JP2985635B2 - 表面形状３次元計測方法 - Google Patents
表面形状３次元計測方法Info
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非接触で計測対象物体
の表面形状を求める表面形状３次元計測方法に関する。
の表面形状を求める表面形状３次元計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、機械部品や接点等の電気部品の表
面を非接触で高精度に計測する方法として、三角測量の
原理を応用した光触針を計測ヘッドとし、ＸＹテーブル
の上に計測対象物体を設置して、このＸＹテーブルを駆
動することにより表面形状を計測するものや、走査型電
子顕微鏡を用いて電子ビームを計測対象物体面にあて、
反射したビームを複数のセンサーで捕らえて演算により
形状に直す方法がある。
面を非接触で高精度に計測する方法として、三角測量の
原理を応用した光触針を計測ヘッドとし、ＸＹテーブル
の上に計測対象物体を設置して、このＸＹテーブルを駆
動することにより表面形状を計測するものや、走査型電
子顕微鏡を用いて電子ビームを計測対象物体面にあて、
反射したビームを複数のセンサーで捕らえて演算により
形状に直す方法がある。
【０００３】また、特開平４−２７８４０６に示すよう
に、計測対象物体面に対し斜め方向より照明の照度分布
が正弦状態の格子を投影し、物体面にできた縞画像の明
度を格子の投影方向とは別の角度から計測して演算する
ことにより、物体の３次元の表面形状を求める縞走査法
がある。
に、計測対象物体面に対し斜め方向より照明の照度分布
が正弦状態の格子を投影し、物体面にできた縞画像の明
度を格子の投影方向とは別の角度から計測して演算する
ことにより、物体の３次元の表面形状を求める縞走査法
がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述した表面形状３次
元計測方法は、次のような問題がある。
元計測方法は、次のような問題がある。
【０００５】三角測量の原理を応用したものは、ＸＹテ
ーブルのスキャニングに時間を要するため実用にならな
い場合があり、走査型電子顕微鏡を用いたものは、計測
対象物体の前処理として蒸着が必要なため、厳密には非
接触とは言えず、計測対象物体が使用できなくなること
がある。
ーブルのスキャニングに時間を要するため実用にならな
い場合があり、走査型電子顕微鏡を用いたものは、計測
対象物体の前処理として蒸着が必要なため、厳密には非
接触とは言えず、計測対象物体が使用できなくなること
がある。
【０００６】また、縞走査法は、通常画像入力に使用す
るＣＣＤカメラの濃淡分解能は８ビット、つまり２５６
階調であり、ノイズの影響などにより階調は1/3 程度に
まで低下するため、表面形状データの信頼性が低下し、
影響が大きい場合は凹凸判断を間違える場合がある。さ
らに、同じく階調の影響により、位相計算を実行する場
合の位相飛び現象のため、特に傾斜部での誤差が大きく
なり、傾斜部での形状判断を間違えることがある。この
ような問題を解消するために、格子を取り除いて、濃淡
画像を別に入力することも考えられるが、格子を取り除
くためには物理的な移動作業を必要とし、手間と時間が
必要である。
るＣＣＤカメラの濃淡分解能は８ビット、つまり２５６
階調であり、ノイズの影響などにより階調は1/3 程度に
まで低下するため、表面形状データの信頼性が低下し、
影響が大きい場合は凹凸判断を間違える場合がある。さ
らに、同じく階調の影響により、位相計算を実行する場
合の位相飛び現象のため、特に傾斜部での誤差が大きく
なり、傾斜部での形状判断を間違えることがある。この
ような問題を解消するために、格子を取り除いて、濃淡
画像を別に入力することも考えられるが、格子を取り除
くためには物理的な移動作業を必要とし、手間と時間が
必要である。
【０００７】本発明は、かかる事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、形状判断の誤差が生じに
くい表面形状３次元計測方法を提供するにある。
で、その目的とするところは、形状判断の誤差が生じに
くい表面形状３次元計測方法を提供するにある。
【０００８】かかる課題を解決するために、請求項１記
載の表面形状３次元計測方法は、計測対象物体面に対し
てある方向から投影した格子を別の角度から観察する変
形格子投影法により４種類の縞画像を得、該縞画像から
縞走査法により形状データを求め、又、前記計測対象物
体の任意の位置での各縞画像の画素の光強度Ｉ１，Ｉ
２，Ｉ３，Ｉ４から、（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）／４
で表される濃淡値を求め、その濃淡値を前記計測対象物
体の表面全体にわたってつなぎ合わせて画像データを求
め、形状データと画像データとを演算処理することによ
り計測対象物体の表面形状を求める方法としている。
載の表面形状３次元計測方法は、計測対象物体面に対し
てある方向から投影した格子を別の角度から観察する変
形格子投影法により４種類の縞画像を得、該縞画像から
縞走査法により形状データを求め、又、前記計測対象物
体の任意の位置での各縞画像の画素の光強度Ｉ１，Ｉ
２，Ｉ３，Ｉ４から、（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）／４
で表される濃淡値を求め、その濃淡値を前記計測対象物
体の表面全体にわたってつなぎ合わせて画像データを求
め、形状データと画像データとを演算処理することによ
り計測対象物体の表面形状を求める方法としている。
【０００９】
【作用】請求項１記載の方法によれば、変形格子投影法
により得られた縞画像により、計測対象物体面の形状デ
ータと画像データが同時に得られ、それらを演算処理す
ることができる。
により得られた縞画像により、計測対象物体面の形状デ
ータと画像データが同時に得られ、それらを演算処理す
ることができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１及び図２に基
づいて説明する。図１は本発明のシステム構成図であ
り、表面形状３次元計測方法は、センサー部A と制御部
B を主要構成部材として計測対象物体の表面形状を計測
する。
づいて説明する。図１は本発明のシステム構成図であ
り、表面形状３次元計測方法は、センサー部A と制御部
B を主要構成部材として計測対象物体の表面形状を計測
する。
【００１１】1 は光源であり、ランプ1a、レンズ1b、反
射板1cを有して光を放出するものである。光は後述する
格子、投影レンズを通って、計測対象物体の法線に対し
て一定角度をもって当てられる。
射板1cを有して光を放出するものである。光は後述する
格子、投影レンズを通って、計測対象物体の法線に対し
て一定角度をもって当てられる。
【００１２】2 は格子であり、一定間隔のピッチからな
る隙間を光が通過するよう構成されている。なお、この
格子は、光が通過する所としない所の２パターンだけで
なく、徐々に光の通過量が変化するような、例えば正弦
波形状の濃淡画像の液晶パターンで構成してもよい。
る隙間を光が通過するよう構成されている。なお、この
格子は、光が通過する所としない所の２パターンだけで
なく、徐々に光の通過量が変化するような、例えば正弦
波形状の濃淡画像の液晶パターンで構成してもよい。
【００１３】3 は投影レンズであり、格子2 を通過した
光を計測対象物体4 の表面に投影し、縞画像を形成する
ものである。投影レンズ3 の光軸は格子2 に対して垂直
になっており、計測対象物体4 の法線に対して一定角度
を有している。5 は計測台である。
光を計測対象物体4 の表面に投影し、縞画像を形成する
ものである。投影レンズ3 の光軸は格子2 に対して垂直
になっており、計測対象物体4 の法線に対して一定角度
を有している。5 は計測台である。
【００１４】6 は撮影レンズであり、計測対象物体4 の
表面の縞画像を撮影するものであって、計測対象物体4
の真上に設けられている。撮影レンズ6 で撮影した縞画
像は、ＣＣＤカメラ7 に入力される。以上がセンサー部
の構造である。
表面の縞画像を撮影するものであって、計測対象物体4
の真上に設けられている。撮影レンズ6 で撮影した縞画
像は、ＣＣＤカメラ7 に入力される。以上がセンサー部
の構造である。
【００１５】制御部では、ＣＣＤカメラ7 に入力された
縞画像を、カメラコントローラ8 、画像入力ボード9 を
介してコンピュータ10に入力する。
縞画像を、カメラコントローラ8 、画像入力ボード9 を
介してコンピュータ10に入力する。
【００１６】11はテーブルコントローラであり、格子2
の位置をピッチ方向に移動させるものであり、コンピュ
ータ10に接続されている。
の位置をピッチ方向に移動させるものであり、コンピュ
ータ10に接続されている。
【００１７】次に、以上の構成を用いた表面形状３次元
計測方法について説明する。光源1を点灯することで、
格子2 、投影レンズ3 を通過した光は、計測対象物体4
の表面に投影レンズ3 から見て等間隔のピッチの格子か
らなる縞画像を形成する。それを別の角度に設けた撮影
レンズ6 で観察することにより、表面の凹凸に応じた変
形格子からなる縞画像を撮影することができる。その縞
画像の画素データを、ＣＣＤカメラ7 、カメラコントロ
ーラ8 、画像入力ボード9 を経て、コンピュータ10に入
力したあとで、テーブルコントローラ11により格子2 を
格子の１／４ピッチだけピッチ方向に移動させる。そし
て上記と同様に縞画像を撮影する。これを４回繰り返
し、４種類の縞画像（縞画像１、縞画像２、縞画像３、
縞画像４）を画素データとしてコンピュータ10に入力す
る。
計測方法について説明する。光源1を点灯することで、
格子2 、投影レンズ3 を通過した光は、計測対象物体4
の表面に投影レンズ3 から見て等間隔のピッチの格子か
らなる縞画像を形成する。それを別の角度に設けた撮影
レンズ6 で観察することにより、表面の凹凸に応じた変
形格子からなる縞画像を撮影することができる。その縞
画像の画素データを、ＣＣＤカメラ7 、カメラコントロ
ーラ8 、画像入力ボード9 を経て、コンピュータ10に入
力したあとで、テーブルコントローラ11により格子2 を
格子の１／４ピッチだけピッチ方向に移動させる。そし
て上記と同様に縞画像を撮影する。これを４回繰り返
し、４種類の縞画像（縞画像１、縞画像２、縞画像３、
縞画像４）を画素データとしてコンピュータ10に入力す
る。
【００１８】計測対象物体の任意の位置での各縞画像の
画素の光強度をＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４とすると、任意
の位置の位相φは、次の式で求められる。
画素の光強度をＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４とすると、任意
の位置の位相φは、次の式で求められる。
【００１９】 φ＝ｔａｎ-1（（Ｉ２−Ｉ４）／（Ｉ１−Ｉ３）） このデータを計測対象物体の表面全体にわたってつなぎ
合わせることで、全体の形状データが得られる。なお、
以上のような演算をすることを縞走査法と呼ぶ。また、
４画面利用の縞走査法について説明したが、特に４画面
に限定されるものではなく、３画面以上で利用すること
が可能である。
合わせることで、全体の形状データが得られる。なお、
以上のような演算をすることを縞走査法と呼ぶ。また、
４画面利用の縞走査法について説明したが、特に４画面
に限定されるものではなく、３画面以上で利用すること
が可能である。
【００２０】次に、計測対象物体の任意の位置の濃淡値
ｇは、次の式で求められる。 ｇ＝（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）／４ このデータを計測対象物体の表面全体にわたってつなぎ
合わせることで、濃淡で表せられる全体の画像データが
得られる。従って、新規に濃淡画像を入力する必要はな
い。
ｇは、次の式で求められる。 ｇ＝（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）／４ このデータを計測対象物体の表面全体にわたってつなぎ
合わせることで、濃淡で表せられる全体の画像データが
得られる。従って、新規に濃淡画像を入力する必要はな
い。
【００２１】以上により求められた形状データ、画像デ
ータより、両者を合わせて演算することにより正確な３
次元の表面形状が求められ、また、図２に示すように各
しきい値を用いて形状データ、画像データを判定するこ
とにより、表面のキズ、付着などの欠陥が簡単に求める
ことができる。
ータより、両者を合わせて演算することにより正確な３
次元の表面形状が求められ、また、図２に示すように各
しきい値を用いて形状データ、画像データを判定するこ
とにより、表面のキズ、付着などの欠陥が簡単に求める
ことができる。
【００２２】次に、本発明の変形例を図３及び図４に示
す。図３は第１変形例であり、光源1 、格子2 、投影レ
ンズ3 からなる投影系を計測対象物体4 の真上に設け、
撮影レンズ6 、ＣＣＤカメラ7 からなる撮影系を計測対
象物体4 の法線に対して一定の角度を有するようにした
ものである。また、図４は第２変形例であり、投影系、
撮影系とも計測対象物体4 の法線に対して一定の角度を
有するようにしたものである。図４の場合は、図１及び
図３と比較して撮影する格子のピッチが拡大される。
す。図３は第１変形例であり、光源1 、格子2 、投影レ
ンズ3 からなる投影系を計測対象物体4 の真上に設け、
撮影レンズ6 、ＣＣＤカメラ7 からなる撮影系を計測対
象物体4 の法線に対して一定の角度を有するようにした
ものである。また、図４は第２変形例であり、投影系、
撮影系とも計測対象物体4 の法線に対して一定の角度を
有するようにしたものである。図４の場合は、図１及び
図３と比較して撮影する格子のピッチが拡大される。
【００２３】
【発明の効果】請求項１記載の表面形状３次元計測方法
は、変形格子投影法により得られた縞画像により、計測
対象物体面の形状データと画像データが同時に得られ、
それらを演算処理することができるので、短時間で、正
確な計測対象物体面の形状判断ができる。
は、変形格子投影法により得られた縞画像により、計測
対象物体面の形状データと画像データが同時に得られ、
それらを演算処理することができるので、短時間で、正
確な計測対象物体面の形状判断ができる。
【図１】本発明の一実施例を示すシステム構成図であ
る。
る。
【図２】その処理アルゴリズムである。
【図３】その第１変形例を示すシステム構成図である。
【図４】その第２変形例を示すシステム構成図である。
1 光源 2 格子 3 投影レンズ 4 計測対象物体 5 計測台 6 撮影レンズ 7 ＣＣＤカメラ 8 カメラコントロール 9 画像入力ボード 10 コンピュータ 11 テーブルコントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G06T 7/00 - 9/20
Claims (1)
- 【請求項１】 計測対象物体面に対してある方向から投
影した格子を別の角度から観察する変形格子投影法によ
り４種類の縞画像を得、該縞画像から縞走査法により形
状データを求め、又、前記計測対象物体の任意の位置で
の各縞画像の画素の光強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４か
ら、（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）／４で表される濃淡値
を求め、その濃淡値を前記計測対象物体の表面全体にわ
たってつなぎ合わせて画像データを求め、形状データと
画像データとを演算処理することにより計測対象物体の
表面形状を求めることを特徴とする表面形状３次元計測
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6004596A JP2985635B2 (ja) | 1994-01-20 | 1994-01-20 | 表面形状３次元計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6004596A JP2985635B2 (ja) | 1994-01-20 | 1994-01-20 | 表面形状３次元計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07208950A JPH07208950A (ja) | 1995-08-11 |
| JP2985635B2 true JP2985635B2 (ja) | 1999-12-06 |
Family
ID=11588431
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6004596A Expired - Lifetime JP2985635B2 (ja) | 1994-01-20 | 1994-01-20 | 表面形状３次元計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2985635B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7522289B2 (en) * | 2004-10-13 | 2009-04-21 | Solvision, Inc. | System and method for height profile measurement of reflecting objects |
| JP5258491B2 (ja) * | 2008-10-02 | 2013-08-07 | 黒崎播磨株式会社 | プレートれんが交換判定装置及びプレートれんが交換判定方法 |
-
1994
- 1994-01-20 JP JP6004596A patent/JP2985635B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 小松原良平、他１名、「縞走査を導入した格子パターン投影法」、精密工学会誌、社団法人精密工学会、平成元年１０月５日、第５５巻、第１０号（通巻６５８号）、ｐ．１８１７−１８２２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07208950A (ja) | 1995-08-11 |
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