JPH1096611A

JPH1096611A - 形状測定装置

Info

Publication number: JPH1096611A
Application number: JP3037497A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Nanzaki; 光宏南崎; Masayuki Kato; 真幸加藤
Original assignee: N S D KK
Current assignee: N S D KK
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 1998-04-14

Abstract

(57)【要約】【課題】物体の表面形状の光信号データを高速かつ高
分解能に取得することを可能にし、被検体の連続測定を
高い精度で行うことを可能にした形状測定装置を提供す
る。【解決手段】形状測定装置１０は、レーザ光照射器１
２とラインカメラ１３を被検体Ｗの回転軸を含む平面Ｈ
1上に配置し、この平面Ｈ1にスリットレーザ光とその反
射光の軌道を一致させる。そして、測定面に投影される
スリット光の反射光を”線”の画像としてラインカメラ
１３に結像する。スリット光は、スリット長さ方向に光
強度分布が変化するように調整される。被検体Ｗを回転
させると、測定面の径方向の高さ変動にともなって反射
光の光強度分布波形に基準面の光強度波形からのズレ
（位相差、距離など）を生じる。この波形のズレに基づ
いて基準面からの測定面の高さの変動差を算出し、測定
面の三次元形状データを作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、形状測定装置に関
するもので、例えば、物体の表面の文字、変形、キズ等
の測定、検査に適用される非接触式の形状測定装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、物体の表面形状を測定する形状測
定装置としては、レーザ光の変位により物体表面の高さ
変動を計測するようにしたものがある。この種の形状測
定装置は、被検体に照射したレーザ光の反射光を一つの
輝点として受光部（ＣＣＤ、ＰＳＤ）で捉え、この輝点
の移動距離を測定面の高さの変動に換算するものであ
る。具体的には、図１５に示すように、形状測定装置１
は、光源２とラインカメラ３を、被検体Ｗの回転軸を含
む平面Ｈ0上に配置し、この平面Ｈ0にレーザ光と反射光
の軌道を一致させる。そして、測定面に投影されるレー
ザ光の反射光を一つの輝点の画像として受光部３に結像
する。被検体Ｗを回転させると、測定面の径方向の高さ
に変動にともなってレーザ光の反射位置が平面Ｈ0と測
定面との交線Ｌ0上を移動するため、この交線Ｌ0上の移
動距離を高さに換算することで、周方向の高さ変動が求
められる。測定ポイントの初期位置は、図１５Ａ〜Ｉに
示すように、一回転毎に軸方向にズラし、それぞれの位
置について周方向の高さ変動のデータを得る。各位置に
おける高さ変動のデータを組み合わせ、測定面の三次元
形状データを作成するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の形状測定装置では、測定面の高さ変動のデー
タを大量に得ようとすると、測定ポイントをわずかな間
隔でズラしながら、被検体を繰り返し回転させる必要が
ある。このため、測定面が広い場合などには、データの
取得に時間がかかり、迅速な形状測定が困難となる。ま
た、測定ポイントを一定間隔で移動させるために別途走
査機構を設けることが必要となり、走査機構の構造上、
分解能を十分に高めることが困難であった。

【０００４】これに対し、スリット型の光源とエリアＣ
ＣＤを使った光切断法により、物体の表面形状を一度に
計測可能にしたものがあるが、このような装置の場合、
測定速度はエリアＣＣＤの走査時間に依存することか
ら、高速に運動する物体形状を連続的に測定する場合に
は、測定面の動きにエリアカメラが追従できず、高速か
つ正確な測定が困難となる。

【０００５】そこで、本発明は、このような現状に鑑み
なされたもので、物体の表面形状の光信号データを高速
かつ高分解能に取得することを可能にし、被検体表面の
連続測定を高い精度で行うことを可能にした形状測定装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのために本発明の第１
発明による形状測定装置は、物体を所定の速度で一定方
向に移動させる駆動装置と、前記物体の表面にスリット
光を投影する光源であって、前記物体の移動方向に対し
て直交する平面に前記スリット光の軌道を一致させる光
源と、前記スリット光の光強度分布をスリット長さ方向
に変化させるフィルタと、前記物体の表面に投影される
前記スリット光の反射光を線画像として捉えるラインカ
メラであって、前記スリット光の軌道平面に前記反射光
の軌道を一致させるラインカメラと、前記反射光の光信
号を取り込み解析することにより、前記反射光の光強度
分布波形を求める画像処理装置と、前記光強度分布波形
を、あらかじめ設定した基準面の基準光強度分布波形と
比較することで両者の波形のズレを検出し、前記基準面
からの前記物体の表面の高さの変動差に換算する演算装
置とを備えたことを特徴とする。前記フィルタは、前記
スリット光の光強度分布を正弦波状または鋸刃状に変化
させるものを用いるとよい。前記スリット光の光強度分
布を正弦波状に変化させるフィルタを用いる場合、前記
演算装置は、前記光強度波形および前記基準光強度波形
を、周期ごとに位相分布波形に変換するとよい。正弦波
波形を位相分布波形に変換することで、両者の波形のズ
レを高さ変動差として比較的容易に算出することが可能
になるためである。

【０００７】本発明の第１発明の形状測定装置は、物体
の表面に投影されるスリット光の反射光を、”線”の画
像としてラインカメラで捉える。この反射光の画像は、
スリット光の光強度分布に対応して線の長さ方向に所定
の光強度分布をもつことになる。表面形状を測定する場
合、被検体を一定方向に一定の速度で移動させ、その測
定面にスリット光を投影する。スリット光の反射光は、
線画像としてラインカメラに結像する。測定面に高さ変
動があると、反射光の反射位置がズレるため、線画像の
光強度分布波形に一定方向のズレを生じるが、スリット
光および反射光の軌道が物体の移動方向に直交する平面
に一致するように設定されているため、表面に高さの変
動があっても、線画像には歪み等を生じることなく常
に”線”の画像としてラインカメラに結像することにな
る。

【０００８】そこで、被検体にあらかじめ基準面（高さ
＝０）を設定し、基準面における反射光の光強度分布波
形を記憶しておき、基準面と測定面の各測定位置におけ
る線が像の光強度分布波形のズレ（位相差、距離など）
を求める。そして、このズレを基準面からの各測定位置
の高さの変動差に換算することで、測定面の三次元形状
データを得ることが可能になる。

【０００９】前記フィルタについては、スリット光の光
強度分布がスリット長さ方向に沿って増減するものであ
ればよく、例えば、スリット光の光強度分布が正弦波状
になるフィルタを用いるとよい。このようにスリット光
に長さ方向に変化する光強度分布をもたせることで、高
さ変動に伴う反射光の光強度分布のズレを検出すること
が可能になる。その他、本発明に使用可能なフィルタと
しては、スリット光の光強度分布が図１０（Ａ）に示す
鋸刃形、（Ｂ）に示す山形、（Ｃ）に示す傾斜形になる
ものであってもよい。

【００１０】本発明の第２発明による形状測定装置は、
物体を所定の速度で一定方向に移動させる駆動装置と、
前記物体の移動方向に対して直交する平面上に光軸が一
致するように設置されるレーザ投光器と、前記レーザ投
光器から投射されるレーザ光を回折させることにより、
前記物体の表面に線状光を投影する回折格子と、前記線
状光の反射光を線画像として捉えるラインカメラであっ
て、前記線状光の軌道平面に、前記反射光の軌道を一致
させるラインカメラと、前記反射光の光信号を取り込み
解析することにより、前記反射光の光強度分布波形を求
める画像処理装置と、前記光強度分布波形を、あらかじ
め設定した基準面の基準光強度分布波形と比較すること
で両者の波形のズレを検出し、前記基準面からの前記物
体の表面の高さの変動差に換算する演算装置とを備えた
ことを特徴とする。前記回折格子は、前記線状光の光強
度を長さ方向に沿って正弦波状に変化させるとよい。線
状光の光強度を長さ方向に沿って正弦波状に変化させる
回折格子を用いる場合、前記演算装置は、前記光強度波
形および前記基準光強度波形を、周期ごとに位相分布波
形に変換した後、両者の波形のズレを検出するように設
定するとよい。正弦波波形を位相分布波形に変換するこ
とで、両者の波形のズレを高さ変動差として比較的容易
に算出することが可能になるためである。

【００１１】本発明の第２発明の形状測定装置によれ
ば、回折格子を通って物体表面に投影される線状光がラ
インカメラに”線”の画像として捉えられる。つまり、
この線状光の光強度分布の変動差により物体表面の高低
差を求めることが可能になる。

【００１２】被検体の形状を測定する場合、被検体を一
定方向に一定の速度で移動させ、その測定面に線状光を
投影すると、この線状光の反射光が、線画像としてライ
ンカメラに結像する。測定面に高さ変動があると、反射
光の反射位置がズレるため、線画像の光強度分布波形に
一定方向のズレを生じるが、画像処理装置が入力する反
射光の軌道は、線状光の軌道平面に一致するように設定
されているため、表面に高さの変動があっても、反射光
の線画像には歪み等を生じることなく常に”線”の画像
としてラインカメラに結像することになる。

【００１３】そこで、前記第１発明と同様、被検体にあ
らかじめ基準面（高さ＝０）を設定し、基準面における
反射光の光強度分布波形を記憶しておき、基準面と測定
面の各測定位置における線画像の光強度分布波形のズレ
（位相差、距離など）を求め、さらに、このズレを基準
面からの各測定位置の高さの変動差に換算することで、
測定面の三次元形状データを得ることが可能になる。

【００１４】前記回折格子は、透過型の平面格子または
凹面格子を用いることができる。また、回折格子の溝形
状は、ラミナー型、正弦波型のものを用いるとよい。レ
ーザ光は、平面格子を用いる場合と凹面格子を用いる場
合とに分けて、ビームの種類を使い分けることが必要で
ある。平面格子を用いる場合、ビーム断面が進行方向に
行くに従って次第に拡大する拡がり光を用い、凹面格子
を用いる場合、ビーム断面が均一の平行光を用いる。な
お、凹面格子を用いる場合には、凹面側に平行光が入射
するように配置する。このように回折格子とレーザ光の
ビームの種類を選定することで、回折格子を通って回折
されるレーザ光が線状光となって物体表面に投影される
ことになる。

【００１５】前記光源と前記ラインカメラとの位置関係
については、第１発明および第２発明ともに、入射光の
光軸と反射光の光軸とのなす角が１０゜〜３０゜程度に
なるように設定するのが望ましい。この程度の角度に設
定すると、測定範囲を比較的広くとることができ、しか
も、高い分解能で形状測定を行うことができるからであ
る。

【００１６】また、本発明の具体的な用途としては、例
えば、タイヤのトラッド溝の深さ測定、スプレー缶等の
ドーム形状測定、刻印文字の測定などに用いることが可
能である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本発明の第１実施例による形状測
定装置を図１〜図６に示す。形状測定装置１０は、被検
体Ｗが駆動装置により回転可能に支持される。レーザ光
照射器１２とラインカメラ１３とが被検体Ｗと所定の距
離を保って配置されている。レーザ光照射器１２により
被検体Ｗの測定面に投影したスリット光をラインカメラ
１３で結像するものである。

【００１８】レーザ光照射器１２は、光源１４とフィル
タ１５を備えており、光源１４のレーザ光照射部に所定
幅のスリットが設けられる。スリット開口部には、スリ
ット光の光強度分布を正弦波状の波形に調整するフィル
タ１５が取り付けられている。

【００１９】ラインカメラ１３は、測定面に投影される
スリット光の反射光を線画像としてレンズ１６を通して
リニアＣＣＤ１７に結像する。リニアＣＣＤ１７は、所
定数の受光素子が直線上に配列されてなるもので、各素
子ごとに光信号を独立に入力する。

【００２０】レーザ光照射器１２の照射位置について
は、スリット光の軌道が被検体Ｗの回転軸を含む平面Ｈ
1に一致するよう設定される。被検体Ｗの測定面には、
平面Ｈ1との交線Ｌ1上にスリット光が投影される。ま
た、ラインカメラ１３の入射位置は、交線Ｌ1からの反
射光の軌道が平面Ｈ1に一致するように設定される。反
射光はレンズ１６を通してリニアＣＣＤ１７に線画像を
結像する。このようにレーザ光照射器１２とラインカメ
ラ１３とを平面Ｈ1上に配置したことにより、測定面の
高さ変動にかかわらず、スリット光が平面Ｈ1を通って
測定面に至り、交線Ｌ1で反射し、その反射光が平面Ｈ1
を通ってリニアＣＣＤ１７に受光されることになる。

【００２１】また、レーザ光照射器１２とラインカメラ
１３との位置関係は、両者の光軸のなす角が１０゜〜３
０゜の範囲内になり、かつ、被検体Ｗの回転軸と両者の
光軸とがなす角度がほぼ等しくなるように設定されてい
る。これにより、被検体Ｗの表面形状の測定範囲が比較
的広く確保される。

【００２２】図２に示すように、光信号処理装置１９
は、画像処理部１９ａ、演算部１９ｂ、制御部１９ｃを
有し、ラインカメラ１３に入力される反射光の光信号を
処理する。画像処理部１９ａは、光信号の強度を各受光
素子単位で取り込み解析し、反射光の光強度分布波形を
作成する。演算部１９ｂは、測定面の光強度分布波形と
基準面の光強度分布波形とのズレ（位相差）を求め、こ
の差を基準面との高さの変動差に換算する。また、制御
部１９ｃは、測定面の高さの変動差のデータから三次元
形状データを作成し、必要に応じてモニタ１８に映し出
す。なお、モニタ１８上の三次元形状データは、モニタ
１８上で自由に回転、移動等をすることが可能で、ま
た、形状の変形等も必要に応じて行える。

【００２３】被検体Ｗの形状を測定する場合、まず、所
定の基準面にスリット光を照射し、その反射光を線画像
としてラインカメラ１３で捉える。次いで、図３（Ａ）
に示すように、反射光の光強度分布を解析し、光強度分
布波形を求め、記憶装置に波形データを保存する。

【００２４】次に、被検体Ｗを一定の速度で回転させ、
測定面の反射光をラインカメラ１３で捉え、所定の時間
間隔で反射光の光信号を画像処理部１９ａに送る。すな
わち、図５に示すように、基準位置Ｈから測定位置Ａ、
Ａ’、Ａ”…の順に周方向に一定の間隔おきに光信号を
画像処理部１９に送ることになる。被検体Ｗを一回転さ
せたところで、反射光の光信号入力を停止し、次いで、
各測定位置について得られた反射光の光信号データを解
析し、図４（Ａ）に示すように、反射光の光強度分布波
形を求める。

【００２５】次いで、各測定位置および基準面の光強度
分布波形を、図３（Ｂ）および図４（Ｂ）に示すよう
に、周期ごとに位相分布波形に変換し、その後、各測定
位置の位相分布波形と基準面の位相分布波形との波形の
ズレ（位相差）を算出する。なお、波形のズレ（位相
差）の算出方法は、例えば、基準面の位相分布波形と各
測定位置の位相分布波形とを示す近似式をそれぞれ求め
て、これらの近似式の差を求めればよい。その後、図６
に示すように、各測定位置の波形のズレ（位相差）を基
準面からの高低差に換算し、測定位置ごとに径方向高さ
データを算出する。このように各測定位置ごとに反射光
の光信号処理を行い、径方向高さデータを組み合わせる
ことで、図６に示すように、測定面の三次元形状データ
を得ることになる。

【００２６】形状測定装置１０の測定精度は、測定面の
軸方向および周方向ともに高い分解能を実現することが
できる。すなわち、測定面の軸方向については、リニア
ＣＣＤ１７の各素子の間隔に等しい分解能を保つことが
でき、また、測定面の周方向については、ラインカメラ
による光信号の取り込み数に応じて、例えば、一秒当た
り１０００回以上の精度で行うことが可能である。した
がって、被検体Ｗを一回転させるだけで極めて高い分解
能（ＣＣＤ素子数×取り込み数）で形状測定を行うこと
が可能になる。

【００２７】次に、本発明の第２実施例を図７に示す。
第２実施例は、本発明をタイヤのトラッド面の形状測定
に用いたものである。図７に示すように、測定用のタイ
ヤＴは回転テーブル２１に載置される。タイヤＴの中心
軸と回転テーブルの回転軸とが一致するようにセットさ
れる。形状測定装置２０は、レーザ光照射器２２および
ラインカメラ２３がタイヤＴの回転軸を含む平面上にセ
ットされる。光源２４から照射されるスリット光の光強
度をフィルタ２５で正弦波状に変化させ、タイヤＴのト
ラッド面に投影する。測定位置の反射光は、レンズ２６
を通してリニアＣＣＤ２７に線画像として結像する。タ
イヤＴのトラッド面には、所定パターンの溝が施される
ため、所定の位置で反射光の光強度分布が変化すること
になる。高さの基準面は、溝の形成されないタイヤ周面
に設定される。タイヤＴの測定を行う場合、まず、基準
面にスリット光を照射してその反射光の光強度分布波形
を求める。その後、タイヤＴを中心軸回りに回転させ、
測定位置の反射光の光信号をラインカメラ２３に取り込
み、この光信号のデータに基づいて測定面の形状データ
を作成する。

【００２８】次に、タイヤＴの形状測定を行う場合の作
業の流れを図８のフローチャートに示す。まず、タイヤ
Ｔの基準面にスリット光を投影し、基準面に投影される
スリット光の反射光をラインカメラ２３で捉えて光強度
分布波形を算出する（ステップ３１）。基準面の光強度
分布波形は、所定の記憶装置に保存しておく。次いで、
タイヤＴを一定の速度で回転させ、測定位置の反射光の
光強度を一定の時間間隔で連続測定する（ステップ３
２）。連続測定は、例えば、１秒当たり１０００回以上
行い、タイヤＴが一回転したところで停止する。その
後、各測定位置の光強度の測定データに基づいて、各測
定位置における光強度分布波形を算出する（ステップ３
３）。

【００２９】次いで、基準面と測定面の光強度分布デー
タの解析を行う（ステップ３４）。データ解析は、基準
面と各測定位置の光強度分布波形を位相分布波形に変換
し、両者の位相差を求め、この位相差を基準面からの高
低差に換算することにより行う。

【００３０】次に、本発明の第３実施例を図９に示す。
第３実施例による形状測定装置４０は、長尺状の被検体
Ｗの形状を搬送ライン４１上で測定するようにしたもの
である。搬送ライン４１は、被検体Ｗを一定速度で矢印
方向に搬送するようになっている。レーザ照射器４２と
ラインカメラ４３は、被検体Ｗの移動方向に対し直交す
る平面上に配置される。レーザ照射器４２には、スリッ
ト光の光強度をスリット長さ方向に変化させるフィルタ
４５が設けられている。光源４４から照射されるスリッ
ト光は、被検体Ｗの測定面で反射し、その反射光がレン
ズ４６を通してリニアＣＣＤ４７に結像する。測定位置
の形状に高さの変動があると、リニアＣＣＤが捉える反
射光の光強度分布波形にズレが生じることになる。

【００３１】被検体Ｗの形状の測定方法は、前記第２実
施例と同様に、あらかじめ求めた基準面の光強度分布波
形と、測定面の光強度分布波形とを位相分布波形に変換
し、両者の位相差を求め、この位相差を基準面からの高
低差に換算することにより行う。第３実施例の場合、複
数の被検体Ｗを搬送し、各被検体Ｗの形状測定を連続し
て行うことが可能になる。ラインカメラ４３で反射光の
光信号を連続的に入力し、測定面の三次元データを順次
求めてもよいし、被検体Ｗの搬送が終了した後に、光信
号のデータ解析を一括して行ってもよい。第３実施例に
よれば、被検体Ｗの形状を連続して測定することができ
るため、測定作業を効率よく短時間で行うことが可能に
なる。また、製造ラインに組み込むことで、歩留まりの
向上を図ることも可能である。

【００３２】本発明の第４実施例を図１１〜図１４に示
す。第４実施例の形状測定装置５０は、レーザ投光器５
４と回折格子５５により被検体Ｗに線状光を投影するよ
うにしたものである。被検体Ｗの測定面に向けてレーザ
投光器５４および回折格子５５が配置されている。被検
体Ｗの回転軸Ｏを含む平面Ｈ4と測定面との交線Ｌ4上に
線状光が投影される。線状光の反射光は、ラインカメラ
５３に結像するようになっている。

【００３３】図１４に示すように、回折格子５５は、レ
ーザ光の透過面に所定の間隔で回折溝Ｕが形成されてい
る。回折溝Ｕを透過するレーザ光は、その回折光が溝巾
方向へ分岐するようになっている。

【００３４】図１２に示すように、レーザ投光器５４
は、レーザ光のビーム断面が進行方向へ行くに従い次第
に拡大するように設定される。すなわち、レーザ光が平
行光ではなく、拡がり光となっている。拡がり光Ｂ0を
回折格子５５に投射すると、分岐した回折光Ｂ1が溝巾
方向へ拡がって、隣り合う回折光同士が重なることにな
る。すなわち、図１１に示す平面Ｈ4と測定面との交線
Ｌ4上に線状光が投影されることになる。

【００３５】ここで、比較例として、回折格子５５に平
行光を投射する場合を図１２(b)に示す。比較例の場
合、平行光ｂ0を回折格子５５に投射すると、その回折
光ｂ1は溝巾方向に分岐するが、回折光が溝巾方向に拡
がらないため、測定面には、等間隔ドット光が投影され
ることなる。これに対し、本実施例では、図１２(a)に
示すように、各回折光Ｂ1が溝巾方向に拡がるため、測
定面で一方向に重なって線状光を形成し、しかも、線状
光の光強度が、正弦波状に分布することになる。

【００３６】また、レーザ投光器５４のレーザ光は、図
１３に示すように、ビーム断面が楕円形になるように設
定されている。楕円の長軸が回折格子５５の分岐される
方向、すなわち、回折溝の溝巾方向に一致するように配
置される。このように楕円形のビーム断面をもつレーザ
光に設定すると、回折光が楕円の長軸方向へより大きく
拡がることから、線状光の光強度の変化が緩やかなり、
光強度分布波形が適度な波長の正弦波波形になる。

【００３７】レーザ投光器５４とラインカメラ５３の位
置関係は、図１１に示すように、被検体Ｗの回転軸Ｏを
含み測定面の移動方向に直交する平面Ｈ1上に線状光お
よび反射光の軌道面が一致するように配置される。ま
た、レーザ投光器５４とラインカメラ５３の光軸のなす
角が３０゜程度になるように配置される。

【００３８】被検体Ｗの形状を測定する場合、測定面に
線状光を投影し、被検体Ｗを回転軸Ｏを中心に回転させ
る。ラインカメラ５３は、一定の時間間隔で線状光の反
射光をレンズ５６を通してリニアＣＣＤ５７に入射し、
画像処理部に光信号を出力する。画像処理部では、反射
光の光信号から光強度分布波形を求め、次いで、各測定
位置および基準面の光強度分布波形を、周期ごとに位相
分布波形に変換し、各測定位置の位相分布波形と基準面
の位相分布波形との波形のズレ（位相差）を算出する。
なお、波形のズレ（位相差）の算出方法は、例えば、基
準面の位相分布波形と各測定位置の位相分布波形とを示
す近似式をそれぞれ求めて、これらの近似式の差を求め
ればよい。その後、各測定位置の波形のズレ（位相差）
を基準面からの高低差に換算し、測定位置ごとに径方向
高さデータを算出する。

【００３９】第２実施例の形状測定装置についても、被
検査面を一回転させる間に、反射光の入力時間間隔およ
び受光素子の数に応じた被検査面の形状データが取り込
めるる。したがって、高精度かつ迅速な形状測定が実現
される。また、第２実施例によれば、正弦波状の光強度
分布をもつ線状光を回折格子によって測定面に投影する
ため、特別な光学フィルタや駆動部等を用いる必要はな
く、装置構成がきわめて簡単になる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の形状測定
装置によれば、次のような優れた効果を得ることができ
る。 (a) 測定面に照射する光の反射光を点画像ではなく、
線画像として捉えるため、連続的な形状の変化を精度よ
く測定することができる。 (b) 被検体の形状測定データを高速かつ大量に取得す
ることができ、短時間で高い分解能の形状測定を行うこ
とができる。 (c) 光源を移動させるための走査機構を設ける必要が
ないため、装置構成が簡単になり、製造しやすいものと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による形状測定装置の基本
構成を示す斜視図である。

【図２】本発明の第１実施例による形状測定装置を示す
全体構成図である。

【図３】本発明の第１実施例による基準面の反射光の解
析データを示すもので、（Ａ）は光強度分布波形を示す
特性図、（Ｂ）は位相分布波形を示す特性図である。

【図４】本発明の第１実施例による測定面の反射光の解
析データを示すもので、（Ａ）は光強度分布波形を示す
特性図、（Ｂ）は位相分布波形を示す特性図である。

【図５】本発明の第１実施例による形状測定装置の測定
方法を説明するための模式図である。

【図６】本発明の第１実施例による形状測定装置の三次
元形状データの作成方法を説明するための模式図であ
る。

【図７】本発明の第２実施例による形状測定装置の基本
構成を示す斜視図である。

【図８】本発明の第２実施例による形状測定装置の形状
測定の作業の流れを示すフローチャートである。

【図９】本発明の第３実施例による形状測定装置の基本
構成を示す斜視図である。

【図１０】本発明による形状測定装置のスリット光の光
強度分布の一例を示す特性図である。

【図１１】本発明の第４実施例による形状測定装置の基
本構成を示す斜視図である。

【図１２】本発明の第４実施例による形状測定装置の回
折格子の作用を説明するための図で、（Ａ）は実施例の
作用説明図、（Ｂ）は比較例の作用説明図である。

【図１３】本発明の第４実施例による形状測定装置のレ
ーザ投光器のビーム断面を説明するための図で、（Ａ）
は側面模式図、（Ｂ）は平面模式図である。

【図１４】本発明の第４実施例による形状測定装置の回
折格子を示すもので、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は部分拡
大断面図である。

【図１５】従来例による形状測定装置の基本構成を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１０形状測定装置１２レーザ光照射器１３ラインカメラ１４光源１５フィルタ１６レンズ１７リニアＣＣＤ１９光信号処理装置１９ａ画像処理部（画像処理装置）１９ｂ演算部（演算装置）１９ｃ制御部５４レーザ投光器５５回折格子Ｗ被検体Ｌ1、Ｌ4 交線Ｈ1、Ｈ4 平面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体を所定の速度で一定方向に移動させ
る駆動装置と、前記物体の表面にスリット光を投影する光源であって、
前記物体の移動方向に対して直交する平面に前記スリッ
ト光の軌道を一致させる光源と、前記スリット光の光強度分布をスリット長さ方向に変化
させるフィルタと、前記物体の表面に投影される前記スリット光の反射光を
線画像として捉えるラインカメラであって、前記スリッ
ト光の軌道平面に前記反射光の軌道を一致させるライン
カメラと、前記反射光の光信号を取り込み解析することにより、前
記反射光の光強度分布波形を求める画像処理装置と、前記光強度分布波形を、あらかじめ設定した基準面の基
準光強度分布波形と比較することで両者の波形のズレを
検出し、前記基準面からの前記物体の表面の高さの変動
差に換算する演算装置とを備えたことを特徴とする形状
測定装置。
【請求項２】前記フィルタは、前記スリット光の光強
度分布を正弦波状に変化させることを特徴とする請求項
１記載の形状測定装置。
【請求項３】前記フィルタは、前記スリット光の光強
度分布を鋸刃状に変化させることを請求項１記載の形状
測定装置。
【請求項４】物体を所定の速度で一定方向に移動させ
る駆動装置と、前記物体の移動方向に対して直交する平面上に光軸が一
致するように設置されるレーザ投光器と、前記レーザ投光器から投射されるレーザ光を回折させる
ことにより、前記物体の表面に線状光を投影する回折格
子と、前記線状光の反射光を線画像として捉えるラインカメラ
であって、前記線状光の軌道平面に、前記反射光の軌道
を一致させるラインカメラと、前記反射光の光信号を取り込み解析することにより、前
記反射光の光強度分布波形を求める画像処理装置と、前記光強度分布波形を、あらかじめ設定した基準面の基
準光強度分布波形と比較することで両者の波形のズレを
検出し、前記基準面からの前記物体の表面の高さの変動
差に換算する演算装置とを備えたことを特徴とする形状
測定装置。
【請求項５】前記回折格子は、前記線状光の光強度を
長さ方向に沿って正弦波状に変化させることを特徴とす
る請求項５記載の形状測定装置。
【請求項６】請求項２または５記載の形状測定装置に
おいて、前記演算装置は、前記光強度波形および前記基
準光強度波形を、周期ごとに位相分布波形に変換した
後、両者の波形のズレを検出することを特徴とする形状
測定装置。