KR20190126706A

KR20190126706A - 3차원 형상 계측 시스템 및 계측 시간 설정 방법

Info

Publication number: KR20190126706A
Application number: KR1020190037681A
Authority: KR
Inventors: 미나미 와즈미; 가즈야 기무라; 마사유키 하야카와
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2018-05-02
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2019-11-12
Also published as: CN110440686A; EP3564618B1; CN110440686B; JP2019194540A; TW201947186A; EP3564618A1; JP7124424B2; KR102196286B1; TWI679397B

Abstract

[과제] 프로브에 위치 어긋남이 발생해도, 피계측 대상의 3차원 형상을 고정밀도로 계측할 수 있는 기술을 제공한다.
[해결 수단] 노광 시간을 설정(스텝 11)하고, 복수회 프로브의 위치 계측을 행한다(스텝 12). 복수 패턴의 평균 횟수에서의 위치 계측 오차를 산출한다(스텝 13). 계측 시간과 산출한 측위 오차의 대응표를 산출한다(스텝 14). 준비된 계측 시간과 손 떨림 오차의 대응표를 사용하여, 설정 노광 시간에서의, 계측 시간과(손 떨림 오차+측위 오차)의 대응표를 산출한다(스텝 15). 설정 후보의 모든 노광 시간에 대하여 스텝 11 내지 15를 반복하여, 계측 시간과 위치 계측 오차의 대응표를 산출한다(스텝 16). 위치 계측 오차가 최소가 되는 노광 시간과 평균 횟수를 설정한다(스텝 17).

Description

3차원 형상 계측 시스템 및 계측 시간 설정 방법{THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASURING SYSTEM AND MEASURING TIME SETTING METHOD}

본 발명은, 3차원 형상 계측 시스템 및 계측 시간 설정 방법에 관한 것이다.

종래, 레이저를 피계측 대상 표면에 조사하는 레이저 조사부와, 피계측 대상 표면에 조사된 레이저를 촬상하는 레이저 촬상부를 갖는 레이저 프로브와, 이 레이저 프로브와의 위치 관계가 고정된 복수의 LED의 마커를 구비하는 프로브를 사용하여, 피계측 대상의 3차원 형상을 계측하는 3차원 형상 계측 시스템이 제안되었다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조). 이 3차원 형상 계측 시스템은, 마커의 x 방향의 위치를 검출하는 제1 촬상 장치와, z 방향의 위치를 검출하는 제2 촬상 장치와, y 방향의 위치를 검출하는 제3 촬상 장치를 구비하고, 각 마커를 발광시켜, 제1 내지 제3 촬상 장치에 의해 마커를 촬상한 화상으로부터, 프로브의 위치 자세를 산출한다. 이 3차원 형상 계측 시스템에서는, 제1 촬상 장치와 제2 촬상 장치를 보유 지지하는 제1 카메라 유닛과, 제3 촬상 장치를 보유 지지하는 제2 카메라 유닛을 대략 직교하게 배치함으로써, 깊이(y 방향)의 계측 오차를 저감시키고 있다.

또한, 프로브의 구성상, 손 떨림의 영향이 저감되는 기술로서, 일정한 위치 관계로 배치된 복수의 마커와, 피계측 대상에 접촉시키는 스타일러스와, 피계측 대상의 3차원 계측 영역을 촬상하는 부촬상부를 갖는 프로브를 사용하여, 피계측 대상의 3차원 형상을 계측하는 3차원 형상 계측 시스템이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2를 참조). 여기에서는, 프로브에 있어서의 각 마커와 스타일러스의 피계측 대상과의 접촉부의 위치 관계는 이미 알고 있으며, 또한, 스타일러스의 접촉부와 부촬상부의 위치 관계도 이미 알고 있다. 발광하는 복수의 마커를 주 촬상부에 의해 촬상하고, 처리부에 있어서, 프로브의 3차원 위치와 자세를 계측함으로써, 스타일러스의 접촉부의 3차원 위치 및 스타일러스의 방향을 특정할 수 있다. 처리부에 있어서, 부촬상부의 촬상 영역을 산출함과 함께, 지정된 3차원 계측점에서 구성되는 기하학 형상의 교차나 각도·면적을 산출하고, 프로브의 3차원 위치 자세 계측값을 기초로 하여, 이들 3차원 계측값을 결합함으로써 3차원 형상을 계측하고 있다.

여기서, 상술한 종래의 기술에서는, 프로브를 보유 지지하는 유저의 손 떨림 등에 의해, 프로브에 위치 어긋남이 발생하는 경우가 있었다. 그 때문에, 프로브의 위치 자세의 측정에 오차가 발생하고, 나아가서는 3차원 형상 계측의 정밀도가 저하된다는 문제가 발생하는 경우가 있었다.

일본 특허 제6043974호 공보 일본 특허 공개 제2015-190927호 공보

본 발명은, 상기와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 프로브에 위치 어긋남이 발생하는 경우에 있어서도, 피계측 대상의 3차원 형상을 고정밀도로 계측하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 동기를 위한 제어 신호를 출력하는 타이밍 제어부와,

상기 제어 신호에 동기되어, 피계측 대상에 접촉하지 않고, 해당 피계측 대상의 3차원 형상을 계측하는 비접촉 3차원 형상 계측 센서와,

상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서를 갖고, 상기 3차원 형상의 계측 시에, 상기 피계측 대상에 대하여, 상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서가 해당 피계측 대상의 형상을 계측할 수 있는 위치가 되도록 보유 지지되는 프로브와,

상기 프로브에 배치되고, 상기 제어 신호에 동기되어, 발광하는 복수의 마커와,

촬상에 관한 노광 시간 및 촬상의 횟수를 설정하는 계측 설정부와,

상기 복수의 마커를 포함하는 촬상 대상으로부터의 광을 상기 노광 시간에 걸쳐 받음으로써 해당 복수의 마커를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상부이며, 상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서에 의한 상기 피계측 대상의 3차원 형상의 계측 시에, 상기 노광 시간에, 상기 제어 신호에 동기되어, 상기 복수의 마커를 포함하는 상기 화상을 상기 횟수 촬상하는 촬상부와,

상기 촬상부에 의해 촬상된 복수의 상기 화상으로부터 상기 복수의 마커의 위치를 추출하고, 해당 복수의 마커의 위치 관계에 관한 정보에 기초하여 상기 프로브의 세계 좌표계에 있어서의 위치 자세를 계측하는 처리부와,

상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서에 의해 계측된, 상기 프로브에 대하여 정의되는 프로브 좌표계에 있어서의 상기 피계측 대상의 3차원 형상을, 상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서에 의한 3차원 형상의 계측 시의 상기 프로브의 위치 자세에 기초하여 상기 세계 좌표계에 있어서의 상기 피계측 대상의 3차원 형상으로 변환하고, 세계 좌표계에 있어서의 해당 피계측 대상의 3차원 형상을 표현하는 정보를 생성하는 3차원 형상 변환 처리부

를 구비한 3차원 형상 계측 시스템이며,

상기 계측 설정부는,

상기 노광 시간 및 상기 촬상의 횟수 중 어느 것을 변경하고, 변경했을 때의 상기 촬상 및 상기 프로브의 위치 자세의 계측의 결과에 기초한 상기 프로브의 위치 계측 오차를 산출하고,

해당 위치 계측 오차의 산출을, 복수 종류의 노광 시간 및 촬상의 횟수에 대하여 행하고,

얻어진 복수의 위치 계측 오차 중에서 위치 계측 오차가 작아졌을 때의 노광 시간 및 촬상의 횟수를 설정하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 계측 시스템이다.

본 발명에서는, 계측 설정부에 의해, 노광 시간 및 촬상의 횟수 중 어느 것을 변경하고, 변경했을 때의 계측 및 보유 지지된 촬상 결과에 기초한 프로브의 위치 계측 오차를 산출하고, 해당 계측 오차의 산출을, 복수 종류의 노광 시간 및 촬상의 횟수에 대하여 행하고, 얻어진 복수의 위치 계측 오차 중에서 위치 계측 오차가 작아졌을 때의 노광 시간 및 촬상의 횟수를 설정하도록 하였다. 프로브의 위치 계측 오차에는, 프로브의 위치 어긋남에 의한 오차(손 떨림 오차)와, 프로브의 위치 어긋남에 관계없이 발생하는 오차(측위 오차)가 포함되지만, 촬상부의 노광 시간 및 촬상의 횟수를, 프로브의 위치 계측 오차가 작아졌을 때의 노광 시간 및 촬상의 횟수로 설정함으로써, 프로브에 위치 어긋남이 발생하는 경우에 있어서도, 피계측 대상의 3차원 형상을 고정밀도로 계측하는 것이 가능하다. 프로브의 위치 계측 오차가 작아졌을 때로서는, 당해 위치 계측 오차가 최소가 되었을 때, 당해 위치 계측 오차가 소정값 이하가 되었을 때를 포함하지만 이것에 한정되지 않는다. 또한, 복수 종류의 노광 시간 및 촬상의 횟수에 대하여 산출하여 얻어진 복수의 위치 계측 오차의 값을 보간하거나, 또는 외삽함으로써, 위치 계측 오차가 최소 또는 소정값 이하가 되는 노광 시간 및 촬상의 횟수를 설정하도록 해도 된다.

여기서, 보유 지지된 프로브의 위치 어긋남에 의한 오차에는, 실제로 유저가 프로브를 파지하는 것에 의한 손 떨림에 의해 발생하는 오차를 포함하지만, 프로브를 보유 지지하는 보유 지지 수단의 위치 어긋남에 의해 발생하는 오차도 포함한다. 한편, 프로브의 위치 어긋남에 관계없이 발생하는 오차는, 가령, 프로브를 손 떨림 등의 위치 어긋남이 발생하지 않도록 고정한 상태와 같은, 위치 어긋남의 영향을 무시할 수 있는 상태에 있어서 발생하는 오차이다. 또한, 프로브의 보유 지지 양태에는, 상술한 바와 같이, 유저에 의한 파지에 한정되지 않고, 로봇 암이나 보유 지지구와 같은 보유 지지 수단에 의한 보유 지지도 포함된다. 또한, 노광 시간이란, 촬상부를 구성하는 촬상 소자가 촬상 대상으로부터의 광을 받는 시간이며, 노광 시간은, 기계식 또는 전자식 셔터에 의해 조정할 수 있지만, 노광 시간의 조정 방법은 이것으로 제한되지 않는다.

또한, 본 발명에 있어서는, 상기 노광 시간을 설정할 때, 상기 촬상부에 의해 촬상된 상기 복수의 마커의 화상의 화솟값에 기초하여 해당 노광 시간을 설정하도록 해도 된다.

이것에 따르면, 노광 시간을 미리, 마커의 화상의 화솟값에 기초하여 설정 해 둠으로써, 평균화할 때의 촬상 횟수만을 설정하면 되므로, 설정에 요구되는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 유저가 시스템을 사용하는 현장에서 미리 설정하면, 조명 조건 등 시스템의 사용 환경 하에서 최적의 노광 시간을 설정하여, 고정밀도 계측이 가능해진다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 노광 시간을 설정할 때 상기 복수의 마커를 포함하는 화상의 화솟값이 포화되지 않도록 설정한 노광 시간에, 상기 촬상부에서 상기 복수의 마커를 포함하는 화상을 촬상하고, 촬상한 해당 복수의 마커를 포함하는 화상의 화솟값의 최댓값이, 화솟값의 계조의 80 내지 100％가 되도록 상기 노광 시간을 설정하도록 해도 된다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 촬상부는, 촬상한 화상 중, 과거의 시점에 있어서의 상기 프로브의 위치에 기초하여, 촬상 시에 상기 마커가 존재할 수 있는 영역을 추정하여 상기 처리부에 출력하고,

상기 처리부는, 상기 영역의 화상 데이터로부터, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하게 해도 된다.

상기 촬상부에 의해 촬상한 화상 중, 과거의 시점에 있어서의 상기 프로브의 위치 정보에 기초하여, 촬상 시에 상기 마커가 존재할 수 있는 영역을 추정하고, 해당 영역의 화상 데이터를 얻는 처리는, 촬상부에 있어서 실시해도 되고, 처리부에 있어서 실시해도 된다.

상기 촬상부는, 촬상한 화상 데이터의 데이터양을 삭감하여 상기 처리부에 출력하고,

상기 처리부는, 데이터양이 삭감된 상기 화상 데이터로부터, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하게 해도 된다.

상기 촬상부에 의해 촬상한 화상 데이터의 데이터양을 삭감하는 처리는, 촬상부에 있어서 실시해도 되고, 처리부에 있어서 실시해도 된다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 복수의 마커를, 상기 프로브의 자세가 일의적으로 결정되고, 또한, 해당 마커끼리가 동일 평면 상에 없도록 배치해도 된다.

이와 같이 하면, 촬상부에 의해, 복수의 마커를 촬상한 경우에, 각 마커의 위치의 계측 오차를 저감시킬 수 있고, 프로브의 위치 계측의 정밀도를 향상시켜, 피계측 대상의 3차원 형상의 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 3차원 형상 계측 시스템에 사용할 수 있는 상기 프로브이며,

상기 복수의 마커를, 상기 프로브의 자세가 일의적으로 결정되고, 또한, 해당 마커끼리가 동일 평면 상에 없도록 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 프로브이다.

이러한 프로브를 사용하면, 촬상부에 의해, 마커를 촬상한 경우에, 각 마커의 위치의 계측 오차를 저감시킬 수 있고, 프로브의 위치 자세 계측의 정밀도를 향상시켜, 피계측 대상의 3차원 형상의 계측 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 3차원 형상 계측 시스템에 사용되는 촬상 장치이며,

상기 촬상부, 상기 처리부 및 상기 계측 설정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치이다.

이러한 촬상 장치를 사용하면, 프로브에 위치 어긋남이 발생하는 경우에 있어서도, 피계측 대상의 3차원 형상을 고정밀도로 계측하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은, 상기 3차원 형상 계측 시스템에 사용되는 컴퓨터 장치이며,

상기 처리부, 상기 3차원 형상 변환 처리부 및 상기 타이밍 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 장치이다.

이러한 컴퓨터 장치를 사용하면, 프로브에 위치 어긋남이 발생하는 경우에 있어서도, 피계측 대상의 3차원 형상을 고정밀도로 계측하는 것이 가능하다.

여기서, 컴퓨터 장치는, 적어도, CPU, RAM, ROM 및 HD 등의 기억 장치를 포함하고, CPU가 ROM 등으로부터 판독된 프로그램을 실행하는 장치이지만, 단일 컴퓨터 장치에 한정되지 않고, 기능을 분담하여 협동하는 복수의 컴퓨터 장치를 포함해도 된다.

또한, 본 발명은, 제어 신호에 동기되어, 피계측 대상의 3차원 형상을 계측하는 프로브와, 촬상 대상으로부터의 광을 노광 시간에 걸쳐 받음으로써 촬상하는 촬상부이며, 상기 프로브에 설치되고, 상기 제어 신호에 동기되어 발광하는 복수의 마커를 포함하는 화상을, 상기 제어 신호에 동기되어 촬상하는 촬상부에 의해 촬상된 상기 화상에 기초하여 상기 프로브의 위치 자세를 계측할 때 소정의 상기 노광 시간에, 상기 소정의 횟수, 촬상된 상기 화상을 사용하여, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하는 처리를 평균화하는 비접촉 프로브 측위 센서를 포함하는 3차원 형상 계측 시스템에 있어서, 상기 노광 시간과 상기 횟수를 포함하는 상기 프로브의 위치 자세를 계측할 때의 계측 시간을 설정하는 계측 시간 설정 방법이며,

상기 촬상부의 노광 시간을 설정하는 제1 스텝과,

상기 프로브의 위치 자세를 복수 횟수 계측하는 제2 스텝과,

복수 패턴의 상기 횟수에서의, 상기 프로브의 위치 어긋남에 의한 오차 및 위치 어긋남에 관계없이 발생하는 오차를 포함하는 위치 계측 오차를 산출하는 제3 스텝과,

상기 횟수에 의한 상기 프로브의 상기 계측 시간과, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차의 대응 관계를 산출하는 제4 스텝과,

설정 후보 전체의 노광 시간에 대해서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 스텝을 반복하는 스텝과,

상기 노광 시간과, 상기 횟수에 의한 상기 프로브의 상기 계측 시간과, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차의 대응 관계에 기초하여, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차가 작아졌을 때의 상기 노광 시간 및 상기 횟수를 설정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 시간 설정 방법이다.

본 발명에 따르면, 프로브의 위치 계측 오차가 작아졌을 때의 노광 시간 및 촬상의 횟수를 설정함으로써, 프로브에 위치 어긋남이 발생하는 경우에 있어서도, 피계측 대상의 3차원 형상을 고정밀도로 계측할 수 있는 계측 시간 설정 방법을 제공하는 것이 가능하다. 프로브의 위치 계측 오차가 작아졌을 때로서는, 당해 위치 계측 오차가 최소가 되었을 때, 당해 위치 계측 오차가 소정값 이하가 되었을 때를 포함하지만 이것에 한정되지 않는다. 또한, 복수 종류의 노광 시간 및 촬상의 횟수에 대하여 산출하여 얻어진 복수의 위치 계측 오차의 값을 보간하거나, 또는 외삽함으로써, 위치 계측 오차가 최소 또는 소정값 이하가 되거나 하는 노광 시간 및 촬상의 횟수를 설정하도록 해도 된다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 제2 스텝은, 상기 프로브를 고정 수단에 고정한 상태에서, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하게 해도 된다.

이와 같이 하면, 3차원 형상 시스템의 제조 시에, 프로브를 고정 수단에 고정한 상태에서, 피계측 대상의 3차원 형상을 고정밀도로 계측할 수 있는 노광 시간과 촬상의 횟수를 설정할 수 있다.

고정 수단으로서는, 프로브의 보유 지지에 의한 위치 어긋남을 무시할 수 있는 상태에서, 이동하지 않도록 고정하는 수단이라면 된다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 제2 스텝은, 유저가 상기 프로브를 보유 지지한 상태에서, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하게 해도 된다.

이와 같이 하면, 유저가 3차원 형상 계측 시스템을 사용하는 경우에, 유저가 실제로 프로브를 보유 지지한 상태에서, 피계측 대상의 3차원 형상을 고정밀도로 계측할 수 있는 노광 시간과 촬상의 횟수를 설정할 수 있다.

여기서, 유저가 프로브를 보유 지지하는 경우에는, 유저가 직접 프로브를 파지하는 경우와, 유저가 보유 지지 수단을 통해 보유 지지하는 경우를 포함한다.

또한, 본 발명은, 제어 신호에 동기되어, 피계측 대상의 3차원 형상을 계측하는 프로브와, 촬상 대상으로부터의 광을 노광 시간에 걸쳐 받음으로써 촬상하는 촬상부이며, 상기 프로브에 설치되고, 상기 제어 신호에 동기되어 발광하는 복수의 마커를 포함하는 화상을, 상기 제어 신호에 동기되어, 촬상하는 촬상부에 의해 촬상된 상기 화상에 기초하여 상기 프로브의 위치 자세를 계측할 때 소정의 상기 노광 시간에, 소정의 횟수, 촬상된 상기 화상을 사용하여, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하는 처리를 평균화하는 비접촉 프로브 측위 센서를 포함하는 3차원 형상 계측 시스템에 있어서, 상기 노광 시간과 상기 횟수를 포함하는 상기 프로브의 위치 자세를 계측할 때의 계측 시간을 설정하는 계측 시간 설정 방법이며,

소정의 노광 시간으로 설정된 상기 촬상부에서 상기 프로브의 위치 자세를 복수 횟수 계측하는 스텝과,

복수 패턴의 상기 횟수에서의 상기 프로브의 위치 어긋남에 의한 오차 및 위치 어긋남에 관계없이 발생하는 오차를 포함하는 위치 계측 오차를 산출하는 스텝과,

상기 횟수에 의한 상기 프로브의 상기 계측 시간과, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차의 대응 관계를 산출하는 스텝과,

상기 횟수에 의한 상기 프로브의 상기 계측 시간과, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차의 대응 관계에 기초하여, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차가 작아졌을 때의 상기 횟수를 설정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 시간 설정 방법이다.

본 발명에 따르면, 미리 최적의 노광 시간을 알고 있는 경우에, 그 노광 시간을 소정의 노광 시간으로서 사용함으로써, 평균화할 때의 촬상의 횟수만을 설정하면 되므로, 설정에 요구되는 시간을 단축할 수 있다. 또한, 유저가 시스템을 사용하는 현장에서 미리 설정하면, 조명 조건 등 시스템의 사용 환경 하에서 최적의 노광 시간을 설정하여, 고정밀도 계측이 가능해진다. 프로브의 위치 계측 오차가 작아졌을 때로서는, 당해 위치 계측 오차가 최소가 되었을 때, 당해 위치 계측 오차가 소정값 이하가 되었을 때를 포함하지만 이것에 한정되지 않는다. 또한, 복수 종류의 노광 시간 및 촬상의 횟수에 대하여 산출하여 얻어진 복수의 위치 계측 오차의 값을 보간하거나, 또는 외삽함으로써, 위치 계측 오차가 최소 또는 소정값 이하가 되거나 하는 노광 시간 및 촬상의 횟수를 설정하도록 해도 된다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 소정의 노광 시간은, 상기 촬상부에 의해 촬상된 화상 내의 상기 마커의 화솟값에 따라서 설정하도록 해도 된다.

본 발명에 따르면, 마커의 화상의 화솟값에 기초하여, 노광 시간을 미리 설정해 둘 수 있다.

상기 노광 시간을 설정할 때 상기 마커의 화상의 화솟값이 포화되지 않도록 설정한 노광 시간에, 상기 촬상 장치로 상기 마커를 포함하는 화상을 촬상하고, 촬상한 해당 마커의 화상의 화솟값의 최댓값이, 화솟값의 계조의 80 내지 100％가 되도록 상기 노광 시간을 설정하도록 해도 된다.

본 발명에 따르면, 3차원 형상 계측 시스템에 있어서, 프로브에 위치 어긋남이 발생하는 경우에 있어서도, 피계측 대상의 3차원 형상을 고정밀도로 계측하는 것이 가능한 기술을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시예에 공통되는 3차원 형상 계측 시스템의 개략을 나타내는 전체 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예에 공통되는 3차원 형상 계측 시스템의 기능 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 공통되는 3차원 형상 계측 수순의 흐름도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 계측 시간 설정 방법의 흐름도이다.
도 5는, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 대응표이다.
도 6은, 계측 시간과 프로브의 위치 계측 오차의 대응 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 본 발명의 실시예 2에 있어서의 계측 시간 설정 방법의 흐름도이다.
도 8은, 본 발명의 실시예 3에 있어서의 계측 시간 설정 방법의 흐름도이다.
도 9는, 본 발명의 실시예 4에 있어서의 노광 시간 설정 방법의 흐름도이다.
도 10은, 본 발명의 실시예 4에 있어서의 계측 시간 설정 방법의 흐름도이다.
도 11은, 본 발명의 실시예 4에 있어서의 계측 시간 설정 방법의 흐름도이다.
도 12는, 본 발명의 실시예 5에 있어서의 마커부의 배치를 설명하는 도면이다.
도 13은, 본 발명의 실시예 6에 있어서의 전송 화상 데이터를 나타내는 개념 도이다.
도 14는, 본 발명의 실시예 7에 있어서의 전송 화상 데이터의 구성을 설명하는 도면이다.

〔적용예〕

이하, 본 발명의 적용예에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 본 발명은 예를 들어, 도 1에 나타낸 바와 같은 3차원 형상 계측 시스템(1)에 적용된다.

이러한 3차원 형상 계측 시스템(1)에 있어서는, 피계측 대상(6)을 향해서, 유저가 프로브(2)를 파지하고, 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 계측한다. 프로브(2)에 마련된 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)로부터 조사되어, 피계측 대상(6)의 표면에서 반사된 광을 수신할 때까지의 광의 비행 시간을 이용하여, 피계측 대상(6)과의 거리를 계측함으로써, 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 계측한다. 이 피계측 대상(6)의 3차원 형상의 계측과 동기되어, 촬상 장치(3)(구체적으로는, 촬상 장치(3)에 포함되는 촬상부(13))에 의해 프로브(2)에 배치된 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상을 촬상한다. 프로브(2)에 대한 복수의 마커(12, …12)의 배치는 미리 알고 있으므로, 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상을 처리하여 각 마커(12)의 위치를 추출하고, 그것들의 위치 관계를 산출함으로써, 촬상 장치(3)에 대한 프로브(2)의 위치 자세를 계측할 수 있다. 프로브(2)의 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)에 의해 계측되는 피계측 대상(6)의 3차원 형상은, 프로브(2)에 대하여 정의되는 프로브 좌표계에 대한 것이다. 프로브(2)의 촬상 장치(3)에 대한 위치 자세는, 세계 좌표계에 대한 것이다. 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)에 의한 피계측 대상(6)의 3차원 형상의 계측과, 촬상 장치(3)에 의한 프로브(2)의 위치 자세의 계측은 동기되어 행해지고 있으므로, 프로브 좌표계에서 세계 좌표계로 변환할 수 있고, 세계 좌표계에 있어서의 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 산출할 수 있다. 프로브(2)를 피계측 대상(6)이 상이한 영역으로 향하게 함으로써 계측된 피계측 대상(6)이 상이한 영역의 3차원 형상을, 세계 좌표계에 있어서 결합함으로써, 이들 영역을 결합한 영역에 대한 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 계측할 수 있다. 프로브(2)에 의해, 피계측 대상(6)의 3차원 형상의 계측 시에는, 상술한 바와 같이, 유저가 프로브(2)를 파지하고, 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)가, 피계측 대상(6)이 계측하려고 하는 영역을 향하도록 위치시킨다. 이때, 유저의 손 떨림 등의 위치 어긋남이 발생하면, 촬상 장치(3)에 의해 촬상되는 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상에 기초하여 계측되는 프로브(2)의 위치 자세에도 오차(손 떨림 오차)가 발생하여, 3차원 형상 계측의 정밀도가 저하된다. 또한, 프로브(2)의 위치 자세를 계측하는 경우에는 상술한 바와 같은 위치 어긋남에 관계없는, 촬상 장치(3) 내부의 노이즈나 촬상 소자의 변동 등에 의한 오차(측위 오차)도 발생한다.

또한, 3차원 형상 계측 시스템(1)에 있어서는, 촬상 장치(3)에 의한 촬상 시의 노광 시간과, 촬상된 화상 데이터로부터 추출되는 복수의 마커(12, …12)의 위치에 관한 정보를 평균화하기 위해서 촬상하는 횟수(평균 횟수)를 포함하는 계측 시간을 설정하고 있다. 여기서, 노광 시간은, 촬상 장치(3)를 구성하는 촬상 소자가, 촬상 대상으로부터의 광을 수광하는 시간이며, 노광 시간을 한정하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 유저가 실제로 계측하는 경우를 상정하면, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 특정한 노광 시간에 대하여는, 평균 횟수를 증가시키면, 측위 오차는 평균화되는 반면, 유저가 프로브(2)를 파지하는 시간이 길어지므로 손 떨림 오차는 증가하는 경향이 있다. 이 때문에, 손 떨림 오차와 측위 오차 양쪽을 포함하는 프로브의 위치 계측 오차가, 최소가 되는 계측 시간이 존재한다. 또한, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 노광 시간에 따라, 위치 계측 오차와 계측 시간의 관계도 시프트된다. 본 발명은, 이러한 관계에 착안하여, 노광 시간과 평균 횟수를 스위프함으로써, 위치 계측 오차가 최소가 되는 노광 시간 및 평균 횟수를 설정함으로써, 3차원 형상 계측의 정밀도를 향상시키는 것이다. 또한, 도 6에서는, 횡축에 나타나는 계측 시간은, 실제로는, 이산적인 값을 취하는 횟수에 기초하여 산출되므로, 이산적인 값이 된다. 도 6의 (a), (b)에 나타나는 곡선은, 이러한 이산적인 값을 연결시킨 곡선이다.

또한, 3차원 형상 계측 시스템(1)은, 제조 시에는, 프로브(2)를 고정한 상태에서, 프로브의 위치 계측 오차가 손 떨림 오차를 포함하지 않고, 측위 오차만을 포함하는 경우에도, 미리 계측 시간과 손 떨림 오차의 대응 관계를 취득해 두고, 이 대응 관계를 이용하여, 위치 계측 오차가 최소가 되는 노광 시간 및 평균 횟수를 설정한다. 또한, 유저가, 3차원 형상 계측 시스템을 사용하여 계측하는 경우에, 계측 시간 설정 모드와 같은 특별한 모드를 마련해 두고, 유저가 계측 시와 마찬가지로, 프로브를 보유 지지한 상태에서, 위치 계측 오차가 최소가 되는 노광 시간 및 평균 횟수를 설정한다. 또한, 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 계측하는 경우에, 프로브(2)를 정지시키는 경우와, 등속으로 이동시키는 경우가 있고, 각각의 경우에도, 위치 계측 오차가 최소가 되는 노광 시간 및 평균 횟수를 설정할 수 있다. 또한, 최적의 노광 시간을 미리 아는 경우에는, 노광 시간을 최적의 시간으로 설정하고 나서, 복수회의 평균 횟수에서의 위치 계측 오차를 산출하고, 위치 계측 오차가 최소가 되는 평균 횟수를 설정할 수도 있다.

〔실시예 1〕

이하에서는, 본 발명의 실시예에 관한 3차원 형상 계측 시스템(1)에 대해서, 도면을 사용하여, 보다 상세하게 설명한다.

<시스템 구성>

도 1은, 본 실시예에 관한 3차원 형상 계측 시스템(1)의 전체 구성의 개략을 나타내는 도면이다. 도 2는, 3차원 형상 계측 시스템의 기능 블록도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 관한 3차원 형상 계측 시스템(1)은, 프로브(2)와, 촬상 장치(3)와, 프로브(2) 및 촬상 장치(3)와 접속된 PC(퍼스널 컴퓨터)(4)와, PC(4)에 접속된 디스플레이(5)로 구성된다.

다음으로, 도 2에 나타내는 각 기능 블록에 대하여 설명한다.

3차원 형상 계측 시스템(1)은, 주로, 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7), 비접촉 프로브 측위 센서(8), 3차원 형상 변환 처리부(9), 타이밍 제어부(10), 출력부(11)를 포함한다. 그리고, 비접촉 프로브 측위 센서(8)는, 발광하는 복수의 마커(12, …12), 촬상부(13), 처리부(14) 및 계측 설정부(15)를 포함한다. 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)는, 피계측 대상(6)에 접촉하지 않고 그 3차원 형상을 계측한다. 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)는, 예를 들어 피계측 대상(6)을 향하여 광을 조사하고, 피계측 대상(6)의 표면에서 반사된 광을 수신할 때까지의 광의 비행 시간을 이용하여, 피계측 대상(6)과의 거리를 계측함으로써, 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 계측한다. 구체적으로는, 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)는, 마커(12, …12)와 함께 프로브(2)에 포함된다. 촬상부(13)는 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상을 촬상하고, 구체적으로는 촬상 장치(3)에 포함된다. 타이밍 제어부(10)는, 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7), 마커(12, …12), 촬상부(13) 및 3차원 형상 변환 처리부(9)에 타이밍 제어 신호를 출력한다. 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)는, 이 타이밍 제어 신호에 맞춰서, 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 계측한다. 또한, 복수의 마커(12, …12)는, 이 타이밍 제어 신호에 맞춰서 발광하고, 촬상부(13)는, 이 타이밍 제어 신호에 맞춰서 발광한 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상을 촬상한다. 3차원 형상 변환 처리부(9)는, 타이밍 제어부(10)로부터의 신호에 맞춰서 비접촉 프로브 측위 센서(8)와 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)로부터 수신한 데이터를 변환, 결합 처리하고, 3차원 형상 데이터를 산출한다. 처리부(14)는, 촬상부(13)에 의해 촬상된 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상을 처리하여, 마커(12, …12)의 위치를 추출하고, 마커(12, …12)의 위치 관계에 관한 정보를 산출한다. 복수의 마커(12, …12)는 프로브(2)의 소정 위치에 배치되어 있으므로, 미리 알고 있는 복수의 마커(12, …12)의 위치 관계와, 촬상부(13)에 의해 촬상된 화상으로부터 추출된 복수의 마커(12, …12)의 위치 관계로부터, 촬상부(13)에 정의되는 세계 좌표계에 있어서의 프로브(2)의 위치 자세를 산출한다. 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)에 계측되는 피계측 대상(6)의 3차원 형상은, 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)를 갖는 프로브(2)에 정의되는 프로브 좌표계에 있어서인 것이다. 상술한 바와 같이, 비접촉 3차원 형상 계측 센서에 의한 피계측 대상(6)의 3차원 형상의 계측과, 촬상부(13)에 의한 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상의 촬상은, 타이밍 제어 신호에 동기되어 행해지고 있으므로, 피계측 대상(6)의 3차원 형상 계측 시의 프로브의 위치 자세를 알고 있다. 즉, 프로브 좌표계에 있어서의 피계측 대상(6)의 3차원 형상과, 이때의 프로브(2)의 세계 좌표계에 있어서의 위치 자세는, 타이밍 제어 신호를 통해 관련지어진다. 따라서, 3차원 형상 변환 처리부(9)에 있어서, 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)에 의해 계측된, 프로브 좌표계에 있어서의 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 세계 좌표계에 있어서의 3차원 형상으로 변환할 수 있고, 세계 좌표계에 있어서, 직전까지의 계측으로 취득되어서 인접 또는 겹치는 영역의 3차원 형상을 표현하는 정보와 결합하고, 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 표현하는 정보를 생성한다. 그리고, 구체적으로는, CPU, RAM, ROM 및 HD 등의 기억 장치로 구성되는 PC(4)는, 처리부(14)와, 3차원 형상 변환 처리부(9)와, 타이밍 제어부(10)를 포함한다. 또한, 출력부(11)는, 구체적으로는 디스플레이(5)에 포함된다. 또한, 촬상 장치(3)가, 촬상부(13)와 처리부(14)를 포함하도록 구성해도 된다.

또한, 계측 설정부(15)는 후술하는 바와 같이, 촬상부의 노광 시간이나 평균 횟수를 스위프시켜서 프로브(2)의 위치 자세를 계측하고, 위치 계측 오차가 가장 작아지도록 계측 시간을 설정한다. 또한, 도 2에서는, 계측 설정부(15)는, 처리부(14)와는 별도로 마련되어 있지만, 처리부(14) 내에 포함되어 있어도 된다.

본 실시예에 관한 3차원 형상 계측 시스템에 의한 3차원 형상 계측의 수순의 개략을 도 3의 흐름도에 기초하여 설명한다.

먼저, 타이밍 제어부(10)로부터 계측하는 타이밍을 제어하는 타이밍 제어 신호가 출력된다(스텝 1). 이 타이밍 제어 신호에 맞춰서, 프로브(2)의 위치 자세가 계측됨(스텝 2)과 함께, 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 계측한다(스텝 3). 이때, 스텝 3으로서, 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)의 시야 범위 내의 피계측 대상(6)의 3차원 형상이 계측된다. 스텝 2에서는, 이 3차원 형상의 계측에 동기되어, 복수의 마커(12, …12)가 발광하고, 이들 마커(12, …12)를 포함하는 화상으로부터, 프로브(2)의 위치 자세가 계측된다. 그리고, 이들 정보에 기초하여 3차원 형상 변환 처리를 행한다(스텝 4). 이때, 프로브(2)의 위치가 계측되어 있으므로, 프로브(2)에 정의된 프로브 좌표계에 있어서의 피계측 대상(6)의 3차원 형상인, 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)에 의해 계측된 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 세계 좌표계에 있어서의 3차원 형상으로 변환할 수 있다. 이와 같이, 세계 좌표계에 있어서의 3차원 형상으로 변환된 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 결합함으로써, 세계 좌표계에 있어서의 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 표현하는 정보가 얻어진다. 그리고, 3차원 형상 변환 처리에 의해 산출된 3차원 형상을 표현하는 정보를 화상으로 하여, 디스플레이(5) 등에 출력한다(스텝 5).

스텝 2의 프로브(2)의 위치 자세 계측 처리를 구체적으로 설명한다. 스텝 1의 타이밍 제어 신호에 맞춰서, 프로브(2)에 배치된 복수의 마커(12, …12)가 발광한다. 이 타이밍 제어 신호에 맞춰서, 촬상부(13)에서는, 프로브(2)가 발광하는 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상이 촬상된다. 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상을 처리함으로써, 각 마커(12)의 윤곽을 추출하여 중심을 결정하고, 중심 상호의 거리, 중심 사이를 연결하는 선에 의한 형상 등의 위치 관계를 산출한다. 프로브(2)에 있어서의 복수의 마커(12, …12)의 배치는 이미 알고 있으며, 복수의 마커(12, …12) 상호의 위치 관계는 미리 알고 있으므로, 이들 정보와, 상술한 화상으로부터 산출된 정보에 의해, 고정된 촬상부(13)에 대하여 정의되는 세계 좌표계에 있어서의 프로브(2)의 위치 자세를 계측할 수 있다. 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상의 촬상 결과로부터, 복수의 마커(12, …12)의 위치를 추출하고, 이들 복수의 마커(12, …12)의 위치 관계에 관한 정보에 기초하여, 세계 좌표계에 있어서의 프로브(2)의 위치 자세를 계측하는 방법으로서는, 상술한 방법에 한정되지 않는다. 이때, 촬상부(13)에서는, 계측 설정부(15)에 의해 설정된 노광 시간에 의한 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상의 촬상을, 계측 설정부(15)에 의해 설정된 횟수 반복한다. 이렇게 복수회 촬상함으로써 얻어진 복수의 화상에 대하여 상술한 계측 처리를 반복하여 평균화함으로써, 오차가 평균화되고, 오차의 영향을 저감시킬 수 있다. 오차로서는, 프로브(2)가, 유저의 손 떨림 등의 위치 어긋남에 의해 발생하는 오차나, 노이즈나 촬상 소자의 특성의 변동 등에 의해 프로브(2)의 위치 어긋남에 관계없이 발생하는 오차가 있다. 처리부(14)에 있어서 계측된 프로브(2)의 위치 자세에 관한 정보를 3차원 형상 변환 처리부(9)에 송신한다.

스텝 3의 피계측 대상(6)의 3차원 형상 계측 처리를 구체적으로 설명한다. 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)에서는, 피계측 대상(6)에 대하여, 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)가 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 계측할 수 있는 위치에, 프로브(2)를 보유 지지한 상태에서, 타이밍 제어 신호에 맞춰서, 계측을 행한다. 피계측 대상(6)의 3차원 형상의 계측으로서는, 예를 들어 피계측 대상(6)을 향하여 발사된 레이저광 등의 신호가, 피계측 대상(6) 표면에서 반사되어서 수신될 때까지의 비행 시간에 기초하여 비접촉 3차원 형상 계측 센서에서 피계측 대상(6)의 표면까지의 거리를 계측함으로써 행할 수 있지만, 3차원 형상의 계측 방법은 이것에 한정되지 않는다. 프로브(2)를 피계측 대상(6)에 대하여 일정한 위치에 보유 지지한 상태에서 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 계측하고, 프로브(2)의 피계측 대상(6)에 대한 위치를 변경하고, 피계측 대상(6)의 3차원 형상의 계측을 반복함으로써, 피계측 대상(6)의 보다 넓은 범위의 3차원 형상을 계측할 수 있다. 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)는, 계측된 피계측 대상(6)의 3차원 형상 데이터를 3차원 형상 변환 처리부(9)에 송신한다.

스텝 4의 3차원 형상 변환 처리를 구체적으로 설명한다. 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)로부터는, 프로브(2)에 대하여 정의되는 프로브 좌표계에 있어서의 피계측 대상(6)의 3차원 형상 데이터가, 3차원 형상 변환 처리부에 출력된다. 또한, 처리부(14)로부터는, 세계 좌표계에 있어서의 프로브(2)의 위치 자세 데이터가 3차원 형상 변환 처리부에 출력된다. 이들 프로브 좌표계에 있어서의 피계측 대상(6)의 3차원 형상 계측과, 세계 좌표계에 있어서의 프로브(2)의 위치 자세 계측은, 타이밍 제어 신호에 의해, 동기되어 행해지고 있기 때문에, 타이밍 제어부(10)로부터의 계측 타이밍에 관한 정보를 통해, 서로 관련지어져, 프로브 좌표계로부터 세계 좌표계에 있어서의 3차원 형상 데이터로 변환할 수 있다. 이렇게 변환된 3차원 형상 데이터는, 세계 좌표계에 있어서의 서로의 위치 관계가 특정되어 있으므로, 3차원 형상 변환 처리부(9)에 있어서, 직전까지의 계측으로 취득된 인접 또는 중첩되는 영역의 3차원 형상 데이터와 결합함으로써, 세계 좌표계에 있어서의 피계측 대상(6)의 3차원 형상 데이터를 생성할 수 있다.

상술한 계측 시간 설정 방법으로서, 제조 시에 실시하는 경우를, 도 4에 나타내는 흐름도에 기초하여 설명한다. 이 경우에는 프로브(2)는, 소정의 위치에 고정하여 보유 지지된 상태에서 이하의 처리를 실시한다. 이렇게 프로브(2)를 소정의 위치에 고정하여 보유 지지된 상태로 함으로써, 손 떨림 등에 의한 프로브(2)의 위치 어긋남에 의한 영향을 배제할 수 있다. 제조 시에 계측 시간 설정을 행해 둠으로써, 노광 시간과 평균 횟수의 디폴트값을 얻을 수 있고, 현장에서의 계측 시에 계측 시간 설정을 행하지 않는 경우에도, 이 디폴트값을 이용하여 계측할 수 있다.

먼저, 설정 후보인 노광 시간 중, 하나의 노광 시간으로 설정(스텝 11)하고, 복수회, 프로브의 위치 자세 계측을 행한다(스텝 12). 그리고, 계측한 프로브 위치에 대해서, 복수 패턴의 평균 횟수에서의 측위 오차를 산출한다(스텝 13). 이때, 프로브(2)는, 고정되어 있으므로, 위치 계측 오차로서 산출되는 것은 측위 오차만이다. 여기서, 예를 들어 계측 시간은, 계측 시간=(노광 시간+(촬상부(카메라)(13)의 화소 데이터의)전송 시간)×평균 횟수에 의해 표시된다. 그리고, 측위 오차를 산출한 모든 패턴에 대해서, 노광 시간과 평균 횟수로부터 계측 시간을 산출한다(스텝 14). 다음으로, 계측 시간과 산출한 측위 오차의 대응표를 산출한다(스텝 15). 도 5의 (a)에 계측 시간과 측위 오차의 대응 관계를 나타내는 대응표의 예를 나타낸다. 제조 시에 실시하는 경우에는, 상술한 바와 같이 고정하여 보유 지지된 프로브(2)의 위치는 미리 알고 있으므로, 미리 알고 있는 위치로부터의 오차로서 측위 오차를 산출할 수 있다. 그리고, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같은 계측 시간과 손 떨림 오차의 대응 관계를 나타내는 대응표를 사전에 취득해 둔다. 계측 시간과 손 떨림 오차의 대응표는, 실제로 행한 실험 데이터를 사용해도 되고, 시뮬레이션에 기초하는 것이어도 된다. 계측 시간과 측위 오차의 대응표와, 계측 시간과 손 떨림 오차의 대응표를 이용하여, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같은, 설정한 노광 시간에서의, 계측 시간과, 손 떨림 오차 및 측위 오차를 포함하는 위치 계측 오차의 대응표를 산출한다(스텝 16). 여기서, 손 떨림 오차와 측위 오차 양자를 포함하는 오차인 위치 계측 오차는, 손 떨림 오차와 측위 오차에 의해 결정되지만, 이들의 단순한 가산만으로 한정되지 않는다. 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 위치 계측 오차 e1은, 손 떨림 오차 ve1과 측위 오차 pe1로부터 산출식 E에 의해 E(ve1, pe1)로서 산출된다. 산출식으로서, 단순한 가산 이외에는, 제곱합 평방근(SRSS)이나 제곱 평균 평방근(RMS)을 사용할 수 있다. 그리고, 설정 후보의 모든 노광 시간에 대하여, 스텝 11 내지 16를 반복하여, 계측 시간과, 손 떨림 오차 및 측위 오차를 포함하는 위치 계측 오차의 대응표를 산출한다(스텝 17). 그리고, 그 중에서, 손 떨림 오차 및 측위 오차를 포함하는 위치 계측 오차가 최소가 되는 노광 시간과 평균 횟수를 설정한다(스텝 18).

도 6의 (a)에, 계측 시간과, 프로브(2)의 손 떨림 오차 및 측위 오차를 포함하는 위치 계측 오차의 대응 관계를 나타내고, 도 6의 (b)에, 설정 노광 시간을 변경한 경우의 계측 시간과, 프로브(2)의 손 떨림 오차 및 측위 오차를 포함하는 위치 계측 오차의 대응 관계를 나타낸다. 여기서, 파선이 계측 시간과 손 떨림 오차의 대응 관계를 나타내고, 가는 실선이 노광 시간 A의 경우의 계측 시간과 측위 오차의 대응 관계, 굵은 실선이, 이 경우의 계측 시간과 프로브(2)의 위치 계측 오차(손 떨림 오차+측위 오차)의 대응 관계를 나타내는 그래프이다. 또한, 일점쇄선이 노광 시간 B의 경우의 계측 시간과 측위 오차의 대응 관계, 이점쇄선이, 이 경우의 계측 시간과 프로브(2)의 위치 계측 오차(손 떨림 오차+측위 오차)의 대응 관계를 나타내는 그래프이다. 여기에서는, 위치 계측 오차로서, 손 떨림 오차와 측위 오차의 단순 가산에 의한 것을 예로서 설명하고 있지만, 상술한 바와 같이, 위치 계측 오차는, 단순 가산으로 한정되지 않는다. 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 일반적으로, 평균 횟수가 증가하면 측위 오차는 평균화되고, 이에 비해 계측 시간이 길어지면, 손에 파지되고 있는 시간도 길어지므로, 손 떨림 오차는 커지는 경향이 있다. 이 때문에, 손 떨림 오차와 측위 오차의 합계인 프로브(2)의 위치 계측 오차가 최소가 되는 계측 시간이 존재한다. 또한, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 노광 시간에 따라서, 계측 시간과 측위 오차의 관계를 나타내는 그래프도 시프트되기 때문에, 프로브(2)의 위치 계측 오차가 최소가 되는 계측 시간도 상이하다. 따라서, 노광 시간 설정을 변경하면서 스텝 11 내지 16의 처리를 반복함으로써, 스텝 18에서 손 떨림 오차 및 측위 오차를 포함하는 위치 측정 오차가 최소가 되는 노광 시간과 평균 횟수를 설정할 수 있다.

〔실시예 2〕

본 실시예에서는, 계측 시간 설정 모드와 같은 특별한 모드를 마련함으로써, 유저가 사용 시에 실시하는 계측 시간 설정에 대해서, 도 7에 나타내는 흐름도에 기초하여 설명한다. 여기에서는, 유저가 프로브(2)를 정지하여 계측한 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 결합하는 경우(스탬프식 등)에 대하여 설명한다. 또한, 초기 설정으로서, 실시예 1에서 설명한 제조 시의 설정을 실시해 두는 것이 바람직하다.

먼저, 계측 시간 설정 모드를 개시하고, 유저는 프로브(2)를 보유 지지하고, 실제의 계측 시와 마찬가지로 정지시킨다. 그리고 나서, 처리부(14)에서는, 설정 후보인 노광 시간 중, 하나를 노광 시간으로 설정한다(스텝 21). 그리고, 유저가 프로브(2)를 파지하고, 정지시킨 상태에서 프로브 위치 자세를 복수회 계측한다(스텝 22). 계측한 프로브 위치에 대해서, 복수 패턴의 평균 횟수에서의 위치 계측 오차를 산출한다(스텝 23). 이 경우에, 산출되는 위치 계측 오차는, 실시예 1과 같이, 손 떨림 오차와, 측위 오차로 분리할 수는 없지만, 개념적으로는, 보유 지지된 프로브(2)의 위치 어긋남(손 떨림 등)에 기초하는 손 떨림 오차와, 프로브(2)가 정지하고 있어도 발생하는 측위 오차를 포함하는 것이다. 다음으로, 위치 계측 오차를 산출한 모든 패턴에 대해서, 노광 시간과 평균 횟수로부터 계측 시간을 산출한다(스텝 24). 그리고, 계측 시간과, 산출한 위치 계측 오차의 대응표를 산출한다(스텝 25). 그리고, 설정 후보의 모든 노광 시간에 대하여, 스텝 21 내지 25를 반복하여, 계측 시간과 위치 계측 오차의 대응표를 산출한다(스텝 26). 그리고, 그 중에서, 손 떨림 오차 및 측위 오차를 포함하는 위치 계측 오차가 최소가 되는 노광 시간과 평균 횟수를 설정한다(스텝 27).

〔실시예 3〕

본 실시예에서는, 실시예 2와 마찬가지로, 계측 시간 설정 모드와 같은 특별한 모드를 마련함으로써, 유저가 사용 시에 실시하는 계측 시간 설정에 대해서, 도 8에 나타내는 흐름도에 기초하여 설명한다. 단, 본 실시예에서는, 프로브(2)를 움직이게 하여 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 계측하는 경우에 대하여 설명한다. 여기에서도, 초기 설정으로서, 실시예 1에서 설명한 제조 시의 설정을 실시해 두는 것이 바람직하다.

먼저, 계측 시간 설정 모드를 개시하고, 유저는 프로브(2)를 보유 지지하고, 실제의 측정 시와 마찬가지로 등속으로 움직이게 한다. 그리고 나서, 처리부(14)에서는, 설정 후보인 노광 시간 중, 하나를 노광 시간으로 설정한다(스텝 31). 그리고, 유저가 프로브(2)를 파지하고, 등속으로 움직이게 한 상태에서 프로브 위치 자세를 복수회 계측한다(스텝 32). 계측한 프로브 위치에 대해서, 복수 패턴의 평균 횟수에서의 위치 계측 오차를 산출한다(스텝 33). 이 경우에, 산출되는 위치 계측 오차는, 실시예 1과 같이, 손 떨림 오차와, 측위 오차로 분리할 수는 없지만, 개념적으로는, 보유 지지된 프로브(2)의 위치 어긋남(손 떨림 등)에 기초하는 손 떨림 오차와, 프로브(2)가 위치 어긋나지 않아도 발생하는 측위 오차를 포함하는 것이다. 다음으로, 위치 계측 오차를 산출한 모든 패턴에 대해서, 노광 시간과 평균 횟수로부터 계측 시간을 산출한다(스텝 34). 그리고, 계측 시간과, 산출한 위치 계측 오차의 대응표를 산출한다(스텝 35). 그리고, 설정 후보의 모든 노광 시간에 대하여, 스텝 31 내지 35를 반복하여, 계측 시간과 위치 계측 오차의 대응표를 산출한다(스텝 36). 그리고, 그 중에서, 위치 계측 오차가 최소가 되는 노광 시간과 평균 횟수를 설정한다(스텝 37).

〔실시예 4〕

본 실시예에서는, 측위 정밀도, 즉 위치 계측의 정밀도가 가장 좋아지는 최적의 노광 조건을 이미 알고 있는 경우에, 비접촉 프로브 측위 센서(8)의 계측 시간 설정에 있어서 실시예 1 내지 3과 같이 노광 시간을 스위프시키지 않고, 계측 시간 설정 처음에 화상을 사용하여 최적의 노광 조건으로 설정하는 방법에 대하여 설명한다.

본 실시예에 관한 노광 시간 설정 방법을 도 9에 나타내는 흐름도에 기초하여 설명한다.

먼저, 비접촉 프로브 측위 센서(8)의 계측 시간 설정 개시 직후에, 촬상부의 노광 시간을 초기 노광 시간으로 설정하고(스텝 41), 프로브(2)의 마커(12)를 발광시켜, 촬상한다(스텝 42). 그리고, 촬상된 화상 내의 마커(12)의 화솟값이 포화 되었는지 여부를 판단한다(스텝 43). 스텝 43에 있어서, 촬상된 화상 내의 마커(12)의 화솟값이 포화된 경우에는, 노광 시간을 짧게 하여, 스텝 41 내지 43을 반복한다. 스텝 43에 있어서, 촬상된 화상 내의 마커(12)의 화솟값이 포화되지 않은 경우에는, 마커 화솟값의 최댓값이 최적의 화솟값이 되도록 노광 시간을 설정한다(스텝 44). 여기에서는, 최적의 화솟값으로서, 계조의 80 내지 100％가 되도록 노광 시간을 설정한다.

상술한 수순에 따라 노광 시간이 설정되어 있는 경우에, 제조 시에 계측 시간을 설정하는 방법을 도 10에 기초하여 설명한다.

먼저, 복수회 프로브(2)의 위치 자세 계측을 행한다(스텝 51). 그리고, 계측한 프로브 위치에 대해서, 평균 횟수에서의 측위 오차를 산출한다(스텝 52). 그리고, 측위 오차를 산출한 모든 패턴에 대해서, 노광 시간과 평균 횟수로부터 계측 시간을 산출한다(스텝 53). 다음으로, 계측 시간과 산출한 측위 오차의 대응표를 산출한다(스텝 54). 그리고, 사전에 취득해 둔, 계측 시간과 손 떨림 오차의 대응표를 사용하여, 설정한 노광 시간에서의, 계측 시간과, 손 떨림 오차 및 측위 오차를 포함하는 위치 계측 오차의 대응표를 산출한다(스텝 55). 그리고, 그 대응표로부터, 위치 계측 오차가 최소가 되는 평균 횟수를 설정한다(스텝 56).

상술한 수순에 따라 노광 시간이 설정되어 있는 경우에, 유저가 사용 시에 계측 시간을 설정하는 방법을 도 11에 기초하여 설명한다.

먼저, 계측 시간 설정 모드를 개시하고, 유저는 프로브(2)를 파지하고, 실제의 측정 시와 마찬가지의 상태로 시킨, 즉 정지 또는 등속 이동시킨다. 그리고 나서, 유저가 프로브(2)를 보유 지지하고, 실제의 측정시와 마찬가지의 상태에서 프로브 위치 자세를 복수회 계측한다(스텝 61). 계측한 프로브 위치에 대해서, 복수 패턴의 평균 횟수에서의 위치 계측 오차를 산출한다(스텝 62). 여기에서도, 산출되는 위치 계측 오차는, 실시예 1과 같이, 손 떨림 오차와, 측위 오차로 분리할 수는 없지만, 개념적으로는, 보유 지지된 프로브의 위치 어긋남(손 떨림 등)에 기초하는 손 떨림 오차와, 프로브(2)가 정지하고 있어도 발생하는 측위 오차를 포함하는 것이다. 다음으로, 위치 계측 오차를 산출한 모든 패턴에 대해서, 노광 시간과 평균 횟수로부터 계측 시간을 산출한다(스텝 63). 그리고, 계측 시간과, 산출한 위치 계측 오차의 대응표를 산출한다(스텝 64). 그리고, 그 대응표로부터, 위치 계측 오차가 최소가 되는 평균 횟수를 설정한다(스텝 65).

〔실시예 5〕

본 실시예는, 3차원 형상 계측 시스템의 비접촉 프로브 측위 센서(8)의 마커(12, …12)에 관한 것이다.

도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이, z 방향으로 배치된 촬상 소자가, 복수의 마커(12, …12)를 촬상하는 경우에, 3차원 위치 자세 추정에서는, 사영에 의해 상실된 z 방향의 위치 정보를, x 방향 또는 y 방향으로 발생하는 시차로부터 추정하기 때문에, x 방향 또는 y 방향의 추정 오차에 비하여 z 방향의 추정 오차가 크게 발생한다. 이 때문에, 도 12의 (a)에 나타내는 바와 같이 직사각형의 4개의 정점과 긴 변에 평행한 대칭축 상의 2점이라는 동일 평면 상의 위치에 복수의 마커(12, …12)가 배치되어 있는 경우에, 마커(12, …12)의 위치 추정 오차 범위는, 해칭 부분이 된다. 이에 비해, 중앙의 두 마커를, 다른 마커가 배치된 평면과 동일 평면 상이 아닌 위치에 배치한다. 이렇게 마커(12, …12)를 프로브 상에 입체적으로 배치함으로써 z 방향으로 기하 구속이 일어나, 도 12의 (b)의 해칭 부분에서 나타내는 바와 같이, 마커(12, …12)의 3차원 위치 자세의 추정 오차를 작게 할 수 있다. 즉, 프로브(2)의 위치 자세의 추정 오차를 작게 할 수 있고, 고정밀도에서의 피계측 대상의 3차원 형상 계측이 가능해진다.

〔실시예 6〕

본 실시예는, 촬상부(13)로부터 처리부(14)에 전송하는, 마커(12)를 촬상한 화상 데이터에 관한 것이다.

촬상부(13)에서는, 마커(12)를 포함하는 시야 전체의 화상을 촬상하고 있다. 이 중, 과거의 마커(12)의 위치 정보에 기초하여, 마커(12)가 존재하는 영역의 화소 데이터만을 처리부(14)에 전송하면, 전송되는 데이터양을 삭감할 수 있다. 이렇게 전송되는 데이터양을 삭감할 수 있으면, 데이터를 전송하는 시간이나 데이터의 처리에 요구되는 시간을 저감시킬 수 있고, 처리의 고속화에 의해 측위 정밀도를 향상시킬 수 있다.

구체적으로는, 도 13에 나타내는 바와 같이, Δt 간의 촬상 화상 위에서의 최대 마커 변화량 Δx를 사전에 파악해 두고, 시각 t에 촬상한 화상에 있어서, 시각 (t-Δt)에 촬상한 화상으로부터 추출한 마커상(해칭의 원으로 나타낸다.)의 좌표에 대하여, 반경이 Δx 이하인 영역(파선으로 나타낸다.)의 화소 데이터만을 처리부에 전송한다. 이와 같이 하면, 시각 t에 촬상되는 마커상(검게 빈틈없이 칠해진 원으로 나타낸다.)은, 파선으로 나타나는 전송 영역에 존재할 수 있으므로, 처리부(14)에서는, 전송된 데이터로부터, 시각 t에 있어서의 마커(12)의 좌표를 추출할 수 있다.

또한, 상술한 화상 데이터의 삭감 처리는, 촬상부(13)에 있어서 실시하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 즉, 구체적인 구성으로서는, 촬상 장치(3) 또는 이것에 접속되는 PC(4) 중 어느 것에 있어서 실시되어도 된다.

〔실시예 7〕

본 실시예에서는, 촬상부(13)에 있어서 촬상한 화상의 화솟값 데이터양을 삭감함으로써, 처리부(14)로 전송되는 데이터양을 삭감한다. 이렇게 전송되는 데이터양을 삭감할 수 있으면, 데이터를 전송하는 시간이나 데이터의 처리에 요구되는 시간을 저감시킬 수 있고, 처리의 고속화에 의해 측위 정밀도를 향상시킬 수 있다.

구체적으로는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 촬상된 화상 데이터의 화솟값이 8bit로 표현되어 있었을 경우에, 미리 설정해 둔 역치에 의해, 8bit에서 2bit로 변환한다. 여기에서의 역치로서는, 프로브의 측위 정밀도를 담보할 수 있을 정도의 값을 미리 구해 둔다. 이와 같이 하면, 촬상된 화상의 계조가 저하됨으로써 전송되는 데이터양을 삭감할 수 있고, 처리의 고속화에 의한 측위 정밀도를 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 화솟값에 대하여 역치를 설정하는 경우에 한정되지 않고, 화솟값의 공간적 또는 시간적인 변화량에 대하여 역치를 마련해도 된다.

또한, 이하에는 본 발명의 구성 요건과 실시예의 구성을 대비 가능하게 하기 위해서, 본 발명의 구성 요건을 도면의 부호를 붙여서 기재해 둔다.

<발명 1>

동기를 위한 제어 신호를 출력하는 타이밍 제어부(10)와,

상기 제어 신호에 동기되어, 피계측 대상에 접촉하지 않고, 해당 피계측 대상의 3차원 형상을 계측하는 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)와,

상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)를 갖고, 상기 3차원 형상의 계측 시에, 상기 피계측 대상(6)에 대하여, 상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)가 해당 피계측 대상(6)의 형상을 계측할 수 있는 위치가 되도록 보유 지지되는 프로브(2)와,

상기 프로브(2)에 배치되고, 상기 제어 신호에 동기되어, 발광하는 복수의 마커(12, …12)와,

촬상에 관한 노광 시간 및 촬상의 횟수를 설정하는 계측 설정부(15)와,

상기 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 촬상 대상으로부터의 광을 상기 노광 시간에 걸쳐 받음으로써 해당 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상부(13)이며, 상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)에 의한 상기 피계측 대상(6)의 3차원 형상의 계측 시에, 소정의 상기 노광 시간에, 상기 제어 신호에 동기되어, 상기 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 상기 화상을 상기 횟수 촬상하는 촬상부(13)와,

상기 촬상부(13)에 의해 촬상된 복수의 상기 화상으로부터 상기 복수의 마커(12, …12)의 위치를 추출하고, 해당 복수의 마커(12, …12)의 위치 관계에 관한 정보에 기초하여 상기 프로브(2)의 세계 좌표계에 있어서의 위치 자세를 계측하는 처리부(14)와,

상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)에 의해 계측된, 상기 프로브(2)에 대하여 정의되는 프로브 좌표계에 있어서의 상기 피계측 대상(6)의 3차원 형상을, 상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서(7)에 의한 3차원 형상의 계측 시의 상기 프로브(2)의 위치 자세에 기초하여 상기 세계 좌표계에 있어서의 상기 피계측 대상(6)의 3차원 형상으로 변환하고, 상기 세계 좌표계에 있어서의 해당 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 표현하는 정보를 생성하는 3차원 형상 변환 처리부(9)

를 구비한 3차원 형상 계측 시스템(1)이며,

상기 계측 설정부(15)는,

얻어진 복수의 위치 계측 오차 중에서 위치 계측 오차가 작아졌을 때의 노광 시간 및 촬상의 횟수를 설정하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 계측 시스템(1).

<발명 2>

상기 노광 시간을 설정할 때, 상기 촬상부(13)에 의해 촬상된 상기 복수의 마커(12, …12)의 화상의 화솟값에 기초하여 해당 노광 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 3차원 형상 계측 시스템(1).

<발명 3>

상기 노광 시간을 설정할 때 상기 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상의 화솟값이 포화되지 않도록 설정한 노광 시간에, 상기 촬상부에서 상기 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상을 촬상하고, 촬상한 해당 마커(12, …12)의 화상의 화솟값의 최댓값이, 화솟값의 계조의 80 내지 100％가 되도록 상기 노광 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 청구항 2에 기재된 3차원 형상 계측 시스템(1).

<발명 4>

상기 촬상부(13)는, 촬상한 화상 중, 과거의 시점에 있어서의 상기 프로브(2)의 위치에 기초하여, 촬상 시에 상기 마커(12)가 존재할 수 있는 영역을 추정하여 상기 처리부(14)에 출력하고,

상기 처리부(14)는, 상기 영역의 화상 데이터로부터, 상기 프로브(2)의 위치 자세를 계측하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 3차원 형상 계측 시스템(1).

<발명 5>

상기 촬상부(13)는, 촬상한 화상 데이터의 데이터양을 삭감하여 상기 처리부(14)에 출력하고,

상기 처리부(14)는, 데이터양이 삭감된 상기 화상 데이터로부터, 상기 프로브(2)의 위치 자세를 계측하는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 3차원 형상 계측 시스템(1).

<발명 6>

상기 복수의 마커(12, …12)를, 상기 프로브(2)의 자세가 일의적으로 결정되고, 또한, 해당 마커(12, …12)끼리가 동일 평면 상에 없도록 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 3차원 형상 계측 시스템(1).

<발명 7>

청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 3차원 형상 계측 시스템(1)에 사용되는 상기 프로브(2)이며,

상기 복수의 마커(12, …12)를, 상기 프로브(2)의 자세가 일의적으로 결정되고, 또한, 해당 마커(12, …12)끼리가 동일 평면 상에 없도록 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 프로브(2).

<발명 8>

청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 3차원 형상 계측 시스템(1)에 사용되는 촬상 장치(3)이며,

상기 촬상부(13), 상기 처리부(14) 및 상기 계측 설정부(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치(3).

<발명 9>

청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 3차원 형상 계측 시스템(1)에 사용되는 컴퓨터 장치(4)이며,

상기 처리부(14), 상기 3차원 형상 변환 처리부(9) 및 상기 타이밍 제어부(10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 장치(4).

<발명 10>

제어 신호에 동기되어, 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 계측하는 프로브(2)와, 촬상 대상으로부터의 광을 노광 시간에 걸쳐 받음으로써 촬상하는 촬상부(13)이며, 상기 프로브(2)에 설치되고, 상기 제어 신호에 동기되어 발광하는 복수의 마커(12, …12)를 포함하는 화상을, 상기 제어 신호에 동기되어 촬상하는 촬상부(13)에 의해 촬상된 상기 화상에 기초하여 상기 프로브(2)의 위치를 계측할 때 소정의 상기 노광 시간에, 소정의 횟수, 촬상된 상기 화상을 사용하여, 상기 프로브(2)의 위치 자세를 계측하는 처리를 평균화하는 비접촉 프로브 측위 센서(8)를 포함하는 3차원 형상 계측 시스템(1)에 있어서, 상기 노광 시간과 상기 횟수를 포함하는 상기 프로브(2)의 위치 자세를 계측할 때의 계측 시간을 설정하는 계측 시간 설정 방법이며,

상기 촬상부(13)의 노광 시간을 설정하는 제1 스텝(S11)과,

상기 프로브(12)의 위치 자세를 복수 횟수 계측하는 제2 스텝(S12)과,

복수 패턴의 상기 횟수에서의, 상기 프로브(12)의 위치 어긋남에 의한 오차 및 위치 어긋남에 관계없이 발생하는 오차를 포함하는 위치 계측 오차를 산출하는 제3 스텝(S13)과,

상기 횟수에 의한 상기 프로브의 상기 계측 시간과, 상기 프로브(12)의 상기 위치 계측 오차의 대응 관계를 산출하는 제4 스텝(S16)과,

설정 후보 전체의 노광 시간에 대해서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 스텝을 반복하는 스텝(S17)과,

상기 노광 시간과, 상기 횟수에 의한 상기 프로브의 상기 계측 시간과, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차의 대응 관계에 기초하여, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차가 작아졌을 때의 상기 노광 시간 및 상기 횟수를 설정하는 스텝(S18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 시간 설정 방법.

<발명 11>

상기 제2 스텝은, 상기 프로브를 고정 수단에 고정한 상태에서, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하는(S12) 것을 특징으로 하는 청구항 10에 기재된 계측 시간 설정 방법.

<발명 12>

상기 제2 스텝은, 유저가 상기 프로브(2)를 보유 지지한 상태에서, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하는(S22, S32) 것을 특징으로 하는 청구항 10에 기재된 계측 시간 설정 방법.

<발명 13>

제어 신호에 동기되어, 피계측 대상(6)의 3차원 형상을 계측하는 프로브(2)와, 촬상 대상으로부터의 광을 노광 시간에 걸쳐 받음으로써 촬상하는 촬상부이며, 상기 프로브(2)에 설치되고, 상기 제어 신호에 동기되어 발광하는 복수의 마커(12)를 포함하는 화상을, 상기 제어 신호에 동기되어, 촬상하는 촬상부(13)에 의해 촬상된 상기 화상에 기초하여 상기 프로브(2)의 위치 자세를 계측할 때 소정의 상기 노광 시간에, 소정의 횟수, 촬상된 상기 화상을 사용하여, 상기 프로브(2)의 위치 자세를 계측하는 처리를 평균화하는 비접촉 프로브 측위 센서(8)를 포함하는 3차원 형상 계측 시스템(1)에 있어서, 상기 노광 시간과 상기 횟수를 포함하는 상기 프로브(2)의 위치 자세를 계측할 때의 계측 시간을 설정하는 계측 시간 설정 방법이며,

소정의 노광 시간으로 설정된 상기 촬상부(13)에서 상기 프로브(2)의 위치 자세를 복수 횟수 계측하는 스텝(S51)과,

복수 패턴의 상기 횟수에서의 상기 프로브(2)의 위치 어긋남에 의한 오차 및 위치 어긋남에 관계없이 발생하는 오차를 포함하는 위치 계측 오차를 산출하는 스텝(S52)과,

상기 횟수에 의한 상기 프로브(2)의 상기 계측 시간과, 상기 프로브(2)의 상기 위치 계측 오차의 대응 관계를 산출하는 스텝(S55)과,

상기 횟수에 의한 상기 프로브(2)의 상기 계측 시간과, 상기 프로브(2)의 위치 계측 오차의 대응 관계에 기초하여, 상기 프로브(2)의 위치 계측 오차가 작아졌을 때의 상기 횟수를 설정하는 스텝(S56)을 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 시간 설정 방법.

<발명 14>

상기 소정의 노광 시간은, 상기 촬상부(13)에 의해 촬상된 화상 내의 상기 복수의 마커(12, …12)의 화솟값에 따라서 설정하는(S41 내지 S44) 것을 특징으로 하는 청구항 13에 기재된 계측 시간 설정 방법.

1: 3차원 형상 계측 시스템
2: 프로브
6: 피계측 대상
7: 비접촉 3차원 형상 계측 센서
8: 비접촉 프로브 측위 센서
9: 3차원 형상 변환 처리부
10: 타이밍 제어부
12: 마커
13: 촬상부
14: 처리부
15: 계측 설정부

Claims

동기를 위한 제어 신호를 출력하는 타이밍 제어부와,
상기 제어 신호에 동기되어, 피계측 대상에 접촉하지 않고, 해당 피계측 대상의 3차원 형상을 계측하는 비접촉 3차원 형상 계측 센서와,
상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서를 갖고, 상기 3차원 형상의 계측 시에, 상기 피계측 대상에 대하여, 상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서가 해당 피계측 대상의 형상을 계측할 수 있는 위치가 되도록 보유 지지되는 프로브와,
상기 프로브에 배치되고, 상기 제어 신호에 동기되어, 발광하는 복수의 마커와,
촬상에 관한 노광 시간 및 촬상의 횟수를 설정하는 계측 설정부와,
상기 복수의 마커를 포함하는 촬상 대상으로부터의 광을 상기 노광 시간에 걸쳐 받음으로써 해당 복수의 마커를 포함하는 화상을 촬상하는 촬상부이며, 상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서에 의한 상기 피계측 대상의 3차원 형상의 계측 시에, 상기 노광 시간에, 상기 제어 신호에 동기되어, 상기 복수의 마커를 포함하는 상기 화상을 상기 횟수 촬상하는 촬상부와,
상기 촬상부에 의해 촬상된 복수의 상기 화상으로부터 상기 복수의 마커의 위치를 추출하고, 해당 복수의 마커의 위치 관계에 관한 정보에 기초하여 상기 프로브의 세계 좌표계에 있어서의 위치 자세를 계측하는 처리부와,
상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서에 의해 계측된, 상기 프로브에 대하여 정의되는 프로브 좌표계에 있어서의 상기 피계측 대상의 3차원 형상을, 상기 비접촉 3차원 형상 계측 센서에 의한 3차원 형상의 계측 시의 상기 프로브의 위치 자세에 기초하여 상기 세계 좌표계에 있어서의 상기 피계측 대상의 3차원 형상으로 변환하고, 상기 세계 좌표계에 있어서의 해당 피계측 대상의 3차원 형상을 표현하는 정보를 생성하는 3차원 형상 변환 처리부
를 구비한 3차원 형상 계측 시스템이며,
상기 계측 설정부는,
상기 노광 시간 및 상기 촬상의 횟수 중 어느 것을 변경하고, 변경했을 때의 상기 촬상 및 상기 프로브의 위치 자세의 계측의 결과에 기초한 상기 프로브의 위치 계측 오차를 산출하고,
해당 위치 계측 오차의 산출을, 복수 종류의 노광 시간 및 촬상의 횟수에 대하여 행하고,
얻어진 복수의 위치 계측 오차 중에서 위치 계측 오차가 작아졌을 때의 노광 시간 및 촬상의 횟수를 설정하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 계측 시스템.
제1항에 있어서,
상기 노광 시간을 설정할 때, 상기 촬상부에 의해 촬상된 상기 복수의 마커를 포함하는 화상의 화솟값에 기초하여 해당 노광 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 계측 시스템.
제2항에 있어서,
상기 노광 시간을 설정할 때 상기 복수의 마커를 포함하는 화상의 화솟값이 포화되지 않도록 설정한 노광 시간에, 상기 촬상부에서 상기 복수의 마커를 포함하는 화상을 촬상하고, 촬상한 해당 복수의 마커를 포함하는 화상의 화솟값의 최댓값이, 화솟값의 계조의 80 내지 100％가 되도록 상기 노광 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 계측 시스템.
제1항에 있어서,
상기 촬상부는, 촬상한 화상 중, 과거의 시점에 있어서의 상기 프로브의 위치에 기초하여, 촬상 시에 상기 마커가 존재할 수 있는 영역을 추정하여 상기 처리부에 출력하고,
상기 처리부는, 상기 영역의 화상 데이터로부터, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 계측 시스템.
제1항에 있어서,
상기 촬상부는, 촬상한 화상 데이터의 데이터양을 삭감하여 상기 처리부에 출력하고,
상기 처리부는, 데이터양이 삭감된 상기 화상 데이터로부터, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 계측 시스템.
제1항에 있어서,
상기 복수의 마커를, 상기 프로브의 자세가 일의적으로 결정되고, 또한, 해당 마커끼리가 동일 평면 상에 없도록 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 형상 계측 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 3차원 형상 계측 시스템에 사용되는 상기 프로브이며,
상기 복수의 마커를, 상기 프로브의 자세가 일의적으로 결정되고, 또한, 해당 마커끼리가 동일 평면 상에 없도록 배치하고 있는 것을 특징으로 하는 프로브.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 3차원 형상 계측 시스템에 사용되는 촬상 장치이며,
상기 촬상부, 상기 처리부 및 상기 계측 설정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 3차원 형상 계측 시스템에 사용되는 컴퓨터 장치이며,
상기 처리부, 상기 3차원 형상 변환 처리부 및 상기 타이밍 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 장치.
제어 신호에 동기되어, 피계측 대상의 3차원 형상을 계측하는 프로브와, 촬상 대상으로부터의 광을 노광 시간에 걸쳐 받음으로써 촬상하는 촬상부이며, 상기 프로브에 설치되고, 상기 제어 신호에 동기되어 발광하는 복수의 마커를 포함하는 화상을, 상기 제어 신호에 동기되어 촬상하는 촬상부에 의해 촬상된 상기 화상에 기초하여 상기 프로브의 위치 자세를 계측할 때 소정의 상기 노광 시간에, 소정의 횟수, 촬상된 상기 화상을 사용하여, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하는 처리를 평균화하는 비접촉 프로브 측위 센서를 포함하는 3차원 형상 계측 시스템에 있어서, 상기 노광 시간과 상기 횟수를 포함하는 상기 프로브의 위치 자세를 계측할 때의 계측 시간을 설정하는 계측 시간 설정 방법이며,
상기 촬상부의 노광 시간을 설정하는 제1 스텝과,
상기 프로브의 위치 자세를 복수 횟수 계측하는 제2 스텝과,
복수 패턴의 상기 횟수에서의, 상기 프로브의 위치 어긋남에 의한 오차 및 위치 어긋남에 관계없이 발생하는 오차를 포함하는 위치 계측 오차를 산출하는 제3 스텝과,
상기 횟수에 의한 상기 프로브의 상기 계측 시간과, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차의 대응 관계를 산출하는 제4 스텝과,
설정 후보 전체의 노광 시간에 대해서, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 스텝을 반복하는 스텝과,
상기 노광 시간과, 상기 횟수에 의한 상기 프로브의 상기 계측 시간과, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차의 대응 관계에 기초하여, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차가 작아졌을 때의 상기 노광 시간 및 상기 횟수를 설정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 시간 설정 방법.
제10항에 있어서,
상기 제2 스텝은, 상기 프로브를 고정 수단에 고정한 상태에서, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하는 것을 특징으로 하는 계측 시간 설정 방법.
제10항에 있어서,
상기 제2 스텝은, 유저가 상기 프로브를 보유 지지한 상태에서, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하는 것을 특징으로 하는 계측 시간 설정 방법.
제어 신호에 동기되어, 피계측 대상의 3차원 형상을 계측하는 프로브와, 촬상 대상으로부터의 광을 노광 시간에 걸쳐 받음으로써 촬상하는 촬상부이며, 상기 프로브에 설치되고, 상기 제어 신호에 동기되어 발광하는 복수의 마커를 포함하는 화상을, 상기 제어 신호에 동기되어 촬상하는 촬상부에 의해 촬상된 상기 화상에 기초하여 상기 프로브의 위치 자세를 계측할 때 소정의 상기 노광 시간에, 소정의 횟수, 촬상된 상기 화상을 사용하여, 상기 프로브의 위치 자세를 계측하는 처리를 평균화하는 비접촉 프로브 측위 센서를 포함하는 3차원 형상 계측 시스템에 있어서, 상기 노광 시간과 상기 횟수를 포함하는 상기 프로브의 위치 자세를 계측할 때의 계측 시간을 설정하는 계측 시간 설정 방법이며,
소정의 노광 시간으로 설정된 상기 촬상부에서 상기 프로브의 위치 자세를 복수 횟수 계측하는 스텝과,
복수 패턴의 상기 횟수에서의 상기 프로브의 위치 어긋남에 의한 오차 및 위치 어긋남에 관계없이 발생하는 오차를 포함하는 위치 계측 오차를 산출하는 스텝과,
상기 횟수에 의한 상기 프로브의 상기 계측 시간과, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차의 대응 관계를 산출하는 스텝과,
상기 횟수에 의한 상기 프로브의 상기 계측 시간과, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차의 대응 관계에 기초하여, 상기 프로브의 상기 위치 계측 오차가 작아졌을 때의 상기 횟수를 설정하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 계측 시간 설정 방법.
제13항에 있어서,
상기 소정의 노광 시간은, 상기 촬상부에 의해 촬상된 화상 내의 상기 복수의 마커의 화솟값에 따라서 설정하는 것을 특징으로 하는 계측 시간 설정 방법.