JP5853284B2 - 形状計測装置及び形状計測方法 - Google Patents
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Description
まず、本発明による第1実施形態の形状計測装置1について説明する。図1は、本発明による第1実施形態の形状計測装置1の構成とその動作原理を示す図である。本実施形態の形状計測装置1は、計測対象物体21の三次元形状を計測する装置であり、等間隔且つ一列に並べられた6つの光源L−2,L−1,L0,L1,L2及びL3からなる光源アレイ11と、1次元格子からなる格子面を有する格子プレート12と、カメラ13と、制御ユニット50とを備える。
次に、本発明による基準面を用いる第2実施形態の形状計測装置について説明する。図7は、本発明による第2実施形態の形状計測装置2の構成とその動作原理を示す図である。図1の構成と同様な構成要素には同一の参照番号を付している。
ここで、高さzとΨ及びΦとの関係について、更に具体的に説明する。上記した式(14)及び式(15)は、位相Φ(及び位相シフト量Ψ)と高さzとの関係を表しており、Ψ及びΦ、又は(ΦS−ΦR)が求められれば、これらのいずれかの式を用いて高さzを求めることができる。しかし、実際には、式(21)及び式(22)で表されるtanΦ,cosΨ,tanΦS及びtanΦRとして求める。これらの位相(及び位相シフト量)はラッピングされており、2mπ≦Φ≦2(m+1)π或いはqπ≦Ψ≦(q+1)πなどに制限されて出力される。ここで、m及びqは整数である。一般には、m=0及びq=0の場合に制限されている。そこで、tanΦ,cosΨ,tanΦS及びtanΦRを用いて、これらと高さzとの関係を以下のように具体的に求めてみた。
11 光源アレイ
12 格子プレート
12a 格子の光遮蔽領域
12b 格子の光透過領域
13 カメラ
14 基準平板
14a 基準面
21 計測対象物体
50 制御ユニット
51 制御部
52 メモリ
511 光源決定部
512 カメラ撮影処理部
513 画素別輝度算出部
514 位相・位相シフト量算出部
515 三次元座標算出部
L−2,L−1,L0,L1,L2,L3 光源
U 撮影装置の画素
V 撮影装置のレンズの中心
Claims (7)
- 計測対象物体の形状を非接触で計測する形状計測装置であって、
少なくとも5つの光源を等間隔に直線状に配列した光源アレイと、
前記少なくとも5つの光源を配列した直線に対して垂直方向の直線からなる光透過領域を光遮蔽領域に対して等間隔で並べて構成された1次元格子の格子面を有する格子プレートと、
前記少なくとも5つの光源の順次点灯により前記1次元格子がそれぞれ投影される計測対象物体を撮影するカメラと、
前記少なくとも5つの光源のうち隣接配置の少なくとも4つの光源からなる光源組を2組設定し、前記2組の光源組における各光源を順次点灯するよう前記光源アレイを制御するとともに、前記各光源を順次点灯してそれぞれ前記計測対象物体上に投影される1次元格子を撮影するよう前記カメラを制御し、前記2組の光源組による前記計測対象物体上に投影された前記1次元格子の位相をそれぞれ算出し、算出した当該2つの位相の差を位相シフト量として、前記位相シフト量から距離を決定する予め定めた換算式に基づいて前記計測対象物体に関する高さ座標を求める制御ユニットと、
を備えることを特徴とする形状計測装置。 - 前記位相シフト量から距離を決定する予め定めた換算式は、前記少なくとも5つの光源を配列した直線上の1点を原点として、前記格子プレートのそれぞれの光透過領域の配列方向をX軸、前記光透過領域の直線をY軸、及び前記格子プレートの格子面の法線方向をZ軸とし、前記光源アレイの原点から前記計測対象物体の表面までの前記Z軸方向の距離をz、前記光源アレイの各光源の間隔をl、前記光源アレイの原点から前記格子面までのZ軸方向の距離をd、前記位相シフト量をΨ、前記1次元格子の間隔をpとしたとき、
- 前記制御ユニットは、当該投影された1次元格子の位相から距離を決定する予め定めた換算式に基づいて前記計測対象物体に関する高さ座標を求める手段を有し、前記少なくとも5つの光源を配列した直線上の1点を原点として、前記格子プレートのそれぞれの光透過領域の配列方向をX軸、前記光透過領域の直線をY軸、及び前記格子プレートの格子面の法線方向をZ軸とし、前記光源アレイの原点から前記計測対象物体の表面までの前記Z軸方向の距離をz、前記光源アレイの原点から前記格子面までの前記Z軸方向の距離をd、前記1次元格子の位相をΦ、前記1次元格子の間隔をp、前記原点から前記計測対象物体の表面までの前記X軸方向の距離をx、前記1次元格子を構成する各光透過領域の中央位置のうち前記Z軸からの最短距離をeとしたとき、
- 前記1次元格子が投影されるように配置された基準面を有する基準平板を更に備え、前記制御ユニットは、前記少なくとも5つの光源のうち隣接配置の少なくとも4つの光源からなる光源組を2組設定し、前記2組の光源組における各光源を順次点灯するよう前記光源アレイを制御するとともに、前記各光源を順次点灯してそれぞれ前記基準面に投影される1次元格子を撮影するよう前記カメラを制御し、前記2組の光源組による前記基準面上に投影された前記1次元格子の位相をそれぞれ算出してメモリに保持する手段と、前記2組の光源組のそれぞれについて、前記メモリに保持した前記基準面上に投影された前記1次元格子の位相と、前記計測対象物体上に投影された前記1次元格子の位相との差分を算出し、該差分から距離を決定する予め定めた換算式に基づいて前記計測対象物体に関する高さ座標を求める手段とを備えることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の形状計測装置。
- 前記差分から距離を決定する予め定めた換算式は、前記少なくとも5つの光源を配列した直線上の1点を原点として、前記格子プレートのそれぞれの光透過領域の配列方向をX軸、前記光透過領域の直線をY軸、及び前記格子プレートの格子面の法線方向をZ軸とし、前記光源アレイの原点から前記計測対象物体の表面までの前記Z軸方向の距離をz、前記光源アレイの原点から前記格子面までの前記Z軸方向の距離をd、前記原点から前記カメラのレンズの中心までの距離をv、前記原点から前記基準面までのZ軸方向の距離をzR、前記1次元格子の間隔をp、前記原点から前記計測対象物体の表面までの前記X軸方向の距離xにおける当該投影された前記1次元格子の位相をΦS、前記距離xの前記計測対象物体の表面位置と前記レンズの中心とを通る直線と、前記基準面との交点における当該投影された前記1次元格子の位相をΦRとしたとき、
- 前記制御ユニットは、前記カメラの画素位置で定まるX軸及びY軸のx,y座標とZ軸のz座標からなる三次元座標について、前記基準平板を用いて計測された一定間隔のz座標毎に、前記位相と前記x,y座標との関係、及び前記位相シフト量と前記x,y座標との関係を関連づけるテーブルをそれぞれ作成して前記メモリに保持する手段と、前記計測対象物体について算出した前記1次元格子の位相及び前記位相シフト量から、前記メモリに保持したテーブルを参照して前記計測対象物体に関する三次元座標を導出する手段とを備えることを特徴とする、請求項4又は5に記載の形状計測装置。
- 少なくとも5つの光源を等間隔に直線状に配列した光源アレイと、前記少なくとも5つの光源を配列した直線に対して垂直方向の直線からなる光透過領域を光遮蔽領域に対して等間隔で並べて構成された1次元格子の格子面を有する格子プレートと、前記少なくとも5つの光源の順次点灯により前記1次元格子がそれぞれ投影される計測対象物体を撮影するカメラと、制御ユニットと、を備える形状計測装置によって前記計測対象物体の形状を計測する形状計測方法であって、
前記制御ユニットの処理は、
前記少なくとも5つの光源のうち隣接配置の少なくとも4つの光源からなる光源組を2組設定するステップと、
前記2組の光源組における各光源を順次点灯するよう前記光源アレイを制御するステップと、
前記各光源を順次点灯してそれぞれ前記計測対象物体上に投影される1次元格子を撮影するよう前記カメラを制御するステップと、
前記2組の光源組による前記計測対象物体上に投影された前記1次元格子の位相をそれぞれ算出するステップと、
算出した当該2つの位相の差を位相シフト量として、前記位相シフト量から距離を決定する予め定めた換算式に基づいて前記計測対象物体に関する高さ座標を求めるステップと、
を含むことを特徴とする形状計測方法。
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