JP5913903B2 - 形状検査方法およびその装置 - Google Patents
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Description
点群計測法は大局的な形状の把握には向いているが、局所的な変化や微小凹凸に対しては計測精度の低下が生じる。プローブを用いた接触式ではプローブ走査が困難なエッジや鋭角部で形状計測精度が低下する傾向がある。また、レーザ等の光学を応用した非接触式でも、エッジや鋭角部、および急峻な傾きを持つ形状は、光の反射角が平坦な形状とは大きく異なり、測定精度が低下する傾向がある。さらに、点群計測法では試料の表面粗さ等の微小凹凸の計測は不得手である。
図5に示すように点群データの空間分解能を画像撮像部により取得した画像データと同じスケールとなるように調整する(S201)。ここで、スケールの調整は点群データと画像データの空間分解能が同じになれば、画像処理部に実施してもよいし、点群データと画像データの両方に施してもよい。また、点群データと画像データが同じ空間分解能になるよう設計されている場合には、このスケール調整(S201)は必要ない。スケール調整(S201)後、点群計測部と画像撮像部の幾何学的配置の違いから、点群データと画像データを粗調整する(S203)。粗調整(S203)後に、図5の点群データにて変位が急峻に変化する点161、画像において強度変化の大きい箇所162の両データにて共通の特徴点にて詳細な位置照合を実施する(S204)。特徴点が複数存在する場合には、各特徴点同士の距離の総和が最小となるように位置照合を行う。もしくは特徴点同士の距離が統計的に中間値となるように位置照合を行ってもよい。
図2にはCADデータを用いて点群計測する領域を算出する方法を示したが、図6に示す取得した点群データとCADデータとの比較結果を用いて2次元画像を用いる領域を決定する方法でも、2次元画像との相補的統合が可能である。試料の形状計測を行う領域を設定し(S300),点群計測を行う(S301)。試料のCADデータ(S302)を入力し、(S301)にて計測した点群とを位置合わせして対応点同士の距離を算出する(S303)。この照合には、点群の照合に広く用いられているICP(Itarative Closest Point)法等を用いる。ICP法では、ここで、計測した点群とCADデータの各対応点間の距離の平均を取り、この平均値があるしきい値と比較を行う(S304)。しきい値以上の領域は、点群計測センサの精度が保証されないので、2次元カメラにて撮像し(S305)、撮像された画像から形状データを推定する(S306)。点群計測センサの点群と画像より推測した形状データの位置情報を照合し(S307)、所望の形状データを取得する(S308)。実際の計測結果とCADを比較し、点群計測結果の使用可否を決定するため、図2に示したフローでは不可能な点群計測におけるはずれ値を除去することができ、計測の精度が向上する。なお、各対応点間の距離の平均と比較するしきい値は、検査対象である形状不良や表面凹凸等よりも大きな値を設定する。
形状不良を定量化するため、計測した形状と基準となる形状とを定量的に比較する。基準となる形状として、理想形状であるCADデータ、もしくは試料自身の類似性を利用し算出した平均的な自己参照形状データ、複数個の同形状の試料の平均形状データのいずれか、もしくは複数種を用いる。各形状データの導出方法および不良定量化方法、組み合わせについて以下に記述する。
図1の3次元形状検査装置では、形状不良を定量化した後、その形状不良値が、試料が加工品である場合にはその出来栄えを製品の性能を指標として、試料が加工工具である場合には加工精度を指標として良否判定結果を出力する。
101、102・・・保持機構
103・・・サーボモータ
104・・・モータコントローラ
105・・・ベース
106・・・xステージ
107・・・yステージ
108・・・θステージ
109・・・ステージコントローラ
110・・・防振定盤
120・・・画像撮像部
121・・・照明部
122・・・レンズ
123・・・2次元カメラ
124・・・カメラコントローラ
130・・・点群計測部
131・・・点群計測センサ
132・・・センサコントローラ
140・・・制御用PC
141・・・モニタ
142・・・CADデータ
143・・・データベース
144・・・入力装置
160・・・点群データ上の1点
161・・・点群データ特徴点
162・・・画像データ特徴点
170・・・羽根車
1701・・・羽根車中心軸
170a、170b、170c、170d、170e、170f・・・羽
170・・・自己参照形状データ
171a、171b、171c、171d、171e、171f・・・プロファイル
180・・・磨耗面積
181・・・刃先の角度
190・・・GUI
191・・・検査結果
200・・・偏光カメラ
201・・・リング照明系
301・・・2次元カメラ方向の単位ベクトル
302・・・照明方向の単位ベクトル
303・・・三角メッシュ
304・・・法線ベクトル
305・・・欠陥
306・・・遮蔽部
1401・・・相補的統合部
1402・・・不良定量化部
1403・・・判定部
Claims (10)
- 検査対象の参照モデルの形状データである参照データを格納する格納部と、
前記参照データから第1の形状データを取得する領域を特定する領域特定部と、
前記領域特定部で特定した領域について前記第1の形状データを取得する第1の3次元形状センサと、
前記領域特定部で特定した領域以外の領域について前記検査対象の前記第1の形状データとは異なる第2の形状データを取得する第2の3次元形状センサと、
前記第1の形状データと前記第2の形状データとを統合する相補的統合部と、を備え、
前記第1の3次元形状センサは、3次元形状の点群を計測する点群計測センサであり、
前記第2の3次元形状センサは、1枚または複数の2次元画像データから3次元データを取得する2次元カメラ、または、複数の異なる偏光情報から3次元形状を計測する偏光カメラのいずれかであり、
さらに、前記検査対象の面と前記点群計測センサとの傾きを予め定めた閾値と比較して、該比較結果に基づき前記点群計測センサまたは前記2次元カメラのいずれを用いるかを決定する制御部を有することを特徴とする3次元形状検査装置。 - 前記相補的統合部により統合された統合データと前記参照データとを比較して形状不良値を定量的化する不良定量化部を備える請求項1に記載の3次元形状検査装置。
- 前記検査対象が複数の類似する類似領域を有している場合、
前記格納部は、各類似領域の形状データの平均から算出した自己参照形状データをさらに有し、
前記相補的統合部により統合された統合データと前記自己参照形状データとを比較して形状不良値を定量化する不良定量化部を備える請求項1に記載の3次元形状検査装置。 - 前記不良定量化部によって得られた形状不良値と、実験値またはシミュレーション値とから前記検査対象の形状異常の判定を行う判定部を備えることを特徴とする請求項2に記載の3次元形状検査装置。
- 前記不良定量化部によって得られた形状不良値と、実験値またはシミュレーション値と、前記検査対象を照射する照明部の位置および前記2次元カメラの位置および前記検査対象の傾きの全てとに基づき前記検査対象の形状異常の判定を行う判定部を備えることを特徴とする請求項2に記載の3次元形状検査装置。
- 検査対象の参照モデルの形状データである参照データを読み込み、
前記参照データから第1の形状データを取得する領域を特定し、
特定した領域について第1の3次元形状センサにて前記第1の形状データを取得し、
前記特定した領域以外の領域について第2の3次元形状センサにて前記検査対象の前記第1の形状データとは異なる第2の形状データを取得し、
相補的統合部にて前記第1の形状データと前記第2の形状データとを統合し、
前記第1の3次元形状センサは、3次元形状の点群を計測する点群計測センサであり、
前記第2の3次元形状センサは、1枚または複数の2次元画像データから3次元データを取得する2次元カメラ、または、複数の異なる偏光情報から3次元形状を計測する偏光カメラのいずれかであり、
さらに、前記検査対象の面と前記点群計測センサとの傾きを予め定めた閾値と比較して、該比較結果に基づき前記点群計測センサまたは前記2次元カメラのいずれを用いるかを決定することを特徴とする3次元形状検査方法。 - 前記相補的統合部により統合された統合データと前記参照データとを比較して形状不良値を定量化することを特徴とする請求項6に記載の3次元形状検査方法。
- 前記検査対象が複数の類似する類似領域を有している場合に各類似領域の形状データの平均から自己参照形状データを算出し、
前記相補的統合部により統合された統合データと前記自己参照形状データと比較して形状不良値を定量化することを特徴とする請求項6に記載の3次元形状検査方法。 - 前記相補的統合部により統合された統合データと前記参照データとを定量的に評価することによって得られた形状不良値と、実験値またはシミュレーション値かとから前記検査対象の形状異常の判定を行うことを特徴とする請求項7に記載の3次元形状検査方法。
- 前記相補的統合部により統合された統合データと前記参照データとを定量的に評価することによって得られた形状不良値と、実験値またはシミュレーション値と、前記検査対象を照射する照明部の位置および前記2次元カメラの位置および前記検査対象の傾きの全て、とに基づき前記検査対象の形状異常の判定を行うことを特徴とする請求項9に記載の3次元形状検査方法。
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