JPH0612252B2

JPH0612252B2 - 三次元形状の自動測定方法

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Publication number: JPH0612252B2
Application number: JP59052226A
Authority: JP
Inventors: 友彦芥田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-21
Filing date: 1984-03-21
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2009-02-16
Also published as: JPS60196608A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は高速性と高精度を両立させた三次元形状の自動
測定方法に関する。

従来、三次元形状を正確に測定するには触針式測定機が
実用に供せられている例が多く、分解能１μｍ程度の高
精度が得られるが、接触方式のためにコンピュータと連
動させても複雑な形状や大形対象物の全面測定にはきわ
めて長時間を必要とする。一方、光学的な非接触方式の
ものとしては、光切断、焦点合せ、三角測量、稜線測定
などの幾何光学的な諸方式が試験的に試みられている
が、高速度で走査して測定できる方式のものは精度が悪
く、高精度のものは、言はば光学的な触針法となるの
で、測定速度が接触式と同様に遅い。波動光学的な光波
干渉法、モアレトポグラフィ法、ホログラフィ法などは
実験室内での高精度の測定には適するが、装置が複雑、
高価でかつ操作上困難であったり、温度、湿度、振動、
雰囲気などの影響を受け易く、一般的には工業的な測定
には適さない。

以上のように現状では、高精度と高速の性能が両立して
いる工業的な三次元形状の測定方法の例は未だ見当ら
ず、また従来の方法では測定面を走査するには二次元送
りステージや回転テーブルによっているので、対象物を
大形化することは経済的にも物理的にも制限されて極め
て困難である。

本発明は、三次元形状の自動測定において、光学装置に
コンピュータを組合わせて使用し、対象物の設置テーブ
ルと４５゜以下の角度をなす斜上方に固定した投光器よ
り光ビームを投射し、対象物表面にて拡散反射した投光
スポツトを対象物の高さ測定方向である鉛直上方より受
光レンズを介して結像し、該結像の水平方向変位量を光
電センサにより検出する光切断法にて対象物の高さを離
散的に検出し、コンピュータによって対象物の断面形状
の曲率急変点を検知して、曲率急変点近傍の断面高さを
特に入念に検出することによって、高精度と高速度測定
の性能を兼ね備え、かつ大形の対象物にも適用される工
業的三次元形状の測定方法を提供することを目的として
いる。

本発明に係わる三次元形状の自動測定方法の実施例を図
面を参照して説明する。

第１図は二次元送りステージ（以下Ｘ−Ｙステージと称
する）を使用した１実施例の説明図で、同図（ａ）は対
象物をＹ座標方向より見た機器配置を示す図、同図
（ｂ）はＸ−Ｙステージ上の対象物の平面図、同図
（ｃ）は対象物およびＸ−Ｙステージ上への光ビームの
投光スポットの軌跡を示す拡大説明図である。１は三次
元形状を測定すべき対象物である。第１図では二つの自
由曲面と平面である底面とから構成される例を示した
が、一般に平面または曲面の集まりから構成される任意
の形状であってもよい。１′は底面と上部曲面との交線
である輪郭線、１″は二つの曲面の交線をなす稜線であ
る。２はステップモータまたはサーボモータ（図示せ
ず）などによって送りねぢ機構等を介して駆動される公
知のＸ−Ｙステージであり、固定された架台（図示せ
ず）に対してＸ−Ｙステージ２がＸまたはＹ方向にステ
ップ送りされ、その各方向の送り量の信号が出力され
る。３はレーザや発光ダイホードなどにより細い光ビー
ム４を発生する投光器で架台（図示せず）に固定されて
いる。５は光ビーム４のＹ方向走査による対象物１の表
面またはＸ−Ｙステージ上への投光スポットの軌跡、
５′はＹ方向の粗いステップ送りによる各ステップの投
光スポット、５″は同細かいステップ送りによる各ステ
ップの投光スポット、６は投光スポットのＸ方向の位置
を検出する光電位置検出器であって架台（図示せず）に
固定されている。７は光電位置検出器６の対物レンズ、
８は対物レンズ７による投光スポットのＸ方向の光学像
位置を検出するための、例えば一次元フォトダイオード
アレイやＣＣＤなどの一次元ディジタルアレイの光電セ
ンサである。なお、Ｐ_i は光ビーム４の投光スポット、
Ｐ_o は各Ｙ方向走査の始点であるＸ−Ｙステージ２上へ
の投光スポットを示す。投光器３と光電位置検出器６と
はそれぞれ架台に固定されているから、Ｘ−Ｙステージ
２のＹ方向の走査を行なってもＸ−Ｙステージ２と共に
対象物１が移動するのみで、投光スポットＰ_i のＹ方向
の位置は一定である。したがって、光電位置検出器６は
投光スポットＰ_i のＸ方向のみの位置を検出するもので
あり、光電センサ８は一次元の検出素子でよい。９はコ
ンピュータで、光電センサ８とＸ−Ｙステージ２とから
の信号および各種設定値等を入力し、各種の演算処理と
Ｘ−Ｙステージ２を制御する動作を行なう。９′はコン
ピユータ９の一部である記憶部であり、対物１の表面の
各点の三次元座標値その他を記憶する。１０は記憶部
９′に記憶された内容を数値または立体図形で表示する
ための。例えばＣＲＴ方式の表示器であり、１１は記憶
部９′の内容を表示・記録するためのプロッタ・プリン
タ等の記録器である。

次に本実施例の動作を説明する。

Ｘ−Ｙステージ２上に対象物１を設置し、投光器３を点
灯して、レーザなどの細い光ビームをＸ−Ｙステージ２
の上面と４５゜以下の角度θをもって投光する。この際
に第１図（ｂ）に示すようにＸ−Ｙステージ２上の最初
の投光スポットの位置Ｑ_o をＸ，Ｙ座標の原点０とし、
この位置からＸ−Ｙステージ２をＹ方向に送り、粗い例
えば１mmのステップで高速にて走査し、Ｙ方向の全幅の
走査を終るとＸ−Ｙステージ２をＸ座標方向と逆に移動
させてＸ方向に１ステップ送り、次に図示するようにＹ
方向に逆向きに走査し、同様の矩形波状走査を続ける。
この場合にＸ方向の走査はステップ送りをせずに連続送
りとして矩形波状走査ではなく鋸歯波状走査としたり、
または逆向きの走査は全幅を一気に戻し、テレビジョン
方式の帰線消去方式としてもよい。投光スポットを一般
的にＰ_i （ｉ＝０，１，２，・・・）と表わすとＰ_i の
Ｘ方向位置は光電位置検出器６で検出される。Ｘ−Ｙス
テージ２のＸ方向の送りステップの原点からの値をx_om
とすると、光ビーム４が当初Ｘ−Ｙステージ２の上面の
みを走査して対象物１に投射していない間は、投光スポ
ットの位置Ｐ_o と各直交座標値x_j ，y_k ，z_l は次のよ
うに表わされる。

x_j ＝x_om y_k ＝０，１，２，３，・・・ z_l ＝０Ｙ方向の走査がＸ方向に進行すると、遂に光ビーム４が
対象物１に投射するようになるが、その際の状態を一般
的に第１図（ａ）に示してある。そして、Ｙ方向の各走
査による対象物１への投光スポットの始点位置Ｐ_o （以
下単に始点位置と称す）と対象物１への投光スポットＰ
_i とはそれぞれ光電位置検出器６によって検出される。
これらの検出値をコンピユータ９に入力して、該始点位
置Ｐ_o と投光スポットＰ_i とのＸ方向の投影距離（以
下、「距離」という。）l_iを算出する。すなはち該距離
l_i は光切断法によって対象物１の断面の高さであるＺ
座標値がＸ方向に変換されたものであり、投光スポット
Ｐ_i の各直交座標値x_j，y_k，z_lは次のように表わされ
る。

もしθ＝４５゜なら，z_l ＝l_i となり、θ＜45゜ではＺ
_ｌ＜l_iとなり、対象物高さＺ_ｌは光点の水平方向距離l_i
として常に拡大変換される。

したがって、Ｙ方向の全幅の走査を終ると、次にＸ方向
に１ステップ送って同様のＹ方向高速走査を繰返し、対
象物１の全表面の投光スポットＰ_i の直交座標値が高速
度で（１）式に基づいてコンピユータ９によって算出さ
れ、これらの値は記憶部９′に記憶される。ただし、投
光角度θによっては対象物１の表面に陰になって投光で
きない部分を生ずることがあるが、この場合には対象物
１を１８０゜回転するか、または投光器３をさらに１台
１８０゜逆向きの方向に設置して対象物１の全表面を隈
なく走査するようにする。

次に、対象物１の輪郭線１′と、稜線１″の自動検知機
能について説明する。

上述したＹ方向の粗いステップ、例えば１mmの高速走査
において、各ステップ毎に算出される投光スポットＰ_i
と始点位置Ｐ_o とのＸ方向の距離l_iを利用して、さらに
各ステップ毎にコンピユータ９によって次の演算を行な
う。

（２）式によって算出される△l_iの値はＹ方向ステップ
に対するl_i の差分値であり、l_i は（１）式より対象物
１断面のＺ方向高さに比例するから、△l_iの値は各投光
スポットＰ_i におけるＹ−Ｚ断面形状の勾配を表してい
る。△²l_iは同様にl_iの２階差分値であるから、各投光
スポットＰ_i におけるＹ−Ｚ断面形状の勾配変化率を表
わす。この△²l_iの値を、外部からコンピユータ９に任
意の値で入力できるようにした設定値ｒと比較して、Ｘ
−Ｙステージ２のＹ方向走査を、次のように駆動モータ
たるステップモータまたはサーボモータによって制御す
る。

（イ）｜△²l_i｜−ｒ＜０の場合は、勾配変化率が設定
値よりも小さいことを表すので、次のＹ方向の粗いステ
ップ、例えば１mmの高速走査を続行する。

（ロ）｜△²l_i｜−ｒ≧０の場合は、当該投光スポット
Ｐ_i が含まれる粗いステップの走査区間に勾配変化率の
大きい曲率急変点、すなわち、輪郭線１′か稜線１″の
あることを示すので、まづ、駆動モータを逆回転させて
Ｙ方向の粗いステップ走査を１ステップ分だけ逆方向に
後退した後に、Ｙ方向を細かいステップ、例えば０．１
mm，０．０１mmなどのステップで精密走査し、この場合
も各投光スポットＰ_i の（１）式で計算される各直交座
標値を記憶部９′に記憶させる。この精密走査区間での
投光スポットＰ_i と始点位置Ｐ_o とのＸ方向の距離を投
影距離l_fi（ｉ＝０，１，２，・・・）と表わし、このl
_fiの値を用いて前と同様にコンピュータ９によって次の
演算を行なう。

（３）式によって算出される２階差分値△²l_fiは、Ｙ−
Ｚ断面形状の勾配変化率を（２）式の場合よりもさらに
微細な範囲で表わす。

この△²l_fiの値を外部から可変設定する設定値r_fと比較
して、前と同様にコンピユータ９によってＹ方向走査を
次のように制御する。

（ハ）｜△²l_fi ｜−r_f ＜０の場合は、Ｙ方向の細かい
ステップ、例えば０．１mmの走査を続ける。

（ニ）｜△²l_fi ｜−r_f ≧０の場合は、この細かいステ
ップ区間に曲率急変点、すなわち輪郭線か稜線のあるこ
とを示すので、そのときの（１）式で計算される投光ス
ポットＰ_i の各直交座標値に加えて曲率急変点であるこ
とを記憶部９′に記憶させる。そして、｜△²l_fi｜−r_f
＜０に戻ったら（ハ）項と同様の細かいステップ走査を
続行する。細かいステップ走査の全合計長が、ちょうど
粗いステップの１ステップ分に達したら、細かいステッ
プ送りを終了して、再び粗いステップの高速走査に戻
る。上述の動作はＸ方向の各ステップ毎のＹ方向走査に
ついて行なわれるので、対象物１の全表面にわたって輪
郭線１′と稜線１″の自動検知が行なわれることとな
る。

以上は、第１図に示すＸ−Ｙステージ２を図外のステッ
プモータまたはサーボモータによってデジタル送りし、
各ステップの投光スポットＰ_i と始点位置Ｐ_o とのＸ方
向の距離l_i を離散的に検出する場合について説明し、
光切断法によって走査・検出された対象物１のＹ−Ｚ断
面曲線をＹ方向に微分する代りにデジタル的に２階差分
を行なうことにより断面曲線の勾配変化点、すなわち対
象物１の輪郭線１′または稜線１″を自動検知する機能
を述べた。この場合には対象物１は、その稜線１″がな
るべく第１図のＸ軸方向に平行かまたはこれと鋭角をな
すような姿勢でＸ−Ｙステージ２上に設置されるのが自
動検知上から好ましい。

以上のようにして、Ｘ−Ｙステージ２の二次元送りによ
り対象物１の全表面を光ビーム４で走査し、通常は、粗
いステップで表面上の各点の直交座標値が、Ｙ−Ｚ断面
曲線の曲率急変点すなはち輪郭線１′または稜線１″付
近は、細かいステップで同様に各点の直交座標値が、そ
れぞれ記憶部９′に記憶される。これらの記憶された各
Ｘ，Ｙ，Ｚ座標値をコンピユータ９を利用して必要な処
理を施した後にＣＲＴ表示器１０に必要とする各点の三
次元座数値または等高線、透視図または輪郭稜線図など
の立体グラフィック表示をし、または必要に応じて記録
器１１にプロットまたはプリントアウトする。なお、対
象物１の表面形状の特性を調べるため等の必要に応じ
て、各点のＸ，Ｙ，Ｚ座標値のほかに（２）式または
（３）式で示される各点の断面高さの１階または２階の
差分値あるいは１次または２次の微分値をも記憶部９′
に貯えておき、これらの等高線表示することによって、
対象物１の表面曲線の等勾配曲線や等勾配変化率曲線な
ども表示・記録しうる。また、ＣＲＴ表示器１０と記録
器１１の公知の立体図表示機能を利用して、例えば輪郭
線・稜線等の曲率急変点近傍などを必要に応じて拡大表
示したり、表示図形の回転・記録などもできることは言
うまでもない。

本実施例にあっては、上述の説明のように、Ｘ−Ｙステ
ージを利用する光切断による形状測定方式において、Ｙ
−Ｚ断面曲線の形状がゆるやかで勾配変化の少ない部分
では粗いステップで高速の走査を行ない、勾配変化の大
きい輪郭や稜線部を自動検知して、この付近のみを細か
いステップで精密走査する、言はばズーム検出機能をも
たせることにより、対象物の全表面に亘って三次元形状
を高速かつ精密に自動測定するものである。

次に光ビームを対象物１に対してＹ方向に移動させると
きに、上記実施例の技術的思想を適用した場合を第２図
を参照して説明する。第２図は一方向のみの送りステー
ジによりＸ方向走査を行ない、Ｙ方向はレーザなどの光
ビームをステップモータまたはサーボモータを使用して
対象物に相対移動させることによって本実施例よりもＹ
方向の走査速度を高め、したがって全測定時間をさらに
大幅に短縮するときの説明図であり、第２図（ａ）は−
部を透視図で示した機器配置図であり、第２図（ｂ）は
動作説明図で、第１図（ａ）と同一符号は同一部分を示
し、同一機能をもつものである。１２は一方向（Ｘ方
向）のみの送りステージで、Ｙ方向走査が一回終る毎に
Ｘ方向に１ステップ送るもので、ステップモータによる
ディジタル送りまたはサーボモータや直流モータによる
連続送りであってもよい（以下Ｘステージと称する）。
１３は光ビーム４を回転走査させるための回転鏡であ
り、図上では６面鏡によって１回転に６回のＹ方向走査
を行なうようになっているが、再現性を向上するために
多面鏡と限らず１回転に１回だけ走査するような構造の
ものでもよい。１４は回転鏡１３をステップ駆動させる
ための駆動モータで、ステップモータまたはサーボモー
タである。１５は一定の微小な回転角毎にパルスを発生
するロータリエンコーダであり、駆動モータ１４によっ
て回転鏡１３と同期して回転されるが、駆動モータ１４
がステップモータの場合はモータのステップパルスを代
用してロータリエンコーダを省略することもできる。１
６は回転鏡１３によって回転走査された光ビーム４をＸ
ステージ１２の上面に対し常に一定角度をもってＹ方向
に揃えて走査し、投光スポットＰ_i の軌跡５が直線状と
なるようにするための抛物円筒面状の平行走査鏡であ
る。６は第１図（ａ）と同様な光電位置検出器である
が、この場合はＹ方向には対象物１が固定されていて光
ビーム４がＹ方向に走向に走査されるため、投光スポッ
トＰ_i のＹ方向位置が移動することとなる。光電位置検
出器６は投光スポットＰ_i のＸ方向の位置のみを検出す
るためのものであるから、この場合には光電センサ８と
して、二次元の光電変換素子を使用してそのＸ方向検出
値のみを取出すこともできるが、本出願人の出願になる
特願昭５８−１８６００６号「物体の座標投影成分の測
定方法」公報に記載の円筒レンズを光学系に適用するこ
とによって、光電センサ８として一次元の光電センサを
使用して測定精度を向上できる。

次に上記の構成例の動作を説明する。Ｙ方向の光ビーム
４の走査がＸステージ１２の表面上を一定間隔のステッ
プ送りとなるように駆動モータ１４を動作させれば、本
実施例の場合にＹ方向送りの信号がＸ−Ｙステージ２か
ら発せられた代りにロータリエンコーダ１５から発せら
れるだけの違いで、基本的には全く同様の動作が実施で
きる。駆動モータ１４が一定回転角のステップモータま
たはサーボモータであっても、もし回転鏡１３の一回走
査当りの回転角を大きくとるように設計すると、投光ス
ポットＰ_i のＸステージ１２の表面上でのＹ方向の走査
軌跡５は必ずしも一定間隔ステップ送りとならず、不等
間隔または不等速度（以下これを非線形と称する）の走
査を行なうようになる。この非線形走査はＹ座標値測定
上の誤差となるので、これを補正して誤差を消去するた
めに、あらかじめ第２図（ｂ）に示すような較正動作を
行なっておく。すなはち、図中（イ）は、駆動モータ１
４にステップモータを使用した場合の回転鏡１３の一定
回転角ごとの各ステップ送りを表わし、この回転角はロ
ータリエンコーダ１５によって各走査毎に始点位置Ａ_S
からの値が読取られ、該読取り値をn₀ ，n₁ ，n₂ ，・
・・・とし、一般にn_i と表わす。同図中（ロ）は、回
転走査された光ビーム４が平行走査鏡１６によって平行
走査され、Ｘステージ１２に対象物１がない場合のそれ
の表面上での投光スポットのＹ方向位置を示し、Ｐ
₀₀ ，Ｐ₀₁ ，Ｐ₀₂ ，・・・・とし、一般にＰ_oi と表わ
す。該Ｐ_oi の値は、光電位置検出器６を通常のＸ方向
の位置検出の状態からＸ座標方向に対して９０゜回転し
て設置することによって、Ｙ方向の投光スポットの位置
としてＰ_oi が測定される。同図中の（ハ）はこのＰ_oi
の測定値をm₀ ，m₁ ，m₂ ，・・・・とし一般にm_i と表
わす。Ｙ方向の投光スポットの位置Ｐ_oi の別の測定法
として、Ｘステージ１２上に直接投光スポットを検出す
る例えばリニヤエンコーダなどの光電検出素子をＹ方向
に設置して測定するか、または一定間隔に微細な反射性
の細線を並べた反射素子をＹ方向に設置して投光スポッ
トの反射光を光電位置検出器６または別に設ける対物レ
ンズと光ダイオードなどに光電検出器（図示せず）によ
って検出し、検出光電パルスを計数する方法によっても
Ｐ_oi が測定される。以上のような方法によって第２図
（ｂ）に示すn_i 値に対するＰ_oi 値の真の値m_i 値が得
られるので、これらの対比関係をコンピユータ９に入力
しておいてＹ方向座標値を補正演算する。また、別法と
して、回転鏡１３による光ビーム４の回転半径と平行走
査鏡１６との光学系の諸数値を用い、あらかじめ数式に
よって投光スポットの不等間隔または不等速度の非線形
成分の補正値を算出しておき、この補正値をコンピュー
タ９に入力しておいて検出値を演算補正してもよい。以
上の処理によって補正されたＹ方向座標値をy_k′と表わ
すと、第２図（ａ）に示す対象物１の投光スポットＰ_i
の各直交座標値は（１）式のy_k の代りにy_k′を用いて
表わされる。また、対象物１の輪郭線と稜線との自動検
知機能については、本実施例の場合と全く同様に実施す
る。即ち、Ｙ方向の走査の各ステツプ毎に、(2)式の演
算を行うことによつて勾配変化率を求め、その値が設定
値γを超えた場合には、まづＹ方向の走査を、１ステッ
プ分だけ駆動モータ１４たるステップモータまたはサー
ボモータを逆回転させることによつて、逆方向に後退さ
せた後に、細かいステツプでＹ方向に精密走査し、勾配
変化率演算を行うことにより、細かいステツプにおける
曲率急変点を求め、以上の細かいステツプ走査が粗い１
ステツプ分に達したら細かいステツプ送りを終了して、
再び粗いステツプの高速走査に戻ることによつて、輪郭
線と稜線との精密な自動検知が行なわれる。

なお、この実施例においても、第１実施例と同様に、対
象物１はその稜線１″がＸ軸方向に平行かまたはこれと
鋭角をなすことが好ましく、また光ビームの投射角θに
よっては対象物１の表面に陰になって投光できない部分
を生ずることがある場合には、対象物１を１８０゜回転
するか、または投光器３をさらに１台１８０゜逆向きの
方向に設置して、対象物１の全表面を隈なく走査するよ
うにすることは勿論である。

本発明になる三次元形状の自動測定方法は、１．Ｘ，
Ｙ，Ｚを三次元直交座標として、対象の設置テーブルと
４５゜以下の角度をなす斜上方に固定した投光器より光
ビームを投射し、対象物表面にて拡散反射した投光スポ
ットを対象物の高さ測定方向である鉛直上より受光レン
ズを介して結像し、該結像の水平方向変位量を光電セン
サにより検出する光切断法にて対象物の高さを離散的に
検出する際に、光ビームと対象物との相対移動にステツ
プモータまたはサーボモータを使用し、（イ）光ビーム走査方向たるＹ座標に対して粗いステツ
プで高速走査し、各ステップに対する対象物への光ビー
ムの投光スポツトのＸ座標方向の変位を光電センサによ
つて投影距離として検出し、該投影距離から光ビームの
投射角に基づいてＺ座標値を求め、設置テーブルのＸ座
標方向の送り量から該投影距離を差引いてＸ座標値を求
め、設置テーブルのＹ座標方向の送り量からＹ座標値を
求め各ステップにおけるＸ，Ｙ，Ｚ座標値をコンピュー
タの記憶部に記憶し、（ロ）該投影距離を検出しつつ、これをＹ方向に対して
デイジタル的に２階差分し、該２階差分値をあらかじめ
設定した値と比較してＹ方向に対する断面形状の曲率急
変点の有無を検知し、（ハ）曲率急変点の検知に基づいて、一旦Ｙ進行方向と
逆方向に粗い１ステップ分だけ後退した後に、Ｙ進行方
向に細かいステップで精密走査し、（ニ）細かいステップでの精密走査中もＸ，Ｙ，Ｚ座標
値を求めつつ（ロ）項の演算による断面形状の曲率急変
点を検知し、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標値及び該曲率急変点を記憶
部に記憶し、（ホ）前記精密走査完了後に粗いステップによる高速走
査に戻り、（ヘ）Ｙ座標方向の走査完了後にＸ座標方向に１ステッ
プ送って次ぎのＹ座標方向の走査を行なう、前記（イ），（ロ），（ハ），（ニ），（ホ），及び
（ヘ）項を順次にくりかえし行なって対象物の形状を求
める方法であり、また、光電センサを一次元デジタルア
レイ光電センサとするものである。

したがって、対象物の断面形状変化が最も大きい曲率急
変点近傍の断面高さや高精度に測定でき、その他の部分
は高速測定される。

また、コンピュータの記憶部にＣＲＴ表示器、記録器が
容易に接続できて、対象物の形状を数値または立体グラ
フィック表示あるいは印字・図形記録などがなされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係わる１実施例の説明図であり、第
１図（ａ）は、対象物をＹ座標方向より見た機器配置
図、第１図（ｂ）は、Ｘ−Ｙステージの対象物の平面
図、第１図（ｃ）は、対象物およびＸ−Ｙステージ上へ
の光ビームの投光スポットの軌跡を示す拡大説明図、第
２図は、光ビームを移動させる例の説明図であり、第２
図（ａ）は、一部を透視図で示した機器配置図、第２図
（ｂ）は、動作説明図である。１：対象物１′：（変曲点を含む）輪郭線１″：（変曲点を含む）稜線２：Ｘ−Ｙステージ３：投光器４：光ビーム５：投光スポットの軌跡５′：粗いステップ送りによる投光スポット５″：細かいステップ送りによる投光スポット５ａ：扇形軌跡６：光電位置検出器８：光電センサ９：コンピユータ９′：記憶部１０：ＣＲＴ方式の表示器１１：記録器１２：（一方向送りの）Ｘステージ１３：回転鏡１５：ロータリエンコーダ１６：平行走査鏡

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ，Ｙ，Ｚを三次元直交座標として、対象
物の設置テーブルと４５゜以下の角度をなす斜上方に固
定した投光器より光ビームを投射し、対象物表面にて拡
散反射した投光スポツトを対象物の高さ測定方向である
鉛直上方より受光レンズを介して結像し、該結像の水平
方向変位量を光電センサにより検出する光切断法にて対
象物の高さを離散的に検出する際に、光ビームと対象物
との相対移動にステツプモータまたはサーボモータを使
用し、（イ）光ビーム走査方向たるＹ座標に対して粗いステツ
プで高速走査し、各ステツプに対する対象物への光ビー
ムの投光スポツトのＸ座標方向の変位を光電センサによ
つて投影距離として検出し、該投影距離から光ビームの
投射角に基づいてＺ座標値を求め、設置テーブルのＸ座
標方向の送り量から該投影距離を差引いてＸ座標値を求
め、設置テーブルのＹ座標方向の送り量からＹ座標値を
求め、各ステツプにおけるＸ，Ｙ，Ｚ座標値をコンピユ
ータの記憶部に記憶し、（ロ）該投影距離を検出しつつ、これをＹ方向に対して
デイジタル的に２階差分し、該２階差分値をあらかじめ
設定した値と比較してＹ方向に対する断面形状の曲率急
変点の有無を検知し、（ハ）曲率急変点の検知に基づいて、一旦Ｙ進行方向と
逆方向に粗い１ステツプ分だけ後退した後に、Ｙ進行方
向に細かいステツプで精密走査し、（ニ）細かいステツプでの精密走査中もＸ，Ｙ，Ｚ座標
値を求めつつ、（ロ）項の演算による断面形状の曲率急
変点を検知し、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標値及び該曲率急変点を記
憶部に記憶し、（ホ）前記精密走査完了後に粗いステツプによる高速走
査に戻り、（ヘ）Ｙ座標方向の走査完了後にＸ座標方向に１ステツ
プ送つて次のＹ座標方向の走査を行う、前記（イ）、（ロ）、（ハ）、（ニ）、（ホ）、及び
（ヘ）項を順次にくりかえし行つて対象物の形状を求め
ることを特徴とする三次元形状の自動測定方法。
【請求項２】光電センサを一次デイジタルアレイ光電セ
ンサとする特許請求の範囲第(1)項記載の三次元形状の
自動測定方法。