WO2015093194A1

WO2015093194A1 - 計測装置

Info

Publication number: WO2015093194A1
Application number: PCT/JP2014/080077
Authority: WO
Inventors: 照明與語; 秀行田中
Original assignee: 株式会社オプトン
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2015-06-25
Also published as: KR20160098028A; JP2015114309A; EP3086086A1; WO2015093194A9; EP3086086A4; US20160091305A1

Abstract

計測装置は、少なくとも２以上の照射手段と、少なくとも２以上の撮像手段と、計測手段とを備える。前記照射手段のそれぞれは、測定対象物において照射パターンの一部分が、他の前記照射手段からの照射パターンの一部分に重なるように照射する。前記撮像手段のそれぞれは、対をなす前記照射手段にて照射された規定波長光による照射パターンが投影された測定対象物の照射領域を、その対をなす照射手段における規定波長の光を通過し、かつ、当該規定波長以外の波長の光を遮断する規定波長透過フィルタを介して撮像する。

Description

計測装置

関連出願の相互参照

　本国際出願は、２０１３年１２月１６日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１３－２５９１１２号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１３－２５９１１２号の全内容を本国際出願に援用する。

　本発明は、測定対象物の表面形状を計測する計測装置に関する。

　三次元画像計測により、測定対象物の表面形状を計測する計測装置が知られている。この種の計測装置として、１つの撮像ユニットと、形状認識装置とを備えたものが知られている。

　１つの撮像ユニットは、規定された照射パターンの光を照射し、その照射パターンの光が照射された領域を撮像するユニットである。１つの撮像ユニットとして、例えば、１つの照射器と、２つの撮像装置とを備えたものが提案されている（特許文献１参照）。

　照射器は、予め規定された領域に縞フリンジ状（格子状）の光を照射する。撮像装置それぞれは、測定対象物において、照射器からの縞フリンジが投影された共通の領域を撮像する。そして、照射器と撮像装置それぞれとは、予め規定された距離及び取り付け角度にてフレームに固定されている。すなわち、１つの照射器と２つの撮像装置とは、それぞれの位置関係が予め規定された関係となるように配置されている。

　さらに、特許文献１に記載された計測装置における形状認識装置は、三次元画像計測における能動計測法により、撮像装置それぞれにて撮像した画像から測定対象物の表面形状（三次元形状）を認識する。つまり、特許文献１に記載された計測装置は、１つの照射器と２つの撮像装置とを１つの撮像ユニットとして動作させて、各撮像装置で撮像した画像に基づいて測定対象物の表面形状を認識する。

特許第３７８１４３８号

　ところで、計測装置にて表面形状を計測すべき測定対象物としては、大きさが大きい測定対象物や表面形状が複雑な測定対象物も存在する。このような測定対象物の表面形状を、特許文献１に記載された計測装置で計測する場合、縞フリンジ状の光を複数箇所に順次照射するように、１つの撮像ユニットの位置を移動させ、その複数箇所のそれぞれにて画像を撮像する必要がある。

　このため、特許文献１に記載された計測装置では、大きさが大きい測定対象物や表面形状が複雑な測定対象物の表面形状を計測する場合、測定対象物全体の表面形状を認識するまでに要する時間長が長くなるという課題があった。

　そこで、本発明の１つの局面では、計測装置において、測定対象物の表面形状を認識するまでに要する時間長を可能な限り短縮することが好ましい。

　本発明の計測装置は、１つの局面では、少なくとも２以上の照射手段と、少なくとも２以上の撮像手段と、計測手段とを備えている。
　このうち、各照射手段は、規定された規定波長の光である規定波長光を、設定された照射パターンで照射する。各撮像手段は、照射手段の一つと対をなし、かつ、対応する照射手段との位置関係が予め規定された規定位置関係となるように配置されている。そして、撮像手段のそれぞれは、対応する照射手段にて照射された規定波長光による照射パターンが投影された測定対象物の照射領域を撮像する。

　さらに、本発明の計測装置の１つの局面においては、照射手段のそれぞれは、互いに異なる波長として規定された規定波長の光を規定波長光として、測定対象物において、照射パターンの一部分が、他の照射手段からの照射パターンの一部分に重なるように照射する。そして、撮像手段のそれぞれは、対をなす照射手段にて照射された規定波長光による照射パターンが投影された測定対象物の照射領域を、その対をなす照射手段における規定波長の光を通過し、かつ、当該規定波長以外の波長の光を遮断する規定波長透過フィルタを介して撮像する。

　そして、計測手段は、撮像手段で撮像された画像のそれぞれ、及び各画像を撮像した撮像手段と対をなす照射手段との規定位置関係に基づいて、測定対象物の照射領域それぞれにおける表面形状を計測する。

　このような計測装置によれば、測定対象物における複数の領域を、対をなす照射手段と撮像手段との複数の組によって同一タイミングで撮像できる。さらに、本発明の計測装置における１つの局面によれば、測定対象物における複数の領域を撮像する際に、対をなす照射手段と撮像手段との一つの組を移動させる必要がない。したがって、本発明の計測装置における１つの局面によれば、測定対象物の広範囲に渡る表面形状を、少ない時間で認識することができる。

　換言すれば、本発明の計測装置における１つの局面によれば、測定対象物の表面形状を認識するまでに要する時間を可能な限り短縮できる。
　ところで、計測装置においては、複数の撮像手段で撮像した画像それぞれに基づいて測定対象物の表面形状全体を認識する場合、測定対象物の照射領域それぞれにおける表面形状を一つの平面上に統合する必要がある。

　そして、本発明の計測装置における１つの局面では、照射手段のそれぞれからの規定波長光（照射パターン）は、測定対象物において一部分が重なるようになされている。このため、互いに重なる一部分における特定のポイント（例えば、特定の４箇所の点）を基準として、撮像手段のそれぞれで撮像した画像に基づく表面形状を一つの平面上に容易に統合できる。

　この結果、本発明の計測装置における１つの局面によれば、複数の画像から認識した各照射領域における表面形状を、一つの空間における表面形状として容易に認識できる。
　しかも、本発明の計測装置における１つの局面において、照射手段のそれぞれが照射する規定波長光の規定波長は、帯域幅が非重複である。このため、本発明の計測装置における１つの局面によれば、互いに異なる照射手段からの規定波長光（照射パターン）が重なり合ったとしても、当該領域において、光の干渉が生じることを低減できる。

　したがって、本発明の計測装置における１つの局面によれば、各照射パターンに不必要な変形が生じることを低減でき、測定対象物における表面形状の認識精度が低下することを抑制できる。

　以上説明したように、本発明の計測装置における１つの局面によれば、測定対象物の広範囲に渡る表面形状を精度良く認識することができ、しかも、その測定対象物の表面形状を認識するまでに要する時間を可能な限り短縮できる。

　以上のことから、例えば、製品を大量に生産する生産ラインにおける検査工程に、本発明の計測装置を適用すれば、大量の製品の表面形状を高速に検査することが可能となる。
　また、本発明の計測装置における１つの局面によれば、一組の照射手段及び撮像手段では、死角が生じる複雑な表面形状を有した測定対象物であっても、他の組の照射手段及び撮像手段によって、その死角をカバーできる。このため、本発明の計測装置における１つの局面によれば、複雑な表面形状を有した測定対象物であっても、その測定対象物の表面形状を精度良く認識することができる。

　本発明の計測装置における１つの局面においては、対をなす照射手段と撮像手段とのそれぞれを、規定位置関係に保持して収納する筐体を備えていても良い。
　ところで、計測装置においては、対をなす照射手段と撮像手段との位置関係が規定位置関係から変化すると、測定対象物の表面形状の計測精度が低下する。そして、対をなす照射手段と撮像手段との位置関係が規定位置関係から変化する要因として、照射手段や撮像手段からの発熱による温度上昇に起因して、照射手段及び撮像手段が固定された部材が膨張することが考えられる。

　そこで、本発明の計測装置における１つの局面は、筐体内に取り込んだ気体により、当該筐体内に収納されている照射手段と撮像手段とを冷却する冷却手段を備えていても良い。

　このような冷却手段を備えた計測装置によれば、筐体内に収納されている照射手段及び撮像手段を冷却することができる。このため、対をなす照射手段及び撮像手段が固定された部材（即ち、筐体）が膨張することを低減でき、測定対象物の表面形状の計測精度が低下することを抑制できる。

　本発明の計測装置における１つの局面は、第一光学素子と、第二光学素子とを備えていても良い。第一光学素子とは、筐体それぞれに収納されている照射手段からの光の経路上であり、かつ、筐体の外表面を形成するように筐体に設けられた光学素子である。第二光学素子とは、筐体それぞれに収納されている撮像手段への筐体の外部からの光の経路上であり、かつ、筐体の外表面を形成するように筐体に設けられた光学素子である。

　このような計測装置では、照射手段からの光は、筐体に設けられた第一光学素子を介して外部に照射され、撮像手段には、筐体に設けられた第二光学素子を介して光が入射する。

　このため、筐体に設けられた光学素子の外表面に粉塵が付着すると、照射パターンが予め規定されたパターンとならなかったり、撮像手段で撮像した画像にノイズが写り込んだりする。この場合、計測装置においては、測定対象物の表面形状の計測精度が低下する。

　そこで、本発明の計測装置における１つの局面においては、冷却手段にて、筐体に収納されている照射手段と撮像手段とを冷却した気体を、第一光学素子及び第二光学素子の外表面に向けて噴出する噴出手段を備えていても良い。

　このような噴出手段を設けた計測装置によれば、光学素子の外表面に粉塵が付着することを抑制でき、測定対象物の表面形状の計測精度が低下することを抑制できる。
　また、本発明は、前述した計測装置の他、計測対象物の形状を計測するためにコンピュータが実行するプログラム、計測方法等、種々の形態で実現することができる。

計測装置の概略構成を示す説明図である。規定波長を説明する説明図である。計測装置が備える撮像ユニットの斜視図である。撮像ユニットの構成を示すブロック図である。測定対象物への照射パターン及び照射領域を説明する説明図である。冷却防塵機構の構成を説明する説明図であり、撮像ユニットの内部構造を示す撮像ユニットの断面図、即ち、図２におけるＶＩ－ＶＩ断面図である。噴出部の一部分を構成する前面カバーの外観を示す斜視図である。噴出部を構成する前面カバー、及び環状部材の断面図である。

　１…計測装置　３…フレーム　５…側壁部　９…天板部　２０，５０…撮像ユニット　２２，５２…照射装置　２４，５４…発光部　２６，５６…照射パターン生成部　２８，５８…第一光学素子　３０，６０…撮像装置　３２，６２…第二光学素子　３４，６４…規定波長透過フィルタ　３６，６６…撮像素子　４２，４３…筐体　４４，４５…ケース本体　４６，４７…前面カバー　４８，４９…環状部材　７０…形状計測装置　７１…ＲＯＭ　７２…ＲＡＭ　７３…ＣＰＵ　７４…冷却防塵機構　７６…吸入部　７８…ファン　８０…空気室　８２…防塵フィルタ　８３…噴出部　８４…通気孔　８８…通気路　８９…噴出口　９０…取付穴　１００…測定対象物

　以下に本発明の１例としての実施形態を図面と共に説明する。
〈計測装置〉
　図１に示す計測装置１は、測定対象物１００の表面形状を計測するシステムである。

　計測装置１は、フレーム３と、第一撮像ユニット２０と，第二撮像ユニット５０と、形状計測装置７０とを備えている。
　フレーム３は、側壁部５，７と、側壁部５，７の上端に掛け渡された天板部９とを備えている。なお、本実施形態においては、側壁部５，７と天板部９とによって囲まれた開放空間に測定対象物１００が配置される。

　この測定対象物１００は、表面に凹凸を有した物体である。この測定対象物１００は、例えば、工場において多量に生産される工業製品であっても良い。
　そして、計測装置１は、多量の測定対象物１００が順次移動する環境において、各測定対象物１００の表面形状を計測することに用いられても良い。すなわち、計測装置１は、測定対象物１００を生産する生産ラインでの検査工程にて用いられても良く、測定対象物１００は、ベルトコンベアなどの搬送手段によって搬送されても良い。

　第一撮像ユニット２０は、予め規定された帯域の波長である規定波長の光を、規定された照射パターンにて照射し、その規定波長の光が照射された領域を撮像する。以下、第一撮像ユニット２０が照射する光を第一規定波長光と称し、第一規定波長光における波長を第一規定波長と称す。

　また、第二撮像ユニット５０は、規定された照射パターンにて規定された波長の光を照射し、その波長の光が照射された領域を撮像する。以下、第二撮像ユニット５０が照射する光を第二規定波長光と称し、第二規定波長光における波長を第二規定波長と称す。この第二撮像ユニット５０による第二規定波長光の照射は、第二撮像ユニット５０からの第二規定波長光の照射パターンの一部が、第一撮像ユニット２０からの第一規定波長光の照射パターンの一部に重なるように実施される。

　なお、ここで言う第二規定波長光とは、図２に示すように、第一規定波長とは帯域幅が異なる（即ち、非重複である）波長の光である。
　そして、本実施形態においては、第一規定波長として赤色の波長を想定し、第二規定波長として青色の波長を想定する。

　第一撮像ユニット２０は、フレーム３に取り付けられる。この第一撮像ユニット２０のフレーム３への取り付けは、第一規定波長光による照射パターンが第一照射領域に照射されるようになされる。なお、第一照射領域とは、第一撮像ユニット２０からの第一規定波長光が照射される領域として、予め規定された領域である。

　また、第二撮像ユニット５０は、フレーム３に取り付けられる。この第二撮像ユニット５０のフレーム３への取り付けは、第二規定波長光による照射パターンが第二照射領域に照射されるようになされる。

　なお、第二照射領域とは、第二撮像ユニット５０からの第二規定波長光が照射される領域として、予め規定された領域である。この第二照射領域は、測定対象物１００の外表面において、第二照射領域の一部分が、第一照射領域の一部分に重複するように規定されている。

　また、形状計測装置７０は、周知の三次元画像計測法に従って、第一撮像ユニット２０，５０にて撮像された画像それぞれに基づき、測定対象物１００の表面形状を計測（認識）する。

　これを実現するために、形状計測装置７０は、図１に示すように、ＲＯＭ７１と、ＲＡＭ７２と、ＣＰＵ７３とを少なくとも有した周知のコンピュータを中心に構成されている。

　このうち、ＲＯＭ７１は、電源が切断されても記憶内容を保持する必要がある処理プログラム及び／またはデータを格納する。ＲＡＭ７２は、処理プログラム及び／またはデータを一時的に格納する。ＣＰＵ７３は、ＲＯＭ７１及び／またはＲＡＭ７２に記憶された処理プログラムに従って各種処理を実行する。

　ＲＯＭ７１には、各撮像ユニット２０，５０にて撮像した画像に基づいて、測定対象物１００の表面形状を認識する形状認識処理を、形状計測装置７０が実行するための処理プログラムが格納されている。

　なお、本実施形態では、形状認識処理として、予め格子状に形成された照射パターンによる光を測定対象物１００に照射し、測定対象物１００に投影された照射パターンの歪み度合いに基づいて測定対象物１００の表面形状を計測する手法（いわゆるパターン投影法）を用いる。このパターン投影法の一例として、モアレ法が考えられる。このような手法は、例えば、特許第３７８１４３８号、特許第３５１９６９８号に記載されているように周知の手法であるため、本実施形態での詳しい説明は省略する。
〈撮像ユニット〉
　次に、第一撮像ユニット２０について説明する。

　図３に示す第一撮像ユニット２０は、一つの照射装置２２と、一つの撮像装置３０と、筐体４２と、冷却防塵機構７４（図６参照）とを備えている。
　照射装置２２は、第一規定波長光を照射パターンにて照射する装置であり、図４に示すように、発光部２４と、照射パターン生成部２６と、第一光学素子２８とを備えている。

　発光部２４は、第一規定波長の光を第一規定波長光として発光する発光装置である。この発光部２４は、例えば、赤色発光ダイオードによって構成されていても良いし、赤色レーザダイオードによって構成されていても良い。

　照射パターン生成部２６は、照射パターンに適合する形状にスリット及び／または孔が形成された部材である。この照射パターン生成部２６は、当該照射パターン生成部２６に形成されたスリット及び／または孔を、発光部２４にて発光された規定波長光が通過することで、照射パターンによる規定波長光の照射を実現する。なお、本実施形態における照射パターンは、図５に示すように格子状である。ここで言う格子状とは、例えば、縞フリンジ状、格子模様である。

　第一光学素子２８は、発光部２４にて発光され、照射パターン生成部２６を通過した第一規定波長光を、第一照射領域に照射する少なくとも一つの光学素子である。この第一光学素子２８は、例えば、レンズを含む。

　第一光学素子２８は、筐体４２に収納されている照射装置２２から外部への光の経路上に配置され、かつ、筐体４２の外表面を形成するように前面カバー４６の取付穴９０（図７参照）に嵌合される。

　撮像装置３０は、測定対象物１００において、照射装置２２から照射された第一規定波長光が投影された領域（以下、「第一撮像領域」と称す）を撮像する。この撮像装置３０は、第二光学素子３２と、規定波長透過フィルタ３４と、撮像素子３６とを備えている。

　第二光学素子３２は、第一撮像領域からの光を集光する少なくとも一つの光学素子である。この第二光学素子３２は、例えば、レンズを含む。この第二光学素子３２は、筐体４２の外部から撮像装置３０への光の経路上に配置され、かつ、筐体４２の外表面を形成するように前面カバー４６の取付穴９１（図７参照）に嵌合される。

　規定波長透過フィルタ３４は、発光部２４が発光する第一規定波長の光を通過し、第一規定波長以外の波長の光を遮断するフィルタである。
　撮像素子３６は、画像を形成する周知の撮像素子であり、例えば、ＣＣＤイメージセンサ及び／またはＣＭＯＳイメージセンサである。この撮像素子３６は、規定波長フィルタ３４を通過した光を撮像する。

　そして、筐体４２は、内部に開放空間を有したケースであり、一つのケース本体４４と、一つの前面カバー４６と、２つの環状部材４８とを備えている。ケース本体４４は、一つの面が開放した直方体を形成するケースである。前面カバー４６は、ケース本体４４の開放した面を覆う板状の部材であり、取付穴９０，９１が穿設されている。環状部材４８は、それぞれ、取付穴９０，９１の周縁に固定されるリング状の部材であり、周方向に沿って厚みを有している。

　なお、筐体４２は、ケース本体４４と前面カバー４６と環状部材４８とに加えて、第一光学素子２８と、第二光学素子３２とを組み立てることで、詳しくは後述する流入口、及び噴出口８９以外に開口を有していない密閉容器として形成される。

　その筐体４２の内部に形成される開放空間には、照射装置２２と撮像装置３０とが、予め規定された位置関係（以下、「規定位置関係」と称す）に保持されるように収納される。なお、ここで言う規定位置関係は、少なくとも、照射装置２２と撮像装置３０との間の距離、及び第一規定波長光の照射軸に対して撮像の中心軸がなす角度（即ち、取り付け角度）によって規定される位置関係である。

　すなわち、第一撮像ユニット２０は、第一規定波長光の照射パターンを第一照射領域に照射する。さらに、第一撮像ユニット２０は、測定対象物１００において、第一規定波長光の照射パターンが投影された領域を第一撮像領域として撮像し、その撮像した画像を形状計測装置７０へと出力する。

　次に、第二撮像ユニット５０について説明する。
　第二撮像ユニット５０は、図３に示すように、一つの照射装置５２と、一つの撮像装置６０と、筐体４３と、冷却防塵機構７４（図６参照）とを備えている。

　照射装置５２は、第二規定波長光を照射パターンにて照射する装置であり、図４に示すように、発光部５４と、照射パターン生成部５６と、第一光学素子５８とを備えている。
　発光部５４は、第二規定波長光を発光する発光装置である。この発光部５４は、例えば、青色発光ダイオードによって構成されていても良いし、青色レーザダイオードによって構成されていても良い。

　照射パターン生成部５６は、照射パターンに適合する形状にスリット及び／または孔が形成された部材である。この照射パターン生成部５６は、当該照射パターン生成部５６に形成されたスリット及び／または孔を、発光部５４にて発光された第二規定波長光が通過することで、照射パターンによる第二規定波長光の照射を実現する。なお、本実施形態における照射パターンは、図５に示すように、格子状である。ここで言う格子状とは、例えば、縞フリンジ状、格子模様である。

　第一光学素子５８は、発光部５４にて発光され、照射パターン生成部５６を通過した第二規定波長光を、第二照射領域に照射する少なくとも一つの光学素子である。この第一光学素子５８は、筐体４３に収納されている照射装置５２から外部への光の経路上に配置され、かつ、筐体４３の外表面を形成するように前面カバー４７の取付穴９２（図７参照）に嵌合される。

　撮像装置６０は、測定対象物１００において、照射装置５２から照射された第二規定波長光が投影された領域（以下、「第二撮像領域」と称す）を撮像する。この撮像装置６０は、第二光学素子６２と、規定波長透過フィルタ６４と、撮像素子６６とを備えている。

　第二光学素子６２は、第二撮像領域からの光を集光する少なくとも一つの光学素子である。第二光学素子６２は、筐体４３の外部から撮像装置６０への光の経路上に配置され、かつ、筐体４３の外表面を形成するように前面カバー４７の取付穴９３（図７参照）に嵌合される。

　規定波長透過フィルタ６４は、第二規定波長の光を通過し、第二規定波長以外の波長の光を遮断するフィルタである。
　撮像素子６６は、画像を形成する周知の撮像素子であり、例えば、ＣＣＤイメージセンサ及び／またはＣＭＯＳイメージセンサを含む。この撮像素子６６は、規定波長フィルタ６４を通過した光を撮像する。

　そして、筐体４３は、内部に開放空間を有したケースであり、一つのケース本体４５と、一つの前面カバー４７と、２つの環状部材４９とを備えている。ケース本体４５は、一つの面が開放した直方体を形成するケースである。前面カバー４７は、ケース本体４５の開放した面を覆う板状の部材であり、取付穴９２，９３が穿設されている。環状部材４９は、それぞれ、取付穴９２，９３の周縁に固定されるリング状の部材であり、周方向に沿って厚みを有している。

　その筐体４３の開放空間には、照射装置５２と撮像装置６０とが規定位置関係に保持されるように収納される。なお、ここで言う規定位置関係は、少なくとも、照射装置５２と撮像装置６０との間の距離、及び第二規定波長光を照射する中心軸に対して撮像の中心軸がなす角度（即ち、取り付け角度）によって規定される位置関係である。

　すなわち、第二撮像ユニット５０は、第二規定波長光の照射パターンを第二照射領域に照射する。さらに、第二撮像ユニット５０は、測定対象物１００において、第二規定波長光の照射パターンが投影された領域を第二撮像領域として撮像し、その撮像した画像を形状計測装置７０へと出力する。

　そして、画像を取得した形状計測装置７０は、形状認識処理を実行することで、測定対象物１００における第一撮像領域及び第二撮像領域それぞれの３次元表面形状を計測する。そして、形状計測装置７０は、第一撮像領域及び第二撮像領域それぞれの表面形状を、一つの平面上に統合する座標統合処理を実行し、測定対象物１００の表面形状を取得する。

　ここで言う座標統合処理とは、第一撮像領域と第二撮像領域とに共通する特定のポイント（例えば、特定の４箇所の点）を基準として、撮像した画像に基づく領域それぞれの表面形状を一つの平面上に統合する周知の処理である。この座標統合処理は、周知の処理であり、第一撮像領域と第二撮像領域とが互いに重なる一部分における特定のポイントを基準として実施すれば良いため、ここでの詳しい説明を省略する。
〈冷却防塵機構〉
　次に、第一撮像ユニット２０及び第二撮像ユニット５０のそれぞれが備える冷却防塵機構について説明する。第一撮像ユニット２０が備える冷却防塵機構と、第二撮像ユニット５０が備える冷却防塵機構とは、共通の構成であるため、本実施形態では、第一撮像ユニット２０が備える冷却防塵機構について説明し、第二撮像ユニット５０が備える冷却防塵機構については説明を省略する。

　図６に示す冷却防塵機構７４は、第一撮像ユニット２０内の温度上昇を抑制すると共に、第一光学素子２８及び第二光学素子３２の外表面に粉塵が付着することを抑制する機構である。

　温度上昇の抑制、及び粉塵の付着の抑制を実現するために、冷却防塵機構７４は、吸入部７６と、ファン７８と、空気室８０と、噴出部８３とを備えている。
　吸入部７６は、ケース本体４４に形成された開口（以下、「流入口」と称す）を有したケース本体４４の部位である。流入口は、複数設けられていることが好ましい。ファン７８は、吸入部７６に設けられた流入口から筐体４２内に空気を送風する送風機である。ファン７８は、複数設けられていることが好ましい。

　空気室８０は、筐体４２内に設けられた一つの部屋であり、ファン７８によって送風された空気が流入する。さらに、空気室８０は、流入口から筐体４２内への空気の流路に沿って防塵フィルタ８２を備えている。ここで言う防塵フィルタ８２とは、粉塵の通過を遮断し、かつ、空気を通過する周知のフィルタであり、例えば、不織布を用いれば良い。本実施形態における防塵フィルタ８２は、複数設けられていることが好ましい。

　噴出部８３は、防塵フィルタ８２を通過した空気を筐体４２の外部に噴出する機構である。本実施形態における噴出部８３は、前面カバー４６と環状部材４８とによって形成されている。

　前面カバー４６には、図７に示すように、複数の通気孔８４，８６が穿設されている。この通気孔８４，８６は、取付穴９０，９１の周囲に、各通気孔８４，８６の距離が等間隔となるように形成されている。

　さらに、環状部材４８は、図８に示すように、通気路８８を備えている。この通気路８８は、環状部材４８を周方向及び軸方向に切断した断面形状が「Ｌ字型」となるように形成された孔である。本実施形態の通気路８８は、通気孔８４，８６の個数と同数設けられている。さらに、通気路８８は、直径が通気孔８４，８６と略同じ大きさに形成されている。

　各通気路８８は、当該通気路８８の一端が、前面カバー４６に形成された通気孔８４，８６のそれぞれに対向する位置に、当該通気路８８の他端が、第一光学素子２８，及び第二光学素子３２の外表面上に位置するように環状部材４８の内周に向けられている。この環状部材４８の内周に向けられた開口が、噴出口８９として機能する。
〈冷却防塵機構の作用〉
　つまり、冷却防塵機構７４では、ファン７８が動作することで、筐体４２の外部から、筐体４２の内部に設けられた空気室８０に空気（外気）が流入する。そして、空気が流入することで、空気室８０の内圧が上昇すると、空気室８０内の空気は、防塵フィルタ８２を通過して、筐体４２内へと流入する。

　そして、筐体４２内へと流入した空気は、照射装置２２及び撮像装置３０と熱交換し、照射装置２２及び撮像装置３０を冷却する。照射装置２２及び撮像装置３０を冷却した空気は、前面カバー４６に設けられた通気孔８４，８６を通過して、環状部材４８に設けられた各通気路８８へと流入する。

　通気孔８４，８６及び通気路８８の流路径が筐体４３の開放空間に比べて小さいことから、通気路８８に流入した空気は流速が大きくなる。そして、流速が大きくなった空気は、環状部材４８の内周に向けられた開口（即ち、噴出口８９）から光学素子２８，３２の外表面へと噴射される。
［実施形態の効果］
　以上説明したように、計測装置１では、撮像ユニット２０，５０のそれぞれは、第一規定波長光、及び第二規定波長光のそれぞれを、互いに異なる領域に照射する。

　このことから、計測装置１によれば、従来の技術とは異なり、測定対象物１００における複数の領域を撮像する際に一つの撮像ユニットを順次移動させる必要がなくなり、測定対象物１００の広範囲に渡る画像を同一タイミングに撮像することができる。

　しかも、計測装置１においては、撮像ユニット２０，５０のそれぞれが照射する光の波長は、互いに異なる（非重複な）波長である。このため、第一撮像ユニット２０からの第一規定波長光と第二撮像ユニット５０からの第二規定波長光との間で干渉が生じることを低減できる。

　したがって、計測装置１においては、第一撮像ユニット２０からの第一規定波長光による照射パターンの一部分と、第二撮像ユニット５０からの第二規定波長光による照射パターンの一部分とが重複するように、第一規定波長光及び第二規定波長光を照射できる。しかも、計測装置１では、撮像ユニット２０，５０のそれぞれは、その撮像ユニット２０，５０自身が照射した光の波長だけを通過する規定波長透過フィルタ３４，６４を介して、撮像領域を撮像する。

　よって、その撮像された画像には、各撮像ユニット２０，５０からの光の照射パターンだけが写り込む。
　この結果、計測装置１によれば、測定対象物１００の計測精度が低下することを抑制できる。

　以上説明したように、計測装置１によれば、測定対象物１００の三次元表面形状を精度良く認識することができ、しかも、その測定対象物１００の三次元表面形状を認識するまでに要する時間を可能な限り短縮できる。

　さらに、計測装置１では、撮像ユニット２０，５０それぞれからの光による照射パターンは、測定対象物１００において一部分が重なるようになされている。このため、互いに重なる一部分における特定のポイント（例えば、特定の４箇所の点）を基準として、撮像ユニット２０，５０のそれぞれで撮像した画像に基づく表面形状を一つの平面上に容易に統合できる。

　この結果、計測装置１によれば、複数の画像から認識した各照射領域における表面形状を、一つの空間における表面形状として容易に認識できる。
　以上のことから、例えば、製品を大量に生産する生産ラインにおける検査工程に計測装置１を適用すれば、大量の製品の表面形状を高速に検査することが可能となる。

　また、計測装置１によれば、一つの撮像ユニットでは死角が生じる複雑な表面形状を有した測定対象物１００であっても、他の撮像ユニットによって、その死角をカバーできる。このため、計測装置１によれば、複雑な表面形状を有した測定対象物であっても、その測定対象物の表面形状を精度良く認識することができる。

　ところで、計測装置１は、冷却防塵機構７４を備えている。
　この冷却防塵機構７４によれば、筐体４２，４３内へと流入した空気によって、照射装置２２，５２及び撮像装置３０，６０を冷却することができる。

　そして、照射装置２２，５２及び撮像装置３０，６０を冷却することで、照射装置２２，５２及び撮像装置３０，６０からの発熱に起因した、筐体４２，４３の形状変化を抑制できる。この結果、計測装置１によれば、測定対象物１００の表面形状の計測精度が低下することをより確実に抑制できる。

　さらに、冷却防塵機構７４では、筐体４２，４３内に取り込んだ空気を、環状部材４８，４９の内周に向けられた開口（即ち、噴出口８９）から第一光学素子２８，５８、及び第二光学素子３２，６２の外表面へと噴射している。

　このため、冷却防塵機構７４によれば、第一光学素子２８，５８、及び第二光学素子３２，６２の外表面に粉塵が付着することを抑制できる。
　計測装置１によれば、第一光学素子２８，５８、及び第二光学素子３２，６２の外表面に粉塵が付着することを抑制できるため、照射パターンを予め規定されたパターンに維持することや、撮像した画像にノイズが写り込むことを抑制できる。

　この結果、計測装置１によれば、測定対象物１００の表面形状の計測精度が低下することをより確実に抑制できる。
［その他の実施形態］
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

　例えば、上記実施形態では、第一規定波長を赤色領域の波長とし、第二規定波長を青色領域の波長としていたが、第一規定波長及び第二規定波長のそれぞれは、これに限るものではない。すなわち、第一規定波長及び第二規定波長は、帯域が非重複であればどのような波長であっても良く、その帯域は、可視光に限らず、赤外線の波長領域、紫外線の波長領域であっても良い。特に、紫外線領域の波長であれば、家畜は感知できないため、家畜を測定対象物１００とすることができ、家畜の肉付きの検査などに計測装置１を用いることができる。

　また、上記実施形態では、第一撮像ユニット２０及び第二撮像ユニット５０が照射する光の照射パターンを格子状（即ち、縞フリンジ状）としていたが、本発明における照射パターンは、これに限るものではなく、例えば、ドット（水玉模様）であっても良い。

　さらには、上記実施形態では、測定対象物１００の表面形状を認識する形状認識処理の一例として、モアレ法を挙げたが、本発明における形状認識処理は、モアレ法に限るものではない。すなわち、本発明における形状認識処理として、模様を投影して形状を計測する、いわゆるパターン投影法であれば、どのような手法でも良く、例えば、シフトフリンジ法及び／またはモアレトポグラフィであっても良い。

　さらに、上記実施形態の冷却防塵機構７４では、筐体４２，４３内に外気を直接取り込んでいたが、筐体４２，４３に取り込む外気は、一度冷却されたものであっても良い。この場合、外気の冷却は、周知のエアコンディショナーなどによって冷却することで実現すれば良い。

　また、上記実施形態の計測装置１においては、第一撮像ユニット２０と、第二撮像ユニット５０との２つの撮像ユニットを備えていたが、本発明の計測装置が備える撮像ユニットは、３つ以上であっても良い。

　この場合、計測装置１が備える各撮像ユニットは、一つの撮像ユニットからの光による照射パターンの一部分が、少なくとも一つの他の撮像ユニットからの光による照射パターンの一部分に重複するように配置されている必要がある。

　そして、照射パターンが重なり合う光を照射する撮像ユニット同士は、その撮像ユニット同士が照射する光の波長の帯域が非重複である必要がある。
　さらに、各撮像ユニットは、各撮像ユニットからの光の照射パターンが照射された測定対象物１００の領域を、当該撮像ユニットからの光の波長を通過し当該波長以外の波長を遮断するフィルタを介して撮像するように構成されている必要がある。

　このような計測装置１によれば、測定対象物の表面形状をより広範囲に渡って短い時間で計測できる。
　なお、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も本発明の実施形態である。また、上記実施形態と変形例とを適宜組み合わせて構成される態様も本発明の実施形態である。また、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も本発明の実施形態である。

Claims

　計測装置であって、
　規定された規定波長の光である規定波長光を、設定された照射パターンで照射する少なくとも２以上の照射手段と、
　前記照射手段の一つと対をなし、かつ、対応する前記照射手段との位置関係が予め規定された規定位置関係となるように配置され、対応する前記照射手段にて照射された規定波長光による照射パターンが投影された測定対象物の照射領域を撮像する少なくとも２以上の撮像手段と、
　前記撮像手段それぞれにて撮像した画像、及び前記撮像手段それぞれと対をなす前記照射手段との規定位置関係に基づいて、前記測定対象物の照射領域それぞれにおける表面形状を計測する計測手段と
　を備え、
　前記照射手段のそれぞれは、
　互いに異なる波長として規定された規定波長の光を規定波長光として、前記測定対象物において、前記照射パターンの一部分が、他の前記照射手段からの照射パターンの一部分に重なるように照射し、
　前記撮像手段のそれぞれは、
　対をなす前記照射手段にて照射された規定波長光による照射パターンが投影された測定対象物の照射領域を、その対をなす照射手段における規定波長の光を通過し、かつ、当該規定波長以外の波長の光を遮断する規定波長透過フィルタを介して撮像する
　計測装置。
　対をなす前記照射手段と前記撮像手段とのそれぞれを、前記規定位置関係に保持して収納する筐体と、
　前記筐体内に取り込んだ気体により、当該筐体内に収納されている前記照射手段と前記撮像手段とを冷却する冷却手段と
　を備える、請求項１に記載の計測装置。
　前記筐体それぞれに収納されている前記照射手段からの光の経路上であり、かつ、前記筐体の外表面を形成するように前記筐体に設けられた第一光学素子と、
　前記筐体それぞれに収納されている前記撮像手段への前記筐体の外部からの光の経路上であり、かつ、前記筐体の外表面を形成するように前記筐体に設けられた第二光学素子と、
　前記冷却手段にて、前記筐体に収納されている前記照射手段と前記撮像手段とを冷却した気体を、前記第一光学素子及び前記第二光学素子の外表面に向けて噴出する噴出手段と
　を備える、請求項２に記載の計測装置。