜面M11における傾斜データとして、傾斜角θa110および方位角θb110を作成し、傾斜面M12における傾斜データとして、傾斜角θa120および方位角θb120を作成する。さらに傾斜補正部42は、傾斜面M13における傾斜データとして、傾斜角θa130および方位角θb130を作成し、傾斜面M14における傾斜データとして、傾斜角θa140および方位角θb140を作成する。
Thus, the
3次元演算部4は、画素毎に上記傾斜算出処理および傾斜補正処理を行って表面片Snの傾斜を決定する。したがって、これらの表面片Snを連続させることによって、計測されたワークW2の3次元形状は、正しい法線ベクトルNが設定された傾斜面を有するものになる。なお、ワークW2の回転による傾斜角θaの増減と、方位角θbの補正量(0°または+180°)との関係は、実試験またはシミュレーション等によって予め導出しておく。
The three-
そして、傾斜補正部42は、ワークW2の3次元形状の計測データを表示部5へ出力し、表示部5は、傾斜補正部42から受け取った傾斜データに基づいて、ワークW2の外観図、寸法等の形状データとして表示する。
Then, the
(実施形態3)
図13は、本実施形態の3次元計測装置A2の構成を示し、3次元計測装置A2は、照明部1と、直線偏光板2と、カメラ3(撮像装置)と、3次元演算部4と、表示部5と、カメラ台座7(姿勢変化手段)とで構成される。なお、実施形態1,2と同様の構成には同一の符号を付して説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 13 shows the configuration of the three-dimensional measurement apparatus A2 of this embodiment. The three-dimensional measurement apparatus A2 includes an
カメラ3は、カメラ台座7の台座本体71上に固定されており、台座本体71は、Y軸方向に設けた回転軸72の軸周りに回転自在に構成されており、傾斜算出部41によって、台座本体71の回転制御が行われる。すなわち、カメラ台座7は、カメラ3を回転させることによって、カメラ3の撮像方向(Z軸)とワークWの表面との相対角度を変化させる姿勢変化手段に相当する。
The
そして、カメラ台座7によって、カメラ3の撮像方向とワークWの表面との相対角度を変化させることができるので、実施形態1,2と同様に、3次元演算部4の傾斜補正部42による傾斜補正処理を行うことができる。
Since the
したがって、ワークWの3次元形状の計測結果は、実施形態1,2と同様に傾斜面の傾斜方向の違いを識別でき、傾斜面を区別することが可能となる。すなわち、3次元計測装置A2は、偏光解析を用いながら、複数の傾斜面の各傾斜方向の違いを識別できる。 Therefore, the measurement result of the three-dimensional shape of the workpiece W can identify the difference in the inclination direction of the inclined surface as in the first and second embodiments, and can distinguish the inclined surface. In other words, the three-dimensional measuring apparatus A2 can identify the difference in the inclination directions of the plurality of inclined surfaces while using the polarization analysis.
A1 3次元計測装置
1 照明部
2 直線偏光板
3 カメラ(撮像装置)
4 3次元演算部
41 傾斜算出部
42 傾斜補正部
5 表示部
6 ワーク台座(姿勢変化手段)
W ワーク(被計測物)
A1
4 Three-
W Workpiece (object to be measured)
Claims (6)
前記被計測物の表面で第1の光が反射して形成される第2の光を撮像した撮像データを生成する撮像装置と、
前記撮像装置の撮像方向と前記被計測物の表面との相対角度を変化させる姿勢変化手段と、
前記姿勢変化手段によって前記相対角度を第1の状態に設定して前記撮像装置が生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第1の傾斜角および第1の方位角を求め、前記姿勢変化手段によって前記相対角度を前記第1の状態から第2の状態に変化させた後に前記撮像装置が生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第2の傾斜角および第2の方位角を求め、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との差に基づいて、前記第1の傾斜角を補正する3次元演算部と
を備え、
前記3次元演算部は、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との差に応じて前記第1の傾斜角の正負の符号を決定することによって、前記第1の傾斜角を補正する
ことを特徴とする3次元計測装置。 From bowl-shaped irradiation surface of a hemisphere, a lighting device for morphism the first light to the surface of the circular polarization of the object to be measured which is located approximately at the center of an opening of the irradiated surface irradiation,
An imaging device for generating imaging data obtained by imaging the second light formed by reflecting the first light on the surface of the measurement object;
Posture changing means for changing a relative angle between the imaging direction of the imaging device and the surface of the object to be measured;
Based on the imaging data generated by the imaging device with the relative angle set to the first state by the posture changing means, the azimuth angle and elliptical angle of the polarization ellipse as the polarization state of the elliptically polarized light of the second light And detecting a first tilt angle and a first azimuth angle of the surface of the object to be measured based on the detected polarization state, and changing the relative angle from the first state by the posture changing means. Based on the imaging data generated by the imaging device after being changed to the second state, the azimuth angle and ellipticity ratio of the polarization ellipse are detected as the polarization state of the elliptically polarized light of the second light, and this detection is performed. Based on the polarization state, the second tilt angle and the second azimuth angle of the surface of the object to be measured are obtained, and based on the difference between the first tilt angle and the second tilt angle, the first tilt angle is calculated. A three-dimensional calculation unit that corrects the tilt angle of Prepared ,
The three-dimensional calculation unit corrects the first inclination angle by determining a positive or negative sign of the first inclination angle according to a difference between the first inclination angle and the second inclination angle. A three-dimensional measuring apparatus characterized by:
前記被計測物の表面で第1の光が反射して形成される第2の光を撮像した撮像データを生成する撮像装置と、An imaging device for generating imaging data obtained by imaging the second light formed by reflecting the first light on the surface of the measurement object;
前記撮像装置の撮像方向と前記被計測物の表面との相対角度を変化させる姿勢変化手段と、Posture changing means for changing a relative angle between the imaging direction of the imaging device and the surface of the object to be measured;
前記姿勢変化手段によって前記相対角度を第1の状態に設定して前記撮像装置が生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第1の傾斜角および第1の方位角を求め、前記姿勢変化手段によって前記相対角度を前記第1の状態から第2の状態に変化させた後に前記撮像装置が生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第2の傾斜角および第2の方位角を求め、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との差に基づいて、前記第1の方位角を補正する3次元演算部とBased on the imaging data generated by the imaging device with the relative angle set to the first state by the posture changing means, the azimuth angle and elliptical angle of the polarization ellipse as the polarization state of the elliptically polarized light of the second light And detecting a first tilt angle and a first azimuth angle of the surface of the object to be measured based on the detected polarization state, and changing the relative angle from the first state by the posture changing means. Based on the imaging data generated by the imaging device after being changed to the second state, the azimuth angle and ellipticity ratio of the polarization ellipse are detected as the polarization state of the elliptically polarized light of the second light, and this detection is performed. Based on the polarization state, the second tilt angle and the second azimuth angle of the surface of the object to be measured are obtained, and based on the difference between the first tilt angle and the second tilt angle, the first tilt angle is calculated. A three-dimensional calculation unit for correcting the azimuth angle of
を備え、With
前記3次元演算部は、前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との差に応じて前記第1の方位角を180°ずらすことによって、前記第1の方位角を補正するThe three-dimensional calculation unit corrects the first azimuth angle by shifting the first azimuth angle by 180 degrees according to a difference between the first tilt angle and the second tilt angle.
ことを特徴とする3次元計測装置。A three-dimensional measuring apparatus characterized by that.
前記第2の光を撮像する撮像方向と前記被計測物の表面との相対角度を第1の状態に設定して生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第1の傾斜角および第1の方位角を求めるステップと、Based on the imaging data generated by setting the relative angle between the imaging direction for imaging the second light and the surface of the object to be measured to the first state, the polarization state of the elliptically polarized light of the second light Detecting the azimuth angle and the ellipticity ratio of the polarization ellipse, and determining the first tilt angle and the first azimuth angle of the surface of the object to be measured based on the detected polarization state;
前記相対角度を前記第1の状態から第2の状態に変化させた後に生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第2の傾斜角および第2の方位角を求めるステップと、Based on the imaging data generated after the relative angle is changed from the first state to the second state, the azimuth angle and ellipticity rate of the polarization ellipse are obtained as the polarization state of the elliptically polarized light of the second light. Detecting and determining a second tilt angle and a second azimuth angle of the surface of the object to be measured based on the detected polarization state;
前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との差に応じて前記第1の傾斜角の正負の符号を決定することによって、前記第1の傾斜角を補正するステップとCorrecting the first tilt angle by determining a sign of the first tilt angle according to a difference between the first tilt angle and the second tilt angle;
を有することを特徴とする3次元計測方法。A three-dimensional measurement method comprising:
前記第2の光を撮像する撮像方向と前記被計測物の表面との相対角度を第1の状態に設定して生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第1の傾斜角および第1の方位角を求めるステップと、
前記相対角度を前記第1の状態から第2の状態に変化させた後に生成した前記撮像データに基づいて、前記第2の光の楕円偏光の偏光状態として偏光楕円の方位角および楕円角率を検出し、この検出した偏光状態に基づいて、前記被計測物の表面の第2の傾斜角および第2の方位角を求めるステップと、
前記第1の傾斜角と前記第2の傾斜角との差に応じて前記第1の方位角を180°ずらすことによって、前記第1の方位角を補正するステップと
を有することを特徴とする3次元計測方法。 From bowl-shaped irradiation surface of a hemisphere, said shines the first light to the surface of the circular polarization of the object to be measured which is located approximately at the center of an opening of the irradiated surface irradiation, the first light at the surface of the object to be measured Imaging data obtained by imaging the second light formed by reflection is generated, a polarization state of the second light is detected based on the imaging data, and the measurement target is based on the detected polarization state. In the three-dimensional measurement method for obtaining the tilt angle and azimuth angle of the surface of an object,
Based on the imaging data generated by setting the relative angle between the imaging direction for imaging the second light and the surface of the object to be measured to the first state, the polarization state of the elliptically polarized light of the second light Detecting the azimuth angle and the ellipticity ratio of the polarization ellipse , and determining the first tilt angle and the first azimuth angle of the surface of the object to be measured based on the detected polarization state;
Based on the imaging data generated after the relative angle is changed from the first state to the second state, the azimuth angle and ellipticity rate of the polarization ellipse are obtained as the polarization state of the elliptically polarized light of the second light. Detecting and determining a second tilt angle and a second azimuth angle of the surface of the object to be measured based on the detected polarization state;
Correcting the first azimuth angle by shifting the first azimuth angle by 180 ° in accordance with a difference between the first tilt angle and the second tilt angle. 3D measurement method.
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