JP7470521B2 - Parameter acquisition device and parameter acquisition method - Google Patents
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Description
本発明は、サンプリングモアレ法を用いて計測対象の物体における対象表面の変位を計測する技術に関する。より詳しくは、対象表面の変位を計測するのに用いるパラメータを求め、パラメータの信頼性を検査する装置と方法に関する。 The present invention relates to a technique for measuring the displacement of a target surface of an object to be measured using a sampling moiré method. More specifically, the present invention relates to an apparatus and method for determining parameters used to measure the displacement of a target surface and inspecting the reliability of the parameters.
サンプリングモアレ法では、規則性のある模様(例えば格子模様)を計測対象の物体の表面(以下で対象表面という)に貼り付け又は投影し、格子模様の画像データに基づいて、対象表面の変位を計測する。すなわち、格子模様の画像データにおいて、一定の周期で画素を間引く処理を行い、この処理を、画素の間引き開始点を変えて複数回だけ行うことにより、複数のモアレ縞画像を取得する。これらのモアレ縞画像により生じるモアレ縞の位相の変化に基づいて、対象表面の変位を求める。 In the sampling moiré method, a regular pattern (e.g. a lattice pattern) is attached or projected onto the surface of the object to be measured (hereafter referred to as the target surface), and the displacement of the target surface is measured based on image data of the lattice pattern. That is, a process is performed to thin out pixels at regular intervals in the image data of the lattice pattern, and this process is performed multiple times by changing the starting point for thinning out pixels, thereby obtaining multiple moiré fringe images. The displacement of the target surface is calculated based on the change in the phase of the moiré fringes caused by these moiré fringe images.
このようにサンプリングモアレ法を用いて対象表面の変位を計測する装置は、例えば特許文献1、2に記載されている。
Devices that use the sampling moiré method to measure the displacement of a target surface in this way are described in, for example,
特許文献1では、対象表面における規則性のある模様を撮像するカメラを移動可能なステージに設置している。対象表面の面内変位又は面外変位を求めるのに用いるパラメータ(補正係数)を、次のように予め求める。初期状態の基準時に、ステージを、対象表面に対して移動させる。ステージの移動距離による対象表面の面内変位又は面外変位を計測する。当該計測値とステージの移動距離に基づいて、補正係数を求める。その上で、実際の計測時には、サンプリングモアレ法により計測した面内変位又は面外変位と、補正係数とに基づいて、誤差の影響を取り除いた補正後の面内変位又は面外変位を求める。
In
特許文献2では、対象表面を撮像するカメラと、規則性のある模様を対象表面に投影する投影装置を、移動可能なステージに設置している。特許文献2では、対象表面の面外変位を求めるのに用いるパラメータ(比率)を、次のように予め求める。ステージを、対象表面に対して移動させる。ステージの移動距離による対象表面における計測点での模様の位相変化量を計測する。当該位相変化量とステージの移動距離に基づいて、比率を求める。その上で、基準時と実際の計測時との各々で、サンプリングモアレ法により対象表面における計測点での模様の位相を求め、計測時の位相と基準時での位相と差を求め、この差と上記比率に基づいて面外変位を求める。 In Patent Document 2, a camera that captures an image of the target surface and a projection device that projects a regular pattern onto the target surface are mounted on a movable stage. In Patent Document 2, parameters (ratios) used to calculate the out-of-plane displacement of the target surface are calculated in advance as follows: The stage is moved relative to the target surface. The amount of phase change in the pattern at the measurement point on the target surface due to the moving distance of the stage is measured. A ratio is calculated based on the amount of phase change and the moving distance of the stage. Then, the phase of the pattern at the measurement point on the target surface is calculated by the sampling moiré method at each of the reference time and the actual measurement time, and the difference between the phase at the measurement time and the phase at the reference time is calculated, and the out-of-plane displacement is calculated based on this difference and the above ratio.
サンプリングモアレ法で対象表面の変位を計測する装置において上記のようなパラメータを用いる場合に、計測される対象表面の変位の信頼性を向上させることが望まれる。 When using the above parameters in a device that measures the displacement of a target surface using the sampling moiré method, it is desirable to improve the reliability of the measured displacement of the target surface.
本発明の発明者は、信頼性の高い変位計測値を得るために、パラメータ(例えば上記の補正係数又は比率)の精度を保証することに着目した。すなわち、本発明の目的は、パラメータの精度を保証することにより、信頼性の高い変位計測値が得られるようにすることにある。 The inventors of the present invention focused on ensuring the accuracy of parameters (e.g., the above-mentioned correction coefficients or ratios) in order to obtain highly reliable displacement measurement values. In other words, the object of the present invention is to ensure the accuracy of parameters so as to obtain highly reliable displacement measurement values.
上述の目的を達成するため、本発明によるパラメータ取得装置は、
物体の対象表面における規則性のある模様を撮像して画像データを生成するカメラと、
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて計測点の面内変位と面外変位の一方または両方を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に設けられるパラメータ取得装置であって、
前記カメラが設置され所定方向に移動可能な可動部と、
前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置と、
前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置に対して行う制御部と、を備え、
前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量が前記カメラと前記データ処理部により求められ、
当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて前記パラメータを求めるパラメータ算出部と、
前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記駆動装置に対して行った場合に、当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を計測する距離計測センサと、
前記距離計測センサが計測した移動距離と、前記検査用の制御距離との違いを示す指標値を求め、求めた指標値を出力する指標値算出部と、を備える。
In order to achieve the above object, a parameter acquisition device according to the present invention comprises:
A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
A parameter acquisition device provided in a displacement acquisition device including a displacement calculation unit that calculates one or both of an in-plane displacement and an out-of-plane displacement of a measurement point based on an obtained displacement amount and a parameter obtained in advance,
a movable part on which the camera is mounted and which is movable in a predetermined direction;
A drive device that moves the movable part in the predetermined direction;
a control unit that performs parameter acquisition control on the drive device to move the movable unit in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition,
a displacement amount relating to the measurement point before and after the parameter acquisition control is obtained by the camera and the data processing unit;
a parameter calculation unit that calculates the parameter based on the displacement amount and a control distance for acquiring the parameter;
a distance measuring sensor that measures a distance actually moved by the movable part under an inspection control when the inspection control is performed on the driving device to move the movable part by a control distance for inspection in the predetermined direction; and
The apparatus further includes an index value calculation unit that calculates an index value indicating a difference between the movement distance measured by the distance measuring sensor and the inspection control distance, and outputs the calculated index value.
上述の目的を達成するため、本発明によるパラメータ取得方法は、物体の対象表面における規則性のある模様を撮像して画像データを生成するカメラと、
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて計測点の面内変位と面外変位の一方または両方を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に対するパラメータ取得方法であって、
(A)前記カメラが設置され所定方向に移動可能な可動部と、前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置とを設け、
(B)前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を制御部により前記駆動装置に対して行い、
(C)前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量を、前記カメラと前記データ処理部により求め、
(D)当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて、パラメータ算出部により前記パラメータを求め、
(E)前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記制御部により前記駆動装置に対して行い、
(F)当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を距離計測センサにより計測し、
(G)前記距離計測センサが計測した移動距離と、前記検査用の制御距離との違いを示す指標値を、指標値算出部により求めて出力する。
In order to achieve the above object, a parameter acquisition method according to the present invention includes a camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
A parameter acquisition method for a displacement acquisition device including a displacement calculation unit that calculates one or both of an in-plane displacement and an out-of-plane displacement of a measurement point based on an acquired displacement amount and a parameter acquired in advance,
(A) providing a movable part on which the camera is installed and which is movable in a predetermined direction, and a drive device that moves the movable part in the predetermined direction;
(B) performing parameter acquisition control on the drive device by a control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition;
(C) determining a displacement amount of the measurement point before and after the parameter acquisition control by the camera and the data processing unit;
(D) calculating the parameter by a parameter calculation unit based on the displacement amount and a control distance for obtaining the parameter;
(E) performing an inspection control on the drive device by the control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for inspection;
(F) measuring the distance that the movable part has actually moved by the inspection control using a distance measuring sensor;
(G) An index value indicating the difference between the movement distance measured by the distance measuring sensor and the control distance for inspection is calculated and output by an index value calculation unit.
本発明によると、制御部が、可動部を前記所定方向に所定距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を行い、これによる計測点に関する変位量を計測し、当該変位量とパラメータ取得用の制御距離とに基づいてパラメータを求める。このパラメータの信頼性を保証するために、本発明では、検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を計測し、当該距離と検査用の制御距離との違いを示す指標値を求めて出力する。 According to the present invention, the control unit performs parameter acquisition control to move the movable part a predetermined distance in the predetermined direction, measures the amount of displacement at the measurement point caused by this, and determines the parameter based on the amount of displacement and the control distance for parameter acquisition. To ensure the reliability of this parameter, the present invention measures the distance actually moved by the movable part using inspection control, and determines and outputs an index value indicating the difference between that distance and the control distance for inspection.
したがって、出力された指標値に基づいて、パラメータの精度の信頼性を評価できる。例えば、指標値が許容範囲内であれば、パラメータの信頼性が高く、信頼性の高い変位計測値が得られる判断できる。 Therefore, the reliability of the parameter accuracy can be evaluated based on the output index value. For example, if the index value is within an acceptable range, it can be determined that the parameter is highly reliable and that highly reliable displacement measurement values can be obtained.
一方、指標値が許容範囲外であれば、例えば、パラメータの値を補正し、又は、制御部のパラメータ取得用制御による駆動装置の駆動量を補正してパラメータを再び求めるなどにより、信頼性の高い変位計測値が得られるように校正を行うことができる。 On the other hand, if the index value is outside the allowable range, calibration can be performed to obtain a highly reliable displacement measurement value, for example by correcting the parameter value or by correcting the drive amount of the drive device using the parameter acquisition control of the control unit and re-determining the parameters.
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 The embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that common parts in each drawing are given the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted.
[第1実施形態]
(変位取得装置の構成)
図1は、本発明の第1実施形態によるパラメータ取得装置200が適用可能な変位取得装置100の構成を示す。変位取得装置100は、計測対象の物体1の表面(以下で単に対象表面1aともいう)の変位を計測する。この変位は、例えば、物体1に荷重が作用したことによる変位、または、物体1の振動による変位であってよいが、これらに限定されない。対象表面1aは、平面であってもよいし、曲面であってもよい。一例では、物体1は、ロケットモータのモータケースであり、対象表面1aは、モータケースの外周面である。変位取得装置100は、カメラ101とデータ処理部103と変位算出部105と記憶部107を備える。
[First embodiment]
(Configuration of Displacement Acquisition Device)
FIG. 1 shows the configuration of a
カメラ101は、対象表面1aにおける規則性のある模様を撮像することにより、この模様の画像データを取得する。ここで、規則性のある模様は、例えば格子模様であるが、後述するモアレ縞画像データを生成できれば、他の模様であってもよい。また、この模様は、対象表面1aに予め設けられていてよい。
The
データ処理部103は、カメラ101が生成した画像データに基づいてサンプリングモアレ法により対象表面1a上の計測(以下で単に計測点ともいう)点に関する変位量を計測する。本実施形態では、計測点に関する変位量は、計測点の補正前の面内変位と面外変位である。面内変位は、対象表面1aに沿った方向の変位である。面外変位は、対象表面1aと交差(例えば直交)する方向の計測点の変位である。当該面内変位及び面外変位を、以下において、それぞれ、単に面内変位及び面外変位ともいう。
The
変位算出部105は、データ処理部103が求めた変位量(補正前の面内変位と面外変位)と、予め求めたパラメータとに基づいて、計測点の補正後の面内変位と面外変位の一方または両方を算出する。本実施形態では、カメラ101から見た方向を設定方向(以下で単に設定方向ともいう)として、設定方向(例えば複数の設定方向の各々)について、当該設定方向に存在する計測点の変位を求める。
The
カメラ101が取得した画像データの輝度分布I(x,y)は、次の式(1)で表わされる。ここで、xとyは、カメラ101に固定されたxyz座標系におけるx座標とy座標を示す。このxyz座標系は、そのz軸がカメラ101の光軸C(カメラ101の向き)と平行な3次元座標であってよい。以下において、x方向とy方向とz方向は、上述のxyz座標系におけるx軸と平行な方向とy軸に平行な方向とz軸に平行な方向を意味する。
The luminance distribution I(x, y) of the image data acquired by the
式(1)において、I(x,y)は、対象表面1a内の1点の座標(x,y)の輝度を示す。φ0(x、y)は初期位相である。Qは、上述の画像データにおける格子模様のx方向のピッチQ(x,y)である。また、Iaは輝度の振幅であり、Ibは背景輝度である。
In formula (1), I(x, y) indicates the luminance of the coordinates (x, y) of a point on the
データ処理部103は、上述の画像データに対して間引き処理と輝度補間処理を行う。本実施形態では、データ処理部103は、x方向について、間引き処理と輝度補間処理を行う。間引き処理では、データ処理部103は、x方向について、所定のサンプリング周期(この例では模様の周期に近い周期T)で、画像データの画素をサンプリングして維持し、他の位置にある画素を間引いて削除する。輝度補間処理では、データ処理部103は、間引いた画素の輝度を、この画素の周囲に存在する画素の輝度に基づいて補間(例えば線形補間)する。
The
データ処理部103は、このような間引き処理と輝度補間処理を複数回行う。複数回の間引き処理の間で、サンプリング周期Tは同じであるが、間引きの開始点(サンプリングする画素の開始点)を変えている。データ処理部103は、複数回の間引き処理と輝度補間処理を上述の画像データに行うことにより、複数回のそれぞれに対応する複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
この例では、データ処理部103は、x方向の間引き処理と輝度補間処理によりT枚のモアレ縞画像データを生成する。これらのモアレ縞画像データは、次の式(2)で表わされる。
The
In this example, the
式(2)において、kはx方向における間引きの開始点を示す。kは、0、1、2、・・・、T-1の値をとる。
データ処理部103は、式(2)に離散フーリエ変換を適用して、次の式(3)により、モアレ縞の位相φm(x,y)を求める。
In equation (2), k indicates the start point of thinning in the x direction, and takes the
The
<補正前の面内変位>
データ処理部103は、このモアレ縞の位相φm(x,y)の変化Δφm(x,y)を求めることにより、対象表面1aの面内変位を求める。すなわち、格子模様はx方向においてピッチ(一定の間隔)で繰り返される模様であるとして、データ処理部103は、面内変位Ux(x,y)を、Ux(x,y)=Δφm(x,y)・p(x,y)/2πにより求める。以下で、格子模様のピッチp(x,y)を単にpとも記載し、Ux(x,y)をUxとも記載し、Δφm(x,y)をΔφmとも記載する。Uxは、xyz座標系におけるx方向に沿った面内変位であり、言い換えると、xyz座標系におけるxz平面に平行な平面又はxz平面における面内変位である。
ここで、初期状態の基準時において求められたφm(x,y)をφm0(x,y)とし、計測時において求められたφm(x,y)をそのままφm(x,y)とした場合に、Δφmは、補正前の面内変位であり、Δφm=φm(x,y)-φm0(x,y)で表わされる。
<In-plane displacement before correction>
The
Here, if φ m (x, y) obtained at the reference time in the initial state is defined as φ m0 (x, y) and φ m (x, y) obtained at the time of measurement is directly defined as φ m (x, y), then Δφ m is the in-plane displacement before correction and is expressed as Δφ m = φ m (x, y) - φ m0 (x, y).
<補正前の面外変位>
カメラ101の焦点距離をfとし、対象表面1aに設けた格子模様の実際のピッチを上記のpとし、画像データにおける格子のピッチを上記のQとし、カメラ101の光軸C方向におけるカメラ101(カメラ101の対物レンズの中心)から格子模様(対象物体1の表面)までの距離をZとした場合に、次の式(4)が成り立つ。
Z=f・p/Q ・・・(4)
<Out-of-plane displacement before correction>
If the focal length of the
Z = f p / Q ... (4)
この式(4)に基づいて、データ処理部103は、計測点の補正前の面外変位Oを次の式(5)により求める。
O=f・p/Q-f・p/Q0 ・・・(5)
ここで、Q0は、初期状態(基準時)の対象表面1aをカメラ101が撮像して得た画像データにおける格子模様のx方向のピッチであり、Qは、計測時に対象表面1aをカメラ101が撮像して得た画像データにおける格子模様のx方向のピッチである。
Based on this equation (4), the
O = f p / Q - f p / Q 0 ... (5)
Here, Q0 is the pitch in the x direction of the lattice pattern in the image data obtained by the
Qは次のように求められる。まず、上述の式(2)から次の式(6)が成り立つ。
この式から、データ処理部103はQを求める。例えば、式(6)を次の式(7)で近似し、データ処理部103は、式(7)を変形した次の式(8)によりQを求める。
Q can be calculated as follows: First, the following equation (6) is obtained from the above equation (2).
From this equation, the
式(8)において、φm(x+1,y)のx+1は、Qを求めるために注目する画素(x座標)にx軸方向に隣接する画素のx座標であり、φm(x-1,y)のx-1は、当該注目する画素にx軸方向にx座標x+1と反対側で隣接する画素のx座標である。Qの場合と同じ方法で、データ処理部103はQ0を求める。
In equation (8), x+1 in φ m (x+1, y) is the x coordinate of the pixel adjacent in the x-axis direction to the pixel (x coordinate) of interest for finding Q, and x-1 in φ m (x-1, y) is the x coordinate of the pixel adjacent to the pixel of interest on the opposite side of the x-coordinate x+1 in the x-axis direction.
変位算出部105は、データ処理部103が求めた面内変位及び面外変位と、変位取得装置100に設けた記憶部107に記憶されているパラメータとに基づいて、補正後の面内変位と面外変位の一方又は両方を算出する。ここで、パラメータは、補正前の面内変位と面外変位に含まれる誤差の影響を除くための補正係数である。当該誤差には、カメラ101の光軸と垂直な平面に対する対象表面1aの傾きによる計測誤差、カメラ101から見た計測点の方向に依存する計測誤差、カメラ101に固有の誤差(レンズ収差や画角など)、格子模様の実際のピッチの誤差などがある。また、対象表面1aが曲面である場合には、当該曲面による誤差も、補正前の面内変位と面外変位に含まれる。補正係数は、これらの誤差を除去できるものである。
The
(パラメータ取得装置)
本実施形態によるパラメータ取得装置200は、上述したパラメータ(補正係数)を取得するための装置である。パラメータ取得装置200は、可動部201、駆動装置203、制御部205、パラメータ算出部207、距離計測センサ209、指標値算出部211、判断部213、及び補正部215を備える。
(Parameter Acquisition Device)
The
可動部201には、カメラ101が設置されている。可動部201は、所定方向に移動可能である。本実施形態では、所定方向としてx方向とz方向がある。
The
駆動装置203は、可動部201を所定方向に移動させる。図1の例では、駆動装置203は、移動台203aと第1駆動部203bと第2駆動部203cを有する。移動台203aには、可動部201がx方向に移動可能に設けられている。第1駆動部203bは、移動台203aに設けられ、可動部201を移動台203a(すなわち対象表面1a)に対してx方向に駆動する。第2駆動部203cは、静止構造物に設けられ、移動台203aを静止構造物(すなわち対象表面1a)に対してz方向に駆動する。
The
制御部205は、可動部201を所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置203に対して行う。この時、パラメータ取得用制御の前後での計測点に関する変位量(本実施形態では補正前の面内変位と面外変位)が、カメラ101とデータ処理部103の処理により求められる。
The
パラメータ算出部207は、当該変位量とパラメータ取得用の制御距離とに基づいてパラメータ(本実施形態では補正係数)を求める。パラメータ算出部207は、算出したパラメータを記憶部107に記憶する。
The
また、制御部205は、可動部201を検査用の制御距離だけ所定方向に移動させる検査用制御を前記駆動装置203に対して行う。検査用の制御距離と上述のパラメータ取得用の制御距離は、制御部205に予め設定されていてもよいし、外部から制御部205に入力されてもよい。
The
距離計測センサ209は、検査用制御により可動部201が実際に所定方向に移動した距離を計測し、計測した距離を指標値算出部211に出力する。距離計測センサ209は、レーザ変位センサであってよい。レーザ変位センサは、可動部201に向けて所定方向にレーザ光を射出して可動部201で反射させ、反射した当該レーザ光に基づいて、所定方向における可動部201の移動距離を計測する。一例では、レーザ変位センサは、レーザ光の射出方向と交差する方向に戻ってきた反射レーザ光を受光レンズで結像(集光)させ、検査用制御による当該結像位置の変化に基づいて、可動部201の移動距離を求める。別の例では、レーザ変位センサは、レーザ光を射出した時点から上記反射レーザ光を受光するまでの時間を計測し、検査用制御による当該時間の変化に基づいて可動部201の移動距離を計測する。あるいは、レーザ変位センサは他の方式で可動部201の移動距離を計測するものであってもよい。
The
図1の例では、距離計測センサ209として、z方向における可動部201の移動距離を計測する距離計測センサ209aと、x方向における可動部201の移動距離を計測する距離計測センサ209bとが設けられている。
In the example of FIG. 1, the
指標値算出部211は、距離計測センサ209が計測した移動距離と、検査用の制御距離との違いに関する指標値を算出して出力する。この指標値は、距離計測センサ209が計測した移動距離と、検査用の制御距離との差又は比率であってよい。検査用の制御距離は、指標値算出部211に予め設定されていてもよいし、制御部205から指標値算出部211に入力されてもよい。
The index
判断部213は、指標値算出部211が出力した指標値が許容範囲内であるかどうかを判断し、当該判断の結果が否定である場合には、判断結果を補正部215に出力する。
The
補正部215は、指標値算出部211が出力した指標値が許容範囲内でないという上記判断結果を判断部213から受けると、記憶部107に記憶されているパラメータ(補正係数)を補正する。
When the
(補正係数の求め方)
<面内補正係数>
上述したパラメータとしての補正係数には、面内変位を補正するための面内補正数がある。図2と図3は、面内補正係数Kuを取得する処理の説明図である。図2と図3において、xyz座標系は、カメラ101に固定された3次元座標系であって、上述したx軸とy軸とz軸を有する。
(How to calculate the correction coefficient)
<In-plane correction coefficient>
The correction coefficient as the parameter mentioned above includes an in-plane correction number for correcting the in-plane displacement. Figures 2 and 3 are explanatory diagrams of the process of acquiring the in-plane correction coefficient K u . In Figures 2 and 3, the xyz coordinate system is a three-dimensional coordinate system fixed to the
図2と図3において、角度θ(x,y)は、カメラ101から見た上述の設定方向を示す。すなわち、角度θ(x,y)は、光軸Cと設定方向とのなす角度である。角度α(x,y)は、対象表面1aの傾きを示す。すなわち、角度α(x,y)は、x方向と対象表面1aとのなす角度を示す。
In Figures 2 and 3, the angle θ(x, y) indicates the above-mentioned set direction as seen by the
z方向に関する面内補正係数Kux(x,y),Δzを求めるために、カメラ101(すなわち可動部201)を、対象表面1aに対して駆動装置203により図2のようにz方向に所定距離Δz0だけ変化させる。
To obtain the in-plane correction coefficient K ux(x,y),Δz in the z direction, the camera 101 (i.e., the movable part 201) is moved by a predetermined distance Δz 0 in the z direction with respect to the
この時、xz平面に平行な平面における、Δz0による面内変位U0x(x,y),Δzは、図3のように、θ(x,y)が十分に小さいとして、次の式(9)で近似できる。
U0x(x,y),Δz=Δz0・tanθ(x,y)/cosα(x,y) ・・・(9)
式(9)に基づいて、Δz0に対する面内変位U0x(x,y),Δzの変動率としての面内補正係数Kux(x,y),Δzを次の式(10)で表わす。
Kux(x,y),Δz=tanθ(x,y)/cosα(x,y) ・・・(10)
式(10)においてθ(x,y)とα(x,y)が未知であるので、Kux(x,y),Δzはθ(x,y)とα(x,y)からは求められないが、Δz0は既知であり、U0x(x,y),Δzは補正前の面内変位として上述のように求められる。したがって、本実施形態では、Kux(x,y),Δzを、次の式(11)により求める。
Kux(x,y),Δz=U0x(x,y),Δz/Δz0 ・・・(11)
In this case, the in-plane displacement U 0x(x, y), Δz due to Δz 0 in a plane parallel to the xz plane can be approximated by the following equation (9) assuming that θ(x, y) is sufficiently small as shown in FIG.
U0x(x,y),Δz = Δz0 ·tanθ(x,y)/cosα(x,y) (9)
Based on equation (9), the in-plane correction coefficient K ux(x, y), Δz as the rate of variation of the in-plane displacement U 0x(x, y) , Δz with respect to Δz 0 is expressed by the following equation (10).
K ux(x,y), Δz = tan θ(x,y) / cos α(x,y) ... (10)
In formula (10), θ(x,y) and α(x,y) are unknown, so K ux(x,y), Δz cannot be obtained from θ(x,y) and α(x,y), but Δz 0 is known, and U 0x(x,y), Δz can be obtained as the in-plane displacement before correction as described above. Therefore, in this embodiment, K ux(x,y), Δz are obtained by the following formula (11).
K ux (x, y), Δz = U 0 x (x, y), Δz / Δz 0 ... (11)
x方向に関する面内補正係数Kux(x,y),Δxを求めるために、カメラ101(すなわち可動部201)を、対象表面1aに対して駆動装置203により図3のようにx方向に変化量Δx0だけ変化させる。
To obtain the in-plane correction coefficient K ux(x,y),Δx in the x direction, the camera 101 (i.e., the movable part 201) is moved by an amount of change Δx0 in the x direction relative to the
この時、xz平面に平行な平面における、Δx0による面内変位U0x(x,y),Δxは、図3のように、次の式(12)で表わされる。
U0x(x,y),Δx=Δx0/cosα(x,y) ・・・(12)
式(12)に基づいて、Δx0に対する面内変位U0x(x,y),Δxの変動率としての面内補正係数Kux(x,y),Δxを次の式(13)で表わす。
Kux(x,y),Δx=1/cosα(x,y) ・・・(13)
式(13)においてα(x,y)が未知であるので、Kux(x,y),Δxはα(x,y)からは求められないが、Δx0は既知であり、U0x(x,y),Δxは、補正前の面内変位として上述のように求められる。したがって、本実施形態では、Kux(x,y),Δxを、次の式(14)により求める。
Kux(x,y),Δx=U0x(x,y),Δx/Δx0 ・・・(14)
At this time, the in-plane displacement U 0x(x, y), Δx due to Δx 0 in a plane parallel to the xz plane is expressed by the following equation (12), as shown in FIG.
U0x(x,y), Δx = Δx0 /cosα(x,y) ... (12)
Based on equation (12), the in-plane correction coefficient K ux(x, y), Δx as the rate of variation of the in-plane displacement U 0x(x, y), Δx relative to Δx 0 is expressed by the following equation (13).
K ux(x,y), Δx =1/cos α(x,y) ... (13)
In formula (13), α(x, y) is unknown, so K ux(x, y) and Δx cannot be obtained from α(x, y), but Δx 0 is known, and U 0x(x, y) and Δx can be obtained as the in-plane displacement before correction as described above. Therefore, in this embodiment, K ux(x, y) and Δx are obtained by the following formula (14).
K ux (x, y), Δx = U 0 x (x, y), Δx / Δx 0 ... (14)
<面外補正係数>
上述したパレメータとしての補正係数には、面外変位を補正するための面外補正数がある。図4と図5は、面外補正係数Koを取得する処理の説明図である。図4と図5において、xyz座標系と角度θ(x,y)と角度α(x,y)は、図2と図3の場合と同じである。
<Out-of-plane correction coefficient>
The correction coefficient as the parameter mentioned above includes an out-of-plane correction number for correcting the out-of-plane displacement. Figures 4 and 5 are explanatory diagrams of the process of acquiring the out-of-plane correction coefficient K o . In Figures 4 and 5, the xyz coordinate system, the angle θ(x, y), and the angle α(x, y) are the same as those in Figures 2 and 3.
z方向に関する面外補正係数Ko(x,y),Δzを求めるために、カメラ101と対象表面1aとの相対位置を、図4のように、z方向に所定距離Δz0だけ変化させる。
In order to obtain the out-of-plane correction coefficient K o(x, y),Δz in the z direction, the relative position between the
この時、Δz0による面外変位O0(x,y),Δzは、図4のように、θ(x,y)が十分に小さいとして、次の式(15)で近似できる。
O0(x,y),Δz=Δz0・{1+tanθ(x,y)・tanα(x,y)}/cos{α(x,y)+θ(x,y)} ・・・(15)
式(15)に基づいて、Δz0に対する面外変位O0(x,y),Δzの変動率としての面外補正係数Ko(x,y),Δzを、次の式(16)で表わす。
Ko(x,y),Δz={1+tanθ(x,y)・tanα(x,y)}/cos{α(x,y)+θ(x,y)} ・・・(16)
式(16)においてθ(x,y)とα(x,y)が未知であるので、K0zはθ(x,y)とα(x,y)からは求められないが、Δz0は既知であり、O0(x,y),Δzは、補正前の面外変位として上述のように求められる。したがって、本実施形態では、Ko(x,y),Δzを、次の式(17)により求める。
Ko(x,y),Δz=O0(x,y),Δz/Δz0 ・・・(17)
At this time, the out-of-plane displacement O 0 (x, y), Δz due to Δz 0 can be approximated by the following equation (15) assuming that θ(x, y) is sufficiently small as shown in FIG.
O 0 (x, y), Δz = Δz 0 · {1 + tan θ (x, y) · tan α (x, y)} / cos {α (x, y) + θ (x, y)} ... (15)
Based on equation (15), the out-of-plane correction coefficient K o(x, y),Δz as the rate of variation of the out-of-plane displacement O 0(x, y) ,Δz relative to Δz 0 is expressed by the following equation (16).
K o(x,y), Δz = {1 + tan θ(x,y) · tan α(x,y)} / cos {α(x,y) + θ(x,y)} ... (16)
In formula (16), θ(x,y) and α(x,y) are unknown, so K 0z cannot be obtained from θ(x,y) and α(x,y), but Δz 0 is known, and O 0(x,y), Δz are obtained as the out-of-plane displacement before correction as described above. Therefore, in this embodiment, K o(x,y), Δz are obtained by the following formula (17).
K o (x, y), Δz = O 0 (x, y), Δz / Δz 0 ... (17)
x方向に関する面外補正係数Ko(x,y),Δxを求めるために、カメラ101と対象表面1aとの相対位置を、図5のように、x方向に変化量Δx0だけ変化させる。
To obtain the out-of-plane correction coefficient K o(x,y),Δx in the x direction, the relative position between the
この時、面外変位O0(x,y),Δxは、図5のように、次の式(18)で表わされる。
O0(x,y),Δx=Δx0・tanα(x,y)/cos{α(x,y)+θ(x,y)} ・・・(18)
式(18)に基づいて、Δx0に対する面外変位O0(x,y),Δxの変動率としての面外補正係数Ko(x,y),Δxを、次の式(19)で表わす。
Ko(x,y),Δx=tanα/cos{α+θ(x,y)} ・・・(19)
At this time, the out-of-plane displacement O 0 (x, y), Δx is expressed by the following equation (18), as shown in FIG.
O 0 (x, y), Δx = Δx 0 tan α (x, y) / cos {α (x, y) + θ (x, y)} ... (18)
Based on equation (18), the out-of-plane correction coefficient K o(x, y), Δx as the rate of variation of the out-of-plane displacement O 0(x, y), Δx with respect to
K o(x,y),Δx = tan α/cos{α+θ(x,y)} (19)
式(19)においてα(x,y)が未知であるので、Ko(x,y),Δxはα(x,y)からは求められないが、Δx0は既知であり、O0(x,y),Δxは、補正前の面外変位として上述のように求められる。したがって、本実施形態では、Ko(x,y),Δxを、次の式(20)により求める。
Ko(x,y),Δx=O0(x,y),Δx/Δx0 ・・・(20)
In formula (19), α(x, y) is unknown, so K o(x, y) and Δx cannot be obtained from α(x, y), but Δx 0 is known, and O 0(x, y) and Δx can be obtained as the out-of-plane displacement before correction as described above. Therefore, in this embodiment, K o(x, y) and Δx are obtained by the following formula (20).
K o (x, y), Δx = O 0 (x, y), Δx / Δx 0 ... (20)
(パラメータ取得方法)
本実施形態によるパラメータ取得方法を説明する。パラメータ取得方法は、初期状態の処理と、z方向移動の処理と、x方向移動の処理を含む。
(How to get parameters)
A parameter acquisition method according to this embodiment will be described below. The parameter acquisition method includes processing of the initial state, processing of movement in the z direction, and processing of movement in the x direction.
<初期状態の処理>
図6は、初期状態(基準時)の処理を示すフローチャートである。初期状態での処理は、ステップS1~S5を含む。
<Initial state processing>
6 is a flowchart showing the process in the initial state (reference time). The process in the initial state includes steps S1 to S5.
ステップS1において、基準位置にあるカメラ101は、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
In step S1, the
ステップS2において、データ処理部103は、ステップS1で得た画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
In step S2, the
ステップS3において、データ処理部103は、ステップS2で得た複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(3)により、計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φm(x,y)を求める。このφm(x,y)を以下でφm0(x,y)と記載する。
In step S3, the
一方、ステップS4において、データ処理部103は、ステップS1で得た画像データにおいて、カメラ101から見た設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQ0(x,y)を、上述の式(6)~(8)に従って該設定方向に対応する該画像データの領域に基づいて特定する。この時、式(6)~(8)においてQをQ0(x,y)に置き換える。
ステップS5において、ステップS4で特定したピッチQ0(x,y)と、カメラ101の焦点距離fと、x方向における格子模様の実際のピッチp(x,y)とに基づいて、データ処理部103は、設定方向に存在する計測点のz方向の位置z0=f・p(x,y)/Q0(x,y)を求める。なお、fとp(x,y)は既知である。なお、z軸の原点がカメラ101にあるとする(以下同様)。
Meanwhile, in step S4, the
In step S5, the
上述したステップS4,S5は、複数の設定方向の各々について行われてよい。すなわち、ステップS4では、各設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQ0(x,y)を特定し、ステップS5では、各設定方向についての計測点の位置z0を、該設定方向に対応するQ0(x,y)に基づいて求めてよい。 The above-mentioned steps S4 and S5 may be performed for each of a plurality of set directions. That is, in step S4, the pitch Q0 (x,y) in the x direction of the lattice pattern present in each set direction may be specified, and in step S5, the position z0 of the measurement point for each set direction may be obtained based on Q0 (x,y) corresponding to the set direction.
<z方向移動の処理>
図7は、z方向移動の処理を示すフローチャートである。z方向移動の処理は、ステップS6~S15を有する。
<Processing of z-direction movement>
7 is a flowchart showing the process of the movement in the z direction, which includes steps S6 to S15.
ステップS6において、ステップS1の状態から、制御部205は、可動部201(すなわち、基準位置のカメラ101)をz方向にパラメータ取得用の制御距離Δz0だけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置203に対して行う。Δz0は、上述のp(x,y)の1/500以上であってピッチp(x,y)以下であってよい。Δz0は、例えば1mm程度の大きさである。
ステップS7において、カメラ101は、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
In step S6, from the state of step S1, the
In step S7, the
ステップS8において、データ処理部103は、ステップS7で得た画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
ステップS9において、データ処理部103は、ステップS8で得た複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(3)により、設定方向に存在する計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φm(x,y)を求める。このφm(x,y)を以下でφmz(x,y)と記載する。
In step S8, the
In step S9, the
ステップS10において、Δz0による、補正前の面内変位U0x(x,y),Δzを求める。ステップS10は、ステップS10aとステップS10bを有する。ステップS10aでは、データ処理部103は、Δφm(x,y)=φmz(x,y)-φm0(x,y)により、Δφm(x,y)を求める。ステップS10bでは、データ処理部103は、U0x(x,y),Δz=p(x,y)・Δφm(x,y)/2πにより、Δz0による、面内変位U0x(x,y),Δzを求める。ここで、Δφm(x,y)はステップS10aで求めたものである。なお、この面内変位U0x(x,y),Δzは、設定方向に存在する計測点(x,y)の面内変位(以下で設定方向に対応する面内変位U0x(x,y),Δzともいう)であり、φmz(x,y)とφm0(x,y)は、当該設定方向に対応する位相である。
In step S10, the in-plane displacements U 0x(x,y), Δz before correction due to Δz 0 are obtained. Step S10 has steps S10a and S10b. In step S10a, the
ステップS11において、ステップS6での制御距離Δz0と、ステップS10で求めたU0x(x,y),Δzとに基づいて、パラメータ算出部207は、設定方向についての面内補正係数Kux(x,y),Δzを、Kux(x,y),Δz=U0x(x,y),Δz/Δz0により算出する。制御距離Δz0は、制御部205からパラメータ算出部207へ入力されてもよいし、パラメータ算出部207に予め設定されていてもよい。
In step S11, based on the control distance Δz 0 in step S6 and U 0x(x, y), Δz calculated in step S10, the
上述したステップS10,S11は、複数の設定方向の各々について行われてよい。すなわち、ステップS10では複数の設定方向にそれぞれ存在する複数の計測点(x,y)の面内変位U0x(x,y),Δzを求め、ステップS11では、各設定方向についての面内補正係数Kux(x,y),Δzを、該設定方向に対応する面内変位U0x(x,y),Δzに基づいて算出して記憶部107に記憶してよい。
The above-mentioned steps S10 and S11 may be performed for each of the multiple set directions. That is, in step S10, the in-plane displacements U 0x(x,y),Δz of the multiple measurement points (x,y ) that exist in each of the multiple set directions are obtained, and in step S11, the in-plane correction coefficients K ux(x,y),Δz for each set direction may be calculated based on the in-plane displacements U 0x(x,y),Δz corresponding to the set direction and stored in the
一方、ステップS12において、データ処理部103は、ステップS7で得た画像データにおいて、設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQ1を、上述の式(6)~(8)に従って該設定方向に対応する該画像データの領域に基づいて特定する。この時、(6)~(8)においてQをQ1に置き換える。
On the other hand, in step S12, the
ステップS13において、データ処理部103は、ステップS12で特定したピッチQ1と、カメラ101の焦点距離fと、格子模様の実際のピッチp(x,y)とに基づいて、設定方向に存在する計測点のz方向の位置z1=f・p(x,y)/Q1を求める。
In step S13, the
ステップS14において、データ処理部103は、ステップS5で求めたz0とステップ13で求めたz1とに基づいて、O0(x,y),Δz=z1-z0により、Δz0による面外変位O0(x,y),Δzを求める。
ステップS15において、ステップS6での制御距離Δz0と、ステップS14で求めたO0(x,y),Δzとに基づいて、パラメータ算出部207は、補正前の面外補正係数Ko(x,y),Δzを、Ko(x,y),Δz=O0(x,y),Δz/Δz0により算出して記憶部107に記憶する。
In step S14, the
In step S15, based on the control distance Δz 0 in step S6 and O 0(x, y), Δz calculated in step S14, the
上述したステップS12~S15は、画像データ内の設定方向の各々について行われる。すなわち、ステップS13では各設定方向に存在する計測点(x,y)のz方向の位置z1を、該設定方向に対応するQ1に基づいて求め、ステップS14では、各設定方向についての面外変位O0(x,y),Δzを、該設定方向に対応する位置z1と位置z0に基づいて算出し、ステップS15では、各設定方向についての面外補正係数Ko(x,y),Δzを、該設定方向に対応する面外変位O0(x,y),Δzに基づいて算出して記憶部107に記憶する。
The above-mentioned steps S12 to S15 are performed for each of the set directions in the image data. That is, in step S13, the z-direction position z1 of the measurement point (x, y) existing in each set direction is obtained based on Q1 corresponding to the set direction, in step S14, the out-of-plane displacement O0 (x, y), Δz for each set direction is calculated based on the position z1 and the position z0 corresponding to the set direction, and in step S15, the out-of-plane correction coefficient K0 (x, y), Δz for each set direction is calculated based on the out-of-plane displacement O0 (x, y), Δz corresponding to the set direction and stored in the
<x方向移動の処理>
図8は、x方向移動の処理を示すフローチャートである。x方向移動の処理は、ステップS16~S25を有する。
<Processing of x-direction movement>
8 is a flowchart showing the process of the x-direction movement, which includes steps S16 to S25.
ステップS16において、制御部205は、可動部201(すなわち、基準位置のカメラ101)をx方向にパラメータ取得用の制御距離Δx0だけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置203に対して行う。z方向移動の処理の後に引き続き行う場合は、z方向にカメラ101を-Δz0だけ移動させてカメラ101の位置をステップS1の状態に戻し、次いで、カメラ101をx方向に制御距離Δx0だけ移動させる。これにより、ステップS1の状態から、カメラ101と対象表面1aとの相対位置を、x方向に制御距離Δx0だけ変化させる。Δx0は、上述のp(x,y)の1/500以上であってピッチp(x,y)以下であってよい。Δx0は、例えば1mm程度の大きさである。
ステップS17において、カメラ101は、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
In step S16, the
In step S17, the
ステップS18において、データ処理部103は、ステップS17で得た画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
ステップS19において、データ処理部103は、ステップS18で得た複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(3)により、設定方向に存在する計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φm(x,y)を求める。このφm(x,y)を以下でφmx(x,y)と記載する。
In step S18, the
In step S19, the
ステップS20において、Δx0による、補正前の面内変位U0x(x,y),Δxを求める。ステップS20は、ステップS20aとステップS20bを有する。ステップS20aでは、データ処理部103は、Δφm(x,y)=φmx(x,y)-φm0(x,y)により、Δφm(x,y)を求める。ステップS20bでは、データ処理部103は、U0x(x,y),Δx=p(x,y)・Δφm(x,y)/2πにより、Δx0による面内変位U0x(x,y),Δxを求める。ここで、Δφm(x,y)はステップS20aで求めたものである。この面内変位U0x(x,y),Δxは、設定方向に存在する計測点(x,y)の面内変位(以下で設定方向に対応する面内変位U0x(x,y),Δxともいう)であり、φmx(x,y)とφm0(x,y)は、この設定方向に対応する位相である。
In step S20, the in-plane displacements U 0x(x,y), Δx before correction due to Δx 0 are obtained. Step S20 has steps S20a and S20b. In step S20a, the
ステップS21において、ステップS16での制御距離Δx0と、ステップS20で求めたU0x(x,y),Δxとに基づいて、パラメータ算出部207は、面内補正係数Kux(x,y),Δxを、Kux(x,y),Δx=U0x(x,y),Δx/Δx0により算出する。制御距離Δx0は、制御部205からパラメータ算出部207へ入力されてもよいし、パラメータ算出部207に予め設定されていてもよい。
In step S21, based on the control distance Δx0 in step S16 and U 0x(x,y), Δx calculated in step S20, the
上述したステップS20,S21は、複数の設定方向の各々について行われてよい。すなわち、ステップS20では複数の設定方向にそれぞれ存在する複数の計測点(x,y)の面内変位U0x(x,y),Δxを求め、ステップS21では、各設定方向についての面内補正係数Kux(x,y),Δxを、該設定方向に対応する面内変位U0x(x,y),Δxに基づいて算出してよい。 The above-mentioned steps S20 and S21 may be performed for each of a plurality of set directions. That is, in step S20, the in-plane displacements U 0x(x,y), Δx of a plurality of measurement points (x, y) that exist in each of the plurality of set directions may be obtained, and in step S21, the in-plane correction coefficients K ux(x,y), Δx for each set direction may be calculated based on the in-plane displacements U 0x(x,y), Δx corresponding to the set direction.
一方、ステップS22において、データ処理部103は、ステップS17で得た画像データにおいて、設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQ2を、上述の式(6)~(8)に従って該設定方向に対応する該画像データの領域に基づいて特定する。この時、式(6)~(8)においてQをQ2に置き換える。
ステップS23において、データ処理部103は、ステップS22で特定したピッチQ2と、カメラ101の焦点距離fと、x方向における格子模様の実際のピッチp(x,y)とに基づいて、設定方向に存在する計測点のz方向の位置z2=f・p(x,y)/Q2を求める。
ステップS24において、パラメータ算出部207は、ステップS5で求めたz0とステップ23で求めたz2とに基づいて、O0(x,y),Δx=z2-z0により、Δx0による面外変位O0(x,y),Δxを求める。
On the other hand, in step S22, the
In step S23, the
In step S24, the
ステップS25において、ステップS16での制御距離Δx0と、ステップS24で求めたO0(x,y),Δxとに基づいて、パラメータ算出部207は、面外補正係数Ko(x,y),Δxを、Ko(x,y),Δx=O0(x,y),Δx/Δx0により算出して記憶部107に記憶する。
In step S25, based on the control distance Δx0 in step S16 and O0 (x,y), Δx calculated in step S24, the
上述したステップS22~S25は、画像データ内の設定方向の各々について行われてよい。すなわち、ステップS23では各設定方向に存在する計測点(x,y)のz方向の位置z2を、該設定方向に対応するQ2に基づいて求め、ステップS24では、各設定方向についての面外変位O0(x,y),Δxを、該設定方向に対応する位置z2と位置z0に基づいて算出し、ステップS25では、各設定方向についての面外補正係数Ko(x,y),Δxを、該設定方向に対応する面外変位O0(x,y),Δxに基づいて算出して記憶部107に記憶してよい。
The above-mentioned steps S22 to S25 may be performed for each of the set directions in the image data. That is, in step S23, the position z2 in the z direction of the measurement point (x, y) existing in each set direction is obtained based on Q2 corresponding to the set direction, in step S24, the out-of-plane displacement O0 (x, y), Δx for each set direction is calculated based on the position z2 and the position z0 corresponding to the set direction, and in step S25, the out-of-plane correction coefficient K0 (x, y), Δx for each set direction is calculated based on the out-of-plane displacement O0 (x, y), Δx corresponding to the set direction and stored in the
(変位取得処理)
図9は、上述の初期状態の基準時から時間が経過した計測時に行われる変位取得処理のフローチャートである。この変位取得処理は、ステップS26~S33を有する。
(Displacement acquisition process)
9 is a flowchart of the displacement acquisition process that is performed when measurement is performed after time has elapsed from the reference time in the initial state described above. This displacement acquisition process has steps S26 to S33.
ステップS26において、上述の基準位置にあるカメラ101は、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
ステップS27において、データ処理部103は、ステップS26で得た画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
ステップS28において、データ処理部103は、ステップS27で得た複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(3)により、設定方向に存在する計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φm(x,y)を求める。
In step S26, the
In step S27, the
In step S28, the
ステップS29において、データ処理部103は面内変位Uxを求める。ステップS29は、ステップS29aとステップS29bを有する。ステップS29aでは、データ処理部103は、Δφm(x,y)=φm(x,y)-φm0(x,y)によりΔφm(x,y)を求める。ここで、φm(x,y)はステップS28で求めたものであり、φm0(x,y)は、ステップS3で求めたφm(x,y)であるが、他の基準時に予め求めたφm(x,y)であってもよい。ステップS29bでは、データ処理部103は、Ux=p(x,y)・Δφm(x,y)/2πにより、面内変位Uxを求める。ここで、Δφm(x,y)はステップS29aで求めたものである。
In step S29, the
上述したステップS28,S29は、複数の設定方向の各々について行われる。すなわち、ステップS28では複数の設定方向にそれぞれ存在する複数の計測点(x,y)の位相φm(x,y)を求め、ステップS29では、各設定方向についての面内変位Uxを、該設定方向に対応するφm(x,y)とφm0(x,y)に基づいて算出する。 The above-mentioned steps S28 and S29 are performed for each of the multiple set directions. That is, in step S28, the phases φ m (x, y) of the multiple measurement points (x, y) present in each of the multiple set directions are obtained, and in step S29, the in-plane displacement U x for each set direction is calculated based on φ m (x, y) and φ m0 (x, y) corresponding to the set direction.
一方、ステップS30において、データ処理部103は、ステップS26で得た画像データにおいて、設定方向に存在する格子模様のx方向のピッチQを、設定方向に存在する該画像データの領域に基づいて特定する。
ステップS31において、ステップS30で特定したピッチQと、カメラ101の焦点距離fと、x方向における格子模様の実際のピッチp(x,y)とに基づいて、データ処理部103は、設定方向に存在する計測点(x,y)のz方向の位置z=f・p(x,y)/Qを求める。
ステップS32において、データ処理部103は、ステップS31で求めたzに基づいて、O=z-z0により、設定方向について面外変位Oを求める。ここで、z0は、ステップS5で求めたz0であるが、上記他の基準時に予め求めた初期状態のz0であってもよい。
On the other hand, in step S30, the
In step S31, based on the pitch Q identified in step S30, the focal length f of the
In step S32, the
上述したステップS30~S32は、複数の設定方向の各々について行われる。すなわち、ステップS31では各設定方向に存在する計測点(x,y)のz方向の位置zを、該設定方向に対応するQに基づいて求め、ステップS32では、各設定方向についての面外変位Oを、該設定方向に対応する位置zと位置z0に基づいて算出する。 The above-mentioned steps S30 to S32 are performed for each of the multiple set directions. That is, in step S31, the z-direction position z of the measurement point (x, y) in each set direction is obtained based on Q corresponding to the set direction, and in step S32, the out-of-plane displacement O for each set direction is calculated based on the position z and position z0 corresponding to the set direction.
ステップS33では、変位算出部105は、ステップS29で求めた計測変位としての面内変位Uxと、ステップS32で求めた計測変位としての面外変位Oと、記憶部107に記憶されている補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxとに基づいて、z方向における補正後の面外変位Δzとx方向における補正後の面内変位Δxを、次の式(21)(22)により算出する。
In step S33, the
Δz=(Kux(x,y),Δx・O-Ko(x,y),Δz・Ux)/(Kux(x,y),Δx・Ko(x,y),Δz-Kux(x,y),Δz・Ko(x,y),Δx) ・・・(21)
Δx=(Ko(x,y),Δz・Ux-Kux(x,y),Δz・O)/(Kux(x,y),Δx・Ko(x,y),Δz-Kux(x,y),Δz・Ko(x,y),Δx) ・・・(22)
Δz=(K ux(x,y), Δx ·O−K o(x,y), Δz ·U x )/(K ux(x,y), Δx ·K o(x,y), Δz −K ux(x,y), Δz ·K o(x,y), Δx ) (21)
Δx=(K ux(x,y),Δz ·U x −K ux(x,y),Δz ·O)/(K ux(x,y),Δx ·K o(x,y),Δz −K ux(x,y),Δz ·K o(x,y),Δx ) (22)
式(21)と式(22)は、次の関係式(23)と関係式(24)から導かれるものである。
Ux=Kux(x,y),Δx・Δx+Kux(x,y),Δz・Δz ・・・(23)
O=Ko(x,y),Δx・Δx+Ko(x,y),Δz・Δz ・・・(24)
Equations (21) and (22) are derived from the following relations (23) and (24).
U x =K ux ( x, y ), Δx · Δx +K ux ( x, y ), Δz · Δz ... (23)
O = K o (x, y), Δx · Δx + K o (x, y), Δz · Δz ... (24)
ステップS33は、各設定方向について行われる。すなわち、各設定方向について、該設定方向に対応する面内変位Uxと面外変位Oと補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxとに基づいて、補正後変位ΔzとΔxが算出される。
なお、記憶部107において、各設定方向毎に、補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxは、データ処理部103により該設定方向に対応づけられて記憶されている。
Step S33 is performed for each set direction. That is, for each set direction, corrected displacements Δz and Δx are calculated based on the in-plane displacement Ux and out-of-plane displacement O corresponding to the set direction and the correction coefficients K ux(x,y), Δz , K ux(x,y), Δx , K o(x,y), Δz , K o(x,y), Δx.
In addition, in the
(パラメータ検査処理)
図10は、記憶部107に記憶されている補正係数を検査するパラメータ検査処理のフローチャートである。パラメータ検査処理は、ステップS41~S45を有する。なお、本実施形態によるパラメータ取得方法は、パラメータ検査処理を含んでいてよい。
(Parameter inspection process)
10 is a flowchart of a parameter inspection process for inspecting the correction coefficients stored in the
ステップS41において、制御部205が、可動部201を検査用の制御距離だけ所定方向(z方向又はx方向)に移動させる検査用制御を駆動装置203に対して行う。
ステップS42において、ステップS41の検査用制御により可動部201が実際に移動した距離を、距離計測センサ209により計測する。
In step S41, the
In step S42, the distance that the
ステップS43において、ステップS42で計測した移動距離とステップS41における検査用の制御距離との違いを示す指標値(例えば両者の差又は比率)を指標値算出部211により求め、求めた差を指標値算出部211により出力する。
In step S43, an index value (e.g., the difference or ratio between the movement distance measured in step S42 and the control distance for inspection in step S41) is calculated by the index
ステップS44において、ステップS43で出力された指標値が許容範囲内であるかどうかを判断部213により判断し、当該判断の結果が否定である場合には、当該結果を出力して、ステップS45へ移行する。当該判断の結果が肯定である場合には、すなわち、ステップS43で出力された差が許容範囲内である場合には、パラメータ検査処理の処理を終了する。
In step S44, the
ステップS45において、ステップS41での検査用の制御距離とステップS42で計測した移動距離とに基づいて、補正部215により補正係数を補正する。
In step S45, the correction coefficient is corrected by the
ステップS41で可動部201を移動させた所定方向がz方向である場合には、ステップS41での検査用の制御距離をΔzαとし、ステップS42で計測した移動距離をΔzβとして、ステップS45において、補正係数Kux(x,y),ΔzにΔzα/Δzβを乗算することにより、Kux(x,y),Δzを補正し、補正係数Ko(x,y),ΔzにΔzα/Δzβを乗算することにより、Ko(x,y),Δzを補正する。
If the predetermined direction in which the
ステップS41で可動部201を移動させた所定方向がx方向である場合には、ステップS41での検査用の制御距離をΔxαとし、ステップS42で計測した移動距離をΔxβとして、ステップS45において、補正係数Kux(x,y),ΔxにΔxα/Δxβを乗算することにより、Kux(x,y),Δxを補正し、補正係数Ko(x,y),ΔxにΔxα/Δxβを乗算することにより、Ko(x,y),Δxを補正する。
If the predetermined direction in which the
ステップS41で可動部201を移動させる所定方向がz方向である場合と、ステップS41で可動部201を移動させる所定方向がx方向である場合の各々について、上述のステップS41~S45が行われてよい。
The above-described steps S41 to S45 may be performed for each of the cases where the predetermined direction in which the
以上は、xz平面に平行な各平面(すなわち、xy座標の値毎の当該平面)に関する処理(xz処理という)である。ただし、xz平面に平行な1つの平面(xz平面を含む)についてxz処理が行われてもよい。 The above is processing (called xz processing) for each plane parallel to the xz plane (i.e., the plane for each xy coordinate value). However, xz processing may also be performed for one plane parallel to the xz plane (including the xz plane).
[yz処理]
上述したxz処理に加えて、yz平面と平行な各平面に関する処理(yz処理という)も行われてもよい。yz処理は、上述したxz処理において、xをyに読み替えyをxに読み替えた(すなわちxとyを互いに入れ替えた)内容と同じであるので、その詳しい説明を省略する。ただし、xz処理とyz処理とで重複する内容(例えば面外変位Oを求める処理や補正係数Kozを求める処理)は、xz処理とyz処理のいずれかで行われればよい。また、xy座標を表わす(x,y)を読み替えると(y,x)となるが、これは(x,y)と同じであるので、(x,y)については読み替えない。
[yz processing]
In addition to the above-mentioned xz processing, processing on each plane parallel to the yz plane (called yz processing) may also be performed. The yz processing is the same as the above-mentioned xz processing except that x is replaced with y and y is replaced with x (i.e., x and y are swapped), so a detailed description thereof will be omitted. However, the contents that overlap between the xz processing and the yz processing (for example, the processing for calculating the out-of-plane displacement O and the processing for calculating the correction coefficient K oz ) may be performed in either the xz processing or the yz processing. Furthermore, when (x, y) representing the xy coordinates is replaced, it becomes (y, x), but since this is the same as (x, y), (x, y) is not replaced.
xz処理において、上述のように、補正係数Kux(x,y),Δz,Kux(x,y),Δx,Ko(x,y),Δz,Ko(x,y),Δxを予め求めて記憶部107に記憶させる。
さらに、yz処理において、xz処理と同様に、補正係数Kuy(x,y),Δz,Kuy(x,y),Δy,Ko(x,y),Δyを予め求めて記憶部107に記憶させる。
In the xz process, as described above, the correction coefficients K ux(x,y), Δz , K ux(x,y), Δx , K o(x,y), Δz , K o(x,y), Δx are calculated in advance and stored in the
Furthermore, in the yz processing, similarly to the xz processing, the correction coefficients K uy(x,y), Δz , K uy(x,y), Δy , K o(x,y), Δy are calculated in advance and stored in the
ステップS33において、変位算出部105は、記憶部107に記憶された各補正係数に基づいて、補正後変位として、z方向の面外変位Δzとx方向の面内変位Δxとy方向の面内変位Δyを求める。すなわち、変位算出部105は、次の式(25)~(27)で表わされる3元連立方程式の解としてΔzとΔxとΔyを求める。
Ux=Kux(x,y),Δx・Δx+Kux(x,y),Δy・Δy+Kux(x,y),Δz・Δz ・・・(25)
Uy=Kuy(x,y),Δx・Δx+Kuy(x,y),Δy・Δy+Kuy(x,y),Δz・Δz ・・・(26)
O=Ko(x,y),Δx・Δx+Ko(x,y),Δy・Δy+Ko(x,y),Δz・Δz ・・・(27)
In step S33, the
U x =K ux ( x, y ), Δx · Δx +K ux ( x, y ), Δy · Δy +K ux ( x, y ), Δz · Δz ... (25)
U y =K uy (x, y), Δx · Δx + K uy (x, y), Δy · Δy + K uy (x, y), Δz · Δz ... (26)
O=K o(x,y), Δx ·Δx+K o(x,y), Δy ·Δy+K o(x,y), Δz ·Δz ... (27)
これらの式において、Uxは、xz処理において求めたx方向に沿った面内変位(計測変位)であり、Uyは、yz処理においてが求めたy方向に沿った面内変位(計測変位)であり、Kux(x,y),ΔyとKuy(x,y),Δxは、以下のように予め求められ
Kux(x,y),Δyは、yz処理における次の追加処理により求められる。追加処理は、下記の(a1)~(a6)の処理を有する。
In these equations, Ux is an in-plane displacement (measured displacement) along the x direction obtained in the xz process, Uy is an in-plane displacement (measured displacement) along the y direction obtained in the yz process, and K ux(x,y),Δy and K uy(x,y),Δx are obtained in advance as follows: K ux(x,y),Δy is obtained by the following additional process in the yz process. The additional process includes the following processes (a1) to (a6).
(a1)上述のステップS1の状態から、可動部201(カメラ101)をy方向にパラメータ取得用の制御距離Δy0だけ移動させる制御を制御部205が行う。この処理(a1)は、yz処理のステップS16であってよい。
(a2)次に、カメラ101は、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
(a3)その後、データ処理部103は、この画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
(a4)次に、データ処理部103は、これら複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、上述の式(6)により、設定方向に存在する計測点(x,y)での、x方向におけるモアレ縞の位相φm(x,y)を求める。このφm(x,y)を以下でφmx(x,y)と記載する。
(a1) The
(a2) Next, the
(a3) After that, the
(a4) Next, the
(a5)その後、データ処理部103は、U0x(x,y),Δy=p(x,y)・{φmx(x,y)-φm0(x,y)}/2πにより、Δy0による、x方向に沿った面内変位U0x(x,y),Δyを求める。ここで、面内変位U0x(x,y),Δyは、設定方向に存在する計測点(x,y)の面内変位であり、φmx(x,y)とφm0(x,y)は、この設定方向に対応する、x方向における位相である。φm0(x,y)は初期状態の位相である。
(a6)上記(a1)での制御距離Δy0と、上記(a5)で求めたU0x(x,y),Δyとに基づいて、パラメータ算出部207は、面内補正係数Kux(x,y),Δyを、Kux(x,y),Δy=U0x(x,y),Δy/Δy0により算出して記憶部107に記憶する。制御距離Δy0は、パラメータ算出部207に予め設定されており、又は制御部205からパラメータ算出部207に入力される。なお、記憶部107において、各設定方向毎に、Kux(x,y),Δyは、該設定方向に対応づけられて記憶されている。
(a5) After that, the
(a6) Based on the control distance Δy0 in (a1) above and U 0x(x,y),Δy calculated in (a5) above, the
Kuy(x,y),Δxは、Kux(x,y),Δyを求める上記追加処理と同様に、xz処理における次の追加処理により求められる。この追加処理は、下記の(b1)~(b6)の処理を有する。 K uy (x, y), Δx can be obtained by the following additional process in the xz process, similar to the above additional process for obtaining K ux (x, y), Δy . This additional process includes the following processes (b1) to (b6).
(b1)ステップS1の状態から、例えば可動部201(カメラ101)をx方向に微小量Δx0だけ移動させることにより、カメラ101と対象表面1aとの相対位置を、x方向にパラメータ取得用の制御距離Δx0だけ変化させる。この処理(b1)は、xz処理のステップS16であってよい。
(b2)次に、カメラ101は、対象表面1aの格子模様を撮像することにより、画像データを取得する。
(b3)その後、データ処理部103は、この画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を複数回だけ行うことにより、複数枚のモアレ縞画像データを生成する。
(b4)次に、データ処理部103は、これら複数枚のモアレ縞画像データに基づいて、xとyを入れ替えた上述の式(6)により、設定方向に存在する計測点(x,y)での、y方向におけるモアレ縞の位相φm(x,y)を求める。このφm(x,y)を以下でφmy(x,y)と記載する。
(b1) From the state of step S1, for example, by moving the movable part 201 (camera 101) by a minute amount Δx 0 in the x direction, the relative position between the
(b2) Next, the
(b3) Thereafter, the
(b4) Next, the
(b5)その後、データ処理部103は、U0y(x,y),Δx=p(x,y)・{φmy(x,y)-φm0(x,y)}/2πにより、Δx0による、y方向に沿った面内変位U0y(x,y),Δxを求める。ここで、面内変位U0y(x,y),Δxは、設定方向に存在する計測点(x,y)の面内変位であり、φmy(x,y)とφm0(x,y)は、この設定方向に対応する位相である。φm0(x,y)は初期状態の位相である。
(b6)上記(b1)での制御距離Δx0と、上記(b5)で求めたU0y(x,y),Δxとに基づいて、パラメータ算出部207は、面内補正係数Kuy(x,y),Δxを、Kuy(x,y),Δx=U0y(x,y),Δx/Δx0により算出して記憶部107に記憶する。制御距離Δx0は、パラメータ算出部207に予め設定されており、又は制御部205からパラメータ算出部207に入力される。なお、記憶部107において、各設定方向毎に、Kuy(x,y),Δxは、該設定方向に対応づけられて記憶されている。
(b5) After that, the
(b6) Based on the control distance Δx0 in (b1) above and U 0y(x,y), Δx calculated in (b5) above, the
また、上述のパラメータ検査処理は、z方向とx方向とy方向の各々について次のように行われてよい。 Furthermore, the above-mentioned parameter inspection process may be performed for each of the z, x, and y directions as follows:
z方向については、ステップS41での検査用の制御距離をΔzαとし、ステップS42で計測した移動距離をΔzβとして、ステップS45で、各補正係数Kux(x,y),Δz、Kuy(x,y),Δz、Ko(x,y),ΔzにΔzα/Δzβを乗算することにより当該補正係数を補正する。 For the z direction, the control distance for inspection in step S41 is Δzα , the movement distance measured in step S42 is Δzβ , and in step S45, the correction coefficients K ux(x, y), Δz , K uy(x, y), Δz , K o(x, y), and Δz are multiplied by Δzα / Δzβ to correct the correction coefficients.
x方向については、ステップS41での検査用の制御距離をΔxαとし、ステップS42で計測した移動距離をΔxβとして、ステップS45で、各補正係数Kux(x,y),Δx、Kuy(x,y),Δx、Ko(x,y),ΔxにΔxα/Δxβを乗算することにより当該補正係数を補正する。 For the x direction, the control distance for inspection in step S41 is Δxα , the movement distance measured in step S42 is Δxβ , and in step S45, the correction coefficients K ux(x,y), Δx , K uy(x,y), Δx , K o(x,y), Δx are multiplied by Δxα / Δxβ to correct the correction coefficients.
ステップS41での検査用の制御距離をΔyαとし、ステップS42で計測した移動距離をΔyβとして、ステップS45で、各補正係数Kux(x,y),Δy、Kuy(x,y),Δy、Ko(x,y),ΔyにΔyα/Δyβを乗算することにより当該補正係数を補正する。 The control distance for inspection in step S41 is Δyα , the movement distance measured in step S42 is Δyβ , and in step S45, the correction coefficients K ux(x, y), Δy , K uy(x, y), Δy , K o(x, y), Δy are multiplied by Δyα / Δyβ to correct the correction coefficients.
(第1実施形態の効果)
第1実施形態によると、補正部215により補正されたパラメータ(各補正係数)により、各種の誤差の影響を全体的に補正できる。すなわち、対象面1aの傾き、カメラ101の設置角度の誤差、カメラ101の画角、対象面1aの模様のピッチの誤差、及びカメラ101のレンズ収差等が与える面内変位と面外変位の算出値の誤差の影響分を、全体的に補正することができる。
(Effects of the First Embodiment)
According to the first embodiment, the influence of various errors can be generally corrected by the parameters (each correction coefficient) corrected by the
[第2実施形態]
図11は、本発明の第2実施形態によるパラメータ取得装置200が適用可能な変位取得装置100の構成を示す。第2実施形態において、以下で説明する点が第1実施形態と異なる。第2実施形態について、以下で説明しない点は、第1実施形態の場合と同じであってよい。第2実施形態では、変位取得装置100は、対象表面1aの面外変位を求める。
[Second embodiment]
11 shows the configuration of a
変位取得装置100は、規則性のある模様を対象表面1aの模様を投影する投影装置202を備える。投影装置202は、可動部201に設けられる。投影装置202から見て同じ投影方向に投影した模様の位相は、当該模様が投影された位置と投影装置202との距離にかかわらず同じになる。
The
カメラ101は、投影装置202により対象表面1aに投影された模様を撮像し、撮像した画像データを生成する。データ処理部103は、この画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面1a上の計測点に関する変位量を求める。第2実施形態においても、当該変位量は、計測点での模様に関する位相変化量(モアレ縞の位相の変化量)である。
The
カメラ101は、対象表面1aに投影された模様を撮像することにより、この模様の画像データを取得する。カメラ101の向き(すなわち光軸C2方向)は、面外変位の計測方向(z方向)と平行であってよいし平行でなくてもよい。カメラ101は、計測方向と交差する方向に投影装置202から間隔をおいて配置される。また、カメラ101の向きは、図3のように、投影装置202の向き(すなわち光軸C1方向)とずれていてもよい。
The
投影装置202とカメラ101が計測方向と交差する方向に互いに間隔をおいて可動部201に配置され、かつ、投影装置202の向きとカメラ101の向きが互いにずれている状態で、可動部201に取り付けられている。これにより、投影装置202とカメラ101との間隔は一定に保たれ、かつ、投影装置202の向きとカメラ101の向きとは互いに対して固定される。
The
データ処理部103は、カメラ101が撮像した模様の画像データに基づいてサンプリングモアレ法を用いて対象表面1a上の計測点における模様に関する位相変化量を求める。すなわち、第1実施形態と同様に、対象表面1aにおける計測点(x,y)での位相を上述のφm(x,y)として、データ処理部103は、基準時において求められたφm(x,y)をφm0(x,y)とし、計測時において求められたφm(x,y)をφm2(x,y)として、データ処理部103は、計測点(x,y)での位相変化量Δφm(x,y)を、Δφm(x,y)=φm2(x,y)-φm0(x,y)により求める。
The
なお、投影装置202およびカメラ101は、計測点(x,y)を含む、xz平面に平行な平面(以下で計測点平面という)上に配置されてもよいし、投影装置202およびカメラ101と対象表面1aとの距離に比べて十分に小さい量だけ計測点平面からずれた位置に配置されてもよい。
The
変位算出部105は、データ処理部103により求められた変位量Δφm(x,y)と、予め求められ記憶部107に記憶されたパラメータとに基づいて、計測点の面外変位を計測変位として算出する(詳しくは後述する)。このパラメータは、投影装置202およびカメラ101(すなわち可動部201)と対象表面1aとの、計測方向(z方向)の距離の変化量と、計測点(x,y)での模様の位相変化量を表わす値との比率である。
The
図12は、上記比率を取得する処理の説明図である。図12において、xyz座標系は、図11の場合と同じである。図12において、対象表面1aにおける計測点(x,y)がカメラ101から見た設定方向に位置している。
Figure 12 is an explanatory diagram of the process of obtaining the above ratio. In Figure 12, the xyz coordinate system is the same as in Figure 11. In Figure 12, the measurement point (x, y) on the
駆動装置203(第2駆動部203C)で可動部201をz方向に移動させることにより、投影装置202およびカメラ101と対象表面1aとの距離をz方向に変化させる。この距離の変化量をΔZ0とする。この距離の変化により、図12において、投影装置202およびカメラ101との対象表面1aとの位置関係は、投影装置202およびカメラ101と実線で示す対象表面1aとの位置関係から、投影装置202およびカメラ101と破線で示す対象表面1aとの位置関係に変化する。その結果、投影装置202により対象表面1aに投影される模様は、カメラ101から見て設定方向に存在する計測点(x,y)において、位相がΔφm0(x,y)だけ変化する。このΔφm0(x,y)について、次の近似式(28)が成り立つ。
The distance between the
この式(28)の各記号は次の通りである。θ1は、投影装置202から見た計測点(x,y)の方向(図12の例では光軸C1)と、面外変位の計測方向(図12では光軸C2、すなわち、z方向)とのなす角度である。θ2は、カメラ101から見た計測点(x,y)の方向(設定方向)と、面外変位の計測方向とのなす角度である。ただし、図12において計測点(x,y)の左側と右側のなす角をそれぞれ正と負にするので、θ1は正の値であり、θ2は負の値である。図12は一例を示しているので、θ1とθ2は、正と負のいずれの値であってもよい。Pは、対象表面1aに投影された格子模様のピッチであり、ΔZ0は、投影装置202およびカメラ101を移動した距離である。なお、なす角度θ1,θ2とピッチPとは、それぞれ、上述のxyz座標系におけるxz平面に平行な1つの平面(計測点平面)における角度とピッチとであってよい。
Each symbol in this formula (28) is as follows. θ1 is the angle between the direction of the measurement point (x, y) seen from the projection device 202 (optical axis C1 in the example of FIG. 12) and the measurement direction of the out-of-plane displacement (optical axis C2, i.e., z direction in FIG. 12). θ2 is the angle between the direction of the measurement point (x, y) seen from the camera 101 (set direction) and the measurement direction of the out-of-plane displacement. However, since the angles on the left and right sides of the measurement point (x, y) in FIG. 12 are positive and negative, respectively, θ1 is a positive value and θ2 is a negative value. Since FIG. 12 shows an example, θ1 and θ2 may be either positive or negative. P is the pitch of the lattice pattern projected onto the
ここで、投影装置202およびカメラ101と対象表面1aとの距離は、ΔZ0に対して十分に大きいことにより、なす角度θ1,θ2とピッチPは、投影装置202およびカメラ101を移動させる前と後とで同じであるとみなしている。したがって、ピッチPと(tanθ1-tanθ2)との比率が一定であるとみなせる。当該比率(tanθ1-tanθ2)/Pに2πを乗算したものは、式(28)を変形した次式(29)で表わされる。
Here, the distance between the
式(29)において位相変化量Δφm0(x,y)と移動量ΔZ0は計測可能であるので、2π(tanθ1-tanθ2)/Pを求めることができる。すなわち、基準時において、投影装置202およびカメラ101を移動した距離ΔZ0と、これによる計測点(x,y)での位相変化量Δφm0(x,y)を計測し、Δφm0(x,y)/ΔZ0を2π(tanθ1-tanθ2)/Pとして予め求めることができる。
In equation (29), since the amount of phase change Δφ m0 (x, y) and the amount of movement ΔZ 0 are measurable, it is possible to obtain 2π(tan θ1-tan θ2)/P. That is, at the reference time, the distance ΔZ 0 by which the
記憶部107は、このように予め求めたK=Δφm0(x,y)/ΔZ0を面外変位算出用のパラメータ(比率)として記憶している。したがって、基準時から時間が経過した計測時において、変位算出部105は、比率Kを用いて計測点(x,y)の面外変位ΔZを求めることができる。すなわち、式(29)において、ΔZ0を面外変位ΔZに置き換え、Δφm0(x,y)を計測時の位相変化量Δφm(x,y)に置き換えて、式(29)を変形した次式(30)により、計測点(x,y)の面外変位ΔZを求めることができる。ここで、Kは、上述のように2π(tanθ1-tanθ2)/Pに等しい。
なお、θ1、θ2、P、Kは、それぞれ、θ1(x,y)、θ2(x,y)、P(x,y)、K(x,y)と表現されるが、これらを、簡単のため、単にθ1、θ2、P、Kと表記している。
The
Note that θ1, θ2, P, and K can be expressed as θ1(x, y), θ2(x, y), P(x, y), and K(x, y), respectively, but for simplicity, these are simply written as θ1, θ2, P, and K.
制御部205は、対象表面1aの基準時において、可動部201を所定方向(z方向)にパラメータ取得用の制御距離ΔZ0だけ移動させるパラメータ取得用制御を駆動装置203に対して行う。これにより、駆動装置203は、可動部201をz方向に移動させる。前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する上述の位相変化量Δφm0(x,y)が、カメラ101とデータ処理部103の処理により求められる。
The
パラメータ算出部207は、パラメータ取得用の制御距離ΔZ0と、位相変化量Δφm0(x,y)との比率KをK=Δφm0(x,y)/ΔZ0により求める。パラメータ算出部207は、このように求めた比率Kを記憶部107に記憶させる。
The
変位算出部105は、次のように面外変位ΔZを求める。まず、基準時から時間が経過した計測時において、上述のようにカメラ101とデータ処理部103の処理により、計測点(x,y)における模様に関する位相変化量Δφm(x,y)が求められる。この位相変化量Δφm(x,y)は、基準時における計測点(x,y)での模様に関する位相φm0(x,y)と、計測時における当該計測点(x,y)の模様に関する位相φm2(x,y)との差である。すなわちデータ処理部103は、Δφm(x,y)=φm2(x,y)-φm0(x,y)により、Δφm(x,y)を求める。次いで、変位算出部105は、この位相変化量Δφm(x,y)と、記憶部107に記憶されている比率Kとに基づいて、当該計測点(x,y)の面外変位ΔZを、上式(30)、すなわち、ΔZ=Δφm(x,y)/Kにより求める。なお、データ処理部103は、基準時について求めた計測点(x,y)での上記位相φm0(x,y)を記憶している。
The
図13は、第2実施形態によるパラメータ取得処理と変位取得処理とを示すフローチャートである。パラメータ取得処理は、基準時において行われ、ステップS51~S55を有する。なお、第2実施形態によるパラメータ取得方法は、当該パラメータ取得処理と後述のパラメータ検査処理を含んでよい。 Figure 13 is a flowchart showing the parameter acquisition process and the displacement acquisition process according to the second embodiment. The parameter acquisition process is performed at a reference time and includes steps S51 to S55. Note that the parameter acquisition method according to the second embodiment may include the parameter acquisition process and a parameter inspection process described below.
ステップS51では、次のように、設定方向に存在する対象表面1aの計測点(x,y)において投影された模様に関する位相φm0(x,y)を求める。投影装置202とカメラ101が基準位置にある状態で、投影装置202が対象表面1aに模様を投影し、カメラ101が、投影された模様を撮像することにより画像データを生成する。データ処理部103は、この画像データに対して、上述した間引き処理と輝度補間処理を、複数回行うことにより、複数のモアレ縞画像データを生成する。データ処理部103は、生成した複数のモアレ縞画像データに基づいて、計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φm(x,y)を、模様に関する位相φm0(x,y)として求める。
In step S51, a phase φ m0 (x, y) of the pattern projected at a measurement point (x, y) on the
ステップS52では、制御部205は、対象表面1aの基準時において、可動部201を所定方向(z方向)にパラメータ取得用の制御距離ΔZ0だけ移動させるパラメータ取得用制御を駆動装置203に対して行う。
In step S52, the
ステップS53では、次のように、設定方向に存在する対象表面1aの計測点(x,y)において投影された模様に関する位相φm1(x,y)を求める。投影装置202とカメラ101がステップS52で移動した位置にある状態で、投影装置202が対象表面1aに模様を投影し、カメラ101が、投影された模様を撮像することにより画像データを生成する。データ処理部103は、この画像データに基づいて、ステップS51の場合と同様に、複数のモアレ縞画像データを生成し、複数のモアレ縞画像データに基づいて、計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φm(x,y)を、模様に関する位相φm1(x,y)として求める。なお、ステップS53を終えたら、駆動装置203は、投影装置202およびカメラ101を変更位置から基準位置へ移動させる。
In step S53, the phase φ m1 (x, y) of the pattern projected at the measurement point (x, y) on the
ステップS54では、データ処理部103は、ステップS1で求めた模様の位相φm0(x,y)と、ステップS3で求めた模様の位相φm1(x,y)との差Δφm0(x,y)を、Δφm0(x,y)=φm1(x,y)-φm0(x,y)により位相変化量として求める。
In step S54, the
ステップS55では、パラメータ算出部207は、ステップS2におけるパラメータ取得用の制御距離ΔZ0と、ステップS54で求めた位相変化量Δφm0(x,y)との比率Kを、パラメータとして、K=Δφm0(x,y)/ΔZ0により求め、記憶部107に記憶する。制御距離ΔZ0は、パラメータ算出部207に予め設定され、又は、制御部205からパラメータ算出部207に入力される。
In step S55, the
変位取得処理は、基準時から時間が経過した計測時において行われ、ステップS56~S58を有する。 The displacement acquisition process is performed at the time of measurement when time has elapsed from the reference time, and includes steps S56 to S58.
ステップS56では、次のように、設定方向に存在する対象表面1aの計測点(x,y)において投影された模様に関する位相を求める。投影装置202とカメラ101(可動部201)が、ステップS51で投影と撮像を行った時と同じ基準位置にある状態で、投影装置202が対象表面1aに模様を投影し、カメラ101が、投影された模様を撮像することにより画像データを生成する。データ処理部103は、この画像データに基づいて、ステップS51の場合と同様に、複数のモアレ縞画像データを生成し、複数のモアレ縞画像データに基づいて、計測点(x,y)におけるモアレ縞の位相φm(x,y)を、模様に関する位相φm2(x,y)として求める。
In step S56, the phase related to the pattern projected at the measurement point (x, y) on the
ステップS57では、データ処理部103は、ステップS51で求めた模様の位相φm0(x,y)と、ステップS56で求めた模様の位相φm2(x,y)との差Δφm(x,y)を、Δφm(x,y)=φm2(x,y)-φm0(x,y)により位相変化量として求める。
In step S57, the
ステップS58では、変位算出部105は、ステップS55で求められ記憶部107に記憶されている比率Kと、ステップS57で求められた位相変化量Δφm(x,y)とに基づいて、計測点(x,y)の面外変位ΔZを、ΔZ=Δφm(x,y)/Kにより求める。
In step S58, the
(パラメータ検査処理)
第2実施形態において上述のパラメータを検査するパラメータ検査処理は、第1実施形態で説明した図10のフローチャートの場合と同様であるので、図10を参照して、第2実施形態の場合のパラメータ検査処理を説明する。このパラメータ検査処理は、ステップS41~S45を有する。
(Parameter inspection process)
The parameter inspection process for inspecting the above-mentioned parameters in the second embodiment is similar to that in the first embodiment shown in the flowchart of Fig. 10, so the parameter inspection process in the second embodiment will be described with reference to Fig. 10. This parameter inspection process has steps S41 to S45.
ステップS41において、制御部205が、可動部201を検査用の制御距離Δzαだけ所定方向(z方向)に移動させる検査用制御を駆動装置203に対して行う。
ステップS42において、ステップS41の検査用制御により可動部201が実際に移動した距離を、距離計測センサ209により計測する。
In step S41, the
In step S42, the distance that the
ステップS43において、ステップS42で計測した移動距離ΔzβとステップS41における検査用の制御距離Δzαとの違いを示す指標(例えば両者の差又は比率)を指標値算出部211により求め、求めた指標を指標値算出部211により出力する。
In step S43, an index indicating the difference between the movement distance Δz β measured in step S42 and the control distance Δz α for inspection in step S41 (for example, the difference or ratio between the two) is calculated by the index
ステップS44において、ステップS43で出力された指標値が許容範囲内であるかどうかを判断部213により判断し、当該判断の結果が否定である場合には、当該結果を出力して、ステップS45へ移行する。当該判断の結果が肯定である場合には、すなわち、ステップS43で出力された指標値が許容範囲内である場合には、パラメータ検査処理の処理を終了する。
In step S44, the
ステップS45において、ステップS41での検査用の制御距離ΔzαとステップS42で計測した移動距離Δzβとに基づいて、補正部215は、記憶部107に記憶されているパラメータ(比率K)を補正する。すなわち、パラメータKにΔzα/Δzβを乗算することにより、当該比率を補正する。補正されたパラメータは、補正後のパラメータとして記憶部107に記憶され、以降に行われる変位取得処理(ステップS58)で使用される。
In step S45, based on the control distance Δzα for inspection in step S41 and the movement distance Δzβ measured in step S42, the
なお、1つの設定方向について、上述のパラメータ取得処理、変位取得処理、およびパラメータ検査処理が行われてもよいし、複数の設定方向の各々について、上述のパラメータ取得処理、変位取得処理、およびパラメータ検査処理が行われてもよい。 The above-mentioned parameter acquisition process, displacement acquisition process, and parameter inspection process may be performed for one set direction, or the above-mentioned parameter acquisition process, displacement acquisition process, and parameter inspection process may be performed for each of multiple set directions.
(第2実施形態の効果)
第2実施形態によると、第1実施形態と同様に、補正部215により補正されたパラメータ(各補正係数)により、各種の誤差の影響を全体的に補正できる。
(Effects of the Second Embodiment)
According to the second embodiment, similarly to the first embodiment, the influence of various errors can be entirely corrected by the parameters (each correction coefficient) corrected by the
[レーザ光の照射目標位置を示す的]
上述した各実施形態において、距離計測センサ209がレーザ変位センサである場合に、可動部201には、レーザ光の照射目標位置を示す的301が設けられていてよい。図14は、図1または図11において、所定方向(図1ではz方向又はx方向、図11ではz方向)に見た可動部201のレーザ照射面201aを示す図である。レーザ照射面201aは、レーザ変位センサ209からのレーザ光が当たる面である。
[Target indicating the target position for laser light irradiation]
In each of the above-described embodiments, when the
図14のように、可動部201において、レーザ変位センサ209からのレーザ光が当たる箇所には、的301(この図では円)が設けられている。レーザ照射面201aに当たったレーザ光のスポット(図14における黒丸)は、人が視覚的に認識可能である。的301は、レーザ光の照射目標位置を示す。的301は、人が視覚的に認識できるように設けられる。的301は、レーザ変位センサ209のレーザ照射位置から上記所定方向に延びる直線上に位置する。また、的301の周囲には、的301からの位置のずれを示す位置ずれ表示302が設けられている。位置ずれ表示302は、的301からずれている距離を示してよい。図14の例では、位置ずれ表示302は、的301を中心とし半径が既知である複数の同心円の表示である。
As shown in FIG. 14, a target 301 (circle in this figure) is provided at the
このような的301と位置ずれ表示302を設けることにより、可動部201が移動する方向が上記所定方向からずれているかどうかを検査できる。例えば、上述のステップ42を行う前には、静止構造物に取り付けられたレーザ変位センサ209からのレーザ光が的301に当たるようにしておく。その後、上述のステップ41で可動部201が移動した後に、ステップS42においてレーザ変位センサ209によりレーザ光が照射された位置が、的301からずれているかどうかを人が見て確認できる。この時、位置ずれ表示302がある場合には、そのずれの量が容易に得られる。
By providing such a
レーザ光が照射された位置が、的301からずれている場合には、可動部201の移動方向が上記所定方向からずれているので、可動部201の移動方向が正確に上記所定方向となるように駆動装置203を調整できる。
If the position where the laser light is irradiated is deviated from the
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、以下の変更例1~3のいずれかを単独で採用してもよいし、変更例1~3を任意に組み合わせて採用してもよい。この場合、以下で述べない点は、上述と同じである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical concept of the present invention. For example, any of the following modified examples 1 to 3 may be adopted alone, or modified examples 1 to 3 may be adopted in any combination. In this case, the points not described below are the same as those described above.
(変更例1)
判断部213と補正部215を省略してもよい。この場合、指標値算出部211は、例えば、指標値を表示装置に出力してよい。これにより、表示装置は、指標値を表示する。人は、表示された指標値を見て、指標値が許容範囲内であるかどうかを確認できる。指標値が許容範囲外である場合には、例えば、制御部に設定するパラメータ取得用の制御距離を調節して、再び、パラメータ取得処理を行わせることができる。
(Modification 1)
The
(変更例2)
上述では、補正部215は、パラメータを補正したが、距離計測センサ209が計測した移動距離と、検査用の制御距離とに基づいて、制御部205のパラメータ取得用制御による駆動装置203の駆動量を補正してもよい。
(Modification 2)
In the above description, the
例えば、制御部205は、ドライバ(図1又は図11を参照)を制御することにより、当該ドライバから、駆動装置203であるステッピングモータ(例えばステッピングモータ203b又は203c)へ入力されるパルス数が制御され、当該ステッピングモータは、入力されたパルス数に応じた駆動量だけ可動部201を駆動する(移動させる)。この場合、本変更例では、補正部215は、距離計測センサ209が計測した移動距離と、検査用の制御距離とに基づいて、上記ドライバから上記ステッピングモータへ入力させるパルス数を補正する。
For example, the
(変更例3)
検査用制御は、パラメータ取得用制御であり、検査用の制御距離はパラメータ取得用の制御距離であってもよい。すなわち、検査用制御がパラメータ取得用制御を兼ねている移動制御(以下で単に移動制御という)であり、検査用の制御距離はパラメータ取得用の制御距離と同じ制御距離(以下で共通制御距離という)であってもよい。
(Modification 3)
The inspection control may be a parameter acquisition control, and the control distance for the inspection may be a parameter acquisition control. In other words, the inspection control may be a movement control that also serves as a parameter acquisition control (hereinafter simply referred to as a movement control), and the inspection control distance may be the same control distance as the parameter acquisition control distance (hereinafter referred to as a common control distance).
移動制御の前後での計測点に関する変位量がカメラ101とデータ処理部103の処理により求められる。次いで、当該変位量と共通制御距離とに基づいて、パラメータ(第1実施形態では上記補正係数であり、第2実施形態では上記比率)が、パラメータ算出部207により求められる。
The amount of displacement of the measurement point before and after the movement control is found by processing by the
一方、移動制御により可動部201が実際に所定方向に移動した距離が、距離計測センサ209により計測される。次いで、当該移動距離と、共通制御距離との違いを示す指標値が指標値算出部211により求められ、当該指標値が指標値算出部211により出力される。
Meanwhile, the distance that the
出力された指標値が、許容範囲内であるかどうかが判断部213により判断され、当該判断の結果が否定である場合には、当該結果が判断部215により出力されてよい。この判断の結果が否定である場合には、共通制御距離と距離計測センサ209が計測した移動距離に基づいて、パラメータ算出部207により求められたパラメータが、補正部215により補正されてよい。すなわち、移動制御を1回行うことにより、パラメータが求められ、このパラメータが補正されてよい。
The
したがって、第1実施形態では、同じ移動制御が、上述のステップS6又はS16でのパラメータ取得用制御であるだけでなく、上述のステップS41での検査用制御も兼ねている。当該移動制御を行った後は、パラメータとしての上記補正係数を求める処理(上述のステップS7~S15又はステップS17~S25)と、求めた当該パラメータを補正する処理(上述のステップS42~S45)とが行われてよい。この時、当該ステップS42~S44は、当該ステップS7~S15又はステップS17~S25と並行して行われてよい。 Therefore, in the first embodiment, the same movement control not only serves as the parameter acquisition control in step S6 or S16 described above, but also as the inspection control in step S41 described above. After the movement control is performed, a process of determining the correction coefficient as a parameter (steps S7 to S15 or steps S17 to S25 described above) and a process of correcting the determined parameter (steps S42 to S45 described above) may be performed. At this time, steps S42 to S44 may be performed in parallel with steps S7 to S15 or steps S17 to S25 described above.
同様に、第2実施形態では、同じ移動制御が、上述のステップS52でのパラメータ取得用制御であるだけでなく、上述のステップS41での検査用制御も兼ねている。当該移動制御を行った後は、パラメータとしての上記比率を求める処理(上述のステップS53~S55)と、求めた当該パラメータを補正する処理(上述のステップS42~S45)とが行われてよい。この時、当該ステップS42~S44は、当該ステップS53~S55と並行して行われてよい。 Similarly, in the second embodiment, the same movement control not only serves as the parameter acquisition control in step S52 described above, but also as the inspection control in step S41 described above. After the movement control is performed, a process for determining the ratio as a parameter (steps S53 to S55 described above) and a process for correcting the determined parameter (steps S42 to S45 described above) may be performed. At this time, steps S42 to S44 may be performed in parallel with steps S53 to S55 described above.
1 物体
1a 対象表面
100 変位取得装置
101 カメラ
103 データ処理部
105 変位算出部
107 記憶部
200 パラメータ取得装置
201 可動部
202 投影装置
203 駆動装置
203a 移動台
203b 第1駆動部
203c 第2駆動部
205 制御部
207 パラメータ算出部
209,209a,209b 距離計測センサ
211 指標値算出部
213 判断部
215 補正部
301 的
302 位置ずれ表示
1
Claims (14)
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて、前記対象表面に沿った方向の前記計測点の面内変位と、前記対象表面と直交する方向の前記計測点の面外変位の一方または両方を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に設けられるパラメータ取得装置であって、
前記カメラの光軸方向、または当該光軸方向に直交する方向を所定方向として、前記パラメータは、前記所定方向における前記カメラの前記対象表面に対する位置変化に対する前記面内変位と前記面外変位の一方または両方の変動率であり、
前記カメラが設置され前記所定方向に移動可能な可動部と、
前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置と、
前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置に対して行う制御部と、を備え、
前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量が前記カメラと前記データ処理部により求められ、
当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて前記パラメータを求めるパラメータ算出部と、
前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記駆動装置に対して行った場合に、当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を計測する距離計測センサと、
前記検査用の制御距離と前記距離計測センサが計測した移動距離に基づいて、前記パラメータを補正する補正部と、を備える、パラメータ取得装置。 A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
A parameter acquisition device provided in a displacement acquisition device including a displacement calculation unit that calculates one or both of an in-plane displacement of the measurement point in a direction along the target surface and an out-of-plane displacement of the measurement point in a direction perpendicular to the target surface based on an acquired displacement amount and a previously acquired parameter,
a direction of an optical axis of the camera or a direction perpendicular to the optical axis direction is defined as a predetermined direction, and the parameter is a rate of variation of one or both of the in-plane displacement and the out-of-plane displacement with respect to a position change of the camera with respect to the target surface in the predetermined direction;
a movable part on which the camera is mounted and which is movable in the predetermined direction;
A drive device that moves the movable part in the predetermined direction;
a control unit that performs parameter acquisition control on the drive device to move the movable unit in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition,
a displacement amount relating to the measurement point before and after the parameter acquisition control is obtained by the camera and the data processing unit;
a parameter calculation unit that calculates the parameter based on the displacement amount and a control distance for acquiring the parameter;
a distance measuring sensor that measures a distance actually moved by the movable part under an inspection control when the inspection control is performed on the driving device to move the movable part by a control distance for inspection in the predetermined direction; and
a correction unit that corrects the parameters based on the inspection control distance and the movement distance measured by the distance measuring sensor.
前記指標値算出部が出力した前記指標値が許容範囲内であるかどうかを判断し、当該判断の結果が否定である場合には、当該結果を出力する判断部を備え、
前記判断部による前記判断の結果が否定である場合に、前記補正部は、前記検査用の制御距離と前記距離計測センサが計測した移動距離に基づいて、前記パラメータを補正する、請求項1に記載のパラメータ取得装置。 an index value calculation unit that calculates an index value indicating a difference between the moving distance measured by the distance measuring sensor and the control distance for inspection, and outputs the calculated index value;
a determination unit that determines whether the index value output by the index value calculation unit is within an allowable range and outputs the result when the result of the determination is negative;
2 . The parameter acquisition device according to claim 1 , wherein when the result of the judgment by the judgment unit is negative, the correction unit corrects the parameter based on the inspection control distance and the movement distance measured by the distance measuring sensor.
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて前記計測点の面内変位と面外変位の一方または両方を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に設けられるパラメータ取得装置であって、
前記カメラが設置され所定方向に移動可能な可動部と、
前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置と、
前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置に対して行う制御部と、を備え、
前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量が前記カメラと前記データ処理部により求められ、
当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて前記パラメータを求めるパラメータ算出部と、
前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記駆動装置に対して行った場合に、当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を計測する距離計測センサと、
前記距離計測センサが計測した移動距離と、前記検査用の制御距離とに基づいて、前記制御部の前記パラメータ取得用制御による前記駆動装置の駆動量を補正する補正部と、を備える、パラメータ取得装置。 A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
a displacement calculation unit that calculates one or both of an in-plane displacement and an out-of-plane displacement of the measurement point based on the obtained displacement amount and a parameter obtained in advance,
a movable part on which the camera is mounted and which is movable in a predetermined direction;
A drive device that moves the movable part in the predetermined direction;
a control unit that performs parameter acquisition control on the drive device to move the movable unit in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition,
a displacement amount relating to the measurement point before and after the parameter acquisition control is obtained by the camera and the data processing unit;
a parameter calculation unit that calculates the parameter based on the displacement amount and a control distance for acquiring the parameter;
a distance measuring sensor that measures a distance actually moved by the movable part under an inspection control when the inspection control is performed on the driving device to move the movable part by a control distance for inspection in the predetermined direction; and
A parameter acquisition device comprising: a correction unit that corrects a drive amount of the drive device under the parameter acquisition control of the control unit based on a movement distance measured by the distance measuring sensor and a control distance for inspection.
前記指標値算出部が出力した前記指標値が許容範囲内であるかどうかを判断し、当該判断の結果が否定である場合には、当該結果を出力する判断部を備え、
前記判断部による前記判断の結果が否定である場合に、前記補正部は、前記検査用の制御距離と前記距離計測センサが計測した移動距離に基づいて、前記駆動量を補正する、請求項3に記載のパラメータ取得装置。 an index value calculation unit that calculates an index value indicating a difference between the moving distance measured by the distance measuring sensor and the control distance for inspection, and outputs the calculated index value;
a determination unit that determines whether the index value output by the index value calculation unit is within an allowable range and outputs the result when the result of the determination is negative;
4. The parameter acquisition device according to claim 3, wherein when the result of the determination by the determination unit is negative, the correction unit corrects the drive amount based on the inspection control distance and the movement distance measured by the distance measuring sensor.
前記変位算出部は、前記データ処理部が求めた前記面内変位及び前記面外変位と、前記パラメータとに基づいて、補正後の前記面内変位と前記面外変位の一方又は両方を算出する、請求項1~7のいずれか一項に記載のパラメータ取得装置。 the data processing unit obtains, as the displacement amount, the in-plane displacement and the out-of-plane displacement before correction;
The parameter acquisition device according to any one of claims 1 to 7, wherein the displacement calculation unit calculates one or both of the in-plane displacement and the out-of-plane displacement after correction based on the in-plane displacement and the out- of -plane displacement obtained by the data processing unit and the parameters.
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて前記計測点の面外変位を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に設けられるパラメータ取得装置であって、
前記カメラが設置され所定方向に移動可能な可動部と、
前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置と、
前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を前記駆動装置に対して行う制御部と、を備え、
前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量が前記カメラと前記データ処理部により求められ、
当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて前記パラメータを求めるパラメータ算出部と、
前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記駆動装置に対して行った場合に、当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を計測する距離計測センサと、
前記距離計測センサが計測した移動距離と、前記検査用の制御距離との違いを示す指標値を求め、求めた指標値を出力する指標値算出部と、を備え、
前記変位取得装置は、前記可動部に設けられた投影装置を備え、該投影装置は、前記対象表面の前記模様を投影し、
前記データ処理部は、前記変位量として、前記模様に関する位相変化量を求め、
前記パラメータは、前記投影装置および前記カメラと前記対象表面との距離の変化量と、当該距離の変化による前記計測点での前記模様に関する位相変化量を表わす値との比率であり、
前記変位算出部は、前記データ処理部が求めた前記位相変化量と、前記比率とに基づいて、面外変位を算出する、パラメータ取得装置。 A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
a displacement calculation unit that calculates an out-of-plane displacement of the measurement point based on the obtained displacement amount and a parameter obtained in advance,
a movable part on which the camera is mounted and which is movable in a predetermined direction;
A drive device that moves the movable part in the predetermined direction;
a control unit that performs parameter acquisition control on the drive device to move the movable unit in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition,
a displacement amount relating to the measurement point before and after the parameter acquisition control is obtained by the camera and the data processing unit;
a parameter calculation unit that calculates the parameter based on the displacement amount and a control distance for acquiring the parameter;
a distance measuring sensor that measures a distance actually moved by the movable part under an inspection control when the inspection control is performed on the driving device to move the movable part by a control distance for inspection in the predetermined direction; and
an index value calculation unit that calculates an index value indicating a difference between the moving distance measured by the distance measuring sensor and the control distance for inspection, and outputs the calculated index value;
The displacement acquisition device includes a projection device provided on the movable part, the projection device projects the pattern on the target surface,
the data processing unit determines a phase change amount related to the pattern as the amount of displacement;
the parameter is a ratio between an amount of change in distance between the projection device and the camera and the target surface and a value representing an amount of phase change in the pattern at the measurement point due to the change in distance;
The displacement calculation unit calculates an out-of-plane displacement based on the amount of phase change obtained by the data processing unit and the ratio.
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて、前記対象表面に沿った方向の前記計測点の面内変位と、前記対象表面と直交する方向の前記計測点の面外変位の一方または両方を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に対するパラメータ取得方法であって、
前記カメラの光軸方向、または当該光軸方向に直交する方向を所定方向として、前記パラメータは、前記所定方向における前記カメラの前記対象表面に対する位置変化に対する前記面内変位と前記面外変位の一方または両方の変動率であり、
(A)前記カメラが設置され前記所定方向に移動可能な可動部と、前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置とを設け、
(B)前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を制御部により前記駆動装置に対して行い、
(C)前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量を、前記カメラと前記データ処理部により求め、
(D)当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて、パラメータ算出部により前記パラメータを求め、
(E)前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記制御部により前記駆動装置に対して行い、
(F)当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を距離計測センサにより計測し、
(G)前記検査用の制御距離と前記距離計測センサが計測した移動距離に基づいて、補正部により、前記パラメータを補正する、パラメータ取得方法。 A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
A parameter acquisition method for a displacement acquisition device including a displacement calculation unit that calculates one or both of an in-plane displacement of the measurement point in a direction along the target surface and an out-of-plane displacement of the measurement point in a direction perpendicular to the target surface based on an acquired displacement amount and a previously acquired parameter, the method comprising:
a direction of an optical axis of the camera or a direction perpendicular to the optical axis direction is defined as a predetermined direction, and the parameter is a rate of variation of one or both of the in-plane displacement and the out-of-plane displacement with respect to a position change of the camera with respect to the target surface in the predetermined direction;
(A) providing a movable section on which the camera is mounted and which is movable in the predetermined direction, and a drive device that moves the movable section in the predetermined direction;
(B) performing parameter acquisition control on the drive device by a control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition;
(C) determining a displacement amount of the measurement point before and after the parameter acquisition control by the camera and the data processing unit;
(D) calculating the parameter by a parameter calculation unit based on the displacement amount and a control distance for obtaining the parameter;
(E) performing an inspection control on the drive device by the control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for inspection;
(F) measuring the distance that the movable part has actually moved by the inspection control using a distance measuring sensor;
(G) A parameter acquisition method, comprising: correcting the parameters by a correction unit based on the inspection control distance and the movement distance measured by the distance measuring sensor.
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて前記計測点の面内変位と面外変位の一方または両方を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に対するパラメータ取得方法であって、
(A)前記カメラが設置され所定方向に移動可能な可動部と、前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置とを設け、
(B)前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を制御部により前記駆動装置に対して行い、
(C)前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する変位量を、前記カメラと前記データ処理部により求め、
(D)当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて、パラメータ算出部により前記パラメータを求め、
(E)前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記制御部により前記駆動装置に対して行い、
(F)当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を距離計測センサにより計測し、
(G)前記距離計測センサが計測した移動距離と、前記検査用の制御距離とに基づいて、補正部により、前記制御部の前記パラメータ取得用制御による前記駆動装置の駆動量を補正する、パラメータ取得方法。 A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
a displacement calculation unit that calculates one or both of an in-plane displacement and an out-of-plane displacement of the measurement point based on the obtained displacement amount and a parameter obtained in advance,
(A) providing a movable part on which the camera is installed and which is movable in a predetermined direction, and a drive device that moves the movable part in the predetermined direction;
(B) performing parameter acquisition control on the drive device by a control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition;
(C) determining a displacement amount of the measurement point before and after the parameter acquisition control by the camera and the data processing unit;
(D) calculating the parameter by a parameter calculation unit based on the displacement amount and a control distance for obtaining the parameter;
(E) performing an inspection control on the drive device by the control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for inspection;
(F) measuring the distance that the movable part has actually moved by the inspection control using a distance measuring sensor;
(G) A parameter acquisition method in which a correction unit corrects the drive amount of the drive device by the parameter acquisition control of the control unit based on the movement distance measured by the distance measuring sensor and the control distance for inspection.
前記画像データに基づいてサンプリングモアレ法により前記対象表面上の計測点に関する変位量を求めるデータ処理部と、
求めた変位量と予め求めたパラメータとに基づいて前記計測点の面外変位を算出する変位算出部と、を備える変位取得装置に対するパラメータ取得方法であって、
(A)前記カメラが設置され所定方向に移動可能な可動部と、前記可動部を前記所定方向に移動させる駆動装置とを設けるとともに、前記対象表面の前記模様を投影する投影装置を前記可動部に設け、
(B)前記可動部を前記所定方向にパラメータ取得用の制御距離だけ移動させるパラメータ取得用制御を制御部により前記駆動装置に対して行い、
(C)前記パラメータ取得用制御の前後での前記計測点に関する前記変位量を、前記カメラと前記データ処理部により求め、
(D)当該変位量と前記パラメータ取得用の制御距離とに基づいて、パラメータ算出部により前記パラメータを求め、
(E)前記可動部を検査用の制御距離だけ前記所定方向に移動させる検査用制御を前記制御部により前記駆動装置に対して行い、
(F)当該検査用制御により前記可動部が実際に移動した距離を距離計測センサにより計測し、
前記パラメータは、前記投影装置および前記カメラと前記対象表面との距離の変化量と、当該距離の変化による前記計測点での前記模様に関する位相変化量を表わす値との比率であり、前記計測点に関する前記変位量は、前記模様に関する位相変化量であり、
前記変位算出部は、前記データ処理部が求めた前記位相変化量と、前記比率とに基づいて、面外変位を算出する、パラメータ取得方法。 A camera that captures an image of a regular pattern on a target surface of an object to generate image data;
a data processing unit that calculates a displacement amount for a measurement point on the target surface by a sampling moiré method based on the image data;
a displacement calculation unit that calculates an out-of-plane displacement of the measurement point based on the obtained displacement amount and a parameter obtained in advance,
(A) providing a movable part on which the camera is installed and which is movable in a predetermined direction, and a driving device for moving the movable part in the predetermined direction, and providing a projection device for projecting the pattern on the target surface on the movable part;
(B) performing parameter acquisition control on the drive device by a control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for parameter acquisition;
(C) determining the displacement amount with respect to the measurement point before and after the parameter acquisition control by the camera and the data processing unit;
(D) calculating the parameter by a parameter calculation unit based on the displacement amount and a control distance for obtaining the parameter;
(E) performing an inspection control on the drive device by the control unit to move the movable part in the predetermined direction by a control distance for inspection;
(F) measuring the distance that the movable part has actually moved by the inspection control using a distance measuring sensor;
the parameter is a ratio between an amount of change in distance between the projection device and the camera and the target surface and a value representing an amount of phase change in the pattern at the measurement point due to the change in distance, the amount of displacement in the measurement point is an amount of phase change in the pattern,
The parameter acquisition method, wherein the displacement calculation unit calculates an out-of-plane displacement based on the amount of phase change obtained by the data processing unit and the ratio.
前記(B)と前記(E)とは、前記可動部を前記所定方向に前記共通制御距離だけ移動させる前記共通の制御を、前記制御部により前記駆動装置に対して、前記検査用制御および前記パラメータ取得用制御として行う共通のステップであり、
前記(C)では、前記共通の制御の前後での前記計測点に関する前記変位量を、前記カメラと前記データ処理部により求め、
前記(D)では、当該変位量と前記共通制御距離とに基づいて、前記パラメータ算出部により前記パラメータを求め、
前記(F)では、前記共通の制御により前記可動部が実際に移動した前記距離を前記距離計測センサにより計測する、請求項10~12のいずれか一項に記載のパラメータ取得方法。 The control for inspection is a common control that is the same as the control for parameter acquisition, and the control distance for inspection is a common control distance that is the same as the control distance for parameter acquisition,
The steps (B) and (E) are common steps in which the common control for moving the movable part by the common control distance in the predetermined direction is performed by the control part on the driving device as the inspection control and the parameter acquisition control,
In the step (C), the displacement amount regarding the measurement point before and after the common control is obtained by the camera and the data processing unit;
In the step (D), the parameter calculation unit calculates the parameter based on the displacement amount and the common control distance;
The parameter acquisition method according to any one of claims 10 to 12, wherein in (F), the distance actually moved by the movable part under the common control is measured by the distance measurement sensor .
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