JP7344708B2 - 3D shape measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、三次元の測定対象物に対して高さ情報を含む所定の検査を行うための三次元形状測定装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device for performing a predetermined inspection including height information on a three-dimensional measurement object.
三角測距方式の三次元形状測定装置が知られている(例えば特許文献1)。この三次元形状測定装置では、測定対象物を載置する載置部と、測定対象物に向けて測定光を投光したり、測定対象物からの反射光を受光したりするヘッド部とが固定的に連結されている。これにより、耐振性など外部環境の変化に対するロバスト性を高め、測定対象物の立体形状を安定的に測定可能となっている。また、この三次元形状測定装置には、測定対象物の立体形状を複数方向から測定するために、測定対象物を回転させる回転ステージが設けられている。 A triangulation type three-dimensional shape measuring device is known (for example, Patent Document 1). This three-dimensional shape measuring device has a mounting section on which the object to be measured is placed, and a head section that emits measurement light toward the object and receives reflected light from the object. Fixedly connected. This increases robustness against changes in the external environment, such as vibration resistance, and enables stable measurement of the three-dimensional shape of the object to be measured. Further, this three-dimensional shape measuring device is provided with a rotation stage that rotates the object to be measured in order to measure the three-dimensional shape of the object to be measured from multiple directions.
このような三次元形状測定装置では、測定対象物を載置する回転ステージの大きさが制限されるところ、回転ステージに収まらない長尺の測定対象物についても立体形状を測定したいことがある。このような場合に対応するため、回転する回転ステージに加えて、XY平面内を平行移動する並進ステージを搭載することが考えられる。この場合において、並進ステージのストローク量は少しでも大きい方が好ましい。なぜなら、ストローク量が大きいほど、より大きな、あるいはより長い測定対象物を測定することができるからである。 In such a three-dimensional shape measuring device, the size of the rotation stage on which the object to be measured is placed is limited, but there are cases where it is desired to measure the three-dimensional shape of a long object to be measured that does not fit on the rotation stage. In order to deal with such a case, it is conceivable to mount a translation stage that moves in parallel within the XY plane in addition to the rotating rotation stage. In this case, it is preferable that the stroke amount of the translation stage is as large as possible. This is because the larger the stroke amount, the larger or longer the object to be measured can be measured.
しかしながら、このようなストローク量の大きい並進ステージを準備しようとすれば、ステージの大きさが相応に大きくなって、三次元形状測定装置の大型化を招くという問題があった。 However, if a translation stage with such a large stroke amount is prepared, the size of the stage becomes correspondingly large, resulting in a problem that the three-dimensional shape measuring apparatus becomes larger.
本発明の目的の一は、三次元形状測定装置の大型化を回避しつつも並進ステージのストローク量を確保した三次元形状測定装置を提供することにある。 One object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring device that secures the stroke amount of a translation stage while avoiding an increase in the size of the three-dimensional shape measuring device.
上記の目的を達成するために、本発明の第1の側面に係る三次元形状測定装置によれば、測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置であって、測定対象物を載置させる載置面を有し、互いに直交するX軸とY軸に沿って、当該載置面を平行移動させるための並進ステージ、及び、当該並進ステージを所定の回転軸を中心に回転移動させるための回転ステージを有する載置部と、前記載置部に載置された測定対象物に所定のパターンを有する測定光を照射する投光部と、前記投光部により照射され、測定対象物にて反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部と、前記載置部を支持する台座部と、前記台座部に連結されると共に、前記載置部を斜め下に見下ろすように前記投光部及び前記受光部を固定的に支持する支持部と、測定対象物の三次元形状を測定する測定領域を設定する測定領域設定部と、前記測定領域設定部により設定された測定領域に基づいて、前記載置部の移動動作を制御する移動制御部と、前記移動制御部により前記並進ステージを平行移動させ、又は前記移動制御部により前記回転ステージを回転移動させ、前記受光部により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成部とを備え、前記X軸及びY軸は、前記載置面の平面視において、前記載置部が前記支持部に接近及び離間する奥行方向と、該奥行方向と直交する横方向とに対して傾斜して配置されており、前記移動制御部は、前記測定領域設定部により前記横方向に複数の測定領域が設定された場合に、当該複数の測定領域が並ぶ方向である前記横方向に沿って前記載置面が平行移動するように前記並進ステージを制御するよう構成することができる。上記構成により、並進ステージのX軸及びY軸方向を、平面視において斜めにずらした構成としたことで、載置面を大型化させることなく縦横へのストローク量を大きくして、より大きな測定対象物に対する測定に有利となる。
In order to achieve the above object, a three-dimensional shape measuring device according to a first aspect of the present invention is a three-dimensional shape measuring device that measures a three-dimensional shape of an object to be measured. A translation stage that has a mounting surface to be placed on and moves the mounting surface in parallel along X-axis and Y-axis that are orthogonal to each other , and rotates the translation stage about a predetermined rotation axis. a mounting section having a rotation stage for controlling the measurement target; a light projecting section that irradiates measurement light having a predetermined pattern onto the measurement target placed on the mounting section; a light receiving section that receives measurement light reflected by an object and outputs a light reception signal representing the amount of received light; a pedestal section that supports the mounting section; and a pedestal section that is connected to the pedestal section and that supports the mount section. a support part that fixedly supports the light emitting part and the light receiving part so as to look diagonally downward ; a measurement area setting part that sets a measurement area for measuring a three-dimensional shape of the object to be measured; and the measurement area setting part. a movement control section that controls the movement operation of the mounting section based on the measurement area set by; and a movement control section that moves the translation stage in parallel, or a movement control section that moves the rotation stage rotationally. and a point cloud data generation section that generates point cloud data representing the three-dimensional shape of the object to be measured based on the light reception signal output by the light reception section, and the X axis and the Y axis are arranged on the mounting surface. In a plan view, the mounting section is arranged to be inclined with respect to a depth direction in which the mounting section approaches and moves away from the support section, and a lateral direction perpendicular to the depth direction, and the movement control section When a plurality of measurement regions are set in the lateral direction by the region setting section, the translation stage is controlled so that the placement surface moves in parallel along the lateral direction, which is the direction in which the plurality of measurement regions are lined up. It can be configured to do so . With the above configuration, the X-axis and Y-axis directions of the translation stage are shifted diagonally in plan view, allowing for larger vertical and horizontal strokes without increasing the size of the mounting surface, allowing for larger measurements. This is advantageous for measuring objects.
また、本発明の第2の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記構成に加えて、前記X軸及びY軸は、前記載置面の平面視において、前記載置部が前記支持部に接近及び離間する奥行方向と、該奥行方向と直交する横方向とに対して略45°の角度をなすよう構成できる。上記構成により、並進ステージのX軸びY軸方向を、平面視において略45°ずらした構成としたことで、載置面を大型化させることなく並進ステージのストローク量を√2倍に拡大させることが可能となる。 According to the three-dimensional shape measuring device according to the second aspect of the present invention, in addition to the above configuration, the X-axis and the Y-axis are such that when the mounting surface is viewed from above, the mounting portion is attached to the support. It can be configured to form an angle of approximately 45° with respect to a depth direction in which the portion approaches and moves away from the portion, and a lateral direction perpendicular to the depth direction. With the above configuration, the X-axis and Y-axis directions of the translation stage are shifted by approximately 45 degrees in plan view, thereby increasing the stroke amount of the translation stage by √2 without increasing the size of the mounting surface. becomes possible.
さらに、本発明の第3の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記移動制御部は、前記載置部のX軸方向とY軸方向とを連動させて平行移動させることで、前記載置面を、前記奥行方向及び該奥行方向と直交する横方向に平行移動させるよう構成できる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the third aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the movement control section interlocks the X-axis direction and the Y-axis direction of the mounting section. By causing the placement surface to move in parallel, the placement surface can be configured to move in parallel in the depth direction and in a lateral direction orthogonal to the depth direction.
さらにまた、本発明の第4の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記移動制御部は、前記支持部に面する測定領域の隅部を移動制限領域に設定することができる。上記構成により、載置部の左右のストロークを広く確保しつつ、手前側への移動は制限することで、支持部に測定対象物や載置部が衝突する事態を回避できる。
Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the fourth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the movement control section moves a corner of the measurement area facing the support section. Can be set to restricted area. With the above configuration, by ensuring a wide left and right stroke of the placement part and restricting movement toward the front side, it is possible to avoid a situation in which the object to be measured or the placement part collides with the support part.
さらにまた、本発明の第5の側面に係る三次元形状測定装置によれば、測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置であって、測定対象物を載置させる載置面を有し、該載置面を回転軸を中心に回転移動させるための回転ステージと、互いに直交するX軸とY軸に沿って、前記載置面を平行移動させるための並進ステージを有する載置部と、前記載置部に載置された測定対象物に所定のパターンを有する測定光を照射する投光部と、前記投光部により照射され、測定対象物にて反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部と、前記載置部を支持する台座部と、前記台座部に連結されると共に、前記載置部の上方に測定光による測定領域が形成されるよう前記投光部及び前記受光部を固定的に支持する支持部と、前記載置部の移動動作を制御する移動制御部と、前記移動制御部により前記並進ステージを平行移動させ、又は前記移動制御部により前記回転ステージを回転移動させ、前記受光部により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成部と、前記載置部に載置された測定対象物の一部が前記載置面から突出している部位の、該載置面の周縁からの突出量が、該載置面を基準位置とした状態での該載置面と前記支持部との最短距離よりも大きいか否かを検出する端部検出部とを備え、前記X軸及びY軸は、前記載置面の平面視において、前記載置部が前記支持部に接近及び離間する奥行方向と、該奥行方向と直交する横方向とに対して傾斜して配置することができる。
Furthermore, the three-dimensional shape measuring device according to the fifth aspect of the present invention is a three-dimensional shape measuring device for measuring the three-dimensional shape of an object to be measured, the mounting surface on which the object to be measured is placed. , a rotation stage for rotationally moving the mounting surface around a rotation axis, and a translation stage for moving the mounting surface in parallel along X-axis and Y-axis that are orthogonal to each other. a placing part; a light projecting part that irradiates the measuring object placed on the placing part with measurement light having a predetermined pattern; and a measuring light irradiated by the light projecting part and reflected by the measuring object. a light-receiving section that receives the light and outputs a light-receiving signal representing the amount of received light; a pedestal section that supports the mounting section; and a measurement area connected to the pedestal section and using the measurement light above the mount section. a support section that fixedly supports the light projecting section and the light receiving section so that the light projecting section and the light receiving section are formed; a movement control section that controls a movement operation of the mounting section; and a movement control section that moves the translation stage in parallel; or a point cloud data generation section that rotates the rotary stage by the movement control section and generates point cloud data representing the three-dimensional shape of the measurement target based on the light reception signal outputted by the light reception section; The amount of protrusion from the periphery of the placement surface of a portion of the measurement object placed on the placement section that protrudes from the placement surface, with the placement surface as the reference position. an edge detection section that detects whether the distance between the placement surface and the support section is greater than the shortest distance , and the X-axis and the Y-axis are arranged so that the placement section It can be arranged so as to be inclined with respect to a depth direction in which the support portion approaches and moves away from the support portion, and a lateral direction perpendicular to the depth direction .
さらにまた、本発明の第6の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、さらに、前記端部検出部の検出結果に基づいて、前記回転ステージが回転移動したときに前記端部が前記支持部に衝突しない退避位置を特定する退避位置特定部を備え、前記移動制御部は、前記並進ステージを前記退避位置に平行移動させた状態で、前記回転ステージを回転移動させるよう構成できる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the sixth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the rotary stage further rotates based on the detection result of the end detection section. an evacuation position specifying section for specifying a evacuation position at which the end portion does not collide with the supporting section when the end portion collides with the supporting section; It can be configured to rotate.
さらにまた、本発明の第7の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記端部検出部は、前記点群データ生成部により生成された点群データに基づいて前記端部を検出するよう構成できる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the seventh aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the edge detecting section may detect point cloud data generated by the point cloud data generating section. The end portion can be configured to be detected based on.
さらにまた、本発明の第8の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記載置面を円形状に形成できる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the eighth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the placement surface can be formed into a circular shape.
さらにまた、本発明の第9の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、さらに、前記支持部の上部に固定され、前記測定領域を斜め下に見下ろすように、前記投光部及び前記受光部を前記載置面に対して光軸が傾斜する姿勢に固定する固定部と、前記投光部及び前記受光部の光軸と対向するように、前記載置面に対して傾斜させた傾斜面を有する傾斜台とを備えることができる。上記構成により、傾斜台を利用して測定対象物を斜め姿勢に載置することで、斜め上方に固定された投光部や受光部で測定対象物の平面視画像を取得できる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the ninth aspect of the present invention, in addition to any of the above-mentioned configurations, the device is fixed to the upper part of the support part so as to look diagonally downward into the measurement area. a fixing part that fixes the light projecting part and the light receiving part in a posture in which the optical axis is inclined with respect to the mounting surface; A tilting table having a tilted surface tilted with respect to the mounting surface may be provided. With the above configuration, by placing the object to be measured in an oblique position using the tilt table, a plan view image of the object to be measured can be obtained using the light projecting section and the light receiving section fixed diagonally upward.
さらにまた、本発明の第10の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記載置部は、前記台座部に回転自在に支持された前記回転ステージの上方に、前記並進ステージを並進自在に備えることができる。上記構成により、測定対象物と並進ステージを共に回転させることにより、測定対象物と並進ステージの位置関係を、測定対象物の載置姿勢を変えない範囲で、一定に維持できる。これにより、回転における複数視点からの三次元測定が常に同じ測定対象物の範囲で行える。この結果、測定対象物上の同一点を複数視点からのデータで平均化でき、測定対象物全体にわたって安定した測定を実現し、測定精度を向上することができる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the tenth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the mounting section is configured to support the rotary stage rotatably supported by the pedestal section. The translation stage can be provided above in a freely translatable manner. With the above configuration, by rotating both the measurement object and the translation stage, the positional relationship between the measurement object and the translation stage can be maintained constant within the range where the mounting posture of the measurement object is not changed. Thereby, three-dimensional measurement from multiple viewpoints during rotation can always be performed within the same range of the measurement target. As a result, data from multiple viewpoints at the same point on the object to be measured can be averaged, stable measurement can be achieved over the entire object to be measured, and measurement accuracy can be improved.
さらにまた、本発明の第11の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記載置部は、前記台座部に並進自在に支持された前記並進ステージの上方に、前記回転ステージを回転自在に備えることができる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the eleventh aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the mounting section is configured to support the translation stage supported on the pedestal section so as to be freely translatable. The rotation stage can be rotatably provided above.
さらにまた、本発明の第12の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、さらに、前記並進ステージを前記基準位置から移動させた第一位置で照射された測定光に基づき、前記点群データ生成部で生成された第一点群データと、前記第一位置と異なる第二位置で照射された測定光に基づき生成された第二点群データとを合成する点群データ合成部を備えることができる。 Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the twelfth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the translation stage is further irradiated at a first position moved from the reference position. Synthesizing first point cloud data generated by the point cloud data generation unit based on measurement light and second point cloud data generated based on measurement light irradiated at a second position different from the first position. A point cloud data synthesis unit may be provided.
さらにまた、本発明の第13の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記移動制御部は、前記横方向に2つの測定領域が設定されている場合に、当該2つの測定領域のうち一方の測定領域に応じた位置に前記載置面が平行移動するように前記並進ステージを制御した後、他方の測定領域に応じた位置に前記載置面が平行移動するように前記並進ステージを制御するよう構成することができる。
さらにまた、本発明の第14の側面に係る三次元形状測定装置によれば、測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置であって、測定対象物を載置させる載置面を有し、該載置面を回転移動させるための回転ステージ、及び前記載置面を平行移動させるための並進ステージを有する載置部と、前記載置部に載置された測定対象物に所定のパターンを有する測定光を照射する投光部と、前記投光部により照射され、測定対象物にて反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部と、前記載置部を支持する台座部と、前記台座部に連結されると共に、前記載置部を斜め下に見下ろすように前記投光部及び前記受光部を固定的に支持する支持部と、測定対象物の三次元形状を測定する測定領域を設定する測定領域設定部と、前記載置部の移動動作を制御する移動制御部と、前記移動制御部により前記並進ステージを平行移動させ、又は前記移動制御部により前記回転ステージを回転移動させ、前記受光部により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成部と備え、前記載置部は、前記台座部に回転自在に支持された前記回転ステージの上方に、前記並進ステージを並進自在に備えており、前記移動制御部は、前記測定領域設定部により横方向に複数の測定領域が設定された場合に、当該複数の測定領域が並ぶ方向である前記横方向に沿って前記載置面が平行移動するように前記並進ステージを制御するよう構成することができる。
Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the thirteenth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations , the movement control section may include two measurement areas set in the lateral direction. After controlling the translation stage so that the mounting surface is moved in parallel to a position corresponding to one of the two measurement regions, the mounting surface is moved to a position corresponding to the other measurement region. The translation stage may be configured to be controlled to move in parallel.
Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the fourteenth aspect of the present invention, the three-dimensional shape measuring device measures the three-dimensional shape of a measurement target, the mounting surface on which the measurement target is placed. a mounting section having a rotation stage for rotationally moving the mounting surface, and a translation stage for parallelly moving the mounting surface, and a measuring object placed on the mounting section. a light projecting section that emits measurement light having a predetermined pattern; a light receiving section that receives the measurement light that is emitted by the light projecting section and reflected by the object to be measured and outputs a light reception signal representing the amount of received light; a pedestal part that supports the mounting part; a support part that is connected to the pedestal part and fixedly supports the light emitting part and the light receiving part so as to look diagonally downward at the mounting part; a measurement area setting unit that sets a measurement area for measuring a three-dimensional shape of a target; a movement control unit that controls movement of the placement unit; and a movement control unit that moves the translation stage in parallel; a point cloud data generation section configured to rotationally move the rotary stage by a movement control section and generate point cloud data representing a three-dimensional shape of the object to be measured based on a light reception signal outputted by the light reception section; The unit includes the translation stage movable in translation above the rotary stage rotatably supported by the pedestal, and the movement control unit is configured to horizontally set a plurality of measurement areas by the measurement area setting unit. is set, the translation stage can be configured to be controlled so that the placement surface moves in parallel along the lateral direction, which is the direction in which the plurality of measurement regions are lined up.
さらにまた、本発明の第15の側面に係る三次元形状測定装置によれば、上記何れかの構成に加えて、互いに直交するX軸及びY軸は、前記載置面の平面視において、前記載置部が前記支持部に接近及び離間する奥行方向と、該奥行方向と直交する前記横方向とに対して傾斜して配置させることができる。上記構成により、並進ステージのX軸及びY軸方向を、平面視において斜めにずらした構成としたことで、載置面を大型化させることなく縦横へのストローク量を大きくして、より大きな測定対象物に対する測定に有利となる。
Furthermore, according to the three-dimensional shape measuring device according to the fifteenth aspect of the present invention, in addition to any of the above configurations, the X-axis and Y-axis, which are orthogonal to each other , The writing section can be arranged to be inclined with respect to a depth direction in which the writing section approaches and moves away from the support section and the lateral direction that is orthogonal to the depth direction. With the above configuration, the X-axis and Y-axis directions of the translation stage are shifted diagonally in plan view, allowing for larger vertical and horizontal strokes without increasing the size of the mounting surface, allowing for larger measurements. This is advantageous for measuring objects.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための三次元形状測定装置を例示するものであって、本発明は三次元形状測定装置を以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings. However, the embodiments described below illustrate a three-dimensional shape measuring device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the three-dimensional shape measuring device as follows. Moreover, this specification does not in any way specify the members shown in the claims to the members of the embodiments. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative positions, etc. of the components described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention, unless otherwise specified, and are merely illustrative. Just an example. Note that the sizes, positional relationships, etc. of members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, in the following description, the same names and symbols indicate the same or homogeneous members, and detailed descriptions will be omitted as appropriate. Furthermore, each element constituting the present invention may be configured so that a plurality of elements are made of the same member so that one member serves as a plurality of elements, or conversely, the function of one member may be performed by a plurality of members. It can also be accomplished by sharing.
本明細書において、「テクスチャ画像」とは、光学画像に代表される、テクスチャ情報を有する観察画像である。一方、「高さ画像」とは、距離画像等とも呼ばれるものであり、高さ情報を含む画像の意味で使用する。例えば、高さ情報を輝度や色度等に変換して二次元画像として表示した画像や、高さ情報をZ座標情報として三次元状に表示した画像が挙げられる。またこのような高さ画像にテクスチャ画像をテクスチャ情報として貼り付けた三次元の合成画像も、高さ画像に含む。また、本明細書において高さ画像の表示形態は二次元状に表示されるものに限られず、三次元状に表示されるものも含む。例えば、高さ画像の有する高さ情報を輝度等に変換して二次元画像として表示したものや、高さ情報をZ座標情報として三次元状に表示したものを含む。 In this specification, a "texture image" is an observed image having texture information, typically an optical image. On the other hand, a "height image" is also called a distance image or the like, and is used to mean an image that includes height information. Examples include an image in which height information is converted into brightness, chromaticity, etc. and displayed as a two-dimensional image, and an image in which height information is displayed in a three-dimensional manner as Z coordinate information. A three-dimensional composite image in which a texture image is pasted as texture information on such a height image is also included in the height image. Furthermore, in this specification, the display format of the height image is not limited to one in which it is displayed two-dimensionally, but also includes one in which it is displayed three-dimensionally. Examples include those in which the height information of a height image is converted into luminance or the like and displayed as a two-dimensional image, and those in which the height information is displayed three-dimensionally as Z coordinate information.
さらに本明細書において測定対象物をステージ上に置く「姿勢」とは、測定対象物の回転角度を意味する。なお、測定対象物が円錐のような平面視において点対称の形状の場合は、回転角度に依らず同じ結果が得られるため、姿勢は規定する必要がない。 Furthermore, in this specification, the "posture" in which the measurement target is placed on the stage means the rotation angle of the measurement target. Note that if the object to be measured has a point-symmetrical shape in plan view, such as a cone, the same result can be obtained regardless of the rotation angle, so there is no need to specify the orientation.
以下の実施例では、測定対象物の高さ情報を取得するため、所定のパターンの測定光を測定対象物に対して照射して、測定対象物の表面で反射された反射光から得られる信号を用いて、高さ情報を取得している。例えば、所定のパターンの測定光として、構造化照明を用いて、測定対象物に投影し、その反射光から得られる縞投影画像を用いた三角測距を用いた計測方法を用いることができる。ただ、本発明は測定対象物の高さ情報を取得するための原理や構成を、これに限らず、他の方法も適用することができる。
(実施形態1)
In the following example, in order to obtain height information of the measurement target, a predetermined pattern of measurement light is irradiated onto the measurement target, and a signal is obtained from the reflected light reflected from the surface of the measurement target. is used to obtain height information. For example, it is possible to use a measurement method that uses structured illumination as a predetermined pattern of measurement light, projects it onto the measurement target, and uses triangulation distance measurement using a fringe projection image obtained from the reflected light. However, the present invention is not limited to this principle and configuration for acquiring height information of a measurement target, and other methods can also be applied.
(Embodiment 1)
三次元形状測定装置は、測定対象画像の三次元の高さ計測を行うことができる。また、三次元計測に加えて、二次元の寸法計測も行うことができる。図1に、本発明の実施例1に係る三次元形状測定装置のブロック図を示す。この図に示す三次元形状測定装置500は、測定部100、台座部600と、コントローラ200、光源部300及び表示部400を備える。この三次元形状測定装置500は、光源部300で構造化照明を行い、縞投影画像を撮像して高さ情報を有する高さ画像を生成し、これに基づいて測定対象物WKの三次元寸法や形状を計測することができる。このような縞投影を用いた測定は、測定対象物WKやレンズ等の光学系をZ方向に移動させることなく高さ測定ができるため、測定時間を短くできるという利点がある。
The three-dimensional shape measuring device can measure the three-dimensional height of an image to be measured. In addition to three-dimensional measurement, two-dimensional dimension measurement can also be performed. FIG. 1 shows a block diagram of a three-dimensional shape measuring device according to a first embodiment of the present invention. A three-dimensional
測定部100は、投光部110と、受光部120と、測定制御部150と、照明光出力部130を備える。投光部110は、載置部140に載置された測定対象物WKに所定のパターンを有する測定光を照射する。受光部120は、載置面142に対して傾斜姿勢で固定されている。この受光部120は、投光部110により照射され、測定対象物WKにて反射された測定光を受光して、受光量を表す受光信号を出力する。受光部120は、載置部140に載置された測定対象物WKを撮像することにより測定対象物WKの全体形状を観察するための観察画像を生成することができる。
The measuring
台座部600は、載置部140と移動制御部144を備える。この台座部600は、ベースプレート602上に載置部140を支持している。移動制御部144は、載置部140を移動させる部材である。移動制御部144は、台座部600側に設ける他、コントローラ側に配置してもよい。
The
光源部300は、測定部100と接続される。光源部300は、測定光を生成して測定部100に供給する。コントローラ200は、測定部100の撮像を制御する。表示部400は、コントローラ200と接続され、生成された画像を表示させ、また必要な設定を行うHMIとなる。
(載置部140)
The
(Placement section 140)
図1に示す台座部600は、載置部140と、移動制御部144を備える。載置部140は、測定対象物WKが載置される載置面142を有する。この載置部140は、載置面142を回転させる回転ステージ143と、載置面142を平行移動させる並進ステージ141を含む。
(移動制御部144)
The
(Movement control unit 144)
移動制御部144は、測定領域設定部264により設定された測定領域に基づいて、回転ステージ143の回転移動及び並進ステージ141の平行移動を制御する。また移動制御部144は、後述する測定領域設定部264により設定された測定領域に基づいて、載置移動部による載置部140の移動動作を制御する。
The
コントローラ200は、CPU(中央演算処理装置)210、ROM(リードオンリメモリ)220、作業用メモリ230、記憶装置240及び操作部250を含む。コントローラ200には、PC(パーソナルコンピュータ)等が利用できる。またCPU210は、点群データを生成する点群データ生成部260と、衝突回避情報を入力する衝突回避情報入力部269と、衝突回避情報に基づいて載置部の移動による衝突の回避を指示する回避動作指示部270、表示部400により表示された観察画像上で測定領域を設定する測定領域設定部264等の機能を実現する(詳細は後述)。
(測定部100のブロック図)
The
(Block diagram of measurement unit 100)
図1の三次元形状測定装置500の測定部100の構成を図2のブロック図に示す。測定部100は、例えば顕微鏡であり、投光部110、受光部120、照明光出力部130、測定制御部150、及びこれらを収納する本体ケース101、並びに載置部140を備える。投光部110は、測定光源111、パターン生成部112及び複数のレンズ113、114、115を含む。受光部120は、カメラ121及び複数のレンズ122、123を含む。載置部140上には、測定対象物WKが載置される。本体ケース101は、樹脂や金属製の筐体とする。
(投光部110)
The configuration of the measuring
(Light projector 110)
投光部110は、載置部140の斜め上方に配置される。この測定部100は、複数の投光部110を含んでもよい。図2の例においては、測定部100は2つの投光部110を含む。ここでは、第一の方向から測定対象物WKに対して第一測定光ML1を照射可能な第一測定光投光部110A(図2において右側)と、第一の方向とは異なる第二の方向から測定対象物WKに対して第二測定光ML2を照射可能な第二測定光投光部110B(図2において左側)を、それぞれ配置している。第一測定光投光部110A、第二測定光投光部110Bは受光部120の光軸を挟んで対称に配置される。なお投光部を3以上備えたり、あるいは投光部とステージを相対移動させて、共通の投光部を用いつつも、照明の方向を異ならせて投光させることも可能である。また以上の例では投光部110を複数用意し、共通の受光部120で受光する構成としているが、逆に共通の投光部に対して、複数の受光部を用意して受光するように構成してもよい。さらにこの例では投光部が投光する照明光の、垂直方向に対する照射角度を固定としているが、これを可変とすることもできる。
(測定光源111)
The
(Measurement light source 111)
各第一測定光投光部110A、第二測定光投光部110Bは、測定光源111としてそれぞれ第一測定光源、第二測定光源を備える。これら測定光源111は、例えば白色光を出射するハロゲンランプである。測定光源111は、単色光を発光する光源、例えば白色光を出射する白色LED(発光ダイオード)や有機EL等の他の光源であってもよい。測定光源111から出射された光(以下、「測定光」と呼ぶ。)は、レンズ113により適切に集光された後、パターン生成部112に入射される。
(パターン生成部112)
Each of the first measurement
(Pattern generation unit 112)
パターン生成部112は、測定光を測定対象物WKに対して投光させるよう、測定光源111から出射された光を反射させる。パターン生成部112に入射した測定光は、予め設定されたパターン及び予め設定された強度(明るさ)に変換されて出射される。パターン生成部112により出射された測定光は、複数のレンズ114、115により受光部120の観察・測定可能な視野よりも大きい径を有する光に変換された後、載置部140上の測定対象物WKに照射される。
The
パターン生成部112は、測定光を測定対象物WKに投光させる投光状態と、測定光を測定対象物WKに投光させない非投光状態とを切り替え可能な部材である。このようなパターン生成部112には、例えばDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)が好適に利用できる。DMDを用いたパターン生成部112は、投光状態として測定光を光路上に反射させる反射状態と、非投光状態として測定光を遮光させる遮光状態とを切り替え可能に、測定制御部150により制御できる。
The
DMDは多数のマイクロミラー(微小鏡面)MMを平面上に配列した素子である。各マイクロミラーは、測定制御部150により個別にON状態、OFF状態を切り替えることができるので、多数のマイクロミラーのON状態、OFF状態を組み合わせて、所望の投影パターンを構成できる。これによって、三角測距に必要なパターンを生成して、測定対象物WKの測定が可能となる。このようにDMDは、測定時には測定用の周期的な投影パターンを測定対象物WKに投光する投影パターン光学系として機能する。またDMDは応答速度にも優れ、シャッターなどに比べ高速に動作させることができる利点も得られる。
A DMD is an element in which a large number of micromirrors (microscopic mirror surfaces) MM are arranged on a plane. Since each micromirror can be individually switched between ON and OFF states by the
なお以上の例では、パターン生成部112にDMDを用いた例を説明したが、本発明はパターン生成部112をDMDに限定するものでなく、他の部材を用いることもできる。例えば、パターン生成部112として、LCOS(Liquid Crystal on Silicon:反射型液晶素子)を用いてもよい。あるいは反射型の部材に代えて透過型の部材を用いて、測定光の透過量を調整してもよい。この場合は、パターン生成部112を測定光の光路上に配置して、測定光を透過させる投光状態と、測定光を遮光させる遮光状態とを切り替える。このようなパターン生成部112には、例えばLCD(液晶ディスプレイ)が利用できる。あるいは、複数ラインLEDを用いた投影方法、複数光路を用いた投影方法、レーザとガルバノミラー等で構成される光スキャナ方式、ビームスプリッタで分割したビームを重ね合わせることによって発生された干渉縞を用いるAFI(Accordion fringe interferometry)方式、ピエゾステージと高分解能エンコーダ等で構成される実体格子と移動機構を用いた投影方法等でパターン生成部112を構成してもよい。
Although the above example uses a DMD as the
さらに図2等の例では、測定光投光部を2つ備えた例を説明したが、本発明はこれに限らず、測定光投光部を3以上設けることも可能である。あるいは、測定光投光部を一のみとすることもできる。この場合は、測定光投光部の位置を移動可能とすることで、異なる方向から測定光を測定対象物WKに対して投光できる。
(受光部120)
Further, in the example shown in FIG. 2 and the like, an example in which two measurement light projectors are provided has been described, but the present invention is not limited to this, and it is also possible to provide three or more measurement light projectors. Alternatively, only one measurement light projecting section may be provided. In this case, by making the position of the measurement light projector movable, the measurement light can be projected onto the measurement object WK from different directions.
(Light receiving section 120)
受光部120は、載置部140の上方に配置される。測定対象物WKにより載置部140の上方に反射された測定光は、受光部120の複数のレンズ122、123により集光、結像された後、カメラ121により受光される。
(カメラ121)
The
(Camera 121)
カメラ121は、例えば撮像素子121a及びレンズを含むCCD(電荷結合素子)カメラである。撮像素子121aは、例えばモノクロCCD(電荷結合素子)である。撮像素子121aは、CMOS(相補性金属酸化膜半導体)イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。カラーの撮像素子は各画素を赤色用、緑色用、青色用の受光に対応させる必要があるため、モノクロの撮像素子と比較すると計測分解能が低く、また各画素にカラーフィルタを設ける必要があるため感度が低下する。そのため、本実施の形態では、撮像素子としてモノクロのCCDを採用し、後述する照明光出力部130をRGBにそれぞれ対応した照明を時分割で照射して撮像することにより、カラー画像を取得している。このような構成にすることにより、計測精度を低下させずに測定物のカラー画像を取得することができる。
The
ただ、撮像素子121aとして、カラーの撮像素子を用いても良いことは云うまでもない。この場合、計測精度や感度は低下するが、照明光出力部130からRGBにそれぞれ対応した照明を時分割で照射する必要がなくなり、白色光を照射するだけで、カラー画像を取得できるため、照明光学系をシンプルに構成できる。撮像素子121aの各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号(以下、「受光信号」と呼ぶ。)が測定制御部150に出力される。
However, it goes without saying that a color image sensor may be used as the
このようにして撮像された測定対象物WKの画像は、レンズの特性によって、測定対象物WKに対して極めて正確な相似形を成している。またレンズの倍率を用いてキャリブレーションをすることで、画像上の寸法と実際の測定対象物WK上の寸法を正確に関連付けることができる。
(測定制御部150)
The image of the measurement object WK captured in this manner has an extremely accurate resemblance to the measurement object WK due to the characteristics of the lens. Further, by performing calibration using the magnification of the lens, it is possible to accurately associate the dimensions on the image with the dimensions on the actual measurement target WK.
(Measurement control unit 150)
測定制御部150には、図示しないA/D変換器(アナログ/デジタル変換器)及びFIFO(First In First Out)メモリが実装される。カメラ121から出力される受光信号は、光源部300による制御に基づいて、測定制御部150のA/D変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされると共にデジタル信号に変換される。A/D変換器から出力されるデジタル信号は、FIFOメモリに順次蓄積される。FIFOメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次コントローラ200に転送される。
(コントローラ200)
The
(controller 200)
図1に示すように、コントローラ200は、CPU210、ROM220、作業用メモリ230、記憶装置240及び操作部250を含む。この操作部250は、キーボードやポインティングデバイスを含むことができる。ポインティングデバイスとしては、マウス又はジョイスティック等が用いられる。
As shown in FIG. 1, the
ROM220には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ230は、RAM(ランダムアクセスメモリ)からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置240は、ハードディスク等からなる。記憶装置240には、三次元形状測定装置を操作するための三次元形状測定プログラムが記憶される。また、記憶装置240は、測定制御部150から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。さらに記憶装置は、測定画像を構成する画素毎に、輝度情報、高さ情報、属性情報を記憶する。
(CPU210)
The
(CPU210)
CPU210は、与えられた信号やデータを処理して各種の演算を行い、演算結果を出力する制御回路や制御素子である。本明細書においてCPUとは、演算を行う素子や回路を意味し、その名称によらず、汎用PC向けのCPUやMPU、GPU、TPU等のプロセッサに限定するものでなく、FPGA、ASIC、LSI等のプロセッサやマイコン、あるいはSoC等のチップセットを含む意味で使用する。
The
CPU210は、測定制御部150から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。また、CPU210は、生成した画像データに作業用メモリ230を用いて各種処理を行うと共に、画像データに基づく画像を表示部400に表示させる。CPU210のブロック図を図3に示す。このCPUは、点群データ生成部260と、トップビューマップ画像生成部261と、測定領域設定部264と、端部検出部265と、規制判断部266と、高さ画像取得部228と、点群データ合成部211と、衝突回避情報入力部269と、回避動作指示部270と、退避位置特定部268等の機能を実現する。
(端部検出部265)
(End detection unit 265)
端部検出部265は、載置部140に載置された測定対象物WKの長手方向における両端部のうち、少なくとも一方の端部を検出する。この端部検出部265は、測定対象物WKの一方の端部が検出され、他方の端部が検出されない場合、検出結果に基づいて回転ステージ143を回転移動させる回転方向を決定するよう構成してもよい。こうすることで、回転ステージ143を回転させると検出された端部が干渉する回転方向を避けるように、回転方向を決定できるので、回転動作の安全性が高められる。
The
また端部検出部265は、測定対象物WKのいずれの端部も検出されない場合には、回転ステージ143を回転移動させるか否かの選択をユーザに促すか、又は載置台に載置された測定対象物WKの置き直しをユーザに誘導するよう構成してもよい。このようにすることで、測定対象物WKのどちらの端部も検出されない場合であって、回転させてよいかどうか、又は測定対象物WKを置き直すかの選択をユーザに求めることで、より安全性の高い選択肢がユーザに選択されることを期待できる。
In addition, when no end of the measurement target object WK is detected, the
また端部検出部265が、並進ステージ141の平行移動の許容又は規制を判断するようにしてもよい。
(規制判断部266)
Alternatively, the
(Regulation Judgment Department 266)
規制判断部266は、端部検出部265による端部の検出可否又は検出位置に基づいて、この端部が支柱部702に接近する方向への回転ステージ143の回転移動、又は並進ステージ141の平行移動を規制するか否かを判断する。これにより、三次元形状測定装置の大型化を抑制しつつ、測定対象物WKが三次元形状測定装置に干渉する事態を回避するように動作させることができる。
The
規制判断部266は、検出可否や検出位置に基づいて判断した結果を、様々な形に出力できる。例えば規制判断部266は、端部検出部265による端部検出の結果、測定対象物WKの端部が支柱部702に接近しつつあること、あるいは現状のまま測定を続行すると衝突するおそれがあることなどを、ユーザに対し、ランプの点滅やブザー、警告メッセージなどの音声、あるいはテキストや画像、動画などで告知する。このように、測定対象物WKが三次元形状測定装置に接触する前に、ユーザに警告を与えることで、回避策や予防策などの適切な対策を促すことができる。
The
規制判断部266は、端部検出部265による端部の検出結果に基づいて、測定対象物WKの端部が支柱部702に接近しないよう、載置部140の移動方向及び/又は移動量を変更するよう、移動制御部144に対し指示することができる。これにより、測定対象物WKの端部が支柱部702に接触しないように載置部140の移動を制限することが可能となる。また規制判断部266は、端部検出部265による端部の検出結果に基づいて、回転ステージ143を回転移動させる回転方向を決定してもよい。
The
端部検出部265は、点群データ生成部260により生成された点群データに基づいて、端部を検出することができる。この際、点群データ生成部260で生成された点群データから直接端部を検出してもよい。あるいは、点群データに基づいてトップビューマップ画像生成部で生成された、載置部140に載置された測定対象物WKを真上から見下したときの平面図を示すトップビューマップ画像から抽出された測定対象物WKの輪郭に基づいて、端部を検出するようにしてもよい。これにより、測定対象物WKを真上から見たトップビューマップ画像を利用することで、測定対象物WKの平面図の輪郭が取得できるので、端部を把握し易くなり、衝突回避の確度や精度を向上できる利点が得られる。測定対象物の輪郭の抽出には、測定対象物の外形を構成する外形エッジを抽出するエッジ抽出等の既知の方法を使用できる。
(点群データ生成部260)
The
(Point cloud data generation unit 260)
点群データ生成部260は、受光部120により出力される受光信号に基づいて、測定対象物WKの立体形状を表す三次元位置情報を有する点の集合である点群データを生成する。
(トップビューマップ画像生成部261)
The point cloud
(Top view map image generation unit 261)
トップビューマップ画像生成部261は、点群データ生成部260により生成された点群データに基づいて、載置部140に載置された測定対象物WKを真上から見下したときの平面図を示すトップビューマップ画像を生成する。このような測定対象物WKを真上から見たトップビューマップ画像を生成することで、測定対象物WKの全体形状を容易に把握し、ひいては測定領域の設定を容易にすることができる。例えばトップビューマップ画像生成部261は、点群データ生成部260により生成された点群データに、受光部120で測定対象物WKを撮像した二次元のテクスチャ画像を、該点群データの三次元位置情報毎に貼り付けてトップビューマップ画像を生成する。あるいは、点群データ生成部260により生成された点群データの各点に、ポリゴンを貼り付けて面状を形成したメッシュ画像を生成してもよい。このメッシュ画像から、トップビューマップ画像を生成する。メッシュ画像は、トップビューマップ画像生成部261により生成してもよいし、あるいはメッシュ画像生成部で生成してもよい。
The top view map
トップビューマップ画像生成部261は、受光部120で測定対象物WKの複数の異なる領域をそれぞれ取得したトップビューマップ画像を複数枚、合成した合成トップビューマップ画像を生成することもできる。これにより、複数枚のトップビューマップ画像を合成してより広い視野のトップビューマップ画像を取得でき、ユーザに対し測定領域の指定などの作業を行い易い環境を提供できる。
The top view map
この場合において、トップビューマップ画像生成部261は、トップビューマップ画像表示領域に表示されたトップビューマップ画像に対して、さらにトップビューマップ画像を追加する位置の指定を受け付けることもできる。この指定を受けて、トップビューマップ画像生成部261は、指定された位置でトップビューマップ画像を生成して、合成トップビューマップ画像を更新してトップビューマップ画像表示領域に表示させることができる。このようにして、得られたトップビューマップ画像から、測定対象物WKの不足している部位のトップビューマップ画像を必要に応じてユーザの指示により追加することが可能となり、測定用途や目的に応じた適切なトップビューマップ画像が得られる。
(測定領域設定部264)
In this case, the top view map
(Measurement area setting section 264)
測定領域設定部264は、表示部400上に表示された観察画像上で測定領域を設定する。
The measurement
高さ画像取得部228は、複数の縞投影画像に基づいて高さ情報を有する高さ画像を取得する。また点群データ合成部211は、点群データ生成部260で生成された複数の点群データを合成する。ここで点群は、ポイントクラウド等とも呼ばれ、三次元空間の座標(例えばXYZの直交座標)を有している。このため載置部の異なる位置でそれぞれ生成された測定対象物の点群データを、点群データ生成部211でもって共通の三次元空間の座標上で重ね合わせることで、より詳細で精密な測定対象物の表面形状を表現できる。
(画像検査部216)
The height
(Image inspection unit 216)
画像検査部216は、測定部100で撮像された測定対象物WKの画像に対して、所定の画像検査を実行する。この画像検査部216は、測定対象画像に対して所定の計測を行うための計測部216bを含むことができる。これにより、計測部216bで計測された計測結果に基づいて画像検査を実行できる。例えば、測定対象物WKの所定部位の長さや角度といった計測を行った結果に基づいて、良品や不良などの判定といった検査を行うことが可能となる。計測部216bが行う計測には、テクスチャ画像上で指定したプロファイル線を通り、画面に対して垂直な平面で切断した輪郭線を演算して、プロファイルグラフとして表示部400に表示させたり、プロファイルグラフで示す輪郭線から円や直線などを抽出して、それらの半径や距離を求めることができる。
(退避位置特定部268)
The
(Evacuation position identification unit 268)
退避位置特定部268は、移動制御部144により回転ステージ143が回転移動される際に、測定対象物WKが支持部700に衝突しない退避位置を特定する。移動制御部144は、退避位置特定部268により特定される退避位置に並進ステージ141を平行移動させた状態で、回転ステージ143を回転移動させる。
(衝突回避情報入力部269)
The evacuation
(Collision avoidance information input section 269)
衝突回避情報入力部269は、載置面142の移動により、載置された測定対象物が衝突する事態を回避するための衝突回避情報を取得する。衝突回避情報は、測定対象物の外形を示す外形情報や、測定対象物の隅部の位置情報、測定面の移動方向を示す方向情報等が挙げられる。
(回避動作指示部270)
The collision avoidance
(Avoidance motion instruction section 270)
回避動作指示部270は、衝突回避情報入力部269により入力された衝突回避情報に基づいて、載置部140の移動による衝突の回避を指示する。この回避動作指示部270は、例えば移動制御部144に対し、載置面142に載置された測定対象物の端部が衝突する動作を避けるように載置部140の移動を規制するよう構成してもよい。
The avoidance
あるいは回避動作指示部270は、衝突回避情報入力部269により入力された衝突回避情報に基づいて、載置部140を特定の方向に移動させると衝突のおそれがある旨を告知する警告部215としてもよい。警告部215は、例えば測定対象物の端部と支持部との衝突を回避するための衝突回避情報を表示部に表示させる。
Alternatively, the avoidance
このように、衝突回避情報入力部269を設けたことで、衝突回避情報に基づいて、測定対象物が周囲に位置する部材や三次元形状測定装置の一部と予期せず衝突する事態の回避を図ることが可能となる。
In this way, by providing the collision avoidance
衝突回避情報入力部269は、衝突回避情報をユーザからの入力を受け付けることで取得することができる。例えば衝突回避情報として、載置部140に載置された測定対象物の外形に関する情報をユーザから入力させる。このようにして、ユーザが衝突回避情報を入力することで、測定対象物が干渉する事態の予防を図ることができる。
The collision avoidance
また回避動作指示部270は、単独で動作させる他、端部検出部265の検出結果と連動させてもよい。すなわち、載置面142に載置された測定対象物の長手方向における両端部の少なくとも一方の端部を端部検出部265に検出させる。そして、端部が検出された場合は、この検出結果に基づいて回避動作指示部270は、測定対象物の端部が衝突する事態を回避するよう回避策を指示する。一方、端部検出部265で端部が検出されない場合は、衝突回避情報入力部269により入力された衝突回避情報に基づいて、端部が衝突する事態を回避するよう回避策を指示する。例えば、移動制御部144に対し、測定対象物の端部が衝突する事態を回避するように載置部140を移動させるよう指示したり、衝突の可能性のある移動に対してはこれを禁止するなどの制限をかける。このような構成により、測定対象物の端部を自動で端部検出部265に検出させて、検出できた場合は、移動制御部144が自動で衝突を回避するよう制御できる。また検出できない場合には、ユーザにより手動で入力された衝突回避情報に基づいて移動を制御することができるので、端部検出に失敗しても衝突の回避を図ることが可能となる。
Further, the avoidance
このようにCPU210は、様々な機能を実現するための異なる手段を兼用している。ただ、一の部材で複数の手段を兼用する構成に限られず、各部や機能を実現する部材を複数、又はそれぞれ別個に設けることも可能であることはいうまでもない。
(表示部400)
In this way, the
(Display section 400)
表示部400は、測定部100で取得された縞投影画像や、縞投影画像に基づいて高さ画像取得部228で生成した高さ画像、あるいは測定部100で撮像されたテクスチャ画像を表示させるための部材である。表示部400は、例えばLCDパネル又は有機EL(エレクトロルミネッセンス)パネルにより構成される。さらに表示部にタッチパネルを利用することで、操作部と兼用することができる。
The
また表示部400は、受光部120により生成された観察画像を表示する。
(載置部140)
Further, the
(Placement section 140)
図2において、測定対象物WKが載置される載置部140上の平面(「載置面」と呼ぶ。)内で互いに直交する2方向をX方向及びY方向と定義し、それぞれ矢印X、Yで示す。載置部140の載置面142に対して直交する方向をZ方向と定義し、矢印Zで示す。Z方向に平行な軸を中心に回転する方向をθ方向と定義し、矢印θで示す。
In FIG. 2, two directions perpendicular to each other within a plane (referred to as a "placing surface") on the placing
載置部140は、並進ステージ141及び回転ステージ143を含む。並進ステージ141は、X方向移動機構及びY方向移動機構を有する。回転ステージ143は、θ方向回転機構を有する。並進ステージ141、回転ステージ143により、載置部140が構成される。また、載置部140は、載置面142に測定対象物WKを固定する固定部材(クランプ)を含めてもよい。さらに載置部140は、載置面142に平行な軸を中心に回転可能な機構を有するチルトステージを含んでもよい。
The mounting
ここで図2に示すように、左右の投光部110の中心軸と受光部120の中心軸は、載置部140上の測定対象物WKの配置と投光部110、受光部120の被写界深度が適切となる位置において交差するように、受光部120、投光部110、載置部140の相対的な位置関係が定められている。また、θ方向の回転軸の中心は、受光部120の中心軸と一致しているため、θ方向に載置部140が回転した際に、測定対象物WKが視野から外れることなく、回転軸を中心に視野内で回転するようになっている。なお、本図において測定部100は紙面におけるX方向を中心に回転した配置を有しており、受光部120の光軸と載置部140の天面法線(Z方向)とは必ずしも一致する必要はない。
(光源部300)
Here, as shown in FIG. 2, the central axes of the left and right
(Light source section 300)
光源部300は、制御基板310及び観察用照明光源320を含む。制御基板310には、図示しないCPUが実装される。制御基板310のCPUは、コントローラ200のCPU210からの指令に基づいて、投光部110、受光部120及び測定制御部150を制御する。なお、この構成は一例であり、他の構成としてもよい。例えば測定制御部150で投光部110や受光部120を制御したり、又はコントローラ200で投光部110や受光部120を制御することとして、制御基板を省略してもよい。あるいはこの光源部300に、測定部100を駆動するための電源回路を設けることもできる。
(観察用照明光源320)
The
(Observation illumination light source 320)
観察用照明光源320は、例えば赤色光、緑色光及び青色光を出射する3色のLEDを含む。各LEDから出射される光の輝度を制御することにより、観察用照明光源320から任意の色の光を発生することができる。観察用照明光源320から発生される照明光ILは、導光部材(ライトガイド)を通して測定部100の照明光出力部130から出力される。なお観察用照明光源には、LEDの他、半導体レーザ(LD)やハロゲンライト、HIDなど、他の光源を適宜利用することもできる。特に撮像素子としてカラーで撮像可能な素子を用いた場合は、観察用照明光源に白色光源を利用できる。
The observation
照明光出力部130から出力される照明光ILは、赤色光、緑色光及び青色光を時分割で切り替えて測定対象物WKに照射する。これにより、これらのRGB光でそれぞれ撮像されたテクスチャ画像を合成して、カラーのテクスチャ画像を得て、表示部400に表示させることができる。
The illumination light IL outputted from the illumination
図2の照明光出力部130は、円環形状を有し、受光部120を取り囲むように載置部140の上方に配置される。これにより、影が発生しないように照明光出力部130から測定対象物WKにリング状に照明光が照射される。
The illumination
また照明光出力部130は、このようなリング照明に加えて、透過照明や同軸落射照明を加えることもできる。図2の例では、透過照明部を載置部140に設けている。透過照明部は、載置部140の下方から測定対象物WKを照明する。このため載置部140は、透過照明光源と、反射板と、照明用レンズ系を設けている。
In addition to such ring illumination, the illumination
なお、リング照明や透過照明は、適宜省略することも可能である。これらを省略する場合は、三次元測定用の照明すなわち投光部を用いて、二次元画像の撮像を行うこともできる。 Note that ring illumination and transmitted illumination can be omitted as appropriate. If these are omitted, a two-dimensional image can also be captured using illumination for three-dimensional measurement, that is, a light projector.
図1の例では観察用照明光源320を本体ケース101に含めず、測定部100に対して外付けとして、光源部300に観察用照明光源320を配置している。このようにすることで、観察用照明光源320から供給される照明光の品質を向上し易くできる。例えば観察用照明光源320を構成するRGBの各LEDでは配光特性がそれぞれ異なることから、モノクロの撮像素子121aでRGBのテクスチャ画像をそれぞれ撮像した際、そのままでは視野内に照明色むらが発生する。そこで、それぞれのLEDの配光特性に合わせた専用光学系を個別に用意し、組み合わせることで配光特性の違いを吸収し、色むらのない均一な白色照明を作り出した上で測定部100に導入することができる。
In the example shown in FIG. 1, the observation
また観察用照明光源320の発熱が、測定部100の光学系に影響を与える事態を回避できる。すなわち、光学系の部材の近傍に熱源があると、熱膨張によって寸法が狂い、測定精度の低下が生じることがあるが、発熱源である観察用照明光源を本体ケース101から排除したことで、このような観察用照明光源の発熱に起因する問題を回避できる。また、この結果として発熱量の大きい高出力の光源を観察用照明光源に利用できる利点も得られる。
Further, it is possible to avoid a situation in which the heat generated by the observation
各投光部110A,110Bの測定光源111は、例えば青色LED(発光ダイオード)である。測定光源111は、ハロゲンランプ等の他の光源であってもよい。測定光源111から出射された光(以下、測定光と呼ぶ)は、レンズ113により適切に集光された後、パターン生成部112に入射する。
The
パターン生成部112は、例えばDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)である。パターン生成部112は、LCD(液晶ディスプレイ)、LCOS(Liquid Crystal on Silicon:反射型液晶素子)又はマスクであってもよい。パターン生成部112に入射した測定光は、予め設定されたパターン及び予め設定された強度(明るさ)に変換されて出射される。パターン生成部112から出射された測定光は、レンズ114により測定対象物WKの寸法よりも大きい径を有する光に変換された後、載置部140上の測定対象物WKに照射される。
The
投光部110Aの測定光源111、レンズ113及びパターン生成部112は、受光部120の光軸と略平行に並ぶように配置される。同様に、投光部110Bの測定光源111、レンズ113及びパターン生成部112は、受光部120の光軸と略平行に並ぶように配置される。一方、各投光部110A,110Bのレンズ114は、測定光源111、レンズ113及びパターン生成部112に対してオフセットするように配置される。これにより、投光部110A,110Bの光軸が受光部120の光軸に対して傾斜し、受光部120の両側方からそれぞれ測定対象物WKに向けて測定光が出射される。
The
本実施形態においては、測定光の照射範囲を広くするため、一定の画角を有するように投光部110A,110Bが構成される。投光部110A,110Bの画角は、例えば、パターン生成部112の寸法及びレンズ114の焦点距離により定まる。測定光の照射範囲を広くする必要がない場合には、画角が略0度となるテレセントリック光学系が投光部110A,110Bの各々に用いられてもよい。
In this embodiment, in order to widen the irradiation range of measurement light, the
測定対象物WKにより載置部140の上方に反射された測定光は、受光部120のレンズ122により集光及び結像され、カメラ121の撮像素子121aにより受光される。
The measurement light reflected above the mounting
本実施形態においては、受光部120の撮像視野を広くするため、一定の画角を有するように受光部120が構成される。本実施の形態においては、受光部120の撮像視野とは、受光部120により撮像が可能な空間上の領域を意味する。受光部120の画角は、例えば、撮像素子121aの寸法及びレンズ122の焦点距離により定まる。広い視野を必要としない場合には、テレセントリック光学系が受光部120に用いられてもよい。ここで、測定部100に設けられる2つの受光部120のレンズ122の倍率は互いに異なる。それにより、2つの受光部120を選択的に用いることにより、測定対象物WKを互いに異なる2種類の倍率で撮像することができる。2つの受光部120は、2つの受光部120の光軸が互いに平行となるように配置されることが好ましい。
In this embodiment, in order to widen the imaging field of the
カメラ121は、例えばCCD(電荷結合素子)カメラである。撮像素子121aは、例えばモノクロCCD(電荷結合素子)である。撮像素子121aは、CMOS(相補性金属酸化膜半導体)イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。撮像素子121aの各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号(以下、受光信号と呼ぶ)が制御基板150に出力される。
The
モノクロCCDには、カラーCCDとは異なり、赤色波長の光を受光する画素、緑色波長の光を受光する画素及び青色波長の光を受光する画素を設ける必要がない。ここで、測定光に青色波長等の特定波長を採用した場合、カラーCCDは特定波長の光を受光する画素しか計測に利用できないが、モノクロCCDにはそのような制約がない。そのため、モノクロCCDの計測の分解能はカラーCCDの分解能よりも高くなる。また、モノクロCCDには、カラーCCDとは異なり、各画素にカラーフィルタを設ける必要がない。そのため、モノクロCCDの感度はカラーCCDの感度よりも高くなる。したがって、高い精度で後述する点群データを得ることができる。これらの理由により、本実施形態におけるカメラ121にはモノクロCCDが設けられる。
Unlike a color CCD, a monochrome CCD does not need to be provided with a pixel that receives red wavelength light, a pixel that receives green wavelength light, and a pixel that receives blue wavelength light. Here, if a specific wavelength such as a blue wavelength is used as the measurement light, a color CCD can only use pixels that receive light of a specific wavelength for measurement, but a monochrome CCD does not have such restrictions. Therefore, the measurement resolution of a monochrome CCD is higher than that of a color CCD. Furthermore, unlike color CCDs, monochrome CCDs do not require a color filter for each pixel. Therefore, the sensitivity of a monochrome CCD is higher than that of a color CCD. Therefore, point cloud data, which will be described later, can be obtained with high accuracy. For these reasons, the
本実施形態においては、照明光出力部130は、測定対象物WKに赤色波長の光、緑色波長の光及び青色波長の光を時分割で出射する。この構成によれば、モノクロCCDを用いた受光部120により測定対象物WKのカラー画像を撮像することができる。
In this embodiment, the illumination
一方、カラーCCDが十分な分解能及び感度を有する場合には、撮像素子121aは、カラーCCDであってもよい。この場合、照明光出力部130は、測定対象物WKに赤色波長の光、緑色波長の光及び青色波長の光を時分割で照射する必要はなく、白色光を測定対象物WKに照射する。そのため、照明光源320の構成を単純にすることができる。
On the other hand, if the color CCD has sufficient resolution and sensitivity, the
実施形態1に係る三次元形状測定装置500を含む三次元形状測定システム1000を図4に示す。この図に示す三次元形状測定システム1000は、三次元形状測定装置本体500Aと、コントローラ200で構成される三次元形状測定装置500に、制御用のPC1やモニタ2、キーボード3、マウス等の入力デバイス4を接続している。制御用PC1には、三次元形状測定装置500を用いて三次元形状測定を行うための三次元形状測定プログラムがインストールされている。ユーザは三次元形状測定プログラムを用いて、三次元形状測定装置500の設定や、撮像、測定等の実行を指示できる。
FIG. 4 shows a three-dimensional
なお、図4の例では、コントローラ200を三次元形状測定装置本体500Aと別体に構成しているが、三次元形状測定装置本体側にコントローラを一体化してもよい。あるいは、コントローラの機能を、制御用PCと統合することもできる。
In the example of FIG. 4, the
三次元形状測定装置500は、測定部100と、支持部700と、台座部600と、遮光カバー102で構成される。これら測定部100と、支持部700と、台座部600と、遮光カバー102は、図5の分解斜視図に示すように着脱自在なユニット式に構成されている。これにより、各部材のメンテナンス性や可搬性に有利となる。遮光カバー102は、受光部120及び投光部110の前方に延長されて、これらを覆うと共に、載置面142の上方で、載置面142と離間された姿勢に保持され、載置面142上方の測定領域を外光から遮光する。この遮光カバー102は測定対象物に応じて着脱可能とし、測定における基本最小構成は測定部100と台座部600の組合せである。
The three-dimensional
台座部600は、載置部140を備えている。載置部140は、上述の通り測定対象物が載置される載置面142を回転させる回転ステージ143と、載置面142を平行移動させる並進ステージ141を含む。ここでは、回転ステージ143であるθステージの上面に、並進ステージ141であるXYステージを載せたXYθステージで載置部140を構成している。
The
台座部600は、支持部700を介して測定部100を垂直姿勢に保持している。また測定部100は、投光部110や受光部120を載置面142に対して光軸が傾斜する姿勢に固定する。このため測定部100は、投光部110や受光部120を固定する固定部125を含んでいる。固定部125は後述する図7に示すように、固定部125は、台座部600から離間した姿勢に支柱部702で支持される。また投光部110及び受光部120を載置面142に対して光軸が傾斜する姿勢に固定している。これにより、載置部140の上方に測定光による測定領域が形成される。また、投光部110や受光部120等の光学系がこの測定領域を斜め下に見下ろす姿勢に保持される。
The
支持部700は、台座部600と測定部100とを連結する。支持部700を介して、載置部140の上方に測定部100が位置するように保持される。測定部100は、観察光学系として上述の通り投光部110と受光部120を備える。この測定部100は、台座部600に設けられた載置部140の載置面142に対して、垂直上方でなく、斜め方向から見下ろす姿勢に保持される。このような配置によって、測定対象物の上面と側面の形状を、一回の測定で取得し易くなる利点が得られる。特に高さ方向の情報を取得するには、測定対象物の内、高低差のある側面の情報が有益となる。一方で、側面のみでは、測定対象物の全体の形状が把握し難い。そこで、全体の外形を把握し易い上面と、高さ情報を取得しやすい側面の両方を、一度に得ることのできる、斜め上方からの視点で測定対象物を補足できる姿勢となるよう、測定部100を載置面142に対して傾斜させた姿勢に保持することが有益となる。図6の側面図に示す例では、測定部100の投光部110や受光部120の光軸が、XYθステージの載置面142に対して約45°の角度をなすように傾斜姿勢で保持している。このように測定部100は、45°の俯瞰角度を一定に保つ状態に支持部700でもって台座部600と連結されている。これによって、測定部100は常に一定角度、一定位置で載置面142を見込むことが可能となり、載置面142の駆動軸であるXYθの3軸と観察光学系との位置関係が一定に保たれる。
The
受光部120は、倍率の異なる複数の光学系を備えてもよい。このような例を、図7に示す。この例では、受光部120は、第一倍率を有する第一光学系と、第一倍率よりも高倍率の第二倍率を有する第二光学系を備えている。このように、倍率の異なる光学系を備えたことで、載置面142上に載置した測定対象物WKの大きさに応じて視野を切り替えることができる。この例では、受光素子として、第一光学系と光学的に結合された第一受光素子121bと、第二光学系と光学的に結合された第二受光素子121cを備えている。なお第一光学系と第一受光素子121bをまとめて第一カメラ121B、第二光学系と第二受光素子121cをまとめて第二カメラ121Cと呼ぶことがある。このように複数の受光素子を用意し、光学系毎に個別の受光素子で撮像するよう構成したことで、各光学系で受光した撮像処理を並行して行うことができ、処理の高速化や光学結合の簡素化が実現される。ただ、共通の受光素子で複数の光学系と光学的に連結してもよい。
The
第一光学系と第二光学系は、光軸が平行になるように配置している。第一光学系の第一光軸LA1と、第二光学系の第二光軸LA2は、それぞれ載置面142に対して約45°に傾斜されている。ここでは、高倍率の第二光学系、すなわち第二カメラ121Cが、第一光学系である第一カメラ121Bの下側となるように、垂直方向に並べて固定部125に配置されている。このような配置により、第一光学系から第二光学系に切り替えた際の視点の移動が、測定対象物WKの手前側となって、ユーザに対し視野の変化を比較的把握し易くできる利点が得られる。より正確には、視野の広い(倍率の低い)第一光学系においては、載置面上に置かれた測定対象物WKが大きい場合でも、一方視野の狭い(倍率の高い)第二光学系においては載置面上に置かれた測定対象物WKが小さい場合でも、いずれも全周回した際の測定対象物WKの全体を視野に収めることが可能となる。
(XYθステージ)
The first optical system and the second optical system are arranged so that their optical axes are parallel to each other. The first optical axis LA1 of the first optical system and the second optical axis LA2 of the second optical system are each inclined at about 45 degrees with respect to the mounting
(XYθ stage)
次に、台座部600の構成例を図7~図9に基づいて説明する。図7の例では、XYθステージは、台座部600上に固定された回転ステージ143であるθステージの上に、並進ステージ141であるXYステージが載置されている。また回転ステージ143の回転軸は、第一光学系及び第二光学系の光軸と、それぞれ45°の角度で交わる形で配置されている。回転ステージ143上に載置された並進ステージ141は、回転ステージ143の回転に伴って図8、図9の平面図に示すように、そのXY駆動軸も共に回転する構成となっている。図8においては、並進ステージ141を移動させるX軸、Y軸を、図9においては回転ステージ143を回転させるθ方向を、それぞれ示している。このように、回転ステージ143の上に並進ステージ141が載置された構成とすることで、測定部100の光軸と回転ステージ143の回転軸とが、機械的に締結された一定関係を保つことが容易となる。また必要に応じて、並進ステージ141の移動方向のキャリブレーションと、ステージ回転軸の回転方向のキャリブレーションを行うことで、測定部100の観察空間中の座標系におけるステージ駆動軸を把握できる。
Next, a configuration example of the
また、図8に示すように、並進ステージ141の移動の基準位置は、例えば、平行移動の基準となる位置である。典型的には、XY平面の原点D(0,0)である。さらに、図9に示す点Cは、θ回転の中心であって、図9の場合は回転ステージ143の回転軸と一致する。この回転ステージ143の上方に並進ステージ141を、点Cと点Dが一致するように配置することにより、並進ステージ141の移動の制御がしやすくなる。
Further, as shown in FIG. 8, the reference position for the movement of the
ここで回転ステージ143を回転させる回転機構の構成例を図10に、並進ステージ141を移動させる移動機構の構成例を図11に、それぞれ示す。これらの例に示す載置部140は、上述の通り回転ステージ143の上に、並進ステージ141を載置した構成を示している。
Here, an example of the configuration of a rotation mechanism for rotating the
回転ステージ143の回転機構は、図10に示すように台座部600内に、回転駆動ガイド800、回転パルス指示部810、実回転量読取部820、回転駆動モータ830、減速機構840、原点センサ850、並進ステージ締結部860、移動制御部144を備える。台座部600に回転駆動ガイド800が直接締結されていることで、機械的に回転軸が一意に決まる構成となっている。移動制御部144は、回転パルス指示部810に制御信号を送出する。回転パルス指示部810は、移動制御部144から制御信号を受けて回転パルスを生成し、この回転パルスの分だけ回転駆動モータ830を回転させる。回転駆動モータ830は、減速機構840を介して回転駆動ガイド800に動力を伝達し、この回転駆動ガイド800を通じて回転ステージ143の回転運動を発生させる。図10の例では、減速機構840はタイミングベルトによる減速及び動力伝達を実施している。また回転ステージ143の回転駆動量は、実回転量読取部820によって検知される。回転パルス指示部810からの回転パルス量から換算される想定回転量と、実回転量読取部820で検知された実回転量を比較することで、回転ステージ143の制御状態の良否を判定することが可能となる。例えば、衝突等による想定外の回転停止状態の検知を行うことができる。また原点センサ850は、回転ステージ143の初期座標を決定する。これにより、無限回転可能な回転ステージ143の初期座標を把握できる。
As shown in FIG. 10, the rotation mechanism of the
また回転ステージ143は、並進ステージ締結部860を介して並進ステージ141と固定されている。回転駆動ガイド800を通じた回転ステージ143の回転運動は、並進ステージ141にも伝達され、台座部600上の載置面142の回転姿勢を変化させることが可能となる。
Further, the
並進ステージ141の駆動機構は、図11に示すように台座部600内に、直動ガイド900、直動動力伝達部910、移動パルス指示部920、実移動量読取部930、並進駆動モータ940、無限回転コネクタ950、移動制御部144を備える。このように無限回転コネクタ950によって、回転ステージ143の固定側から送られてきた制御信号、又は駆動電力が回転ステージ143の駆動側、すなわち並進ステージ141の固定側へと伝達可能となり、回転ステージ143の無限回転が実現される。なお無限回転コネクタを有しない場合は、ハーネスの捻じれを伴う駆動となるため回転ストロークが有限となる。無限回転コネクタ950を介して、回転ステージ143の固定側に配された移動制御部144から移動パルス指示部920による移動量の分だけ並進駆動モータ940を回転させ、直動動力伝達部910及び直動ガイド900を通じて並進ステージ141の駆動を実現する。並進ステージ141の移動量は、実移動量読取部930により検知される。移動パルス指示部920からの移動パルスから変換される想定移動量と、実移動量読取部930で検知された実移動量の比較によって、並進ステージ141の制御状態の良否を判定することが可能となる。
As shown in FIG. 11, the drive mechanism of the
また、以上の例では回転ステージ143の上面に並進ステージ141を配置した載置部140の構成例を説明した。このような配置によって、回転ステージ143を回転可能に台座部に固定し、並進ステージ141をその上面の測定対象物と共に回転ステージ143で回転させることができる。このように測定対象物と並進ステージ141が共に回転することにより、測定対象物と並進ステージ141の位置関係は、測定対象物の載置姿勢を変えない範囲では、一定に維持できる。この結果、回転ステージ143を回転させた複数の異なる視点からの三次元測定が、常に同じ測定対象物の範囲で行われることとなり、測定対象物上の同一点を複数視点からのデータで平均化でき、測定対象物全体にわたって安定した測定が行われ、測定精度が向上される。
Furthermore, in the above example, a configuration example of the mounting
ただ本発明は載置部140をこのような構成に限定せず、例えば図12に示す実施形態2に係る三次元形状測定装置500Bに示すように、並進ステージ141の上面に回転ステージ143を配置する構成としてもよい(詳細は後述)。このような載置部140の配置によっても、同様の測定、重ねあわせによって、同様に視野からはみ出した測定対象物の全方位フル3Dデータを取得することは可能である。
(トップビューマップ画像)
However, the present invention does not limit the mounting
(Top view map image)
実施形態に係る三次元形状測定装置は、トップビューマップ画像の生成機能を備えている。トップビューマップ画像とは、載置部140に載置された測定対象物の平面図に当たる、上方から見た画像である。特に図6に示すような、測定対象物を真上からでなく斜め上方から観察する三次元形状測定装置においては、測定対象物の外形などを視覚的に把握が容易でない場合がある。そこで、測定対象物の平面図的な画像をトップビューマップ画像として用意することで、ユーザに対して測定対象物の全体像を示し、現在どの部位を斜め方向から観察しようとしているのか、相対的な位置関係を把握し易くすることができる。
The three-dimensional shape measuring device according to the embodiment has a top view map image generation function. The top view map image is an image viewed from above, which corresponds to a plan view of the measurement target placed on the
トップビューマップ画像の視点は、載置面142に対して直交する方向を基本とする。ただ、多少傾斜した角度から見た画像としてもよい。例えば載置面142の垂直方向を0°としたとき、±5°程度傾斜した方向から見た画像としてもよい。このように、垂直方向から多少傾いた画像であっても、本明細書においてもトップビューマップ画像と呼ぶ。またトップビューマップ画像は、測定対象物の測定位置の把握など、ナビゲーション的な用途で用いることを企図しているため、撮像素子で撮像した光学画像でなくともよく、測定対象物を擬似的に表した画像で足りる。また、三次元形状測定装置における測定は、別途生成する三次元画像等に対して行い、トップビューマップ画像に対して行うものでないため、トップビューマップ画像自体に高い精度は不要である。
The viewpoint of the top view map image is basically the direction perpendicular to the mounting
図6に示すような、斜め上方向から俯瞰する非接触式の三次元形状測定装置は、測定対象物の上面だけでなく、外周側面を含めた立体形状を測定する用途を考える。この構成においては、測定対象物の上面と側面を観察視野に含めるように、斜め上方(図6では45°)から測定対象物を見込む配置となっている。このような三次元測定に際して、測定対象物の外形を取得するため、回転ステージ143を回転させて測定対象物の全周を見込むことがある。また、より大きな測定対象物を測定できるように、並進ステージ141を採用することも考えられる。一方で、より大きな測定対象物を測定したいという要求もある。このような場合に、図13に示すように長い測定対象物WK1を載置して載置部140を回転させると、三次元形状測定装置の支柱部702等と衝突する事態が考えられる。この図においては、測定対象物WK1の飛び出し量と支柱部702との距離DT1が、載置面142の最外周と支柱部702との距離DT2よりも大きい場合に衝突が発生する。
(測定対象物の外形検出機能)
A non-contact three-dimensional shape measuring device that can be viewed diagonally from above, as shown in FIG. 6, can be used to measure not only the top surface of an object to be measured, but also the three-dimensional shape including the outer circumferential side surface. In this configuration, the object to be measured is viewed from diagonally above (45° in FIG. 6) so that the top and side surfaces of the object to be measured are included in the field of view. During such three-dimensional measurement, in order to obtain the outer shape of the object to be measured, the
(Measurement object external shape detection function)
そこで本実施形態に係る三次元形状測定装置では、測定対象物の外形を検出する外形検出機能を備えている。測定対象物の外形検出は、測定部100に含まれる撮像光学系を用いて、載置面142上に載置された測定対象物の画像を取得して得られる画像情報に基づいて行う。この測定対象物の外形検出は、例えばCPU210の端部検出部265で行う。外形検出のアルゴリズムは、エッジ検出等、既知の方法が適宜利用できる。なお、上述した通り撮像光学系に、低倍率と高倍率の2つの受光素子を有する構成においては、高倍率の受光素子を選択して観察を行う場合であっても、低倍率の受光素子で得られた画像を用いることで、測定対象物に対してより広域な外形情報が得られる。このように、三次元形状測定装置の測定モードとして、低倍率測定モードと高倍率測定モードを有する場合であっても、測定対象物の外形把握のための撮像は、選択中の測定モードによらず低倍率の受光素子で実施するよう構成することが好ましい。
Therefore, the three-dimensional shape measuring device according to the present embodiment includes an outer shape detection function for detecting the outer shape of the object to be measured. Detection of the outer shape of the object to be measured is performed based on image information obtained by acquiring an image of the object to be measured placed on the mounting
取得した斜め俯瞰の測定対象物の観察画像OI1を図14に、測定可能範囲MAを重ねた観察画像OI2を図15に、それぞれ示す。一般的に広域の測定を実施する低倍率は、画角を有する広角レンズであることが多く、視野が奥行に伴って変化する構成となっている。載置面142に対して斜めに俯瞰している撮像光学系は、その広角光学系の構成上、取得した画像はパースの掛かった状態であり、輪郭線が必ずしも測定対象物の外形を正確に示さないという問題があった。これは、奥行方向に行くほど倍率が異なり、ピクセル長が異なることに起因する。
FIG. 14 shows an obliquely overhead observation image OI1 of the object to be measured, and FIG. 15 shows an observation image OI2 overlapping the measurable range MA. In general, low magnification lenses used to perform wide-area measurements are often wide-angle lenses with a field of view that changes with depth. Due to the configuration of the wide-angle optical system, the image capturing optical system that is viewed diagonally from the mounting
また、斜め上方から見た俯瞰画像では、測定対象物の背面側の外形情報が欠落することに加えて、視野内に含まれる測定対象物の前面側の輪郭線が、必ずしも載置面142上に載置された状態での「端部」を正確に表現できないという問題も含んでいる。ここで広角俯瞰による端部検出の問題点を、図16~図17に示す。図16に示すように、測定対象物WK2の底面が正確に載置面142に触れているような載置状態であれば、測定対象物WK2の輪郭線(図16において黒丸で示す。)は測定対象物WK2の外形と一致する。しかしながら、図17に示すように、測定対象物WK3が傾いた姿勢で載置面142上に載置された場合では、画像上で見える輪郭線(図17において白丸で示す。)は、測定対象物WK3の端部とは一致しない。また、図16の場合であっても、仮に上方側に突出部が存在している場合は、輪郭線と端部は一致しない。
In addition, in an overhead image viewed diagonally from above, in addition to missing the contour information on the back side of the measurement target, the front outline of the measurement target included in the field of view is not always on the mounting
このような状態で、載置面142の移動による測定可能範囲を描画したとしても、ユーザにとっては端部が認識できないため、範囲設定の正確さが認識できないという問題につながる。例えば図15のように測定可能範囲MAを重ねた観察画像OI2においても、奥側が測定可能範囲に含まれているかが不確かなだけでなく、測定対象物が傾いているのか、それとも設置位置が奥にずれているのかの判別が困難なことが判る。
Even if the measurable range is drawn by moving the mounting
そこで本実施形態に係る三次元形状測定装置は、このような測定対象物の外形検出の困難さに対して、視点を変えて、上面から見た平面図的な上方俯瞰画像を生成する。これにより、測定範囲をユーザに判り易く示すことが可能となる。また、測定対象物を載置面142に載置する姿勢がどのようになっているのか、さらに測定対象物の外形を把握することで、載置面142を移動させる際に意図せず他の部位に衝突させないように、衝突予防を考慮した移動制御を行える等の利点が得られる。
(衝突自動検知機能)
Therefore, the three-dimensional shape measuring device according to the present embodiment changes the viewpoint and generates a top-view overhead image viewed from the top, in response to such difficulty in detecting the outer shape of the object to be measured. This makes it possible to clearly show the measurement range to the user. In addition, by understanding the posture of placing the object to be measured on the mounting
(Automatic collision detection function)
次に、退避位置特定部268で、測定対象物が支持部700に衝突しない退避位置を特定するため、まず測定対象物が支持部700に衝突する可能性があることを検出する必要がある。このため本実施形態に係る三次元形状測定装置は、測定対象物が支柱部702などに衝突する事態を自動で検知する衝突自動検知機能を備えている。具体的には、載置部140に載置した測定対象物の大きさを、測定開始時や衝突挙動の直前までの間に端部検出部265で検知して、規制判断部266で自律的に載置部140の回転や平行移動を規制するよう構成している。
Next, in order to specify a retreat position where the object to be measured does not collide with the
以下、端部検出部265で、測定対象物の端部が三次元形状測定装置と衝突する事態を事前に検知する手法について説明する。上述した並進ステージ141と回転ステージ143を備えるXYθステージの動作中に衝突が起こり得るパターンとしては、並進ステージ141による直動中の衝突と、回転ステージ143による回転移動中の衝突とが挙げられる。この場合、
(1)撮影や測定等の動作中の並進ステージ141の移動又は回転ステージ143の回転移動中に発生する場合、
(2)載置部140が基準位置に復帰する際の移動中に発生する場合、
が挙げられる。ここでは、(1)~(2)に関して、それぞれ衝突を事前に自動検知する手順を説明する。なお、(1)に関しては既に並進ステージ141と回転ステージ143の各駆動軸が基準位置への復帰処理を完了しており、現在座標位置を三次元形状測定装置側で検知できている状態を前提としている。つまり(1)においては、細部の外周端と支柱部702との干渉は考慮しない。一方、(2)に関しては、三次元形状測定装置の起動直後の状態を前提としており、載置部140の現在位置や姿勢が不明な状態から基準位置への復帰を想定している。
(動作中の衝突事前検知機能)
Hereinafter, a method will be described in which the
(1) When the occurrence occurs during movement of the
(2) If the occurrence occurs during movement when the
can be mentioned. Here, a procedure for automatically detecting a collision in advance will be explained for each of (1) and (2). Regarding (1), it is assumed that each drive shaft of the
(Collision advance detection function during operation)
三次元形状測定装置の使用中に載置部140を移動させることで、その上面に載置された測定対象物が周囲の物体に干渉する事態は様々考えられる。例えば、周囲に置かれた他の測定機器やスタンド、ユーザ、あるいは載置台の周囲に存在する三次元形状測定装置の部材などが挙げられる。ここでは、図8等に示したように、載置部140を設けた台座部600と測定部100とを連結する支持部700を構成する、支柱部702に着目し、台座部600上でXYθステージが移動することにより、この上に載置した測定対象物が支柱部702と衝突する事態を、自動的に回避するような制御を考える。なお、支柱部702の位置や大きさ、すなわち輪郭情報については、予め三次元形状測定装置側で保持している。
By moving the mounting
測定対象物の支柱部702への衝突は、図18A~図18Dに示す幾つかのパターンが想定される。図18A及び図18Bは、並進ステージ141を手前側(図において下方向)に平行移動させて測定対象物WK4が支柱部702と衝突する様子、図18C及び図18Dは、並進ステージ141を左右方向に平行移動させて測定対象物WK5が支柱部702と衝突する様子を、それぞれ示している。いずれの場合も、載置面142からはみ出している測定対象物WK4、WK5が、支柱部702に衝突することにより発生する。そのため本実施形態においては、測定対象物の端部の輪郭を、動作中又は動作前に端部検出部265で検知し、衝突を事前に検知する。例えば、ユーザに指定された測定したい位置の内から、安全な移動が可能である位置から測定を行い、端部検出部265で測定対象物の端部を検出する。そして検出された端部から、さらに安全な移動が可能である範囲を判断し、追加していく。このようにして安全な移動が可能と判断された位置のすべてで、測定を実施する。
Several patterns shown in FIGS. 18A to 18D are assumed for the collision of the object to be measured with the
ここで、測定対象物の広範囲測定を行うに際して、端部検出部265が測定対象物の端部を検出し、これに基づいて規制判断部266が衝突を回避するように載置部140を規制しながら測定を行う具体的な手順を、図19のフローチャートに基づいて説明する。この例では前提として、測定対象物を載置面に載置した時点で、支柱部と測定対象物が接していることはあっても、めり込むなどの干渉(衝突)は生じていないこと、また測定対象物を測定したい位置(θ角度、XY位置)は、ユーザによって事前に入力されていることとする。
When performing wide-range measurement of the object to be measured, the
まずステップS1901において、測定対象物をステージに載置する。次にステップS1902において、測定条件を測定する。ここではユーザが明るさ、姿勢、測定範囲などを指定する。そしてステップS1903において、測定実行を指示する。 First, in step S1901, an object to be measured is placed on a stage. Next, in step S1902, measurement conditions are measured. Here, the user specifies brightness, orientation, measurement range, etc. Then, in step S1903, execution of measurement is instructed.
次にステップS1904において、未測定で、安全に移動可能な測定位置があるか否かを判定する。この判定は三次元形状測定装置側、例えば規制判断部266や移動制御部144が行う。ある場合はステップS1905に進み、その安全に移動可能な測定位置に移動し、ステップS1906で三次元形状測定を実行する。さらにステップS1907で、測定した測定データから、測定対象物の端部を検出し、安全に移動可能な位置を追加する。そしてステップS1904に戻って、上記の処理を繰り返す。
Next, in step S1904, it is determined whether there is a measurement position that has not yet been measured and can be moved safely. This determination is performed by the three-dimensional shape measuring device, for example, the
一方、ステップS1904において、安全に移動可能な測定位置がないと判定された場合は、ステップS1908に進み、自動配置された測定データを表示部400にプレビュー表示する。そしてステップS1909において、測定データが正しく取得できたか否かをユーザに判定させる。正しく取得できていない場合は、ステップS1902に戻って上記の処理を繰り返す。一方、正しく取得できたと判断された場合は、ステップS1910に進み、測定データの結合を実行する。この結合は、例えば点群データ合成部211で行う。さらにステップS1911において、解析機能を用いた計測、解析を実行し、ステップS1912で測定を終了する。このようにして、広範囲測定を行いながら、測定対象物の飛び出しを自動で検出して、衝突を避けつつ計測や解析を安全に行える。
On the other hand, if it is determined in step S1904 that there is no measurement position that can be safely moved, the process advances to step S1908, and the automatically arranged measurement data is displayed as a preview on the
次に、動作中に端部検出部265が測定対象物の端部を検出し、この検出結果に基づいて規制判断部266が載置面142の移動方向を規制する手順の詳細例を、図20A~図20Hに基づいて説明する。ここでは、点群データ合成部211が、基準位置にある載置面142上に縦長に置かれた測定対象物WK6を、手前側の左、右と、奥側の左、右の4つに測定領域を分けて、回転ステージ143を180°ずつ回転させて測定する例を説明する。まず図20Aに示すように、並進ステージ141が基準位置にある状態で得られた観察視野から、端部検出部265は測定対象物WK6の端部を検出する。検出された端部すなわち測定対象物WK6の輪郭を、図20A~図20Hにおいて太線で示す。そして、得られた輪郭から、規制判断部266が、載置面142の移動方向を判断する。移動方向の判断は、移動可能な方向の特定、移動不可能な方向の特定、移動可能か否かの判断自体が不明な方向の特定、又はすべての方向が判断不能、等となる。図20Aの例では、端部検出部265による端部検出の結果として、測定対象物WK6の左右及び手前側の輪郭が得られ、奥側の輪郭が得られていない。この検出結果から、測定対象物WK6の左右が載置面142内に収まっていること、いいかえると載置面142からはみ出していないことが規制対象部により判断できる。つまり、載置面142の左右方向には測定対象物WK6が伸びていないので、図18Cや図18D等で示したような事態は起こり得ず、XY方向に移動させても測定対象物WK6が衝突することはないこと、すなわち並進ステージ141を左右方向に移動させることが可能であると判断される。よって、規制対象部は並進ステージ141の左右方向の移動を許可し、これに従い移動制御部144が並進ステージ141を横方向に移動させる。ここでは図20Bに示すようにまず左方向に並進ステージ141を移動させ、測定(ここでは単視野測定データの取得)を行う。これにより、測定対象物WK6の手前右側の単視野測定データが得られる。次に図20Cに示すように右方向に並進ステージ141を移動させて、同様に測定を行い、測定対象物WK6の手前左側の単視野測定データが得られる。なお、この例では並進ステージ141を先に左方向に移動させてから右方向に移動させる手順を説明したが、順序を入れ替えて先に右方向に移動させた後、左方向に移動させるようにしてもよいことはいうまでもない。
Next, a detailed example of a procedure in which the
以上のようにして測定対象物WK6の内、手前側の左右の単視野測定データが得られたので、次に奥側の左右の単視野測定データを取得する。ここで、奥側が観察視野に含まれるように、仮に図20Dに示すように並進ステージ141を手前側(図において下方向)に移動させようとすると、測定対象物WK6の手前が支柱部702に衝突することが判るので、規制判断部266はこのような移動を許可しない。よって、禁止された並進ステージ141の移動をスキップし、代わりに図20Eに示すように回転ステージ143の回転を行う。回転ステージ143を180°回転させることで、裏側すなわち回転された測定対象物WK6の手前側が視野範囲に含まれるので、端部検出部265が端部検出を行うことで、手前側の輪郭(図20Aにおいて上側の輪郭)が検出される。なお図20Eの姿勢において測定対象物WK6の上側は視野範囲から外れているが、すでにこの部分の輪郭情報は図20A等の測定において得られているので、得られた輪郭情報を合成することで、測定対象物WK6の平面視における輪郭がこの時点ですべて得られることになる。この状態で検出結果、すなわち輪郭情報から、規制判断部266は並進ステージ141を図20Eの位置から左右に移動可能であると判断できるので、以下同様に並進ステージ141を図20Fに示すように左方向に移動させて測定対象物WK6の手前右側(図20Aの姿勢では奥左側)の単視野測定データを得、また並進ステージ141を図20Gに示すように右方向に移動させて測定対象物WK6の手前左側(図20Aの姿勢では奥右側)の単視野測定データを得ることができる。なお、図20Eの位置で回転された測定対象物WK6の手前側の輪郭(図20Aにおいて上側の輪郭)が得られたことで、同様に仮に図20Hに示すように並進ステージ141を手前側(図20Hにおいて下方向)に移動させようとすると、測定対象物WK6の手前が支柱部702に衝突することが判るので、規制判断部266はこのような方向への並進ステージ141の移動を許可せず、スキップする。このようにして、縦長の測定対象物WK6の輪郭情報に基づいて、載置面142の移動方向を衝突を回避するように規制しながら、安全に測定を行うことが可能となる。
Since the single field measurement data for the left and right sides on the near side of the measurement object WK6 have been obtained as described above, next, the single field measurement data for the left and right sides on the back side are acquired. Here, if you try to move the
以上の例では、並進ステージ141を左右に移動させた後、回転ステージ143を180°回転させて同様に並進ステージ141を左右に移動させて、順次単視野測定データを合成する手順を説明した。ただ本発明は、回転ステージ143の回転角度を180°に限定するものでなく、任意の角度に設定することができる。ただ、角度を細かくするほど、得られるデータは詳細になるものの、測定時間が長くなるため、要求される精度や処理時間にしたがって、適切な回転角度に設定される。加えて、上述の通り衝突予防機能によって、回転移動や平行移動を規制しながら、安全性を高めた測定を行う。加えて、測定対象物の形状に応じて、少ない測定回数で効率的に撮像することが望ましい。
In the above example, a procedure was described in which the
次に、別の端部検出の例として、横長の測定対象物を、奥・左・右・手前の4つに測定領域を分けて、回転ステージ143を90°ずつ回転させて測定する例を、図21A~図21Pに基づいて説明する。ここでは、点群データ合成部211が、基準位置にある載置面142上に横長に置かれた測定対象物WK7を、手前側の左、右と、奥側の左、右の4つに測定領域を分けて、回転ステージ143を90°ずつ回転させて測定する例を説明する。まず図21Aに示すように、基準位置にある並進ステージ141で得られた観察視野から、端部検出部265は測定対象物WK7の手前側の一部(図21Aにおいて太線で示す下側の中央)の輪郭を検出する。この状態では、測定対象物WK7から支柱部702側に伸びている部分が含まれていないので、並進ステージ141を左右に移動させても、支柱部702への衝突はないと規制判断部266で判断される。よって、規制対象部は並進ステージ141の左右方向の移動を許可する。これに従い、並進ステージ141を左右に移動させる。ここでは、まず図21Bに示すように移動制御部144が並進ステージ141を左方向に移動させ、測定対象物WK7の手前右側の単視野測定データを取得する。これにより、測定対象物WK7の手前側から右側面にかけての輪郭情報が得られるので、規制判断部266は、回転ステージ143を時計回りに90°以上回転させることが可能であると判断できる。次に並進ステージ141を右方向に移動させて、測定対象物WK7の手前左側の単視野測定データを取得する。これにより、測定対象物WK7の手前側から左側面にかけての輪郭情報が得られるので、規制判断部266は、回転ステージ143を反時計回りに90°以上回転させることが可能であると判断できる。また、図21Bで得られた輪郭情報と合わせて、測定対象物WK7の下半分の輪郭が判明する。
Next, as another example of edge detection, an example is shown in which a horizontally long object to be measured is divided into four measurement areas: back, left, right, and front, and the
次に、回転ステージ143を180°回転させる。ここでは、まず図21Dに示すように一旦並進ステージ141を基準位置(例えばXYステージの原点や初期位置)に復帰させた上で、図21Eに示すように回転ステージ143を時計回りに90°回転させる。このように、図21Cの状態から直接回転ステージ143を回転させるのでなく、一旦並進ステージ141を基準位置に復帰させた上で回転させることで、回転半径を小さく抑えることができるので、衝突のリスクを低減できる。そして図21Eの観察視野において、単視野測定データを取得し、測定対象物WK7の内、右側の中間部分の輪郭情報を取得する。この状態では、測定対象物WK7の右上と左下の輪郭は未だ得られていないものの、並進ステージ141を左右に平行移動可能であることが規制判断部266で判断できる。よって、同様に並進ステージ141を左右に移動させるよう移動制御部144に指示する。
Next, the
さらに、測定対象物WK7の下部の輪郭がすでに得られており、載置面142からの突出量が判明しているので、並進ステージ141を手前側(図21Eにおいて下方向)に移動可能な移動量も規制判断部266で演算できる。具体的には、図21Hに示す位置以上に並進ステージ141を移動できないことが判るため、その限度で並進ステージ141を手前側に移動させ、さらに左方向に移動させる。この結果、図21Fに示すように測定対象物WK7の右上の輪郭が得られる。さらに、図21Gに示すように並進ステージ141を右方向に移動させる。この位置では、輪郭情報の追加は得られない。また上述の通り、図21Hのように並進ステージ141を手前側に移動させることはできないので、この移動はスキップされて、図21Iに示すように回転ステージ143を時計回りに回転させる。
Furthermore, since the contour of the lower part of the measurement target WK7 has already been obtained and the amount of protrusion from the mounting
図21Iの姿勢で、測定対象物WK7の左右の輪郭は、左上の一部を除いて概ね判明しているので、並進ステージ141を左右に移動可能であると判断でき、よって左右に移動される。またこの姿勢で、すでに測定対象物WK7の手前側(図21Iにおいて下側)の輪郭は得られているので、図21Lに示すように、並進ステージ141を手前側に移動可能な移動量を演算できる。これに従い並進ステージ141を手前に若干移動させつつ、まず図21Jに示すように左方向に移動させる。この位置では輪郭情報の追加は得られない。次に図21Kに示すように並進ステージ141を右側に移動させ、単視野測定データを取得する。これにより、測定対象物WK7の左上の輪郭が得られ、すべての輪郭が取得されるので、載置面142の移動可能な範囲や方向が確定する。上述の通り、並進ステージ141を図21Lに示すように手前側には移動できないので、この移動をスキップさせて図21Mに示すように、さらに回転ステージ143を時計回りに90°回転させる。上述の通り、一旦並進ステージ141を基準位置に復帰させた状態で、回転ステージ143を回転させ、図21Mの姿勢とする。
In the attitude shown in FIG. 21I, the left and right contours of the measurement target WK7 are generally known except for the upper left part, so it can be determined that the
この位置で、同様に単視野測定データを測定し、さらに並進ステージ141を左右に移動させて、同様に単視野測定データを測定する。ここでは、図21Nに示すように、並進ステージ141を左に移動させ、次に図21Oに示すように並進ステージ141を右に移動させ、最後に基準位置に戻して処理を終了する。このようにして、90°刻みでより多数の単視野測定データを合成し、詳細な測定が可能となる。
At this position, single field measurement data is similarly measured, and the
以上のように、並進ステージ141を奥方向に移動させて測定したデータによって取得された、測定対象物の端部により、並進ステージ141の移動が可能か否か、回転ステージ143の回転移動が可能か否かを、規制判断部266で判断できる。ここで並進ステージ141の移動可否の判断について、図22A~図24Dに基づいて説明する。まず、図22A~図22Cの模式平面図に示すように、並進ステージ141を手前方向に移動できるか否かについては測定対象物の手前側の端部から判断する。すなわち、図22A~図22Cにおいて測定対象物の下側の輪郭が、支柱部702に接触しない範囲の移動を許可する。例えば図22Aに示すように、測定対象物WK8の下部が載置面142内に収まっている場合は、並進ステージ141の移動は制限されない。すなわち、並進ステージ141は、載置面142が支柱部702側に最も接近する位置(図22Aにおいて下端)と支柱部702との距離D1又はこれにマージンを考慮した分、あるいはこれよりも短い、並進ステージ141の移動機構の制約を受けた距離だけ、手前側に移動できる。図においては説明のためマージンを考慮せず、測定対象物を載せない状態で並進ステージ141を手前側に移動可能な移動量をD0としている。
As described above, depending on the end of the object to be measured, which is obtained from the data measured by moving the
一方、図22Bに示すように、部分的に載置面142から突出している場合は、支柱部702に接触しないよう、移動量D0から、この突出部分の内最も支柱部702に接近した部分の突出力D2、及びマージン分を差し引いた分だけ、通常の並進ステージ141よりも手前側への移動量が制限される。さらに、図22Cに示すように測定対象物WK9の端部の突出量が大きく、支柱部702に接触しているか、接触する寸前の場合、あるいは端部を検出できない場合は、並進ステージ141の手前側への移動を禁止する。
On the other hand, as shown in FIG. 22B, if it partially protrudes from the mounting
また左右方向に移動できるか否かについては、斜め手前側の端部から判定する。ここで、並進ステージ141を一例として右方向に平行移動させることを制限するか否かについて、図23A~図23Cに基づいて説明する。まず図23Aに示すように、測定対象物WK10の下部が載置面142内に収まっている場合は、並進ステージ141の移動は制限されない。また図23Bに示すように、測定対象物WK11が部分的に載置面142から突出している場合は、載置面142の下端からの突出量D2を調べ、これが載置台の移動量D0の範囲内に収まっている場合は、右方向に移動させても支柱部702に接触しないため、平行移動は制限されない。一方で、図23Cに示すように測定対象物WK12の突出量が大きく、載置台の移動量D0を越えている場合や、端部を検出できない場合は、並進ステージ141を右方向に移動させると、支柱部702に接触するおそれがあるため、移動を制限する。
Also, whether or not it can be moved in the left-right direction is determined from the diagonally front end. Here, as an example, whether or not to restrict parallel movement of the
さらに、回転ステージ143の回転移動の可否判断は、突出量に基づいて行う。ここで、回転ステージ143の時計回りの回転移動を制限するか否かの動作について、図24A~図24Dに基づいて説明する。まず図24Aに示すように、測定対象物WK13が載置面142内に収まっている場合は、回転ステージ143の移動は制限されない。また図23Bに示すように、部分的に載置面142から突出している場合は、載置面142からの突出している部分が最大となる値、すなわち測定対象物WK13が回転ステージ143によって回転移動する回転半径の最大値D3を測定する。そして、この回転半径の最大値D3と、回転ステージ143の回転中心から支柱部702までの距離DRとを比較し、D3がDRよりも短い場合は、回転ステージ143を回転させても測定対象物WK13は支柱部702に衝突しないと判断され、回転ステージ143の回転を許容する。なお、D3とDRの比較にあたっては、マージンを考慮してもよいことは上述の通りである。さらに図24Cに示すように、突出量の最大値D4が、回転ステージ143の回転中心から支柱部702までの距離DRよりも大きい場合は、回転ステージ143を時計回りに移動させると、支柱部702に接触するおそれがあるため、回転移動を制限する。また図24Dに示すように、測定対象物WK14の突出部分の端部の輪郭を検出できない場合も、同様に回転移動を制限する。
Furthermore, whether or not the
上述した規制判断部266による移動の制限や規制とは、移動そのものを禁止する他、接触する寸前までの移動を許容するようにしてもよい。このように、指定された測定位置への移動が不可能と判断されても、移動可能なぎりぎりの位置まで移動して、測定を行うことで、測定データの欠落を最小限に抑えることができる。
(移動可否承認部)
The above-mentioned restriction and regulation of movement by the
(Moveability approval department)
また、測定対象物の端部が検出できず、安全な移動が不可能と判断された場合であっても、ユーザに移動が可能であるか確認し、ユーザが可能と判断したら、移動して測定を続行するようにしてもよい。この場合は、ユーザに移動可否の承認を求める移動可否承認部を設ける。例えば、表示部400に移動可否承認画面を表示させる。移動可否承認画面では「ワークの端部が確認できません。ステージを回転させてもよいですか」等の説明と共に、「移動を許可する」「移動を禁止する」等の選択肢を表示させて、ユーザに対し確認と選択を促す。
In addition, even if the edge of the object to be measured cannot be detected and it is determined that safe movement is impossible, the user will be asked if it is possible to move it, and if the user determines that it is possible to move it, the user will be able to move it. The measurement may be continued. In this case, a movement permission approval section is provided to request the user's permission to move. For example, a movement permission approval screen is displayed on the
以上の例では、三次元形状測定装置の一部(支柱部702)に、載置面142の移動により測定対象物が干渉する事態を避けるように、端部検出部265や規制判断部266で載置面142の移動を規制する構成について説明した。この場合、並進ステージ141が遠ざかる方向(図18A等において上方向)に移動する場合は、衝突の可能性がないので、規制判断部266は並進ステージ141が支柱部702から遠ざかる方向への移動は規制しない。この場合において、特殊な形状の測定対象物、例えば支柱部の背面に回り込むような湾曲した腕を有するような形状は除外して考える。
In the above example, the
なお、図6等に示したように、載置面142に対して斜め上方から測定を行う構成においては、載置面142の真上にカメラを設けて真下に見下ろす構成と比べると、周囲の外光を受光し易い。これを低減するために、載置面142の上方を覆って遮光する遮光カバー102に加えて、遮光カバー102の下側に遮光カーテンを配置する構成としてもよい。この構成においては、載置面142の奥側に遮光カーテンが配置される構成となるが、遮光カーテンを布のような柔軟性のある部材で構成すれば、載置面142の移動によって測定対象物が遮光カーテンと接触しても、遮光カーテンがこれに応じて無理なく変形できるため、干渉を考慮せずとも足りる。
As shown in FIG. 6, etc., in a configuration in which measurements are taken from diagonally above the mounting
また本発明の衝突自動検知機能は、支柱部702への衝突回避のみに限られず、例えば三次元形状測定装置の周囲に置かれた他の測定機器やスタンド、あるいは三次元形状測定装置を操作するユーザに対しても、測定対象物が干渉しないように制御するよう構成してもよい。例えば、三次元形状測定装置の周囲に存在する物体の形状や位置を三次元形状測定装置側に知らせるよう、対物センサやカメラ等の検出器を用意する。そして検出器で得られた信号や情報を三次元形状測定装置側で収集して、端部検出部265で検出した測定対象物の輪郭などの情報と対比させながら、載置面142の移動方向や移動範囲等を規制判断部266で計算し、移動制御部144による載置面142の移動を規制する。
Furthermore, the automatic collision detection function of the present invention is not limited to avoiding collisions with the
すなわち、上述の例では、衝突を回避する対象として予め支柱部702の輪郭を予め三次元形状測定装置側で保持しており、測定対象物が支柱部702と接触しないように必要な制御を行っていたところ、衝突を回避する対象として支柱部に加えて、あるいはこれに代えて、他の部材(異物)を指定することで、同様の衝突回避動作を実現することが可能となる。なお、他の部材の指定は、例えば三次元形状測定装置の周囲に置かれた器具が静止している場合は、比較的容易に行える。一方で、可動する器具やユーザのような、常時静止しておらず移動する可能性がある部材については、時々刻々と変化する輪郭の位置を考慮しながら、これとの接触を回避するようにリアルタイムで載置面142の移動を制限する演算を行う必要がある。
(測定可能範囲(黄点線)とデータ取得範囲(赤点線))
That is, in the above example, the outline of the
(Measurable range (yellow dotted line) and data acquisition range (red dotted line))
載置面142を斜め上方から見下ろす、すなわち俯瞰する形で測定する三次元形状測定装置においては、図25Aの模式側面図に示すように、載置面142の内手前側の測定範囲は比較的広く、測定の精度が高い測定領域に加え、その周囲に精度はともかく、三次元データが取得できる領域が広い傾向にある。本実施形態では、図2で説明したとおり投光部110を左右にそれぞれ設けて、2つの投光部110A、110Bからパターン光を投影している。図25Bにおいて、受光部120による受光範囲を赤領域、投光部110によるパターン投影範囲を薄墨領域として考えると、これらが重なる共通領域がデータ取得可能な範囲(赤点線)となる。さらに、データ取得範囲の内で、測定精度が十分発揮される領域を測定可能範囲(黄点線)として定義できる。
(端部検出位置)
In a three-dimensional shape measuring device that measures the
(End detection position)
また、ユーザによって指定された測定位置の測定データだけから判断するのではなく、測定の前に、測定対象物をできるだけ広範囲に検出できる所定の端部検出位置に載置面142を移動させた上で測定対象物の端部を検出し、その端部に基づいて衝突を検知するように構成してもよい。これは、ユーザに指定された実際の測定位置からでは、位置によっては測定対象物の端部を検出できない可能性があるためである。したがって、ユーザが指定した載置部140の指定位置から、一旦、測定対象物の端部を取得し易い所定の端部検出位置まで載置面142を移動させた上で、測定対象物の輪郭を取得して、指定位置に復帰させる。ここで所定の端部検出位置とは、例えば載置面142を撮像光学系から遠ざけた位置とする。測定対象物を撮像光学系からできるだけ離間させることで、撮像光学系の画角によってより広い観察視野が確保され、測定対象物の端部が含まれやすくなる。このように、端部検出部265で端部検出動作を実行する際には、並進ステージ141を所定の端部検出位置に平行移動させた状態で行われるように、移動制御部144で並進ステージ141を移動させるように構成してもよい。これによって、端部検出の確度を高めることができる。
In addition, instead of making a judgment based only on the measurement data at the measurement position specified by the user, before measurement, the mounting
なお、測定前の端部検出は、端部の外形や輪郭が検出できれば足り、測定時ほどの精度は求められない。よって、短時間で検出することが好ましく、通常の三次元計測よりも撮像条件を簡素化した簡易的な撮像条件とすることが望ましい。また、端部検出のための撮像を行わず、他の画像を流用することもできる。例えば、上述したトップビューマップ画像を用いて、端部検出を行うようにしてもよい。これにより、端部検出のための作業を大幅に省力化しタクトタイムを短縮できる。
(ユーザへの告知)
Note that edge detection before measurement only requires detecting the outer shape and outline of the edge, and does not require the same level of accuracy as during measurement. Therefore, it is preferable to perform detection in a short time, and it is desirable to use simpler imaging conditions than those for normal three-dimensional measurement. Furthermore, it is also possible to use other images without performing imaging for edge detection. For example, edge detection may be performed using the above-mentioned top view map image. This greatly saves labor for end detection and shortens takt time.
(Notice to users)
端部検出部265や規制判断部266で事前に衝突の可能性を検知した場合の対応として、ユーザに対して明示的には何も通知せず、衝突によって回避された測定位置のデータ、すなわち処理をスキップした部分のデータが欠落する状態としてもよい。あるいは、ユーザに対し明示的に告知することもできる。例えば、測定後に、衝突を回避した測定位置を、結果報告として表示部400に表示させる。あるいは、測定後又は測定中に、随時衝突を事前検知したことを伝える。この際、測定処理を続行するか、そこで中断するかの判断を求めてもよい。あるいはまた、測定前に事前検知を行う場合は、事前検知後や測定開始前に、「事前衝突検知したため、いくつかの測定が回避されます」などのメッセージを表示部400に表示させる。
(並進ステージ141の対角線配置)
As a response when the possibility of a collision is detected in advance by the
(Diagonal arrangement of translation stage 141)
また本実施形態に係る三次元形状測定装置では、並進ステージ141の駆動軸の配置を工夫することで、短いストロークでもより大きな測定対象物の測定を可能としている。上述の通り、回転ステージ143で複数視点を切り替えて三次元形状を取得する三次元形状測定装置において、視野を広げるため載置部140を移動可能とする構成、具体的には並進ステージ141と回転ステージ143を備える載置部140の構成として、図26に示すような、回転ステージ143の上に並進ステージ141を配置した実施形態1に係る三次元形状測定装置と、図27に示すような、並進ステージ141の上に回転ステージ143を配置した実施形態2に係る三次元形状測定装置500Bが考えられる。
Further, in the three-dimensional shape measuring device according to the present embodiment, by devising the arrangement of the drive shaft of the
この内、図26に示す実施形態1に係る構成では、載置された測定対象物と共に並進ステージ141の駆動方向が回動可能であり、測定対象物の載置姿勢を変えない範囲では、測定対象物に対してXYストロークが一対一の関係を維持できるため、回動における複数視点からの三次元測定が常に同じ測定対象物範囲で行える利点が得られる。これにより、測定対象物上の同一点を複数視点からのデータで平均化でき、測定対象物全域にわたって安定した測定を実現できるメリットがある。
Among these, in the configuration according to
一方で、このような並進ステージ141と回転ステージ143を組み合わせた測定系においては、並進ステージ141による測定対象物の移動のみならず、載置面142そのものが支柱部702と衝突するような事態も想定されるため、載置面142を移動させる移動量すなわちストロークを、一定の範囲で制限する必要が生じる。例えば図28の模式平面図に示すように、並進ステージ141が平行移動するX軸を水平方向、Y軸を垂直方向においた構成において、並進ステージ141の可動部の外形半径Dに対して、並進ステージ141の移動ストロークをX方向、Y方向にそれぞれWx,Wy、並進ステージ141のストローク中心における載置面142の外形と支柱部702とのクリアランスをLとする。この場合、載置面142のストロークWx,Wyは次式のような制約を受けると考えられる。
On the other hand, in such a measurement system that combines the
Wx/2<L,すなわちWx<2L, Wx/2<L, that is, Wx<2L,
Wy/2<L,すなわちWy<2L,かつ Wy/2<L, that is, Wy<2L, and
√{(Wx/2)2+(Wy/2)2}<L √{(Wx/2) 2 +(Wy/2) 2 }<L
実施形態1では、並進ステージ141の駆動方位がθの回転姿勢によって変化するため、あらゆる方位に対して中心からストローク端までの距離(=全ストローク÷2)が、Lより短くないと、載置面142の端と支柱部702が衝突することになる。そのため、図29Aに示す並進ステージ141のすべてのストロークに対して、衝突を避け得る安全なストロークとは、図29Bにおいて実線で示す円形の領域となる。この結果、載置部140が本来有する、図29Bにおいて破線で示す有効ストローク範囲を減じることとなる。
(XY軸クロス配置)
In the first embodiment, since the drive direction of the
(XY-axis cross arrangement)
本実施形態では、このようなストローク減少に鑑みて、載置面142の配置を工夫することで、より広い視野を提供し得る構成を提案する。ここでは、並進ステージ141を平行移動させるX軸及びY軸を、載置面142の平面視において、載置部140が支持部700に接近及び離間する奥行方向と、この奥行方向と直交する横方向に対して傾斜して配置させている。具体的には、図30A、図30Bに示すように、矩形状の有効ストローク範囲を図29A、図29Bの姿勢から傾斜させて、矩形状の隅部が上下、左右に位置するように配置している。いいかえると、矩形状の有効ストローク範囲の対角線が、図29BのX軸、Y軸となるように回転させている。このように、並進ステージ141のX軸及びY軸方向を、平面視において斜めにずらした構成としたことで、載置面142を大型化させることなく縦横へのストローク量を大きくして、より大きな測定対象物に対する測定に有利となる。図30Bの例では、並進ステージ141を平行移動させるX軸及びY軸は、載置面142の平面視において、載置部140が支持部700に接近及び離間する奥行方向(図30Bにおいて上下方向)と、この奥行方向と直交する横方向(図30Bにおいて左右方向)に対して45°の角度をなしている。このような配置によって、並進ステージ141を図29Bと同じサイズとしたまま、その横方向へのストローク量を√2倍に拡大させることが可能となる。なお、X軸及びY軸を、奥行方向及び横方向に傾斜させる角度は、45°に限定するものでなく、例えば40°~50°など、斜め方向であれば同様の効果を達成できる。ただし、傾斜が少ないと、並進ステージ141を横方向へ移動させるストローク範囲の拡大効果が少なくなる。よって、最もストローク範囲の拡大量が大きくなる、45°前後とすることが好ましい。
In this embodiment, in view of such stroke reduction, a configuration is proposed that can provide a wider field of view by devising the arrangement of the mounting
従来の三次元形状測定装置では、並進ステージのXY軸への移動方向を、載置面の平面視の縦横と一致させる配置が一般的であったが、上述の通り、並進ステージのX軸びY軸方向を斜め45°に傾斜させた配置としたことで、載置面の平面視における左右方向及び奥行方向へのストロークを有効に活用することが可能となる。すなわち、図29Bの例では、有効ストローク範囲の四隅を利用できていなかったところ、図30Bのような配置を採用することで、このようなデッドスペースを有効活用できるようになる。 In conventional three-dimensional shape measuring devices, the direction of movement of the translation stage in the By arranging the Y-axis direction at an angle of 45 degrees, it is possible to effectively utilize strokes in the left-right direction and the depth direction when viewed from above on the mounting surface. That is, in the example of FIG. 29B, the four corners of the effective stroke range could not be utilized, but by adopting the arrangement as shown in FIG. 30B, such dead space can be effectively utilized.
一方で、図30Bにおいて三次元形状測定装置の手前側の隅部は、支柱部702が存在するため、この方向に載置面142を移動させることは制限する。いいかえると、並進ステージ141の有効ストローク範囲の四隅の内、支柱部702に面する隅部については利用しない、または測定対象物が支柱部702に衝突しない範囲に利用を制約する。
On the other hand, in the corner on the near side of the three-dimensional shape measuring device in FIG. 30B, since the
このような載置面の移動方向の制御は、例えば移動制御部144で行う。この場合移動制御部144は、支柱部702に面する測定領域の隅部を移動制限領域に設定する。これによって、載置部140の左右のストロークを広く確保しつつ、手前側への移動は制限することで、支持部700に測定対象物が衝突する事態を回避して安全性が担保される。
Such control of the moving direction of the mounting surface is performed by, for example, the
大きな測定対象物を測定する用途において、並進ステージ141を用いることで測定範囲は拡張できる。ここで、大きな測定対象物には、平面的に全方位に大きいものよりも、特定の一方向にのみ、長い物が多い傾向にある。よって、図31の模式平面図に示すように、並進ステージ141を例えば左右方向の単一軸にのみ、ストロークを拡張することで、従来よりも大きな測定対象物WKLの三次元測定が可能となる。また、このような単一方向に長い測定対象物WKLは、載置面142の上面をはみ出すほどに大きなものが多いため、載置面142の移動による衝突回避においては、置面自体と支柱部702との衝突だけでなく、載置面142に載置した測定対象物WKLと支柱部702との衝突という観点からも、左右方向の視野移動は衝突の危険性が少なく、視野としても広げやすい軸となる。
In applications where large objects are to be measured, the measurement range can be expanded by using the
上述の通り、実施形態1に係る載置部140のステージ構成では、載置面142に載置した測定対象物と並進ステージ141の駆動軸とが常に一対一の関係となる。このような配置によって、図32A、図32Bに示すような、載置面142上に載置した長尺の測定対象物に対して、載置面142のストロークの拡張方向と長尺方向が略一致する状態を保ちながら、複数の異なる視点から三次元測定が可能となる。
As described above, in the stage configuration of the mounting
なお、並進ステージ141を測定部100(又はベースプレート602)に対して左右方向に正確に駆動するためには、(1)載置面142のX軸とY軸の傾き、(2)測定部100とX軸との傾き又はY軸との傾き、もしくはその両方を、事前に三次元形状測定装置側で認識している必要がある。このため三次元形状測定装置の初回起動時に、ユーザはキャリブレーションボード等を用いて、(1)、(2)を測定、記録し、測定部100に対する各軸の傾きを認識させる。
Note that in order to accurately drive the
また移動制御部144は、載置部140のX軸方向とY軸方向とを連動させて平行移動させることで、載置面142を奥行方向及びこの奥行方向と直交する横方向に平行移動させる。例えば、測定部100から見た平面座標に、並進ステージ141を駆動するために必要な駆動量を、測定部100からの各軸の傾きを計算することで求める。そして、それぞれに必要な単位時間あたりの駆動量を並進ステージ141に与える。図33に、XY座標をクロス配置させた載置部140において、並進ステージ141の駆動量を演算する手順の一例を示す。この例では、並進ステージ141を基準位置すなわち原点から、図において黒丸で示すようにX方向に距離α移動させることを考える。この場合、測定部から見た移動目標位置の座標軸x,yを一点鎖線で示すと、目標位置は(x、y)=(0,0)である。また、測定部から見た並進ステージ141のX軸、Y軸の回転角θは45°である。よって、移動軸を水平方向から45°回転させた並進ステージ141のX軸方向への駆動量はαcos45°、Y軸方向への移動量はαsin45°となる。
Furthermore, the
なお、載置部140の内部ではX軸方向、Y軸方向に個別駆動しつつも、測定部からの見かけ上はスムーズに左右に動作することになる。なお、X軸方向、Y軸方向への移動は、それぞれ行ってもよいし、順番に駆動しても良い。一例として、X軸方向、Y方向への移動をそれぞれ行う場合の手順を図34のフローチャートに、またX軸方向、Y方向への移動を順次行う場合の手順を図35のフローチャートに、それぞれ示す。
It should be noted that although the mounting
ここでX軸方向、Y方向への移動をそれぞれ行う場合の手順を図34のフローチャートに基づいて説明する。なお、回転ステージ143を実際に回転させる動作は、ここでは検討しない。まずステップS3401において、三次元形状測定装置の初回起動時の各軸を測定する。ここでは、並進ステージ141のキャリブレーションを行う。次にステップS3402において、ユーザからの回転駆動の有無を判定する。回転駆動の指示がある場合は、ステップS3403に進み、駆動を指示された回転角度から、並進ステージ141のXY軸を演算して、ステップS3404に進む。
Here, the procedure for moving in the X-axis direction and the Y-direction will be explained based on the flowchart of FIG. 34. Note that the operation of actually rotating the
一方、ステップS3402において、ユーザからの回転指示がない場合は、ステップS3404に進み、XY軸の角度から必要な移動量を、XY移動量に換算する。ここで、必要な移動量は、絶対値で演算しても、相対値として演算してもよい。例えば図33に示したように、必要な移動量をαとするとき、X軸方向への駆動量はαcos45°となる。そしてステップS3405において、並進ステージ141をX軸方向、Y軸方向にそれぞれ駆動する。
On the other hand, in step S3402, if there is no rotation instruction from the user, the process proceeds to step S3404, and the required movement amount from the angle of the XY axes is converted into an XY movement amount. Here, the required amount of movement may be calculated as an absolute value or as a relative value. For example, as shown in FIG. 33, when the required amount of movement is α, the amount of drive in the X-axis direction is α cos 45°. Then, in step S3405, the
以上は、X軸方向、Y方向への移動をそれぞれ行う場合の手順を説明した。次に、X軸方向、Y方向への移動を順次行う場合の手順を、図35のフローチャートに基づいて説明する。ステップS3501において、三次元形状測定装置の初回起動時の各軸を測定する。次にステップS3502において、ユーザからの回転駆動の有無を判定し、回転駆動の指示がある場合は、ステップS3503に進み、駆動を指示された回転角度から、並進ステージ141のXY軸を演算して、ステップS3504に進む。一方、ステップS3502においてユーザからの回転指示がない場合は、ステップS3504に進み、XY軸の角度から必要な移動量を、XY移動量に換算する。以上の手順は、図34のステップS3401~ステップS3404と同様である。
The procedures for moving in the X-axis direction and the Y-direction have been described above. Next, a procedure for sequentially moving in the X-axis direction and Y-direction will be described based on the flowchart of FIG. 35. In step S3501, each axis is measured when the three-dimensional shape measuring device is started for the first time. Next, in step S3502, it is determined whether or not there is a rotational drive from the user, and if there is a rotational drive instruction, the process proceeds to step S3503, where the XY axes of the
次にステップS3505において、並進ステージ141をX軸方向、又はY方向のいずれか一方に駆動させる。次いでステップS3506において、今度はX軸方向又はY方向のいずれか他方に駆動させる。このようにして、並進ステージ141を、XY軸をベースプレート602等に対して回転させた姿勢としながら、X軸方向、Y軸方向にそれぞれ変換させた移動量にて移動させることで、結果として測定対象物から見た水平方向、垂直方向であるx方向、y方向に移動できる。
(実施形態1と実施形態2の構成の相違)
Next, in step S3505, the
(Difference in configuration between
ここで、図26に示した実施形態1に係る三次元形状測定装置の載置部140の構成と、図27に示した実施形態2に係る三次元形状測定装置500Bの載置部140の構成について、その得失を図36A~図37Bを参照して説明する。これらの図において、図36A、図37Aは実施形態1に係る、回転ステージ143の上に並進ステージ141を載置した構成を、図36B、図37Bは実施形態2に係る、並進ステージ141の上に回転ステージ143を載置した構成を、それぞれ示している。また各図において、測定部100で測定される測定領域を、実線の円形状の視野範囲として示している。
Here, the configuration of the mounting
まず、図36A、図37Aの模式平面図に示すように、測定対象物が測定部に対して平行な場合においては、測定可能な測定対象物の大きさは実施形態1、3共に変わりない。一方、図36B、図37Bに示すように、測定対象物を測定部に対して傾けた場合は、回転中心が実施形態1、3で異なる。このため、実施形態2においては、測定対象物の端が測定視野の範囲外となる。よって、実施形態2の方が測定範囲は狭くなる。 First, as shown in the schematic plan views of FIGS. 36A and 37A, when the object to be measured is parallel to the measurement section, the size of the object to be measured remains the same in both the first and third embodiments. On the other hand, as shown in FIGS. 36B and 37B, when the object to be measured is tilted with respect to the measuring section, the center of rotation is different in the first and third embodiments. Therefore, in the second embodiment, the edge of the object to be measured is outside the measurement field of view. Therefore, the measurement range in the second embodiment is narrower.
また、回転ステージ143に減速機構を設けることにより、重量のある測定対象物をも回転させることができる。ここで、減速機構を大型化することで、載置面142の耐荷重は向上するものの、この場合は減速機構を設けるためのスペースが必要となる。本実施形態に係る三次元形状測定装置においては、耐荷重を最大化するために、減速機構は並進ステージ141のサイズを超える大型の減速機構を採用している。ここで、実施形態2の構成を採用した場合は、並進ステージ141のサイズを超える減速機構が並進ステージ141上に搭載されるため、回転ステージ143の回転時には減速機構が測定部本体と干渉してしまうという問題がある。これを回避するためには、(1)減速機構のサイズを小さくして耐荷重を減らし、測定範囲を保つか、あるいは(2)耐荷重を保ったまま、測定範囲を減らす必要があり、いずれもデメリットを許容しなければならない。これに対して実施形態1の構成では、回転ステージ143が並進ステージ141下に存在するため、XYストロークによる回転ステージ143の干渉は起こらない。また実施形態1の構成では、測定範囲のデメリットなしで減速機構を更に大型化することも可能である。さらに大型化によって三次元形状測定装置の重量が増加すると、重心が引き下げられるため、耐振性が向上されて測定の安定化が諮られる上、安全性の向上にも寄与できる。一方、実施形態2の構成では、減速機構を大型化すると、三次元形状測定装置本体のサイズが大きくなって、重心は高くなり安定性は低下していく。よって、実施形態1に係る載置部140の構成の方が、実施形態2に係る載置部140の構成よりも優位性があると考えられる。
Furthermore, by providing the
さらに、実施形態1と実施形態2では、位置の計算回数が異なる。すなわち実施形態1の構成では、図38A~図38Cに示すように、回転ステージ143の回転に伴い、並進ステージ141のXY軸も連動して回転する。このため回転の量に拘わらず、測定対象物の座標へのXY駆動量は一定となる。図38A~図38Cにおいて、移動量を示す矢印の長さは等しい、すなわち一定である。このため、三次元形状測定装置におけるXY位置計算は一度で済む。
Furthermore, the number of times the position is calculated is different between the first embodiment and the second embodiment. That is, in the configuration of
これに対し、実施形態2の構成では、図39A~図39Cに示すように、回転ステージ143の回転に伴ってXY軸が連動しないため、回転毎に測定対象物の座標の再計算が必要となる。図39A~図39Cにおいて、移動量を示す矢印の長さが変化する様子が判る。この点においても、実施形態1に係る載置部140の構成に優位性があるということができる。
On the other hand, in the configuration of
なお、上述した通り、並進ステージ141と回転ステージ143を組み合わせた載置部140の構成において、回転ステージ143を回転させる際には、一旦並進ステージ141を基準位置、例えばXY座標の原点に復帰させた後に回転させることが好ましい。これにより、測定対象物の衝突回避が図られる。ただ、本発明は必ずしもθ回転時に並進ステージをセンター位置に復帰させることを要するものでない。例えば、衝突回避の構成や安全性が確保された場合などは、並進ステージをセンター位置以外にある状態でもθ回転を許容し、測定時間を短縮させてもよい。この場合において、実施形態1の構成では並進ステージをそのままの位置で回転ステージのθ回転を行ったとしても、測定対象物は測定視野の中心に保持されるため、並進ステージの駆動が不要という測定時間短縮のメリットが享受できる。一方の実施形態2の構成では、回転ステージの回転に伴い測定対象物が視野中心からずれるため、並進ステージを追加で駆動させる必要があるため、測定時間の短縮には寄与できないと考えられる。またこの場合は、実施形態1の構成では回転ステージ143のみが駆動する一方で、実施形態2の構成では並進ステージと回転ステージが共に駆動する。このため、載置面142を繰り返し位置決めする精度という観点では、載置面142が1つでθのみしか駆動しない実施形態1の方が有利となる。
(実施形態3)
(傾斜台146)
As described above, in the configuration of the mounting
(Embodiment 3)
(Slope 146)
また、載置部140は測定対象物の載置姿勢を変更するための傾斜台146を備えていてもよい。例えば載置面142上の測定領域を、斜め下方向に見下ろすように投光部110及び受光部120の光軸を傾斜させた構成の三次元形状測定装置において、投光部110や受光部120等の測定部100の光軸と対向する姿勢に、載置面142に対して傾斜させた傾斜面147を設けてもよい。このような例を、実施形態3に係る三次元形状測定装置として、図40A~図40Cに示す。これらの図において、図40Aは実施形態3に係る三次元形状測定装置を示す模式側面図、図40Bは傾斜面147を畳んだ状態を示す模式平面図、図40Cは傾斜面147を起こして測定対象物を傾斜面147に載置した状態を示す模式平面図を、それぞれ示している。これらの図に示す三次元形状測定装置では、傾斜面147を形成する一例として、載置面142の一部に、傾動軸TAXを中心に傾動させる傾斜面147を設けている。この傾斜面147は、図40Bに示すように折り畳んだ状態では載置面142と同一平面となるように、この傾斜面147を納める凹部148を部分的に形成している。また傾斜面147を傾動軸TAXを中心に傾動させて引き起こすことで、受光部120などの光軸と対向する姿勢となるため、図40Aや図40Cに示すように、ここに測定対象物を載置することで、測定対象物の天面を観察し易い状態とできる。いいかえると、載置面142に測定対象物を置いた状態で上方向から捉えた平面視画像に近い画像を取得できる。このように、載置面142の天面に設けた傾斜台146を、予め測定部と正対するように、すなわち傾斜面147の垂線が受光部120等の光軸と平行となるように配置することで、ユーザが通常モードと長尺モードを切り替える際に測定対象物を置き直さずに使用できる。
Furthermore, the mounting
傾斜面147の傾斜角度θ2は、所定の角度で保持可能とするようにストッパを設けることができる。また複数の傾斜角度θ2にて保持できるように、ストッパを構成してもよい。あるいは、傾斜角度θ2を無段階で調整できるようにストッパを構成してもよい。
A stopper may be provided so that the inclination angle θ2 of the
さらに傾動軸TAXは、図40Bに示すように、円形状の載置面142の中心を通る直径線DMLと重なるように、あるいはこの直径線DMLと平行に設けることが好ましい。特に、上述した図26に示すような、回転ステージ143上に並進ステージ141を配置した実施形態1の構成において、実施形態3の傾斜面147を組み合わせることで、回転ステージ143の基準位置でその傾動軸TAXと並進ステージ141の平面視における左右方向(図40B)を一致させて配置することとなり、傾動軸TAXと測定視野の拡大方向を一致させた並進ステージ141の対角線配置は、横方向に測定対象物に対してユーザビリティの面で利点が得られる。
Furthermore, as shown in FIG. 40B, the tilting axis TAX is preferably provided so as to overlap with the diameter line DML passing through the center of the
さらにまた、図40Bに示すように載置面142を基準位置とした姿勢で、円形状の載置面142の直径線DMLの上半分内に収まるように傾斜面147を配置することが好ましい。傾斜面147を傾斜させると、この傾斜面147に載置される測定対象物は、図40Cに示すように測定視野の手前側(図において下側)に移動又は拡大する傾向があるため、このような手前側の領域を広く確保するように、傾斜面147を載置面142の上方に偏在させることで、測定視野内に測定対象物を含め易くなる利点が得られる。
Furthermore, as shown in FIG. 40B, it is preferable to arrange the
なお、以上の例では傾斜面147を予め載置面142に組み込む構成としたが、本発明は傾斜面をこの構成に限定するものでない。例えば載置面と別部材に傾斜面を用意し、載置面上に傾斜面を動かない状態に置くことでも、同様の効果が得られる。
Note that in the above example, the
本発明の三次元形状測定装置は、測定対象物の高さを三角測距等の原理を利用して測定する三次元形状測定装置やデジタイザ、あるいはこれらの検査結果に基づいて、良品か不良品かを判定する検査装置として好適に利用できる。 The three-dimensional shape measuring device of the present invention is a three-dimensional shape measuring device or digitizer that measures the height of the object to be measured using principles such as triangulation, or determines whether the product is good or defective based on the inspection results thereof. It can be suitably used as an inspection device for determining whether
1…制御用PC
2…モニタ
3…キーボード
4…入力デバイス
100…測定部
101…本体ケース
102…遮光カバー
110…投光部;110A…第一測定光投光部;110B…第二測定光投光部
111…測定光源
112…パターン生成部
113~115、122、123…レンズ
120…受光部
121…カメラ
121B…第一カメラ;121C…第二カメラ
121a…撮像素子;121b…第一受光素子;121c…第二受光素子
125…固定部
130…照明光出力部
140…載置部
141…並進ステージ
142…載置面
143…回転ステージ
144…移動制御部
146…傾斜台
147…傾斜面
148…凹部
150…測定制御部
200…コントローラ
210…CPU
211…点群データ合成部
215…警告部
216…画像検査部;216b…計測部
220…ROM
228…高さ画像取得部
230…作業用メモリ
240…記憶装置
250…操作部
260…点群データ生成部
261…トップビューマップ画像生成部
262…メッシュ画像生成部
264…測定領域設定部
265…端部検出部
266…規制判断部
268…退避位置特定部
269…衝突回避情報入力部
270…回避動作指示部
300…光源部
310…制御基板
320…観察用照明光源
400…表示部
500、500B…三次元形状測定装置
500A…三次元形状測定装置本体
501…機能選択メニュー画面
600…台座部
602…ベースプレート
700…支持部
702…支柱部
800…回転駆動ガイド
810…回転パルス指示部
820…実回転量読取部
830…回転駆動モータ
840…減速機構
850…原点センサ
860…並進ステージ締結部
900…直動ガイド
910…直動動力伝達部
920…移動パルス指示部
930…実移動量読取部
940…並進駆動モータ
950…無限回転コネクタ
1000…三次元形状測定システム
WK、WK2~WK14…測定対象物;WK1…横長の測定対象物
WKL…単一方向に長い測定対象物
ML…測定光;ML1…第一測定光;ML2…第二測定光
LA1…第一光軸;LA2…第二光軸
IL…照明光
TAX…傾動軸
θ2…傾斜面の傾斜角度
DML…直径線
OI1~OI2…観察画像
MA…測定可能範囲
1...Control PC
2...
211...Point cloud
228...Height image acquisition unit 230...Work memory 240...Storage device 250...Operation unit 260...Point cloud data generation unit 261...Top view map image generation unit 262...Mesh image generation unit 264...Measurement area setting unit 265...End section detection section 266...Regulation judgment section 268...Evacuation position identification section 269...Collision avoidance information input section 270...Avoidance operation instruction section 300...Light source section 310...Control board 320...Illumination light source for observation 400...Display section 500, 500B...Tertiary Original shape measuring device 500A...Three-dimensional shape measuring device main body 501...Function selection menu screen 600...Pedestal section 602...Base plate 700...Support section 702...Strut section 800...Rotation drive guide 810...Rotation pulse instruction section 820...Actual rotation amount reading Section 830...Rotary drive motor 840...Deceleration mechanism 850...Origin sensor 860...Translation stage fastening section 900...Linear motion guide 910...Linear motion power transmission section 920...Movement pulse instruction section 930...Actual movement amount reading section 940...Translational drive motor 950...Infinite rotation connector 1000...Three-dimensional shape measurement system WK, WK2 to WK14...Measurement object; WK1...Longitudinal measurement object WKL...Measurement object long in a single direction ML...Measurement light; ML1...First measurement light ML2...Second measurement light LA1...First optical axis;LA2...Second optical axis IL...Illumination light TAX...Tilt axis θ2...Inclination angle of inclined surface DML...Diameter line OI1-OI2...Observation image MA...Measurable range
Claims (15)
測定対象物を載置させる載置面を有し、互いに直交するX軸とY軸に沿って、当該載置面を平行移動させるための並進ステージ、及び、当該並進ステージを所定の回転軸を中心に回転移動させるための回転ステージを有する載置部と、
前記載置部に載置された測定対象物に所定のパターンを有する測定光を照射する投光部と、
前記投光部により照射され、測定対象物にて反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部と、
前記載置部を支持する台座部と、
前記台座部に連結されると共に、前記載置部を斜め下に見下ろすように前記投光部及び前記受光部を固定的に支持する支持部と、
測定対象物の三次元形状を測定する測定領域を設定する測定領域設定部と、
前記測定領域設定部により設定された測定領域に基づいて、前記載置部の移動動作を制御する移動制御部と、
前記移動制御部により前記並進ステージを平行移動させ、又は前記移動制御部により前記回転ステージを回転移動させ、前記受光部により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成部と、
を備え、
前記X軸及びY軸は、前記載置面の平面視において、前記載置部が前記支持部に接近及び離間する奥行方向と、該奥行方向と直交する横方向とに対して傾斜して配置されており、
前記移動制御部は、前記測定領域設定部により前記横方向に複数の測定領域が設定された場合に、当該複数の測定領域が並ぶ方向である前記横方向に沿って前記載置面が平行移動するように前記並進ステージを制御するよう構成してなる三次元形状測定装置。 A three-dimensional shape measuring device that measures the three-dimensional shape of a measurement target,
A translation stage that has a mounting surface on which the measurement target is placed and moves the mounting surface in parallel along the X-axis and Y-axis that are orthogonal to each other, and the translation stage is moved around a predetermined rotation axis. a mounting section having a rotation stage for rotating the center;
a light projection unit that irradiates the measurement target placed on the mounting unit with measurement light having a predetermined pattern;
a light receiving unit that receives the measurement light emitted by the light projecting unit and reflected by the measurement target and outputs a light reception signal representing the amount of received light;
a pedestal portion that supports the mounting portion;
a support part that is connected to the pedestal part and fixedly supports the light projecting part and the light receiving part so as to look diagonally downward at the mounting part;
a measurement area setting unit that sets a measurement area for measuring the three-dimensional shape of the measurement target;
a movement control section that controls a movement operation of the placement section based on the measurement area set by the measurement area setting section;
The translation stage is translated in parallel by the movement control unit, or the rotation stage is rotationally moved by the movement control unit, and a point group representing the three-dimensional shape of the measurement target is generated based on the light reception signal output by the light reception unit. a point cloud data generation unit that generates data;
Equipped with
The X-axis and the Y-axis are arranged to be inclined with respect to a depth direction in which the mounting section approaches and moves away from the support section and a lateral direction perpendicular to the depth direction, in a plan view of the mounting surface. has been
The movement control unit is configured to move the mounting surface in parallel along the lateral direction, which is a direction in which the plurality of measurement areas are lined up, when the measurement area setting unit sets a plurality of measurement areas in the lateral direction. A three-dimensional shape measuring device configured to control the translation stage so as to.
前記X軸及びY軸は、前記載置面の平面視において、前記載置部が前記支持部に接近及び離間する奥行方向と、該奥行方向と直交する横方向とに対して略45°の角度をなしている三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to claim 1,
The X-axis and the Y-axis are at an angle of approximately 45° with respect to a depth direction in which the mounting portion approaches and moves away from the support portion and a lateral direction perpendicular to the depth direction, in a plan view of the mounting surface. A three-dimensional shape measuring device that forms an angle.
前記移動制御部は、前記載置部のX軸方向とY軸方向とを連動させて平行移動させることで、前記載置面を、前記奥行方向及び該奥行方向と直交する横方向に平行移動させるよう構成してなる三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to claim 1 or 2,
The movement control unit moves the mounting surface in parallel in the depth direction and in a lateral direction perpendicular to the depth direction by interlocking and parallelly moving the X-axis direction and the Y-axis direction of the mounting unit. A three-dimensional shape measuring device configured to
前記移動制御部は、前記支持部に面する測定領域の隅部を移動制限領域に設定してなる三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The movement control section is a three-dimensional shape measuring device in which a corner of the measurement area facing the support section is set as a movement restriction area.
測定対象物を載置させる載置面を有し、
該載置面を回転軸を中心に回転移動させるための回転ステージと、
互いに直交するX軸とY軸に沿って、前記載置面を平行移動させるための並進ステージを有する載置部と、
前記載置部に載置された測定対象物に所定のパターンを有する測定光を照射する投光部と、
前記投光部により照射され、測定対象物にて反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部と、
前記載置部を支持する台座部と、
前記台座部に連結されると共に、前記載置部の上方に測定光による測定領域が形成されるよう前記投光部及び前記受光部を固定的に支持する支持部と、
前記載置部の移動動作を制御する移動制御部と、
前記移動制御部により前記並進ステージを平行移動させ、又は前記移動制御部により前記回転ステージを回転移動させ、前記受光部により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成部と、
前記載置部に載置された測定対象物の一部が前記載置面から突出している部位の、該載置面の周縁からの突出量が、該載置面を基準位置とした状態での該載置面と前記支持部との最短距離よりも大きいか否かを検出する端部検出部と、
を備え、
前記X軸及びY軸は、前記載置面の平面視において、前記載置部が前記支持部に接近及び離間する奥行方向と、該奥行方向と直交する横方向とに対して傾斜して配置されてなる三次元形状測定装置。 A three-dimensional shape measuring device that measures the three-dimensional shape of a measurement target,
It has a mounting surface on which the object to be measured is placed,
a rotation stage for rotationally moving the mounting surface around a rotation axis;
a mounting section having a translation stage for translating the mounting surface along the X-axis and the Y-axis that are orthogonal to each other;
a light projection unit that irradiates the measurement target placed on the mounting unit with measurement light having a predetermined pattern;
a light receiving unit that receives the measurement light emitted by the light projecting unit and reflected by the measurement target and outputs a light reception signal representing the amount of received light;
a pedestal portion that supports the mounting portion;
a support part that is connected to the pedestal part and fixedly supports the light projecting part and the light receiving part so that a measurement area using the measurement light is formed above the placing part;
a movement control section that controls the movement operation of the mounting section;
The translation stage is translated in parallel by the movement control unit, or the rotation stage is rotationally moved by the movement control unit, and a point group representing the three-dimensional shape of the measurement target is generated based on the light reception signal output by the light reception unit. a point cloud data generation unit that generates data;
The amount of protrusion from the periphery of the placement surface of the part of the measurement target placed on the placement section that protrudes from the placement surface is determined when the placement surface is used as a reference position. an end detection unit that detects whether the distance between the mounting surface and the support unit is greater than the shortest distance;
Equipped with
The X-axis and the Y-axis are arranged to be inclined with respect to a depth direction in which the mounting section approaches and moves away from the support section and a lateral direction perpendicular to the depth direction, in a plan view of the mounting surface. A three-dimensional shape measuring device.
前記端部検出部の検出結果に基づいて、前記回転ステージが回転移動したときに端部が前記支持部に衝突しない退避位置を特定する退避位置特定部を備え、
前記移動制御部は、前記並進ステージを前記退避位置に平行移動させた状態で、前記回転ステージを回転移動させるよう構成してなる三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to claim 5, further comprising:
an evacuation position specifying unit that specifies an evacuation position where the end portion does not collide with the support portion when the rotary stage rotates, based on the detection result of the end detection portion;
The three-dimensional shape measuring device is configured such that the movement control section rotationally moves the rotation stage while the translation stage is moved in parallel to the retracted position.
前記端部検出部は、前記点群データ生成部により生成された点群データに基づいて端部を検出するよう構成してなる三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to claim 5 or 6,
The three-dimensional shape measuring device is configured such that the edge detection section detects an edge based on point cloud data generated by the point cloud data generation section.
前記載置面を、円形状に形成してなる三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 1 to 7,
A three-dimensional shape measuring device in which the mounting surface is formed into a circular shape.
前記支持部の上部に固定され、前記測定領域を斜め下に見下ろすように、前記投光部及び前記受光部を前記載置面に対して光軸が傾斜する姿勢に固定する固定部と、
前記投光部及び前記受光部の光軸と対向するように、前記載置面に対して傾斜させた傾斜面を有する傾斜台と、
を備えてなる三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 1 to 8, further comprising:
a fixing part that is fixed to the upper part of the support part and fixes the light projecting part and the light receiving part in a posture in which the optical axis is inclined with respect to the mounting surface so as to look diagonally downward at the measurement area;
an inclined table having an inclined surface inclined with respect to the mounting surface so as to face the optical axis of the light projecting section and the light receiving section;
A three-dimensional shape measuring device equipped with
前記載置部は、前記台座部に回転自在に支持された前記回転ステージの上方に、前記並進ステージを並進自在に備えてなる三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 1 to 9,
The mounting section is a three-dimensional shape measuring device including the translation stage that is freely translatable above the rotation stage that is rotatably supported by the pedestal section.
前記載置部は、前記台座部に並進自在に支持された前記並進ステージの上方に、前記回転ステージを回転自在に備えてなる三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 1 to 9,
The mounting section is a three-dimensional shape measuring device, in which the rotary stage is rotatably provided above the translation stage that is supported on the pedestal section so as to be freely translatable.
前記並進ステージを前記基準位置から移動させた第一位置で照射された測定光に基づき、前記点群データ生成部で生成された第一点群データと、前記第一位置と異なる第二位置で照射された測定光に基づき生成された第二点群データとを合成する点群データ合成部を備える三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 5 to 7, further comprising:
Based on the measurement light irradiated at a first position where the translation stage is moved from the reference position, first point cloud data generated by the point cloud data generation section and at a second position different from the first position A three-dimensional shape measuring device including a point cloud data synthesis section that synthesizes the second point group data generated based on the irradiated measurement light.
前記移動制御部は、前記横方向に2つの測定領域が設定されている場合に、当該2つの測定領域のうち一方の測定領域に応じた位置に前記載置面が平行移動するように前記並進ステージを制御した後、他方の測定領域に応じた位置に前記載置面が平行移動するように前記並進ステージを制御するよう構成してなる三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 1 to 12,
When two measurement areas are set in the lateral direction , the movement control unit controls the translation so that the placement surface is moved in parallel to a position corresponding to one of the two measurement areas. A three-dimensional shape measuring device configured to control the translation stage so that, after controlling the stage, the mounting surface moves in parallel to a position corresponding to the other measurement area.
測定対象物を載置させる載置面を有し、該載置面を回転移動させるための回転ステージ、及び前記載置面を平行移動させるための並進ステージを有する載置部と、
前記載置部に載置された測定対象物に所定のパターンを有する測定光を照射する投光部と、
前記投光部により照射され、測定対象物にて反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を出力する受光部と、
前記載置部を支持する台座部と、
前記台座部に連結されると共に、前記載置部を斜め下に見下ろすように前記投光部及び前記受光部を固定的に支持する支持部と、
測定対象物の三次元形状を測定する測定領域を設定する測定領域設定部と、
前記載置部の移動動作を制御する移動制御部と、
前記移動制御部により前記並進ステージを平行移動させ、又は前記移動制御部により前記回転ステージを回転移動させ、前記受光部により出力される受光信号に基づいて、測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成部と、
を備え、
前記載置部は、前記台座部に回転自在に支持された前記回転ステージの上方に、前記並進ステージを並進自在に備えており、
前記移動制御部は、前記測定領域設定部により横方向に複数の測定領域が設定された場合に、当該複数の測定領域が並ぶ方向である前記横方向に沿って前記載置面が平行移動するように前記並進ステージを制御するよう構成してなる三次元形状測定装置。 A three-dimensional shape measuring device that measures the three-dimensional shape of a measurement target,
a mounting section having a mounting surface on which the measurement target is mounted, a rotation stage for rotationally moving the mounting surface, and a translation stage for translating the mounting surface;
a light projection unit that irradiates the measurement target placed on the mounting unit with measurement light having a predetermined pattern;
a light receiving unit that receives the measurement light emitted by the light projecting unit and reflected by the measurement target and outputs a light reception signal representing the amount of received light;
a pedestal portion that supports the mounting portion;
a support part that is connected to the pedestal part and fixedly supports the light projecting part and the light receiving part so as to look diagonally downward at the mounting part;
a measurement area setting unit that sets a measurement area for measuring the three-dimensional shape of the measurement target;
a movement control section that controls the movement operation of the mounting section;
The translation stage is translated in parallel by the movement control unit, or the rotation stage is rotationally moved by the movement control unit, and a point group representing the three-dimensional shape of the measurement target is generated based on the light reception signal output by the light reception unit. a point cloud data generation unit that generates data;
Equipped with
The mounting unit includes the translation stage in a freely translatable manner above the rotation stage rotatably supported by the pedestal part,
The movement control unit is configured to move the placement surface in parallel along the lateral direction, which is a direction in which the plurality of measurement areas are lined up, when a plurality of measurement areas are set in a lateral direction by the measurement area setting unit. A three-dimensional shape measuring device configured to control the translation stage as follows.
互いに直交するX軸及びY軸は、前記載置面の平面視において、前記載置部が前記支持部に接近及び離間する奥行方向と、該奥行方向と直交する前記横方向とに対して傾斜して配置されてなる三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to claim 14,
The X-axis and Y-axis, which are orthogonal to each other, are inclined with respect to a depth direction in which the mounting section approaches and moves away from the support section, and a lateral direction that is orthogonal to the depth direction, in a plan view of the mounting surface. A three-dimensional shape measuring device that is arranged as follows.
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