JP7450813B2

JP7450813B2 - 形状測定装置

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Publication number: JP7450813B2
Application number: JP2023522109A
Authority: JP
Inventors: 友也新井; 裕之河野; 敬太望月
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2024-03-15
Anticipated expiration: 2041-05-20
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Description

本開示は、形状測定装置に関する。

対象物の３次元形状を測定する方法として、接触式の測定方法及び非接触式の測定方法が知られている。非接触式の測定方法として、光切断法が普及している。光切断法は、例えば、投光部から対象物に向けてライン光を照射し、当該対象物に投影されたライン光の像を撮像部によって撮像する。この場合、撮像部の撮像視野の向きは、ライン光の照射方向と異なる。光切断法を採用した形状測定装置では、投光部及び撮像部を含む光学系に対する対象物の位置が相対的に移動することで順次取得される画像に基づいて、対象物の３次元形状が測定される。

ここで、形状測定装置の分解能は、撮像部の撮像視野を画素数で割った値である。そのため、対象物の高さ方向における測定範囲を広げた場合、分解能が低下する。分解能の低下を防ぐために、２つの撮像部を有する形状測定装置が知られている。例えば、特許文献１を参照。

特開２０１５－１１４２３５号公報

しかしながら、特許文献１の構成では、２つの撮像部が備えられているため、コストが高いという課題がある。また、特許文献１の構成では、測定処理に必要な画像データの数が増加するため、計算負荷が増大するという課題もある。更に、特許文献１の構成では、２つの撮像部によって取得されたそれぞれの画像を同期させる同期制御が必要になるため、装置が複雑になる課題もある。

本開示は、低コストで、計算負荷が低減され、且つ簡易な形状測定装置を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係る形状測定装置は、ライン状の光である第１のライン光及びライン状の光である第２のライン光を照射する第１の投光部と、第１の撮像視野を有し、前記第１のライン光が通過する第１の平面と前記第１の撮像視野とが交差する領域である第１の測定領域を通過する対象物を撮像し、前記第２のライン光が通過する第２の平面と前記第１の撮像視野とが交差する領域であり、前記第１の測定領域と異なり、前記第１の測定領域より前記第１の投光部側に配置されている第２の測定領域を通過する前記対象物を撮像する第１の撮像部と、前記第１の測定領域を通過する前記対象物の前記第１のライン光が照射されている部分の画像である第１の画像と前記第２の測定領域を通過する前記対象物の前記第２のライン光が照射されている部分の画像である第２の画像とに基づいて前記対象物の形状を測定する測定部とを有することを特徴とする。

本開示によれば、低コストで、計算負荷が低減され、且つ簡易な形状測定装置を提供することができる。

実施の形態１に係る形状測定装置の概略的な構成と第１の対象物とを示す斜視図である。図１に示される形状測定装置及び第１の対象物をＸ軸方向に見た図である。測定開始の時点における実施の形態１に係る形状測定装置及び第１の対象物をＸ軸方向に見た図である。（Ａ）及び（Ｂ）は、第１の対象物が第１の測定領域を通過するときに、図１から３に示される撮像部によって撮像される画像の遷移の一例を示す図である。（Ａ）は、測定開始の時点における実施の形態１に係る形状測定装置及び第２の対象物をＸ軸方向に見た図である。（Ｂ）は、測定開始後における実施の形態１に係る形状測定装置及び第２の測定領域を通過する第２の対象物をＸ軸方向に見た図である。（Ａ）から（Ｄ）は、第２の対象物が第２の測定領域を通過するときに、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示される撮像部によって撮像される画像の遷移の一例を示す図である。実施の形態２に係る形状測定装置及び対象物をＸ軸方向に見た図である。実施の形態３に係る形状測定装置及び対象物をＸ軸方向に見た図である。実施の形態４に係る形状測定装置及び対象物をＸ軸方向に見た図である。

以下では、本開示の実施の形態に係る形状測定装置を、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、実施の形態を適宜組み合わせること及び各実施の形態を適宜変更することが可能である。

実施の形態に係る形状測定装置は、測定対象物（以下、「対象物」とも呼ぶ。）の３次元形状を、光切断法によって測定する。図面には説明の理解を容易にするために、ＸＹＺ直交座標系の座標軸が示されている。Ｘ軸とＹ軸は、対象物が載せられる基準面Ｓに平行な座標軸である。Ｙ軸は、形状測定装置の走査方向に平行な座標軸である。Ｚ軸は、Ｘ軸とＹ軸に直交する座標軸であり、基準面Ｓからの測定対象物の高さの方向である。

《実施の形態１》
図１は、実施の形態１に係る形状測定装置１００の概略的な構成と第１の対象物１１０とを示す斜視図である。図２は、図１に示される形状測定装置１００及び第１の対象物１１０をＸ軸方向に見た図である。第１の対象物１１０（以下、「対象物１１０」とも呼ぶ。）は、測定対象物の一例である。

形状測定装置１００は、投光部１０（以下、「第１の投光部１０」とも呼ぶ。）と、撮像部２０（以下、「第１の撮像部２０」とも呼ぶ。）と、測定部５０とを有する。

投光部１０は、ライン状の光である第１のライン光Ｌ１及びライン状の光である第２のライン光Ｌ２を照射する。このように、投光部１０は、２本のライン光を照射する。第１のライン光Ｌ１及び第２のライン光Ｌ２は、Ｘ軸方向に広がりを持つ光である。第１のライン光Ｌ１及び第２のライン光Ｌ２は、第１の対象物１１０の表面に投影される。第１の対象物１１０の表面に投影された第１のライン光Ｌ１及び第２のライン光Ｌ２のそれぞれの像（パターン）の形状は、Ｘ軸方向に伸びるライン状である。なお、投光部１０は、３本以上のライン光を照射してもよい。

第２のライン光Ｌ２は、予め決められた走査方向であるＹ軸方向において、第１のライン光Ｌ１から離れた位置から照射される。第２のライン光Ｌ２は、Ｘ軸方向において、第１のライン光Ｌ１と平行である。なお、第２のライン光Ｌ２は、Ｘ軸方向に限らず、予め決められた一方向において、第１のライン光Ｌ１と平行であればよい。また、第１のライン光Ｌ１を照射する投光部と、第２のライン光Ｌ２を照射する投光部とが別体であってもよい。また、第１のライン光Ｌ１の波長は、第２のライン光Ｌ２の波長と異なっていてもよく、第１のライン光Ｌ１のパワーは、第２のライン光Ｌ２のパワーと異なっていてもよい。

図２に示されるように、投光部１０は、例えば、スポット光源１０ａと、コリメートレンズ１０ｂと、シリンドリカルレンズ１０ｃとを有する。コリメートレンズ１０ｂは、スポット光源１０ａから発せられた光をコリメートする。シリンドリカルレンズ１０ｃは、コリメートレンズ１０ｂによってコリメートされた光のパターンをライン状にする。これにより、第１のライン光Ｌ１及び第２のライン光Ｌ２が形成される。

撮像部２０は、例えば、ＣＭＯＳ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔоｒ）イメージセンサを有するカメラである。撮像部２０は、撮像視野Ｆ１（以下、「第１の撮像視野Ｆ１」とも呼ぶ。）を有する。撮像視野Ｆ１の向きは、投光部１０による第１のライン光Ｌ１及び第２のライン光Ｌ２の照射方向と異なる。

図１及び２に示す例では、撮像部２０は、第１の測定領域Ｚ１を通過する第１の対象物１１０を撮像する。ここで、第１の測定領域Ｚ１は、第１のライン光Ｌ１と撮像視野Ｆ１とが交差する領域である。具体的に言えば、第１の測定領域Ｚ１は、第１のライン光Ｌ１が通過する第１の平面Ｖ１と撮像視野Ｆ１とが交差する領域である。第１の平面Ｖ１は、仮想のＸ－Ｚ平面である。基準面Ｓからの第１の対象物１１０の高さＨ１は、第１の測定領域Ｚ１に含まれる。なお、第１のライン光Ｌ１及び第２のライン光Ｌ２は、入射角によっては、Ｘ－Ｚ平面と平行にならない場合もあるが、Ｘ－Ｚ平面に沿って照射される。そのため、第１の平面Ｖ１及び後述する第２のライン光Ｌ２が通過する第２の平面Ｖ２のそれぞれを、「仮想のＸ－Ｚ平面」と称する。

撮像部２０は、第１の測定領域Ｚ１を通過する第１の対象物１１０のうち第１のライン光Ｌ１が照射されている部分の画像を取得する。第１の対象物１１０のうち第１のライン光Ｌ１が照射される部分は、例えば、第１の対象物１１０の表面のうち＋Ｚ軸方向を向く面（以下、「上面」とも呼ぶ。）１１１である。

また、後述する図５（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、撮像部２０は、第１の測定領域Ｚ１と異なる第２の測定領域Ｚ２を通過する第２の対象物１２０を撮像する。ここで、第２の測定領域Ｚ２は、第２のライン光Ｌ２と撮像視野Ｆ１とが交差する領域である。具体的に言えば、第２の測定領域Ｚ２は、第２のライン光Ｌ２が通過する第２の平面Ｖ２と撮像視野Ｆ１とが交差する領域である。第２の平面Ｖ２は、仮想のＸ－Ｚ平面である。

第２の測定領域Ｚ２は、第１の測定領域Ｚ１より投光部１０側（すなわち、＋Ｚ軸側）に配置されている。実施の形態１では、第２の測定領域Ｚ２は、Ｚ軸方向において、第１の測定領域Ｚ１と隣接して配置されている。また、Ｚ軸方向において、第２の測定領域Ｚ２は、第１の測定領域Ｚ１と重なっていない。なお、第２の測定領域Ｚ２の大半が第１の測定領域Ｚ１と重なっていなければ、第２の測定領域Ｚ２の一部は、第１の測定領域Ｚ１と重なっていてもよい。すなわち、第２の測定領域Ｚ２は、第１の測定領域Ｚ１と重ならない領域を含んでいればよい。

ここで、実施の形態１では、基準面Ｓの法線Ｗに対する第２のライン光Ｌ２の入射角（例えば、図２に示される角度θ）は、第１のライン光Ｌ１の入射角と異なる。これにより、第２の測定領域Ｚ２を、第１の測定領域Ｚ１と異なる領域とすることができる。実施の形態１では、第１のライン光Ｌ１は、法線Ｗに沿って、対象物に入射している。そのため、対象物への第１のライン光Ｌ１の入射角は０度である。これに対して、対象物への第２のライン光Ｌ２の入射角は、０度より大きい角度θである。なお、第２のライン光Ｌ２の入射角は、第１のライン光Ｌ１の入射角と同じであってもよい。すなわち、第２のライン光Ｌ２の入射角である第２の入射角は、第１のライン光Ｌ１の入射角である第１の入射角以上であればよい。

また、撮像部２０の位置及び撮像部２０の光軸角度が調整されることによっても、第２の測定領域Ｚ２を、第１の測定領域Ｚ１と異なる領域とすることができる。

また、実施の形態１では、Ｚ軸方向において、第２の測定領域Ｚ２の長さＡ２は、第１の測定領域Ｚ１の長さＡ１と同じである。なお、後述する図７に示されるように、Ｚ軸方向において、第１の測定領域Ｚ１の長さＡ１は、第２の測定領域Ｚ２の長さＡ２より短くてもよい。すなわち、第１の測定領域Ｚ１の長さＡ１は、第２の測定領域Ｚ２の長さＡ２以下であればよい。

形状測定装置１００は、走査方向（実施の形態１では、－Ｙ軸方向）に対象物を移動（搬送）させる移動部（図示せず）を更に有する。なお、当該移動部は、対象物を静止させたままで、投光部１０及び撮像部２０を含む光学系１５を走査方向に移動させてもよい。すなわち、実施の形態１では、光学系１５と対象物とが、Ｙ軸方向に相対的に移動する。これにより、撮像部２０によって、対象物に投影されたライン光の像を含む画像が順次撮像される。

測定部５０は、撮像部２０によって取得された画像に基づいて、対象物の形状を測定する。測定部５０は、例えば、メモリを備えたＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）である。測定部５０は、撮像部２０によって取得された画像に基づいて、対象物の高さ情報を示すデータを算出する。例えば、対象物が、高さＨ１を有する第１の対象物１１０である場合、測定部５０は、第１の測定領域Ｚ１を通過する第１の対象物１１０の第１のライン光Ｌ１が照射されている部分の画像に基づいて、第１の対象物１１０の高さＨ１を算出する。

測定部５０が対象物の高さを算出するにあたって、当該測定部５０は、対象物に投影されたライン光の像が、第１のライン光Ｌ１の像及び第２のライン光Ｌ２の像のうちのいずれかであるかを判別する必要がある。以下では、測定部５０による判別方法について説明する。まず、図３、図４（Ａ）及び（Ｂ）を用いて、第１の対象物１１０が第１の測定領域Ｚ１を通過する場合に、撮像部２０によって撮像される画像について説明する。

図３は、測定開始の時点における形状測定装置１００及び第１の対象物１１０をＸ軸方向に見た図である。第１の対象物１１０の測定開始の時点では、第１の対象物１１０の上面１１１の－Ｙ軸側の端部に第１のライン光Ｌ１が照射されている。なお、以下の説明では、測定開始の時点を時刻ｔ＝０として説明する。測定開始後、第１の対象物１１０が－Ｙ軸方向に移動することによって、撮像部２０は、第１の対象物１１０の上面１１１に投影されている第１のライン光Ｌ１の像を含む画像を取得する。

図４（Ａ）及び（Ｂ）は、形状測定装置１００が第１の対象物１１０の形状を測定するときに、図１から３に示される撮像部２０によって撮像される画像の遷移の一例を示す図である。図４（Ａ）並びに（Ｂ）及び後述する図６（Ａ）から（Ｄ）までに示される画像の説明を容易にするために、当該画像において、対象物の高さを示す座標軸であるＹ_１軸と、Ｙ_１軸に直交する座標軸であるＸ_１軸とを用いる。

図４（Ａ）は、時刻ｔ＜０のときに取得された画像Ｂ１０の一例を示す模式図である。時刻ｔ＜０では、第１のライン光Ｌ１が第１の対象物１１０に照射されておらず、基準面Ｓに照射されている。そのため、画像Ｂ１０には、基準面Ｓに投影された第１のライン光Ｌ１の像Ｐ１０が映っている。時刻ｔ＜０では、第２のライン光Ｌ２も基準面Ｓに照射されているが、第２のライン光Ｌ２の像は、撮像視野Ｆ１の範囲内に含まれていない。よって、画像Ｂ１０には、第２のライン光Ｌ２の像は映っていない。

図４（Ｂ）は、時刻ｔ≧０のときに取得された画像Ｂ１１の一例を示す模式図である。時刻ｔ≧０では、第１のライン光Ｌ１が、基準面Ｓ及び第１の対象物１１０の上面１１１に照射されている。そのため、画像Ｂ１１には、像Ｐ１０に加えて、上面１１１に投影された第１のライン光Ｌ１の像Ｐ１１が映っている。画像Ｂ１１における像Ｐ１１のＹ_１軸方向の位置は、第１の対象物１１０の高さＨ１に対応する。Ｙ_１軸方向における像Ｐ１０と像Ｐ１１との間の距離は、高さＨ１と同じである。

時刻ｔ≧０において、第２のライン光Ｌ２も基準面Ｓ及び第１の対象物１１０に照射されているが、第２のライン光Ｌ２の像は、撮像視野Ｆ１の範囲内に含まれていない。よって、画像Ｂ１１には、第２のライン光Ｌ２の像は映っていない。

次に、図５（Ａ）並びに（Ｂ）及び図６（Ａ）から（Ｄ）までを用いて、第１の対象物１１０より高い第２の対象物１２０が、第１の測定領域Ｚ１及び第２の測定領域Ｚ２を通過する場合に、撮像部２０によって取得される画像について説明する。図５（Ａ）は、測定開始の時点（すなわち、時刻ｔ＝０）における実施の形態１に係る形状測定装置１００及び第２の対象物１２０をＸ軸方向に見た図である。第２の対象物１２０も、第１の対象物１１０と同様に、－Ｙ軸方向に移動する。

図５（Ａ）に示されるように、基準面Ｓからの第２の対象物１２０の高さＨ２は、第１の測定領域Ｚ１及び第２の測定領域Ｚ２に含まれている。撮像部２０は、第２の対象物１２０が－Ｙ軸方向に移動するときに、当該第２の対象物１２０のうちの第１のライン光Ｌ１及び第２のライン光Ｌ２が照射されている部分の画像を取得する。第２の対象物１２０のうち第１のライン光Ｌ１が照射される部分は、第２の対象物１２０の上面１２１である。また、第２の対象物１２０のうち第２のライン光Ｌ２が照射される部分は、第２の対象物１２０の上面１２１及び側面１２２である。第２の対象物１２０の測定開始の時点では、第２の対象物１２０の上面１２１の－Ｙ軸側の端部に第１のライン光Ｌ１が照射されている。

図５（Ｂ）は、測定開始後における実施の形態１に係る形状測定装置１００及び第２の測定領域Ｚ２を通過する第２の対象物１２０をＸ軸方向に見た図である。図５（Ｂ）では、第２の対象物１２０の側面１２２に、第２のライン光Ｌ２が照射されている。以下では、第２の対象物１２０の側面１２２に第２のライン光Ｌ２が照射された時刻をｔ１として説明する。時刻ｔ１から時間が経過するにつれて、第２の対象物１２０において、第２のライン光Ｌ２が照射される部分は、側面１２２から上面１２１へと変化する。なお、第１のライン光Ｌ１、第２のライン光Ｌ２の入射角、撮像部２０の位置及び第２の対象物１２０の移動速度などが変更しない限り、第２の対象物１２０の高さＨ２が第２の測定領域Ｚ２に含まれていれば、高さＨ２の大きさに関わらず、時刻ｔ１は一定である。

図６（Ａ）から（Ｄ）は、形状測定装置１００が第２の対象物１２０の形状を測定するときに、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示される撮像部２０によって撮像される画像の遷移の一例を示す図である。図６（Ａ）は、時刻ｔ＜０のときに取得された画像Ｂ２０の一例を示す模式図である。時刻ｔ＜０では、第１のライン光Ｌ１が第２の対象物１２０に照射されておらず、基準面Ｓに照射されている。そのため、画像Ｂ２０には、基準面Ｓに投影された第１のライン光Ｌ１の像Ｐ１０が映っている。時刻ｔ＜０では、第２のライン光Ｌ２も基準面Ｓに照射されているが、第２のライン光Ｌ２の像は、撮像視野Ｆ１の範囲内に含まれていない。よって、画像Ｂ１０には、第２のライン光Ｌ２の像は映っていない。

図６（Ｂ）は、第２の対象物１２０の測定開始後であって時刻ｔ１が経過するまでに取得された画像Ｂ２１の一例を示す模式図である。０≦ｔ＜ｔ１では、第１のライン光Ｌ１が、基準面Ｓ及び上面１２１に照射されている。上面１２１に投影された第１のライン光Ｌ１の像は、撮像視野Ｆ１の範囲内に含まれていない。よって、画像Ｂ２１では、第２の対象物１２０の上面１２１に投影された第１のライン光Ｌ１の像は映らず、基準面Ｓに投影された第１のライン光Ｌ１のＰ１０が映っている。

図６（Ｃ）は、時刻ｔ＝ｔ１のときに撮像される画像Ｂ２２の一例を示す模式図である。上述した図５（Ｂ）に示されるように、時刻ｔ＝ｔ１では、第１のライン光Ｌ１が基準面Ｓ及び上面１２１に照射され、且つ第２のライン光Ｌ２が第２の対象物１２０の側面１２２に照射されている。時刻ｔ＝ｔ１のときも、上面１２１に投影された第１のライン光Ｌ１の像は、撮像視野Ｆ１の範囲内に含まれていない。そのため、画像Ｂ２２には、基準面Ｓに投影された第１のライン光Ｌ１の像Ｐ１０と、側面１２２に投影された第２のライン光Ｌ２の像Ｐ２１とが映っている。像Ｐ１０、Ｐ２１は、画像Ｂ２２の－Ｙ_１軸側の端部に映っている。

図６（Ｄ）は、時刻ｔ１が経過した後に取得された画像Ｂ２３の一例を示す模式図である。時刻ｔ＞ｔ１では、第１のライン光Ｌ１が基準面Ｓ及び上面１２１に照射されている。また、時刻ｔ＞ｔ１では、第２のライン光Ｌ２が一定時間、側面１２２に照射された後、上面１２１に照射される。時刻ｔ＞ｔ１のときも、上面１２１に投影された第１のライン光Ｌ１の像は、撮像視野Ｆ１の範囲内に含まれていない。そのため、画像Ｂ２３には、基準面Ｓに投影された第１のライン光Ｌ１の像Ｐ１０に加えて、上面１２１又は側面１２２に投影された第２のライン光Ｌ２の像Ｐ２２が映っている。

以上に説明したように、第１の対象物１１０が第１の測定領域Ｚ１を通過する場合には、第１のライン光Ｌ１の像Ｐ１１を含む第１の画像としての画像Ｂ１１が取得される。また、第２の対象物１２０が第１の測定領域Ｚ１及び第２の測定領域Ｚ２を通過する場合には、第２のライン光Ｌ２の像Ｐ２１、Ｐ２２を含む第２の画像としての画像Ｂ２２、Ｂ２３が取得される。すなわち、対象物の高さに応じて、撮像部２０によって取得された画像に含まれるライン光の像が異なる。

また、第２の対象物１２０が第１の測定領域Ｚ１及び第２の測定領域Ｚ２を通過する場合には、第１の対象物１１０が第１の測定領域Ｚ１を通過する場合と比較して、撮像部２０によって取得された画像の遷移が異なる。詳細に言えば、第２の対象物１２０が第１の測定領域Ｚ１及び第２の測定領域Ｚ２を通過する場合には、画像Ｂ２０、画像Ｂ２１、画像Ｂ２２及び画像Ｂ２３の順に撮像される。また、第１の対象物１１０が第１の測定領域Ｚ１を通過する場合には、画像Ｂ１０及び画像Ｂ１１の順に撮像される。

このように、対象物の高さに応じて、撮像部２０によって取得された画像に含まれるライン光の像及び画像の遷移が異なることによって、測定部５０は、対象物に投影されたライン光の像が、第１のライン光Ｌ１の像及び第２のライン光Ｌ２の像のいずれであるかを判別することができる。

〈実施の形態１の効果〉
以上に説明した実施の形態１によれば、形状測定装置１００の撮像部２０は、第１の測定領域Ｚ１を通過する第１の対象物１１０を撮像し、且つ第２の測定領域Ｚ２を通過する第２の対象物１２０を撮像する。測定部５０は、第１の対象物１１０のうち第１のライン光Ｌ１が照射されている部分の第１の画像Ｂ１１に基づいて第１の対象物１１０の形状を測定する。また、測定部５０は、第２の対象物１２０のうち第２のライン光Ｌ２が照射されている部分の第２の画像Ｂ２２、Ｂ２３に基づいて第２の対象物１２０の形状を測定する。これにより、形状測定装置１００は、１つの撮像部２０によって、対象物の高さ方向における測定範囲を広げることができ、且つ対象物を高精度に測定することができる。よって、低コストで測定範囲を広げ、且つ高精度に対象物を測定する形状測定装置１００を提供することができる。

また、実施の形態１によれば、１つの撮像部２０が、対象物の高さに応じた複数の測定領域（すなわち、第１の測定領域Ｚ１及び第２の測定領域Ｚ２）を有する。これにより、第１の測定領域Ｚ１を通過する対象物の形状を測定する場合及び第２の測定領域Ｚ２を通過する対象物の形状を測定する場合のいずれであっても、測定部５０において演算処理される画像の画素数は同じである。よって、測定部５０における計算負荷が低減され、測定部５０における計算処理を高速化することができる。

また、実施の形態１によれば、形状測定装置に２つの撮像部が備えられている構成と比較して、２つの撮像部によって取得されたそれぞれの画像の同期制御が不要となる。よって、簡易な形状測定装置１００を提供することができる。したがって、実施の形態１によれば、低コストで、計算負荷が低減され、且つ簡易な形状測定装置１００を提供することができる。

《実施の形態２》
図７は、実施の形態２に係る形状測定装置２００及び対象物１１０をＸ軸方向に見た図である。図７において、図２に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図２に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態２に係る形状測定装置２００は、Ｚ軸方向において、第２の測定領域Ｚ２２の長さＡ２２と第１の測定領域Ｚ２１の長さＡ２１とが異なる点で、実施の形態１に係る形状測定装置１００と相違する。これ以外の点については、実施の形態２に係る形状測定装置２００は、実施の形態１に係る形状測定装置１００と同じである。

図７に示されるように、形状測定装置２００は、投光部１０と、撮像部２２０と、測定部５０とを有する。

撮像部２２０は、第１の測定領域Ｚ２１及び第２の測定領域Ｚ２２を通過する対象物１１０を撮像する。ここで、第１の測定領域Ｚ２１は、第１のライン光Ｌ１が通過する第１の平面Ｖ１と撮像部２２０の撮像視野Ｆ１とが交差する領域である。また、第２の測定領域Ｚ２２は、第２のライン光Ｌ２が通過する第２の平面Ｖ２と撮像部２２０の撮像視野Ｆ１とが交差する領域である。

実施の形態２では、Ｚ軸方向において、第２の測定領域Ｚ２２の長さＡ２２は、第１の測定領域Ｚ２１の長さＡ２１と異なる。これにより、第２の測定領域Ｚ２２における分解能を、第１の測定領域Ｚ２１における分解能に対して変化することができる。図７に示す例では、長さＡ２１が、長さＡ２２より短い。ここで、第１の測定領域Ｚ２１及び第２の測定領域Ｚ２２のそれぞれの分解能は、撮像視野を画素数で割った値である。実施の形態２では、第１の測定領域Ｚ２１を通過する対象物１１０を撮像するときの画素数は、第２の測定領域Ｚ２２を通過する対象物１１０を撮像するときの画素数と同じである。そのため、長さＡ２１が長さＡ２２より短い場合、第１の測定領域２１における分解能の値は、第２の測定領域Ｚ２２における分解能の値より小さくなる。これにより、第１の測定領域Ｚ２１における分解能を、第２の測定領域Ｚ２２における分解能に対して高めることができる。

第１のライン光Ｌ１の入射角、第２のライン光Ｌ２の入射角、撮像部２２０の位置及び撮像部２２０の光軸角度のうちの少なくとも１つが調整されることにより、長さＡ２１を長さＡ２２より短くすることができる。なお、長さＡ２２が長さＡ２１より短くてもよい。すなわち、長さＡ２１及び長さＡ２２のうち一方が、他方より短ければよい。なお、実施の形態２のように、長さＡ２１と長さＡ２２とが異なる場合、撮像部２０の焦点位置は、第１の測定領域Ｚ２１及び第２の測定領域Ｚ２２のうちＺ軸方向の長さが短い測定領域の範囲内に含まれていることが望ましい。

〈実施の形態２の効果〉
以上に説明した実施の形態２によれば、Ｚ軸方向において、第２の測定領域Ｚ２２の長さＡ２２は、第１の測定領域Ｚ２１の長さＡ２１と異なる。これにより、第１の測定領域Ｚ２１における分解能を、第２の測定領域Ｚ２２における分解能に対して変化することができる。

Ｚ軸方向において、第１の測定領域Ｚ２１の長さＡ２１は、第２の測定領域Ｚ２２の長さＡ２２より短い。これにより、第１の測定領域Ｚ２１における分解能を、第２の測定領域Ｚ２２における分解能に対して高めることができる。

《実施の形態３》
図８は、実施の形態３に係る形状測定装置３００及び対象物１１０をＸ軸方向に見た図である。図８において、図２に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図２に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態３に係る形状測定装置３００は、第１のライン光Ｌ３１の焦点位置Ｇ１が第１の測定領域Ｚ１に含まれ、且つ第２のライン光Ｌ３２の焦点位置Ｇ２が第２の測定領域Ｚ２に含まれている点で、実施の形態１に係る形状測定装置１００と相違する。これ以外の点については、実施の形態３に係る形状測定装置３００は、実施の形態１に係る形状測定装置１００と同じである。

図８に示されるように、形状測定装置３００は、投光部３１０と、撮像部２０と、測定部５０とを有する。

投光部３１０は、コリメートレンズ及びシリンドリカルレンズを有し（例えば、上述した図２に示されるコリメートレンズ１０ｂ及びシリンドリカルレンズ１０ｃ）、当該コリメートレンズ及びシリンドリカルレンズのそれぞれの配置は、調整されている。コリメートレンズは、スポット光源から照射された光をコリメートする。シリンドリカルレンズは、コリメートレンズによってコリメートされた光のパターンをライン状に集光する。投光部３１０は、ライン状の光である第１のライン光Ｌ３１及びライン状の光である第２のライン光Ｌ３２を照射する。第１のライン光Ｌ３１及び第２のライン光Ｌ３２はそれぞれ、Ｙ軸方向に広がりを持つ。図８に示す例では、第１のライン光Ｌ３１のＹ軸方向の幅をｗ１、第２のライン光Ｌ３２のＹ軸方向の幅をｗ２とする。

実施の形態３では、幅ｗ１が最も細くなる位置である第１のライン光Ｌ３１の焦点位置Ｇ１が、第１の測定領域Ｚ１内に含まれている。これにより、対象物１１０が第１の測定領域Ｚ１を通過する場合に、当該対象物１１０には、集光された第１のライン光Ｌ１が照射される。よって、対象物１１０に投影された第１のライン光Ｌ１の像の位置精度が向上するため、測定部５０における対象物１１０の高さＨ１の算出精度を向上させることができる。

また、幅ｗ２が最も細くなる位置である第２のライン光Ｌ３２の焦点位置Ｇ２が、第２の測定領域Ｚ２内に含まれている。これにより、対象物が第２の測定領域Ｚ２を通過する場合に、当該対象物には、集光された第２のライン光Ｌ２が照射される。よって、第２の測定領域Ｚ２を通過する対象物に投影された第２のライン光Ｌ２の像の位置精度が向上するため、測定部５０における対象物の高さの算出精度を向上させることができる。

例えば、投光部３１０に備えられているコリメートレンズ（図示せず）のＺ軸方向における位置を所定の位置に調整することで、焦点位置Ｇ１を第１の測定領域Ｚ１に含めることができ、且つ焦点位置Ｇ２を第２の測定領域Ｚ２に含めることができる。

〈実施の形態３の効果〉
以上に説明した実施の形態３によれば、第１のライン光Ｌ１の焦点位置Ｇ１が、第１の測定領域Ｚ１に含まれている。これにより、対象物１１０が第１の測定領域Ｚ１を通過する場合に、測定部５０における対象物１１０の高さＨ１の算出精度を向上させることができる。

また、実施の形態３によれば、第２のライン光Ｌ２の焦点位置Ｇ２が、第２の測定領域Ｚ２に含まれている。これにより、対象物が第２の測定領域Ｚ２を通過する場合に、測定部５０における当該対象物の高さの算出精度を向上させることができる。

《実施の形態４》
図９は、実施の形態４に係る形状測定装置４００及び対象物１３０をＸ軸方向に見た図である。図９において、図２に示される構成要素と同一又は対応する構成要素には、図２に示される符号と同じ符号が付される。実施の形態４に係る形状測定装置４００は、第２の投光部３０及び第２の撮像部４０を更に有する点で、実施の形態１に係る形状測定装置１００と相違する。これ以外の点については、実施の形態４に係る形状測定装置４００は、実施の形態１に係る形状測定装置１００と同じである。

図９に示される対象物１３０は、測定対象物の一例である。対象物１３０の形状は、実施の形態１の第１の対象物１１０及び第２の対象物１２０のそれぞれの形状と異なる。図９に示す例では、Ｘ軸方向に見たときの対象物１３０の形状は、台形である。すなわち、実施の形態４では、対象物１３０におけるＹ軸方向を向く側面１３２、１３３は、傾斜面である。実施の形態１に係る形状測定装置１００（例えば、図１及び２参照）が対象物１３０の形状を測定する場合、第１の撮像部２０は、－Ｙ軸方向を向く側面１３２に投影されたライン光のパターンを撮像することができる。しかし、＋Ｙ軸方向を向く側面１３３の勾配の大きさによっては、第１の撮像部２０は、側面１３３に投影されたライン光のパターンを撮像することができない。このように、対象物１３０の形状によっては、第１の撮像部２０によって撮像することができない死角となる領域（例えば、＋Ｙ軸方向を向く側面１３３）ができることがある。

形状測定装置４００は、第１の投光部１０と、第１の撮像部２０と、第２の投光部３０と、第２の撮像部４０と、測定部５０とを有する。

第２の投光部３０は、ライン状の光である第３のライン光Ｌ３及びライン状の光である第４のライン光Ｌ４を照射する。第３のライン光Ｌ３及び第４のライン光Ｌ４は、Ｘ軸方向に広がりを持つ光である。第３のライン光Ｌ３及び第４のライン光Ｌ４は、対象物１３０の表面に投影される。対象物１３０の表面に投影された第３のライン光Ｌ３及び第４のライン光Ｌ４のそれぞれの像の形状は、Ｘ軸方向に伸びるライン状である。

第４のライン光Ｌ４は、走査方向であるＹ軸方向において、第３のライン光Ｌ３から離れた位置から照射される。第４のライン光Ｌ４は、Ｘ軸方向において、第３のライン光Ｌ３と平行である。なお、第４のライン光Ｌ４は、Ｘ軸方向に限らず、予め決められた一方向において、第３のライン光Ｌ３と平行であればよい。

第２の投光部３０は、第１の投光部１０より＋Ｙ軸側に配置されている。第３のライン光Ｌ３及び第４のライン光Ｌ４の照射方向は、第１のライン光Ｌ１及び第２のライン光Ｌ２の照射方向と異なる。第３のライン光Ｌ３及び第４のライン光Ｌ４は、対象物１３０ののうち第１の撮像部２０によって撮像することができない＋Ｙ軸方向を向く側面１３３に照射されている。

第２の撮像部４０は、第１の撮像視野Ｆ１と異なる第２の撮像視野Ｆ２を有する。第２の撮像視野Ｆ２の向きは、第２の投光部３０による第３のライン光Ｌ３及び第４のライン光Ｌ４の照射方向と異なる。第２の撮像部４０は、例えば、ＣＣＤイメージセンサを有するカメラである。第２の撮像部４０は、第３の測定領域Ｚ３を通過する対象物１３０を撮像する。ここで、第３の測定領域Ｚ３は、第３のライン光Ｌ３が通過する第３の平面Ｖ３と第２の撮像視野Ｆ２とが交差する領域である。第３の平面Ｖ３は、仮想のＸ－Ｚ平面である。図９に示す例では、基準面Ｓからの対象物１３０の高さＨ３は、第３の測定領域Ｚ３及び第１の測定領域Ｚ１に含まれる。なお、第３のライン光Ｌ３及び第４のライン光Ｌ４は、入射角によっては、Ｘ－Ｚ平面と平行にならない場合もあるが、Ｘ－Ｚ平面に沿って照射される。そのため、第３の平面Ｖ３及び後述する第４のライン光Ｌ４が通過する第４の平面Ｖ４のそれぞれを、「仮想のＸ－Ｚ平面」と称する。

また、第２の撮像部４０は、第３の測定領域Ｚ３と異なる第４の測定領域Ｚ４を通過する対象物を撮像する。第４の測定領域Ｚ４は、第４のライン光Ｌ４が通過する第４の平面Ｖ４と第２の撮像視野Ｆ２とが交差する領域である。第４の平面Ｖ４は、仮想のＸ－Ｚ平面である。

第４の測定領域Ｚ４は、第３の測定領域Ｚ３より第２の投光部３０側（すなわち、＋Ｚ軸側）に配置されている。第４の測定領域Ｚ４は、Ｚ軸方向において、第３の測定領域Ｚ３と隣接して配置されている。また、Ｚ軸方向において、第４の測定領域Ｚ４は、第３の測定領域Ｚ３と重なっていない。なお、第４の測定領域Ｚ４の大半が第３の測定領域Ｚ３と重なっていなければ、第４の測定領域Ｚ４の一部は、第３の測定領域Ｚ３と重なっていてもよい。すなわち、第４の測定領域Ｚ４は、第３の測定領域Ｚ３と重ならない領域を含んでいればよい。

ここで、第４のライン光Ｌ４の入射角は、第３のライン光Ｌ３の入射角と異なる。これにより、第４の測定領域Ｚ４を、第３の測定領域Ｚ３と異なる領域とすることができる。実施の形態４では、第４のライン光Ｌ４は、基準面Ｓの法線に沿って、対象物１３０に入射しているため、第４のライン光Ｌ４の入射角は０度である。これに対して、第３のライン光Ｌ３の入射角は、０度より大きい。なお、第４のライン光Ｌ４の入射角は、第３のライン光Ｌ３の入射角と同じであってもよい。

また、第２の撮像部４０の位置及び第２の撮像部４０の光軸角度が調整されることによって、第４の測定領域Ｚ４を、第３の測定領域Ｚ３と異なる領域とすることができる。また、第２の撮像部４０の光軸は、対象物１３０のＹ軸方向の中心を通って基準面Ｓに垂直な中心線Ｃを挟んで、第１の撮像部２０の光軸と反対側に配置されている。言い換えれば、第２の撮像部４０は、Ｙ軸方向において、第１の投光部１０及び第２の投光部３０を挟んで、第１の撮像部２０と反対側に配置されている。

測定部５０は、第１の撮像部２０によって取得されたライン光の像を含む画像と第２の撮像部４０によって取得されたライン光の像を含む画像と基づいて、対象物１３０の形状を測定する。

対象物１３０の高さＨ３が第１の測定領域Ｚ１及び第３の測定領域Ｚ３に含まれる場合、測定部５０は、対象物１３０のうちのライン光Ｌ１が照射されている部分である上面１３１の領域１３１ａの画像である第１の画像と、第３のライン光Ｌ３が照射されている部分である上面１３１の領域１３１ｂの画像である第３の画像とに基づいて、対象物１３０の形状を測定する。これにより、対象物１３０のうち第１の撮像部２０の死角となっている領域１３１ｂについては、第２の撮像部４０によって取得された第３の画像に基づいて、対象物１３０の形状を測定することができる。

仮に、対象物１３０の高さＨ３が第２の測定領域Ｚ２及び第４の測定領域Ｚ４に含まれる場合、測定部５０は、対象物１３０のうちの第２のライン光Ｌ２が照射されている部分の画像である第２の画像と、第４のライン光Ｌ４が照射されている部分の画像である第４の画像とに基づいて、対象物１３０の形状を測定する。

ここで、第１の撮像部２０によって取得された画像と第２の撮像部４０によって取得された画像とが共通する場合がある。この場合、測定部５０は、第１の撮像部２０によって取得された画像及び第２の撮像部４０によって取得された画像の両方に基づいて、対象物１３０の高さ情報を示すデータを算出する。なお、測定部５０は、第１の撮像部２０によって取得された画像と第２の撮像部４０によって取得された画像のうち一方の画像に基づいて、上記データを算出してもよい。

〈実施の形態４の効果〉
以上に説明した実施の形態４によれば、形状測定装置４００に第２の投光部３０及び第２の撮像部４０が備えられている。これにより、対象物１３０のうち第１の撮像部２０の死角となっている領域（具体的には、＋Ｙ軸方向を向く側面１３３）、すなわち、対象物１３０のオクルージョン部分の形状を測定することができる。

１０第１の投光部、２０、２２０第１の撮像部、３０第２の投光部、４０第２の撮像部、５０測定部、１００、２００、３００、４００形状測定装置、１１０、１２０、１３０対象物、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ２１、Ａ２２長さ、Ｂ１０、Ｂ１１、Ｂ２０、Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ２３画像、Ｆ１第１の撮像視野、Ｆ２第２の撮像視野、Ｇ１、Ｇ２焦点位置、Ｌ１、Ｌ３１第１のライン光、Ｌ２、Ｌ３２第２のライン光、Ｌ３第３のライン光、Ｌ４第４のライン光、Ｖ１第１の平面、Ｖ２第２の平面、Ｖ３第３の平面、Ｖ４第４の平面、Ｚ１、Ｚ２１第１の測定領域、Ｚ２、Ｚ２２第２の測定領域。

Claims

ライン状の光である第１のライン光及びライン状の光である第２のライン光を照射する第１の投光部と、
第１の撮像視野を有し、前記第１のライン光が通過する第１の平面と前記第１の撮像視野とが交差する領域である第１の測定領域を通過する対象物を撮像し、前記第２のライン光が通過する第２の平面と前記第１の撮像視野とが交差する領域であり、前記第１の測定領域と異なり、前記第１の測定領域より前記第１の投光部側に配置されている第２の測定領域を通過する前記対象物を撮像する第１の撮像部と、
前記第１の測定領域を通過する前記対象物の前記第１のライン光が照射されている部分の画像である第１の画像と前記第２の測定領域を通過する前記対象物の前記第２のライン光が照射されている部分の画像である第２の画像とに基づいて前記対象物の形状を測定する測定部と
を有することを特徴とする形状測定装置。
前記対象物への前記第２のライン光の入射角である第２の入射角は、前記対象物への前記第１のライン光の入射角である第１の入射角以上である、
ことを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
前記第２の入射角は、前記第１の入射角より大きい、
ことを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
前記対象物が載せられた基準面からの前記対象物の高さの方向において、前記第２の測定領域の長さ及び前記第１の測定領域の長さのうち一方の長さが、他方の長さ以下である、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の形状測定装置。
前記第１の測定領域の長さは、前記第２の測定領域の長さより短い、
ことを特徴とする請求項４に記載の形状測定装置。
前記第１のライン光の焦点位置が、前記第１の測定領域に含まれる、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の形状測定装置。
前記第２のライン光の焦点位置が、前記第２の測定領域に含まれる、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の形状測定装置。
ライン状の光である第３のライン光及びライン状の光である第４のライン光を照射する第２の投光部と、
前記第１の撮像視野と異なる第２の撮像視野を有し、前記第３のライン光が通過する第３の平面と前記第２の撮像視野とが交差する領域である第３の測定領域を通過する対象物を撮像し、前記第４のライン光が通過する第４の平面と前記第２の撮像視野とが交差する領域であり、前記第３の測定領域と異なり、前記第３の測定領域より前記第２の投光部側に配置されている第４の測定領域を通過する前記対象物を撮像する第２の撮像部と
を更に有し、
前記測定部は、前記第１の画像、前記第２の画像、前記第３の測定領域を通過する前記対象物の前記第３のライン光が照射されている部分の画像である第３の画像、及び前記第４の測定領域を通過する前記対象物の前記第４のライン光が照射されている部分の画像である第４の画像に基づいて前記対象物の形状を測定する、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の形状測定装置。
前記第３のライン光及び前記第４のライン光の照射方向は、前記第１のライン光及び前記第２のライン光の照射方向と異なる、
ことを特徴とする請求項８に記載の形状測定装置。