特許 7306867 光学式変位計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-03

(45)【発行日】2023-07-11

(54)【発明の名称】光学式変位計

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/24 20060101AFI20230704BHJP

【ＦＩ】

G01B11/24 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019085201

(22)【出願日】2019-04-26

(65)【公開番号】P2020180919

(43)【公開日】2020-11-05

【審査請求日】2022-03-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000129253

【氏名又は名称】株式会社キーエンス

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100131886

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 隆志

(72)【発明者】

【氏名】本間 達朗

【審査官】飯村 悠斗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１５１０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４４１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０９６１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－２０８４０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｙ方向に搬送される測定対象物のＸ－Ｚ断面のプロファイルを三角測距の原理に基づき測定する光切断方式の光学式変位計であって、
Ｘ方向に幅を有するスリット光またはスポット光をＸ方向に走査して前記測定対象物に照射する投光部と、
前記測定対象物からの反射光を受光する画像センサであって、前記Ｘ方向に対応するＵ方向とＺ方向に対応するＶ方向とに二次元配列された複数の画素を有し、前記複数の画素による前記反射光の受光量を出力する画像センサと、
前記Ｕ方向に並んだ複数の画素列のそれぞれについて受光量のピークとなる前記Ｖ方向における画素の位置をピーク位置として検出する検出手段と、
前記Ｕ方向における前記複数の画素列のそれぞれの位置と、前記Ｖ方向における前記ピーク位置とからＸ－Ｚ断面についてのプロファイルを、前記Ｙ方向における異なる位置で複数取得し、取得した複数のプロファイルに基づき前記測定対象物の三次元形状を測定する測定手段と、
前記三角測距の原理に基づく前記投光部の投光軸と前記画像センサの受光軸とがなす角度に応じてＹ－Ｚ断面に発生する高さの測定が不可能な死角領域に、前記測定手段により取得された前記Ｘ－Ｚ断面についてのプロファイルが存在する場合、前記測定手段により生成された三次元形状のうち前記死角領域に存在するプロファイルで構成される部分を誤検出値として判定する判定手段と
を有することを特徴とする光学式変位計。

【請求項2】

前記判定手段により誤検出値と判定されたプロファイルの部分を削除する削除手段をさらに有し、
前記測定手段は、前記三次元形状のうち前記誤検出値を除外して前記測定対象物の三次元形状を測定することを特徴とする請求項１に記載の光学式変位計。

【請求項3】

前記測定対象物からの反射光を前記画像センサの受光面に結像させる受光レンズをさらに有し、
前記Ｙ方向において並んだ複数の測定点のうちで注目測定点における前記測定対象物の高さと、前記受光レンズの受光軸と、前記投光部の投光方向とに基づき、前記注目測定点についての死角領域を決定する死角領域決定手段をさらに有し、
前記判定手段は、前記注目測定点の前後に測定される測定点における前記測定対象物の高さが前記死角領域に属しているかどうかに基づき、前記誤検出値を判定することを特徴とする請求項１または２に記載の光学式変位計。

【請求項4】

前記死角領域は、前記注目測定点を一つの頂点とする直角三角形であり、
前記直角三角形における直角を挟む第一の辺と第二の辺のうち前記第一の辺は前記Ｚ方向と平行であり、前記第二の辺は前記Ｙ方向と平行であり、前記直角三角形の斜辺は、前記受光レンズの光軸と平行であることを特徴とする請求項３に記載の光学式変位計。

【請求項5】

前記死角領域は、前記注目測定点を一つの頂点とする直角三角形であり、
前記直角三角形における直角を挟む第一の辺と第二の辺のうち前記第一の辺は前記Ｚ方向と平行であり、前記第二の辺は前記Ｙ方向と平行であり、前記直角三角形の斜辺は、前記受光レンズの開口数によって定まる頂角を有し、かつ、前記注目測定点を頂点とする二等辺三角形の二つの等辺の間に位置していることを特徴とする請求項３に記載の光学式変位計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学式変位計に関する。

【背景技術】

【0002】

コンベイヤによってＹ方向に搬送される測定対象物（ワーク）についてＺ方向における高さを測定するために、光切断方式の光学式変位計が提案されている（特許文献１、２）。Ｙ方向とＺ方向とに直交する方向がＸ方向であり、ＸＹ平面にワークが載置されている。光学式変位計は、Ｘ方向に幅を有するスリット光をワークに照射し、ワークからの反射光を二次元配列の画像センサで受光する。スリット光の投光方向と画像センサの受光方向とは傾いており、三角測距の原理に基づき、ワークの高さが算出される。このような、光切断方式の光学式変位計はワークのＸ－Ｚ断面の輪郭（プロファイル）を一度に取得できる。Ｙ方向にワークを搬送しながら繰り返し撮像を実行することで、Ｙ方向における異なる位置でのプロファイルが取得される。また、複数のプロファイルからワークの三次元形状を示すデータが取得される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－０９６１２５号公報

【文献】特開２０１２－１０３２６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、光学式変位計に要求される測定精度が高くなるにつれて、従来は無視可能であった測定誤差が顕在する可能性がある。光学式変位計は、三角測距の原理を用いてワークの高さを測定するため、原理上、測定不可能な死角領域がＹ方向において発生し、この死角領域において偽の測定結果が生じてしまうことがある。そこで、本発明は光切断方式の光学式変位計において三次元形状の一部を誤検出値として判定することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、たとえば、
Ｙ方向に搬送される測定対象物のＸ－Ｚ断面のプロファイルを三角測距の原理に基づき測定する光切断方式の光学式変位計であって、
Ｘ方向に幅を有するスリット光またはスポット光をＸ方向に走査して前記測定対象物に照射する投光部と、
前記測定対象物からの反射光を受光する画像センサであって、前記Ｘ方向に対応するＵ方向とＺ方向に対応するＶ方向とに二次元配列された複数の画素を有し、前記複数の画素による前記反射光の受光量を出力する画像センサと、
前記Ｕ方向に並んだ複数の画素列のそれぞれについて受光量のピークとなる前記Ｖ方向における画素の位置をピーク位置として検出する検出手段と、
前記Ｕ方向における前記複数の画素列のそれぞれの位置と、前記Ｖ方向における前記ピーク位置とからＸ－Ｚ断面についてのプロファイルを、前記Ｙ方向における異なる位置で複数取得し、取得した複数のプロファイルに基づき前記測定対象物の三次元形状を測定する測定手段と、
前記三角測距の原理に基づく前記投光部の投光軸と前記画像センサの受光軸とがなす角度に応じてＹ－Ｚ断面に発生する高さの測定が不可能な死角領域に、前記測定手段により取得された前記Ｘ－Ｚ断面についてのプロファイルが存在する場合、前記測定手段により生成された三次元形状のうち前記死角領域に存在するプロファイルで構成される部分を誤検出値として判定する判定手段と
を有することを特徴とする光学式変位計を提供する。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、三次元形状の原理に基づき発生する高さの測定が不可能な死角領域においてプロファイルが存在するかどうかに基づき、三次元形状の一部が誤検出値として判定可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】光学式変位計を説明する図

【図2】三角測距の原理を説明する図

【図3】プロファイルの測定を説明する図

【図4】ピーク位置の検出方法を説明する図

【図5】誤ったプロファイルの発生原理を説明する図

【図6】誤ったプロファイルを説明する図

【図7】誤ったプロファイルを説明する図

【図8】死角領域を説明する図

【図9】死角領域を説明する図

【図10】誤った測定結果が削除されたことを説明する図

【図11】修正された三次元形状を説明する図

【図12】光学式変位計を構成する機能を説明するブロック図

【図13】死角領域の調整を説明する図

【図14】測定方法を説明するフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して実施形態が詳しく説明される。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一または同様の構成には同一の参照番号が付され、重複した説明は省略される。

【0009】

＜光学式変位計＞
図１は光学式変位計１００を示す図である。光学式変位計１００はベルトコンベイヤ４によりＹ方向に搬送されるワークＷのプロファイルおよび三次元形状を測定する装置である。この例では、Ｚ方向はワークＷの高さ方向に対応している。ヘッド部１はＸＺ平面と平行なスリット光Ｌ１を出力し、ワークＷからの反射光Ｌ２を受光することで、受光結果を制御部２に出力する。制御部２は、ヘッド部１が出力する受光結果に基づきワークＷのプロファイルを演算する。なお、制御部２はヘッド部１に統合されてもよい。プロファイルとはＸＺ平面と平行なワークＷの切断面の外縁を示すデータである。たとえば、プロファイルは（ｘｉ，ｚｉ）の集合体である（ｉはインデックス）。ｘｉはＸ方向における位置を示す。ｚｉはＺ方向における高さを示す。なお、３次元形状は、（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）の集合体である。ｙｉは、Ｙ方向における位置を示す。制御部２は、一定周期ごとに、ヘッド部１に撮像を実行させることで、ｙｉが異なるワークＷのプロファイル（ｘｉ，ｚｉ）を求める。表示部３は、光学式変位計１００によるワークＷの測定結果を表示したり、光学式変位計１００の設定を行うためのＵＩ（ユーザインタフェース）を表示したりする。操作部５は、光学式変位計１００に対するユーザ入力を受け付けるための入力装置である。

【0010】

＜三次元測距の原理＞
図２は光切断方式（三角測距）の原理を説明する図である。ヘッド部１の筐体１５の内部には、光源６、投光レンズ７、受光レンズ１２および画像センサ１３が内蔵されている。光源６から出力された光は投光レンズ７を通過することでスリット光Ｌ１に変換される。筐体１５には、スリット光Ｌ１が通過するための透光窓８が設けられている。透光窓８には、防塵のための透光ガラス９ａが設けられている。同様に、筐体１５には反射光Ｌ２を筐体１５の内部に導くための受光窓１０が設けられている。受光窓１０には、防塵のための透光ガラス９ｂが設けられている。受光レンズ１２は反射光Ｌ２を画像センサ１３に結像させるためのレンズである。画像センサ１３は二次元配列された複数の画素（受光素子や光電変換素子と呼ばれてもよい）を有するセンサである。図２が示すように、光源６の投光軸に対して、画像センサ１３の受光軸は角度θだけ傾いている。つまり、高さＺ０からの反射光Ｌ２は画像センサ１３のＶ方向におけるＶ０の位置に結像する。高さＺ１からの反射光Ｌ２は画像センサ１３のＶ方向におけるＶ１の位置に結像する。高さＺ２からの反射光Ｌ２は画像センサ１３のＶ方向におけるＶ２の位置に結像する。このように画像センサ１３のＶ方向は、ワークＷのＺ方向に対応している。画像センサ１３のＵ方向は図示されていないが、Ｕ方向はワークＷのＸ方向に対応している。つまり、画像センサ１３が出力する受光結果である画像の縦方向はＶ方向であり、横方向はＵ方向である。

【0011】

図２においてはスリット光Ｌ１がＺ軸方向に出力されるように光源６が配置されているが、光源６および投光レンズ７のペアと、画像センサ１３および結像レンズ１２とのペアとの位置関係は逆であってもよい。

【0012】

図３は画像センサ１３が出力する画像Ｉ１と、ワークＷの断面との関係を説明する図である。この例では、ワークＷのＸＺ断面において高さが三段階に変化している。より具体的には、Ｘ方向における位置Ｘ０から位置Ｘ１までの高さはＺ０である。位置Ｘ１からＸ２までの高さはＺ２である。位置Ｘ２からＸ３までの高さはＺ１である。画像Ｉ１は、このようなワークＷをヘッド部１により撮像して得られる画像である。なお、画像Ｉ１のＵ方向（横方向）はワークＷのＸ方向に対応している。つまり、画像Ｉ１の位置Ｕ０、Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３はそれぞれ位置Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３に対応している。同様に、画像Ｉ１のＶ方向における位置Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２はそれぞれ高さＺ０、Ｚ１、Ｚ２に対応している。スリット光Ｌ１がＸＹ平面に入射することで形成される光スポット（反射位置の集合）は直線状である。つまり、ベルトコンベイヤ４上にワークＷが存在しないときにヘッド部１が出力する画像には、ほぼ一直線状の光スポットが並ぶことになる。その一方で、一般的なワークＷの切断面のエッジの高さは一定でないことが多い。この場合、図３が示すように、複数の高さのそれぞれに対応したＶ方向の位置に光スポットが並ぶことになる。高さに応じてＶ方向の位置が変わることは、図２が示す通りである。このように制御部２は、あるＹ方向の位置で取得された画像ＩＭから各Ｕ方向の位置ごとにＶ方向の位置を演算することでプロファイルを生成する。なお、なお、ＸＺ座標系とＵＶ座標系との間には一定の縮尺関係があるため、制御部２は、簡単な演算により、ＵＶ座標系におけるプロファイルをＸＺ座標系におけるプロファイルに変換できる。

【0013】

＜位置（高さの演算）＞
図４は画像Ｉ１からプロファイルを構成する高さを演算する方法を説明する図である。スリット光Ｌ１はＹ方向において、ある程度の幅を持っている。そのため、反射光Ｌ２が画像センサ１３にもたらす光スポットの幅も複数画素にまたがるような幅となる。そこで、制御部２は各画素の輝度値から輝度値の変化を示す近似曲線Ｐ１を求め、近似曲線Ｐ１においてピーク値をもたらすＶ方向における位置を演算する。図４では一番左の列が注目列であり、注目列の輝度値の分布（近似曲線Ｐ１）が例示されている。近似曲線Ｐ１は、複数のサンプル値をカーブフィッティングするなどして求められる。検出閾値未満のサンプル値は考慮されない。このピーク値をもたらすＶ方向における位置がワークＷの高さを示している。制御部２は、Ｕ方向における各位置（各画素列）ごとに近似曲線Ｐ１を求め、近似曲線Ｐ１からピーク値をもたらすＶ方向の位置（高さ）を演算する。この演算処理をＵ方向における各位置で実行することで、一つのプロファイルが得られる。このような演算処理はサブピクセル処理と呼ばれてもよい。

【0014】

＜三角測距の原理に起因した高さの誤検出＞
図５は三角測距の原理に起因した高さの誤検出を説明する図である。上述したように三角測距ではスリット光Ｌ１の光軸と反射光Ｌ２の光軸との間には所定の角度θが存在する。そのため、原理上、高さを測定不可能な形状が存在する。図５が示すようなワークＷに対してスリット光Ｌ１を照射すると、反射光Ｌ２はスリット光Ｌ１に対して角度θとなる方向に進む。しかし、反射光Ｌ２が進んだ方向にワークＷの一部が存在するため、反射光Ｌ２は遮光されてしまい、画像センサ１３に届かない。その一方で多重反射によって発生した偽の反射光Ｌ３が画像センサ１３に入射してしまうことがある。とくに、ワークＷの表面に反射率の高い金属などが存在すると、このような多重反射が起きやすい。反射光Ｌ３はあたかも高さＺｃで反射した反射光と同じように、画像センサ１３に入射する。もちろん、本来の高さはＺｂである。

【0015】

図６は誤った高さの測定値に基づき生成されたプロファイルＰｒを示している。図６が示すように、Ｙ方向における位置Ｙａから位置Ｙｂまでの区間は、三角測距の原理上、測定値が得られない死角区間である。それにもかかわらず多重反射光Ｌ３によって、死角区間においてワークＷのプロファイルＰｒに高さＺｃの突起が生じてしまっている。

【0016】

図７はボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）についての三次元形状の測定結果を示している。よく知られているように、ＣＰＵ（中央演算処理装置）などの端子としてＢＧＡが採用される。多数の半田ボール７０の高さは一定である必要があるため、光学式変位計１００により各半田ボール７０の高さが公差を満たしているどうかが判定される。しかし、図７が示すように、半田ボール７０に誤検出に伴う突起７１が発生することがある。実際の半田ボール７０には突起７１が存在していないにもかかわらず、測定結果には突起７１が生じてしまう。突起７１は死角区間の上方に発生する。

【0017】

＜誤検出された測定結果の削除方法＞
図８は正しく検出された測定値であることを判定する方法を説明する図である。ピーク検出に基づきワークＷの三次元形状の測定が終了すると、Ｙ方向における複数のサンプリング点（測定点）についての高さの測定結果が得られる。ここでは、あるサンプリング点Ｙｉについての高さの測定結果がＺａであった。そこで、座標（Ｙｉ，Ｚａ）に対してスリット光Ｌ１の投光軸と、理想的な反射光Ｌ２の軸とを延長してできる直角三角形の死角領域Ｄｅが考慮される。直角を挟む第一の辺Ｓｄ１と第二の辺Ｓｄ２とのうち第一の辺Ｓｄ１は、スリット光Ｌ１の投光軸を延長した方向に存在する線分である。第二の辺Ｓｄ２はＸＹ平面内の線分である。斜辺Ｈｙは、画像センサ１３の受光軸（反射光Ｌ２）を延長した方向に存在する線分である。第一の辺Ｓｄ１と斜辺Ｈｙとがなす角度はθである。第二の辺Ｓｄ２と斜辺Ｈｙとがなす角度は９０°－θである。直角三角形の頂点Ａｐは判定対象の注目測定点である。サンプリング点Ｙｉについての測定結果Ｚａが正しい測定値（真値）であれば、死角領域Ｄｅには他のサンプリング点の測定結果は存在しないはずである。図８が示す事例では死角領域Ｄｅの内部には測定結果が存在しないため、サンプリング点Ｙｉについての測定結果Ｚａが正しい測定値であることがわかる。

【0018】

図９は誤検出の測定値を削除する方法を説明する図である。ここでは、あるサンプリング点Ｙｊについての高さの測定結果がＺｃであった。そこで、座標（Ｙｊ，Ｚｃ）を頂点Ａｐとする直角三角形の死角領域Ｄｅを設定すると、死角領域Ｄｅの内部に、破線で示された測定結果が存在することがわかる。したがって、あるサンプリング点Ｙｊについての高さの測定結果Ｚｃは誤検出であることが分かる。なお、死角領域Ｄｅの設定方法は図８を用いて説明された通りである。

【0019】

図１０は誤検出された測定結果を削除した事例を示している。上述された誤った突起が消去されていることが分かる。図１１はＢＧＡについて誤検出された測定結果を削除した事例を示している。図１１と図７とを比較すると、図７で存在していた誤検出による突起７１が、図１１では消去されていることが分かる。

【0020】

＜内部機能＞
図１２は光学式変位計１００の内部機能を示している。ヘッド部１の通信部２１ａは、制御部２と通信するための通信回路である。駆動部２２は、通信部２１ａを介して受信される制御部２からの指示にしたがって駆動電流を光源６に流すことで光源６を点灯させる駆動回路である。センサ制御部２３は、通信部２１ａを介して受信される制御部２からの指示にしたがった所定の露光時間により画像センサ１３に撮像を実行させる制御回路である。なお、本実施形態では、センサ制御部２３は、通信部２１ａを介して受信される制御部２からの指示にしたがって所定のビニングを画像センサ１３に実行させる。

【0021】

制御部２の通信部２１ｂはヘッド部１と通信するための通信回路である。ＣＰＵ２５は記憶部３０に記憶されている制御プログラムを実行することでヘッド部１を制御し、ヘッド部１から出力される受光結果に基づきワークＷのプロファイルおよび三次元形状を測定する。ピーク検出部２６は、画像センサ１３が出力する受光結果に基づき輝度値のピークをもたらすＶ方向の位置（ピーク位置）を検出する。ピーク位置はワークＷの高さに対応している。つまり、ピーク検出部２６は、Ｘ方向における各位置ごとのワークＷの高さを演算により求める。プロファイル生成部２７は、ピーク検出部２６により求められたＸ方向における各位置（ｘｉ）ごとのワークＷの高さ（ｚｉ）をまとめることで、一つのプロファイルデータを生成する。つまり、一つのプロファイルデータは、複数の高さ（ｚｉ）の集合体である。プロファイル生成部２７は、Ｙ方向における異なる位置（ｙｊ）ごとにプロファイルデータを求め、求められた複数のプロファイルデータからワークＷの三次元形状を示すデータを生成する。三次元形状のデータは、（ｘｉ，ｙｊ，ｚｉｊ）と表記されてもよい。ｉとｊはインデックスである。このように、ワークＷの三次元形状のデータは、求められた複数のプロファイルデータの集合体である。

【0022】

設定部２８は、ワークＷの三次元形状のデータに含まれているＹ方向において並んだ複数の測定点のうちで注目測定点におけるワークＷの高さと、画像センサ１３の受光軸と、光源６の投光方向とに基づき、注目測定点についての死角領域Ｄｅを決定する。光学式変位計１００では、ＸＺ平面と平行な断面のプロファイルが一度に測定されるが、誤った測定結果を判定する際には、ＹＺ断面におけるプロファイルを構成する複数の測定結果が判定対象となる。ワークＷからの反射光Ｌ２を画像センサ１３の受光面に結像させる受光レンズ１２の光軸は、画像センサ１３の受光軸である。図８が示すように、死角領域Ｄｅは、注目測定点を一つの頂点Ａｐとする直角三角形である。直角三角形における直角を挟む第一の辺Ｓｄ１と第二の辺Ｓｄ２のうち第一の辺Ｓｄ１はＺ方向と平行であり、第二の辺Ｓｄ２はＹ方向と平行である。死角領域Ｄｅとなる直角三角形の斜辺Ｈｙは、受光レンズ１２の光軸と平行である。このように、死角領域Ｄｅは、三角測距の原理に基づく光源６の投光軸と画像センサ１３の受光軸とがなす角度θに応じてＹ－Ｚ断面に発生する高さの測定が不可能な領域である。

【0023】

判定部２９は、注目測定点の死角領域ＤｅにおいてプロファイルＰｒ（測定結果）が存在するかどうかに基づき、注目測定点の測定結果が誤っているかどうかを判定する。つまり、判定部２９は、注目測定点の死角領域ＤｅにおいてプロファイルＰｒ（測定結果）が存在するかどうかに基づき、ワークＷの三次元形状のデータを構成する複数のプロファイルのうちで三次元形状の一部を誤検出値として判定する。判定部２９は、注目測定点よりも前に測定される測定点におけるワークＷの高さが死角領域Ｄｅに属しているかどうかに基づき、注目測定点のプロファイルが誤ったプロファイル（誤検出値）かどうかを判定してもよい。判定部２９は、注目測定点よりも後に測定される測定点におけるワークＷの高さが死角領域Ｄｅに属しているかどうかに基づき、注目測定点のプロファイルが誤ったプロファイル（誤検出値）かどうかを判定してもよい。ここでは、＋Ｙ方向にワークＷが搬送され、＋Ｙ方向に光源６が存在し、－Ｙ方向に画像センサ１３が存在することが仮定されている。仮に、ワークＷが－Ｙ方向に搬送される場合、判定部２９は、注目測定点よりも後に測定される測定点におけるワークＷの高さが死角領域Ｄｅに属しているかどうかを判定する。

【0024】

削除部３１は、ワークＷの三次元形状のデータを構成する複数のプロファイルのうちで判定部２９により誤ったプロファイルと判定されたプロファイル（測定結果）を削除する。なお、プロファイルＰｒの全体が削除されてもよいし、プロファイルＰｒのうち、誤った測定結果が削除されてもよい。このようにプロファイルを削除するとは、一つのプロファイルデータを構成する複数の測定点の測定結果のうち、少なくとも誤った測定結果を削除することをいう。

【0025】

プロファイル生成部２７は、複数のプロファイルのうちで誤ったプロファイル（誤検出値）を除外してワークＷの三次元形状のデータを生成または修正する。

【0026】

＜受光レンズの開口数の考慮＞
図１３は受光レンズ１２の開口数を考慮した死角領域Ｄｅの設定方法を示している。図１３が示すように、受光レンズ１２には開口数に応じた取込角度γが存在する。ＭＳは受光レンズ１２の主面を示している。ここで、取込角度γは、受光レンズ１２の光軸と直線Ｌａとがなす角度である。受光レンズ１２の光軸と直線Ｌｂがなす角度も、取込角度γである。図１３によれば、頂点Ａｐを含む直角三角形としては、受光レンズ１２の光軸と平行な斜辺を有する死角領域Ｄｅ０と、直線Ｌａを斜辺とする死角領域Ｄｅａと、直線Ｌｂを斜辺とする死角領域Ｄｅｂとが図示されている。つまり、死角領域Ｄｅ０は第一の辺Ｓｄ１と、第二の辺Ｓｄ２０と、斜辺Ｈｙ０とにより構成されている。死角領域Ｄｅａは第一の辺Ｓｄ１と、第二の辺Ｓｄ２ａと、斜辺Ｈｙａとにより構成されている。死角領域Ｄｅｂは第一の辺Ｓｄ１と、第二の辺Ｓｄ２ｂと、斜辺Ｈｙｂとにより構成されている。頂点Ａｐにおける死角領域Ｄｅ０の頂角はθである。頂点Ａｐにおける死角領域Ｄｅｂの頂角はθ＋γである。頂点Ａｐにおける死角領域Ｄｅａの頂角はθ－γである。

【0027】

図１３が示すように、死角領域Ｄｅａの面積Ｓａが最も小さく、死角領域Ｄｅｂの面積Ｓｂが最も大きい。死角領域Ｄｅ０の面積Ｓ０は、面積Ｓａよりも大きく、かつ、面積Ｓｂよりも小さい。設定部２８は、死角領域Ｄｅｂから死角領域Ｄｅａまでの範囲内で死角領域Ｄｅを設定する。設定部２８は、操作部５から入力される設定角度δ（δは－γから＋γまでの範囲）に基づき、死角領域Ｄｅｂから死角領域Ｄｅａまでの範囲内で死角領域Ｄｅが設定されてもよい。設定角度δは受光レンズの光軸（反射光Ｌ２の中心軸）に対する角度である。つまり、設定角度δが－γに近づくほど死角領域Ｄｅの面積Ｓが大きくなる。設定角度δが＋γに近づくほど死角領域Ｄｅの面積Ｓが小さくなる。ユーザは、表示部３に表示されるワークＷの三次元形状を見ながら、設定角度δを調整してもよい。つまり、ＣＰＵ２５は、ユーザにより設定された設定角度δに応じて死角領域を設定し、注目測定点を頂点Ａｐとする直角三角形の死角領域Ｄｅを設定し、死角領域Ｄｅ内に他の測定点の測定結果が存在するかどうかを判定する。ＣＰＵ２５は、死角領域Ｄｅ内に他の測定点の測定結果が存在する場合、注目測定点の測定結果を削除または除外し、三次元形状のデータを修正する。設定角度δが変更されると、ＣＰＵ２５は、死角領域Ｄｅの設定から、三次元形状のデータの修正までの処理を再度実行する。

【0028】

＜フローチャート＞
図１４はＣＰＵ２５が制御プログラムにしたがって実行する三次元形状の測定方法を示している。制御プログラムは記憶部３０のＲＯＭ領域に記憶されている。

【0029】

Ｓ１４０１でＣＰＵ２５は操作部５を通じて死角領域Ｄｅの設定角度γを受け付けてもよい。Ｓ１４０１はオプションである。Ｓ１４０１が採用されない場合、設定角度γは０となる。

【0030】

Ｓ１４０２でＣＰＵ２５（ピーク検出部２６およびプロファイル生成部２７）はヘッド部１を制御し、ワークＷの三次元形状を測定する。上述されたように、ＣＰＵ２５は、ベルトコンベイヤ４によりワークＷをＹ方向に搬送しながら、画像センサ１３にワークＷの画像を取得させる。ピーク検出部２６は、画像からピーク位置を検出する。プロファイル生成部２７は、複数のピーク位置のデータの集合であるプロファイルデータを生成する。さらに、プロファイル生成部２７は、複数のプロファイルデータの集合である三次元形状のデータを生成する。三次元形状のデータは記憶部３０のＲＡＭ領域に格納され、ＣＰＵ２５に利用される。なお、この時点で表示部３に表示されるワークＷの三次元形状は、図７が示すように、誤った測定結果を含んでいることがある。三次元形状のデータは、たとえば、（ｘｉ、ｙｊ、ｚｉｊ）と表現されてもよい。ここで、ｚｉｊは、Ｘ方向における位置がｘｉであり、Ｙ方向における位置がｙｊである場合の高さを示している。ｉとｊはインデックスである。たとえば、Ｘ方向における測定点の数がＮ個である場合、ｉは１からＮまでの値をとる。Ｙ方向における測定点の数がＭ個である場合、ｊは１からＭまでの値をとる。

【0031】

Ｓ１４０３でＣＰＵ２５（設定部２８）は三次元形状のデータを構成する複数の測定点のうち注目測定点についての死角領域Ｄｅを決定する。ＣＰＵ２５は、（ｘｉ、ｙｊ、ｚｉｊ）のうちｉを１に設定し、かつ、ｊを１からＭまで一つずつ変化させることで、注目測定点の座標を順番に設定する。ｊを一つ増やすごとに、Ｓ１４０３ないしＳ１４０６が繰り返し実行される。次に、ＣＰＵ２５は、（ｘｉ、ｙｊ、ｚｉｊ）のうちｉを２に設定し、かつ、ｊを１からＭまで一つずつ変化させることで、注目測定点の座標を順番に設定する。最終的に、ＣＰＵ２５は、（ｘｉ、ｙｊ、ｚｉｊ）のうちｉをＮに設定し、かつ、ｊを１からＭまで一つずつ変化させることで、注目測定点の座標を順番に設定する。これにより、ＸＹ平面に並んだＮ×Ｍ個の測定点のそれぞれについて高さの測定値が正しいか誤っているかが判定される。上述されたように、設定部２８は、注目測定点の座標（ｘｉ、ｙｊ、ｚｉｊ）を頂点Ａｐとする死角領域Ｄｅを決定する。死角領域ＤｅはＹＺ平面と平行に設定される。

【0032】

Ｓ１４０４でＣＰＵ２５（判定部２９）は死角領域Ｄｅ内に他の測定点の座標（測定結果）が存在するかどうかを判定する。死角領域Ｄｅ内に他の測定点の座標（測定結果）が存在する場合、ＣＰＵ２５はＳ１４０５に進む。死角領域Ｄｅ内に他の測定点の座標（測定結果）が存在しない場合、ＣＰＵ２５はＳ１４０５をスキップしてＳ１４０６に進む。

【0033】

Ｓ１４０５でＣＰＵ２５（削除部３１）は注目測定点の測定結果を誤った測定結果であると判定し、注目測定点の測定結果を除外する。

【0034】

Ｓ１４０６でＣＰＵ２５は三次元形状のデータを構成するすべての測定点を注目測定点として、死角領域についての判定が完了したかどうかを判定する。すべての測定点について判定が完了していなければ、ＣＰＵ２５は、Ｓ１４０３に進む。ＣＰＵ２５は次の注目測定点についてＳ１４０３ないしＳ１４０６を実行する。すべての測定点について判定が完了すると、ＣＰＵ２５は、Ｓ１４０７に進む。

【0035】

Ｓ１４０７でＣＰＵ２５（プロファイル生成部２７および削除部３１）は三次元形状のデータを修正する。削除部３１は、三次元形状のデータから除外された測定結果を削除し、三次元形状のデータを再構成する。たとえば、三次元形状のデータが測定結果と、隣り合った測定点の測定結果から補間演算により求められた三次元形状の座標データとを含む場合がある。この場合、プロファイル生成部２７は、誤った測定結果を削除した残りの三次元形状のデータに対して補間演算を実行することで、修正された三次元形状のデータを生成してもよい。あるいは、削除部３１が、三次元形状のデータから除外された測定結果を削除するだけでもよい。

【0036】

Ｓ１４０８でＣＰＵ２５は三次元形状のデータを表示部３に表示する。図１１が示すように、誤った測定結果が削除された、ワークＷの三次元形状が表示部３に表示される。

【0037】

＜まとめ＞
［観点１］
図１が示すように、光学式変位計１００は、Ｙ方向に搬送される測定対象物のＸ－Ｚ断面のプロファイルを三角測距の原理に基づき測定する光切断方式の光学式変位計の一例である。光源６はＸ方向に幅を有するスリット光Ｌ１を測定対象物（ワークＷ）に照射する光源として機能する。また、光源６はＸ方向に幅を有するスリット光を測定対象物に照射する光源の一例である。また、光源６は、Ｘ方向に幅を有するスリット光またはスポット光をＸ方向に走査して前記測定対象物に照射する投光部として機能してもよい。画像センサ１３は、測定対象物からの反射光Ｌ２を受光する画像センサであって、Ｘ方向に対応するＵ方向とＺ方向に対応するＶ方向とに二次元配列された複数の画素を有し、複数の画素による反射光の受光量を出力する画像センサの一例である。ピーク検出部２６はＵ方向に並んだ複数の画素列のそれぞれについて受光量のピークとなるＶ方向における画素の位置をピーク位置として検出する検出手段として機能する。プロファイル生成部２７は、Ｕ方向における複数の画素列のそれぞれの位置と、Ｖ方向におけるピーク位置とからＸ－Ｚ断面について複数のプロファイルを生成し、Ｙ方向における異なる位置で複数取得し、取得された複数のプロファイルに基づき測定対象物の三次元形状を測定する測定手段として機能する。判定部２９は、三角測距の原理に基づく光源６の投光軸と画像センサ１３の受光軸とがなす角度θに応じてＹ－Ｚ断面に発生する高さの測定が不可能な死角領域Ｄｅにおいてプロファイルが存在するかどうかに基づき、測定手段により生成された三次元形状の一部を誤検出値として判定する判定手段として機能する。このように、本実施例によれば、死角領域Ｄｅという概念が導入されるため、光切断方式の光学式変位計１００において、三角測距の原理に基づく誤ったプロファイル（測定結果）が判定可能となる。

【0038】

［観点２］
削除部３１は、判定手段により誤検出値と判定された測定結果（プロファイルの一部分）を削除する削除手段として機能する。プロファイル生成部２７は、三次元形状のうち誤検出値を除外して測定対象物の三次元形状を測定（取得）してもよい。これにより、より正確なワークＷの三次元形状が得られるようになろう。つまり、ワークＷの測定精度が向上するであろう。

【0039】

［観点３］
受光レンズ１２は、測定対象物からの反射光Ｌ２を画像センサ１３の受光面に結像させる受光レンズとして機能する。設定部２８は、Ｙ方向において並んだ複数の測定点のうちで注目測定点における測定対象物の高さと、受光レンズ１２の受光軸と、光源の投光方向とに基づき、注目測定点についての死角領域Ｄｅを決定する死角領域決定手段として機能する。判定部２９は、注目測定点の前後に測定される測定点における測定対象物の高さが死角領域Ｄｅに属しているかどうかに基づき、誤検出値を判定してもよい。

【0040】

［観点４］
画像センサ１３の法線方向は受光レンズ１２の光軸に一致していてもよい。図８、図９および図１３が示すように、死角領域Ｄｅは、注目測定点を一つの頂点Ａｐとする直角三角形であってもよい。直角三角形における直角を挟む第一の辺と第二の辺のうち第一の辺はＺ方向と平行である。第二の辺はＹ方向と平行である。直角三角形の斜辺は、受光レンズ１２の光軸と平行であってもよい。図８などでは、直角三角形の斜辺は、受光レンズ１２の光軸を延長して得られる直線の線分である。

【0041】

［観点５］
図１３が示すように、直角三角形の斜辺は、受光レンズ１２の開口数によって定まる頂角を有し、かつ、注目測定点を頂点とする二等辺三角形の二つの等辺の間に位置していてもよい。図１３によれば、受光レンズ１２の主面ＭＳを表す直線と、直線Ｌａと、直線Ｌｂとによって二等辺三角形が形成されている。二等辺三角形の頂角の角度は２γである。また、二つの等辺は、直線Ｌａの線分と、直線Ｌｂの線分に相当する。設定角度δを－γから＋γとの間で調整することで、直角三角形の斜辺が調整される。つまり、死角領域Ｄｅが調整される。これにより、正しい測定結果を残しつつ、不要な測定結果が除外されるように、ユーザは死角領域Ｄｅを調整できるようになろう。

【0042】

発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】