KR20170136619A - 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

[과제] 광 절단법에 의해 측정 대상물의 요철 형상을 측정할 때, 측정 대상물과 촬상 장치와의 거리가 변동되어도, 고정밀도로 측정 대상물의 형상을 측정하는 것이 가능한 형상 측정 장치를 제공한다.
[해결 수단] 형상 측정 장치는, 선상 광 조사 장치에 의해 측정 대상물에 조사된 선상 광을 촬상 장치에 의해 촬상한 촬상 화상으로부터, 선상 광의 선상 광 위치를 검출하는 선상 광 위치 검출부와, 촬상 장치로부터 소정의 기준 거리의 위치에 측정 대상물이 위치할 때에 선상 광 위치 검출부에 의해 검출되는 기준 선상 광 위치와, 선상 광 위치 검출부에 의해 검출된 선상 광 위치의 거리차, 기준 거리, 및 촬상 장치의 광축과 선상 광의 출사 방향이 이루는 각에 기초하여, 촬상 장치로부터 측정 대상물까지의 거리를 연산하는 거리 연산부와, 촬상 장치로부터 측정 대상물까지의 거리에 기초하여, 촬상 장치의 포커스를 조정하는 포커스 조정부와, 촬상 화상에 기초하여, 측정 대상물의 형상을 연산하는 형상 연산부를 구비한다.

Description

형상 측정 장치 및 형상 측정 방법
본 발명은, 측정 대상물의 형상을 광 절단법에 의해 측정하는 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법에 관한 것이다.
광 절단법은, 레이저 등에 의해 측정 대상물에 조사한 광의 선을 촬상 장치로 촬상하고, 그 촬상 화상으로부터 검출한 광선의 굴곡 상태로부터 측정 대상물의 요철 형상을 측정하는 방법이다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 지연 적분형 카메라(TDI(Time Delay Integration) 카메라)를 사용하여 측정 대상물에 조사된 레이저광을 촬상하고, 얻어진 줄무늬 화상에 기초하여 측정 대상물의 형상을 측정하는 방법이 개시되어 있다.
광 절단법에 대하여 보다 상세하게 설명하면, 도 7에 도시한 바와 같이, 먼저, 라인 레이저나 슬릿 광 등의 선상 광을 조사하는 선상 광 조사 장치(10)로부터 측정 대상물(5)에 대하여 선상 광을 조사한다. 그리고, 촬상 장치(20)에 의해, 측정 대상물(5)에 조사된 선상 광을 촬상하고, 촬상 화상(A)을 화상 처리 장치(50)로 출력한다. 예를 들어, 선상 광이 조사되는 조사면인 측정 대상물(5)의 측정면(5a)이 평탄하면, 촬상 화상(A)에는 직선의 선상 광이 나타난다. 그러나, 측정면(5a)에 오목부가 있는 경우에는, 도 7에 도시한 바와 같이, 직선부(12a)에 오목부에 의한 굴곡부(12b)를 포함하는 선상 광(12)이 촬상 화상(A)에 나타난다. 이와 같이, 선상 광(12)이 조사된 측정 대상물(5)의 측정면(5a)을 촬상하여 취득된 촬상 화상(A)에 포함되는 선상 광(12)의 굴곡 상태에 기초하여, 측정면(5a)의 형상을 측정할 수 있다.
이러한 방법에 있어서 촬상 화상(A)으로부터 측정 대상물(5)의 형상을 측정할 때, 촬영 화상 중의 선상 광(12)의 굴곡 상태를 정확하게 구하여, 형상 측정의 정밀도를 유지하기 위해서는, 선상 광(12)이 촬영 화상(A) 내에서 가늘고 선명하게 찍히도록 포커스를 맞출 필요가 있다. 이를 위해서는, 촬상 장치(20)의 포커스를 측정 대상물(5)의 측정면(5a)에 정확하게 조정할 필요가 있다. 예를 들어, 반송 라인 상에서 이동 중인 측정 대상물(5)의 측면이나 상면의 형상을 측정하는 경우, 측정 대상물(5)의 측면이나 상면에 정확하게 촬상 장치(20)의 포커스를 맞출 필요가 있다. 그러나, 측정 대상물(5)의 형상은, 예를 들어 제조 라인에 있어서 제품의 규격이 다른 등의 이유로 일정하지 않으며, 예를 들어 측정 대상물(5)이 직육면체 형상인 경우에는, 폭이나 높이 등, 사이즈가 상이하다.
형상 측정 전에 측정 대상물(5)의 폭이나 높이를 알고 있으면, 촬상 장치(20)의 설치 위치로부터 측정 대상물(5)의 측정면(5a)까지의 거리를 산출하고, 그 거리에 따라 촬상 장치(20)의 포커스를 조정함으로써, 선명한 화상을 취득하는 것은 가능하다. 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이, 측정 대상물(5)의 측면 형상 측정을 행하는 경우에, 측정 개시 전에 제어 장치(60)에 대하여 측정 대상물(5)의 폭이 통지되어, 촬상 장치(20)로부터의 측정면(5a)까지의 거리 D가 이미 알고 있는 것으로 한다. 또한, 촬상 장치(20)의, 포커스 렌즈(22)의 위치를 조정하는 포커스 링(24)을, 모터 등의 구동 장치에 의해 회전 가능하게 구성한다. 이에 의해, 제어 장치(60)는, 촬상 장치(20)의 설치 위치로부터 측정 대상물(5)의 측정면(5a)까지의 거리 D에 따라서 모터를 구동하여, 포커스 렌즈(22)의 포커스 링(24)을 회전시키고, 촬상 장치(20)의 포커스를 측정면(5a)에 맞출 수 있다. 또는, 촬상 장치(20)의 피사계 심도가 충분히 깊으면, 포커스의 조정을 하지 않고, 선명한 화상이 얻어지는 경우도 있다.
일본 특허 공개 제2004-3930호 공보
그러나, 측정 대상물의 폭 등의 사이즈를 사전에 알 수 없는 경우도 있다. 또는, 측정 대상물의 사이즈를 사전에 알고 있었다고 해도, 도 9에 나타내는 바와 같이 측정 대상물(5)이 반송 방향에 대하여 기울어진 상태로 이동하는 사행이나, 도 10에 도시한 바와 같이 측정 대상물(5)의 폭 중심이 반송 라인의 폭 방향 중심(C)으로부터 어긋난 위치 어긋남 등이 발생하면, 촬상 장치(20)의 포커스가 측정 대상물(5)의 측정면(5a)으로부터 벗어나버려, 화상이 희미해져 불선명해지는 경우가 있다.
촬상 장치(20)의 포커스가 측정 대상물(5)의 측정면(5a)으로부터 벗어나는 것에 대한 대책으로서는, 예를 들어 거리 센서를 설치하고, 당해 거리 센서에 의해 측정된 촬상 장치(20)와 측정면(5a)의 측정 거리에 기초하여 포커스를 조정하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 별도로 거리 센서를 설치할 필요가 있어, 장치 구성이 복잡해진다. 또한, 거리 센서를 사용하지 않는 방법으로서, 포커스 렌즈를 촬상 장치의 광축 방향으로 전후로 이동시키면서 연속 촬상한 화상으로부터 휘도의 콘트라스트를 산출하고, 콘트라스트가 높은 위치를 탐색하여 포커스를 조정하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나, 이러한 방법에서는 포커스가 맞을 때까지의 시간이 걸려 응답성이 나빠지기 때문에, 반송 도중의 측정 대상물에 적용하는 것은 어렵다.
그래서, 본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명이 목적으로 하는 점은, 광 절단법에 의해 측정 대상물의 요철 형상을 측정할 때, 측정 대상물과 촬상 장치와의 거리가 변동되어도, 고정밀도로 측정 대상물의 형상을 측정하는 것이 가능한, 신규이면서 개량된 형상 측정 장치 및 형상 측정 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 어느 관점에 의하면, 선상 광 조사 장치에 의해 측정 대상물에 조사된 선상 광을 촬상 장치에 의해 촬상한 촬상 화상으로부터, 선상 광의 선상 광 위치를 검출하는 선상 광 위치 검출부와, 촬상 장치로부터 소정의 기준 거리의 위치에 측정 대상물이 위치할 때에 선상 광 위치 검출부에 의해 검출되는 기준 선상 광 위치와, 선상 광 위치 검출부에 의해 검출된 선상 광 위치와의 거리차, 기준 거리, 및 촬상 장치의 광축과 선상 광의 출사 방향이 이루는 각에 기초하여, 촬상 장치로부터 측정 대상물까지의 거리를 연산하는 거리 연산부와, 촬상 장치로부터 측정 대상물까지의 거리에 기초하여, 촬상 장치의 포커스를 조정하는 포커스 조정부와, 촬상 화상에 기초하여, 측정 대상물의 형상을 연산하는 형상 연산부를 구비하는 형상 측정 장치가 제공된다.
거리 연산부는, 촬상 장치의 촬상 분해능을 사용하여 표시된 거리 함수에 기초하여, 촬상 장치로부터 측정 대상물까지의 거리를 연산해도 된다.
예를 들어, 거리 연산부는, 하기 식 (A)에 기초하여, 촬상 장치로부터 측정 대상물까지의 거리 D를 연산해도 된다. 또는, 거리 연산부는, 하기 식 (B)에 기초하여, 상기 상기 촬상 장치로부터 상기 측정 대상물까지의 거리 D를 연산해도 된다.
Figure pct00001
Figure pct00002
여기서, D0은 상기 기준 거리, r0은 상기 기준 거리에서의 촬상 분해능, Xe는 상기 촬상 화상의 화소 단위에서의 상기 선상 광 위치와 상기 기준 선상 광 위치와의 거리차, θ는 상기 촬상 장치의 광축과 상기 선상 광의 출사 방향이 이루는 각이다.
또한, 선상 광 위치 검출부는, 촬상 화상의, 선상 광의 직선 방향에 직교하는 방향의 각 위치에 있어서의, 선상 광의 직선 방향으로 배열되는 각 화소의 휘도값의 합을 나타낸 프로젝션 파형을 산출하고, 프로젝션 파형의 피크 위치를 선상 광 위치로 해도 된다.
또는, 선상 광 위치 검출부는, 촬상 화상의, 선상 광의 직선 방향에 직교하는 방향의 각 위치에 있어서의, 선상 광의 직선 방향으로 배열되는 각 화소의 휘도값의 합을 나타낸 프로젝션 파형을 산출하고, 프로젝션 파형의 무게 중심 위치를 선상 광 위치로 해도 된다.
형상 연산부는, 촬상 화상의, 선상 광의 직선 방향의 각 위치마다 산출되는, 당해 직선 방향에 직교하는 방향에 있어서의 최대 휘도 위치에 기초하여, 측정 대상물의 형상을 연산해도 된다.
또는, 형상 연산부는, 촬상 화상의, 선상 광의 직선 방향의 각 위치마다 산출되는, 당해 직선 방향에 직교하는 방향에 있어서의 휘도의 무게 중심 위치에 기초하여, 측정 대상물의 형상을 연산해도 된다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 다른 관점에 의하면, 선상 광 조사 장치에 의해 측정 대상물에 조사된 선상 광을 촬상 장치에 의해 촬상한 촬상 화상으로부터, 선상 광의 선상 광 위치를 검출하는 선상 광 위치 검출 스텝과, 촬상 장치로부터 소정의 기준 거리의 위치에 측정 대상물이 위치할 때에 검출되는 기준 선상 광 위치와 선상 광 위치와의 거리차, 기준 거리, 및 촬상 장치의 광축과 선상 광의 출사 방향이 이루는 각에 기초하여, 촬상 장치로부터 측정 대상물까지의 거리를 연산하는 거리 연산 스텝과, 촬상 장치로부터 측정 대상물까지의 거리에 기초하여, 촬상 장치의 포커스를 조정하는 포커스 조정 스텝과, 촬상 화상에 기초하여, 측정 대상물의 형상을 연산하는 형상 연산 스텝을 포함하는 형상 측정 방법이 제공된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 광 절단법에 의해 측정 대상물의 요철 형상을 측정할 때, 측정 대상물과 촬상 장치와의 거리가 변동되어도, 고정밀도로 측정 대상물의 형상을 측정하는 것이 가능해진다.
도 1은, 광 절단법에 의해 측정 대상물의 형상을 측정하는 형상 측정 시스템의 개략 구성을 나타내는 설명도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 형상 측정 장치의 기능 구성을 나타내는 기능 블록도이다.
도 3은, 동 실시 형태에 따른 형상 측정 장치에 의해 행해지는 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 4는, 스텝 S110의, 촬상 화상 내에 있어서의 선상 광 위치의 산출 방법을 설명하는 설명도이다.
도 5는, 스텝 S120의, 촬상 장치와 측정 대상물의 거리의 산출 방법을 설명하는 설명도이다.
도 6은, 측정면에 볼록 형상을 갖는 측정 대상물의 촬상 화상의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 7은, 광 절단법 원리를 설명하는 설명도이다.
도 8은, 측정 대상물의 폭 변화에 대한 대응 방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 9는, 포커스 흐려짐의 일 요인이 되는 측정 대상물의 사행을 설명하는 설명도이다.
도 10은, 포커스 흐려짐의 일 요인이 되는 측정 대상물의 위치 어긋남을 설명하는 설명도이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.
<1. 구성>
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 형상 측정 장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 1은, 광 절단법에 의해 측정 대상물(5)의 형상을 측정하는 형상 측정 시스템의 개략 구성을 나타내는 설명도이다. 도 2는, 본 실시 형태에 따른 형상 측정 장치의 기능 구성을 나타내는 기능 블록도이다. 또한, 도 1에서는, 측정 대상물(5)을 평면도로서 본 상태를 나타내고, 도 7에서 나타낸 바와 같은 직육면체의 측정 대상물(5)의 일측면을 측정면(5a)으로 한다.
[1-1. 형상 측정 시스템의 개략 구성]
형상 측정 시스템은, 광 절단법에 의해 측정 대상물(5)의 형상을 측정하는 시스템이다. 형상 측정 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이, 측정 대상물(5)에 대하여 선상 광을 조사하는 선상 광 조사 장치(10)와, 측정 대상물(5)에 조사된 선상 광을 촬상하는 촬상 장치(20)와, 촬상 장치(20)에 의해 촬상된 촬상 화상에 기초하여, 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 요철 형상을 특정하는 형상 측정 장치(100)를 포함한다. 선상 광 조사 장치(10)는, 예를 들어 라인 레이저나 슬릿 광 등의 선상 광을 출력 가능한 장치이다. 또한, 촬상 장치(20)에는, 예를 들어 에어리어 카메라를 사용할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 형상 측정 장치(100)는, 측정 대상물(5)과 촬상 장치(20)의 거리에 따라 촬상 장치(20)의 포커스를 조정한다. 이에 의해, 측정 대상물(5)과 촬상 장치(20)의 거리가 변동되어도, 선명한 화상이 취득되도록 촬상 장치(20)의 포커스 렌즈(22)의 위치가 제어되므로, 측정 대상물(5)의 형상을 고정밀도로 측정하는 것이 가능해진다. 본 실시 형태에서는, 촬상 장치(20)는 모터 등의 구동 장치에 의해 회전되는 포커스 링(24)을 갖는 포커스 렌즈(22)를 구비한다. 즉, 형상 측정 장치(100)는, 촬상 장치(20)의 설치 위치로부터 측정 대상물(5)의 측정면(5a)까지의 거리에 따라 모터를 구동하여 포커스 렌즈(22)의 포커스 링(24)을 회전시켜, 포커스를 맞출 수 있다.
이러한 실시 형태에 따른 형상 측정 장치(100)는, 촬상 화상에 기초하여 측정 대상물(5)의 형상을 특정하는 형상 측정 처리와, 촬상 화상에 기초하여 촬상 장치(20)의 포커스를 조정하는 포커스 조정 처리를 행한다.
형상 측정 처리에서는, 광 절단법에 의해, 측정 대상물에 조사한 광의 선을 촬상 장치로 촬상하고, 그 촬상 화상으로부터 검출된 선상 광의 굴곡 상태로부터 측정 대상물의 요철 형상을 측정한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 선상 광 조사 장치(10)로부터 측정 대상물(5)에 대하여 선상 광이 조사되면, 촬상 장치(20)에 의해 측정 대상물(5)에 조사된 선상 광이 촬상되어, 촬상 화상이 형상 측정 장치(100)로 출력된다. 형상 측정 장치(100)는, 선상 광(12)이 조사된 측정 대상물(5)의 측정면(5a)을 촬상하여 취득되는 촬상 화상에 포함되는 선상 광의 굴곡 상태에 기초하여, 측정면(5a)의 형상을 측정한다.
또한, 포커스 조정 처리에서는, 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 거리의 변동에 따라, 측정면(5a)에 포커스를 맞춘다. 본 실시 형태에서는, 촬상 장치(20)에 의해 취득된 촬상 화상에 기초하여 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 거리를 취득하고, 형상 측정 장치(100)에 의해 촬상 장치(20)의 포커스 조정이 이루어진다. 포커스 조정 처리를, 형상 측정 처리와 병행하거나, 또는 교대로 실행함으로써, 측정 대상물과 촬상 장치와의 거리가 변동되어도, 고정밀도로 측정 대상물의 형상을 측정하는 것을 가능해진다.
[1-2. 형상 측정 장치의 구성]
형상 측정 장치(100)에 대하여 보다 상세하게 보면, 도 2에 도시한 바와 같이, 형상 측정 장치(100)는, 화상 취득부(110)와, 선상 광 위치 검출부(120)와, 거리 연산부(130)와, 포커스 조정부(140)와, 형상 연산부(150)와, 결과 출력부(160)를 구비한다. 이 중, 선상 광 위치 검출부(120), 거리 연산부(130) 및 포커스 조정부(140)는, 촬상 장치(20)의 포커스 조정을 행하는 포커스 조정 처리를 실행하는 기능부이다. 또한, 형상 연산부(150) 및 결과 출력부(160)는, 측정 대상물(5)의 형상을 특정하는 형상 특정 처리를 실행하는 기능부이다.
화상 취득부(110)는, 촬상 장치(20)에서 촬상된 촬상 화상을 취득하는 인터페이스부이다. 촬상 장치(20)가 촬상한 화상은, 화상 취득부(110)에 순차적으로 입력된다. 화상 취득부(110)는, 입력된 촬상 화상을 선상 광 위치 검출부(120) 및 형상 연산부(150)로 출력한다.
선상 광 위치 검출부(120)는, 촬상 화상 내에 있어서의 선상 광의 선상 광 위치를 연산 처리에 의해 검출한다. 예를 들어, 촬상 화상에 있어서, 선상 광의 직선 방향을 세로 방향, 선상 광의 직선 방향에 직교하는 방향을 수평 방향으로 하여, 선상 광 위치 검출부(120)는 먼저, 촬상 화상의 수평 방향 각 위치에 있어서 세로 방향으로 배열되는 각 화소의 휘도값의 합을 취하고, 세로 방향의 프로젝션(이하, 「프로젝션 파형」이라고도 함)을 취득한다. 그리고, 선상 광 위치 검출부(120)는, 프로젝션 파형에 기초하여 촬상 화상 내에 있어서의 선상 광 위치를 특정한다. 촬상 화상 내에 있어서의 선상 광 위치는, 예를 들어 프로젝션 파형의 피크 위치나 무게 중심 위치 등으로 해도 된다. 선상 광 위치 검출부(120)는, 산출한 촬상 화상 내에 있어서의 선상 광 위치를, 거리 연산부(130)로 출력한다.
거리 연산부(130)는, 선상 광 위치 검출부(120)에 의해 산출된 촬상 화상 내에 있어서의 선상 광 위치에 기초하여, 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)과의 거리를 산출한다. 거리 연산부(130)는, 촬상 화상 내에 있어서의 선상 광 위치와, 촬상 장치(20)로부터 미리 결정된 기준 거리만큼 이격된 기준면에 대한 선상 광 조사 장치(10) 및 촬상 장치(20)의 설치 위치에 의해, 기하학적으로 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)과의 거리를 산출한다. 또한, 거리 연산부(130)에 의한 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)과의 거리의 산출 처리의 상세한 것에 대해서는 후술한다. 거리 연산부(130)는, 산출한 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)과의 거리를, 포커스 조정부(140)로 출력한다.
포커스 조정부(140)는, 거리 연산부(130)에 의해 산출된 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)과의 거리에 기초하여, 촬상 장치(20)의 포커스 렌즈(22)의 포커스 위치를 조정한다. 본 실시 형태에 따른 포커스 렌즈(22)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 포커스 링(24)을 회전시키는 모터(26)를 구비하는 모터 구동부 렌즈이다. 포커스 조정부(140)는, 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)과의 거리에 기초하여, 측정면(5a)에 포커스가 맞도록 포커스 렌즈(22)를 이동시키는 명령을 모터(26)에 대하여 출력한다. 모터(26)는, 예를 들어 스텝핑 모터 등이다. 포커스 조정부(140)는, 예를 들어 측정 대상물(5)의 측정면(5a)으로부터 소정의 거리만큼 이격된, 포커스가 맞는 거리 위치에 렌즈가 위치하도록, 포커스 링(24)을 모터(26)에 의해 회전시켜, 포커스를 조정한다. 포커스 조정부(140)는, 촬상 장치(20)로부터 측정면(5a)까지의 거리와 포커스가 맞는 포커스 링(24)의 회전각과의 대응 관계를 미리 유지해두어도 된다. 이 대응 관계는, 예를 들어 촬상 장치(20)로부터의 거리를 복수 설정하여, 각 거리에 있어서 샘플을 촬상하고, 각 거리에 있어서 샘플에 포커스가 맞았을 때의 포커스 링(24)의 회전각을 미리 취득하는 등의 방법에 의해 얻어도 된다.
형상 연산부(150)는, 촬상 화상에 있어서의 선상 광의 굴곡 상태에 기초하여, 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 요철 형상을 산출한다. 형상 연산부(150)는, 촬상 화상의 세로 방향의 각 위치에 있어서 최대 휘도가 되는 수평 방향의 위치를 특정하고, 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 요철 형상을 산출한다. 또한, 형상 연산부(150)에 의한 측정 대상물(5)의 형상 산출 처리의 상세한 것에 대해서는 후술한다. 형상 연산부(150)는, 산출한 측정 대상물(5)의 형상을, 결과 출력부(160)로 출력한다.
결과 출력부(160)는, 형상 연산부(150)에 의해 산출된 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 형상을, 표시 장치(30)나 기억부(40)로 출력한다. 표시 장치(30)는, 형상 측정 장치(100)를 위해 설치된 디스플레이여도 되고, 형상 측정 장치(100) 이외의 기기로부터의 표시 정보도 출력 가능한 디스플레이여도 된다. 표시 장치(30)에 산출된 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 형상을 표시시킴으로써, 오퍼레이터에 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 형상을 통지할 수 있다. 또한, 기억부(40)에 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 형상을 기억함으로써, 예를 들어 측정 대상물(5)의 측정면(5a)에 있어서 요철 형상이 있는 위치를 특정할 수 있다.
이상, 본 실시 형태에 따른 형상 측정 장치(100)의 기능 구성에 대하여 설명하였다.
<2. 형상 측정 장치에 의한 처리>
이어서, 도 3 내지 도 6에 기초하여, 본 실시 형태에 따른 형상 측정 장치(100)에 의해 행해지는 처리에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 형상 측정 장치(100)는, 촬상 화상에 기초하여 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 형상을 특정하는 형상 측정 처리와, 촬상 화상에 기초하여 촬상 장치(20)의 포커스를 조정하는 포커스 조정 처리를 행함으로써, 측정 대상물과 촬상 장치와의 거리가 변동되어도, 고정밀도로 측정 대상물의 측정면(5a)의 형상을 측정하는 것을 가능하게 한다.
먼저, 선상 광이 조사된 측정 대상물(5)의 측정면(5a)이 촬상 장치(20)에 의해 촬상되고, 촬상 장치(20)에 의해 촬상된 촬상 화상이, 소정의 타이밍에서 형상 측정 장치(100)로 출력되는 것으로 한다. 형상 측정 장치(100)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 화상 취득부(110)에 의해, 촬상 장치(20)가 촬상한 촬상 화상을 취득하면(S100), 포커스 조정 처리(S110 내지 S130) 및 형상 측정 처리(S140, S150)를 개시한다. 형상 측정 처리와 포커스 조정 처리는, 병렬적으로 실행해도 되고, 교대로 실행해도 된다. 이하, 각 처리에 대하여 상세하게 설명해 간다.
[2-1. 포커스 조정 처리]
포커스 조정 처리에서는, 먼저, 선상 광 위치 검출부(120)에 의해, 촬상 화상 내의 선상 광의 선상 광 위치를 산출한다(S110). 도 4에 기초하여, 촬상 화상 내에 있어서의 선상 광 위치의 산출 방법을 설명한다. 도 4의 상측에 나타내는 촬상 화상(A)은, 도 1에 도시한 구성의 형상 측정 시스템에 있어서, 촬상 장치(20)에 의해 측정 대상물(5)의 측정면(5a)을 촬상한 화상의 일례이다. 촬상 화상(A)에 있어서, 측정 대상물(5)의 반송 방향을 X 방향으로 하고, X 방향에 대하여 직교하는 선상 광(12)의 직선 방향을 Y 방향으로 한다. 촬상 화상(A)은, N×M 화소의 화상 I(x, y)라고 한다(0≤x≤N-1, 0≤y≤M-1). 여기서, x는 각 화소의 X 방향 위치이며, y는 각 화소의 Y 방향 위치이다.
선상 광 위치 검출부(120)는, 하기 식 (1)에 기초하여, 도 4의 촬상 화상(A)의 수평 방향(X 방향)의 각 위치에 있어서, 선상 광(12)의 직선 방향(세로 방향, Y 방향)으로 배열되는 각 화소의 휘도값의 합(누적 휘도값)을 취하고, 도 4 하측에 도시한 바와 같은 수평 방향에 있어서의 각 위치에서의 누적 휘도값을 나타낸 파형을 취득한다. 이 파형을 프로젝션 파형이라고 한다. 선상 광(12)은 세로 방향으로 연장되어 있는 점에서, 프로젝션 파형에는 선상 광(12)의 위치가 피크가 되어 나타난다. 선상 광 위치 검출부(120)는, 이러한 프로젝션 파형에 기초하여, 촬상 화상(A) 내에 있어서의 선상 광 위치를 특정한다.
보다 상세하게 설명하면, 선상 광 위치는, 선상 광(12)이 조사되지 않은 부분과는 다른 휘도값으로 촬상 화상(A)에 나타난다. 따라서, 프로젝션 파형에 있어서도, 선상 광(12)이 조사된 위치의 누적 휘도값은, 다른 위치의 누적 휘도값과 비교하여 현저하게 높아진다. 그래서, 선상 광 위치 검출부(120)는, 프로젝션 파형에 있어서 누적 휘도값이 현저하게 높아진 위치를, 선상 광 위치로서 검출한다. 선상 광 위치는, 예를 들어 하기 식 (2)에 나타내는 바와 같이 프로젝션 파형의 피크 위치로 해도 되고, 하기 식 (3)에 도시한 바와 같이, 프로젝션 파형의 무게 중심 위치로 해도 된다. 또한, 프로젝션 파형을 산출한 촬상 화상(A)이, 측정 대상물(5)에 포커스가 맞지 않아, 불선명하다고 해도, 프로젝션 파형에 피크가 나타나 있으면, 선상 광 위치 검출부(120)는 선상 광 위치를 특정할 수 있다.
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
선상 광 위치 검출부(120)에 의해 선상 광 위치가 특정되면, 이어서, 거리 연산부(130)에 의해, 선상 광 위치에 기초하여, 촬상 화상 취득 시에 있어서의 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)과의 거리가 산출된다(S120). 이하, 도 5에 기초하여, 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)과의 거리의 산출 방법을 설명한다.
도 5는, 선상 광 조사 장치(10) 및 촬상 장치(20)에 대해서, 측정 대상물(5)의 측정면(5a)과, 촬상 장치(20)로부터 당해 촬상 장치(20)의 광축 방향으로 기준 거리 D0만큼 이격된 기준면(B)과의 위치 관계를 나타내는 모식도이다. 기준 거리 D0은, 촬상 장치(20)로부터 측정면(5a)까지의 거리 D를 산출하기 위해 미리 설정된 고정값이다. 예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이 측정 대상물(5)의 일측면을 측정면(5a)으로 하는 경우에는, 촬상 장치(20)와 원래 배치되어야 할 측정면(5a)의 계획 상의 위치와의 거리를, 기준 거리 D0으로 해도 된다. 또한, 원래 배치되어야 할 측정면(5a)의 계획 상의 위치란, 예를 들어 측정 대상물(5)의 폭 중심이 반송 라인의 폭 방향 중심(C)과 일치하는 위치이다. 또한, 예를 들어 측정 대상물(5)의 상면을 측정면(5a)으로 할 경우에는, 일측면을 측정면(5a)으로 했을 때와 동일하게, 촬상 장치(20)와 원래 배치되어야 할 상면의 계획 상의 위치와의 거리를, 기준 거리 D0으로 해도 된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 촬상 장치(20)로부터 기준 거리 D0만큼 이격된 위치에 있는 기준면(B)은, 그 중심에 있어서 촬상 장치(20)의 광축과 직교하는 것으로 한다. 형상 측정 시스템에 있어서, 촬상 장치(20)는, 이 기준면(B)에 대하여 포커스를 맞출 수 있도록 배치되어 있다. 또한, 선상 광 조사 장치(10)는, 촬상 장치(20)의 광축으로부터 각도 θ만큼 경사진 방향으로부터 선상 광(12)을 출사한다. 이 때, 선상 광 조사 장치(10)는, 기준면(B)에 있어서 선상 광(12)이 촬상 장치(20)의 광축과 교차하도록 배치된다. 이와 같이, 형상 측정 시스템은, 측정 대상물(5)의 측정면(5a)이 기준면(B)에 있을 때, 선상 광(12)을 선명하게 촬상할 수 있도록 구성되어 있다.
여기서, 측정 대상물(5)의 측정면(5a)이, 촬상 장치(20)로부터 이격되는 방향으로 기준면(B)의 위치로부터 어긋난 것으로 한다. 이 때, 측정면(5a)에 포커스가 맞지 않게 되기 때문에, 촬상 장치(20)의 촬상 화상(A)은 불선명한 화상이 되어버린다. 그래서, 촬상 장치(20)의 포커스 렌즈(22)를 측정면(5a)에 포커스가 맞는 위치까지 이동시킴으로써, 거리 연산부(130)에 의해 촬상 장치(20)로부터 측정면(5a)까지의 거리 D가 산출된다.
촬상 장치(20)로부터 측정면(5a)까지의 거리 D는, 하기 식 (4)로 표시된다. 식 (4)에 있어서, d는 기준면(B)과 측정면(5a)의 거리[mm]이며, 하기 식 (5), (6)에 의해 표시된다. 식 (5)에 있어서, X0은 기준면(B)에 있어서의 선상 광 위치(이하, 「기준 선상 광 위치」라고도 함)이고, X는 촬상 화상(A)에 나타나는 선상 광(12)의 조사 위치이다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 측정 대상물(5)이 기준면(B)에 대하여 촬상 장치(20)로부터 이격되면, 촬상 장치(20)로부터 측정면(5a)까지의 거리 D는 기준 거리 D0보다 커진다. 이 때, 촬상 화상(A)에 있어서, 선상 광 위치 X는, 선상 광 위치 X0으로부터 지면 우측(선상 광 조사 장치(10)와 반대측)에 나타난다. 한편, 측정 대상물(5)이 기준면(B)에 대하여 촬상 장치(20)에 가까워지면, 촬상 장치(20)로부터 측정면(5a)까지의 거리 D는 기준 거리 D0보다 작아진다. 이 때, 촬상 화상(A)에 있어서, 선상 광 위치 X는, 선상 광 위치 X0으로부터 지면 좌측(선상 광 조사 장치(10)측)에 나타난다. 이와 같이, 촬상 장치(20)로부터 측정면(5a)까지의 거리 D에 따라, 선상 광 위치 X0과 스텝 S110에서 검출된 선상 광 위치 X 사이에 어긋남(거리차 Xe[pixel])이 발생한다. 이 Xe에 대응하는 실공간에서의 거리차는, 거리 D에 있어서의 촬영 분해능을 r[mm/pixel]로 하면, Xeㆍr이며, 기하학적 관계로부터 d는 (5)식으로 표시된다. 또한 거리 D에 있어서의 촬영 분해능 r[mm/pixel]은, 거리 D[mm]에 있어서의 촬상 장치(20)의 시야폭을 W[mm]라 하면 (6)식으로 표시된다.
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
한편, 기준면(B)(기준 거리 D0[mm])에 있어서의 촬상 장치(20)의 시야폭을 W0[mm]로 했을 때, 비례 관계에 의해 하기 식 (7)의 관계가 성립된다. 또한, 기준면(B)에서의 촬상 분해능 r0은 W0/N임으로써, r0과 r의 관계는 하기 식 (8)이 된다.
Figure pct00009
Figure pct00010
따라서, 거리 D는, 식 (4), 식 (5) 및 식 (7)로부터, 하기 식 (9)로 표시된다.
Figure pct00011
여기서, 기준 거리 D0에서의 촬상 분해능 r0은, 식 (6)으로부터 하기 식 (10)으로 표시되지만, 기준 거리 D0이 거리차 Xe로부터 유도되는 Xeㆍr0/tanθ보다도 충분히 큰 경우에는, 상기 식 (9)의 제2항의 분모는 1이라고 간주할 수 있다. 따라서, 거리 D는, 식 (9)를 간략화한 하기 식 (10)에 의해 산출할 수 있다. 즉, 거리 D는, 기준 거리 D0과 거리차 r0d와의 합으로 나타낼 수 있다. 본 실시 형태에서는, 식 (9) 또는 식 (10)을 거리 함수로서 정의한다.
Figure pct00012
거리 연산부(130)는, 예를 들어 거리 함수인 식 (10)에 기초하여 촬상 장치(20)로부터 측정면(5a)까지의 거리 D를 산출한다. 그리고, 거리 연산부(130)는, 산출한 거리 D를 포커스 조정부(140)로 출력한다.
그 후, 포커스 조정부(140)는, 스텝 S120에서 산출된 촬상 장치(20)로부터 측정면(5a)까지의 거리 D에 기초하여, 촬상 장치(20)의 포커스 렌즈(22)의 위치를 조정한다(S130). 도 5에 도시한 예에 있어서, 측정 대상물(5)의 측정면(5a)이 기준면(B)으로부터 어긋나면, 촬상 화상(A)에 나타나는 선상 광 위치 X는, 기준 선상 광 위치 X0으로부터 Xe만큼 X 방향으로 어긋나버린다. 상술한 바와 같이, 측정 대상물(5)의 측정면(5a)이 기준면(B)으로부터 촬상 장치(20)로부터 이격되는 방향으로 어긋난 경우에는, 선상 광 위치 X는, 도 5의 하측에 나타내는 바와 같이 선상 광 위치 X0으로부터 지면 우측(즉, 선상 광 조사 장치(10)와 반대측)으로 어긋난다. 한편, 측정 대상물(5)의 측정면(5a)이 기준면(B)으로부터 촬상 장치(20)에 근접하는 방향으로 어긋난 경우에는, 선상 광 위치 X는, 기준 선상 광 위치 X0으로부터 지면 좌측(선상 광 조사 장치(10)측)으로 어긋난다. 이와 같이, 선상 광 위치 X가 기준 선상 광 위치 X0으로부터 어긋나버리면, 촬상 장치(20)의 포커스 렌즈(22)의 초점이 측정면(5a)에 맞지 않게 된다. 촬상 장치(20)의 포커스 렌즈(22)의 초점이 맞지 않은 상태에서 취득된 촬상 화상(A)은 불선명해지고, 불선명한 촬상 화상(A)에 기초하여 후술하는 형상 측정 처리를 실행하면, 선상 광이 굵게 촬영되기 때문에, 측정 대상물(5)의 형상 측정 정밀도는 저하되어버린다.
그래서, 본 실시 형태에 따른 형상 측정 장치(100)는, 포커스 조정부(140)에 의해, 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)과의 거리 D에 기초하여, 촬상 장치(20)의 포커스 렌즈(22)의 포커스 위치를 조정한다. 예를 들어, 본 실시 형태에 따른 포커스 렌즈(22)가 포커스 링(24)을 회전시키는 모터(26)를 구비하는 모터 구동부 렌즈인 경우, 포커스 조정부(140)는, 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)과의 거리 D에 기초하여, 포커스 렌즈(22)를 소정의 거리 위치로 이동시키는 명령을 모터(26)에 대하여 출력한다. 소정의 거리 위치는, 촬상 화상(A)을 취득했을 때의 측정 대상물(5)의 측정면(5a)에 있어서 포커스가 맞도록 한 위치로 한다. 이에 의해, 촬상 장치(20)에 의해 선명한 촬상 화상(A)이 취득되게 된다. 포커스 조정부(140)는, 미리 취득한 촬상 장치(20)로부터 측정면(5a)까지의 거리와 포커스가 맞는 포커스 링(24)의 회전각의 대응 관계에 기초하여, 포커스 링(24)을 모터(26)에 의해 회전시켜, 포커스를 조정한다.
이와 같이, 형상 측정 장치(100)는, 촬상 장치(20)로부터 촬상 화상(A)을 취득할 때마다 스텝 S110 내지 S130의 처리를 반복함으로써, 항상 측정면(5a)에 대하여 포커스가 맞던 상태로 하여, 선명한 화상을 취득할 수 있도록 하고 있다.
[2-2. 형상 측정 처리]
한편, 형상 측정 장치(100)는, 상술한 포커스 조정 처리(S110 내지 S130)와 함께, 형상 측정 처리(S140, S150)를 실행한다.
먼저, 형상 연산부(150)는, 촬상 화상에 있어서의 선상 광의 굴곡 상태에 기초하여, 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 요철 형상을 산출한다(S140). 여기서, 도 6에, 측정면(5a)에 볼록 형상을 갖는 측정 대상물(5)의 촬상 화상(A)의 일례를 나타낸다. 측정면(5a)이 요철이 없는 평탄면인 경우에는 촬상 화상(A)에는 직선상의 선상 광이 나타나지만, 측정면(5a)의 볼록 형상이 있으면, 도 6에 도시한 바와 같이, 촬상 화상(A)에는, 직선부(12a)와, 측정면(5a)의 볼록 형상에 의해 발생한 굴곡부(12b)를 포함하는 선상 광(12)이 나타난다.
여기서, 시각 t에 촬상된 N×M 화소의 촬상 화상(A)을, 화상 I(x, y|t)로 한다(0≤x≤N-1, 0≤y≤M-1). 형상 연산부(150)는, 이 촬상 화상(A)의 세로 방향(Y 방향)의 각 위치에 있어서 최대 휘도가 되는 수평 방향(X 방향)의 위치를 특정한다. 즉, 형상 연산부(150)는, 하기 식 (11)로부터, 촬상 화상(A)의 세로 방향(Y 방향)의 각 위치에 있어서 최대 휘도를 부여하는 X 좌표 Xmax(y|t)를 산출한다.
Figure pct00013
이 때 계측되는 측정 대상물(5)의 요철 형상을 나타내는 값(이하, 「형상값」이라고도 함) Z는, 기준 거리 D0을 형상의 원점으로 하여, 하기 식 (12)와 같은 이산값으로서 취득된다.
Figure pct00014
또한, 촬상 장치(20)의 광축과 선상 광 조사 장치(10)의 선상 광(12)의 출사 방향과의 각도 θ는 30° 내지 45°의 값으로 설정되고, 통상 45°로 설정된다. 형상 연산부(150)는, 식 (12)에 기초하여 시간 방향으로 연속적으로 촬상한 각 화상에 대하여 형상값 Z를 각각 구함으로써, 측정 대상물(5)의 측정면(5a) 전체에 있어서의 형상을 산출할 수 있다.
또한, 화상의 촬상 간격을 Δt[초], 측정 대상물(5)의 이동 속도를 v[mm/초]로 했을 때, 형상 연산부(150)는, 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 이산적인 형상을, 하기 식 (13)으로 표시되는 형상값 Z에 기초하여 산출할 수 있다. 또한, u는 이산값(u=0, 1, 2, ㆍㆍㆍ)이다. 또한, 측정 대상물(5)의 이동 방향을 u 방향(X 방향과 동일한 방향), 이것에 직교하는 방향을 v 방향(Y 방향과 동일한 방향)으로 한다.
Figure pct00015
또한, 본 실시 형태에서는, 형상 연산부(150)는, 상기 식 (11)을 사용하여 얻어지는, 촬상 화상(A)의 세로 방향(Y 방향)의 각 위치에 있어서 최대 휘도를 부여하는 X 좌표에 의해, 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 촬상 화상의 화소 단위의 이산적인 형상을 취득했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 촬상 화상(A)의 세로 방향(Y 방향)의 각 위치에 있어서 최대 휘도를 부여하는 X 좌표 Xmax(y|t) 대신에 하기 식 (14)로 표시되는 무게 중심 위치 Xg(y|t)를 사용해도 된다. 무게 중심 위치 Xg(y|t)를 사용함으로써 Y 방향(v 방향)의 형상의, 촬상 화상의 화소 분해능에 제한되지 않는 연속값을 얻을 수 있다.
Figure pct00016
이와 같이 하여, 형상 연산부(150)에 의해 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 형상을 나타내는 변수인 형상값 Z가 산출된다. 형상 연산부(150)는, 산출한 형상값 Z를, 결과 출력부(160)로 출력한다.
결과 출력부(160)는, 형상 연산부(150)로부터 측정 대상물(5)의 형상을 나타내는 형상값 Z를 받으면, 이 산출 결과를 표시 장치(30) 또는 기억부(40)로 출력한다(S150). 표시 장치(30)는, 형상값 Z에 기초하여, 측정 대상물(5)의 형상을 표시하고, 오퍼레이터에 측정 대상물(5)의 형상을 통지한다. 또한, 기억부(40)에 기억된 측정 대상물(5)의 형상은, 예를 들어 측정 대상물(5)의 측정면(5a)에 있어서 요철 형상이 있는 위치를 특정하는 등의 정보로서 이용할 수 있다.
형상 측정 장치(100)는, 촬상 장치(20)로부터 촬상 화상(A)을 취득할 때마다 스텝 S140 및 S150의 처리를 반복적으로 행하여, 측정 대상물(5)의 측정면(5a)의 형상을 특정한다. 형상 측정 처리에서 사용하는 촬상 화상(A)은, 상술한 포커스 조정 처리에 의해 취득된 화상이다. 선명한 촬상 화상을 사용하여 측정 대상물(5)의 형상을 산출함으로써, 형상 측정 장치(100)는, 보다 고정밀도로 측정 대상물(5)의 형상을 특정하는 것이 가능해진다.
또한, 전술한 바와 같이, 형상 측정 장치(100)는, 화상 취득부(110)에 의해 촬상 장치(20)로 촬상된 촬상 화상을 취득하면(S100), 포커스 조정 처리(S110 내지 S130) 및 형상 측정 처리(S140, S150)를 병렬적으로 실행해도 되고, 교대로 실행해도 된다. 예를 들어, 이들 처리를 교대로 실행하는 경우에는, 포커스 조정 처리(S110 내지 S130)에 의해 포커스를 조정한 후에, 다음으로 포커스 조정 처리에 사용한 촬영 화상과 동일한 촬상 화상에 대하여 형상 측정 처리(S140, S150)를 실행하게 된다.
이상, 본 실시 형태에 따른 형상 측정 장치(100)에 의한, 촬상 장치(20)의 포커스 조정 처리 및 형상 측정 처리에 대하여 설명하였다. 본 실시 형태에 따르면, 별도로 거리 센서를 설치하지 않고, 촬상 화상(A)에 나타나는 선상 광(12)의 선상 광 위치로부터 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)과의 거리를 산출하고, 산출된 거리의 위치에 있는 측정면에 포커스가 맞도록 포커스 렌즈(22)를 이동시킨다. 이에 의해, 포커스 렌즈(22)의 위치를 광축 방향으로 이동시키는 스위핑 등의 반복 처리를 행하지 않고, 촬상 장치(20)에 의해 취득된 촬상 화상에 기초하여 포커스 조정할 수 있어, 시간 지연되지 않게 촬상 장치(20)에 의해 선명한 촬상 화상을 얻을 수 있다. 그 결과, 촬상 장치(20)와 측정 대상물(5)과의 거리가 변화되어도, 그 변화에 따라서 포커스 렌즈(22)의 위치를 조정할 수 있기 때문에, 촬상된 선상 광이 희미해져 불선명해지는 것을 방지하여, 형상의 측정 정밀도를 높게 유지할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 사람이면, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있음은 명백하고, 이것들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
5 측정 대상물
5a 측정면
10 선상 광 조사 장치
12 선상 광
12a 직선부
12b 굴곡부
20 촬상 장치
22 포커스 렌즈
24 포커스 링
26 모터
30 표시 장치
40 기억부
100 형상 측정 장치
110 화상 취득부
120 선상 광 위치 검출부
130 거리 연산부
140 포커스 조정부
150 형상 연산부
160 결과 출력부
A 촬상 화상
B 기준면

Claims (9)

  1. 선상 광 조사 장치에 의해 측정 대상물에 조사된 선상 광을 촬상 장치에 의해 촬상한 촬상 화상으로부터, 상기 선상 광의 선상 광 위치를 검출하는 선상 광 위치 검출부와,
    상기 촬상 장치로부터 소정의 기준 거리의 위치에 상기 측정 대상물이 위치할 때에 상기 선상 광 위치 검출부에 의해 검출되는 기준 선상 광 위치와, 상기 선상 광 위치 검출부에 의해 검출된 상기 선상 광 위치의 거리차, 상기 기준 거리, 및 상기 촬상 장치의 광축과 상기 선상 광의 출사 방향이 이루는 각에 기초하여, 상기 촬상 장치로부터 상기 측정 대상물까지의 거리를 연산하는 거리 연산부와,
    상기 촬상 장치로부터 상기 측정 대상물까지의 거리에 기초하여, 상기 촬상 장치의 포커스를 조정하는 포커스 조정부와,
    상기 촬상 화상에 기초하여, 상기 측정 대상물의 형상을 연산하는 형상 연산부
    를 구비하는, 형상 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 거리 연산부는, 상기 촬상 장치의 촬상 분해능을 사용하여 표현된 거리 함수에 기초하여, 상기 촬상 장치로부터 상기 측정 대상물까지의 거리를 연산하는, 형상 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 거리 연산부는, 하기 식 (A)에 기초하여, 상기 상기 촬상 장치로부터 상기 측정 대상물까지의 거리 D를 연산하는, 형상 측정 장치.
    Figure pct00017

    여기서, D0은 상기 기준 거리, r0은 상기 기준 거리에서의 촬상 분해능, Xe는 상기 촬상 화상의 화소 단위에서의 상기 선상 광 위치와 상기 기준 선상 광 위치와의 거리차, θ는 상기 촬상 장치의 광축과 상기 선상 광의 출사 방향이 이루는 각이다.
  4. 제2항에 있어서, 상기 거리 연산부는, 하기 식 (B)에 기초하여, 상기 상기 촬상 장치로부터 상기 측정 대상물까지의 거리 D를 연산하는, 형상 측정 장치.
    Figure pct00018

    여기서, D0은 상기 기준 거리, r0은 상기 기준 거리에서의 촬상 분해능, Xe는 상기 촬상 화상의 화소 단위에서의 상기 선상 광 위치와 상기 기준 선상 광 위치와의 거리차, θ는 상기 촬상 장치의 광축과 상기 선상 광의 출사 방향이 이루는 각이다.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선상 광 위치 검출부는,
    상기 촬상 화상의, 선상 광의 직선 방향에 직교하는 방향의 각 위치에 있어서의, 상기 선상 광의 직선 방향으로 배열되는 각 화소의 휘도값의 합을 나타낸 프로젝션 파형을 산출하고,
    상기 프로젝션 파형의 피크 위치를 상기 선상 광 위치로 하는, 형상 측정 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선상 광 위치 검출부는,
    상기 촬상 화상의, 선상 광의 직선 방향에 직교하는 방향의 각 위치에 있어서의, 상기 선상 광의 직선 방향으로 배열되는 각 화소의 휘도값의 합을 나타낸 프로젝션 파형을 산출하고,
    상기 프로젝션 파형의 무게 중심 위치를 상기 선상 광 위치로 하는, 형상 측정 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형상 연산부는, 상기 촬상 화상의, 상기 선상 광의 직선 방향의 각 위치마다 산출되는, 당해 직선 방향에 직교하는 방향에 있어서의 최대 휘도 위치에 기초하여, 상기 측정 대상물의 형상을 연산하는, 형상 측정 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형상 연산부는, 상기 촬상 화상의, 상기 선상 광의 직선 방향의 각 위치마다 산출되는, 당해 직선 방향에 직교하는 방향에 있어서의 휘도의 무게 중심 위치에 기초하여, 상기 측정 대상물의 형상을 연산하는, 형상 측정 장치.
  9. 선상 광 조사 장치에 의해 측정 대상물에 조사된 선상 광을 촬상 장치에 의해 촬상한 촬상 화상으로부터, 상기 선상 광의 선상 광 위치를 검출하는 선상 광 위치 검출 스텝과,
    상기 촬상 장치로부터 소정의 기준 거리의 위치에 상기 측정 대상물이 위치할 때에 검출되는 기준 선상 광 위치와 상기 선상 광 위치와의 거리차, 상기 기준 거리, 및 상기 촬상 장치의 광축과 상기 선상 광의 출사 방향이 이루는 각에 기초하여, 상기 촬상 장치로부터 상기 측정 대상물까지의 거리를 연산하는 거리 연산 스텝과,
    상기 촬상 장치로부터 상기 측정 대상물까지의 거리에 기초하여, 상기 촬상 장치의 포커스를 조정하는 포커스 조정 스텝과,
    상기 촬상 화상에 기초하여, 상기 측정 대상물의 형상을 연산하는 형상 연산 스텝
    을 포함하는, 형상 측정 방법.
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