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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-31745(P2018-31745A)
(43)【公開日】2018年3月1日
(54)【発明の名称】校正具の製造方法及び三次元測定装置
(51)【国際特許分類】
   G01B 11/00 20060101AFI20180202BHJP
   G01B 11/02 20060101ALI20180202BHJP
   G01B 11/24 20060101ALI20180202BHJP
【FI】
   G01B11/00 Z
   G01B11/02 H
   G01B11/24 K
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】OL
【全頁数】24
(21)【出願番号】特願2016-166265(P2016-166265)
(22)【出願日】2016年8月26日
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.QRコード
(71)【出願人】
【識別番号】000129253
【氏名又は名称】株式会社キーエンス
【住所又は居所】大阪府大阪市東淀川区東中島1丁目3番14号
(74)【代理人】
【識別番号】100107847
【弁理士】
【氏名又は名称】大槻 聡
(72)【発明者】
【氏名】廣瀬 健一郎
【住所又は居所】大阪府大阪市東淀川区東中島1丁目3番14号 株式会社キーエンス内
(72)【発明者】
【氏名】柴田 典男
【住所又は居所】大阪府大阪市東淀川区東中島1丁目3番14号 株式会社キーエンス内
【テーマコード(参考)】
2F065
【Fターム(参考)】
2F065AA04
2F065AA21
2F065AA45
2F065AA51
2F065AA53
2F065BB03
2F065BB27
2F065DD03
2F065FF04
2F065FF61
2F065HH12
2F065JJ08
2F065JJ19
2F065JJ26
2F065LL04
2F065PP12
2F065PP13
2F065QQ23
2F065QQ24
2F065QQ25
2F065QQ31
(57)【要約】      (修正有)
【課題】校正用の寸法値の取り違えや紛失を防止することができる校正具の製造方法を提供する。
【解決手段】光学式三次元測定装置の光学パラメータを校正するための校正具の製造方法であって、校正具に設けられた測定用の平面70上に複数の特徴マーク8を形成するマーク形成ステップと、複数の特徴マークについて寸法測定を行い、複数の寸法値からなる校正情報を生成する校正情報生成ステップと、校正情報を光学読取コード72,73に変換するコード変換ステップと、校正具に光学読取コードを配置するコード配置ステップとにより構成される。
【選択図】図8
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学式三次元測定装置の光学パラメータを校正するための校正具の製造方法であって、
前記校正具に設けられた測定用の平面上に複数の特徴マークを形成するマーク形成ステップと、
前記複数の特徴マークについて寸法測定を行い、複数の寸法値からなる校正情報を生成する校正情報生成ステップと、
前記校正情報を光学読取コードに変換するコード変換ステップと、
前記校正具に前記光学読取コードを配置するコード配置ステップとを備えることを特徴とする校正具の製造方法。
【請求項2】
前記マーク形成ステップは、印刷により前記特徴マークを前記校正具上に形成するステップであることを特徴とする請求項1に記載の校正具の製造方法。
【請求項3】
前記マーク形成ステップは、円板状の前記校正具上に前記特徴マークを形成するステップであり、
前記コード配置ステップは、前記特徴マークの形成領域よりも外側に前記光学読取コードを配置するステップであることを特徴とする請求項1又は2に記載の校正具の製造方法。
【請求項4】
測定対象物にパターンを有する測定光を照射する投光部、及び、前記測定対象物により反射された前記測定光を受光して受光量を表す受光信号を生成する受光部を含むヘッド部と、
光学パラメータを校正するための校正情報を保持する校正情報記憶手段と、
前記受光信号及び前記校正情報に基づいて、前記測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成手段と、
測定箇所の指定を受け付け、前記点群データに基づいて、前記測定箇所の寸法値を算出する寸法算出手段と、
校正具に配置された光学読取コードをデコードし、校正用の寸法値を取得するコード読取手段と、
前記校正用の寸法値、及び、前記校正具を前記測定対象物として算出された寸法値に基づいて、前記校正情報を更新する校正手段とを備え、
前記校正具には、測定用の平面が設けられ、前記平面上に複数の特徴マークが形成され、
前記校正手段は、前記校正具の前記複数の特徴マークについて算出された複数の寸法値を前記校正用の寸法値と比較した比較結果に基づいて、前記校正情報を更新することを特徴とする三次元測定装置。
【請求項5】
前記コード読取手段は、前記受光部からの前記受光信号に基づいて、前記光学読取コードをデコードすることを特徴とする請求項4に記載の三次元測定装置。
【請求項6】
前記コード読取手段は、前記投光部から均一な測定光が前記校正具に照射された際の前記受光信号に基づいて、前記光学読取コードをデコードすることを特徴とする請求項4又は5に記載の三次元測定装置。
【請求項7】
外乱光が測定領域に進入するのを遮断する遮光手段を更に備えることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項8】
前記測定対象物が載置される載置面を有するステージと、
上下方向の回転軸を中心として前記ステージを回転可能に保持するステージ保持部と、
前記投光部及び前記受光部の光軸が前記回転軸に対して傾斜する状態で、前記ヘッド部と前記ステージ保持部とを固定的に連結する連結部と、
前記ステージを回転させることにより、撮像アングルを切り替える回転駆動手段と、
前記撮像アングルが互いに異なる複数の前記点群データを合成し、合成点群データを生成する点群合成手段とを更に備えることを特徴とする請求項4〜7のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項9】
前記校正具は、平板状であり、
前記ステージは、前記回転軸に対して前記載置面を傾斜させる姿勢調整手段を有することを特徴とする請求項8に記載の三次元測定装置。
【請求項10】
前記撮像アングルが互いに異なる複数の前記点群データに基づいて、前記校正具の反りを検出する反り検出手段を備え、
前記校正手段は、前記反りの検出結果を用いて、前記複数の特徴マークについて算出された複数の寸法値を補正することを特徴とする請求項9に記載の三次元測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、校正具の製造方法及び三次元測定装置に係り、さらに詳しくは、光学式三次元測定装置の光学パラメータを校正するための校正具の製造方法と三次元測定装置の改良に関する。
【背景技術】
【0002】
三次元測定装置は、測定対象物の形状や寸法を三次元的に測定する測定器であり、三角測距の原理等を利用して、三次元空間における多数の測定点の位置情報からなる点群データを取得することができる。例えば、ステージ上に載置された測定対象物に対し、縞状のパターン光を投影し、この状態でステージ上の測定対象物がカメラにより撮影される。測定対象物の高さ情報は、撮影画像を解析し、パターンのずれやゆがみ具合から求められる。
【0003】
ステージ上の測定対象物に測定光を照射するプロジェクタと、測定対象物により反射された測定光を受光して撮影画像を生成するカメラとを備える光学式の三次元測定装置では、各種の光学パラメータに基づいて、測定点の位置情報が求められる。例えば、レンズの焦点距離及び歪み、カメラとプロジェクタとの相対位置、受光軸とステージ又は投光軸との角度、レンズと撮像素子との相対位置等が光学パラメータとして用いられる。このため、正確な位置情報を得るには、製造時や組立時のばらつきを考慮すれば、実際に出来上がった装置で光学パラメータを測定又は推定する必要があり、その作業が校正(キャリブレーション)と呼ばれる。
【0004】
三次元測定装置の校正には、既知のパターンや形状を有する校正具が用いられる。校正具を校正対象の三次元測定装置により測定対象物として測定し、得られた寸法値と、校正具について予め測定された校正用の寸法値とを比較して光学パラメータが校正される。通常、校正用の寸法値は、校正対象の三次元測定装置よりも高精度な装置、例えば、画像測定器等によって測定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来の三次元測定装置では、校正具と校正用の寸法値とが個別に管理される。このため、校正用の寸法値を取り違え、或いは、紛失してしまうという問題があった。例えば、校正用の寸法値は、光ディスク等の記録媒体に記録して保管される。このため、種類の異なる複数の校正具を使用するユーザが記録媒体を取り違える恐れがあった。
【0006】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、校正具の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる校正具の製造方法を提供することを目的とする。また、校正用の寸法値の取り違えや紛失を防止することができる校正具の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
また、本発明は、校正具の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる三次元測定装置を提供することを目的とする。また、校正具から光学読取コードを読み取って校正用の寸法値を取得することができる三次元測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の第1の態様による校正具の製造方法は、光学式三次元測定装置の光学パラメータを校正するための校正具の製造方法であって、前記校正具に設けられた測定用の平面上に複数の特徴マークを形成するマーク形成ステップと、前記複数の特徴マークについて寸法測定を行い、複数の寸法値からなる校正情報を生成する校正情報生成ステップと、前記校正情報を光学読取コードに変換するコード変換ステップと、前記校正具に前記光学読取コードを配置するコード配置ステップとを備える。
【0009】
この様な構成によれば、校正具に複数の特徴マークを形成した後にこれらの特徴マークについて寸法測定を行い、校正情報を生成するため、校正具の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。また、校正情報を光学読取コードに変換して校正具に配置するため、校正用の寸法値の取り違えや紛失を防止することができる。
【0010】
本発明の第2の態様による校正具の製造方法は、上記構成に加え、前記マーク形成ステップが、印刷により前記特徴マークを前記校正具上に形成するステップであるように構成される。この様な構成によれば、校正具の製造時における印刷誤差の影響を受けることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。また、各特徴マークの高さを容易に均一化することができる。
【0011】
本発明の第3の態様による校正具の製造方法は、上記構成に加え、前記マーク形成ステップが、円板状の前記校正具上に前記特徴マークを形成するステップであり、前記コード配置ステップが、前記特徴マークの形成領域よりも外側に前記光学読取コードを配置するステップであるように構成される。この様な構成によれば、校正精度の低下を抑制しつつ、校正具から特徴マークを読み取る読取手段を用いて光学読取コードを読み取らせることができる。
【0012】
本発明の第4の態様による三次元測定装置は、測定対象物にパターンを有する測定光を照射する投光部、及び、前記測定対象物により反射された前記測定光を受光して受光量を表す受光信号を生成する受光部を含むヘッド部と、光学パラメータを校正するための校正情報を保持する校正情報記憶手段と、前記受光信号及び前記校正情報に基づいて、前記測定対象物の立体形状を表す点群データを生成する点群データ生成手段と、測定箇所の指定を受け付け、前記点群データに基づいて、前記測定箇所の寸法値を算出する寸法算出手段と、校正具に配置された光学読取コードをデコードし、校正用の寸法値を取得するコード読取手段と、前記校正用の寸法値、及び、前記校正具を前記測定対象物として算出された寸法値に基づいて、前記校正情報を更新する校正手段とを備える。前記校正具には、測定用の平面が設けられ、前記平面上に複数の特徴マークが形成され、前記校正手段は、前記校正具の前記複数の特徴マークについて算出された複数の寸法値を前記校正用の寸法値と比較した比較結果に基づいて、前記校正情報を更新する。
【0013】
この様な構成によれば、受光部からの受光信号と校正情報とに基づいて点群データを生成するため、製造時や組立時のばらつきに影響されることなく、正確な位置情報を取得することができる。また、校正具から校正用の寸法値を読み取って校正情報を更新するため、校正具の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。また、校正具に配置された光学読取コードをデコードするため、校正具から光学読取コードを読み取って校正用の寸法値を取得することができる。
【0014】
本発明の第5の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、前記コード読取手段が、前記受光部からの前記受光信号に基づいて、前記光学読取コードをデコードするように構成される。この様な構成によれば、校正具から光学読取コードを読み取るための受光部を測定用の受光部とは別個に設ける場合に比べ、装置の構成を簡素化することができる。
【0015】
本発明の第6の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、前記コード読取手段が、前記投光部から均一な測定光が前記校正具に照射された際の前記受光信号に基づいて、前記光学読取コードをデコードするように構成される。この様な構成によれば、校正具から光学読取コードを読み取るための投光部を測定用の投光部とは別個に設ける場合に比べ、装置の構成を簡素化することができる。
【0016】
本発明の第7の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、外乱光が測定領域に進入するのを遮断する遮光手段を更に備える。この様な構成によれば、測定精度が外乱光の影響によって低下するのを防止することができる。
【0017】
本発明の第8の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、前記測定対象物が載置される載置面を有するステージと、上下方向の回転軸を中心として前記ステージを回転可能に保持するステージ保持部と、前記投光部及び前記受光部の光軸が前記回転軸に対して傾斜する状態で、前記ヘッド部と前記ステージ保持部とを固定的に連結する連結部と、前記ステージを回転させることにより、撮像アングルを切り替える回転駆動手段と、前記撮像アングルが互いに異なる複数の前記点群データを合成し、合成点群データを生成する点群合成手段とを更に備える。
【0018】
この様な構成によれば、投光部及び受光部の光軸がステージの回転軸に対して傾斜する状態でヘッド部とステージ保持部とが固定的に連結されるため、ステージを回転させて撮像アングルを切り替えることにより、測定対象物の側面や背面を撮影することができる。また、撮像アングルが異なる複数の点群データを合成することにより、より死角の少ない合成点群データを取得することができる。
【0019】
本発明の第9の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、前記校正具が、平板状であり、前記ステージが、前記回転軸に対して前記載置面を傾斜させる姿勢調整手段を有するように構成される。この様な構成によれば、校正具をステージの載置面に載置することにより、校正具を受光部に正対させることができる。
【0020】
本発明の第10の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、前記撮像アングルが互いに異なる複数の前記点群データに基づいて、前記校正具の反りを検出する反り検出手段を備え、前記校正手段が、前記反りの検出結果を用いて、前記複数の特徴マークについて算出された複数の寸法値を補正するように構成される。この様な構成によれば、校正具の反りによる寸法誤差を補正するため、校正精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、校正具の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。特に、校正用の寸法値の取り違えや紛失を防止することができる校正具の製造方法を提供することができる。また、校正具から光学読取コードを読み取って校正用の寸法値を取得することができる三次元測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
図1】本発明の実施の形態による三次元測定装置1の一構成例を示したシステム図である。
図2図1の測定部2の一構成例を模式的に示した説明図である。
図3】三次元測定装置1における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。
図4図3のステップS101(投光照明の明るさ調整)について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。
図5図3のステップS102(テクスチャ照明の明るさ調整)について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。
図6図3のステップS113(データ解析)について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。
図7図1の測定部2に設けられた遮光カバー61及び62と、載置面213を傾けることができるステージプレート211とを示した図である。
図8】校正具7の一構成例を示した平面図である。
図9図8の校正具7をA−A切断線により切断した場合の断面図である。
図10図9のシリコン基板70の一部を拡大して示した断面図である。
図11】校正具7の製造工程の一例を示したフローチャートである。
図12図7のステージプレート211に設けられた校正具位置決め用の凸部214を示した図である。
図13校正具7がステージプレート211上に配置された測定部2を示した図であり、ステージプレート211を上方から見た場合が示されている。
図14校正具7がステージプレート211上に配置された測定部2を示した図であり、ステージプレート211を側方から見た場合が示されている。
図15図1の情報処理端末5内の機能構成の一例を示したブロック図である。
図16図15の情報処理端末5における校正時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示される操作画面30が示されている。
図17図15の情報処理端末5における校正時の動作の一例を示した図であり、異なる3つの撮像アングルに対応するステージ21の回転位置が示されている。
図18図15の情報処理端末5における校正時の動作の一例を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0023】
まず、本発明による三次元測定装置の概略構成について、図1図6を用いて以下に説明する。
【0024】
<三次元測定装置1>
図1は、本発明の実施の形態による三次元測定装置1の一構成例を示したシステム図である。この三次元測定装置1は、測定対象物Wの形状を光学的に測定する測定器であり、測定部2、コントローラ4及び情報処理端末5により構成される。
【0025】
<測定部2>
測定部2は、ステージ21上の測定対象物Wに可視光からなる測定光を照射し、測定対象物Wにより反射された測定光を受光して撮影画像を生成する計測ユニットであり、ヘッド部20、ステージ21、ステージ保持部22、回転駆動部23及び制御基板27により構成される。
【0026】
ヘッド部20は、測定対象物Wにパターンを有する測定光を照射する投光部24と、測定対象物Wにより反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を生成する受光部25と、テクスチャ照明出射部26とにより構成される。
【0027】
ステージ21は、測定対象物Wが載置される載置面を有する作業台である。このステージ21は、円板状のステージプレート211と、ステージプレート211を支持するステージベース212とにより構成される。
【0028】
ステージプレート211は、中央付近で折り曲げて固定することができ、測定対象物Wを受光部25に正対させるための傾斜台として機能させることができる。ステージ保持部22は、ステージ21上の測定対象物Wに対する撮像アングルを調整するために、ステージ21を回転可能に保持する。回転駆動部23は、ステージ21を回転させることにより、撮像アングルを切り替える。
【0029】
受光部25は、ステージ21上の測定対象物Wを撮影する固定倍率のカメラであり、受光レンズ251及び撮像素子252により構成される。撮像素子252は、受光レンズ251を介して測定対象物Wからの測定光を受光して受光量を表す受光信号を生成する多数の受光素子からなり、受光信号から撮影画像が生成される。撮像素子252には、例えば、CCD(Charge Coupled Devices:電荷結合素子)、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor:相補型金属酸化物半導体)などのイメージセンサが用いられる。この撮像素子252は、例えば、モノクロイメージセンサである。
【0030】
投光部24は、ステージ21上の測定対象物Wに測定光を照射する照明装置であり、投光用光源241、コレクタレンズ242、パターン生成ユニット243及び投光レンズ244により構成される。投光用光源241には、例えば、単色の光を生成するLED(発光ダイオード)又はハロゲンランプが用いられる。色収差補正等が容易であることから、白色光源を用いる場合に比べ、単色の投光用光源241を用いる方が有利である。また、波長は短い方が形状測定の解像度を上げるのに有利であることから、青色の光源、例えば、青色LEDを投光用光源241として用いることが好ましい。ただし、撮像素子252が良好なS/Nで受光することができる波長が選択される。
【0031】
なお、単色の投光用光源241を使用する場合、撮像素子252がカラーイメージセンサであれば、RGの受光素子が利用できないため、Bの受光素子のみの利用となり、利用できる画素数が減ることになる。従って、画素サイズや画素数をそろえた場合、撮像素子252には、モノクロイメージセンサを用いる方が有利である。
【0032】
投光用光源241から出射された光は、コレクタレンズ242を介してパターン生成ユニット243に入射する。そして、パターン生成ユニット243から出射された測定光は、投光レンズ244を介してステージ21上の測定対象物Wに照射される。
【0033】
パターン生成ユニット243は、構造化照明用のパターン光を生成するための装置であり、均一な測定光と、二次元パターンからなる測定光とを切り替えることができる。パターン生成ユニット243には、例えば、DMD(Digital Micromirror Device)又は液晶パネルが用いられる。DMDは、多数の微小なミラーが2次元状に整列配置され、各ミラーの傾きを制御することにより、画素ごとに明状態と暗状態とを切り替えることができる表示素子である。
【0034】
三角測距の原理を利用して測定対象物Wの立体形状を測定するための構造化照明法には、正弦波位相シフト法、マルチスリット法、空間コード法等がある。正弦波位相シフト法は、測定対象物Wに正弦波状の縞パターンを投影し、正弦波の周期よりも短いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における位相値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
【0035】
マルチスリット法は、測定対象物Wに細線状の縞パターンを投影し、縞と縞との間隔よりも狭いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における最大輝度の撮影タイミングを求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
【0036】
空間コード法は、測定対象物Wに対し、白黒のデューティ比が50%であり、縞パターンの幅が異なる複数の縞パターンを順次に投影し、撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素におけるコード値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
【0037】
パターン生成ユニット243では、上述した縞パターンを二次元パターンとして生成することができる。この三次元測定装置1では、マルチスリット法と空間コード法とを組み合わせることにより、高分解能かつ高精度に三次元形状データが取得される。
【0038】
また、この三次元測定装置1では、受光部25を挟んで2つの投光部24が左右対称に配置されている。各投光部24の投光軸J2及びJ3は、三角測距の原理を利用するために、受光部25の受光軸J1に対して傾斜している。この投光部24では、投光用光源241、コレクタレンズ242及びパターン生成ユニット243の光軸に対し、投光レンズ244を受光軸J1側にオフセットさせることにより、投光軸J2及びJ3を傾斜させている。この様な構成を採用することにより、投光部24全体を傾斜させる場合に比べ、測定部2を小型化することができる。
【0039】
テクスチャ照明出射部26は、測定対象物Wの色や模様を表面テクスチャ情報として検知するための可視光からなる均一な照明光をステージ21上の測定対象物Wに向けて出射する。このテクスチャ照明出射部26は、投光軸が受光部25の受光軸J1と略平行であり、受光部25の受光レンズ251を取り囲むように配置される。このため、投光部24からの照明と比べて測定対象物W上での影ができにくく、撮影時の死角が少なくなる。
【0040】
制御基板27は、回転駆動部23を制御する制御回路、投光部24の投光用光源241及びパターン生成ユニット243を駆動する駆動回路、受光部25の撮像素子252からの受光信号を処理する処理回路等が設けられた回路基板である。
【0041】
<コントローラ4>
コントローラ4は、測定部2用の制御装置であり、テクスチャ照明用の照明光を生成するテクスチャ光源41と、テクスチャ光源41用の駆動回路等が設けられた制御基板42と、測定部2内の各デバイスに電力を供給する電源43とにより構成される。テクスチャ光源41は、撮影画像からカラーのテクスチャ画像が得られるようにするために、例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色の照明光を順次に点灯する。撮像素子252がモノクロイメージセンサであることから、テクスチャ光源41に白色光源を用いてテクスチャ情報を取得する場合、カラー情報を取得することができない。このため、テクスチャ光源41ではRGBを切り替えて照明している。
【0042】
なお、モノクロのテクスチャ画像で十分な場合は、テクスチャ光源41に白色光源、例えば、白色LEDを用い、或いは、RGBの単色光を同時に照射する光源を用いても良い。また、測定精度の低下をある程度許容する場合には、撮像素子252にカラーイメージセンサを用いても良い。照明光は、ライトガイド3を介して測定部2のテクスチャ照明出射部26に伝送される。制御基板42及び電源43は、測定部2の制御基板27に接続されている。
【0043】
<情報処理端末5>
情報処理端末5は、測定部2を制御し、撮影画像の画面表示、寸法測定のための設定情報の登録、三次元形状データの生成、測定対象物Wの寸法算出等を行う端末装置であり、表示部51、キーボード52及びマウス53が接続されている。表示部51は、撮影画像や設定情報を画面に表示するモニタ装置である。キーボード52及びマウス53は、ユーザが操作入力を行う入力装置である。この情報処理端末は、例えば、パーソナルコンピュータであり、測定部2の制御基板27に接続されている。
【0044】
図2は、図1の測定部2の一構成例を模式的に示した説明図である。この測定部2は、撮影倍率が互いに異なる2つの撮像部25a及び25bを備えるヘッド部20と、上下方向の回転軸J4を中心としてステージ21を回転可能に保持するステージ保持部22と、ヘッド部20及びステージ保持部22を連結する連結部28とにより構成される。
【0045】
連結部28は、投光部24の投光軸J2及びJ3と、撮像部25a及び25bの受光軸J11及びJ12とが回転軸J4に対して傾斜する状態で、ヘッド部20とステージ保持部22とを固定的に連結する。このため、ステージ21と撮像部25a及び25bとの相対的な位置関係が一定であり、ステージ21の回転角が互いに異なる複数の撮像アングルについて、点群データの連結合成が容易である。
【0046】
撮像部25aは、低倍率の受光部25である。撮像部25bは、撮像部25aよりも高倍率の受光部25である。撮像部25a及び25bは、測定対象物全体の三次元形状データが得られるようにするために、いずれもステージ21の回転軸J4に対して受光軸J11及びJ12が傾斜するように配置されている。
【0047】
例えば、回転軸J4に対する受光軸J11及びJ12の傾斜角は、45°程度である。また、撮像部25bは、焦点位置FPがステージ21の回転軸J4上において撮像部25aの焦点位置FPよりも下側となるように、撮像部25aの下方に配置され、受光軸J12は、受光軸J11と略平行である。
【0048】
この様な構成を採用することにより、撮像部25aの測定可能領域R1と撮像部25bの測定可能領域R2とをステージ21上に適切に形成することができる。測定可能領域R1及びR2は、いずれもステージ21の回転軸J4を中心とする円柱状の領域であり、測定可能領域R2は、測定可能領域R1内に形成される。
【0049】
図3のステップS101〜S113は、三次元測定装置1における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、三次元測定装置1は、ステージ21上に載置された測定対象物Wを受光部25により撮影して撮影画像を表示部51に表示し、投光照明の明るさ調整を行う(ステップS101)。この明るさ調整は、投光部24から均一な測定光を照射し、或いは、パターン光からなる測定光を照射して行われる。
【0050】
次に、三次元測定装置1は、テクスチャ照明に切り替えて撮影画像を取得し、表示部51に表示してテクスチャ照明の明るさ調整を行う(ステップS102)。この明るさ調整は、テクスチャ照明出射部26からR(赤)、G(緑)、B(青)の各色の照明光を順次に照射し、或いは、同時に照射して行われる。ステップS101とステップS102とは、順序を入れ替えても良い。
【0051】
三次元測定装置1は、照明条件が確定されるまで、ステップS101及びS102の処理手順を繰り返し、照明条件の確定後、ユーザにより測定開始が指示されれば(ステップS103)、投光部24からパターン光を投影し(ステップS104)、パターン画像を取得する(ステップS105)。このパターン画像は、ステージ21上の測定対象物Wが撮影された撮影画像である。パターン光の投影及び撮影画像の取得は、パターン生成ユニット243と受光部25とを同期させて行われる。
【0052】
次に、三次元測定装置1は、テクスチャ照明に切り替えてテクスチャ画像を取得する(ステップS106,S107)。このテクスチャ画像は、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色の照明光を順次に照射させて取得された複数の撮影画像を合成することによって得られる。連結測定時には、ステージ21を予め指定された複数の撮像アングルに順次に切り替えながら、ステップS104からステップS107までの処理手順が繰り返される(ステップS108)。
【0053】
次に、三次元測定装置1は、ステップS105において取得されたパターン画像を所定の計測アルゴリズムにより解析し、三次元形状データを生成する(ステップS109)。この三次元形状データの生成ステップでは、撮像アングルが異なる複数の撮影画像から求めた三次元形状データが必要に応じて合成される。そして、三次元測定装置1は、生成された三次元形状データにテクスチャ画像をマッピングし(ステップS110)、測定対象物Wの立体形状として表示部51に表示する(ステップS111)。
【0054】
三次元測定装置1は、所望の測定箇所について、三次元形状データが得られるまで、撮像アングルや撮影条件等を変更しながらステップS101からステップS111までの処理手順を繰り返し(ステップS112)、所望のデータが得られ、ユーザによりデータ解析が指示されれば、寸法測定用のアプリケーションプログラムにより、三次元形状データのデータ解析を行い、測定対象物Wの寸法を算出する(ステップS113)。
【0055】
図4のステップS201〜S211は、図3のステップS101(投光照明の明るさ調整)について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置1の動作が示されている。まず、三次元測定装置1は、左側の投光部24を点灯し(ステップS201)、ユーザによる明るさの調整を受け付ける(ステップS202)。
【0056】
次に、三次元測定装置1は、ユーザによる撮影倍率の選択を受け付け、撮影倍率が変更されれば、対応する撮像部25a又は25bに切り替える(ステップS203)。このとき、三次元測定装置1は、所望の測定箇所に照明が当たっていなければ、ユーザ操作に基づいてステージ21を回転させることにより、測定対象物Wの位置及び姿勢の調整を行う(ステップS204,S205)。位置及び姿勢の調整は、左右の投光部24を同時に点灯させて行っても良い。
【0057】
そして、三次元測定装置1は、測定箇所の明るさが適切でなければ、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける(ステップS206,S207)。三次元測定装置1は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップS203からステップS207までの処理手順を繰り返す(ステップS208)。
【0058】
次に、三次元測定装置1は、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、右側の投光部24に切り替えて(ステップS209)、ユーザによる明るさの調整を受け付ける(ステップS210)。三次元測定装置1は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップS210の処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、この処理を終了する(ステップS211)。
【0059】
図5のステップS301〜S313は、図3のステップS102(テクスチャ照明の明るさ調整)について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置1の動作が示されている。まず、三次元測定装置1は、テクスチャ照明を点灯し(ステップS301)、ユーザによる明るさの調整を受け付ける(ステップS302)。三次元測定装置1は、測定箇所の明るさが適切でなければ(ステップS303)、ステップS302の処理手順を繰り返し、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける。
【0060】
次に、三次元測定装置1は、ユーザによるテクスチャ画像の画質の選択を受け付け(ステップS304)、通常画質が選択されれば、通常画質を指定し、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する(ステップS313)。
【0061】
一方、三次元測定装置1は、ユーザによりフルフォーカス画質が選択されれば、フルフォーカス画質を指定する(ステップS305,S306)。フルフォーカス画質は、深度合成処理により得られる画質であり、焦点位置を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、画像全体においてピントの合った画像が得られる。
【0062】
そして、三次元測定装置1は、ユーザによりHDR(ハイダイナミックレンジ)画質が選択されれば、HDR画質を指定する(ステップS307,S308)。HDR画質は、露光時間を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、ダイナミックレンジの広い画像が得られる。
【0063】
次に、三次元測定装置1は、ユーザによりテクスチャ画像の確認が指示されれば(ステップS309)、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件に基づいて、撮影画像を取得し(ステップS310)、テクスチャ画像を作成して表示部51に表示する(ステップS311)。
【0064】
三次元測定装置1は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップS305からステップS311までの処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する(ステップS312)。
【0065】
図6のステップS401〜S413は、図3のステップS113(データ解析)について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置1の動作が示されている。まず、三次元測定装置1は、ユーザ操作に基づいて、三次元形状データを所定のデータ形式で読み込み、測定対象物Wの立体形状を表示部51に表示する(ステップS401,S402)。
【0066】
次に、三次元測定装置1は、ノイズの除去、穴埋め、不要データの削除等の前処理を行い(ステップS403)、ユーザによる表示倍率及び姿勢の調整を受け付ける(ステップS404)。
【0067】
次に、三次元測定装置1は、表示中の立体形状上において、測定箇所の幾何要素を抽出するための点群の指定を受け付ける(ステップS405)。そして、三次元測定装置1は、幾何要素について、形状種別の指定を受け付ける(ステップS406)。形状種別には、点、線、円、面、球、円筒、円錐等がある。ステップS405とステップS406とは、順序を入れ替えても良い。
【0068】
三次元測定装置1は、全ての幾何要素について、点群及び形状種別の指定が完了するまで、ステップS405及びS406の処理手順を繰り返し(ステップS407)、点群及び形状種別の指定が完了すれば、ユーザによる幾何要素の選択を受け付ける(ステップS408)。そして、三次元測定装置1は、選択された幾何要素について、寸法種別の選択を受け付ける(ステップS409)。寸法種別には、距離、角度、幾何公差、直径等がある。ステップS408とステップS409とは、順序を入れ替えても良い。
【0069】
次に、三次元測定装置1は、選択された幾何要素について、点群に基本形状をフィッティングさせることによって幾何要素を特定し、幾何要素間の寸法値を算出する(ステップS410)。次に、三次元測定装置1は、寸法値を測定対象物Wの立体形状上の測定箇所に対応づけて表示する(ステップS411)。三次元測定装置1は、所望の測定箇所が他にもあれば、ステップS408からステップS411までの処理手順を繰り返し(ステップS412)、所望の測定箇所が他になければ、測定結果を出力してこの処理を終了する(ステップS413)。
【0070】
次に、本発明による三次元測定装置1のさらに詳細な構成について、図7図18を用いて以下に説明する。
【0071】
図7は、図1の測定部2に設けられた遮光カバー61及び62と、載置面213を傾けることができるステージプレート211とを示した図である。図中には、測定部2の右側面が示されている。
【0072】
ステージプレート211は、中央付近で屈曲させることにより、載置面213を回転軸J4に対して傾斜させることができる。また、載置面213を傾斜させた状態で、ステージプレート211をステージベース212に対して固定することができ、測定対象物Wの姿勢を調整することができる。
【0073】
例えば、ステージプレート211は、載置面213を水平面に対して傾斜角θ=45°程度傾けた状態で固定することができる。受光部25の受光軸J1は、回転軸J4に対して傾斜角θ=45°程度傾斜している。このため、ステージプレート211上で測定対象物Wが受光部25に正対している状態からステージ21を回転させて撮像アングルを切り替えれば、測定対象物Wの側面を撮像することができる。
【0074】
遮光カバー61は、測定領域の上面を覆うための樹脂製のシェード部材であり、ステージ21に対向するように配置される。この遮光カバー61は、連結部28に対し、着脱可能に装着されている。遮光カバー62は、測定領域の側面を覆うための布製のシェード部材であり、遮光カバー61の外縁に沿って配置される。この遮光カバー62は、遮光カバー61に対し、着脱可能に装着され、蛇腹状に折り畳んで収納することができる。
【0075】
遮光カバー62を下方に展開させることにより、ステージ21上の測定領域の上面、左右の側面及び前面が遮光カバー61及び62によって覆われ、外乱光が測定領域に進入するのを防止することができる。
【0076】
<校正具7>
図8は、校正具7の一構成例を示した平面図である。図中には、校正具7の前面が示されている。図9は、図8の校正具7をA−A切断線により切断した場合の切断面を示した断面図である。図10は、図9のシリコン基板70の一部を拡大して示した断面図である。
【0077】
校正具7は、三次元測定装置1の光学パラメータを校正するための検査装置であり、測定用の平面が前面に設けられ、前記平面上に複数の特徴マーク8が形成される。この校正具7は、円板状であり、シリコン基板70、基板ホルダ71、光学読取コード72,73、緩衝材75及びベース部材76により構成される。
【0078】
シリコン基板70は、平面度が高い平面を形成するための基材であり、シリコンウエハからなる。このシリコン基板70は、略円形の平板であり、一方の主面に多数の特徴マーク8が形成されている。シリコン基板70の直径は、受光部25の視野をカバーできるサイズ、例えば、300mm程度である。なお、シリコンウエハ以外の半導体ウエハを校正具7の基材に用いてもよい。また、表面を研磨することによって数μm以下の平面度を達成することができれば、ガラス、セラミック、金属を校正具7の基材に用いてもよい。
【0079】
特徴マーク8は、印刷によりシリコン基板70上に形成される校正用の読取オブジェクトである。特徴マーク8は、例えば、サイズが異なるドットからなる。この特徴マーク8は、黒色の下地層9上に白色のドットが形成されている。下地層9は、シリコン基板70の主面全体にべた塗りされたインク膜である。各ドットは、円形状であり、格子状に配置されている。このドットは、下地層9に重畳させて形成されたインク膜からなる。特徴マーク8及び下地層9は、インク膜の厚さを正確に制御することができる高精度印刷により形成される。例えば、インク膜の厚さは、1μm程度である。
【0080】
シリコン基板70は、緩衝材75を介してベース部材76に固定される。ベース部材76は、例えば、円板状の金属プレートからなる。緩衝材75は、振動や衝撃が伝わらないようにシリコン基板70を支持する支持部材であり、例えば、スポンジ状の樹脂からなる。シリコン基板70は、背面の周縁部が接着剤を用いて緩衝材75に接着されている。
【0081】
基板ホルダ71は、緩衝材75及びベース部材76を介してシリコン基板70を保持するための保持部材である。この基板ホルダ71は、円環状の樹脂部材からなり、内周縁部がシリコン基板70の前面の周縁部と対向し、外周縁部がベース部材76の周縁部に固定されている。基板ホルダ71は、ベース部材76にねじ止めされている。
【0082】
基板ホルダ71の内周縁部とシリコン基板70との間には、間隙が設けられており、基板ホルダ71からシリコン基板70に応力が付加されるのを防止し、シリコン基板70に反りが生じるのを抑制することができる。
【0083】
光学読取コード72及び73は、校正情報を符号化して得られる光学読取可能なオブジェクトである。校正情報は、シリコン基板70上の複数の特徴マーク8について測定された複数の寸法値からなる。寸法値には、例えば、各特徴マーク8のサイズと、シリコン基板70の主面内における中心点の位置座標と、主面からの高さとが含まれる。
【0084】
この光学読取コード72及び73は、QRコードやデータマトリクスコード等の2次元コードであり、校正具7の周縁部、すなわち、基板ホルダ71に配置されている。光学読取コード72及び73を校正具7の中央部に配置する場合に比べ、校正精度の低下を抑制することができる。
【0085】
具体的には、光学読取コード72及び73を印刷したシート状の部材が基板ホルダ71の前面に貼付される。つまり、光学読取コード72及び73は、特徴マーク8と同じ面に配置される。また、シート状の部材には、汚れや傷が付くのを防止するために、ラミネートフィルム等の透明な保護シートが貼付される。
【0086】
この校正具7では、校正情報が4つに分割され、サイズが異なる光学読取コード72及び73に変換されている。2つの光学読取コード73は、いずれもサイズが光学読取コード72よりも大きく、係合部74を挟むように係合部74の近傍に配置されている。2つの光学読取コード72は、係合部74に対し、光学読取コード73よりも遠い位置にそれぞれ配置されている。なお、光学読取コード72及び73は、バーコード等の1次元コードであってもよい。
【0087】
係合部74は、校正具7を測定部2のステージ21に対して位置決めするための突出部であり、基板ホルダ71に設けられている。この係合部74は、基板ホルダ71の外縁の一部を外側に向かって突出させた形状からなり、後述するステージプレート211の凸部と係合する。
【0088】
図11のステップS501〜S504は、校正具7の製造工程の一例を示したフローチャートである。まず、校正具7に設けられた測定用の平面上に複数の特徴マーク8が印刷により形成される(ステップS501)。このステップS501では、円板状のシリコン基板70上に黒色の下地層9を形成した後、大小のドットからなるドットパターンが下地層9上に形成される。
【0089】
次に、校正具7上の複数の特徴マーク8について寸法測定を行い、複数の寸法値からなる校正情報が生成される(ステップS502)。寸法測定は、ドットパターンの印刷精度よりも高い精度の測定器、例えば、画像測定器を用いて行われる。次に、校正情報を光学読取コード72及び73に変換した後(ステップS503)、校正具7に光学読取コード72及び73が配置される(ステップS504)。光学読取コード72及び73は、特徴マーク8の形成領域よりも外側に配置される。
【0090】
この様な構成を採用することにより、校正具7に複数の特徴マーク8を形成した後にこれらの特徴マーク8について寸法測定を行い、校正情報を生成するため、校正具7の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。また、校正情報を光学読取コード72及び73に変換して校正具7に配置するため、校正用の寸法値の取り違えや紛失を防止することができる。
【0091】
また、校正具7の製造時における印刷誤差の影響を受けることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。また、各特徴マーク8の高さを容易に均一化することができる。さらに、光学読取コード72及び73を校正具7の周縁部に配置することにより、校正精度の低下を抑制しつつ、校正具7から特徴マーク8を読み取る読取手段を用いて光学読取コード72及び73を読み取らせることができる。
【0092】
図12は、図7のステージプレート211に設けられた校正具位置決め用の凸部214を示した図である。図中には、ステージプレート211の上面が示されている。ステージプレート211には、校正具7を位置決めするための2つの凸部214が設けられている。この凸部214は、ステージプレート211の周縁部に形成された傾斜面から上方に向かって突出する円柱状の突起からなる。
【0093】
ステージプレート211を屈曲させた状態で校正具7を配置し、係合部74を凸部214間に挿入することにより、校正具7が受光部25に正対するように位置決めすることができる。また、校正具7をステージプレート211の載置面213に載置することにより、校正具7を受光部25に略正対させることができる。
【0094】
図13及び図14は、校正具7がステージプレート211上に配置された測定部2を示した図である。図13には、ステージプレート211を上方から見た場合が示されている。図14には、ステージプレート211を側方から見た場合が示されている。
【0095】
光学パラメータの校正時には、図8〜10に示した校正具7が測定部2のステージプレート211上に配置される。校正具7は、ステージベース212に対して載置面213を傾けた状態で固定されたステージプレート211上に、測定用の平面を上方に向けた状態で配置される。
【0096】
校正具7の係合部74をステージプレート211の凸部214と係合させることにより、傾斜面(測定用の平面)の中心線に関し、光学読取コード72及び73が左右対称に配置される。また、校正具7が屈曲させた状態のステージプレート211上に配置されるため、測定用の平面に対し、ステージ21の回転軸J4と受光部25の受光軸J1とは、直角とは若干異なる角度で交差している。
【0097】
<情報処理端末5>
図15は、図1の情報処理端末5内の機能構成の一例を示したブロック図である。この情報処理端末5は、測定制御部10、点群データ生成部11、校正情報記憶部12、点群記憶部13、表示制御部14、寸法算出部15、コード読取部16、校正部17、点群合成部18及び反り検出部19により構成される。
【0098】
測定制御部10は、キーボード52又はマウス53によるユーザ操作に基づいて、回転駆動部23を制御して撮像アングルを調整し、投光部24による測定光の照射を制御する。
【0099】
点群データ生成部11は、受光部25からの受光信号と、校正情報記憶部12内に保持された校正情報とに基づいて、測定対象物Wの立体形状を表す点群データを生成し、点群記憶部13内に格納する。校正情報は、各種の光学パラメータを校正するための複数の校正用の寸法値からなる。点群データは、三次元空間における多数の測定点の位置情報からなり、測定対象物Wに測定光として投影される縞パターンを移動させるごとに取得した複数のパターン画像から作成される。
【0100】
表示制御部14は、点群記憶部13内の点群データに基づいて、表示部51を制御し、測定対象物Wの立体形状を表示する。例えば、多数の測定点が三次元的に配置されたオブジェクト体を所定の視点から眺めるように、立体形状が表示部51の画面に表示される。画面内における立体形状(オブジェクト体)の位置、視点及び表示倍率は、任意に指定することができる。
【0101】
寸法算出部15は、測定箇所の指定を受け付け、点群記憶部13内の点群データに基づいて、測定箇所の寸法値を算出する。表示制御部14は、寸法算出部15により算出された寸法値を立体形状に対応づけて表示する。
【0102】
点群合成部18は、撮像アングルが互いに異なる複数の点群データを合成し、合成点群データを生成する。複数の撮像アングルで求められた複数の点群データを合成することにより、より死角の少ない合成点群データが得られる。この様な連結測定のためのアングル範囲や撮像アングルは、予め指定される。
【0103】
コード読取部16は、校正具7に配置された光学読取コード72及び73をデコードし、校正用の寸法値を取得する。このコード読取部16は、受光部25からの受光信号に基づいて、光学読取コード72及び73をデコードする。具体的には、ステージ21上に測定対象物Wとして載置された校正具7に対し、投光部24から均一な測定光を照射して取得した撮影画像から光学読取コード72及び73が読み取られる。
【0104】
この様な構成を採用することにより、校正具7から光学読取コード72及び73を読み取るための受光部を測定用の受光部25とは別個に設ける場合に比べ、装置の構成を簡素化することができる。また、投光部24から均一な測定光が校正具7に照射された際の受光信号に基づいて、光学読取コード72及び73をデコードするため、校正具7から光学読取コード72及び73を読み取るための投光部を測定用の投光部24とは別個に設ける場合に比べ、装置の構成を簡素化することができる。なお、投光部24からパターン光を照射して取得される複数のパターン画像を合成した合成画像から光学読取コード72及び73を読み取ってもよい。
【0105】
校正部17は、校正用の寸法値と、校正具7を測定対象物Wとして算出された寸法値とに基づいて、校正情報記憶部12内の校正情報を更新する。この校正部17は、校正具7の複数の特徴マーク8について算出された複数の寸法値を校正用の寸法値と比較した比較結果に基づいて、校正情報を更新する。具体的には、ステージ21上に測定対象物Wとして載置された校正具7に対し、縞パターンを投影して取得した複数のパターン画像から寸法算出部15により算出された特徴マーク8についての複数の寸法値(実測値)と、コード読取部16により取得された校正用の寸法値とが比較される。
【0106】
光学パラメータの校正処理は、所定のアルゴリズムに従って行われる。例えば、ステージ21の回転位置が異なる複数の撮像アングルでパターン画像が取得され、校正具7の立体形状を表す点群データが生成される。具体的には、予め定められた5つの撮像アングルでパターン画像が取得される。
【0107】
校正時の撮像アングルには、光学読取コード72又は73が読み取り易い回転位置を含むことが望ましい。例えば、光学読取コード72又は73が最も大きく撮像される回転位置、或いは、傾かずに正対する回転位置、或いは、コード全体が均一に照明される回転位置を含むことが望ましい。
【0108】
この三次元測定装置1では、校正具7が受光部25に略正対する回転位置と、この回転位置を挟んで右側に回転させた2つの回転位置と、左側に回転させた2つの回転位置とが指定される。係合部74よりも右側の光学読取コード72及び73は、右側に回転させた2つの回転位置に対応する撮像アングルで撮影される。一方、係合部74よりも左側の光学読取コード72及び73は、左側に回転させた2つの回転位置に対応する撮像アングルで撮影される。5つの回転位置は、概ね等間隔である。
【0109】
校正対象の光学パラメータには、受光レンズ251、コレクタレンズ242又は投光レンズ244の焦点距離及び歪み、受光部25(カメラ)と投光部24(プロジェクタ)との相対位置、受光軸J1とステージ21又は投光軸J2,J3との角度、受光レンズ251と撮像素子252との相対位置、コレクタレンズ242又は投光レンズ244と投光用光源241との相対位置等がある。
【0110】
受光部25に関する光学パラメータは、主に、各特徴マーク8のサイズ及び位置に基づいて校正される。一方、受光部25及び投光部24の相対位置や、受光軸J1及び投光軸J2,J3の角度は、主に、校正具7の測定用の平面の見え方に基づいて校正される。
【0111】
反り検出部19は、撮像アングルが互いに異なる複数の点群データに基づいて、校正具7の反りを検出し、検出結果を校正部17へ出力する
【0112】
校正部17は、反り検出部19による反りの検出結果を用いて、複数の特徴マーク8について算出された複数の寸法値を補正する。光学パラメータの校正処理は、補正後の寸法値を用いて行われる。この様な構成を採用することにより、校正具7の反りによる寸法誤差を補正するため、校正精度を向上させることができる。
【0113】
図16は、図15の情報処理端末5における校正時の動作の一例を示した図であり、表示部51に表示される操作画面30が示されている。操作画面30は、光学パラメータの校正時に表示されるモニタ画面であり、画像表示領域31には、受光部25により撮影された撮影画像が表示される。
【0114】
ステージプレート211の載置面213を傾斜させ、この載置面213上に校正具7を設置し、そして、遮光カバー62を下方に展開させた後、操作画面30内の校正ボタン32を操作すれば、校正処理を開始させることができる。
【0115】
図17は、図15の情報処理端末5における校正時の動作の一例を示した図であり、異なる3つの撮像アングルに対応するステージ21の回転位置が示されている。図中の(a)には、ステージ21を正対位置から30°程度右方向に回転させた場合の回転位置が示され、(b)には、ステージプレート211を受光部25に略正対させた場合の回転位置が示され、(c)には、ステージ21を正対位置から30°程度左方向に回転させた場合の回転位置が示されている。
【0116】
ステージ21を正対位置から30°程度右方向に回転させることにより、測定用の平面の中心線よりも右側に配置された光学読取コード72及び73が手前側に移動する。この様な回転位置に対応する撮像アングルで校正具7を撮像することにより、測定用の平面の中心線よりも右側に配置された光学読取コード72及び73が読み取られる。一方、ステージ21を正対位置から30°程度左方向に回転させることにより、測定用の平面の中心線よりも左側に配置された光学読取コード72及び73が手前側に移動する。この様な回転位置に対応する撮像アングルで校正具7を撮像することにより、測定用の平面の中心線よりも左側に配置された光学読取コード72及び73が読み取られる。
【0117】
校正具7が載置されたステージ21は、校正具7の測定用の平面が回転軸J4に対して非直交である状態で回転するため、ステージ21の回転位置を調整することにより、測定用の平面に対する撮像アングルを切り替えることができる。
【0118】
複数の撮像アングルで校正具7を認識し、光学パラメータの校正を行う場合、校正具7の測定用の平面がステージ21の回転軸J4と非直交であり、かつ、受光部25の光軸J1とは略正対することにより、ステージ21の回転に伴い、校正具7の測定用の平面に対する撮像アングルを変更することができるとともに、受光部25が校正具7の測定用の平面を精度よく認識することができる。
【0119】
図18のステップS601〜S610は、図15の情報処理端末5における校正時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、情報処理端末5は、投光部24を制御して均一な測定光をステージ21上の校正具7に照射し(ステップS601)、受光部25から撮影画像を取得する(ステップS602)。
【0120】
次に、情報処理端末5は、投光部24を制御してパターン光をステージ21上の校正具7に照射し(ステップS603)、受光部25からパターン画像を取得する(ステップS604)。パターン画像は、縞パターンを移動させるごとに取得される。
【0121】
次に、情報処理端末5は、取得した複数のパターン画像に基づいて点群データを生成する(ステップS605)。ステップS601からステップS605までの処理手順は、撮像アングルを切り替えながら繰り返される(ステップS606,S607)。情報処理端末5は、予め定められた複数の撮像アングルについて点群データが生成されれば、均一な測定光による撮影画像から光学読取コード72及び73を切り出してデコードし、校正用の寸法値を取得する(ステップS608)。
【0122】
次に、情報処理端末5は、点群データに基づいて、校正具7の複数の特徴マーク8の寸法値を算出する(ステップS609)。情報処理端末5は、複数の特徴マーク8について、寸法値の実測値を校正用の寸法値と比較し、その比較結果に基づいて、校正情報を更新し、この処理を終了する(ステップS610)。
【0123】
本実施の形態によれば、受光部25からの受光信号と校正情報とに基づいて点群データを生成するため、製造時や組立時のばらつきに影響されることなく、正確な位置情報を取得することができる。また、校正具7から校正用の寸法値を読み取って校正情報を更新するため、校正具7の製造ばらつきに影響されることなく、光学パラメータの校正を行うことができる。また、校正具7に配置された光学読取コード72及び73をデコードするため、校正具7から光学読取コード72及び73を読み取って校正用の寸法値を取得することができる。
【0124】
なお、本実施の形態では、ヘッド部20が1つの受光部25と2つの投光部24とを備える場合の例について説明したが、本発明は、ヘッド部20の構成をこれに限定するものではない。例えば、ヘッド部が1つの受光部25と1つの投光部24とを備え、或いは、ヘッド部が2つの受光部25と1つの投光部24とを備える場合にも本発明は適用可能である。
【0125】
また、本実施の形態では、ヘッド部20とステージ保持部22とが固定的に連結される場合の例について説明したが、ヘッド部20とステージ保持部22とが分離可能であってもよい。
【符号の説明】
【0126】
1 三次元測定装置
2 測定部
20 ヘッド部
21 ステージ
211 ステージプレート
212 ステージベース
213 載置面
214 凸部
22 ステージ保持部
23 回転駆動部
24 投光部
25 受光部
25a,25b 撮像部
26 テクスチャ照明出射部
27 制御基板
28 連結部
3 ライトガイド
4 コントローラ
41 テクスチャ光源
42 制御基板
43 電源
5 情報処理端末
51 表示部
52 キーボード
53 マウス
61,62 遮光カバー
7 校正具
70 シリコン基板
71 基板ホルダ
72,73 光学読取コード
74 係合部
75 緩衝材
76 ベース部材
8 特徴マーク
9 下地層
10 測定制御部
11 点群データ生成部
12 校正情報記憶部
13 点群記憶部
14 表示制御部
15 寸法算出部
16 コード読取部
17 校正部
18 点群合成部
19 反り検出部
J1,J11,J12 受光軸
J2,J3 投光軸
J4 回転軸
W 測定対象物
図1
図2
図3
図4
図5
図6
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図16
図17
図18