WO2012057284A1 - Three-dimensional shape measurement device, three-dimensional shape measurement method, manufacturing method of structure, and structure manufacturing system - Google Patents

Three-dimensional shape measurement device, three-dimensional shape measurement method, manufacturing method of structure, and structure manufacturing system Download PDF

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Definitions

  • FIG. 1 is a perspective view showing a mechanical configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the first embodiment.
  • the three-dimensional shape measuring apparatus includes a stage 12 on which a measurement object 11 such as an industrial product or a part is placed, and a projection unit 13 and an imaging unit 14 fixed to each other.
  • the optical axis of the imaging unit 14 is perpendicular to the reference plane of the stage 12. It is possible to make the optical axis of the projection unit 13 vertical instead of making the optical axis of the imaging unit 14 vertical, but here it is assumed that the optical axis of the imaging unit 14 is vertical.
  • this image is referred to as a “stripe image”.
  • the acquisition of the fringe image is repeated while shifting the phase of the sine lattice pattern, information for making the surface shape data D of the test surface known is gathered.
  • a main light source 21 that is a light source of the projection unit 13 is connected to the projection unit 13. Since the main light source 21 is used for pattern projection type surface shape measurement, for example, a general light source such as an LED, a halogen lamp, or a metal halide lamp can be applied. The light emitted from the main light source 21 is introduced into the illumination element 22 through the optical fiber 21 '. Although an example in which the optical fiber 21 ′ is used is shown here, a small light source such as an LED may be arranged at a position indicated by reference numeral 22 in FIG. 1 without using the optical fiber. Moreover, although the illumination element 22 is illustrated as one element, the illumination element 22 may be configured by an illumination optical system including a plurality of optical elements. In that case, for example, an illumination optical system using a fly-eye lens, a rod integrator, or the like for performing uniform illumination is provided.
  • the data extraction unit 31 is an area determined by the imaging optical system 25 of the measurement unit 20 in the light intensity change data generated for each distance from the measurement unit 20 to the measurement object 11 and is in focus. Data in the effective area that is the area is extracted. The data extraction unit 31 outputs the data in the extracted effective area to the coordinate measurement unit 32.
  • the data in the effective area may be any data as long as it is within the depth of field. Further, a person may determine an area to be extracted from the generated light intensity change data as an effective area.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing by the three-dimensional shape measuring apparatus 1 in the first embodiment.
  • the projection unit 13 converts light incident from the main light source into a fringe pattern, and irradiates the measurement object with the converted fringe pattern (step S101).
  • the imaging unit 14 images light reflected from the measurement object (step S102).
  • the AD conversion unit 19 acquires the light intensity change data by converting the analog voltage value of each pixel input from the imaging unit 14 into light intensity change data indicating the luminance value of each pixel (step) S103).
  • the data extraction unit 31 extracts effective area data corresponding to the depth of field from the light intensity change data (step S104).
  • the coordinate measuring unit 32 calculates the coordinates of the effective area from the extracted data of the effective area (step S105).
  • the control unit 101 determines whether or not the distance from the measurement unit 20 to the measurement object 11 is captured at all predetermined distances (step S106).
  • the 3D shape measuring apparatus 1 calculates the coordinates from the light intensity change data of the effective area every time the distance from the measuring unit 20 to the measuring object 11 is changed, so that the measuring object is accurately obtained for each effective area.
  • the coordinates of the object 11 can be calculated. Since the three-dimensional shape measuring apparatus 1 calculates the coordinates of the entire measurement object 11 by connecting the highly accurate coordinates measured in each measurement zone, it is possible to measure each position of the entire measurement object with high accuracy. it can.
  • the data extraction unit 31b extracts effective area data from the light intensity change data input from the AD conversion unit 19, and outputs the extracted effective area data to the coordinate measurement unit 32b.
  • the coordinate measuring unit 32b calculates coordinates from the extracted effective area data, and stores the calculated coordinates in the storage unit 16b as the first coordinate.
  • the control unit 101b sets the calculated inclination as the inclination of the measurement object at a certain coordinate.
  • the control unit 101b calculates the gradient of the measurement object at each coordinate by performing the above process on all the calculated coordinates.
  • the control unit 101b calculates, for each effective area determined for each height of the measuring unit 20, a maximum change rate that is the maximum value of the change rate in the vertical direction in the effective area.
  • control unit 101b determines whether or not the calculated maximum change rate exceeds a predetermined threshold value. When the predetermined threshold value is exceeded, the control unit 101b reads the exposure condition corresponding to the maximum change rate from the storage unit 16b. The control unit 101b controls the image sensor 26 and the diaphragm unit 27 so as to change to the read exposure condition when the region where the maximum change rate exceeds the predetermined threshold is imaged again.
  • the three-dimensional shape measuring apparatus 1b once measures the coordinates of the entire measurement object 11, and then again measures the coordinates of the measurement zone in which the maximum change rate is greater than a predetermined threshold. Not limited to. When the three-dimensional shape measuring apparatus 1b measures the coordinates of the measurement object 11 and determines that the maximum rate of change in the vertical direction is larger than a predetermined threshold value, the exposure condition is changed to control the imaging. Also good.
  • Three-dimensional shape measuring device 20 Measuring unit 21 Main light source (light source unit) 23 Pattern formation part (stripe pattern generation part) 14 Imaging unit 30 Focus position changing unit 31 Data extracting unit 32 Coordinate measuring unit 101 Control unit 200 Structure manufacturing system 210 Design device 220 Molding device 230 Control device (inspection device) 240 Repair device

Abstract

[Problem] To measure a three-dimensional shape of an object to be measured with good accuracy. [Solution] A measurement unit (20) which obtains, by repeatedly taking images of an object to be measured while changing a phase of a stripe pattern with which an object to be measured (11) is irradiated, data of light intensity changes from positions on the object to be measured (11), a focus position change unit (30) which changes a focus position when taking the images by the measurement unit (20), a control unit (101) which controls the measurement unit (20) and the focus position change unit (30) to obtain the data of the light intensity changes each time a focus position is changed, and a coordinate measurement unit (32) which measures the coordinates of positions on the object to be measured (11) on the basis of the data of the light intensity changes of the respective focus positions.

Description

三次元形状測定装置、三次元形状測定方法、構造物の製造方法および構造物製造システムThree-dimensional shape measuring apparatus, three-dimensional shape measuring method, structure manufacturing method, and structure manufacturing system
 本発明は、三次元形状測定装置、三次元形状測定方法、構造物の製造方法および構造物製造システムに関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measuring apparatus, a three-dimensional shape measuring method, a structure manufacturing method, and a structure manufacturing system.
 測定対象物の面形状(三次元形状)を非接触で測定する手法として、位相シフト法によるパターン投影型の三次元形状測定装置が知られている。この三次元形状測定装置では、正弦波状の強度分布を持つ縞パターンを測定対象物上に投影し、その縞パターンの位相を一定ピッチで変化させながら測定対象物を繰り返し撮像し、それによって得られた複数枚の画像(光強度変化データ)を所定の演算式に当てはめることで、測定対象物の面形状に応じて変形した縞の位相分布(位相画像)を求め、その位相画像をアンラップ(位相接続)してから、測定対象物の高さ分布(高さ画像)に換算する。 As a method for measuring the surface shape (three-dimensional shape) of a measurement object in a non-contact manner, a pattern projection type three-dimensional shape measuring apparatus using a phase shift method is known. In this three-dimensional shape measuring device, a fringe pattern having a sinusoidal intensity distribution is projected onto the measurement object, and the measurement object is repeatedly imaged while the phase of the fringe pattern is changed at a constant pitch, and thereby obtained. By applying a plurality of images (light intensity change data) to a predetermined calculation formula, the phase distribution (phase image) of the stripes deformed according to the surface shape of the measurement object is obtained, and the phase image is unwrapped (phase Connection) and then converted into a height distribution (height image) of the measurement object.
 例えば、特許文献1において、三次元形状測定装置が、投影光量の異なる2通りの撮像条件下で光強度変化データを取得し、2通りの光強度変化データのコントラスト値を画素毎に評価し、コントラスト値の低かった光強度変化データを、演算対象から外すことが示されている。 For example, in Patent Document 1, a three-dimensional shape measurement apparatus acquires light intensity change data under two types of imaging conditions with different amounts of projected light, evaluates the contrast value of the two types of light intensity change data for each pixel, It is shown that the light intensity change data having a low contrast value is excluded from the calculation target.
特開2005-214653号公報JP 2005-214653 A
 従来の三次元形状測定装置は、フォーカス面ではピントが合っているので、測定対象物の座標を正確に計測することができる。一方、従来の三次元形状測定装置は、フォーカスが合っていない(デフォーカス)面では、測定対象物の座標を正確に測定できなかった。すなわち、従来の三次元形状測定装置は、測定対象物の各位置を精度良く計測できないという問題があった。 Since the conventional three-dimensional shape measuring apparatus is in focus on the focus surface, the coordinates of the measurement object can be accurately measured. On the other hand, the conventional three-dimensional shape measuring apparatus cannot accurately measure the coordinates of the measurement object on the out-of-focus (defocused) surface. That is, the conventional three-dimensional shape measuring apparatus has a problem that each position of the measurement object cannot be measured with high accuracy.
 そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、測定対象物の各位置を精度良く計測することを可能とする三次元形状測定装置、三次元形状測定方法、構造物の製造方法および構造物製造システムを提供することを課題とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and a three-dimensional shape measuring apparatus, a three-dimensional shape measuring method, a structure manufacturing method, and a structure that can accurately measure each position of a measurement object, and It is an object to provide a structure manufacturing system.
 上記の課題を解決するために、本発明の一態様である三次元形状測定装置は、測定対象物上に照射される縞パターンの位相を変化させながら、前記測定対象物を繰り返し撮像することにより、前記測定対象物上の各位置から光強度変化データを取得する測定部と、前記測定部と前記測定対象物との間の距離を変更する合焦位置変更部と、前記距離が変更される毎に、前記光強度変化データを取得するよう前記測定部と前記合焦位置変更部とを制御する制御部と、前記それぞれの距離の前記光強度変化データに基づいて、前記測定対象物上の各位置の座標を測定する座標測定部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the three-dimensional shape measuring apparatus according to one aspect of the present invention repeatedly images the measurement object while changing the phase of the fringe pattern irradiated on the measurement object. , A measurement unit that acquires light intensity change data from each position on the measurement object, a focus position change unit that changes a distance between the measurement unit and the measurement object, and the distance is changed. A control unit that controls the measurement unit and the in-focus position changing unit to acquire the light intensity change data, and on the measurement object based on the light intensity change data of the respective distances. And a coordinate measuring unit that measures the coordinates of each position.
 また、本発明の一態様である三次元形状測定方法は、三次元形状測定装置が実行する三次元形状測定方法であって、測定対象物上に照射される縞パターンの位相を変化させながら、前記測定対象物を繰り返し撮像することにより、前記測定対象物上の各位置から光強度変化データを取得することと、撮像する際の合焦位置を変更すること(測定部と測定対象物との間の距離を変更すること)と、前記それぞれの合焦位置(距離)の前記光強度変化データに基づいて、前記測定対象物上の各位置の座標を測定することとを有し、前記合焦位置が変更される毎に、前記合焦位置を調整して前記光強度変化データを取得することを特徴とする。 Further, the three-dimensional shape measuring method according to one aspect of the present invention is a three-dimensional shape measuring method executed by the three-dimensional shape measuring apparatus, and changing the phase of the fringe pattern irradiated on the measurement object, By repeatedly imaging the measurement object, obtaining light intensity change data from each position on the measurement object, and changing a focus position at the time of imaging (a measurement unit and a measurement object) Measuring the coordinates of each position on the measurement object based on the light intensity change data of the respective in-focus positions (distances). Each time the focus position is changed, the light intensity change data is acquired by adjusting the focus position.
 また、本発明の一態様である構造物の製造方法は、構造物の形状に関する設計情報を作製することと、前記設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、作製された前記構造物の形状を本発明の他の一態様に従う三次元形状測定方法を用いて測定することと、測定することにより得られた形状情報と、前記設計情報とを比較して検査することと、を有することを特徴とする。 Further, the structure manufacturing method according to one embodiment of the present invention includes producing design information related to the shape of the structure, producing the structure based on the design information, and the produced structure. Measuring the shape using a three-dimensional shape measurement method according to another aspect of the present invention, and comparing the shape information obtained by the measurement with the design information. It is characterized by that.
 また、本発明の一態様である構造物製造システムは、構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、本発明の他の一態様に従う三次元形状測定装置と、前記三次元状測定装置が前記構造物を測定した座標を示す形状情報と、前記設計情報とを比較する検査装置と、を有することを特徴とする。 In addition, a structure manufacturing system that is one embodiment of the present invention includes a design device that generates design information related to the shape of a structure, a molding device that generates the structure based on the design information, and another device of the present invention. A three-dimensional shape measuring device according to one aspect, and an inspection device that compares the design information with shape information indicating coordinates at which the three-dimensional shape measuring device measures the structure.
 本発明によれば、測定対象物の各位置を精度良く計測することができる。 According to the present invention, each position of the measurement object can be measured with high accuracy.
第1の実施形態における三次元形状測定装置の機械的構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the mechanical structure of the three-dimensional shape measuring apparatus in 1st Embodiment. 第1の実施形態における三次元形状測定装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the three-dimensional shape measuring apparatus in 1st Embodiment. 第1の実施形態における三次元形状測定装置による形状測定方法の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the shape measuring method by the three-dimensional shape measuring apparatus in 1st Embodiment. 第1の実施形態における三次元形状測定装置による処理の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow of the process by the three-dimensional shape measuring apparatus in 1st Embodiment. 第2の実施形態における三次元形状測定装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of the three-dimensional shape measuring apparatus in 2nd Embodiment. 記憶部に記憶されているテーブルの一例である。It is an example of the table memorize | stored in the memory | storage part. 第2の実施形態における三次元形状測定装置による処理の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow of the process by the three-dimensional shape measuring apparatus in 2nd Embodiment. 構造物製造システムのブロック構成図である。It is a block block diagram of a structure manufacturing system. 構造物製造システムによる処理の流れを示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the flow of the process by a structure manufacturing system.
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
 <第1の実施形態>
 図1は、第1の実施形態における三次元形状測定装置の機械的構成を示す斜視図である。図1に示すとおり三次元形状測定装置は、工業製品又は部品などの測定対象物11を載置するステージ12と、互いに固定された投影部13及び撮像部14とを備える。投影部13の光軸と撮像部14の光軸との間には角度がつけられており、両者の光軸は、ステージ12の基準面上で交差している。このうち撮像部14の光軸はステージ12の基準面に対して垂直である。なお、撮像部14の光軸を垂直にする代わりに投影部13の光軸を垂直にすることも可能であるが、ここでは撮像部14の光軸の方が垂直であると仮定する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a perspective view showing a mechanical configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the three-dimensional shape measuring apparatus includes a stage 12 on which a measurement object 11 such as an industrial product or a part is placed, and a projection unit 13 and an imaging unit 14 fixed to each other. There is an angle between the optical axis of the projection unit 13 and the optical axis of the imaging unit 14, and the optical axes of both intersect on the reference plane of the stage 12. Among these, the optical axis of the imaging unit 14 is perpendicular to the reference plane of the stage 12. It is possible to make the optical axis of the projection unit 13 vertical instead of making the optical axis of the imaging unit 14 vertical, but here it is assumed that the optical axis of the imaging unit 14 is vertical.
 ステージ12は、撮像部14の光軸と平行な軸の周りに測定対象物11を回転させるθステージ12θと、撮像部14の光軸と垂直な所定方向(X方向)に向けて測定対象物11をシフトさせるXステージ12Xと、θステージ12θの回転軸とX方向との双方に対して垂直な所定方向(Y方向)に向けて測定対象物11をシフトさせるYステージ12Yとを備える。 The stage 12 has a θ stage 12θ that rotates the measurement object 11 around an axis parallel to the optical axis of the imaging unit 14, and a measurement object toward a predetermined direction (X direction) perpendicular to the optical axis of the imaging unit 14. X stage 12X that shifts 11 and Y stage 12Y that shifts measurement object 11 in a predetermined direction (Y direction) perpendicular to both the rotational axis of θ stage 12θ and the X direction.
 投影部13は、ステージ12上の一部の領域(照明領域)を斜め方向から照明する光学系であって、照明素子22と、パターン形成部(縞パターン生成部)23と、投影光学系24とをこの順で配置している。なお、本実施形態の測定対象物11のサイズは、投影部13の照明領域内に測定対象物11の全体が収まる程度に小さいものと仮定する。 The projection unit 13 is an optical system that illuminates a partial region (illumination region) on the stage 12 from an oblique direction, and includes an illumination element 22, a pattern formation unit (stripe pattern generation unit) 23, and a projection optical system 24. Are arranged in this order. It is assumed that the size of the measurement object 11 of the present embodiment is small enough to fit the entire measurement object 11 in the illumination area of the projection unit 13.
 投影部13のパターン形成部23は、透過率分布が可変のパネル(透過型液晶素子、反射型液晶素子、DMD(Digital Mirror Device、デジタルミラーデバイス)など)であり、そのパネルへ縞模様パターン(正弦格子パターン)を表示することにより、投影部13から照明領域へ向かう照明光束の断面強度分布を正弦波状とする。なお、必ずしも照明光束の断面強度分布は正弦波状でなくてもよいが、本明細書においては、照明光束の断面強度分布を正弦波状である場合を例に挙げて説明する。パターン形成部23に表示される正弦格子パターンの格子方向は、投影部13の光軸と撮像部14の光軸との双方が存在している面に対して垂直である。また、パターン形成部23の表示面上の中央近傍に位置する基準点は、ステージ12の基準面上の基準点(撮像部14の光軸と投影部13の光軸との交差点)に対して光学的に共役であり、これによって正弦格子パターンの投影先は、ステージ12の照明領域内に配置された測定対象物11の表面(以下、「被検面」と称す。)に設定されている。なお、被検面上に正弦格子パターンを投影できるのであれば、パターン形成部23の基準点とステージ12の基準点とが完全な共役関係になっていなくとも構わない。 The pattern forming unit 23 of the projection unit 13 is a panel (transmission type liquid crystal element, reflection type liquid crystal element, DMD (Digital Mirror Device, digital mirror device, etc.)) having a variable transmittance distribution, and a striped pattern ( By displaying (sine lattice pattern), the cross-sectional intensity distribution of the illumination light flux from the projection unit 13 toward the illumination area is made sinusoidal. Note that the cross-sectional intensity distribution of the illumination light beam does not necessarily have a sine wave shape, but in this specification, the case where the cross-sectional intensity distribution of the illumination light beam is a sine wave shape will be described as an example. The lattice direction of the sine lattice pattern displayed on the pattern forming unit 23 is perpendicular to the plane on which both the optical axis of the projection unit 13 and the optical axis of the imaging unit 14 exist. The reference point located near the center on the display surface of the pattern forming unit 23 is relative to the reference point on the reference surface of the stage 12 (intersection of the optical axis of the imaging unit 14 and the optical axis of the projection unit 13). As a result, the projection destination of the sine lattice pattern is set on the surface of the measurement object 11 (hereinafter referred to as “test surface”) arranged in the illumination area of the stage 12. . Note that the reference point of the pattern forming unit 23 and the reference point of the stage 12 do not have to be completely conjugate as long as a sine lattice pattern can be projected on the surface to be measured.
 撮像部14は、ステージ12上の照明領域の像(輝度分布)を検出する光学系であって、その照明領域で発生した反射光を結像する結像光学系25と、結像光学系25が結像した像を撮像して画像を取得する撮像素子26とが順に配置される。撮像素子26の撮像面上の中央近傍に位置する基準点は、ステージ12の前述した基準点と光学的に共役であり、撮像素子26は、ステージ12の照明領域内に配置された測定対象物11の画像(被検面の画像)を取得することができる。なお、被検面の画像を十分なコントラストで取得することができるのであれば、撮像素子26の基準点とステージ12の基準点とが完全な共役関係になっていなくとも構わない。 The imaging unit 14 is an optical system that detects an image (luminance distribution) of an illumination area on the stage 12. The imaging optical system 25 forms an image of reflected light generated in the illumination area, and the imaging optical system 25. An image pickup element 26 that picks up an image formed by the image pickup device and acquires the image is sequentially arranged. The reference point located in the vicinity of the center on the imaging surface of the image sensor 26 is optically conjugate with the above-described reference point of the stage 12, and the image sensor 26 is a measurement object arranged in the illumination area of the stage 12. Eleven images (images of the test surface) can be acquired. Note that the reference point of the image sensor 26 and the reference point of the stage 12 do not have to be completely conjugate as long as an image of the test surface can be acquired with sufficient contrast.
 ここで、投影部13の光源(図2の符号21)をオンし、この状態で撮像素子26を駆動すると、正弦格子パターンの投影された被検面の画像(=被検面の面形状情報を含んだ画像)を取得することができる。以下、この画像を「縞画像」と称す。さらに、正弦格子パターンの位相をシフトさせながら縞画像の取得を繰り返せば、被検面の面形状データDを既知とするための情報が揃う。 Here, when the light source (reference numeral 21 in FIG. 2) of the projection unit 13 is turned on and the image sensor 26 is driven in this state, an image of the test surface on which the sine lattice pattern is projected (= surface shape information of the test surface) Can be acquired. Hereinafter, this image is referred to as a “stripe image”. Furthermore, if the acquisition of the fringe image is repeated while shifting the phase of the sine lattice pattern, information for making the surface shape data D of the test surface known is gathered.
 図2は、第1の実施形態における三次元形状測定装置の全体構成図である。図2において図1に示した要素と同じものには同じ符号が付されている。三次元形状測定装置1は、ステージ12と、測定部20と、合焦位置変更部30と、コンピュータ100とを備える。測定部20は、メイン光源(光源部)21と、光ファイバ21’と、投影部13と、撮像部14とを備える。投影部13は、照明素子22と、パターン形成部(縞パターン生成部)23と、投影光学系24とを備える。 FIG. 2 is an overall configuration diagram of the three-dimensional shape measuring apparatus according to the first embodiment. 2, the same elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The three-dimensional shape measuring apparatus 1 includes a stage 12, a measuring unit 20, a focusing position changing unit 30, and a computer 100. The measurement unit 20 includes a main light source (light source unit) 21, an optical fiber 21 ′, a projection unit 13, and an imaging unit 14. The projection unit 13 includes an illumination element 22, a pattern formation unit (stripe pattern generation unit) 23, and a projection optical system 24.
 図2に示すとおり投影部13には、投影部13の光源であるメイン光源21が連結されている。このメイン光源21は、パターン投影型の面形状測定に使用されるものなので、例えば、LED、ハロゲンランプ、メタルハライドランプなどの一般的な光源を適用することができる。メイン光源21から射出した光は、光ファイバ21’を介して照明素子22に導入される。なお、ここでは光ファイバ21’を使用した例を示すが、光ファイバを使用せずにLEDなどの小型光源を図1の符号22で示した位置へ配置してもよい。また、照明素子22は、一つの素子として図示しているが複数の光学素子からなる照明光学系で構成されても構わない。その場合、例えば、均一照明を行うためのフライアイレンズやロッドインテグレータ等を用いた照明光学系を有する。 2, a main light source 21 that is a light source of the projection unit 13 is connected to the projection unit 13. Since the main light source 21 is used for pattern projection type surface shape measurement, for example, a general light source such as an LED, a halogen lamp, or a metal halide lamp can be applied. The light emitted from the main light source 21 is introduced into the illumination element 22 through the optical fiber 21 '. Although an example in which the optical fiber 21 ′ is used is shown here, a small light source such as an LED may be arranged at a position indicated by reference numeral 22 in FIG. 1 without using the optical fiber. Moreover, although the illumination element 22 is illustrated as one element, the illumination element 22 may be configured by an illumination optical system including a plurality of optical elements. In that case, for example, an illumination optical system using a fly-eye lens, a rod integrator, or the like for performing uniform illumination is provided.
 照明素子22は、光ファイバ21’から入射した光をパターン形成部23に導く。パターン形成部23は、正弦格子パターンを用いてパターン形成部23から導かれた光を、縞パターンに変化させ、投影光学系24を介して縞パターンに変化させた光を測定対象物11に照射する。 The illumination element 22 guides the light incident from the optical fiber 21 ′ to the pattern forming unit 23. The pattern forming unit 23 changes the light guided from the pattern forming unit 23 using a sine lattice pattern into a fringe pattern, and irradiates the measurement object 11 with the light changed into the fringe pattern via the projection optical system 24. To do.
 撮像部14は、測定対象物から反射した光を撮像する。撮像部14は、結像光学系25と、撮像素子26とを備える。結像光学系25は、測定対象物から反射した光を集光し、集光した光を撮像素子26に導く。撮像素子26は、結像光学系25に導かれた光を撮像し、撮像により生成された各画素のアナログ電圧値をコンピュータ100の後述するAD変換部19に出力する。撮像素子26は、合焦位置変更部30により測定部20から測定対象物11までの距離が変更される毎に上記処理を行う。 The imaging unit 14 images light reflected from the measurement object. The imaging unit 14 includes an imaging optical system 25 and an imaging element 26. The imaging optical system 25 collects the light reflected from the measurement object and guides the collected light to the image sensor 26. The imaging device 26 images light guided to the imaging optical system 25 and outputs an analog voltage value of each pixel generated by the imaging to an AD conversion unit 19 described later of the computer 100. The imaging device 26 performs the above process every time the distance from the measurement unit 20 to the measurement object 11 is changed by the focus position changing unit 30.
 AD変換部19は、撮像素子26から入力された各画素のアナログ電圧値を、各画素の輝度値を示す光強度変化データに変換し、変換した光強度変化データをデータ抽出部31に出力する。AD変換部19は、合焦位置変更部30により測定部20から測定対象物11までの距離が変更される毎に上記処理を行う。 The AD conversion unit 19 converts the analog voltage value of each pixel input from the image sensor 26 into light intensity change data indicating the luminance value of each pixel, and outputs the converted light intensity change data to the data extraction unit 31. . The AD conversion unit 19 performs the above process every time the distance from the measurement unit 20 to the measurement object 11 is changed by the focus position changing unit 30.
 コンピュータ100は、記憶部16と、表示部17と、入力部18と、AD変換部19と、制御部101とを備える。制御部101は、三次元形状測定装置1の全体を統括する。記憶部16には、制御部101の動作プログラムが予め格納されており、制御部101は、その動作プログラムを読み出し、読み出した動作プログラムに従って動作する。例えば、制御部101は、制御部101に対して各種の指示を与えることにより三次元形状測定装置1の各部を駆動制御する。なお、記憶部16には、上述した動作プログラムの他に、制御部101の動作に必要な各種の情報も予め格納されている。 The computer 100 includes a storage unit 16, a display unit 17, an input unit 18, an AD conversion unit 19, and a control unit 101. The control unit 101 controls the entire three-dimensional shape measuring apparatus 1. The storage unit 16 stores an operation program for the control unit 101 in advance. The control unit 101 reads the operation program and operates according to the read operation program. For example, the control unit 101 drives and controls each unit of the three-dimensional shape measuring apparatus 1 by giving various instructions to the control unit 101. In addition to the above-described operation program, various types of information necessary for the operation of the control unit 101 are stored in the storage unit 16 in advance.
 制御部101は、記憶部16から読み出した動作プログラムに従って、測定対象物の座標を表示部17に表示させる。入力部18は、外部からの入力信号を受けて、その入力情報を制御部101に出力する。入力部18は、例えば、キーボードまたはマウスである。制御部101は、入力部18から入力された入力情報に基づいて、座標の計測を開始したり終了したりする。 The control unit 101 causes the display unit 17 to display the coordinates of the measurement object according to the operation program read from the storage unit 16. The input unit 18 receives an external input signal and outputs the input information to the control unit 101. The input unit 18 is, for example, a keyboard or a mouse. The control unit 101 starts or ends coordinate measurement based on the input information input from the input unit 18.
 データ抽出部31は、測定部20から測定対象物11までの距離毎に生成された光強度変化データのうち、測定部20の結像光学系25により定められる領域であって焦点が合っている領域である有効エリア内にあるデータを抽出する。データ抽出部31は、抽出した有効エリア内にあるデータを座標測定部32に出力する。なお、有効エリア内にあるデータは、被写界深度内のデータであればいずれのデータでもよい。また、人が、生成された光強度変化データのうち、抽出したい領域を有効エリアに定めてもよい。 The data extraction unit 31 is an area determined by the imaging optical system 25 of the measurement unit 20 in the light intensity change data generated for each distance from the measurement unit 20 to the measurement object 11 and is in focus. Data in the effective area that is the area is extracted. The data extraction unit 31 outputs the data in the extracted effective area to the coordinate measurement unit 32. The data in the effective area may be any data as long as it is within the depth of field. Further, a person may determine an area to be extracted from the generated light intensity change data as an effective area.
 座標測定部32は、測定部20から測定対象物11までの距離毎の光強度変化データに基づいて、測定対象物上の各位置の座標を測定する。具体的には、座標測定部32は、合焦位置変更部30により測定部20から測定対象物11までの距離が変更される毎に、データ抽出部31により抽出された有効エリア内にあるデータに対応する座標を算出する。 The coordinate measurement unit 32 measures the coordinates of each position on the measurement object based on the light intensity change data for each distance from the measurement unit 20 to the measurement object 11. Specifically, each time the distance from the measurement unit 20 to the measurement object 11 is changed by the focus position changing unit 30, the coordinate measuring unit 32 is in the effective area extracted by the data extracting unit 31. The coordinates corresponding to are calculated.
 座標測定部32は、算出した座標を示す情報を、算出後順次記憶部16に記憶させる。制御部101は、記憶部16から座標を示す情報を読み出し、読み出した座標を示す情報を所定の表示形式で表示部17に表示させる。制御部101は、ステージ12と、メイン光源21と、投影部13のパターン形成部23と、撮像部14の撮像素子26と、合焦位置変更部30とに接続されている。 The coordinate measuring unit 32 stores information indicating the calculated coordinates in the storage unit 16 sequentially after the calculation. The control unit 101 reads information indicating coordinates from the storage unit 16 and causes the display unit 17 to display information indicating the read coordinates in a predetermined display format. The control unit 101 is connected to the stage 12, the main light source 21, the pattern forming unit 23 of the projection unit 13, the imaging element 26 of the imaging unit 14, and the focus position changing unit 30.
 制御部101は、ステージ12の座標、メイン光源21をオン/オフするタイミング、メイン光源21の発光強度、パターン形成部23に表示される正弦格子パターンの位相、撮像素子26による画像の取得タイミング、撮像素子26による画像取得時の電荷蓄積時間(以下、シャッター速度と称す)などを制御する。 The control unit 101 includes coordinates of the stage 12, timing for turning on / off the main light source 21, emission intensity of the main light source 21, phase of a sine lattice pattern displayed on the pattern forming unit 23, timing for acquiring an image by the image sensor 26, A charge accumulation time (hereinafter referred to as shutter speed) at the time of image acquisition by the image sensor 26 is controlled.
 また、制御部101は、合焦位置変更部30に測定部20から測定対象物11までの距離を制御させる。そして、制御部101は、測定部20から測定対象物11までの距離が変更される毎に、前記光強度変化データを取得するよう測定部20と合焦位置変更部30とを制御する。なお、制御部101は、パターン形成部23に表示されるパターンを、一様なパターンに設定することもできる。 Further, the control unit 101 causes the in-focus position changing unit 30 to control the distance from the measuring unit 20 to the measuring object 11. And the control part 101 controls the measurement part 20 and the focus position change part 30 so that the said light intensity change data may be acquired whenever the distance from the measurement part 20 to the measurement object 11 is changed. Note that the control unit 101 can also set the pattern displayed on the pattern forming unit 23 to a uniform pattern.
 合焦位置変更部30は、測定部20を駆動し、測定部20から測定対象物11までの距離を変更する。なお、合焦位置変更部30は、ステージ12を駆動し、測定部20から測定対象物11までの距離を変更してもよい。 The focus position changing unit 30 drives the measuring unit 20 to change the distance from the measuring unit 20 to the measurement object 11. The in-focus position changing unit 30 may drive the stage 12 and change the distance from the measuring unit 20 to the measurement object 11.
 図3は、第1の実施形態における三次元形状測定装置による形状測定方法の一例を示した図である。同図の左側と右側には、測定対象物11を基準とした測定部20の高さを1mm減らすごとに測定部20が撮像した場合において、それぞれの被写界深度における測定対象物の領域である測定帯(測定帯40から測定帯46)が示されている。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a shape measuring method by the three-dimensional shape measuring apparatus in the first embodiment. On the left side and right side of the figure, when the measuring unit 20 takes an image every time the height of the measuring unit 20 is reduced by 1 mm with respect to the measuring object 11, the area of the measuring object at each depth of field is shown. A certain measurement band (measurement band 40 to measurement band 46) is shown.
 同図の中央には、各高さで測定部20が撮像した際に、それぞれの被写界深度における測定帯を繋ぎ合わせた領域47が示されている。制御部101は、測定部20が各高さで計測したそれぞれの被写界深度における測定対象物の座標を統合することにより、測定対象物全体の座標を計測することができる。これにより、三次元形状測定装置1は合焦状態の良好な領域の座標を算出するので、精度良く測定対象物の座標を計測することができる。 In the center of the figure, a region 47 is shown in which measurement bands at respective depths of field are connected when the measurement unit 20 images at each height. The control unit 101 can measure the coordinates of the entire measurement object by integrating the coordinates of the measurement object at each depth of field measured by the measurement unit 20 at each height. Thereby, since the three-dimensional shape measuring apparatus 1 calculates the coordinates of the region in good focus, it is possible to measure the coordinates of the measurement object with high accuracy.
 特に、本実施形態における三次元形状測定装置1の計測方法は、鍛造品や鋳造品のように表面が細かく凹凸しており反射率がその凹凸に対応して細かく変化するような対象物を測定対象として用いる場合に効果を発揮する。測定対象として鍛造品や鋳造品を用いる場合、表面が細かく凹凸しておりざらつきがあるため、光を照射すると反射光の強度が高い部分が離散的に不規則に生じる。合焦状態が悪くなると、各点の光強度がボケて広がり、本来光強度の低い部分が高くなるので測定誤差となるが、反射光強度の高い位置が不規則に点在するため測定誤差の影響を低減する事は難しい。 In particular, the measurement method of the three-dimensional shape measuring apparatus 1 in this embodiment measures an object whose surface is finely uneven, such as a forged product or a cast product, and the reflectance changes finely corresponding to the unevenness. Effective when used as a target. When a forged product or a cast product is used as a measurement target, the surface is finely uneven and rough, and when light is irradiated, portions with high reflected light intensity are generated discretely and irregularly. If the in-focus state deteriorates, the light intensity at each point blurs and spreads, and the part where the light intensity is inherently low becomes high, resulting in a measurement error. It is difficult to reduce the impact.
 従来の三次元形状測定装置が鍛造品や鋳造品を測定対象とした場合、合焦状態が良くないと輝点が広がり本来反射光の強度が低い部分の強度が高くなり、結果的に本来の座標とは異なる座標を算出してしまうという問題がある。それに対し、本実施形態における三次元形状測定装置1は、鍛造品や鋳造品を測定対象とした場合にも、合焦状態が良好な領域の座標を算出するため、本来の座標とは異なる座標を算出してしまうという問題が発生せず、正確に測定対象物の座標を算出することができる。 When a conventional three-dimensional shape measuring device is forged or cast, the bright spot will spread if the focus state is not good, and the intensity of the portion where the reflected light intensity is low will increase, resulting in the original There is a problem that coordinates different from the coordinates are calculated. On the other hand, the three-dimensional shape measuring apparatus 1 according to the present embodiment calculates coordinates of a region having a good in-focus state even when a forged product or a cast product is used as a measurement target. Therefore, the coordinates of the measurement object can be accurately calculated.
 図4は、第1の実施形態における三次元形状測定装置1による処理の流れを示したフローチャートである。まず、投影部13は、メイン光源から入射した光を縞パターンに変換し、変換した縞パターンを測定対象物に照射する(ステップS101)。次に、撮像部14は、測定対象物から反射した光を撮像する(ステップS102)。次に、AD変換部19は、撮像部14から入力された各画素のアナログ電圧値を、各画素の輝度値を示す光強度変化データに変換することにより、光強度変化データを取得する(ステップS103)。 FIG. 4 is a flowchart showing the flow of processing by the three-dimensional shape measuring apparatus 1 in the first embodiment. First, the projection unit 13 converts light incident from the main light source into a fringe pattern, and irradiates the measurement object with the converted fringe pattern (step S101). Next, the imaging unit 14 images light reflected from the measurement object (step S102). Next, the AD conversion unit 19 acquires the light intensity change data by converting the analog voltage value of each pixel input from the imaging unit 14 into light intensity change data indicating the luminance value of each pixel (step) S103).
 次に、データ抽出部31は、光強度変化データから被写界深度に相当する有効エリアのデータを抽出する(ステップS104)。次に、座標測定部32は、抽出された有効エリアのデータからその有効エリアの座標を算出する(ステップS105)。次に、制御部101は、測定部20から測定対象物11までの距離が予め決められた全ての距離で撮像したか否か判定する(ステップS106)。 Next, the data extraction unit 31 extracts effective area data corresponding to the depth of field from the light intensity change data (step S104). Next, the coordinate measuring unit 32 calculates the coordinates of the effective area from the extracted data of the effective area (step S105). Next, the control unit 101 determines whether or not the distance from the measurement unit 20 to the measurement object 11 is captured at all predetermined distances (step S106).
 予め決められた全ての距離で撮像していない場合(ステップS106 NO)、合焦位置変更部30は、測定部20から測定対象物11までの距離を所定の距離縮め(ステップS107)、ステップS101の処理に戻る。一方、予め決められた全ての距離で撮像した場合(ステップS106 NO)、制御部101は、算出した座標を統合し、測定対象物全体の座標を取得する(ステップS108)。以上で、本フローチャートの処理を終了する。 When imaging is not performed at all predetermined distances (NO in step S106), the focus position changing unit 30 reduces the distance from the measurement unit 20 to the measurement object 11 by a predetermined distance (step S107), and step S101. Return to the process. On the other hand, when images are captured at all predetermined distances (NO in step S106), the control unit 101 integrates the calculated coordinates and acquires the coordinates of the entire measurement object (step S108). Above, the process of this flowchart is complete | finished.
 以上により、三次元形状測定装置1の測定部20が測定対象物11上に照射される縞パターンの位相を変化させながら、測定対象物11を繰り返し撮像することにより、測定対象物11上の各位置から光強度変化データを取得し、合焦位置変更部30が、測定部20が撮像する際の合焦位置を変更する。そして、制御部101は、合焦位置が変更される毎に、光強度変化データを取得するよう測定部11と合焦位置変更部30とを制御し、座標測定部32は、それぞれの合焦位置の光強度変化データに基づいて、測定対象物11上の各位置の座標を測定する。 As described above, the measurement unit 20 of the three-dimensional shape measuring apparatus 1 repeatedly images the measurement object 11 while changing the phase of the fringe pattern irradiated on the measurement object 11, whereby each measurement object 11 on the measurement object 11 is imaged. Light intensity change data is acquired from the position, and the focus position changing unit 30 changes the focus position when the measurement unit 20 captures an image. The control unit 101 controls the measurement unit 11 and the focus position changing unit 30 so as to obtain the light intensity change data every time the focus position is changed, and the coordinate measurement unit 32 performs the respective focusing. Based on the light intensity change data of the position, the coordinates of each position on the measurement object 11 are measured.
 また、データ抽出部31は、合焦位置が変更される毎に取得されたそれぞれの光強度変化データのうち有効エリア内にあるデータを抽出し、座標測定部32は、抽出されたデータに基づいて測定対象物11上の各位置の座標を測定することができる。 Further, the data extraction unit 31 extracts data within the effective area from the respective light intensity change data acquired each time the in-focus position is changed, and the coordinate measurement unit 32 is based on the extracted data. Thus, the coordinates of each position on the measurement object 11 can be measured.
 これにより、三次元形状測定装置1は、測定部20から測定対象物11までの距離を変更する毎に、有効エリアの光強度変化データから座標を算出するので、有効エリア毎に精度良く測定対象物11の座標を算出することができる。三次元形状測定装置1は、各測定帯で計測された精度の良い座標を繋ぎ合わせて、測定対象物11全体の座標を算出するので、測定対象物全体の各位置を精度良く計測することができる。 Thereby, the 3D shape measuring apparatus 1 calculates the coordinates from the light intensity change data of the effective area every time the distance from the measuring unit 20 to the measuring object 11 is changed, so that the measuring object is accurately obtained for each effective area. The coordinates of the object 11 can be calculated. Since the three-dimensional shape measuring apparatus 1 calculates the coordinates of the entire measurement object 11 by connecting the highly accurate coordinates measured in each measurement zone, it is possible to measure each position of the entire measurement object with high accuracy. it can.
 <第2の実施形態>
 次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第1の実施形態では、三次元形状測定装置は、各距離において計測された焦点深度内の光強度変化データを用いて算出された座標を統合し、測定対象物全体の座標を算出した。第2の実施形態では、三次元形状測定装置は、一度所定の露出条件で、光強度変化データを取得し、測定対象物の座標を算出する。そして、三次元形状測定装置は、算出された座標から計測される測定対象物の勾配が所定の閾値を越える測定帯に対して高さ方向の解像度が上がるように、被写界深度を狭くするよう露出条件を変更する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the three-dimensional shape measurement apparatus integrates the coordinates calculated using the light intensity change data within the focal depth measured at each distance, and calculates the coordinates of the entire measurement object. In the second embodiment, the three-dimensional shape measurement apparatus once acquires light intensity change data under predetermined exposure conditions and calculates the coordinates of the measurement object. Then, the three-dimensional shape measurement apparatus narrows the depth of field so that the resolution in the height direction is increased with respect to the measurement zone in which the gradient of the measurement object measured from the calculated coordinates exceeds a predetermined threshold. Change the exposure conditions.
 そして、三次元形状測定装置は、勾配が所定の閾値を越える測定帯を変更された露出条件で、もう一度撮像することにより座標を算出する。そして、三次元形状測定装置は、1回目の撮像から算出された座標のうち、上記測定対象物の勾配が所定の閾値を越える測定帯の座標を、2回目の撮像から算出された座標で置換する。これにより、三次元形状測定装置は、測定対象物の勾配が急な領域であっても、座標を精度良く計測することができる。 Then, the three-dimensional shape measuring apparatus calculates coordinates by imaging again a measurement zone in which the gradient exceeds a predetermined threshold value under changed exposure conditions. Then, the three-dimensional shape measuring apparatus replaces the coordinates of the measurement zone in which the gradient of the measurement object exceeds a predetermined threshold among the coordinates calculated from the first imaging with the coordinates calculated from the second imaging. To do. Thus, the three-dimensional shape measuring apparatus can accurately measure coordinates even in a region where the gradient of the measurement object is steep.
 図5は、第2の実施形態における三次元形状測定装置1bの全体構成図である。なお、
図1と共通する要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。図5の三次元形状測定装置1bの構成は、図2の三次元形状測定装置1の構成に対して、コンピュータ100がコンピュータ100bに、記憶部16が記憶部16bに、データ抽出部31がデータ抽出部31bに、座標測定部32が座標測定部32bに、制御部101が制御部101bに、測定部20が測定部20bに変更され、絞り部27が追加されたものになっている。また、測定対象物11から測定部20bへの方向をz軸方向、そのz軸に垂直な方向であって測定対象物11の幅方向をx軸方向とする。
FIG. 5 is an overall configuration diagram of the three-dimensional shape measuring apparatus 1b according to the second embodiment. In addition,
Elements common to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The configuration of the three-dimensional shape measuring apparatus 1b in FIG. 5 is different from that of the three-dimensional shape measuring apparatus 1 in FIG. 2 in that the computer 100 is the computer 100b, the storage unit 16 is the storage unit 16b, and the data extraction unit 31 is the data. In the extraction unit 31b, the coordinate measurement unit 32 is changed to the coordinate measurement unit 32b, the control unit 101 is changed to the control unit 101b, the measurement unit 20 is changed to the measurement unit 20b, and the aperture unit 27 is added. In addition, the direction from the measurement object 11 to the measurement unit 20b is the z-axis direction, the direction perpendicular to the z-axis, and the width direction of the measurement object 11 is the x-axis direction.
 記憶部16bには、測定部20bから測定対象物11への方向と垂直な方向に対する座標の測定部20bから測定対象物11への方向の変化率(以下、垂直方向の変化率と称する)とレンズを通って撮像素子上に写る像の明るさである絞り値とシャッター速度とが関係付けられたテーブルT1が記憶されている。垂直方向の変化率は、例えば、x軸方向に対するz軸方向の距離の変化率である。ここで、絞り値とシャッター速度とを合わせて、露出条件と称する。また、記憶部16bには、1回目の撮像の際に用いられる所定の露出条件が記憶されている。 In the storage unit 16b, a rate of change in the direction from the measuring unit 20b to the measuring object 11 with respect to a direction perpendicular to the direction from the measuring unit 20b to the measuring object 11 (hereinafter referred to as a rate of change in the vertical direction). A table T1 is stored that associates the aperture value, which is the brightness of an image that appears on the image sensor through the lens, with the shutter speed. The change rate in the vertical direction is, for example, the change rate of the distance in the z-axis direction with respect to the x-axis direction. Here, the aperture value and the shutter speed are collectively referred to as an exposure condition. The storage unit 16b stores a predetermined exposure condition used for the first imaging.
 絞り部27は、制御部101bの制御信号に従って、測定対象物11から反射された光が撮像部14の撮像素子26に導かれる光の量を調節する。制御部101bは、記憶部16bから読み出された絞り値に応じて絞り部27を制御するための制御信号を生成し、その制御信号を絞り部27に出力し、光の絞り量を制御する。例えば、絞り値が小さくなるときには、制御部101bは、絞り部27を開放するよう制御する。一方、絞り値が大きくなるときには、制御部101bは、絞り部27を絞るよう制御する。 The diaphragm unit 27 adjusts the amount of light that is reflected from the measurement object 11 and guided to the imaging element 26 of the imaging unit 14 in accordance with a control signal from the control unit 101b. The control unit 101b generates a control signal for controlling the aperture unit 27 according to the aperture value read from the storage unit 16b, and outputs the control signal to the aperture unit 27 to control the aperture amount of light. . For example, when the aperture value becomes small, the control unit 101b controls to open the aperture unit 27. On the other hand, when the aperture value becomes large, the control unit 101b controls the aperture unit 27 to stop.
 制御部101bは、1回目の光強度変化データを取得するために、1回目の撮像の際に用いられる所定の露出条件を記憶部16bから読み出す。そして、制御部101bは、合焦位置変更部30により測定部20bの高さを変更する毎に撮像するよう撮像素子26を制御する。AD変換部19は、撮像素子26から入力された各画素のアナログ電圧値を、各画素の輝度値を示す光強度変化データに変換し、変換した光強度変化データをデータ抽出部31bに出力する。 The control unit 101b reads a predetermined exposure condition used at the time of the first imaging from the storage unit 16b in order to obtain the first light intensity change data. And the control part 101b controls the image pick-up element 26 so that it may image, whenever the focus position change part 30 changes the height of the measurement part 20b. The AD conversion unit 19 converts the analog voltage value of each pixel input from the image sensor 26 into light intensity change data indicating the luminance value of each pixel, and outputs the converted light intensity change data to the data extraction unit 31b. .
 データ抽出部31bは、AD変換部19から入力された光強度変化データのうち有効エリアのデータを抽出し、抽出した有効エリアのデータを座標測定部32bに出力する。座標測定部32bは、抽出された有効エリアのデータから座標を算出し、算出した座標を1回目の座標として記憶部16bに記憶させる。 The data extraction unit 31b extracts effective area data from the light intensity change data input from the AD conversion unit 19, and outputs the extracted effective area data to the coordinate measurement unit 32b. The coordinate measuring unit 32b calculates coordinates from the extracted effective area data, and stores the calculated coordinates in the storage unit 16b as the first coordinate.
 制御部101bは、上記光強度変化データの取得と、有効エリアのデータの抽出と、有効エリアの座標の算出とを、測定部20と測定対象物11との距離であって予め決められた範囲の全ての距離で行う。これにより、三次元形状測定装置1bは、測定対象物の座標を所定の解像度で算出することができる。 The control unit 101b obtains the light intensity change data, extracts the effective area data, and calculates the effective area coordinates as a distance between the measurement unit 20 and the measurement object 11 and a predetermined range. At all distances. Thereby, the three-dimensional shape measuring apparatus 1b can calculate the coordinates of the measurement object with a predetermined resolution.
 制御部101bは、算出された座標から、測定部20bから測定対象物11への方向と垂直な方向に対する座標の測定部20bから測定対象物11への方向の変化率を算出する。換言すれば、制御部101bは、算出された座標から、測定対象物の勾配を算出する。具体的には、例えば、制御部101bは、ある座標においてx軸方向に隣り合う2点を抽出し、ある座標と抽出した2点とから、xz平面におけるx軸方向に対するz軸方向の傾きを最小二乗法で算出する。或いは、制御部101bは、単純に差分を計算して傾斜(すなわち、その座標における微分値)を求めてもよい。 The control unit 101b calculates, from the calculated coordinates, the rate of change in the direction from the measurement unit 20b to the measurement object 11 in the direction perpendicular to the direction from the measurement unit 20b to the measurement object 11. In other words, the control unit 101b calculates the gradient of the measurement object from the calculated coordinates. Specifically, for example, the control unit 101b extracts two points adjacent to each other in the x-axis direction at a certain coordinate, and calculates the inclination in the z-axis direction with respect to the x-axis direction on the xz plane from the certain coordinate and the two extracted points. Calculate with the least squares method. Alternatively, the control unit 101b may simply calculate the difference to obtain the inclination (that is, the differential value at the coordinates).
 制御部101bは、算出された傾きをある座標における測定対象物の勾配とする。制御部101bは、上記処理を算出された全ての座標で行うことにより、各座標における測定対象物の勾配を算出する。制御部101bは、測定部20の高さ毎に定められた有効エリア毎に、その有効エリア内の上記垂直方向の変化率の最大値である最大変化率を算出する。 The control unit 101b sets the calculated inclination as the inclination of the measurement object at a certain coordinate. The control unit 101b calculates the gradient of the measurement object at each coordinate by performing the above process on all the calculated coordinates. The control unit 101b calculates, for each effective area determined for each height of the measuring unit 20, a maximum change rate that is the maximum value of the change rate in the vertical direction in the effective area.
 また、制御部101bは、算出した最大変化率が所定の閾値を超えるか否か判定する。所定の閾値を越える場合には、制御部101bは、最大変化率に対応する露出条件を記憶部16bから読み出す。制御部101bは、最大変化率が所定の閾値を超える領域を再度撮像する際に、読み出した露出条件に変更するよう撮像素子26と絞り部27とを制御する。 Further, the control unit 101b determines whether or not the calculated maximum change rate exceeds a predetermined threshold value. When the predetermined threshold value is exceeded, the control unit 101b reads the exposure condition corresponding to the maximum change rate from the storage unit 16b. The control unit 101b controls the image sensor 26 and the diaphragm unit 27 so as to change to the read exposure condition when the region where the maximum change rate exceeds the predetermined threshold is imaged again.
 制御部101bは、垂直方向の最大変化率に応じた絞り値とシャッター速度とを記憶部16bから読み出すことにより、垂直方向の最大変化率に応じた最適な絞り値とシャッター速度を選択することができる。これにより、垂直方向の最大変化率が所定の閾値より大きい場合、絞り値を小さくすることにより、被写体深度を浅くし、有効エリアの垂直方向の距離を小さくすることができる。 The control unit 101b reads the aperture value and shutter speed corresponding to the maximum change rate in the vertical direction from the storage unit 16b, thereby selecting the optimum aperture value and shutter speed corresponding to the maximum change rate in the vertical direction. it can. As a result, when the maximum rate of change in the vertical direction is greater than a predetermined threshold, by reducing the aperture value, the depth of the subject can be reduced and the distance in the vertical direction of the effective area can be reduced.
 制御部101bは、記憶部16bから読み出した絞り値に応じて、合焦位置変更部30により1度に変更される測定部20から測定対象物11までの距離を変化させる。例えば、制御部101は、記憶部16bから読み出した絞り値に応じて決まる被写界深度と同じ距離だけ測定部20から測定対象物11までの距離を1度に変化させる。制御部101は、上記距離が変更される毎に、変更した露出条件で測定部20に、最大変化率が所定の閾値を超える領域を再度撮像させ、撮像により光強度変化データを取得する。 The control unit 101b changes the distance from the measurement unit 20 to the measurement object 11 that is changed at a time by the focus position changing unit 30 according to the aperture value read from the storage unit 16b. For example, the control unit 101 changes the distance from the measurement unit 20 to the measurement object 11 at a time by the same distance as the depth of field determined according to the aperture value read from the storage unit 16b. Each time the distance is changed, the control unit 101 causes the measurement unit 20 to image again the region where the maximum change rate exceeds a predetermined threshold under the changed exposure condition, and obtains light intensity change data by imaging.
 データ抽出部31bは、取得された光強度変化データのうち有効エリアのデータを抽出し、抽出した有効エリアのデータを座標測定部32bに出力する。座標測定部32bは、抽出された有効エリアのデータから座標を算出する。座標測定部32bは、1回目の撮像から算出された座標を記憶部16bから読み出す。 The data extraction unit 31b extracts effective area data from the acquired light intensity change data, and outputs the extracted effective area data to the coordinate measurement unit 32b. The coordinate measuring unit 32b calculates coordinates from the extracted data of the effective area. The coordinate measuring unit 32b reads the coordinates calculated from the first imaging from the storage unit 16b.
 座標測定部32bは、1回目の撮像から算出された座標のうち上記最大変化率が所定の閾値を超える測定帯の座標を、2回目の撮像から算出された座標で置換する。そして、座標測定部32bは、置換後の座標を記憶部16bに記憶させる。 The coordinate measuring unit 32b replaces the coordinates of the measurement band in which the maximum change rate exceeds a predetermined threshold among the coordinates calculated from the first imaging with the coordinates calculated from the second imaging. Then, the coordinate measurement unit 32b stores the replaced coordinates in the storage unit 16b.
 図6は、記憶部16bに記憶されているテーブルT1の一例である。同図のテーブルにおいて、垂直方向の最大変化率と絞り値とシャッター速度とが関連付けられている。垂直方向の最大変化率が高いほど、垂直方向の解像度を上昇させる必要があるため、被写界深度が浅くなるように(絞り値が小さくなるように)予め設定されている。また、絞り値が小さいと撮像素子26に取り込まれる光の量が多くなるので、絞り値が小さいほどシャッター速度が速くなるように予め設定されている。 FIG. 6 is an example of the table T1 stored in the storage unit 16b. In the table of FIG. 5, the maximum change rate in the vertical direction, the aperture value, and the shutter speed are associated with each other. Since the vertical resolution needs to be increased as the maximum vertical change rate is higher, the depth of field is set to be shallow (the aperture value is reduced). Further, since the amount of light taken into the image sensor 26 increases when the aperture value is small, the shutter speed is set in advance so that the shutter speed is increased as the aperture value is decreased.
 図7は、第2の実施形態における三次元形状測定装置1bによる処理の流れを示したフローチャートである。制御部101bは、第1の露出条件を記憶部16bから読み出す(ステップS201)。次に、制御部101bは、図4で示された処理の流れに沿って、測定対象物の座標を測定するよう制御する(ステップS202)。次に、制御部101bは、測定された座標から、各座標における垂直方向の変化率を算出する(ステップS203)。 FIG. 7 is a flowchart showing a flow of processing by the three-dimensional shape measuring apparatus 1b in the second embodiment. The control unit 101b reads the first exposure condition from the storage unit 16b (step S201). Next, the control unit 101b performs control so as to measure the coordinates of the measurement object along the processing flow shown in FIG. 4 (step S202). Next, the control unit 101b calculates the rate of change in the vertical direction at each coordinate from the measured coordinates (step S203).
 次に、制御部101bは、測定帯毎に、垂直方向の変化率が最大となる最大変化率を算出する(ステップS204)。次に、制御部101bは、最大変化率が所定の閾値よりも大きい測定帯を抽出する(ステップS205)。次に、制御部101bは、抽出した測定帯毎に、露出条件を記憶部16bから読み出す(ステップS206)。次に、制御部101bは、算出された最大変化率が所定の閾値よりも大きい測定帯に対して、その各測定帯に応じて読み出された露出条件で、その各測定帯の座標を再度測定する(ステップS207)。次に、制御部101bは、1回目の撮像から算出された座標のうち上記最大変化率が所定の閾値を超える測定帯の座標を、2回目の撮像から算出された座標で置換する(ステップS208)。以上で、本フローチャートの処理を終了する。 Next, the control unit 101b calculates the maximum rate of change that maximizes the rate of change in the vertical direction for each measurement zone (step S204). Next, the control unit 101b extracts a measurement band in which the maximum change rate is greater than a predetermined threshold (step S205). Next, the control unit 101b reads the exposure condition from the storage unit 16b for each extracted measurement band (step S206). Next, the control unit 101b again sets the coordinates of the measurement bands for the measurement bands in which the calculated maximum change rate is larger than a predetermined threshold, under the exposure conditions read according to the measurement bands. Measurement is performed (step S207). Next, the control unit 101b replaces the coordinates of the measurement band in which the maximum change rate exceeds a predetermined threshold among the coordinates calculated from the first imaging with the coordinates calculated from the second imaging (step S208). ). Above, the process of this flowchart is complete | finished.
 以上により、制御部101bは、測定対象物11の座標を座標測定部32bにより測定させた後に、測定された座標の範囲に含まれる領域を再度撮像する際の露出条件を変更し、変更した露出条件で測定部20bに測定された座標の範囲に含まれる領域を再度撮像させ、座標測定部32bは、光強度変化データと変更された露出条件で撮像されることにより取得された光強度変化データとに基づいて、測定対象物上11の各位置の座標を測定することができる。 As described above, the control unit 101b changes the exposure condition when the image of the region included in the measured coordinate range is imaged again after the coordinate measurement unit 32b measures the coordinates of the measurement object 11, and the changed exposure. Under the condition, the measurement unit 20b causes the region included in the range of the measured coordinates to be imaged again, and the coordinate measurement unit 32b obtains the light intensity change data and the light intensity change data acquired by being imaged under the changed exposure condition. Based on the above, the coordinates of each position on the measurement object 11 can be measured.
 また、制御部101bは、測定部20bから測定対象物11への方向と垂直な方向に対する座標の測定部20bから測定対象物11への方向の変化率(垂直方向の変化率)が所定の閾値を超えた領域を抽出し、抽出した領域を再度撮像する際の露出条件を変更し、該変更した露出条件で前記測定部20bに抽出した領域を再度撮像させ、座標測定部20bは、光強度変化データと変更された露出条件で撮像されることにより取得された光強度変化データとに基づいて、測定対象物11上の各位置の座標を測定することができる。 In addition, the control unit 101b is configured such that the rate of change in the direction from the measuring unit 20b to the measuring object 11 in the direction perpendicular to the direction from the measuring unit 20b to the measuring object 11 (the rate of change in the vertical direction) is a predetermined threshold value. Is extracted, the exposure condition when the extracted area is imaged again is changed, the extracted area is imaged again by the measurement unit 20b under the changed exposure condition, and the coordinate measurement unit 20b Based on the change data and the light intensity change data acquired by imaging under the changed exposure condition, the coordinates of each position on the measurement object 11 can be measured.
 また、制御部101bは、測定対象物11の測定領域に応じて、測定部20bが撮像する場合の被写界深度を調整し、該調整した被写界深度で測定部20bに撮像させることができる。 Further, the control unit 101b adjusts the depth of field when the measurement unit 20b captures an image according to the measurement region of the measurement object 11, and causes the measurement unit 20b to capture an image with the adjusted depth of field. it can.
 これにより、三次元形状測定装置1bは、測定対象物の勾配が所定の閾値よりも大きい測定帯について、測定対象物の高さ方向の解像度を上げるために、被写界深度が狭くしてもう一度撮像することにより座標を取得する。そして、1回目の撮像から算出された座標のうち測定対象物の勾配が所定の閾値より大きい測定帯の座標を、2回目の撮像から算出された座標で置換するので、測定対象物の勾配が急なところであっても、精度良く座標を計測することができる。 Thereby, the three-dimensional shape measuring apparatus 1b once again reduces the depth of field in order to increase the resolution in the height direction of the measurement object for the measurement zone in which the gradient of the measurement object is larger than a predetermined threshold. Coordinates are acquired by imaging. Then, the coordinates of the measurement zone in which the gradient of the measurement object is greater than a predetermined threshold among the coordinates calculated from the first imaging are replaced with the coordinates calculated from the second imaging, so that the gradient of the measurement object is Even in a steep place, the coordinates can be measured with high accuracy.
 また、三次元形状測定装置1bは、最大変化率が所定の閾値以下の測定帯では、絞り量を変更して再度撮像する必要がないので、全ての測定帯で絞り量を変更して再度撮像する場合に比べて、測定にかかる全体の時間を短縮することができる。 Further, the three-dimensional shape measuring apparatus 1b does not need to change the aperture amount and perform imaging again in the measurement zone where the maximum change rate is equal to or less than the predetermined threshold. Compared to the case, the overall time required for measurement can be shortened.
 なお、本実施形態では、三次元形状測定装置1bが、一度測定対象物11全体の座標を計測してから、最大変化率が所定の閾値よりも大きい測定帯の座標を再度計測したが、これに限らない。三次元形状測定装置1bが測定対象物11の座標を計測しながら、垂直方向の最大変化率が所定の閾値よりも大きいと判定した場合に、露出条件を変更して撮像するように制御してもよい。 In the present embodiment, the three-dimensional shape measuring apparatus 1b once measures the coordinates of the entire measurement object 11, and then again measures the coordinates of the measurement zone in which the maximum change rate is greater than a predetermined threshold. Not limited to. When the three-dimensional shape measuring apparatus 1b measures the coordinates of the measurement object 11 and determines that the maximum rate of change in the vertical direction is larger than a predetermined threshold value, the exposure condition is changed to control the imaging. Also good.
 また、本実施形態では、制御部101bが、垂直方向の最大変化率に応じて、測定部20bが撮像する際の露出条件を変更したが、これに限らない。制御部101bは、合焦位置または測定対象物11の測定領域に応じて、撮像する際の露出条件を変更し、該変更した露出条件で測定部20bに撮像させ、座標測定部32bは、前強度変化データと変更された露出条件で撮像されることにより取得された光強度変化データとに基づいて、測定対象物11上の各位置の座標を測定してもよい。 In the present embodiment, the control unit 101b changes the exposure condition when the measurement unit 20b captures an image according to the maximum change rate in the vertical direction. However, the present invention is not limited to this. The control unit 101b changes the exposure condition at the time of imaging according to the in-focus position or the measurement area of the measurement object 11, causes the measurement unit 20b to capture an image under the changed exposure condition, and the coordinate measurement unit 32b The coordinates of each position on the measurement object 11 may be measured based on the intensity change data and the light intensity change data acquired by imaging under the changed exposure condition.
 また、制御部101bは、第1の露出条件で測定対象物11の座標を座標測定部32または座標測定部32bにより測定させた後に、第1の露出条件と測定された座標とに基づいて、所定の演算式を用いて次の測定の露出条件である第2の露出条件を算出し、該算出した第2の露出条件で測定部20に撮像させてもよい。 In addition, the control unit 101b causes the coordinate measurement unit 32 or the coordinate measurement unit 32b to measure the coordinates of the measurement object 11 under the first exposure condition, and then, based on the first exposure condition and the measured coordinates, A second exposure condition that is an exposure condition for the next measurement may be calculated using a predetermined arithmetic expression, and the measurement unit 20 may be caused to capture an image under the calculated second exposure condition.
 また、第1の実施形態または第2の実施形態では、合焦位置変更部30が測定部20または測定部20bと測定対象物11との距離を変更することにより測定部20が撮像する際の合焦位置を変更したが、これに限らず、光学系によるズーム機能を用いて測定部20または測定部20bの合焦位置を変更してもよい。 Further, in the first embodiment or the second embodiment, the focusing position changing unit 30 changes the distance between the measuring unit 20 or the measuring unit 20b and the measurement object 11, and thereby the measuring unit 20 takes an image. Although the focus position has been changed, the present invention is not limited to this, and the focus position of the measurement unit 20 or the measurement unit 20b may be changed using a zoom function by an optical system.
 <構造物製造システム>
 次に、第1の実施形態における三次元形状測定装置1を備えた構造物製造システムについて説明する。図8は、構造物製造システム200のブロック構成図である。構造物製造システム200は、第1の実施形態における三次元形状測定装置1と、設計装置210と、成形装置220と、制御装置(検査装置)230と、リペア装置240とを備える。
<Structure manufacturing system>
Next, the structure manufacturing system provided with the three-dimensional shape measuring apparatus 1 in the first embodiment will be described. FIG. 8 is a block configuration diagram of the structure manufacturing system 200. The structure manufacturing system 200 includes the three-dimensional shape measuring apparatus 1 according to the first embodiment, a design apparatus 210, a molding apparatus 220, a control apparatus (inspection apparatus) 230, and a repair apparatus 240.
 設計装置210は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作成した設計情報を成形装置220に送信する。また、設計装置210は、作成した設計情報を制御装置230の後述する座標記憶部231に記憶させる。ここで、設計情報とは、構造物の各位置の座標を示す情報である。成形装置220は、設計装置210から入力された設計情報に基づいて上記構造物を作製する。成形装置220の成形工程には、鋳造、鍛造、または切削等が含まれる。三次元形状測定装置1は、第1の実施形態において説明したように作製された前記構造物の座標を測定し、測定した座標を示す情報(形状情報)を制御装置230へ送信する。 The design device 210 creates design information related to the shape of the structure, and transmits the created design information to the molding device 220. In addition, the design device 210 stores the created design information in a coordinate storage unit 231 described later of the control device 230. Here, the design information is information indicating the coordinates of each position of the structure. The molding apparatus 220 produces the structure based on the design information input from the design apparatus 210. The molding process of the molding apparatus 220 includes casting, forging, cutting, or the like. The three-dimensional shape measuring apparatus 1 measures the coordinates of the structure manufactured as described in the first embodiment, and transmits information (shape information) indicating the measured coordinates to the control device 230.
 制御装置230は、座標記憶部231と、検査部232とを備える。座標記憶部231には、前述の通り、設計装置210により設計情報が記憶される。検査部232は、座標記憶部231から設計情報を読み出す。検査部232は、三次元形状測定装置1から受信した座標を示す情報(形状情報)と座標記憶部231から読み出した設計情報とを比較する。 The control device 230 includes a coordinate storage unit 231 and an inspection unit 232. As described above, design information is stored in the coordinate storage unit 231 by the design apparatus 210. The inspection unit 232 reads design information from the coordinate storage unit 231. The inspection unit 232 compares information (shape information) indicating coordinates received from the three-dimensional shape measuring apparatus 1 with design information read from the coordinate storage unit 231.
 検査部232は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部232は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。検査部232は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合、修復可能であるか否か判定する。修復できる場合、検査部232は、比較結果に基づき、不良部位と修復量を算出し、リペア装置240に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。 The inspection unit 232 determines whether or not the structure is molded according to the design information based on the comparison result. In other words, the inspection unit 232 determines whether or not the created structure is a non-defective product. The inspection unit 232 determines whether or not the structure can be repaired when the structure is not molded according to the design information. If repair is possible, the inspection unit 232 calculates a defective part and a repair amount based on the comparison result, and transmits information indicating the defective part and information indicating the repair amount to the repair device 240.
 リペア装置240は、制御装置230から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。 The repair device 240 processes the defective portion of the structure based on the information indicating the defective portion received from the control device 230 and the information indicating the repair amount.
 図9は、構造物製造システム200による処理の流れを示したフローチャートである。まず、設計装置210が、構造物の形状に関する設計情報を作製する(ステップS301)。次に、成形装置220は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する(ステップS302)。次に、三次元形状測定装置1は、作製された上記構造物の形状を測定する(ステップS303)。次に、制御装置230の検査部232は、三次元形状測定装置1で得られた形状情報と、上記設計情報とを比較することにより、構造物が誠設計情報通りに作成されたか否か検査する(ステップS304)。 FIG. 9 is a flowchart showing the flow of processing by the structure manufacturing system 200. First, the design apparatus 210 creates design information related to the shape of the structure (step S301). Next, the molding apparatus 220 produces the structure based on the design information (step S302). Next, the three-dimensional shape measuring apparatus 1 measures the shape of the manufactured structure (step S303). Next, the inspection unit 232 of the control device 230 inspects whether or not the structure is created according to the sincerity design information by comparing the shape information obtained by the three-dimensional shape measuring device 1 with the design information. (Step S304).
 次に、制御装置230の検査部232は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する(ステップS305)。作成された構造物が良品である場合(ステップS305 YES)、構造物製造システム200はその処理を終了する。一方、作成された構造物が良品でない場合(ステップS305 NO)、制御装置230の検査部232は、作成された構造物が修復できるか否か判定する(ステップS306)。 Next, the inspection unit 232 of the control device 230 determines whether or not the created structure is a good product (step S305). When the created structure is a non-defective product (step S305: YES), the structure manufacturing system 200 ends the process. On the other hand, when the created structure is not a non-defective product (step S305, NO), the inspection unit 232 of the control device 230 determines whether the created structure can be repaired (step S306).
 作成された構造物が修復できる場合(ステップS306 YES)、リペア装置240は、構造物の再加工を実施し(ステップS307)、ステップS303の処理に戻る。一方、作成された構造物が修復できない場合(ステップS306 YES)、構造物製造システム200はその処理を終了する。以上で、本フローチャートの処理を終了する。 If the created structure can be repaired (step S306: YES), the repair device 240 reprocesses the structure (step S307) and returns to the process of step S303. On the other hand, when the created structure cannot be repaired (YES in step S306), the structure manufacturing system 200 ends the process. Above, the process of this flowchart is complete | finished.
 以上により、第1の実施形態における三次元形状測定装置1が構造物の座標を正確に計測することができるので、構造物製造システム200は、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム200は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。 As described above, since the three-dimensional shape measuring apparatus 1 in the first embodiment can accurately measure the coordinates of the structure, the structure manufacturing system 200 determines whether or not the created structure is a non-defective product. can do. In addition, the structure manufacturing system 200 can repair the structure by reworking the structure when the structure is not a good product.
 なお、本実施形態におけるリペア装置240が実行するリペア工程は、成形装置220が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置230の検査部232が修復できると判定した場合、成形装置220は、成形工程(鍛造、切削等)を再実行する。具体的には、例えば、成形装置220は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム200は、構造物を正確に作成することができる。 In addition, the repair process which the repair apparatus 240 in this embodiment performs may be replaced with the process in which the shaping | molding apparatus 220 re-executes a shaping | molding process. In that case, when it determines with the test | inspection part 232 of the control apparatus 230 being able to repair, the shaping | molding apparatus 220 re-executes a shaping | molding process (forging, cutting, etc.). Specifically, for example, the molding apparatus 220 cuts a portion that is originally to be cut and is not cut in the structure. Thereby, the structure manufacturing system 200 can create a structure correctly.
 また、本実施形態では、構造物製造システム200は、三次元形状測定装置1を備えると説明したが、三次元形状測定装置1を第2の実施形態における三次元形状測定装置1bに置き換えてもよい。 Further, in the present embodiment, the structure manufacturing system 200 has been described as including the three-dimensional shape measuring apparatus 1, but the three-dimensional shape measuring apparatus 1 may be replaced with the three-dimensional shape measuring apparatus 1b in the second embodiment. Good.
 以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、本発明に係る三次元形状測定装置は、必ずしも上記三次元形状測定装置1,1bの全ての構成を有していなくてもよい。本発明に係る三次元形状測定装置は、少なくとも、測定部20(20b)、合焦位置変更部30、制御部101(101b)、座標測定部32(32b)に対応する構成を有していればよく、それ以外の構成については必要に応じて適宜組み合わせることができる。 As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design and the like within a scope not departing from the gist of the present invention. For example, the three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention does not necessarily have all the configurations of the three-dimensional shape measuring apparatuses 1 and 1b. The three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention has a configuration corresponding to at least the measuring unit 20 (20b), the focus position changing unit 30, the control unit 101 (101b), and the coordinate measuring unit 32 (32b). Other configurations may be appropriately combined as necessary.
 本発明は、製造された構造物が良品であるか否かを判定できる構造物製造システムに適用することができる。 The present invention can be applied to a structure manufacturing system that can determine whether or not a manufactured structure is a non-defective product.
1、  1b 三次元形状測定装置
20 測定部
21 メイン光源(光源部)
23 パターン形成部(縞パターン生成部)
14 撮像部
30 合焦位置変更部
31 データ抽出部
32 座標測定部
101 制御部
200 構造物製造システム
210 設計装置
220 成形装置
230 制御装置(検査装置)
240 リペア装置
1, 1b Three-dimensional shape measuring device 20 Measuring unit 21 Main light source (light source unit)
23 Pattern formation part (stripe pattern generation part)
14 Imaging unit 30 Focus position changing unit 31 Data extracting unit 32 Coordinate measuring unit 101 Control unit 200 Structure manufacturing system 210 Design device 220 Molding device 230 Control device (inspection device)
240 Repair device

Claims (15)

  1.  測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置であって、
     測定対象物上に照射される縞パターンの位相を変化させながら、前記測定対象物を繰り返し撮像することにより、前記測定対象物上の各位置から光強度変化データを取得する測定部と、
     前記測定部が撮像する際の合焦位置を変更する合焦位置変更部と、
     前記合焦位置が変更される毎に、前記光強度変化データを取得するよう前記測定部と前記合焦位置変更部とを制御する制御部と、
     前記それぞれの合焦位置の前記光強度変化データに基づいて、前記測定対象物上の各位置の座標を測定する座標測定部と、
     を備えることを特徴とする三次元形状測定装置。
    A three-dimensional shape measuring apparatus for measuring a three-dimensional shape of a measurement object,
    A measurement unit that obtains light intensity change data from each position on the measurement object by repeatedly imaging the measurement object while changing the phase of the fringe pattern irradiated on the measurement object;
    An in-focus position changing unit for changing an in-focus position when the measurement unit captures an image;
    A control unit that controls the measurement unit and the focusing position changing unit so as to obtain the light intensity change data each time the focusing position is changed;
    A coordinate measuring unit that measures the coordinates of each position on the measurement object based on the light intensity change data of the respective in-focus positions;
    A three-dimensional shape measuring apparatus comprising:
  2.  前記合焦位置が変更される毎に取得された前記それぞれの光強度変化データのうち有効エリア内にあるデータを抽出するデータ抽出部を更に備え、
     前記座標測定部は、前記抽出されたデータに基づいて前記測定対象物上の各位置の座標を測定することを特徴とする請求項1に記載の三次元形状測定装置。
    A data extraction unit for extracting data in an effective area from the respective light intensity change data acquired each time the in-focus position is changed;
    The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1, wherein the coordinate measuring unit measures the coordinates of each position on the measurement object based on the extracted data.
  3.  前記制御部は、前記合焦位置または前記測定対象物の測定領域に応じて、前記撮像する際の露出条件を変更し、該変更した露出条件で前記測定部に撮像させ、
     前記座標測定部は、前記光強度変化データと前記変更された露出条件で撮像されることにより取得された光強度変化データとに基づいて、前記測定対象物上の各位置の座標を測定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の三次元形状測定装置。
    The control unit changes an exposure condition at the time of imaging according to the in-focus position or a measurement area of the measurement object, and causes the measurement unit to image at the changed exposure condition,
    The coordinate measuring unit measures the coordinates of each position on the measurement object based on the light intensity change data and the light intensity change data acquired by imaging under the changed exposure condition. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1 or 2, wherein
  4.  前記制御部は、前記測定対象物の座標を前記座標測定部により測定させた後に、前記測定された座標の範囲に含まれる領域を再度撮像する際の露出条件を変更し、前記変更した露出条件で前記測定部に前記測定された座標の範囲に含まれる領域を再度撮像させ、
     前記座標測定部は、前記光強度変化データと前記変更された露出条件で撮像されることにより取得された光強度変化データとに基づいて、前記測定対象物上の各位置の座標を測定することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の三次元形状測定装置。
    The control unit changes the exposure condition when the region included in the range of the measured coordinate is imaged again after the coordinates of the measurement object are measured by the coordinate measurement unit, and the changed exposure condition Then, the measurement unit again images the area included in the range of the measured coordinates,
    The coordinate measuring unit measures the coordinates of each position on the measurement object based on the light intensity change data and the light intensity change data acquired by imaging under the changed exposure condition. The three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein
  5.  前記制御部は、前記測定部から前記測定対象物への方向と垂直な方向に対する前記座標の前記測定部から前記測定対象物への方向の変化率が所定の閾値を超えた領域を抽出し、前記抽出した領域を再度撮像する際の露出条件を変更し、該変更した露出条件で前記測定部に前記抽出した領域を再度撮像させ、
     前記座標測定部は、前記光強度変化データと前記変更された露出条件で撮像されることにより取得された光強度変化データとに基づいて、前記測定対象物上の各位置の座標を測定することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の三次元形状測定装置。
    The control unit extracts a region where the rate of change of the direction from the measurement unit to the measurement target of the coordinates with respect to a direction perpendicular to the direction from the measurement unit to the measurement target exceeds a predetermined threshold, Change the exposure condition when imaging the extracted region again, and let the measurement unit image the extracted region again under the changed exposure condition,
    The coordinate measuring unit measures the coordinates of each position on the measurement object based on the light intensity change data and the light intensity change data acquired by imaging under the changed exposure condition. The three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein
  6.  前記制御部は、前記測定対象物の測定領域に応じて、前記測定部が撮像する場合の被写界深度を調整し、該調整した被写界深度で前記測定部に撮像させることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の三次元形状測定装置。 The control unit adjusts a depth of field when the measurement unit captures an image according to a measurement region of the measurement object, and causes the measurement unit to capture an image with the adjusted depth of field. The three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 5.
  7.  前記制御部は、第1の露出条件で前記測定対象物の座標を前記座標測定部により測定させた後に、前記第1の露出条件と前記測定された座標とに基づいて、次の測定の露出条件である第2の露出条件を算出し、該算出した第2の露出条件で前記測定部に撮像させることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の三次元形状測定装置。 The control unit causes the coordinate measurement unit to measure the coordinates of the measurement object under a first exposure condition, and then performs an exposure for a next measurement based on the first exposure condition and the measured coordinates. The three-dimensional shape according to any one of claims 1 to 6, wherein a second exposure condition that is a condition is calculated, and the measurement unit is caused to capture an image under the calculated second exposure condition. measuring device.
  8.  前記測定部は、
     光を出射する光源部と、
     前記出射された光を前記縞パターンに変化させ、前記縞パターンに変化させた光を前記測定対象物に照射する縞パターン生成部と、
     前記測定対象物から反射された光を撮像する撮像部と、
     を備えることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の三次元形状測定装置。
    The measuring unit is
    A light source that emits light;
    A fringe pattern generating unit that changes the emitted light into the fringe pattern, and irradiates the measurement object with the light changed into the fringe pattern;
    An imaging unit for imaging light reflected from the measurement object;
    The three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising:
  9.  三次元形状測定装置が実行する三次元形状測定方法であって、
     測定対象物上に照射される縞パターンの位相を変化させながら、前記測定対象物を繰り返し撮像することにより、前記測定対象物上の各位置から光強度変化データを取得することと、
     撮像する際の合焦位置を変更することと、
     前記それぞれの合焦位置の前記光強度変化データに基づいて、前記測定対象物上の各位置の座標を測定することと、
     を有し、
     前記合焦位置が変更される毎に、前記合焦位置を調整して前記光強度変化データを取得することを特徴とする三次元形状測定方法。
    A three-dimensional shape measuring method executed by the three-dimensional shape measuring apparatus,
    Acquiring light intensity change data from each position on the measurement object by repeatedly imaging the measurement object while changing the phase of the fringe pattern irradiated on the measurement object;
    Changing the in-focus position when imaging,
    Measuring the coordinates of each position on the measurement object based on the light intensity change data of the respective in-focus positions;
    Have
    Each time the focus position is changed, the light intensity change data is acquired by adjusting the focus position.
  10.  構造物の形状に関する設計情報を作製することと、
     前記設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、
     作製された前記構造物の形状を請求項9に記載の三次元形状測定方法を用いて測定することと、
     測定することにより得られた形状情報と、前記設計情報とを比較して検査することと、
     を有することを特徴とする構造物の製造方法。
    Creating design information on the shape of the structure;
    Producing the structure based on the design information;
    Measuring the shape of the fabricated structure using the three-dimensional shape measurement method according to claim 9;
    Inspecting by comparing the shape information obtained by measuring the design information;
    A method for producing a structure characterized by comprising:
  11.  さらに、前記形状情報と前記設計情報とを比較した結果に基づいて、前記構造物の再加工を実施することを特徴とする請求項10に記載の構造物の製造方法。 The method for manufacturing a structure according to claim 10, further comprising reworking the structure based on a result of comparing the shape information and the design information.
  12.  前記再加工を実施することは、前記構造物を作製することを再実行することであることを特徴とする請求項11に記載の構造物の製造方法。 12. The method of manufacturing a structure according to claim 11, wherein the reworking is re-execution of manufacturing the structure.
  13.  前記再加工を実施することは、前記形状情報と前記設計情報とを比較した結果に基づいて、前記構造物の不良部位を加工することであることを特徴とする請求項11に記載の構造物の製造方法。 The structure according to claim 11, wherein the rework is to process a defective portion of the structure based on a result of comparing the shape information and the design information. Manufacturing method.
  14.  構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、
     前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
     請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の三次元形状測定装置と、
     前記三次元状測定装置が前記構造物を測定した座標を示す形状情報と、前記設計情報とを比較する検査装置と、
     を有することを特徴とする構造物製造システム。
    A design device for creating design information on the shape of the structure;
    A molding apparatus for producing the structure based on the design information;
    The three-dimensional shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 8,
    An inspection device that compares the design information with shape information indicating coordinates at which the three-dimensional measuring device measures the structure;
    A structure manufacturing system comprising:
  15.  前記検査装置における比較結果に基づいて、前記構造物の再加工を実施するリペア装置を有することを特徴とする請求項14に記載の構造物製造システム。 15. The structure manufacturing system according to claim 14, further comprising a repair device that performs reworking of the structure based on a comparison result in the inspection device.
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