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JP7587461B2 - 3D shape measuring device - Google Patents
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JP7587461B2 - 3D shape measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、測定対象物の三次元形状を光学的に測定する三次元形状測定装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device that optically measures the three-dimensional shape of a measurement object.

測定対象物の三次元形状を測定するために三次元形状測定装置が用いられる。三次元形状測定装置の一例として、特許文献1の形状測定装置においては、ステージに載置された測定対象物に対して斜め上方の位置から複数のパターンを有する複数の測定光が投光部から測定対象物に順次照射される。各測定光の照射時には、ステージの上方に配置された受光部により測定対象物が撮像される。それにより、測定光のパターンが投影された複数の画像が取得される。取得された複数の画像に基づいて、三角測距方式により測定対象物の三次元形状を示すデータが生成される。 Three-dimensional shape measuring devices are used to measure the three-dimensional shape of a measurement object. In the shape measuring device of Patent Document 1, as an example of a three-dimensional shape measuring device, a measurement object placed on a stage is sequentially irradiated with multiple measurement light beams having multiple patterns from a light projecting unit from a position diagonally above the measurement object. When each measurement light beam is irradiated, the measurement object is imaged by a light receiving unit arranged above the stage. This results in the acquisition of multiple images onto which the measurement light patterns are projected. Based on the multiple acquired images, data indicating the three-dimensional shape of the measurement object is generated by a triangulation method.

ここで、上記のステージは、測定対象物が載置される載置面が、当該載置面に平行なX方向およびY方向に移動可能でかつ載置面に直交する軸の周りで回転可能となるように構成されている。それにより、使用者は、測定対象物がステージに載置された状態で、載置面を移動または回転させることにより測定対象物の所望の部分の形状を測定することができる。 The stage is configured so that the mounting surface on which the object to be measured is placed can move in the X and Y directions parallel to the mounting surface and can rotate around an axis perpendicular to the mounting surface. This allows the user to measure the shape of a desired part of the object to be measured by moving or rotating the mounting surface while the object to be measured is placed on the stage.

特開2014-055814号公報JP 2014-055814 A

三角測距方式による形状測定方法では、測定対象物の表面の死角部分、すなわち測定対象物の表面のうち測定光を照射できない部分、および測定対象物の表面のうち撮像することができない部分については、形状を測定することができない。 In shape measurement methods using triangulation, it is not possible to measure the shape of blind spots on the surface of the object being measured, i.e., parts of the surface of the object being measured that cannot be irradiated with measurement light and parts of the surface of the object being measured that cannot be imaged.

上記の形状測定装置においては、ステージ上の測定対象物は、投光部および受光部の下方に位置する。そのため、測定対象物のうち下方を向く部分は死角となる。したがって、ステージ上の測定対象物を移動または回転させても、測定対象物の表面のうち特定の部分については、死角から外すことができない。この場合、測定対象物の形状を測定可能な部分が制限される。 In the shape measuring device described above, the object to be measured on the stage is located below the light projecting unit and the light receiving unit. Therefore, the portion of the object to be measured that faces downward is in a blind spot. Therefore, even if the object to be measured on the stage is moved or rotated, certain parts of the surface of the object to be measured cannot be removed from the blind spot. In this case, the parts of the object to be measured that can be used to measure its shape are limited.

そこで、上記の形状測定装置に、ステージ上の測定対象物の位置または姿勢を調整するための調整装置を設けることが考えられる。しかしながら、測定対象物の位置または姿勢を調整することにより平面視における測定対象物のサイズに変動が生じると、使用者は、測定対象物の位置または姿勢を調整するごとに受光部により撮像すべき領域を設定する必要がある。このような設定作業は煩雑である。 It is therefore conceivable to provide the above-mentioned shape measuring device with an adjustment device for adjusting the position or orientation of the measurement object on the stage. However, if adjusting the position or orientation of the measurement object causes a change in the size of the measurement object in a planar view, the user must set the area to be imaged by the light receiving unit each time the position or orientation of the measurement object is adjusted. This type of setting work is cumbersome.

本発明の目的は、煩雑な設定作業を要することなく測定対象物の表面における広い範囲に渡って形状を測定することが可能な三次元形状測定装置を提供することである。 The object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring device that can measure the shape over a wide range on the surface of an object to be measured without requiring complicated setup work.

(1)本発明に係る三次元形状測定装置は、測定対象物の三次元形状を示す三次元形状データを生成する三次元形状測定装置であって、測定対象物を保持する保持部と保持部をX軸方向に延びる回転軸の周りに、第一の回転角度と第二の回転角度に回転させる回転駆動部とを含む回転ユニットと、X軸と直交するZ軸方向に延びる光軸を有し、保持部により保持された測定対象物を撮像して測定対象物の画像を示す三次元形状データ生成用の画像データを生成するための撮像部と、X軸およびZ軸と直交するY軸方向において、撮像部の撮像視野が順次移動するように回転ユニットを撮像部に対して相対的に移動させる並進駆動部と、第一の回転角度に測定対象物を回転させた状態で撮像部から見たY軸方向に延びる測定対象物の幅に基づいて、当該Y軸方向に並ぶ複数の第一測定領域を設定し、第二の回転角度に測定対象物を回転させた状態で撮像部から見たY軸方向に延びる測定対象物の幅に基づいて、当該Y軸方向に並ぶ複数の第二測定領域を設定する設定部と、第一の回転角度に測定対象物を回転させて、撮像部の撮像視野を複数の第一測定領域に順次移動させて測定対象物の撮像を行い、続いて、第二の回転角度に測定対象物を回転させて、撮像部の撮像視野を複数の第二測定領域に順次移動させて測定対象物の撮像を行うように、並進駆動部、回転駆動部、および撮像部を制御する制御部とを備える。 (1) A three-dimensional shape measuring device according to the present invention is a three-dimensional shape measuring device that generates three-dimensional shape data indicating the three-dimensional shape of a measurement object, and includes a rotation unit including a holding section that holds the measurement object and a rotation drive section that rotates the holding section to a first rotation angle and a second rotation angle around a rotation axis extending in the X-axis direction, an imaging section that has an optical axis extending in the Z-axis direction perpendicular to the X-axis and captures an image of the measurement object held by the holding section to generate image data for generating three-dimensional shape data indicating an image of the measurement object, a translation drive section that moves the rotation unit relative to the imaging section in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis and Z-axis so that the imaging field of view of the imaging section moves sequentially, and a rotation drive section that rotates the measurement object at the first rotation angle. The device includes a setting unit that sets a plurality of first measurement regions aligned in the Y-axis direction based on the width of the measurement object extending in the Y-axis direction as seen from the imaging unit when the object is rotated, and sets a plurality of second measurement regions aligned in the Y-axis direction based on the width of the measurement object extending in the Y-axis direction as seen from the imaging unit when the measurement object is rotated to a second rotation angle; and a control unit that controls the translation drive unit, the rotation drive unit, and the imaging unit to rotate the measurement object to the first rotation angle, sequentially move the imaging field of the imaging unit to the plurality of first measurement regions to image the measurement object, and subsequently rotate the measurement object to the second rotation angle, sequentially move the imaging field of the imaging unit to the plurality of second measurement regions to image the measurement object.

その三次元形状測定装置においては、第一の回転角度に測定対象物を回転させた状態で撮像部から見たY軸方向に延びる測定対象物の幅に基づいて、Y軸方向に並ぶ複数の第一測定領域が設定される。また、第二の回転角度に測定対象物を回転させた状態で撮像部から見たY軸方向に延びる測定対象物の幅に基づいて、Y軸方向に並ぶ複数の第二測定領域が設定される。この場合、使用者は、第一の回転角度および第二の回転角度の各々について測定対象物の形状に応じた煩雑な設定作業を行う必要がない。その後、測定対象物が第一の回転角度にある状態で、撮像部の撮像視野が複数の第一測定領域に順次移動され、測定対象物の撮像が行われる。また、測定対象物が第二の回転角度にある状態で、撮像部の撮像視野が複数の第二測定領域に順次移動され、測定対象物の撮像が行われる。このようにして生成される複数の画像データに基づいて、第一の回転角度に対応する三次元形状データ、および第二の回転角度に対応する三次元形状データを生成することができる。これらの結果、煩雑な設定作業を要することなく測定対象物の表面における広い範囲に渡って形状を測定することが可能になる。 In the three-dimensional shape measuring device, a plurality of first measurement areas arranged in the Y-axis direction are set based on the width of the measurement object extending in the Y-axis direction as seen from the imaging unit when the measurement object is rotated to the first rotation angle. Also, a plurality of second measurement areas arranged in the Y-axis direction are set based on the width of the measurement object extending in the Y-axis direction as seen from the imaging unit when the measurement object is rotated to the second rotation angle. In this case, the user does not need to perform a cumbersome setting operation according to the shape of the measurement object for each of the first rotation angle and the second rotation angle. Thereafter, with the measurement object at the first rotation angle, the imaging field of the imaging unit is moved sequentially to the plurality of first measurement areas, and the measurement object is imaged. Also, with the measurement object at the second rotation angle, the imaging field of the imaging unit is moved sequentially to the plurality of second measurement areas, and the measurement object is imaged. Based on the plurality of image data generated in this way, three-dimensional shape data corresponding to the first rotation angle and three-dimensional shape data corresponding to the second rotation angle can be generated. As a result, it becomes possible to measure the shape over a wide range on the surface of the measurement object without the need for a cumbersome setting operation.

(2)三次元形状測定装置は、設定部が設定した、第一の回転角度と複数の第一測定領域とを関連付けた設定、および第二の回転角度と複数の第二測定領域を関連付けた設定を記憶する記憶部をさらに備え、制御部は、記憶部に記憶された設定に基づいて、並進駆動部、回転駆動部、および撮像部を制御してもよい。 (2) The three-dimensional shape measuring device may further include a memory unit that stores a setting that associates a first rotation angle with a plurality of first measurement regions and a setting that associates a second rotation angle with a plurality of second measurement regions, both set by the setting unit, and the control unit may control the translation drive unit, the rotation drive unit, and the imaging unit based on the settings stored in the memory unit.

この場合、記憶部に記憶された設定に基づいて、第一の回転角度にある測定対象物の一部が適切に撮像され、第二の回転角度にある測定対象物の一部が適切に撮像される。 In this case, based on the settings stored in the memory unit, a portion of the object to be measured at the first rotation angle is appropriately imaged, and a portion of the object to be measured at the second rotation angle is appropriately imaged.

(3)三次元形状測定装置は、第一の回転角度および第二の回転角度のそれぞれにおいてY軸方向における測定対象物の存在領域を検出する検出部をさらに備え、設定部は、検出部が検出した存在領域の幅に基づいて、当該存在領域の全体を撮像するために必要なY軸方向に並ぶ第一測定領域の数と第二測定領域の数とを自動的に設定してもよい。 (3) The three-dimensional shape measuring device may further include a detection unit that detects the presence area of the measurement object in the Y-axis direction at each of the first rotation angle and the second rotation angle, and the setting unit may automatically set the number of first measurement areas and the number of second measurement areas aligned in the Y-axis direction that are necessary to image the entire presence area based on the width of the presence area detected by the detection unit.

この場合、使用者による設定作業を要することなく、検出部による検出結果に基づいて、第一の回転角度に対応する複数の第一測定領域、および第二の回転角度に対応する複数の第二測定領域が適切に設定される。 In this case, multiple first measurement areas corresponding to the first rotation angle and multiple second measurement areas corresponding to the second rotation angle are appropriately set based on the detection result by the detection unit, without requiring any setting work by the user.

(4)三次元形状測定装置は、検出部により検出された測定対象物の存在領域に基づいて設定された複数の第一測定領域と複数の第二測定領域とを調整するための設定画面を表示する表示部をさらに備え、設定部は、使用者からの指示を受け付けて、設定画面上でY軸方向に延びる第一測定領域と第二測定領域の数を拡張または縮小可能に構成されてもよい。この場合、使用者は、測定対象物の所望の部分について形状測定を行うことができる。 (4) The three-dimensional shape measuring device may further include a display unit that displays a setting screen for adjusting the multiple first measurement areas and multiple second measurement areas that are set based on the area of the object to be measured detected by the detection unit, and the setting unit may be configured to be able to expand or reduce the number of first measurement areas and second measurement areas extending in the Y-axis direction on the setting screen in response to an instruction from the user. In this case, the user can perform shape measurement on a desired part of the object to be measured.

(5)制御部は、第一の回転角度および第二の回転角度のそれぞれにおいて、測定対象物を撮像部に対してX軸方向およびY軸方向に相対的に移動して複数回撮像して測定対象物の全体が撮像されたマップ画像を生成するように、撮像部、並進駆動部および回転駆動部を制御し、表示部は、設定画面上にマップ画像を表示するとともに、設定部により設定された複数の第一測定領域と複数の第二測定領域とを、マップ画像上に重畳して表示し、三次元形状測定装置は、複数の第一測定領域および複数の第二測定領域にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを生成するとともに、生成された複数の三次元形状データを合成し、測定対象物全体の三次元形状データを生成するデータ生成部とをさらに備えてもよい。 (5) The control unit controls the imaging unit, the translation drive unit, and the rotation drive unit so as to move the measurement object relative to the imaging unit in the X-axis direction and the Y-axis direction and capture the image multiple times at each of the first and second rotation angles to generate a map image in which the entire measurement object is captured; the display unit displays the map image on the setting screen and displays the multiple first measurement areas and the multiple second measurement areas set by the setting unit superimposed on the map image; and the three-dimensional shape measuring device may further include a data generation unit that generates multiple three-dimensional shape data corresponding to the multiple first measurement areas and the multiple second measurement areas, respectively, and combines the generated multiple three-dimensional shape data to generate three-dimensional shape data for the entire measurement object.

この場合、使用者は、第一の回転角度に対応するマップ画像を視認することにより、第一の回転角度にある測定対象物と複数の第一測定領域との位置関係を容易に把握することができる。また、使用者は、第二の回転角度に対応するマップ画像を視認することにより、第二の回転角度にある測定対象物と複数の第二測定領域との位置関係を容易に把握することができる。 In this case, the user can easily grasp the positional relationship between the measurement object at the first rotation angle and the multiple first measurement areas by visually viewing the map image corresponding to the first rotation angle. Also, the user can easily grasp the positional relationship between the measurement object at the second rotation angle and the multiple second measurement areas by visually viewing the map image corresponding to the second rotation angle.

さらに、上記の構成によれば、複数の第一測定領域および複数の第二測定領域にそれぞれ対応する複数の三次元形状データが生成されて合成されるので、測定対象物の表面における広い範囲に渡って形状を測定することが可能となる。 Furthermore, according to the above configuration, multiple three-dimensional shape data corresponding to multiple first measurement areas and multiple second measurement areas are generated and synthesized, making it possible to measure the shape over a wide range on the surface of the measurement object.

(6)撮像部は、第一の倍率で光を結像させる第一光学系と、第一光学系で結像した光を受光する第一カメラと、第一の倍率よりも低い第二の倍率で光を結像させる第二光学系と、第二光学系で結像した光を受光する第二カメラとを含み、マップ画像は、第二の倍率で測定対象物の全体を撮像することにより生成され、データ生成部は、複数の第一測定領域および複数の第二測定領域を第一の倍率で撮像して生成した複数の画像データに基づいて三次元形状データを生成してもよい。 (6) The imaging unit includes a first optical system that images light at a first magnification, a first camera that receives the light imaged by the first optical system, a second optical system that images light at a second magnification lower than the first magnification, and a second camera that receives the light imaged by the second optical system, and the map image is generated by imaging the entire object to be measured at the second magnification, and the data generation unit may generate three-dimensional shape data based on multiple image data generated by imaging the multiple first measurement areas and the multiple second measurement areas at the first magnification.

第二の倍率に対応する撮像部の撮像領域は、第一の倍率に対応する撮像部の撮像領域に比べて大きい。そのため、測定対象物の全体をカバーするように第二の倍率で撮像する場合には、測定対象物の全体をカバーするように第一の倍率で撮像する場合に比べて、撮像回数を低減することができる。上記の構成によれば、マップ画像が測定対象物を第二の倍率で撮像することにより生成されるので、マップ画像の生成に要する時間を短くすることができる。 The imaging area of the imaging unit corresponding to the second magnification is larger than the imaging area of the imaging unit corresponding to the first magnification. Therefore, when imaging at the second magnification so as to cover the entire measurement object, the number of imaging times can be reduced compared to when imaging at the first magnification so as to cover the entire measurement object. According to the above configuration, since the map image is generated by imaging the measurement object at the second magnification, the time required to generate the map image can be shortened.

また、三次元形状データを生成するために、複数の第一測定領域および複数の第二測定領域が第一の倍率で撮像される。この場合、複数の第一測定領域および複数の第二測定領域を第二の倍率で撮像する場合に比べて、測定対象物における所望の部分をより高い分解能で測定することができる。 In addition, to generate three-dimensional shape data, the multiple first measurement regions and the multiple second measurement regions are imaged at a first magnification. In this case, the desired portion of the measurement object can be measured with higher resolution than when the multiple first measurement regions and the multiple second measurement regions are imaged at a second magnification.

(7)回転駆動部は、保持部を第一の回転角度および第二の回転角度を含む複数の異なる回転角度に順次回転させることが可能に構成され、設定部は、測定対象物が複数の異なる回転角度の各々にある状態で撮像部から見たY軸方向に延びる測定対象物の幅に基づいてY軸方向に並ぶ複数の測定領域を設定可能に構成され、制御部は、複数の異なる回転角度の各々に測定対象物を回転させて、撮像部の撮像視野を当該回転角度に対応する複数の測定領域に順次移動させて測定対象物の撮像を行うように並進駆動部、回転駆動部、および撮像部を制御し、三次元形状測定装置は、複数の異なる回転角度のそれぞれにおいてY軸方向における測定対象物の存在領域を測定対象物の幅として検出する検出部と、検出部により検出された測定対象物の存在領域に基づいて回転角度ごとに設定された測定領域を調整するための設定画面を表示する表示部と、測定対象物が箱形状であるか軸形状であるかを選択するための操作部とをさらに備え、表示部は、操作部によって箱形状が選択された際に、箱形状の測定対象物の測定に関する設定を行うための第一設定画面を設定画面として表示し、操作部によって軸形状が選択された際に、軸形状の測定対象物の測定に関する設定を行うための第二設定画面を設定画面として表示してもよい。 (7) The rotation drive unit is configured to be capable of sequentially rotating the holding unit to a plurality of different rotation angles including a first rotation angle and a second rotation angle, the setting unit is configured to be capable of setting a plurality of measurement areas arranged in the Y-axis direction based on the width of the measurement object extending in the Y-axis direction as seen from the imaging unit when the measurement object is at each of the plurality of different rotation angles, and the control unit controls the translation drive unit, the rotation drive unit, and the imaging unit to rotate the measurement object to each of the plurality of different rotation angles and sequentially move the imaging field of the imaging unit to the plurality of measurement areas corresponding to the rotation angles to image the measurement object, and the three-dimensional shape measuring device controls the translation drive unit, the rotation drive unit, and the imaging unit to rotate the measurement object to each of the plurality of different rotation angles and sequentially move the imaging field of the imaging unit to the plurality of measurement areas corresponding to the rotation angles to image the measurement object, The apparatus further includes a detection unit that detects the presence area of the measurement object in the Y-axis direction as the width of the measurement object, a display unit that displays a setting screen for adjusting the measurement area set for each rotation angle based on the presence area of the measurement object detected by the detection unit, and an operation unit for selecting whether the measurement object is box-shaped or axially shaped, and when the box shape is selected by the operation unit, the display unit may display a first setting screen as the setting screen for making settings related to the measurement of the box-shaped measurement object, and when the axial shape is selected by the operation unit, a second setting screen as the setting screen for making settings related to the measurement of the axially shaped measurement object.

この場合、測定対象物が複数の異なる回転角度の各々にある状態で、検出部の検出結果に基づいて、Y軸方向に並ぶ複数の測定領域が設定される。設定された測定領域を調整するための設定画面が表示部に表示される。使用者が箱形状および軸形状のうちいずれかを選択することにより、各形状に応じた設定画面が表示装置に表示される。これにより、使用者は、箱形状の測定対象物の測定に関する設定を行う場合に、箱形状に適した第一設定画面により測定領域を調整することができる。また、使用者は、軸形状の測定対象物の測定に関する設定を行う場合に、軸形状に適した第二設定画面により測定領域を調整することができる。 In this case, with the measurement object at each of a number of different rotation angles, a number of measurement areas aligned in the Y-axis direction are set based on the detection results of the detection unit. A setting screen for adjusting the set measurement areas is displayed on the display unit. When the user selects either a box shape or an axis shape, a setting screen corresponding to each shape is displayed on the display device. This allows the user to adjust the measurement areas using a first setting screen suitable for the box shape when making settings related to the measurement of a box-shaped measurement object. Also, when making settings related to the measurement of an axis-shaped measurement object, the user can adjust the measurement areas using a second setting screen suitable for the axis shape.

(8)操作部は、当該操作部により箱形状が選択されることにより表示部に第一設定画面が表示された状態で、離散的な複数の異なる回転角度を選択可能に構成され、表示部は、第一設定画面において、操作部により選択された複数の異なる回転角度のそれぞれにおいて撮像された測定対象物の画像上に、検出部により検出されて設定された複数の測定領域を重畳して表示してもよい。 (8) The operation unit is configured to be able to select a plurality of different discrete rotation angles when a first setting screen is displayed on the display unit by selecting a box shape with the operation unit, and the display unit may display, on the first setting screen, a plurality of measurement areas detected and set by the detection unit superimposed on an image of the measurement object captured at each of the plurality of different rotation angles selected by the operation unit.

この場合、操作部により選択された複数の異なる回転角度で測定対象物を撮像することができる。また、使用者は、第一設定画面を視認することにより、複数の異なる回転角度の各々に対応する測定領域を容易に把握することができる。 In this case, the measurement object can be imaged at multiple different rotation angles selected by the operation unit. In addition, the user can easily grasp the measurement area corresponding to each of the multiple different rotation angles by visually checking the first setting screen.

(9)表示部は、操作部により軸形状が選択されることにより第二設定画面を表示する際に、当該第二設定画面において、複数の異なる回転角度のうち特定の一の回転角度で撮像部により撮像された測定対象物の画像を表示し、設定部は、特定の一の回転角度の指定を使用者から受け付けてもよい。 (9) When the display unit displays the second setting screen by selecting an axis shape with the operation unit, the display unit may display, on the second setting screen, an image of the object to be measured captured by the imaging unit at a specific rotation angle among a plurality of different rotation angles, and the setting unit may receive designation of the specific rotation angle from the user.

この場合、軸形状が選択された場合に、使用者により指定された一の回転角度で撮像された測定対象物の画像が第二設定画面に表示される。 In this case, when an axis shape is selected, an image of the object to be measured captured at a rotation angle specified by the user is displayed on the second setting screen.

(10)設定部は、操作部によって箱形状が選択された際に、予め定められた角度の整数倍の角度ピッチで、複数の異なる回転角度を設定してもよい。この場合、測定対象物が回転ユニットにより予め定められた角度ピッチで回転し、各回転が行われるごとに測定対象物が撮像される。 (10) When a box shape is selected by the operation unit, the setting unit may set a plurality of different rotation angles at an angle pitch that is an integer multiple of a predetermined angle. In this case, the measurement object is rotated by the rotation unit at a predetermined angle pitch, and an image of the measurement object is captured at each rotation.

(11)設定部は、操作部によって軸形状が選択された際に、軸形状の測定対象物を回転させた時に当該測定対象物の全周を測定するために必要な複数の異なる回転角度のピッチを、当該測定対象物の径に基づいて自動的に設定し、制御部は、設定部により設定された回転角度のピッチで測定対象物を回転させるように、回転駆動部を制御してもよい。この場合、煩雑な設定作業を要することなく、軸形状を有する測定対象物の全周を測定するために必要な回転角度のピッチが設定される。 (11) When an axial shape is selected by the operation unit, the setting unit may automatically set the pitch of multiple different rotation angles required to measure the entire circumference of an axially shaped measurement object when the measurement object is rotated based on the diameter of the measurement object, and the control unit may control the rotation drive unit to rotate the measurement object at the pitch of the rotation angle set by the setting unit. In this case, the pitch of the rotation angle required to measure the entire circumference of an axially shaped measurement object is set without the need for complicated setting work.

(12)設定部は、操作部によって軸形状が選択された際に、使用者から軸形状の測定対象物を回転させる回転角度のピッチの入力を受け付け、当該回転角度のピッチは、測定対象物を回転させた時に当該測定対象物の全周を測定するために必要な数値に制限されてもよい。この場合、使用者は、所望のピッチで複数の異なる回転角度を設定することができる。また、上記の構成によれば、回転角度のピッチが測定対象物の全周を測定するために必要な数値に制限されるので、誤った設定が行われることが防止される。 (12) When an axial shape is selected by the operation unit, the setting unit receives an input of a rotation angle pitch for rotating the axially shaped measurement object from the user, and the rotation angle pitch may be limited to a value required to measure the entire circumference of the measurement object when the measurement object is rotated. In this case, the user can set multiple different rotation angles at a desired pitch. Furthermore, according to the above configuration, the rotation angle pitch is limited to a value required to measure the entire circumference of the measurement object, thereby preventing erroneous settings.

(13)三次元形状測定装置は、複数の第一測定領域に対応する三次元形状データを取得するデータ取得部をさらに備え、設定部は、データ取得部により取得された複数の第一測定領域に対応する複数の三次元形状データに基づいて、Y軸方向に並ぶ複数の第二測定領域を設定することが可能に構成されてもよい。 (13) The three-dimensional shape measuring device may further include a data acquisition unit that acquires three-dimensional shape data corresponding to a plurality of first measurement regions, and the setting unit may be configured to be capable of setting a plurality of second measurement regions aligned in the Y-axis direction based on the plurality of three-dimensional shape data corresponding to the plurality of first measurement regions acquired by the data acquisition unit.

この場合、第一の回転角度にあるときの測定対象物の三次元形状データに基づいて、第二の回転角度に対応する複数の第二測定領域が設定される。したがって、第二の回転角度に対応する複数の第二測定領域を設定するために、予め第二の回転角度に測定対象物を回転させた状態で測定対象物を撮像する等の作業が不要となる。 In this case, multiple second measurement areas corresponding to the second rotation angle are set based on the three-dimensional shape data of the measurement object when it is at the first rotation angle. Therefore, in order to set multiple second measurement areas corresponding to the second rotation angle, it is not necessary to perform an operation such as imaging the measurement object while it is rotated to the second rotation angle in advance.

(14)三次元形状測定装置は、回転ユニットと撮像部とのZ軸方向の相対距離を変化させるための垂直駆動部をさらに備え、制御部は、第一の回転角度と第二の回転角度のそれぞれにおいて複数の第一測定領域と複数の第二測定領域とを相対距離を変化させながら複数回撮像して複数の画像データを生成するように並進駆動部、垂直駆動部、回転駆動部及び撮像部を制御し、データ生成部は、相対距離を変化させながら複数の第一測定領域および複数の第二測定領域を複数回撮像して生成された複数の画像データに基づいて複数の第一測定領域および複数の第二測定領域にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを生成するとともに、当該生成された複数の三次元形状データを合成し、測定対象物の三次元形状データを生成してもよい。この場合、Z軸方向における広い範囲に渡って測定対象物の形状を高い精度で測定することができる。 (14) The three-dimensional shape measuring device further includes a vertical drive unit for changing the relative distance between the rotation unit and the imaging unit in the Z-axis direction, and the control unit controls the translation drive unit, the vertical drive unit, the rotation drive unit, and the imaging unit to capture images of the first measurement areas and the second measurement areas multiple times while changing the relative distance at each of the first and second rotation angles to generate multiple image data, and the data generation unit generates multiple three-dimensional shape data corresponding to the first measurement areas and the second measurement areas based on the multiple image data generated by capturing images of the first measurement areas and the second measurement areas multiple times while changing the relative distance, and may generate three-dimensional shape data of the measurement object by synthesizing the multiple generated three-dimensional shape data. In this case, the shape of the measurement object can be measured with high accuracy over a wide range in the Z-axis direction.

(15)三次元形状測定装置は、回転ユニットが取り付けられるステージと、ステージの上面に斜め上方の位置から周期的なパターンを有するパターン光を位相シフトさせつつ複数回照射するプロジェクタとをさらに備え、撮像部は、光軸がZ軸に一致するようにステージの上方に設けられ、プロジェクタから回転ユニットにより保持された測定対象物にパターン光が照射され、測定対象物から反射されるパターン光を受光することにより当該測定対象物を複数回撮像し、当該測定対象物の画像を示す複数の画像データを生成し、プロジェクタは、X軸方向に並ぶとともにX軸方向に直交する仮想面を挟んで対称に配置された第1および第2の投光装置を含み、第1および第2の投光装置の各々は、Y軸に直交しかつX軸およびZ軸に対してそれぞれ所定の角度で傾斜する光軸を有し、当該投光装置の光軸に沿って撮像部の光軸に向かうようにパターン光を出射し、回転ユニットは、ステージが撮像部に対して予め定められた基準位置にあるときに、第1の投光装置によるパターン光の照射領域と、第2の投光装置によるパターン光の照射領域と、撮像部の撮像領域とが重複する空間から外れた位置に配置されるように設けられてもよい。 (15) The three-dimensional shape measuring device further includes a stage on which the rotation unit is attached, and a projector that irradiates a pattern light having a periodic pattern onto the upper surface of the stage from an obliquely upward position multiple times while shifting the phase, and the imaging unit is provided above the stage so that the optical axis coincides with the Z axis, and the pattern light is irradiated from the projector onto a measurement object held by the rotation unit, and the measurement object is imaged multiple times by receiving the pattern light reflected from the measurement object, and multiple image data showing an image of the measurement object are generated, and the projectors are arranged in the X-axis direction and The stage may include first and second light-projecting devices arranged symmetrically across a virtual plane perpendicular to the X-axis direction, each of the first and second light-projecting devices having an optical axis perpendicular to the Y-axis and tilted at a predetermined angle with respect to the X-axis and Z-axis, and emitting a pattern light along the optical axis of the light-projecting device toward the optical axis of the imaging unit, and the rotation unit may be arranged to be positioned outside the space where the irradiation area of the pattern light by the first light-projecting device, the irradiation area of the pattern light by the second light-projecting device, and the imaging area of the imaging unit overlap when the stage is in a predetermined reference position with respect to the imaging unit.

第1の投光装置によるパターン光の照射領域と、第2の投光装置によるパターン光の照射領域と、撮像部の撮像領域とが重複する空間を測定空間と呼ぶ。上記の構成によれば、測定対象物を測定空間に配置することにより、測定対象物には、互いに異なる2つの方向に沿ってパターン光が照射される。それにより、測定対象物の表面においてパターン光が照射される範囲を拡大することができる。 The space where the area irradiated with the pattern light by the first light-projecting device, the area irradiated with the pattern light by the second light-projecting device, and the imaging area of the imaging unit overlap is called the measurement space. According to the above configuration, by placing the measurement object in the measurement space, the measurement object is irradiated with the pattern light along two different directions. This makes it possible to expand the area on the surface of the measurement object that is irradiated with the pattern light.

また、上記の構成によれば、ステージが基準位置にあるときに回転ユニットが測定空間に位置しない。したがって、ステージと撮像部とを予め定められた位置関係を有するように配置することで、測定対象物の測定可能な範囲が回転ユニットにより制限されることが防止される。したがって、測定空間に配置された測定対象物の表面の広い範囲に渡って高い精度を有する三次元形状データを生成することができる。 In addition, with the above configuration, the rotation unit is not located in the measurement space when the stage is in the reference position. Therefore, by arranging the stage and the imaging unit to have a predetermined positional relationship, the measurable range of the measurement object is prevented from being limited by the rotation unit. Therefore, it is possible to generate three-dimensional shape data with high accuracy over a wide range of the surface of the measurement object placed in the measurement space.

本発明によれば、煩雑な設定作業を要することなく測定対象物の表面におけるより広い範囲に渡って形状を測定することが可能になる。 The present invention makes it possible to measure the shape over a wider area of the surface of the object to be measured without the need for complicated setup work.

本発明の一実施の形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a shape measuring device according to an embodiment of the present invention. 図1の形状測定装置の測定部の構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a measurement unit of the shape measuring device of FIG. 1 . 図1の形状測定装置の測定部の外観斜視図である。FIG. 2 is an external perspective view of a measurement unit of the shape measuring apparatus of FIG. 1 . 回転ユニットの構成とステージに対する回転ユニットの取り付けおよび取り外しを説明するための図である。4A to 4C are diagrams for explaining the configuration of a rotation unit and the attachment and detachment of the rotation unit to a stage. 保持部の構成の詳細を説明するための外観斜視図である。FIG. 4 is an external perspective view for explaining details of the configuration of a holding portion. 保持部の構成の詳細を説明するための外観斜視図である。FIG. 4 is an external perspective view for explaining details of the configuration of a holding portion. 保持部の構成の詳細を説明するための外観斜視図である。FIG. 4 is an external perspective view for explaining details of the configuration of a holding portion. 図1のステージのZ方向における好ましい可動ストローク範囲について説明するための図である。2 is a diagram for explaining a preferred movable stroke range in the Z direction of the stage in FIG. 1 . FIG. 図1のステージのZ方向における好ましい可動ストローク範囲について説明するための図である。2 is a diagram for explaining a preferred movable stroke range in the Z direction of the stage in FIG. 1 . FIG. 図1のステージのZ方向における好ましい可動ストローク範囲について説明するための図である。2 is a diagram for explaining a preferred movable stroke range in the Z direction of the stage in FIG. 1 . FIG. 三角測距方式の原理を説明するための図である。FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of a triangulation method. ステージの上面をXY方向に移動させることにより複数の三次元形状データを生成する例を説明するための図である。11 is a diagram for explaining an example of generating a plurality of pieces of three-dimensional shape data by moving the top surface of the stage in the XY directions. FIG. ステージの上面をZ方向に移動させることにより複数の三次元形状データを生成する例を説明するための図である。13 is a diagram for explaining an example of generating a plurality of pieces of three-dimensional shape data by moving the top surface of the stage in the Z direction. FIG. 回転ユニットを用いて測定対象物を回転軸周りで回転させることにより複数の三次元形状データを生成する例を説明するための図である。11 is a diagram for explaining an example of generating a plurality of three-dimensional shape data by rotating a measurement object around a rotation axis using a rotation unit. FIG. 第1の校正機能を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a first calibration function. 第2の校正機能を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a second calibration function. 第2のマーカの位置での回転軸のずれのみを用いて三次元形状データの補正を行う場合の一例を説明するための図である。13A to 13C are diagrams for explaining an example of a case where three-dimensional shape data is corrected using only the deviation of the rotation axis at the position of the second marker. 第3の校正機能を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a third calibration function. 図1の形状測定装置を用いた測定対象物の形状測定手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a procedure for measuring the shape of a measurement object using the shape measuring device of FIG. 1 . 図1の形状測定装置を用いた測定対象物の形状測定手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a procedure for measuring the shape of a measurement object using the shape measuring device of FIG. 1 . 回転を伴う測定対象物の形状測定を行うための測定領域の設定手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a procedure for setting a measurement area for performing shape measurement of a measurement object involving rotation. ステージに回転ユニットが取り付けられない状態で形状測定装置の電源がオンされたときに表示部に表示される測定基本画面の一例を示す図である。13 is a diagram showing an example of a basic measurement screen displayed on the display unit when the power supply of the shape measuring device is turned on in a state in which the rotation unit is not attached to the stage; FIG. 図22の領域設定ボタンが操作されることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。23 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on a display unit when the region setting button in FIG. 22 is operated. FIG. ステージに回転ユニットが取り付けられた状態で表示部に表示される測定基本画面の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a basic measurement screen displayed on the display unit with a rotation unit attached to the stage. 図24の箱部分ボタンが操作されることに応答して実行される形状測定装置の動作を説明するための図である。25 is a diagram for explaining the operation of the shape measuring device executed in response to the operation of the box portion button in FIG. 24 . FIG. 図24の箱部分ボタンが操作されることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit when the box portion button in FIG. 24 is operated. 図24の箱全周ボタンが操作されることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit when the box circumference button in FIG. 24 is operated. 図24の軸ボタンが操作されることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit by operating the axis button in FIG. 24 . 図24の回転詳細ボタンが操作されることにより表示部に表示される副表示領域の一例を示す図である。25 is a diagram showing an example of a sub-display area displayed on the display unit when the rotation detail button in FIG. 24 is operated. FIG. 図26~図28の編集ボタンが操作されることにより表示部に表示される副表示領域の一例を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing an example of a sub-display area displayed on the display unit when the edit button in FIGS. 26 to 28 is operated. 図30の第1の校正チェックボックスにチェックが入れられることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。FIG. 31 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit when a check mark is placed in the first calibration checkbox in FIG. 30 . 図30の第2の校正チェックボックスにチェックが入れられることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。FIG. 31 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit when a check mark is placed in the second calibration checkbox in FIG. 30 . 図32のマーカ反転チェックボックスにチェックが入れられることにより表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。FIG. 33 is a diagram showing an example of a region setting screen that is displayed on the display unit when a marker inversion checkbox in FIG. 32 is checked. 第1のマーカおよび第2のマーカについての新たな測定領域が設定された状態で表示部に表示される領域設定画面の一例を示す図である。13 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit in a state in which new measurement regions for a first marker and a second marker have been set. FIG. 回転ユニットを用いた測定対象物の形状測定の一例を示す外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view showing an example of shape measurement of a measurement object using a rotation unit. 図35の形状測定により得られる全ての三次元形状データに基づく三次元形状画像の一例を示す図である。FIG. 36 is a diagram showing an example of a three-dimensional shape image based on all three-dimensional shape data obtained by the shape measurement of FIG. 35 . 図36の三次元形状画像からステージの上面に対応する三次元形状画像を除去した図である。37 is a diagram in which the three-dimensional shape image corresponding to the upper surface of the stage is removed from the three-dimensional shape image in FIG. 36 . 図1のCPUの機能的な構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of a CPU in FIG. 1 . CPUにより実行される形状測定処理の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an example of a shape measurement process executed by a CPU. CPUにより実行される形状測定処理の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an example of a shape measurement process executed by a CPU. CPUにより実行される測定領域設定処理の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an example of a measurement area setting process executed by a CPU. CPUにより実行される測定領域設定処理の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an example of a measurement area setting process executed by a CPU. Z方向の測定対象物の測定範囲を設定することの要否を受け付け可能な領域設定画面の一例を示す図である。13 is a diagram showing an example of a region setting screen capable of receiving a request for whether or not to set a measurement range of a measurement object in the Z direction; FIG. 測定対象物のZ方向における測定範囲を設定するための領域設定画面の一例を示す図である。13 is a diagram showing an example of a region setting screen for setting a measurement range in the Z direction of the measurement object. FIG. 測定対象物とステージとの干渉判定機能を説明するための図である。11 is a diagram for explaining a function of determining whether or not an object to be measured interferes with a stage. FIG. 他の実施の形態に係る回転ユニットの構成例を示す図である。13A and 13B are diagrams illustrating an example of the configuration of a rotation unit according to another embodiment.

以下、本発明の一実施の形態に係る三次元形状測定装置について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、三次元形状測定装置を形状測定装置と略記する。 The following describes a three-dimensional shape measuring device according to one embodiment of the present invention with reference to the drawings. In the following description, the three-dimensional shape measuring device will be abbreviated to shape measuring device.

[1]形状測定装置の構成
図1は、本発明の一実施の形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。図2は、図1の形状測定装置500の測定部の構成を示す模式図である。図3は、図1の形状測定装置500の測定部の外観斜視図である。
[1] Configuration of the shape measuring device Fig. 1 is a block diagram showing the configuration of a shape measuring device according to one embodiment of the present invention. Fig. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a measurement unit of the shape measuring device 500 shown in Fig. 1. Fig. 3 is a perspective view showing the appearance of the measurement unit of the shape measuring device 500 shown in Fig. 1.

図1に示すように、形状測定装置500は、測定部100、PC(パーソナルコンピュータ)200、制御部300および表示部400を備える。測定部100は、例えば顕微鏡であり、複数の投光部110A,110B、受光部120、照明光出力部130、ステージ140、制御基板150および回転ユニット190を含む。図2に示すように、各投光部110A,110Bは、測定光源111、パターン生成部112、複数のレンズ113,114,115、絞り116および複数の折り曲げミラー117,118を含む。受光部120は、複数のカメラ121A,121B、複数のレンズ122,123A,123B、ハーフミラー124および絞り125A,125Bを含む。 As shown in FIG. 1, the shape measuring device 500 includes a measuring unit 100, a PC (personal computer) 200, a control unit 300, and a display unit 400. The measuring unit 100 is, for example, a microscope, and includes multiple light projecting units 110A, 110B, a light receiving unit 120, an illumination light output unit 130, a stage 140, a control board 150, and a rotation unit 190. As shown in FIG. 2, each of the light projecting units 110A, 110B includes a measurement light source 111, a pattern generating unit 112, multiple lenses 113, 114, 115, an aperture 116, and multiple folding mirrors 117, 118. The light receiving unit 120 includes multiple cameras 121A, 121B, multiple lenses 122, 123A, 123B, a half mirror 124, and an aperture 125A, 125B.

測定部100においては、測定対象物Sの形状を測定可能な測定空間101が、投光部110A,110Bおよび受光部120の位置関係に基づいて定まる。図2および図3では、測定空間101が一点鎖線で示される。ステージ140の上面141sの一部は、測定空間101に位置する。ステージ140の上面141sに測定対象物Sが載置されること、または後述する回転ユニット190により測定対象物Sが保持されることにより、測定空間101に測定対象物Sが配置される。 In the measurement unit 100, a measurement space 101 in which the shape of the measurement object S can be measured is determined based on the positional relationship between the light projecting units 110A, 110B and the light receiving unit 120. In Figures 2 and 3, the measurement space 101 is indicated by a dashed line. A part of the upper surface 141s of the stage 140 is located in the measurement space 101. The measurement object S is placed in the measurement space 101 by placing the measurement object S on the upper surface 141s of the stage 140, or by holding the measurement object S by the rotation unit 190 described below.

ここで、図2および図3の測定部100において、ステージ140の上面141s内で互いに直交する2方向をX方向およびY方向と定義し、それぞれ矢印X,Yで示す。なお、X方向は測定部100の前後方向に平行な方向であり、Y方向は測定部100の左右方向に平行な方向である。また、ステージ140の上面141sに対して直交する方向をZ方向と定義し、矢印Zで示す。 2 and 3, two mutually orthogonal directions on the upper surface 141s of the stage 140 are defined as the X direction and the Y direction, and are indicated by the arrows X and Y, respectively. The X direction is parallel to the front-to-rear direction of the measurement unit 100, and the Y direction is parallel to the left-to-right direction of the measurement unit 100. The direction perpendicular to the upper surface 141s of the stage 140 is defined as the Z direction, and is indicated by the arrow Z.

図3に示すように、ステージ140は台座990に設けられる。台座990から上方に延びるように支柱991が設けられている。支柱991の上端部に光学系支持体992が取り付けられている。光学系支持体992は、ステージ140の上方に位置するように受光部120を支持する。また、光学系支持体992は、それぞれステージ140の斜め上方に位置するように2つの投光部110A,110Bを支持する。2つの投光部110A,110Bは、X方向に並ぶように配置される。より具体的には、2つの投光部110A,110Bは、受光部120の光軸ROAを含みかつX方向に直交する面を挟んで対称に配置される。2つの投光部110A,110Bおよび受光部120は光学系支持体992に支持された状態で後述するヘッドケーシング160(図8~図10)に収容される。 As shown in FIG. 3, the stage 140 is mounted on a base 990. A support 991 is provided so as to extend upward from the base 990. An optical system support 992 is attached to the upper end of the support 991. The optical system support 992 supports the light receiving unit 120 so as to be located above the stage 140. The optical system support 992 also supports the two light projecting units 110A and 110B so as to be located diagonally above the stage 140. The two light projecting units 110A and 110B are arranged so as to be aligned in the X direction. More specifically, the two light projecting units 110A and 110B are arranged symmetrically across a plane that includes the optical axis ROA of the light receiving unit 120 and is perpendicular to the X direction. The two light projecting units 110A and 110B and the light receiving unit 120 are housed in the head casing 160 (FIGS. 8 to 10) described later while being supported by the optical system support 992.

各投光部110A,110Bの測定光源111は、例えば白色光を出射するハロゲンランプである。測定光源111は、白色光を出射する白色LED(発光ダイオード)等の他の光源であってもよい。 The measurement light source 111 of each light projector 110A, 110B is, for example, a halogen lamp that emits white light. The measurement light source 111 may be another light source, such as a white LED (light-emitting diode) that emits white light.

図2および図3に示すように、測定光源111から出射された光は、レンズ113により適切に集光された後、折り曲げミラー117により反射され、パターン生成部112に入射する。パターン生成部112は、例えばDMD(デジタルマイクロミラーデバイス)である。パターン生成部112は、透過型LCD(液晶ディスプレイ)、反射型LCD、LCOS(Liquid Crystal on Silicon:反射型液晶素子)またはマスクであってもよい。パターン生成部112は、入射した光から予め設定された形状測定用のパターンおよび予め設定された強度(明るさ)を有する光束(以下、パターン光と呼ぶ。)を生成し、生成されたパターン光をパターン出射面112S(図3)から出射する。 2 and 3, the light emitted from the measurement light source 111 is appropriately focused by the lens 113, reflected by the folding mirror 117, and enters the pattern generation unit 112. The pattern generation unit 112 is, for example, a DMD (digital micromirror device). The pattern generation unit 112 may be a transmissive LCD (liquid crystal display), a reflective LCD, an LCOS (liquid crystal on silicon) or a mask. The pattern generation unit 112 generates a light beam (hereinafter referred to as pattern light) having a predetermined shape measurement pattern and a predetermined intensity (brightness) from the incident light, and emits the generated pattern light from the pattern emission surface 112S (FIG. 3).

パターン生成部112により出射されたパターン光は、複数のレンズ114,115および絞り116により拡大された後、折り曲げミラー118により反射され、ステージ140上の測定対象物Sに照射される。本実施の形態においては、複数のレンズ114,115および絞り116により両側テレセントリック光学系TT(図3)が構成される。 The pattern light emitted by the pattern generating unit 112 is magnified by the multiple lenses 114, 115 and the aperture 116, then reflected by the bending mirror 118 and irradiated onto the measurement target S on the stage 140. In this embodiment, the multiple lenses 114, 115 and the aperture 116 form a double-telecentric optical system TT (Figure 3).

受光部120においては、測定対象物Sによりステージ140の上方に反射されたパターン光が、受光部120のレンズ122に入射する。レンズ122に入射されたパターン光の一部は、ハーフミラー124を透過し、レンズ123Aおよび絞り125Aにより集光および結像され、カメラ121Aで受光される。また、レンズ122に入射されたパターン光の残りは、ハーフミラー124で反射され、受光部120の複数のレンズ123Bおよび絞り125Bにより集光および結像され、カメラ121Bで受光される。 In the light receiving unit 120, the pattern light reflected by the measurement target S above the stage 140 is incident on the lens 122 of the light receiving unit 120. A part of the pattern light incident on the lens 122 passes through the half mirror 124, is collected and imaged by the lens 123A and the aperture 125A, and is received by the camera 121A. The rest of the pattern light incident on the lens 122 is reflected by the half mirror 124, is collected and imaged by the multiple lenses 123B and the aperture 125B of the light receiving unit 120, and is received by the camera 121B.

本実施の形態に係る受光部120においては、レンズ122,123Aおよび絞り125Aによりカメラ121Aに対応する一の両側テレセントリック光学系が構成される。また、レンズ122,123Bおよび絞り125Bによりカメラ121Bに対応する他の両側テレセントリック光学系が構成される。 In the light receiving unit 120 according to this embodiment, the lenses 122 and 123A and the aperture 125A form one double-telecentric optical system corresponding to the camera 121A. The lenses 122 and 123B and the aperture 125B form another double-telecentric optical system corresponding to the camera 121B.

各カメラ121A,121Bは、例えば撮像素子121aおよびレンズを含むCCD(電荷結合素子)カメラである。撮像素子121aは、例えばモノクロCCD(電荷結合素子)である。撮像素子121aは、CMOS(相補性金属酸化膜半導体)イメージセンサ等の他の撮像素子であってもよい。撮像素子121aの各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号(以下、受光信号と呼ぶ。)が制御基板150(図1)に出力される。 Each of the cameras 121A and 121B is, for example, a CCD (charge-coupled device) camera including an image sensor 121a and a lens. The image sensor 121a is, for example, a monochrome CCD (charge-coupled device). The image sensor 121a may be another image sensor such as a CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) image sensor. An analog electrical signal (hereinafter referred to as a light-receiving signal) corresponding to the amount of light received is output from each pixel of the image sensor 121a to the control board 150 (Figure 1).

本例においては、照明光出力部130は、測定対象物Sに赤色波長の光、緑色波長の光および青色波長の光を時分割で出射する。この構成によれば、モノクロCCDを用いた受光部120により測定対象物Sのカラー画像を撮像することができる。 In this example, the illumination light output unit 130 emits red wavelength light, green wavelength light, and blue wavelength light to the measurement object S in a time-division manner. With this configuration, a color image of the measurement object S can be captured by the light receiving unit 120 using a monochrome CCD.

なお、レンズ123Aの倍率はレンズ123Bの倍率に比べて低い。あるいは、カメラ121Aのレンズの倍率は、カメラ121Bのレンズの倍率に比べて低い。そのため、カメラ121Aは低倍率カメラとして用いられ、カメラ121Bは、高倍率カメラとして用いられる。使用者は、例えば後述する操作部250を操作することにより、測定対象物Sの観察および形状測定に用いるカメラとして、低倍率カメラおよび高倍率カメラのうちいずれか一方を選択することができる。 The magnification of lens 123A is lower than that of lens 123B. Alternatively, the magnification of the lens of camera 121A is lower than that of the lens of camera 121B. Therefore, camera 121A is used as a low-magnification camera, and camera 121B is used as a high-magnification camera. The user can select either the low-magnification camera or the high-magnification camera as the camera to be used for observing and measuring the shape of the measurement object S, for example, by operating the operation unit 250 described below.

制御基板150には、図示しないA/D変換器(アナログ/デジタル変換器)およびFIFO(First In First Out)メモリが実装される。カメラ121A,121Bから出力される受光信号は、制御部300による制御に基づいて、制御基板150のA/D変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。A/D変換器から出力されるデジタル信号は、FIFOメモリに順次蓄積される。FIFOメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次PC200に転送される。 An A/D converter (analog/digital converter) and a FIFO (First In First Out) memory (not shown) are mounted on the control board 150. The light receiving signals output from the cameras 121A and 121B are sampled at a fixed sampling period by the A/D converter of the control board 150 under the control of the control unit 300 and converted into digital signals. The digital signals output from the A/D converter are sequentially stored in the FIFO memory. The digital signals stored in the FIFO memory are sequentially transferred to the PC 200 as pixel data.

図1に示すように、PC200は、CPU(中央演算処理装置)210、ROM(リードオンリメモリ)220、作業用メモリ230、記憶装置240および操作部250を含む。また、操作部250は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスとしては、マウスまたはジョイスティック等が用いられる。 As shown in FIG. 1, the PC 200 includes a CPU (Central Processing Unit) 210, a ROM (Read Only Memory) 220, a working memory 230, a storage device 240, and an operation unit 250. The operation unit 250 also includes a keyboard and a pointing device. A mouse, a joystick, or the like is used as the pointing device.

ROM220には、システムプログラムが記憶される。作業用メモリ230は、RAM(ランダムアクセスメモリ)からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶装置240は、ハードディスク等からなる。記憶装置240には、測定対象物Sの形状測定を行うための形状測定プログラムが記憶される。また、記憶装置240は、測定対象物Sの形状測定に関する種々のデータを保存するために用いられる。 The ROM 220 stores the system program. The working memory 230 is made up of a RAM (random access memory) and is used to process various types of data. The storage device 240 is made up of a hard disk or the like. The storage device 240 stores a shape measurement program for measuring the shape of the measurement object S. The storage device 240 is also used to save various types of data related to the shape measurement of the measurement object S.

CPU210は、記憶装置240に記憶された形状測定プログラムを実行する。それにより、CPU210は、制御基板150から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。また、CPU210は、生成した画像データに作業用メモリ230を用いて各種処理を行うとともに、画像データに基づく画像を表示部400に表示させる。さらに、CPU210は、後述するステージ駆動部146および後述する回転駆動部192に駆動パルスを与える。CPU210が形状測定プログラムを実行することにより発揮される具体的な機能については後述する。表示部400は、例えばLCDパネルまたは有機EL(エレクトロルミネッセンス)パネルにより構成される。 The CPU 210 executes the shape measurement program stored in the storage device 240. As a result, the CPU 210 generates image data based on pixel data provided by the control board 150. The CPU 210 also performs various processes on the generated image data using the work memory 230, and displays an image based on the image data on the display unit 400. Furthermore, the CPU 210 provides drive pulses to a stage drive unit 146 and a rotation drive unit 192, which will be described later. Specific functions that are achieved by the CPU 210 executing the shape measurement program will be described later. The display unit 400 is composed of, for example, an LCD panel or an organic EL (electroluminescence) panel.

ステージ140は、XYステージ141およびZステージ142を含む。XYステージ141は、上面141sを有するとともに、X方向移動機構およびY方向移動機構を有する。X方向移動機構は、上面141sをX方向に移動させるための機構である。Y方向移動機構は、上面141sをY方向に移動させるための機構である。Zステージ142は、上面141sをZ方向に移動させるためのZ方向移動機構を有する。なお、ステージ140は、θステージを含んでもよいし、チルトステージを含んでもよい。θステージは、例えば上面141sに直交する軸を中心に回転可能な機構を有するステージである。チルトステージは、上面141sに平行な軸を基準として傾斜可能な機構を有するステージである。 The stage 140 includes an XY stage 141 and a Z stage 142. The XY stage 141 has an upper surface 141s, and has an X-direction movement mechanism and a Y-direction movement mechanism. The X-direction movement mechanism is a mechanism for moving the upper surface 141s in the X direction. The Y-direction movement mechanism is a mechanism for moving the upper surface 141s in the Y direction. The Z stage 142 has a Z-direction movement mechanism for moving the upper surface 141s in the Z direction. The stage 140 may include a θ stage or a tilt stage. The θ stage is a stage having a mechanism that can rotate around an axis perpendicular to the upper surface 141s, for example. The tilt stage is a stage having a mechanism that can tilt with respect to an axis parallel to the upper surface 141s.

ここで、受光部120の焦点に位置しかつ受光部120の光軸ROAに垂直な平面を受光部120の焦点面と呼ぶ。図2および図3に示すように、投光部110A,110B、受光部120およびステージ140の相対的な位置関係は、投光部110Aからステージ140の上面141sに向かう投光部110Aの光軸TOA1、投光部110Bからステージ140の上面141sに向かう投光部110Bの光軸TOA2、およびステージ140の上面141sから受光部120に向かう受光部120の光軸ROAが受光部120の焦点面で互いに交差するように設定される。 Here, a plane located at the focus of the light receiving unit 120 and perpendicular to the optical axis ROA of the light receiving unit 120 is called the focal plane of the light receiving unit 120. As shown in Figures 2 and 3, the relative positional relationship between the light projecting units 110A and 110B, the light receiving unit 120, and the stage 140 is set so that the optical axis TOA1 of the light projecting unit 110A directed from the light projecting unit 110A toward the top surface 141s of the stage 140, the optical axis TOA2 of the light projecting unit 110B directed from the light projecting unit 110B toward the top surface 141s of the stage 140, and the optical axis ROA of the light receiving unit 120 directed from the top surface 141s of the stage 140 to the light receiving unit 120 intersect with each other on the focal plane of the light receiving unit 120.

また、投光部110Aの焦点を含みXY方向に平行な平面を投光部110Aの焦点面と呼び、投光部110Bの焦点を含みXY方向に平行な平面を投光部110Bの焦点面と呼ぶ。この場合、各投光部110A,110Bは、投光部110Aの焦点面および投光部110Bの焦点面が受光部120の焦点を含む位置で交差するように構成される。 The plane that includes the focal point of light-projecting unit 110A and is parallel to the XY directions is called the focal plane of light-projecting unit 110A, and the plane that includes the focal point of light-projecting unit 110B and is parallel to the XY directions is called the focal plane of light-projecting unit 110B. In this case, each of light-projecting units 110A and 110B is configured so that the focal plane of light-projecting unit 110A and the focal plane of light-projecting unit 110B intersect at a position that includes the focal point of light-receiving unit 120.

上記のような構成により、測定部100においては、投光部110Aによる測定光の照射領域と、投光部110Bによる測定光の照射領域と、受光部120の撮像領域(撮像視野)とが重複する空間が形成される。この3つの領域の重複空間が、測定空間101である。なお、測定空間101のサイズは、使用者により選択されるカメラの倍率(高倍率または低倍率)に応じて異なる。低倍率が選択されたときの測定空間101のサイズは、高倍率が選択されたときの測定空間101のサイズよりも大きい。 With the above-mentioned configuration, in the measurement unit 100, a space is formed where the area irradiated with the measurement light by the light projector 110A, the area irradiated with the measurement light by the light projector 110B, and the imaging area (imaging field of view) of the light receiver 120 overlap. The overlapping space of these three areas is the measurement space 101. The size of the measurement space 101 differs depending on the camera magnification (high magnification or low magnification) selected by the user. The size of the measurement space 101 when low magnification is selected is larger than the size of the measurement space 101 when high magnification is selected.

ステージ140のX方向移動機構、Y方向移動機構およびZ方向移動機構には、それぞれステッピングモータが用いられる。図1に示すように、測定部100は、ステージ140に付随する構成要素としてステージ操作部145およびステージ駆動部146を含む。ステージ140のX方向移動機構、Y方向移動機構およびZ方向移動機構は、図1のステージ操作部145またはステージ駆動部146により駆動される。 Stepping motors are used for the X-direction movement mechanism, Y-direction movement mechanism, and Z-direction movement mechanism of the stage 140. As shown in FIG. 1, the measurement unit 100 includes a stage operation unit 145 and a stage drive unit 146 as components associated with the stage 140. The X-direction movement mechanism, Y-direction movement mechanism, and Z-direction movement mechanism of the stage 140 are driven by the stage operation unit 145 or the stage drive unit 146 in FIG. 1.

使用者は、ステージ操作部145を手動で操作することにより、ステージ140の上面141sを受光部120に対して相対的にX方向、Y方向またはZ方向に移動させることができる。ステージ駆動部146は、PC200より与えられる駆動パルスに基づいて、ステージ140の各ステッピングモータに電流を供給することにより、ステージ140の上面141sを受光部120に相対的にX方向、Y方向またはZ方向に移動させる。 The user can manually operate the stage operation unit 145 to move the upper surface 141s of the stage 140 in the X-direction, Y-direction, or Z-direction relative to the light receiving unit 120. The stage driving unit 146 moves the upper surface 141s of the stage 140 in the X-direction, Y-direction, or Z-direction relative to the light receiving unit 120 by supplying current to each stepping motor of the stage 140 based on a driving pulse provided by the PC 200.

ステージ140のX方向移動機構、Y方向移動機構およびZ方向移動機構の各々に用いられるステッピングモータにはエンコーダが取り付けられている。各エンコーダの出力信号は、例えばCPU210に与えられる。CPU210は、ステージ140の各エンコーダから与えられる信号に基づいて、ステージ140の上面141sのX方向の位置(X位置)、Y方向の位置(Y位置)またはZ方向の位置(Z位置)の変化量を算出することができる。 An encoder is attached to the stepping motor used in each of the X-direction movement mechanism, Y-direction movement mechanism, and Z-direction movement mechanism of the stage 140. The output signal of each encoder is provided to, for example, the CPU 210. The CPU 210 can calculate the amount of change in the X-direction position (X position), Y-direction position (Y position), or Z-direction position (Z position) of the upper surface 141s of the stage 140 based on the signal provided from each encoder of the stage 140.

ステージ140においては、XYステージ141について、予めXY方向における基準位置が定められている。基準位置は、例えば上面141sの中心が受光部120の光軸ROA上に位置するときのXYステージ141の位置である。なお、基準位置は、平面視で測定空間101の全体がステージ140の上面141s上に重なるように定められればよい。そのため、基準位置は、測定空間101がステージ140の上面141s上に位置するのであれば、上面141sの中心を除く部分が受光部120の光軸ROA上に位置するときのXYステージ141の位置であってもよい。 In the stage 140, a reference position in the XY direction is previously determined for the XY stage 141. The reference position is, for example, the position of the XY stage 141 when the center of the upper surface 141s is located on the optical axis ROA of the light receiving unit 120. The reference position may be determined so that the entire measurement space 101 overlaps the upper surface 141s of the stage 140 in a planar view. Therefore, as long as the measurement space 101 is located on the upper surface 141s of the stage 140, the reference position may be the position of the XY stage 141 when the part other than the center of the upper surface 141s is located on the optical axis ROA of the light receiving unit 120.

図2および図3に示すように、本実施の形態に係るXYステージ141は、X方向に延びる長方形の板形状を有する。X方向におけるXYステージ141の端部には、回転ユニット190が設けられている。回転ユニット190は、ステージ140に対して取り付けることが可能かつ取り外すことが可能に構成されている。 As shown in Figures 2 and 3, the XY stage 141 according to this embodiment has a rectangular plate shape extending in the X direction. A rotation unit 190 is provided at the end of the XY stage 141 in the X direction. The rotation unit 190 is configured so that it can be attached to and detached from the stage 140.

図4は、回転ユニット190の構成とステージ140に対する回転ユニット190の取り付けおよび取り外しを説明するための図である。図4(a)に、回転ユニット190の平面図が示される。図4(b)に、XYステージ141の平面図が示される。図4(c)に、回転ユニット190が取り付けられたXYステージ141の平面図が示される。 Figure 4 is a diagram for explaining the configuration of the rotation unit 190 and the attachment and detachment of the rotation unit 190 to the stage 140. Figure 4(a) shows a plan view of the rotation unit 190. Figure 4(b) shows a plan view of the XY stage 141. Figure 4(c) shows a plan view of the XY stage 141 to which the rotation unit 190 is attached.

図4(a)に示すように、回転ユニット190は、保持部191および回転駆動部192を含む。回転駆動部192は、ステッピングモータsmおよび電源部ppが略直方体形状を有するケーシング内に収容された構成を有する。ステッピングモータsmは保持部191を回転させるために用いられる。電源部ppはステッピングモータsmに電力を供給する。回転駆動部192のケーシングは、長手方向において互いに対向する2つの端面es1,es2を有するとともに、短手方向において互いに対向する2つの側面ss1,ss2を有する。 As shown in FIG. 4(a), the rotation unit 190 includes a holding portion 191 and a rotation drive portion 192. The rotation drive portion 192 has a configuration in which a stepping motor sm and a power supply portion pp are housed in a casing having a substantially rectangular parallelepiped shape. The stepping motor sm is used to rotate the holding portion 191. The power supply portion pp supplies power to the stepping motor sm. The casing of the rotation drive portion 192 has two end faces es1, es2 that face each other in the longitudinal direction, and two side faces ss1, ss2 that face each other in the lateral direction.

保持部191は、後述する一対の保持片92,93(図5~図7)で測定対象物Sを挟み込むことにより測定対象物Sを保持可能に構成されたチャックであり、側面ss1から所定距離突出するように設けられている。また、保持部191は、側面ss1に直交する回転軸の周りで回転可能に回転駆動部192のステッピングモータsmにより支持されている。保持部191の詳細は後述する。回転駆動部192の他方の側面ss2には、後述する一対の保持片92,93(図5~図7)間の距離を調整するための保持ダイヤル195が設けられている。 The holding unit 191 is a chuck configured to hold the measurement object S by clamping it between a pair of holding pieces 92, 93 (FIGS. 5 to 7) described below, and is provided so as to protrude a predetermined distance from the side surface ss1. The holding unit 191 is supported by a stepping motor sm of the rotation drive unit 192 so as to be rotatable around a rotation axis perpendicular to the side surface ss1. The holding unit 191 will be described in detail later. The other side surface ss2 of the rotation drive unit 192 is provided with a holding dial 195 for adjusting the distance between the pair of holding pieces 92, 93 (FIGS. 5 to 7) described below.

回転駆動部192の両端面es1,es2の下端には、回転ユニット190をXYステージ141上に取り付けるための取付部199が設けられている。取付部199には、ねじを挿入可能な貫通孔が形成されている。また、回転駆動部192には、ケーシング内の電源部ppから一方の端面es2を通して外方に延びるようにケーブル193が設けられている。ケーブル193の先端には、コネクタ194が設けられている。ケーブル193およびコネクタ194は、XYステージ141内部に設けられる後述する回転ユニット用基板から電源部ppに電力を供給するためおよび回転ユニット用基板と電源部ppとの間で信号のやり取りを行うために用いられる。 The lower ends of both end faces es1 and es2 of the rotation drive unit 192 are provided with mounting parts 199 for mounting the rotation unit 190 on the XY stage 141. The mounting parts 199 are formed with through holes into which screws can be inserted. The rotation drive unit 192 is also provided with a cable 193 that extends outward from the power supply unit pp inside the casing through one end face es2. A connector 194 is provided at the tip of the cable 193. The cable 193 and the connector 194 are used to supply power to the power supply unit pp from a rotation unit board (described later) provided inside the XY stage 141, and to exchange signals between the rotation unit board and the power supply unit pp.

図4(b)に示すように、XYステージ141の上面141sは、X方向に延びる矩形状を有する。X方向における上面141sの一端部には、回転ユニット190の2つの取付部199にそれぞれ対応する2つのねじ孔141hが形成されている。本例では、XYステージ141は、基準位置にあるものとする。この場合、平面視で、測定空間101の外縁はXYステージ141の上面141sの中心を取り囲む。 As shown in FIG. 4(b), the upper surface 141s of the XY stage 141 has a rectangular shape extending in the X direction. Two screw holes 141h corresponding to the two mounting portions 199 of the rotation unit 190 are formed at one end of the upper surface 141s in the X direction. In this example, the XY stage 141 is in the reference position. In this case, the outer edge of the measurement space 101 surrounds the center of the upper surface 141s of the XY stage 141 in a plan view.

XYステージ141内部には、回転ユニット190の電源部ppに電力を供給するためおよび回転駆動部192の動作を制御するための制御基板(以下、回転ユニット用基板と呼ぶ。)が設けられている。XYステージ141のうち測定部100の前方を向く一側部には、回転ユニット用基板と回転ユニット190とを電気的に接続するためのコネクタ141cが設けられている。 A control board (hereafter referred to as the rotation unit board) is provided inside the XY stage 141 to supply power to the power supply unit pp of the rotation unit 190 and to control the operation of the rotation drive unit 192. A connector 141c is provided on one side of the XY stage 141 facing forward of the measurement unit 100 to electrically connect the rotation unit board and the rotation unit 190.

図4(c)に示すように、XYステージ141上に回転ユニット190が取り付けられる。この取付時には、XYステージ141の2つのねじ孔141h上に回転ユニット190の2つの取付部199が位置決めされる。また、各取付部199の貫通孔を通してねじ孔141hにねじが取り付けられる。それにより、XYステージ141の上面141sにおける予め定められた位置に回転ユニット190が固定される。XYステージ141が基準位置にある状態で、回転ユニット190は測定空間101から外れた空間に位置する。この場合、回転ユニット190が測定空間101に位置しないので、測定対象物Sの測定可能な範囲が回転ユニット190により制限されることが防止される。 As shown in FIG. 4(c), the rotation unit 190 is attached to the XY stage 141. During this attachment, the two mounting parts 199 of the rotation unit 190 are positioned on the two screw holes 141h of the XY stage 141. In addition, screws are attached to the screw holes 141h through the through holes of each mounting part 199. This fixes the rotation unit 190 to a predetermined position on the upper surface 141s of the XY stage 141. With the XY stage 141 in the reference position, the rotation unit 190 is located in a space outside the measurement space 101. In this case, since the rotation unit 190 is not located in the measurement space 101, the measurable range of the measurement target S is prevented from being limited by the rotation unit 190.

さらに、XYステージ141への回転ユニット190の取付時には、ケーブル193に設けられたコネクタ194が、XYステージ141のコネクタ141cに接続される。これにより、XYステージ141から回転ユニット190への電力供給が可能になる。また、回転ユニット190の回転駆動部192が、XYステージ141の回転ユニット用基板を介してCPU210により制御される。 When the rotation unit 190 is attached to the XY stage 141, the connector 194 on the cable 193 is connected to the connector 141c on the XY stage 141. This allows power to be supplied from the XY stage 141 to the rotation unit 190. The rotation drive unit 192 of the rotation unit 190 is controlled by the CPU 210 via the rotation unit board on the XY stage 141.

回転駆動部192のステッピングモータsmにはエンコーダが取り付けられている。当該エンコーダの出力信号は、回転ユニット190とXYステージ141とが電気的に接続されることによりCPU210に与えられる。CPU210は、回転ユニット190のエンコーダから与えられる信号に基づいて、保持部191の回転方向における角度位置(回転角度)を算出することができる。 An encoder is attached to the stepping motor sm of the rotation drive unit 192. The output signal of the encoder is provided to the CPU 210 by electrically connecting the rotation unit 190 and the XY stage 141. The CPU 210 can calculate the angular position (rotation angle) in the rotation direction of the holding unit 191 based on the signal provided from the encoder of the rotation unit 190.

ここで、保持部191の詳細について説明する。図5~図7は、保持部191の構成の詳細を説明するための外観斜視図である。図5に示すように、保持部191は、回転支持軸91、一対の保持片92,93および図示しない開閉機構を含む。 Here, the details of the holding portion 191 will be described. Figures 5 to 7 are external perspective views for explaining the details of the configuration of the holding portion 191. As shown in Figure 5, the holding portion 191 includes a rotating support shaft 91, a pair of holding pieces 92, 93, and an opening and closing mechanism (not shown).

回転支持軸91は、回転駆動部192のステッピングモータsmに接続され、当該回転支持軸91の中心軸周りで回転可能に支持されている。一対の保持片92,93は、それぞれ半円柱形状を有し、回転支持軸91の先端部分を挟み込むようにかつ一対の保持片92,93により一本の円柱を形成するように設けられている。図示しない開閉機構は、図5に白抜きの矢印で示すように、使用者による保持ダイヤル195(図4(a))の操作に応じて一対の保持片92,93間の距離を変化させる。それにより、図6に示すように、保持部191は、一対の保持片92,93が測定対象物Sの一部を挟み込むことにより測定対象物Sを保持(把持)することが可能に構成されている。 The rotating support shaft 91 is connected to a stepping motor sm of the rotating drive unit 192 and is supported so as to be rotatable around the central axis of the rotating support shaft 91. The pair of holding pieces 92, 93 each have a semi-cylindrical shape and are provided so as to sandwich the tip portion of the rotating support shaft 91 and form a single cylinder with the pair of holding pieces 92, 93. As shown by the hollow arrow in FIG. 5, the opening and closing mechanism (not shown) changes the distance between the pair of holding pieces 92, 93 in response to the user's operation of the holding dial 195 (FIG. 4(a)). As a result, as shown in FIG. 6, the holding unit 191 is configured to be able to hold (grasp) the measurement object S by sandwiching a part of the measurement object S between the pair of holding pieces 92, 93.

各保持片92,93の先端に位置する端面92e,93eには、複数の孔92h,93hが形成されている。これらの複数の孔92h,93hには、棒状部材94を挿入することができる。保持片92,93の複数の孔92h,93hに選択的に所定数の棒状部材94が挿入されることにより、図7に示すように、複数の棒状部材94を用いて測定対象物Sを保持することも可能である。 A plurality of holes 92h, 93h are formed in the end faces 92e, 93e located at the tip of each holding piece 92, 93. Rod-shaped members 94 can be inserted into these holes 92h, 93h. By selectively inserting a predetermined number of rod-shaped members 94 into the holes 92h, 93h of the holding pieces 92, 93, it is also possible to hold the measurement object S using the rod-shaped members 94, as shown in FIG. 7.

保持部191により保持された測定対象物Sを測定空間101に配置することにより、測定空間101内に位置する測定対象物Sの上方を向く部分について三次元形状を測定することができる。 By placing the measurement object S held by the holding unit 191 in the measurement space 101, the three-dimensional shape of the upward-facing portion of the measurement object S located in the measurement space 101 can be measured.

上記の保持部191の構成によれば、測定対象物Sが片持ち保持されるので、保持部191により保持される測定対象物Sの部分が低減される。したがって、測定空間101内で測定対象物Sを回転させることにより、測定対象物Sの表面のより広い範囲について三次元形状を測定することができる。 According to the above-described configuration of the holding unit 191, the measurement object S is held in a cantilever manner, so that the portion of the measurement object S held by the holding unit 191 is reduced. Therefore, by rotating the measurement object S within the measurement space 101, the three-dimensional shape of a wider area of the surface of the measurement object S can be measured.

ところで、Z方向移動機構により上下動可能なステージ140の範囲(以下、可動ストローク範囲と呼ぶ。)は、例えばステージ140と受光部120との位置関係に基づいて定められることが好ましい。図8~図10は、図1のステージ140のZ方向における好ましい可動ストローク範囲について説明するための図である。 The range of the stage 140 that can be moved up and down by the Z-direction movement mechanism (hereinafter referred to as the movable stroke range) is preferably determined based on, for example, the positional relationship between the stage 140 and the light receiving unit 120. Figures 8 to 10 are diagrams for explaining the preferred movable stroke range in the Z direction of the stage 140 in Figure 1.

図8~図10では、測定部100の模式的正面図が示される。また、図8~図10では、投光部110A,110Bおよび受光部120を収容するヘッドケーシング160が二点鎖線で示され、受光部120の焦点面120Fが太い点線で示される。さらに、回転ユニット190における回転支持軸91(図5~図7)の中心を通る回転軸RAが一点鎖線で示される。本例では、ヘッドケーシング160の下端部に受光部120のレンズ122(図2)が位置する。また、本例では、回転軸RAは、回転ユニット190がステージ140に取り付けられた状態で、X方向に平行に延びる。 Schematic front views of the measurement unit 100 are shown in Figs. 8 to 10. In Figs. 8 to 10, the head casing 160 housing the light projectors 110A, 110B and the light receiver 120 is indicated by a two-dot chain line, and the focal plane 120F of the light receiver 120 is indicated by a thick dotted line. Furthermore, the rotation axis RA passing through the center of the rotation support shaft 91 (Figs. 5 to 7) in the rotation unit 190 is indicated by a dashed line. In this example, the lens 122 (Fig. 2) of the light receiver 120 is located at the lower end of the head casing 160. In this example, the rotation axis RA extends parallel to the X direction when the rotation unit 190 is attached to the stage 140.

図8に示すように、ステージ140は、少なくとも上面141sが受光部120の焦点面120Fに位置する高さ位置p1に配置可能に構成されることが好ましい。この場合、回転ユニット190は、Z方向の寸法(高さ)dhが受光部120のレンズ122から焦点面120Fまでの作動距離WDよりも小さくなるように設計されることが好ましい。 As shown in FIG. 8, the stage 140 is preferably configured to be positionable at a height position p1 where at least the upper surface 141s is located on the focal plane 120F of the light receiving unit 120. In this case, the rotation unit 190 is preferably designed so that the Z-direction dimension (height) dh is smaller than the working distance WD from the lens 122 of the light receiving unit 120 to the focal plane 120F.

次に、図9に示すように、ステージ140は、回転ユニット190が取り付けられた状態で、少なくとも回転ユニット190の回転軸RAが受光部120の焦点面120Fに位置する高さ位置p2に配置可能に構成されることが好ましい。図8および図9の例に示される配置を実現するためには、図1のステージ140のZ方向における可動ストローク範囲RMは、受光部120の焦点面120FをZ方向における上面141sと回転軸RAとの間で位置調整できるように定められる必要がある。 Next, as shown in FIG. 9, the stage 140 is preferably configured so that, with the rotation unit 190 attached, it can be positioned at a height position p2 where at least the rotation axis RA of the rotation unit 190 is located on the focal plane 120F of the light receiving unit 120. To realize the positions shown in the examples of FIG. 8 and FIG. 9, the movable stroke range RM in the Z direction of the stage 140 in FIG. 1 must be determined so that the focal plane 120F of the light receiving unit 120 can be adjusted between the upper surface 141s and the rotation axis RA in the Z direction.

ここで、Z方向における上面141sから回転軸RAまでの距離を基準距離RDと定義する。この場合、図10に示すように、ステージ140は、回転ユニット190が取り付けられた状態で、焦点面120Fが上面141sから上方に基準距離RDの2倍の距離離間した高さ位置に配置されるときの高さ位置p3に配置可能に構成されることがより好ましい。 Here, the distance from the top surface 141s to the rotation axis RA in the Z direction is defined as the reference distance RD. In this case, as shown in FIG. 10, it is more preferable that the stage 140 is configured so that it can be positioned at a height position p3 when the focal plane 120F is positioned at a height position that is twice the reference distance RD above the top surface 141s with the rotation unit 190 attached.

このような構成によれば、回転軸RAを基準とする回転時に上面141sに干渉しない測定対象物Sについて、広い範囲に渡って形状測定を行うことができる。したがって、図1のステージ140のZ方向における可動ストローク範囲RMは、受光部120の焦点面120Fを上面141sと上面141sの上方に基準距離RDの2倍の距離離間した高さ位置との間で位置調整できるように定められることが好ましい。 This configuration allows shape measurements to be performed over a wide range for the measurement object S that does not interfere with the top surface 141s during rotation about the rotation axis RA. Therefore, it is preferable that the movable stroke range RM in the Z direction of the stage 140 in FIG. 1 be determined so that the focal plane 120F of the light receiving unit 120 can be adjusted between the top surface 141s and a height position that is twice the reference distance RD above the top surface 141s.

図1に示すように、制御部300は、制御基板310および照明光源320を含む。制御基板310には、図示しないCPUが実装される。制御基板310のCPUは、PC200のCPU210からの指令に基づいて、投光部110A,110B、受光部120および制御基板150を制御する。 As shown in FIG. 1, the control unit 300 includes a control board 310 and an illumination light source 320. A CPU (not shown) is mounted on the control board 310. The CPU of the control board 310 controls the light projectors 110A and 110B, the light receiver 120, and the control board 150 based on commands from the CPU 210 of the PC 200.

照明光源320は、例えば赤色光、緑色光および青色光を出射する3つのLEDを含む。各LEDから出射される光の輝度を制御することにより、照明光源320から任意の色の光を発生することができる。照明光源320から発生される光(以下、照明光と呼ぶ。)は、導光部材(ライトガイド)を通して測定部100の照明光出力部130から出力される。なお、制御部300に照明光源320を設けずに、測定部100に照明光源320を設けてもよい。この場合、測定部100には照明光出力部130が設けられない。 The illumination light source 320 includes three LEDs that emit, for example, red light, green light, and blue light. By controlling the brightness of the light emitted from each LED, light of any color can be generated from the illumination light source 320. The light generated from the illumination light source 320 (hereinafter referred to as illumination light) is output from the illumination light output unit 130 of the measurement unit 100 through a light-guiding member (light guide). Note that the illumination light source 320 may be provided in the measurement unit 100 without providing the illumination light source 320 in the control unit 300. In this case, the illumination light output unit 130 is not provided in the measurement unit 100.

図2の照明光出力部130は、円環形状を有し、受光部120を取り囲むようにステージ140の上方に配置される。これにより、影が発生しないように照明光出力部130から測定対象物Sに照明光が照射される。 The illumination light output unit 130 in FIG. 2 has a circular ring shape and is disposed above the stage 140 so as to surround the light receiving unit 120. This allows illumination light to be irradiated from the illumination light output unit 130 onto the measurement object S so as not to create a shadow.

[2]測定対象物の立体形状を示す三次元形状データ
(1)三角測距方式による測定対象物の形状測定
測定部100においては、三角測距方式により測定対象物Sの形状が測定される。図11は、三角測距方式の原理を説明するための図である。図11に示すように、例えば投光部110Aから出射される光線の光軸と受光部120に入射する反射光の光軸(受光部120の光軸)との間の角度γが予め設定される。角度γは、0度よりも大きく90度よりも小さい。
[2] Three-dimensional shape data showing the three-dimensional shape of the measurement object (1) Measurement of the shape of the measurement object by triangulation method In the measurement unit 100, the shape of the measurement object S is measured by triangulation method. Fig. 11 is a diagram for explaining the principle of the triangulation method. As shown in Fig. 11, for example, an angle γ between the optical axis of the light beam emitted from the light projector 110A and the optical axis of the reflected light incident on the light receiver 120 (the optical axis of the light receiver 120) is set in advance. The angle γ is greater than 0 degrees and less than 90 degrees.

ステージ140上に測定対象物Sが配置されない場合、投光部110Aから出射される光線は、ステージ140の上面141sの点Oにより反射され、受光部120に入射する。一方、ステージ140上に測定対象物Sが配置される場合、投光部110Aから出射される光線は、測定対象物Sの表面の点Aにより反射され、受光部120に入射する。 When the measurement object S is not placed on the stage 140, the light emitted from the light-projecting unit 110A is reflected by point O on the upper surface 141s of the stage 140 and enters the light-receiving unit 120. On the other hand, when the measurement object S is placed on the stage 140, the light emitted from the light-projecting unit 110A is reflected by point A on the surface of the measurement object S and enters the light-receiving unit 120.

点Oと点Aとの間のX方向における距離をdとすると、ステージ140の上面141sに対する測定対象物Sの点Aの高さhは、h=d÷tan(γ)により与えられる。図1のPC200のCPU210は、制御基板150により与えられる測定対象物Sの画素データに基づいて、X方向における点Oと点Aとの間の距離dを測定する。また、CPU210は、測定された距離dに基づいて、測定対象物Sの表面の点Aの高さhを算出する。測定対象物Sの表面の全ての点の高さを算出することにより、測定対象物Sの三次元的な形状が測定される。 If the distance in the X direction between points O and A is d, then the height h of point A of the measurement object S relative to the upper surface 141s of the stage 140 is given by h = d ÷ tan(γ). The CPU 210 of the PC 200 in FIG. 1 measures the distance d between points O and A in the X direction based on the pixel data of the measurement object S provided by the control board 150. The CPU 210 also calculates the height h of point A on the surface of the measurement object S based on the measured distance d. The three-dimensional shape of the measurement object S is measured by calculating the heights of all points on the surface of the measurement object S.

三角測距方式の形状測定時には、測定対象物Sの表面の全ての点に光を照射するために、図1の投光部110A,110Bからステージ140に向かって種々のパターンを有するパターン光が順次出射される。例えば、Y方向に平行でかつX方向に並ぶような直線状の断面を有する縞状のパターン光が、その空間位相が変化されつつ各投光部110A,110Bから複数回出射される。また、Y方向に平行な直線状の断面を有しかつ明部分と暗部分とがX方向に並ぶコード状のパターン光が、その明部分および暗部分がグレイコード状に変化されつつ各投光部110A,110Bから複数回出射される。 During shape measurement using the triangulation method, in order to irradiate all points on the surface of the measurement target S with light, pattern light having various patterns is sequentially emitted from the light-projecting units 110A and 110B in FIG. 1 toward the stage 140. For example, striped pattern light having a linear cross section parallel to the Y direction and aligned in the X direction is emitted multiple times from each of the light-projecting units 110A and 110B while its spatial phase is changed. Also, code-shaped pattern light having a linear cross section parallel to the Y direction and with bright and dark parts aligned in the X direction is emitted multiple times from each of the light-projecting units 110A and 110B while its bright and dark parts are changed into a gray code.

CPU210(図1)においては、所定のパターン光が投影された測定対象物Sの画像データに基づいて測定対象物Sの立体形状を表す三次元形状データが生成される。三次元形状データは、測定対象物Sの表面上の位置データを含む。測定部100においては、受光部120に対して固有の位置関係を有する三次元座標系(以下、装置座標系と呼ぶ。)が定義される。本例の装置座標系は、X方向、Y方向およびZ方向に平行なX軸、Y軸およびZ軸を含む。位置データは、例えば装置座標系における座標を表す。以下の説明では、三次元形状データに基づいて表示される測定対象物Sの画像を三次元形状画像と呼ぶ。 In the CPU 210 (FIG. 1), three-dimensional shape data representing the three-dimensional shape of the measurement object S is generated based on image data of the measurement object S onto which a predetermined pattern light is projected. The three-dimensional shape data includes position data on the surface of the measurement object S. In the measurement unit 100, a three-dimensional coordinate system (hereinafter referred to as the device coordinate system) having a unique positional relationship with the light receiving unit 120 is defined. In this example, the device coordinate system includes an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis parallel to the X-direction, the Y-direction, and the Z-direction. The position data represents, for example, coordinates in the device coordinate system. In the following description, the image of the measurement object S displayed based on the three-dimensional shape data is referred to as a three-dimensional shape image.

(2)XY方向における複数の三次元形状データの合成
測定対象物Sがステージ140の上面141s上に載置された状態で、XY方向において測定対象物Sが測定空間101内に収まらない場合には、測定対象物Sの上面の一部にしかパターン光が照射されない。そのため、測定対象物Sの表面の広範囲に渡る三次元形状データを求めることができない。
(2) Synthesis of Multiple 3D Shape Data in the XY Directions When the measurement object S is placed on the upper surface 141s of the stage 140 and does not fit within the measurement space 101 in the XY directions, the pattern light is irradiated onto only a portion of the upper surface of the measurement object S. Therefore, it is not possible to obtain 3D shape data over a wide range of the surface of the measurement object S.

そこで、XY方向において測定対象物Sの上面が測定空間101内に収まらない場合には、ステージ140の上面141sを受光部120に対して相対的にXY方向に移動させることにより、測定対象物Sの複数の部分を撮像してもよい。この場合、測定対象物Sの複数の部分にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを取得し、取得された複数の三次元形状データを合成することができる。 Therefore, if the top surface of the measurement object S does not fit within the measurement space 101 in the XY direction, multiple parts of the measurement object S may be imaged by moving the top surface 141s of the stage 140 in the XY direction relative to the light receiving unit 120. In this case, multiple three-dimensional shape data corresponding to multiple parts of the measurement object S can be obtained, and the obtained multiple three-dimensional shape data can be synthesized.

図12は、ステージ140の上面141sをXY方向に移動させることにより複数の三次元形状データを生成する例を説明するための図である。例えば、図12(a)に示すように、使用者により測定対象物Sがステージ140上に載置される。また、測定対象物Sの位置および姿勢がステージ140上で調整された後、パターン光を用いた撮像が行われることにより1番目の三次元形状データが生成される。これにより取得される三次元形状画像の一例が図12(e)に示される。なお、図12(e)~(h)および後述する図13(c),(d)および図14(d)~(f)に示される三次元形状画像において、点線は測定対象物Sの全体の外形を仮想的に表したものである。 Figure 12 is a diagram for explaining an example of generating multiple three-dimensional shape data by moving the upper surface 141s of the stage 140 in the XY direction. For example, as shown in Figure 12 (a), the user places the measurement object S on the stage 140. After the position and orientation of the measurement object S are adjusted on the stage 140, an image is captured using pattern light to generate the first three-dimensional shape data. An example of a three-dimensional shape image obtained in this way is shown in Figure 12 (e). Note that in the three-dimensional shape images shown in Figures 12 (e) to (h) and Figures 13 (c), (d), and Figures 14 (d) to (f) described later, the dotted lines virtually represent the overall outer shape of the measurement object S.

図12(a)に示すように、本例では、1番目の三次元形状データの生成時に、XY方向における測定対象物Sの一部分のみが測定空間101内に配置される。したがって、図12(e)に示される三次元形状画像は、測定対象物Sの上面のうちXY方向における複数の部分が欠落している。 As shown in FIG. 12(a), in this example, when the first three-dimensional shape data is generated, only a portion of the measurement object S in the XY direction is placed in the measurement space 101. Therefore, the three-dimensional shape image shown in FIG. 12(e) is missing multiple portions of the top surface of the measurement object S in the XY direction.

そこで、図12(b)~(d)に示すように、1番目の三次元形状データで表されていない測定対象物Sの複数の部分が順次測定空間101に配置されるように、ステージ140の上面141sがXY方向に移動される。また、測定空間101の各部分が測定空間101に配置されるごとに、パターン光を用いた撮像が行われ、2番目~4番目の三次元形状データが生成される。2番目~4番目の三次元形状データにそれぞれ対応する三次元形状画像が図12(f)~(h)に示される。このようにして、ステージ140のXY方向への移動および測定対象物Sの撮像が繰り返されることにより、測定対象物Sの上面の複数の部分にそれぞれ対応する複数の三次元形状データが生成される。生成された複数の三次元形状データが合成されることにより、測定対象物Sの表面の広い範囲に渡る三次元形状データが生成される。以下の説明では、XY方向において測定対象物Sの形状測定の対象範囲を拡大するための合成を平面方向合成と呼ぶ。 Therefore, as shown in Figs. 12(b) to (d), the upper surface 141s of the stage 140 is moved in the XY direction so that the multiple parts of the measurement object S that are not represented by the first three-dimensional shape data are sequentially placed in the measurement space 101. In addition, each time each part of the measurement space 101 is placed in the measurement space 101, an image is captured using pattern light, and the second to fourth three-dimensional shape data are generated. Three-dimensional shape images corresponding to the second to fourth three-dimensional shape data, respectively, are shown in Figs. 12(f) to (h). In this way, the movement of the stage 140 in the XY direction and the image capture of the measurement object S are repeated, and multiple three-dimensional shape data corresponding to multiple parts of the upper surface of the measurement object S are generated. The multiple generated three-dimensional shape data are synthesized to generate three-dimensional shape data covering a wide range of the surface of the measurement object S. In the following description, the synthesis for expanding the target range of the shape measurement of the measurement object S in the XY direction is called planar direction synthesis.

(3)Z方向における複数の三次元形状データの合成
測定対象物Sがステージ140の上面141s上に載置された状態で、Z方向において測定対象物Sの上面が測定空間101内(受光部120の被写界深度の範囲内)に収まらない場合には、測定対象物Sの上面の一部にしか受光部120の焦点が合わない。そのため、測定対象物Sの表面の広範囲に渡る三次元形状データを求めることができない。
(3) Combination of Multiple 3D Shape Data in the Z Direction When the measurement object S is placed on the upper surface 141s of the stage 140, if the upper surface of the measurement object S in the Z direction does not fall within the measurement space 101 (within the range of the depth of field of the light receiving unit 120), the light receiving unit 120 will only focus on a portion of the upper surface of the measurement object S. Therefore, it is not possible to obtain 3D shape data over a wide range of the surface of the measurement object S.

そこで、Z方向において測定対象物Sの上面が測定空間101内に収まらない場合には、ステージ140の上面141sを受光部120に対して相対的にZ方向に移動させることにより、測定対象物Sの複数の部分を撮像してもよい。この場合、測定対象物Sの複数の部分にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを取得し、取得された複数の三次元形状データを合成することができる。 Therefore, if the top surface of the measurement object S does not fit within the measurement space 101 in the Z direction, multiple parts of the measurement object S may be imaged by moving the top surface 141s of the stage 140 in the Z direction relative to the light receiving unit 120. In this case, multiple three-dimensional shape data corresponding to multiple parts of the measurement object S can be obtained, and the obtained multiple three-dimensional shape data can be synthesized.

図13は、ステージ140の上面141sをZ方向に移動させることにより複数の三次元形状データを生成する例を説明するための図である。例えば、図13(a)に示すように、使用者により測定対象物Sがステージ140上に載置され、パターン光を用いた撮像が行われることにより1番目の三次元形状データが生成される。これにより取得される三次元形状画像の一例が図13(c)に示される。 Figure 13 is a diagram for explaining an example of generating multiple three-dimensional shape data by moving the top surface 141s of the stage 140 in the Z direction. For example, as shown in Figure 13(a), a user places the measurement target S on the stage 140, and an image is captured using pattern light to generate the first three-dimensional shape data. An example of a three-dimensional shape image obtained in this way is shown in Figure 13(c).

図13(a)に示すように、本例では、1番目の三次元形状データの生成時に、Z方向における測定対象物Sの上面の一部分のみが測定空間101内に配置される。そのため、図13(c)に示される三次元形状画像は、測定対象物SのうちZ方向における最上端部分が欠落している。 As shown in FIG. 13(a), in this example, when the first three-dimensional shape data is generated, only a portion of the top surface of the measurement object S in the Z direction is placed within the measurement space 101. Therefore, the three-dimensional shape image shown in FIG. 13(c) is missing the topmost portion of the measurement object S in the Z direction.

そこで、図13(b)に示すように、1番目の三次元形状データで表されていない測定対象物Sの部分が測定空間101に配置されるように、ステージ140の上面141sがZ方向に移動される。また、パターン光を用いた撮像が行われ、2番目の三次元形状データが生成される。2番目の三次元形状データに対応する三次元形状画像が図13(d)に示される。 As shown in FIG. 13(b), the upper surface 141s of the stage 140 is moved in the Z direction so that the portion of the measurement object S not represented in the first three-dimensional shape data is placed in the measurement space 101. In addition, imaging is performed using pattern light, and second three-dimensional shape data is generated. The three-dimensional shape image corresponding to the second three-dimensional shape data is shown in FIG. 13(d).

このようにして、ステージ140のZ方向への移動および測定対象物Sの撮像が繰り返されることにより、測定対象物Sの複数の部分にそれぞれ対応する複数の三次元形状データが生成される。生成された複数の三次元形状データが合成されることにより、測定対象物Sの表面の広い範囲に渡る三次元形状データが生成される。以下の説明では、Z方向において測定対象物Sの形状測定の対象範囲を拡大するための合成を高さ方向合成と呼ぶ。 In this manner, by repeatedly moving the stage 140 in the Z direction and capturing images of the measurement object S, multiple pieces of three-dimensional shape data are generated, each corresponding to multiple parts of the measurement object S. By synthesizing the multiple generated three-dimensional shape data, three-dimensional shape data covering a wide range of the surface of the measurement object S is generated. In the following description, synthesis for expanding the target range for shape measurement of the measurement object S in the Z direction is referred to as height direction synthesis.

(4)回転方向における複数の三次元形状データの合成
回転ユニット190により保持された測定対象物Sが測定空間101内に配置される場合であっても、受光部120の方向に向かない測定対象物Sの部分で反射されるパターン光は受光部120に入射しない。そこで、回転ユニット190により保持された測定対象物Sの形状測定時には、測定対象物Sを回転軸RAの周りで回転させることにより測定対象物Sの複数の部分を撮像してもよい。この場合、測定対象物Sの複数の部分にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを取得し、取得された複数の三次元形状データを合成することができる。
(4) Synthesis of Multiple Three-Dimensional Shape Data in the Rotational Direction Even when the measurement object S held by the rotation unit 190 is placed in the measurement space 101, the pattern light reflected by the portion of the measurement object S that does not face the direction of the light receiving unit 120 does not enter the light receiving unit 120. Therefore, when measuring the shape of the measurement object S held by the rotation unit 190, the measurement object S may be rotated around the rotation axis RA to capture images of multiple portions of the measurement object S. In this case, multiple three-dimensional shape data corresponding to the multiple portions of the measurement object S are acquired, and the acquired multiple three-dimensional shape data can be synthesized.

図14は、回転ユニット190を用いて測定対象物Sを回転軸RA周りで回転させることにより複数の三次元形状データを生成する例を説明するための図である。例えば、図14(a)に示すように、使用者により測定対象物Sが回転ユニット190の保持部191に取り付けられる。図14(a)~(c)においては、測定対象物Sを保持する保持部191が二点鎖線で模式的に示される。 Figure 14 is a diagram for explaining an example of generating multiple three-dimensional shape data by rotating the measurement object S around the rotation axis RA using the rotation unit 190. For example, as shown in Figure 14 (a), the user attaches the measurement object S to the holder 191 of the rotation unit 190. In Figures 14 (a) to (c), the holder 191 that holds the measurement object S is shown diagrammatically by a two-dot chain line.

測定対象物Sが回転ユニット190により保持された状態で、測定対象物Sが測定空間101内に位置するように位置合わせが行われる。さらに、パターン光を用いた撮像が行われることにより1番目の三次元形状データが生成される。これにより取得される三次元形状画像の一例が図14(d)に示される。 With the measurement object S held by the rotation unit 190, the measurement object S is aligned so that it is positioned within the measurement space 101. Furthermore, an image is captured using pattern light to generate the first three-dimensional shape data. An example of the three-dimensional shape image thus obtained is shown in FIG. 14(d).

なお、本例で用いられる測定対象物Sは、一方向に延びる略円柱形状を有し、当該測定対象物Sの軸心が回転軸RAに一致するように、測定対象物Sの一端が保持部191に保持されている。また、本例の測定対象物Sの端部には、当該測定対象物Sの回転状態が理解しやすいように、黒点が付されている。 The measurement object S used in this example has a generally cylindrical shape extending in one direction, and one end of the measurement object S is held by the holding portion 191 so that the axis of the measurement object S coincides with the rotation axis RA. In addition, a black dot is added to the end of the measurement object S in this example so that the rotation state of the measurement object S can be easily understood.

図14(a)に示すように、1番目の三次元形状データの生成時には、測定対象物Sの外周面のうち受光部120に向く一部分のみが受光部120により撮像される。したがって、図14(d)に示される三次元形状画像は、測定対象物Sの外周面における比較的広範囲の部分が欠落している。 As shown in FIG. 14(a), when the first three-dimensional shape data is generated, only a portion of the outer circumferential surface of the measurement object S that faces the light receiving unit 120 is imaged by the light receiving unit 120. Therefore, the three-dimensional shape image shown in FIG. 14(d) is missing a relatively wide area of the outer circumferential surface of the measurement object S.

そこで、図14(b),(c)に示すように、1番目の三次元形状データで表されていない測定対象物Sの外周面の複数の部分が順次受光部120に向くように、予め定められた角度の整数倍の角度間隔(所定の角度ピッチ)で回転ユニット190が測定対象物Sを回転させる。また、測定対象物Sが所定角度回転するごとに、パターン光を用いた撮像が行われ、2番目および3番目の三次元形状データが生成される。2番目および3番目の三次元形状データにそれぞれ対応する三次元形状画像が図14(e),(f)に示される。 As shown in Figures 14(b) and (c), the rotation unit 190 rotates the measurement object S at angular intervals (predetermined angular pitch) that are integer multiples of a predetermined angle so that multiple portions of the outer circumferential surface of the measurement object S that are not represented by the first three-dimensional shape data are sequentially directed toward the light receiving unit 120. In addition, each time the measurement object S rotates by a predetermined angle, an image is captured using pattern light, and the second and third three-dimensional shape data are generated. Three-dimensional shape images corresponding to the second and third three-dimensional shape data, respectively, are shown in Figures 14(e) and (f).

このようにして、測定対象物Sの所定角度分の回転および測定対象物Sの撮像が繰り返されることにより、測定対象物Sの外周面の複数の部分にそれぞれ対応する複数の三次元形状データが生成される。生成された複数の三次元形状データが合成されることにより、測定対象物Sの表面の広い範囲(本例では、外周面全体)に渡る三次元形状データが生成される。以下の説明では、回転軸RAを基準とする回転方向において測定対象物Sの形状測定の対象範囲を拡大するための合成を回転方向合成と呼ぶ。 In this way, by repeatedly rotating the measurement object S through a predetermined angle and capturing an image of the measurement object S, multiple pieces of three-dimensional shape data corresponding to multiple parts of the outer peripheral surface of the measurement object S are generated. By synthesizing the multiple generated three-dimensional shape data, three-dimensional shape data covering a wide range of the surface of the measurement object S (in this example, the entire outer peripheral surface) is generated. In the following explanation, the synthesis for expanding the target range for shape measurement of the measurement object S in the rotation direction based on the rotation axis RA is called rotational direction synthesis.

[3]回転方向合成を行う際の校正機能
(1)校正機能の概要
上記のように、回転方向合成を行う場合には、測定対象物Sが回転軸RAを基準として、予め定められた角度位置(以下、基準角度位置と呼ぶ。)から所定の角度ピッチで回転する。また、基準角度位置にある状態で測定対象物Sの三次元形状データが生成されるとともに、所定の角度ピッチで回転されるごとに測定対象物Sの三次元形状データが生成される。
[3] Calibration function when performing rotational direction synthesis (1) Overview of the calibration function As described above, when performing rotational direction synthesis, the measurement object S rotates at a predetermined angular pitch from a predetermined angular position (hereinafter referred to as the reference angular position) with the rotation axis RA as a reference. In addition, three-dimensional shape data of the measurement object S is generated when it is at the reference angular position, and three-dimensional shape data of the measurement object S is generated each time it is rotated at the predetermined angular pitch.

ここで、温度環境の変化または測定部100の経時的な使用により、回転ユニット190の回転軸RAが装置座標系で規定される設計上の位置からずれていると、正確な三次元形状データを得ることができない。そこで、本実施の形態に係る形状測定装置500は、回転方向合成を用いた測定対象物Sの形状測定時に、生成された三次元形状データの装置座標系に対するずれ(ずれ量およびずれている方向)を相殺するための第1、第2および第3の校正機能を有する。第1、第2および第3の校正機能について順に説明する。 If the rotation axis RA of the rotation unit 190 deviates from the design position defined in the device coordinate system due to changes in the temperature environment or use of the measurement section 100 over time, accurate three-dimensional shape data cannot be obtained. Therefore, the shape measuring device 500 according to this embodiment has first, second and third calibration functions to offset the deviation (amount of deviation and direction of deviation) of the generated three-dimensional shape data relative to the device coordinate system when measuring the shape of the measurement target S using rotational direction synthesis. The first, second and third calibration functions will be described in order.

(2)第1の校正機能
図15は、第1の校正機能を説明するための図である。図15(a)に、Y方向に見た回転ユニット190の保持部191の側面図が示される。図15(a)に示すように、保持部191においては、回転駆動部192と保持片92,93との間に位置する回転支持軸91の一部が、第1のマーカM1として第1の校正機能に用いられる。この第1のマーカM1は、円筒状の外周面を有し、その中心が回転ユニット190の回転軸RA上に位置するように設けられる。第1のマーカM1の外周面の寸法は、既知であり、例えば図1の記憶装置240に記憶される。
(2) First Calibration Function FIG. 15 is a diagram for explaining the first calibration function. FIG. 15(a) shows a side view of the holding part 191 of the rotation unit 190 as seen in the Y direction. As shown in FIG. 15(a), in the holding part 191, a part of the rotation support shaft 91 located between the rotation drive part 192 and the holding pieces 92, 93 is used as a first marker M1 for the first calibration function. This first marker M1 has a cylindrical outer peripheral surface and is provided so that its center is located on the rotation axis RA of the rotation unit 190. The dimensions of the outer peripheral surface of the first marker M1 are known and are stored, for example, in the storage device 240 of FIG. 1.

図15(a)において、回転ユニット190の回転軸RAが、装置座標系において設計上存在すべき理想的な回転軸(以下、設計回転軸と呼ぶ。)DRAから平行にずれている場合を想定する。この場合、測定対象物Sについて正確な三次元形状データを得るためには、設計回転軸DRAと回転軸RAとの間のずれsvを算出する必要がある。 In FIG. 15(a), it is assumed that the rotation axis RA of the rotation unit 190 is shifted parallel to the ideal rotation axis DRA (hereafter referred to as the design rotation axis) that should exist in the device coordinate system according to the design. In this case, in order to obtain accurate three-dimensional shape data for the measurement target S, it is necessary to calculate the deviation sv between the design rotation axis DRA and the rotation axis RA.

そこで、第1の校正機能では、回転される測定対象物Sの形状測定時に、測定対象物Sとともに第1のマーカM1の外周面の形状が測定される。例えば、測定対象物Sが基準角度位置から回転軸RA周りに120°ピッチで回転する場合、0°、120°および240°の各々の角度位置において測定対象物Sとともに第1のマーカM1の外周面を示す三次元形状データが生成される。 Therefore, in the first calibration function, when measuring the shape of the rotating measurement object S, the shape of the outer peripheral surface of the first marker M1 is measured together with the measurement object S. For example, when the measurement object S rotates around the rotation axis RA from the reference angle position at a pitch of 120°, three-dimensional shape data is generated that indicates the outer peripheral surface of the first marker M1 together with the measurement object S at each of the angular positions of 0°, 120°, and 240°.

上記の3つの角度の各々に対応する第1のマーカM1の三次元形状データは、例えば図15(a)で第1のマーカM1を通るQ-Q線断面(X方向に直交するYZ平面)において円弧形状を有する。上記のように、第1のマーカM1の外周面の寸法は、既知である。したがって、図15(b)に太い実線で示すように、第1のマーカM1の外周面の一部を示す円弧形状の三次元形状データによれば、YZ平面内における第1のマーカM1の中心CM1を算出することができる。なお、図15(b)に一点鎖線で示される円は、設計回転軸DRAを基準として本来生成されるべき第1のマーカM1の三次元形状データを表す。 The three-dimensional shape data of the first marker M1 corresponding to each of the above three angles has an arc shape, for example, in the Q-Q cross section (YZ plane perpendicular to the X direction) passing through the first marker M1 in FIG. 15(a). As described above, the dimensions of the outer peripheral surface of the first marker M1 are known. Therefore, as shown by the thick solid line in FIG. 15(b), the center CM1 of the first marker M1 in the YZ plane can be calculated based on the three-dimensional shape data of the arc shape showing a part of the outer peripheral surface of the first marker M1. Note that the circle shown by the dashed line in FIG. 15(b) represents the three-dimensional shape data of the first marker M1 that should originally be generated based on the design rotation axis DRA.

第1のマーカM1の中心は、回転軸RA上に位置する。したがって、第1の校正機能においては、特定のYZ平面における第1のマーカM1の中心の算出は、特定のYZ平面における回転軸RAの位置を算出していることに等しい。 The center of the first marker M1 is located on the rotation axis RA. Therefore, in the first calibration function, calculating the center of the first marker M1 in a specific YZ plane is equivalent to calculating the position of the rotation axis RA in the specific YZ plane.

三次元形状データ上の第1のマーカM1の中心CM1は、YZ平面において本来的に設計回転軸DRAに重なる必要がある。しかしながら、上記のように実際の回転軸RAが、設計回転軸DRAからずれていると、三次元形状データ上の第1のマーカM1の中心CM1は設計回転軸DRAに重ならない。そこで、三次元形状データ上の第1のマーカM1の中心CM1と設計回転軸DRAとの間のずれsvを算出する。 The center CM1 of the first marker M1 on the three-dimensional shape data should essentially overlap with the design rotation axis DRA in the YZ plane. However, if the actual rotation axis RA is offset from the design rotation axis DRA as described above, the center CM1 of the first marker M1 on the three-dimensional shape data will not overlap with the design rotation axis DRA. Therefore, the deviation sv between the center CM1 of the first marker M1 on the three-dimensional shape data and the design rotation axis DRA is calculated.

この場合、図15(c)に示すように、複数の角度位置の各々に対応する第1のマーカM1の三次元形状データは、当該角度位置で算出されたずれsvが相殺されるように補正することで、正確な三次元形状データとすることができる。換言すれば、各角度位置で生成された第1のマーカM1の三次元形状データは、三次元形状データ上の第1のマーカM1の中心CM1が設計回転軸DRAに一致するように補正することで、正確な三次元形状データとすることができる。 In this case, as shown in FIG. 15(c), the three-dimensional shape data of the first marker M1 corresponding to each of the multiple angular positions can be corrected to offset the deviation sv calculated at that angular position, thereby making it possible to obtain accurate three-dimensional shape data. In other words, the three-dimensional shape data of the first marker M1 generated at each angular position can be corrected so that the center CM1 of the first marker M1 on the three-dimensional shape data coincides with the design rotation axis DRA, thereby making it possible to obtain accurate three-dimensional shape data.

そこで、第1のマーカM1の三次元形状データとともに生成される測定対象物Sの三次元形状データについて、各角度位置で算出されたずれsvが相殺されるように補正を行う。これにより、測定対象物Sについて正確な三次元形状データを得ることができる。その結果、複数の角度位置で生成された三次元形状データを合成する場合に、広い範囲に渡って測定対象物Sの正確な形状測定を行うことが可能になる。 Therefore, the three-dimensional shape data of the measurement object S generated together with the three-dimensional shape data of the first marker M1 is corrected so that the deviation sv calculated at each angular position is offset. This makes it possible to obtain accurate three-dimensional shape data for the measurement object S. As a result, when three-dimensional shape data generated at multiple angular positions is synthesized, it becomes possible to perform accurate shape measurement of the measurement object S over a wide range.

(3)第2の校正機能
図16は、第2の校正機能を説明するための図である。図16(a)に、Y方向に見た回転ユニット190の保持部191の側面図が示される。図16(a)の例では、回転ユニット190の回転軸RAが、設計回転軸DRAから傾斜してずれている。この場合、設計回転軸DRAと回転軸RAとの間のずれsvが、X方向の位置に応じて異なる。そのため、第1の校正機能により第1のマーカM1および測定対象物Sの三次元形状データについて補正を行っても、測定対象物Sの部分によっては正確な三次元形状データが得られない。
(3) Second Calibration Function Figure 16 is a diagram for explaining the second calibration function. Figure 16(a) shows a side view of the holding portion 191 of the rotation unit 190 as seen in the Y direction. In the example of Figure 16(a), the rotation axis RA of the rotation unit 190 is tilted and deviated from the design rotation axis DRA. In this case, the deviation sv between the design rotation axis DRA and the rotation axis RA varies depending on the position in the X direction. Therefore, even if the three-dimensional shape data of the first marker M1 and the measurement object S is corrected by the first calibration function, accurate three-dimensional shape data cannot be obtained depending on the part of the measurement object S.

そこで、第2の校正機能では、設計回転軸DRAに対して実際の回転軸RAが傾斜する場合であっても正確な三次元形状データが得られるように、第2のマーカM2が用いられる。図16(b)の吹き出し内に示すように、第2のマーカM2は、径大部M2aおよび径小部M2bから構成される。径大部M2aおよび径小部M2bは、それぞれ円柱形状を有し、軸心に沿って並ぶように一体成形されている。 Therefore, in the second calibration function, a second marker M2 is used so that accurate three-dimensional shape data can be obtained even if the actual rotation axis RA is inclined relative to the design rotation axis DRA. As shown in the speech bubble in FIG. 16(b), the second marker M2 is composed of a large diameter portion M2a and a small diameter portion M2b. The large diameter portion M2a and the small diameter portion M2b each have a cylindrical shape and are integrally molded so as to be aligned along the axis.

径大部M2aには、磁石が内蔵されている。また、径大部M2aの端面には、粘着剤または粘着シートが設けられることにより粘着性が付与されている。このような構成により、第2のマーカM2は、磁力により強磁性体からなる測定対象物Sの所望の位置に取り付けおよび取り外しが可能であるとともに、粘着力により非磁性体からなる測定対象物Sの所望の位置に取り付けおよび取り外しが可能である。 A magnet is built into the large diameter portion M2a. In addition, the end face of the large diameter portion M2a is provided with adhesive or an adhesive sheet to give it adhesiveness. With this configuration, the second marker M2 can be attached and detached to a desired position on the measurement object S, which is made of a ferromagnetic material, by magnetic force, and can be attached and detached to a desired position on the measurement object S, which is made of a non-magnetic material, by adhesive force.

第2の校正機能では、例えば測定対象物Sのうち第1のマーカM1から最も離間した部分に第2のマーカM2が取り付けられる。第2のマーカM2の径大部M2aおよび径小部M2bの外周面の寸法は、既知であり、例えば図1の記憶装置240に記憶される。 In the second calibration function, for example, a second marker M2 is attached to the portion of the measurement object S that is farthest from the first marker M1. The dimensions of the outer circumferential surface of the large diameter portion M2a and the small diameter portion M2b of the second marker M2 are known and are stored, for example, in the storage device 240 of FIG. 1.

この状態で、回転される測定対象物Sの形状測定時に、測定対象物Sが予め定められた複数の角度位置に回転される。また、複数の角度位置の各々で、測定対象物Sとともに第1のマーカM1および第2のマーカM2の外周面の形状が測定される。このとき、第1の校正機能で説明した方法により、例えば図16(b)で第1のマーカM1を通るQ1-Q1線断面において設計回転軸DRAと回転軸RAとの間のずれsvが求められる。 In this state, when measuring the shape of the rotating measurement object S, the measurement object S is rotated to a number of predetermined angular positions. In addition, at each of the multiple angular positions, the shape of the outer circumferential surface of the first marker M1 and the second marker M2 is measured together with the measurement object S. At this time, the deviation sv between the design rotation axis DRA and the rotation axis RA is obtained, for example, in the cross section of line Q1-Q1 passing through the first marker M1 in FIG. 16(b) by the method described in the first calibration function.

第2のマーカM2は、例えば図16(b)で第2のマーカM2を通るQ2-Q2線断面において設計回転軸DRAと回転軸RAとの間のずれsvを求めるために用いられる。具体的には、第2のマーカM2について、Q2-Q2線断面で径大部M2a(または径小部M2b)の全周がカバーされるように、予め定められた複数の角度位置に対応する複数の円弧形状の三次元形状データを生成する。その後、複数の角度位置の各々で、既知である径大部M2a(または径小部M2b)の寸法に合うように、複数の円弧形状の三次元形状データを合成する。 The second marker M2 is used to determine the deviation sv between the design rotation axis DRA and the rotation axis RA in, for example, the Q2-Q2 line cross section passing through the second marker M2 in FIG. 16(b). Specifically, for the second marker M2, three-dimensional shape data of a plurality of arc shapes corresponding to a plurality of predetermined angular positions is generated so that the entire circumference of the large diameter portion M2a (or small diameter portion M2b) is covered in the Q2-Q2 line cross section. After that, the three-dimensional shape data of the plurality of arc shapes is synthesized so that it matches the known dimensions of the large diameter portion M2a (or small diameter portion M2b) at each of the plurality of angular positions.

この場合、図16(c)に示すように、Q2-Q2線断面において、第2のマーカM2が複数の角度位置にそれぞれ位置するときの第2のマーカM2の中心CM2を算出することができる。それにより、Q2-Q2線断面における、第2のマーカM2の回転中心、すなわち回転軸RAの位置を算出することができる。そこで、算出された回転軸RAと設計回転軸DRAとの間のずれsvを算出する。 In this case, as shown in FIG. 16(c), it is possible to calculate the center CM2 of the second marker M2 when the second marker M2 is located at each of a number of angular positions on the Q2-Q2 line cross section. This makes it possible to calculate the position of the rotation center of the second marker M2, i.e., the rotation axis RA, on the Q2-Q2 line cross section. Then, the deviation sv between the calculated rotation axis RA and the design rotation axis DRA is calculated.

このようにして、X方向において互いに離間したQ1-Q1線断面の位置におけるずれsvとQ2-Q2線断面の位置におけるずれsvが算出される。それにより、算出された2つのずれsvに基づいて、第1のマーカM1と第2のマーカM2との間に位置する測定対象物Sの補正量を適切に算出することが可能になる。したがって、測定対象物Sについてより正確な三次元形状データを得ることができる。その結果、複数の角度位置で生成された三次元形状データを合成する場合に、広い範囲に渡って測定対象物Sのより正確な形状測定を行うことが可能になる。 In this way, the deviation sv at the position of the Q1-Q1 line cross section and the deviation sv at the position of the Q2-Q2 line cross section, which are spaced apart from each other in the X direction, are calculated. This makes it possible to properly calculate the correction amount of the measurement object S located between the first marker M1 and the second marker M2 based on the two calculated deviations sv. Therefore, more accurate three-dimensional shape data can be obtained for the measurement object S. As a result, when three-dimensional shape data generated at multiple angular positions is synthesized, it becomes possible to perform more accurate shape measurement of the measurement object S over a wide range.

上記のように、第2の校正機能によれば、X方向における第2のマーカM2の位置での回転軸のずれsvが算出される。したがって、測定対象物Sの形状によっては、第2のマーカM2の位置での回転軸のずれsvのみを用いて三次元形状データの補正を行ってもよい。なお、本実施の形態においては、第2のマーカM2の位置での回転軸のずれsvのみを用いて三次元形状データの補正を行う構成機能は、第2の校正機能に含まれるものとする。 As described above, the second calibration function calculates the deviation sv of the rotation axis at the position of the second marker M2 in the X direction. Therefore, depending on the shape of the measurement object S, the three-dimensional shape data may be corrected using only the deviation sv of the rotation axis at the position of the second marker M2. In this embodiment, the configuration function for correcting the three-dimensional shape data using only the deviation sv of the rotation axis at the position of the second marker M2 is included in the second calibration function.

第2のマーカM2の位置での回転軸のずれsvのみを用いて三次元形状データの補正を行う場合、第2のマーカM2は、X方向において測定対象物Sと保持部191との間に位置するように配置されてもよい。 When correcting the three-dimensional shape data using only the deviation sv of the rotation axis at the position of the second marker M2, the second marker M2 may be positioned so as to be located between the measurement object S and the holding unit 191 in the X direction.

図17は、第2のマーカM2の位置での回転軸のずれsvのみを用いて三次元形状データの補正を行う場合の一例を説明するための図である。図17に示すように、本例では、第2のマーカM2の径小部M2bが保持部191により保持される。また、第2のマーカM2の径大部M2aの端面に例えば円板状の測定対象物Sが取り付けられる。図17の測定対象物Sは、一方向に延びるような長手形状を有しない。そのため、X方向において測定対象物Sに隣接する第2のマーカM2の位置で算出されるずれsvのみに基づいて三次元形状データを補正する場合でも、比較的高い精度の三次元形状データを得ることができる。 Figure 17 is a diagram for explaining an example of a case where three-dimensional shape data is corrected using only the deviation sv of the rotation axis at the position of the second marker M2. As shown in Figure 17, in this example, the small diameter portion M2b of the second marker M2 is held by the holding portion 191. In addition, a measurement object S, for example, having a disk shape, is attached to the end face of the large diameter portion M2a of the second marker M2. The measurement object S in Figure 17 does not have a longitudinal shape that extends in one direction. Therefore, even when three-dimensional shape data is corrected based only on the deviation sv calculated at the position of the second marker M2 adjacent to the measurement object S in the X direction, three-dimensional shape data with relatively high accuracy can be obtained.

(4)第3の校正機能
第3の校正機能では、上記の第1のマーカM1および第2のマーカM2に相当する校正具が用いられない。第3の校正機能では、回転される測定対象物Sの形状測定時に、予め定められた複数の角度位置で当該測定対象物Sについて生成される複数の三次元形状データに基づいて回転軸RAと設計回転軸DRAとの間のずれsvが算出される。
(4) Third Calibration Function In the third calibration function, calibration tools corresponding to the above-mentioned first marker M1 and second marker M2 are not used. In the third calibration function, when measuring the shape of the rotated measurement target S, the deviation sv between the rotation axis RA and the design rotation axis DRA is calculated based on a plurality of three-dimensional shape data generated for the measurement target S at a plurality of predetermined angular positions.

図18は、第3の校正機能を説明するための図である。図18(a)に、回転ユニット190により保持された測定対象物SのX方向に直交する断面が示される。第3の校正機能では、測定対象物Sの回転方向で互いに重複する部分の三次元形状データが生成されるように、複数の角度位置が設定される。その上で、図18(a)に白抜きの矢印で示すように、複数の角度位置で測定対象物Sの表面が撮像され、複数の角度位置にそれぞれ対応する複数の三次元形状データが生成される。図18(a)では、複数の角度位置にそれぞれ対応する複数の三次元形状データのうちの一部(3つ)が、データDAa,DAb,DAcとして、吹き出し内に示される。データDAa,DAb,DAcは、それぞれ点線、実線および一点鎖線で示される。データDAa,DAb間では、点線の枠内にある部分が測定対象物Sにおける共通の部分を示す重複部分である。データDAb,DAc間では、一点鎖線の枠内にある部分が重複部分である。これらの重複部分は、生成される三次元形状データから、特定の形状(面または凹凸)等を検出することにより識別することができる。 Figure 18 is a diagram for explaining the third calibration function. Figure 18 (a) shows a cross section perpendicular to the X direction of the measurement object S held by the rotation unit 190. In the third calibration function, multiple angular positions are set so that three-dimensional shape data of overlapping parts in the rotation direction of the measurement object S is generated. Then, as shown by the white arrow in Figure 18 (a), the surface of the measurement object S is imaged at multiple angular positions, and multiple three-dimensional shape data corresponding to the multiple angular positions are generated. In Figure 18 (a), some (three) of the multiple three-dimensional shape data corresponding to the multiple angular positions are shown in a balloon as data DAa, DAb, and DAc. Data DAa, DAb, and DAc are shown by dotted lines, solid lines, and dashed lines, respectively. Between data DAa and DAb, the part within the dotted line frame is an overlapping part indicating a common part in the measurement object S. Between data DAb and DAc, the part within the dashed line frame is an overlapping part. These overlapping areas can be identified by detecting specific shapes (surfaces or irregularities) from the generated 3D shape data.

次に、測定対象物Sの回転中心が例えば設計回転軸DRAにあるものとして、複数の角度位置にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを、X方向に直交する仮想面上に配置する。この場合、回転軸RAと設計回転軸DRAとの間のずれsvが大きいと、図18(b)に示すように、隣り合う各2つのデータの一方のデータの重複部分と他方のデータの重複部分との間に大きいずれが生じる。 Next, assuming that the center of rotation of the measurement target S is located on the design rotation axis DRA, for example, multiple three-dimensional shape data corresponding to multiple angular positions are placed on a virtual plane perpendicular to the X direction. In this case, if the deviation sv between the rotation axis RA and the design rotation axis DRA is large, a large deviation will occur between the overlapping portion of one of the two adjacent data and the overlapping portion of the other data, as shown in Figure 18(b).

そこで、隣り合う各2つのデータの重複部分間のずれが最小となるように、複数の角度位置にそれぞれ対応する複数の三次元形状データに基づいて測定対象物Sの真の回転軸RAを求めるための収束計算を行う。算出された回転軸RAと設計回転軸DRAとのずれに基づいて複数の三次元形状データを補正する。それにより、図18(c)に示すように、測定対象物Sについて正確な三次元形状データを得ることができる。その結果、複数の角度位置で生成された三次元形状データを合成する場合に、測定精度の低下を低減しつつ広い範囲に渡って測定対象物Sの形状測定を行うことが可能になる。なお、図18(b),(c)では、図18(a)の複数の角度位置に対応する複数の三次元形状データのうちデータDAa,DAb,DAcのみが示される。 Therefore, a convergence calculation is performed to find the true rotation axis RA of the measurement object S based on multiple three-dimensional shape data corresponding to multiple angular positions so that the deviation between the overlapping parts of each two adjacent data is minimized. The multiple three-dimensional shape data are corrected based on the deviation between the calculated rotation axis RA and the design rotation axis DRA. This makes it possible to obtain accurate three-dimensional shape data for the measurement object S, as shown in FIG. 18(c). As a result, when three-dimensional shape data generated at multiple angular positions is synthesized, it becomes possible to perform shape measurement of the measurement object S over a wide range while reducing the decrease in measurement accuracy. Note that, in FIGS. 18(b) and (c), only data DAa, DAb, and DAc are shown among the multiple three-dimensional shape data corresponding to the multiple angular positions in FIG. 18(a).

[4]形状測定装置500を用いた測定対象物Sの形状測定手順
図19および図20は、図1の形状測定装置500を用いた測定対象物Sの形状測定手順を示すフローチャートである。初期状態においては、形状測定装置500の電源はオン状態にある。また、形状測定装置500においては、パターン光を用いた形状測定のための撮像が行われる場合を除いて、照明光出力部130からステージ140の上面141sに向けて照明光が照射される。このとき、図1の表示部400には、受光部120によりリアルタイムで取得される画像データに基づく画像(以下、ライブ画像と呼ぶ。)が表示される。
[4] Shape measurement procedure of measurement object S using shape measuring device 500 Figures 19 and 20 are flowcharts showing the shape measurement procedure of measurement object S using shape measuring device 500 of Figure 1. In an initial state, the power supply of shape measuring device 500 is on. In addition, in shape measuring device 500, illumination light is irradiated from illumination light output unit 130 toward upper surface 141s of stage 140, except when imaging for shape measurement using pattern light is performed. At this time, an image based on image data acquired in real time by light receiving unit 120 (hereinafter referred to as a live image) is displayed on display unit 400 of Figure 1.

まず、使用者は、測定対象物Sのうち所望の部分の形状測定を行うために回転ユニット190が必要であるか否かを判定する(ステップS1)。そこで、回転ユニット190が必要である場合、使用者は、回転ユニット190がステージ140に取り付けられているか否かを判定する(ステップS2)。回転ユニット190がステージ140に取り付けられていない場合、使用者は、回転ユニット190をステージ140に取り付ける(ステップS3)。 First, the user determines whether or not the rotation unit 190 is necessary to measure the shape of the desired portion of the measurement object S (step S1). If the rotation unit 190 is necessary, the user determines whether or not the rotation unit 190 is attached to the stage 140 (step S2). If the rotation unit 190 is not attached to the stage 140, the user attaches the rotation unit 190 to the stage 140 (step S3).

ステップS2またはステップS3において回転ユニット190がステージ140に取り付けられた状態で、使用者は、少なくとも一部が測定空間101に位置するように測定対象物Sを回転ユニット190の保持部191に取り付ける(ステップS4)。これにより、測定対象物Sは、回転軸RAの周りで回転可能に保持される。次に、使用者は、測定対象物Sに対する受光部120の焦点面120Fの位置調整を行う(ステップS5)。具体的には、使用者は、ライブ画像を視認しつつ図1のステージ操作部145または操作部250を操作することにより、測定対象物Sに受光部120の焦点面120Fが合うようにステージ140の上面141sの高さを調整する。 With the rotation unit 190 attached to the stage 140 in step S2 or step S3, the user attaches the measurement object S to the holder 191 of the rotation unit 190 so that at least a portion of the measurement object S is located in the measurement space 101 (step S4). This allows the measurement object S to be held rotatably around the rotation axis RA. Next, the user adjusts the position of the focal plane 120F of the light receiving unit 120 relative to the measurement object S (step S5). Specifically, the user adjusts the height of the upper surface 141s of the stage 140 so that the focal plane 120F of the light receiving unit 120 is aligned with the measurement object S by operating the stage operation unit 145 or operation unit 250 in FIG. 1 while visually checking the live image.

次に、使用者は、Z方向に直交するステージ140上の面(例えば水平面)内で受光部120により撮像されるべき領域(以下、測定領域と呼ぶ。)の設定を行う(ステップS6)。これにより、測定対象物Sの上面全体が測定空間101内に収まらない場合でも、複数の測定領域が設定され、それらの測定領域の三次元形状データが生成されることにより、平面方向合成を行うことが可能になる。 Next, the user sets the area (hereinafter referred to as the measurement area) to be imaged by the light receiving unit 120 within a surface (e.g., a horizontal plane) on the stage 140 perpendicular to the Z direction (step S6). As a result, even if the entire top surface of the measurement target S does not fit within the measurement space 101, multiple measurement areas are set and three-dimensional shape data for those measurement areas is generated, making it possible to perform planar direction synthesis.

上記の測定領域の設定は、使用者が表示部400に表示される後述の領域設定画面を操作することにより行われる。なお、測定領域の設定時には、Z方向において上記の高さ方向合成を行うためのZ方向の撮像範囲が定められてもよい。測定領域の設定の詳細については後述する。 The measurement area is set by the user by operating a region setting screen displayed on the display unit 400, which will be described later. When setting the measurement area, the Z-direction imaging range may be determined in order to perform the above-mentioned height direction synthesis in the Z direction. Details of setting the measurement area will be described later.

ここで、上記のステップS1において、回転ユニット190が不要である場合、使用者は、少なくとも一部が測定空間101に位置するように測定対象物Sをステージ140上に載置する(ステップS11)。次に、使用者は、上記のステップS5,S6と同様に、測定対象物Sに対する受光部120の焦点面120Fの位置調整を行い(ステップS12)、測定領域の設定を行う(ステップS13)。 If the rotation unit 190 is not required in step S1 above, the user places the measurement object S on the stage 140 so that at least a portion of the measurement object S is located in the measurement space 101 (step S11). Next, the user adjusts the position of the focal plane 120F of the light receiving unit 120 relative to the measurement object S (step S12) and sets the measurement area (step S13), similar to steps S5 and S6 above.

その後、使用者は、操作部250を操作することにより、設定された測定領域についてパターン光を用いた撮像の開始を指令する(ステップS7)。それにより、設定された測定領域にパターン光が照射され、撮像が行われる。また、当該測定領域についての三次元形状データが生成される。 Then, the user operates the operation unit 250 to command the start of imaging using pattern light for the set measurement area (step S7). As a result, the set measurement area is irradiated with pattern light and an image is taken. In addition, three-dimensional shape data for the measurement area is generated.

次に、使用者は、ステップS7の作業で生成された三次元形状データを測定対象物Sの形状測定結果として確認し(ステップS21)、その三次元形状データに欠落部分がないか否かを判定する(ステップS22)。三次元形状データに欠落部分がない場合、使用者は、三次元形状データを図1の作業用メモリ230または記憶装置240に保存し、その三次元形状データに基づいて測定対象物Sの形状の解析を行う(ステップS23)。これにより、一連の作業が終了する。 Next, the user confirms the three-dimensional shape data generated in step S7 as the shape measurement result of the measurement object S (step S21), and determines whether the three-dimensional shape data has any missing parts (step S22). If the three-dimensional shape data has no missing parts, the user saves the three-dimensional shape data in the working memory 230 or storage device 240 in FIG. 1, and analyzes the shape of the measurement object S based on the three-dimensional shape data (step S23). This completes the series of operations.

上記のステップS22において、三次元形状データに欠落部分がある場合、使用者は、三次元形状データの欠落部分に対応する測定対象物Sの部分が撮像されるように、測定領域の追加設定を行う(ステップS24)。次に、使用者は、操作部250を操作することにより、追加設定された測定領域についてパターン光を用いた撮像の開始を指令する(ステップS25)。それにより、追加設定された測定領域の形状を示す三次元形状データが生成される。また、使用者は、操作部250を操作することにより、ステップS7の作業により生成された三次元形状データにステップS25の作業により生成された三次元形状データを合成する(ステップS26)。このステップS26の作業は、CPU210により自動的に行われる場合、省略されてもよい。その後、使用者は、上記のステップS23の作業を進める。 If there is a missing part in the three-dimensional shape data in step S22, the user adds a measurement area so that the part of the measurement target S corresponding to the missing part in the three-dimensional shape data is imaged (step S24). Next, the user operates the operation unit 250 to command the start of imaging using pattern light for the additionally set measurement area (step S25). This generates three-dimensional shape data indicating the shape of the additionally set measurement area. The user also operates the operation unit 250 to combine the three-dimensional shape data generated by the operation of step S25 with the three-dimensional shape data generated by the operation of step S7 (step S26). This operation of step S26 may be omitted if it is performed automatically by the CPU 210. The user then proceeds with the operation of step S23 above.

本実施の形態に係る形状測定装置500においては、図1のCPU210は、回転ユニット190による回転を伴う測定対象物Sの形状測定時に、3種類のモードのいずれかで測定領域を設定することが可能に構成されている。これらの3種類のモードを第1の箱形状領域設定モード、第2の箱形状領域設定モードおよび軸形状領域設定モードと呼ぶ。 In the shape measuring device 500 according to this embodiment, the CPU 210 in FIG. 1 is configured to be able to set the measurement area in one of three modes when measuring the shape of the measurement object S that involves rotation by the rotation unit 190. These three modes are called the first box-shaped area setting mode, the second box-shaped area setting mode, and the axis-shaped area setting mode.

第1の箱形状領域設定モードは、箱形状を有する測定対象物Sを回転軸RA周りで360°回転させつつ形状測定を行う場合の測定領域設定に適したモードである。第2の箱形状領域設定モードは、回転軸RA周りの予め定められた角度範囲(例えば180°)内で箱形状を有する測定対象物Sを回転させつつ形状測定を行う場合の測定領域設定に適したモードである。軸形状領域設定モードは、軸形状を有する測定対象物Sを回転軸RAに沿って延びるように配置し、回転軸RA周りで360°回転させつつ形状測定を行う場合の測定領域設定に適したモードである。 The first box-shaped area setting mode is a mode suitable for setting a measurement area when performing shape measurement while rotating a box-shaped measurement object S 360° around the rotation axis RA. The second box-shaped area setting mode is a mode suitable for setting a measurement area when performing shape measurement while rotating a box-shaped measurement object S within a predetermined angle range (e.g., 180°) around the rotation axis RA. The axial-shaped area setting mode is a mode suitable for setting a measurement area when performing shape measurement while placing an axial-shaped measurement object S extending along the rotation axis RA and rotating it 360° around the rotation axis RA.

ここで、上記のステップS6における測定領域設定の手順について詳細を説明する。図21は、回転を伴う測定対象物Sの形状測定を行うための測定領域の設定手順を示すフローチャートである。使用者は、操作部250を用いて後述する領域設定画面を操作することにより下記の設定作業を行う。 Here, the procedure for setting the measurement area in step S6 above will be described in detail. FIG. 21 is a flowchart showing the procedure for setting the measurement area for performing shape measurement of the measurement target S involving rotation. The user performs the following setting tasks by operating the area setting screen, which will be described later, using the operation unit 250.

使用者は、測定領域を設定するCPU210のモードとして、第1の箱形状領域設定モード、第2の箱形状領域設定モードおよび軸形状領域設定モードのいずれか1つを選択する(ステップS31)。 The user selects one of the first box-shaped area setting mode, the second box-shaped area setting mode, and the axis-shaped area setting mode as the mode of the CPU 210 for setting the measurement area (step S31).

この選択は、具体的には次のように行われる。まず、使用者は、測定対象物Sの形状を箱形状および軸形状のいずれに属するかを主観的に判定する。その上で、使用者は、測定対象物Sの形状が軸形状に属すると判定した場合には、軸形状領域設定モードを選択する。 Specifically, this selection is performed as follows. First, the user subjectively determines whether the shape of the measurement object S belongs to a box shape or an axis shape. If the user then determines that the shape of the measurement object S belongs to an axis shape, the user selects the axis shape region setting mode.

一方、使用者は、測定対象物Sの形状が箱形状に属すると判定した場合には、さらに測定対象物Sの測定対象となる部分を決定する。その上で、使用者は、測定対象物Sの形状を回転軸RA周りの全周(360°分)に渡って測定したい場合に、第1の箱形状領域設定モードを選択する。一方、使用者は、測定対象物Sの形状を回転軸RA周りの一部の範囲(例えば180°分)に渡って測定したい場合に、第2の箱形状領域設定モードを選択する。 On the other hand, if the user determines that the shape of the measurement object S belongs to a box shape, the user further determines the portion of the measurement object S to be measured. Then, if the user wishes to measure the shape of the measurement object S over the entire circumference (360°) around the rotation axis RA, the user selects the first box-shaped area setting mode. On the other hand, if the user wishes to measure the shape of the measurement object S over a partial range (e.g., 180°) around the rotation axis RA, the user selects the second box-shaped area setting mode.

次に、使用者は、測定領域の仮設定を開始すべき旨の指令を行う(ステップS32)。この場合、CPU210は、測定領域の仮設定指令に応答して、現在の測定対象物Sに対する暫定的な仮の測定領域を設定する。それにより、測定対象物Sと測定領域との位置関係を平面図で示す画像(以下、領域設定マップ画像と呼ぶ。)が表示部400に表示される。 Next, the user issues a command to start provisional setting of the measurement area (step S32). In this case, in response to the command to provisionally set the measurement area, the CPU 210 sets a provisional measurement area for the current measurement object S. As a result, an image showing the positional relationship between the measurement object S and the measurement area in a plan view (hereinafter referred to as the area setting map image) is displayed on the display unit 400.

そこで、使用者は、表示部400に表示される領域設定マップ画像を視認しつつ暫定的に設定された仮の測定領域を確認する(ステップS33)。また、使用者は、領域設定マップ画像に示される測定領域が適切であるか否かを判定する(ステップS34)。測定領域が適切でない場合、使用者は、測定領域を修正する(ステップS35)。 The user then checks the provisionally set measurement area while visually checking the area setting map image displayed on the display unit 400 (step S33). The user also determines whether the measurement area shown in the area setting map image is appropriate (step S34). If the measurement area is not appropriate, the user corrects the measurement area (step S35).

ステップS34において測定領域が適切である場合またはステップS35で測定領域が修正された場合、使用者は、マーカによる校正機能(上記の第1または第2の校正機能)を使用するか否かを判定する(ステップS36)。マーカによる校正機能を使用しない場合、ステップS36の時点で設定されている測定領域が正規な設定領域として設定される。それにより、測定領域の設定が完了する。 If the measurement area is appropriate in step S34 or if the measurement area is corrected in step S35, the user determines whether or not to use the marker calibration function (the first or second calibration function described above) (step S36). If the marker calibration function is not used, the measurement area set at the time of step S36 is set as the correct setting area. This completes the setting of the measurement area.

一方、ステップS36において、マーカによる校正機能を使用する場合には、使用者は、校正機能用のマーカとして、第1のマーカM1および第2のマーカM2のうち少なくとも一方を選択する(ステップS37)。ここで、第2のマーカM2を選択した場合、使用者は、第2のマーカM2を測定対象物Sに取り付ける。その後、使用者は、ステップS37で選択したマーカが受光部120により撮像されるように、測定領域を修正する(ステップS38)。それにより、測定領域の設定が完了する。 On the other hand, in step S36, if the marker-based calibration function is to be used, the user selects at least one of the first marker M1 and the second marker M2 as the marker for the calibration function (step S37). Here, if the second marker M2 is selected, the user attaches the second marker M2 to the measurement target S. After that, the user modifies the measurement area so that the marker selected in step S37 is imaged by the light receiving unit 120 (step S38). This completes the setting of the measurement area.

なお、上記のステップS13における測定領域設定の手順、すなわち回転を伴わない測定対象物Sの形状測定時の測定領域設定の手順は、ステップS31,S36~S38の手順が省略される点を除いて、図21のステップS32~S35の設定手順と同じである。 The procedure for setting the measurement area in step S13 above, i.e., the procedure for setting the measurement area when measuring the shape of the measurement object S without rotation, is the same as the setting procedure in steps S32 to S35 in FIG. 21, except that steps S31 and S36 to S38 are omitted.

[5]表示部400に表示される各種画面
(1)初期状態で表示される測定基本画面
図22は、ステージ140に回転ユニット190が取り付けられない状態で形状測定装置500の電源がオンされたときに表示部400に表示される測定基本画面の一例を示す図である。図22に示すように、測定基本画面401は、左右に並ぶ主表示領域410および副表示領域420を含む。測定基本画面401において、主表示領域410には、ライブ画像が表示される。それにより、例えば測定空間101に位置するようにステージ140上に測定対象物Sが載置される場合には、主表示領域410内に測定対象物Sの表面状態を示す対象物画像SIが表示される。
[5] Various Screens Displayed on the Display Unit 400 (1) Measurement Basic Screen Displayed in Initial State Fig. 22 is a diagram showing an example of a measurement basic screen displayed on the display unit 400 when the power supply of the shape measuring device 500 is turned on in a state in which the rotation unit 190 is not attached to the stage 140. As shown in Fig. 22, the measurement basic screen 401 includes a main display area 410 and a sub-display area 420 arranged side by side. In the measurement basic screen 401, a live image is displayed in the main display area 410. As a result, for example, when the measurement target S is placed on the stage 140 so as to be located in the measurement space 101, an object image SI showing the surface state of the measurement target S is displayed in the main display area 410.

また、図22の主表示領域410には、ステージ140の上面141sをXY方向に移動させるための水平移動操作ウィンドウ411がライブ画像上に重畳表示される。水平移動操作ウィンドウ411内には、ステージ140の上面141sを互いに異なる複数の方向に移動させるための複数(本例では8つ)の移動ボタン412が表示される。これにより、使用者は、図1の操作部250を用いて測定基本画面401上のポインタを操作し、例えば複数の移動ボタン412のいずれかをクリックする。それにより、ステージ140の上面141sを測定空間101に対してXY方向に相対的に移動させ、受光部120の撮像領域を移動させることができる。 22, a horizontal movement operation window 411 for moving the top surface 141s of the stage 140 in the XY directions is displayed superimposed on the live image. In the horizontal movement operation window 411, a plurality of movement buttons 412 (eight in this example) for moving the top surface 141s of the stage 140 in a plurality of different directions are displayed. This allows the user to operate the pointer on the basic measurement screen 401 using the operation unit 250 in FIG. 1, and click, for example, one of the plurality of movement buttons 412. This allows the top surface 141s of the stage 140 to be moved relatively in the XY directions with respect to the measurement space 101, and the imaging area of the light receiving unit 120 to be moved.

図22の測定基本画面401においては、副表示領域420に、測定対象物Sの形状測定に関する複数のボタンおよび画像が表示される。具体的には、測定基本画面401の副表示領域420には、領域設定ボタン421、編集ボタン422、領域クリアボタン423、視野確認画像424、測定開始ボタン425および上面除去ボタン429が表示される。 In the basic measurement screen 401 of FIG. 22, a sub-display area 420 displays multiple buttons and images related to measuring the shape of the measurement target S. Specifically, the sub-display area 420 of the basic measurement screen 401 displays an area setting button 421, an edit button 422, an area clear button 423, a field of view confirmation image 424, a measurement start button 425, and an upper surface removal button 429.

領域設定ボタン421は、使用者が測定領域の設定を指令するためのボタンである。使用者は、例えば上記のステップS13の測定領域設定時に領域設定ボタン421を操作する。それにより、表示部400には、図22の測定基本画面401に代えて後述する図23の領域設定画面402が表示される。 The area setting button 421 is a button that allows the user to command the setting of a measurement area. For example, the user operates the area setting button 421 when setting the measurement area in step S13 above. This causes the display unit 400 to display an area setting screen 402 in FIG. 23 (described later) instead of the basic measurement screen 401 in FIG. 22.

編集ボタン422は、使用者が測定領域の設定を修正するためのボタンである。使用者は、例えば上記のステップS13の測定領域の設定中に編集ボタン422を操作することにより、測定領域の設定内容について修正および追加を行うことができる。使用者により編集ボタン422が操作された場合にも、表示部400には図22の測定基本画面401に代えて後述する図23の領域設定画面402が表示される。領域クリアボタン423は、使用者が、測定領域の設定をリセットするためのボタンである。 The edit button 422 is a button that allows the user to modify the measurement area settings. For example, the user can modify and add to the measurement area settings by operating the edit button 422 while setting the measurement area in step S13 above. Even when the edit button 422 is operated by the user, the area setting screen 402 in FIG. 23 (described later) is displayed on the display unit 400 instead of the basic measurement screen 401 in FIG. 22. The area clear button 423 is a button that allows the user to reset the measurement area settings.

視野確認画像424は、受光部120の撮像領域(撮像視野)が例えばステージ140の上面141s上のどこにあるのかを示す画像である。視野確認画像424においては、ステージ140の上面141sの平面図上に、受光部120の現在の撮像領域を示す矩形状の指標が重畳表示される。また、測定領域の設定後、視野確認画像424には、受光部120の撮像領域を示す指標とともに、設定された測定領域を示す指標が撮像領域の指標に対して識別可能に表示される。図22の視野確認画像424では、受光部120の現在の撮像領域を示す指標が実線で示される。また、現時点で設定されている測定領域を示す指標が点線で示される。 The view confirmation image 424 is an image that indicates where the imaging area (imaging field of view) of the light receiving unit 120 is located, for example, on the top surface 141s of the stage 140. In the view confirmation image 424, a rectangular indicator indicating the current imaging area of the light receiving unit 120 is superimposed on a plan view of the top surface 141s of the stage 140. In addition, after the measurement area is set, the view confirmation image 424 displays an indicator indicating the imaging area of the light receiving unit 120 and an indicator indicating the set measurement area in a manner that is distinguishable from the indicator of the imaging area. In the view confirmation image 424 of FIG. 22, the indicator indicating the current imaging area of the light receiving unit 120 is shown by a solid line. In addition, the indicator indicating the measurement area currently set is shown by a dotted line.

測定開始ボタン425は、測定対象物Sの三次元形状データを得るために、例えば上記のステップS7で使用者がパターン光を用いた測定対象物Sの撮像開始を指令するためのボタンである。測定領域の設定後に使用者が測定開始ボタン425を操作すると、設定された測定領域が撮像され、測定対象物Sの三次元形状データが生成される。上面除去ボタン429は、ステージ140の上面141sの三次元形状データを測定結果から除去すべき旨を使用者が指令するためのボタンである。なお、図22の測定基本画面401には、図示しない倍率切替ボタンも表示される。それにより、使用者は、倍率切替ボタンを操作することにより、所望の倍率で表示されるライブ画像に基づいて測定対象物Sの表面状態を観察することができる。 The measurement start button 425 is a button for the user to command the start of imaging of the measurement object S using pattern light, for example, in step S7 above, in order to obtain three-dimensional shape data of the measurement object S. When the user operates the measurement start button 425 after setting the measurement area, the set measurement area is imaged and three-dimensional shape data of the measurement object S is generated. The top surface removal button 429 is a button for the user to command that the three-dimensional shape data of the top surface 141s of the stage 140 should be removed from the measurement results. Note that the basic measurement screen 401 in FIG. 22 also displays a magnification switching button (not shown). This allows the user to operate the magnification switching button to observe the surface condition of the measurement object S based on the live image displayed at the desired magnification.

(2)回転を伴わない測定対象物Sの形状測定を行うための領域設定画面
図23は、図22の領域設定ボタン421が操作されることにより表示部400に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図23に示すように、領域設定画面402は、測定基本画面401と同様に、主表示領域410および副表示領域420を含む。
(2) Region setting screen for performing shape measurement of the measurement target S without rotation Fig. 23 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit 400 by operating the region setting button 421 in Fig. 22. As shown in Fig. 23, the region setting screen 402 includes a main display region 410 and a sub-display region 420, similar to the basic measurement screen 401.

図22の領域設定ボタン421が操作されると、例えばステージ140上に載置された測定対象物Sの全体が受光部120により自動的に撮像される。このとき、測定対象物Sの全体が受光部120の撮像領域内に収まらない場合には、ステージ140の上面141sが受光部120に対してXY方向に相対的に移動され、撮像が複数回繰り返される。撮像により得られた測定対象物Sの画像に基づいて、Z方向に直交するステージ140上の面(例えば水平面)内で測定対象物Sが存在する領域(以下、存在領域と呼ぶ。)が検出される。その上で、検出された存在領域が仮の測定領域として暫定的に設定される。 When the area setting button 421 in FIG. 22 is operated, the entire measurement object S placed on the stage 140, for example, is automatically imaged by the light receiving unit 120. At this time, if the entire measurement object S does not fit within the imaging area of the light receiving unit 120, the upper surface 141s of the stage 140 is moved in the XY directions relative to the light receiving unit 120, and imaging is repeated multiple times. Based on the image of the measurement object S obtained by imaging, the area where the measurement object S exists (hereinafter referred to as the existence area) is detected within a surface (e.g. a horizontal plane) on the stage 140 perpendicular to the Z direction. The detected existence area is then provisionally set as a temporary measurement area.

図23の領域設定画面402においては、主表示領域410に、領域設定マップ画像が表示される。ここで、測定領域は、受光部120が一度に撮像可能な測定空間101の少なくとも一部の領域を単位領域として、1または複数の単位領域がステージ140上に並ぶように設定される。したがって、領域設定マップ画像においては、図23に点線で示すように、測定領域を構成する単位領域を示す指標が、対象物画像SIとともに単位領域枠MMとして表示される。図23の例では、対象物画像SIの全体をカバーするように、4つの単位領域枠MMが示される。 In the area setting screen 402 of FIG. 23, an area setting map image is displayed in the main display area 410. Here, the measurement area is set so that at least a portion of the area of the measurement space 101 that the light receiving unit 120 can image at one time is defined as a unit area, and one or more unit areas are lined up on the stage 140. Therefore, in the area setting map image, as shown by dotted lines in FIG. 23, indicators indicating the unit areas that make up the measurement area are displayed as unit area frames MM together with the object image SI. In the example of FIG. 23, four unit area frames MM are displayed so as to cover the entire object image SI.

また、図23の領域設定画面402においては、副表示領域420に、領域設定マップ画像上で測定領域の位置およびサイズを調整すべきメッセージが表示される。さらに、除外ボタン426、OKボタン427およびキャンセルボタン428が表示される。使用者は、領域設定画面402上のポインタを操作することにより、領域設定マップ画像上で各単位領域枠MMの位置およびサイズを調整することができる。また、使用者は、単位領域枠MMを追加することもできる。このようにして、使用者は、領域設定マップ画像上で、X方向およびY方向における測定領域を容易に拡張または縮小することができる。 Furthermore, in the area setting screen 402 of FIG. 23, a message is displayed in the sub-display area 420 to adjust the position and size of the measurement area on the area setting map image. In addition, an exclude button 426, an OK button 427, and a cancel button 428 are displayed. The user can adjust the position and size of each unit area frame MM on the area setting map image by operating the pointer on the area setting screen 402. The user can also add a unit area frame MM. In this way, the user can easily expand or reduce the measurement area in the X and Y directions on the area setting map image.

除外ボタン426は、領域設定マップ画像において、形状測定が不要と判定した領域を使用者が除外領域として指定するためのボタンである。使用者は、除外ボタン426を操作した後、領域設定マップ画像上で複数の単位領域枠MMのうちいずれかの単位領域枠MMを指定することにより、当該単位領域枠MMの部分を測定領域から除外することができる。 The exclusion button 426 is a button that allows the user to specify an area in the area setting map image that is determined to be unnecessary for shape measurement as an exclusion area. After operating the exclusion button 426, the user can specify one of the multiple unit area frames MM on the area setting map image to exclude the portion of that unit area frame MM from the measurement area.

OKボタン427は、使用者が、領域設定マップ画像を用いた測定領域の設定が完了したことを指令するためのボタンである。使用者がOKボタン427を操作すると、OKボタン427の操作時点で設定された測定領域の情報が正規の設定情報として、図1の作業用メモリ230または記憶装置240に記憶される。表示部400には、図23の領域設定画面402に代えて直前に表示されていた図22の測定基本画面401が再表示される。 The OK button 427 is a button that allows the user to indicate that setting of the measurement area using the area setting map image is complete. When the user operates the OK button 427, the information of the measurement area set at the time of operating the OK button 427 is stored as regular setting information in the working memory 230 or storage device 240 in FIG. 1. The display unit 400 redisplays the basic measurement screen 401 in FIG. 22 that was displayed immediately before, in place of the area setting screen 402 in FIG. 23.

キャンセルボタン428は、使用者が、現在表示されている領域設定画面402上で設定された測定領域の情報をリセットしつつ、表示部400に図22の測定基本画面401を表示させるためのボタンである。 The cancel button 428 is a button that allows the user to reset the information of the measurement area set on the currently displayed area setting screen 402 while displaying the basic measurement screen 401 of FIG. 22 on the display unit 400.

(3)回転ユニット190の接続時に表示される測定基本画面
表示部400に図22の測定基本画面401が表示された状態で、使用者が上記のステップS3の作業により回転ユニット190をステージ140に取り付ける。この場合、測定基本画面401が図22の表示態様から変化する。図24は、ステージ140に回転ユニット190が取り付けられた状態で表示部400に表示される測定基本画面401の一例を示す図である。
(3) Basic measurement screen displayed when rotation unit 190 is connected With the basic measurement screen 401 of Fig. 22 displayed on the display unit 400, the user attaches the rotation unit 190 to the stage 140 by performing the operation of step S3 described above. In this case, the basic measurement screen 401 changes from the display state of Fig. 22. Fig. 24 is a diagram showing an example of the basic measurement screen 401 displayed on the display unit 400 with the rotation unit 190 attached to the stage 140.

図24に示すように、ステージ140に回転ユニット190が接続されると、主表示領域410には、ライブ画像上に図22の水平移動操作ウィンドウ411に加えて回転操作ウィンドウ413がさらに重畳表示される。 As shown in FIG. 24, when the rotation unit 190 is connected to the stage 140, a rotation operation window 413 is superimposed on the live image in addition to the horizontal movement operation window 411 of FIG. 22 in the main display area 410.

回転操作ウィンドウ413内には、原点ボタン414、正回転ボタン415および逆回転ボタン416が表示される。原点ボタン414は、回転軸RA周りの回転方向において、回転ユニット190の保持部191の角度位置を基準角度位置へ戻すためのボタンである。 In the rotation operation window 413, an origin button 414, a forward rotation button 415, and a reverse rotation button 416 are displayed. The origin button 414 is a button for returning the angular position of the holding portion 191 of the rotation unit 190 to a reference angular position in the direction of rotation around the rotation axis RA.

正回転ボタン415は回転ユニット190の保持部191を回転軸RA周りの一方向に回転させるためのボタンであり、逆回転ボタン416は回転ユニット190の保持部191を回転軸RA周りの逆方向に回転させるためのボタンである。これにより、使用者は、保持部191の先端に測定対象物Sが保持された状態で、図1の操作部250を用いて測定基本画面401上のポインタを操作し、例えば正回転ボタン415および逆回転ボタン416のいずれかをクリックする。それにより、ステージ140上で測定対象物Sを回転軸RA周りで所望の方向に回転させることができる。 The forward rotation button 415 is a button for rotating the holding part 191 of the rotation unit 190 in one direction around the rotation axis RA, and the reverse rotation button 416 is a button for rotating the holding part 191 of the rotation unit 190 in the reverse direction around the rotation axis RA. With the measurement object S held at the tip of the holding part 191, the user can operate the pointer on the basic measurement screen 401 using the operation unit 250 in FIG. 1 and click, for example, either the forward rotation button 415 or the reverse rotation button 416. This allows the measurement object S to be rotated in the desired direction around the rotation axis RA on the stage 140.

なお、回転操作ウィンドウ413には、さらに、保持部マーク417、基準姿勢マーク418および複数の測定角度位置マーク419が表示される。保持部マーク417は、X方向に見た保持部191の外形を模式的に表すものであり、円形状を有する。基準姿勢マーク418は、保持部191に保持される測定対象物Sのうちの特定の面に対向する角度位置(以下、基準姿勢位置と呼ぶ。)を示すものであり、基準姿勢位置は予め定められた方法に従ってCPU210または使用者により設定される。例えば、基準姿勢位置は、測定対象物Sが回転軸RA周りに回転する際に、受光部120により最も広い面積で撮像されるときの測定対象物Sの角度位置であってもよい。 The rotation operation window 413 further displays a holding part mark 417, a reference attitude mark 418, and a number of measurement angle position marks 419. The holding part mark 417 is a circular mark that shows the outline of the holding part 191 as seen in the X direction. The reference attitude mark 418 shows an angular position (hereinafter referred to as the reference attitude position) facing a specific surface of the measurement object S held by the holding part 191, and the reference attitude position is set by the CPU 210 or the user according to a predetermined method. For example, the reference attitude position may be the angular position of the measurement object S when the measurement object S is imaged with the widest area by the light receiving unit 120 as the measurement object S rotates around the rotation axis RA.

回転を伴う測定対象物Sの形状測定では、測定対象物Sのうち回転軸RA周りの複数の部分の形状測定を行うために、受光部120により撮像されるべき複数の角度位置が測定角度位置として設定される。測定角度位置マーク419は、現時点で設定されている測定角度位置を示すものであり、保持部マーク417の円上に配置される。図24の例では、複数の測定角度位置マーク419が、保持部マーク417の中心を基準として45°の角度間隔で保持部マーク417の円上に並んでいる。 When measuring the shape of the measurement object S involving rotation, multiple angular positions to be imaged by the light receiving unit 120 are set as measurement angular positions in order to measure the shape of multiple portions of the measurement object S around the rotation axis RA. The measurement angular position mark 419 indicates the measurement angular position currently set, and is placed on the circle of the holding unit mark 417. In the example of FIG. 24, multiple measurement angular position marks 419 are lined up on the circle of the holding unit mark 417 at angular intervals of 45° with the center of the holding unit mark 417 as the reference.

また、ステージ140に回転ユニット190が接続されると、副表示領域420には、図22に示される各種ボタン(421~425,429)および視野確認画像424に加えて、さらに他の複数のボタンが表示される。具体的には、副表示領域420には、回転オンボタン431、回転オフボタン432、箱全周ボタン434、箱部分ボタン435、軸ボタン436および回転詳細ボタン437がさらに表示される。 When the rotation unit 190 is connected to the stage 140, the sub-display area 420 displays a number of other buttons in addition to the various buttons (421-425, 429) and view confirmation image 424 shown in FIG. 22. Specifically, the sub-display area 420 further displays a rotation on button 431, a rotation off button 432, a box full circumference button 434, a box portion button 435, an axis button 436, and a rotation details button 437.

回転オンボタン431は、回転を伴う測定対象物Sの形状測定、すなわち回転ユニット190の回転機能を用いた形状測定を行うために使用者により操作される。使用者が、回転オンボタン431を操作することにより、後述する箱全周ボタン434、箱部分ボタン435、軸ボタン436および回転詳細ボタン437の操作が有効となり、平面方向合成および回転方向合成を行うための各種設定が可能になる。なお、このとき領域設定ボタン421の操作は無効となる。 The rotation on button 431 is operated by the user to perform shape measurement of the measurement object S involving rotation, i.e., shape measurement using the rotation function of the rotation unit 190. When the user operates the rotation on button 431, the operation of the box circumference button 434, box portion button 435, axis button 436, and rotation details button 437 described below becomes effective, enabling various settings for planar direction synthesis and rotational direction synthesis. Note that at this time, the operation of the area setting button 421 is disabled.

回転オフボタン432は、回転を伴なわない測定対象物Sの形状測定、すなわち回転ユニット190の回転機能を用いない形状測定を行うために使用者により操作される。使用者が、回転オフボタン432を操作することにより、後述する箱全周ボタン434、箱部分ボタン435、軸ボタン436および回転詳細ボタン437の操作が無効となり、回転方向合成を行うための各種設定が不可能になる。なお、このとき領域設定ボタン421の操作は有効となる。それにより、平面方向合成を行うための各種設定は可能である。 The rotation off button 432 is operated by the user to perform shape measurement of the measurement object S without rotation, i.e., shape measurement without using the rotation function of the rotation unit 190. When the user operates the rotation off button 432, the operation of the box circumference button 434, box portion button 435, axis button 436, and rotation details button 437 described below is disabled, and various settings for rotational direction synthesis become impossible. Note that at this time, the operation of the area setting button 421 is enabled. This allows various settings for planar direction synthesis.

箱全周ボタン434は、使用者が、上記のステップS31の作業において、測定領域を設定するCPU210のモードとして、第1の箱形状領域設定モードを選択する場合に操作されるボタンである。箱部分ボタン435は、使用者が、測定領域を設定するCPU210のモードとして、第2の箱形状領域設定モードを選択する場合に操作されるボタンである。軸ボタン436は、使用者が、測定領域を設定するCPU210のモードとして、軸形状領域設定モードを選択する場合に操作されるボタンである。回転詳細ボタン437は、使用者が、CPU210において予め定められたモードによらず、詳細に測定領域を設定したい場合に操作されるボタンである。 The box circumference button 434 is a button that is operated when the user selects the first box-shaped area setting mode as the mode of the CPU 210 for setting the measurement area in the operation of step S31 described above. The box portion button 435 is a button that is operated when the user selects the second box-shaped area setting mode as the mode of the CPU 210 for setting the measurement area. The axis button 436 is a button that is operated when the user selects the axis-shaped area setting mode as the mode of the CPU 210 for setting the measurement area. The rotation details button 437 is a button that is operated when the user wants to set the measurement area in detail regardless of the mode predetermined by the CPU 210.

なお、図24の視野確認画像424では、ステージ140の上面141sの平面図上に、現在の測定対象物Sの角度位置に設定された測定領域を示す指標が、受光部120の現在の撮像領域を示す矩形状の指標とともに重畳表示される。 In addition, in the field of view confirmation image 424 in FIG. 24, an index indicating the measurement area set at the current angular position of the measurement target S is superimposed on the plan view of the top surface 141s of the stage 140 together with a rectangular index indicating the current imaging area of the light receiving unit 120.

回転オンボタン431が操作された状態で、箱全周ボタン434、箱部分ボタン435、軸ボタン436および回転詳細ボタン437のいずれかが操作される。それにより、操作されたボタンに対応する領域設定画面が表示部400に表示される。以下、測定領域を設定するための各ボタン(434,435,436,437)が操作された場合に表示部400に表示される領域設定画面について説明する。 With the rotation on button 431 operated, any one of the box circumference button 434, box portion button 435, axis button 436, and rotation details button 437 is operated. This causes the area setting screen corresponding to the operated button to be displayed on the display unit 400. Below, we will explain the area setting screen that is displayed on the display unit 400 when each button (434, 435, 436, 437) for setting the measurement area is operated.

(4)回転を伴う測定対象物Sの形状測定を行うための領域設定画面
本実施の形態においては、複数の測定角度位置は、測定領域の設定モードごとにデフォルトの情報として記憶装置240に記憶されているものとする。図24の箱部分ボタン435が操作された場合、すなわち使用者が測定領域の設定モードとして第2の箱形状領域設定モードを選択した場合には、当該モードに対応する複数の測定角度位置が記憶装置240から読み出され、設定される。なお、複数の測定角度位置は、使用者が指定することにより設定されてもよい。
(4) Area setting screen for performing shape measurement of the measurement target S with rotation In this embodiment, it is assumed that a plurality of measurement angle positions are stored in the storage device 240 as default information for each measurement area setting mode. When the box portion button 435 in Fig. 24 is operated, that is, when the user selects the second box-shaped area setting mode as the measurement area setting mode, a plurality of measurement angle positions corresponding to that mode are read out from the storage device 240 and set. Note that the plurality of measurement angle positions may be set by designation by the user.

本例では、複数の測定角度位置として、0°(基準角度位置)、45°、90°、135°および180°が設定される。この場合、各測定角度位置にあるときの測定対象物Sの存在領域が検出され、検出された存在領域を覆うように1または複数の単位領域で構成される領域が当該測定角度位置における仮の測定領域として暫定的に設定される。この設定内容、すなわち、各測定角度位置に関連付けられた測定領域は、例えば作業用メモリ230および記憶装置240のいずれかに記憶される。 In this example, 0° (reference angle position), 45°, 90°, 135°, and 180° are set as the measurement angle positions. In this case, the presence area of the measurement target object S at each measurement angle position is detected, and an area consisting of one or more unit areas is provisionally set as a provisional measurement area at that measurement angle position so as to cover the detected presence area. This setting content, i.e., the measurement area associated with each measurement angle position, is stored, for example, in either the working memory 230 or the storage device 240.

図25は、図24の箱部分ボタン435が操作されることに応答して実行される形状測定装置500の動作を説明するための図である。図25(a)~(e)には、0°、45°、90°、135°および180°の角度位置にあるときの測定対象物SをX方向に見た外観図(端面図)がそれぞれ示される。図25(a)~(e)においては、測定対象物Sの表面のうち形状測定の対象となる部分が太い実線で示される。 Figure 25 is a diagram for explaining the operation of the shape measuring device 500 that is executed in response to the operation of the box portion button 435 in Figure 24. Figures 25(a) to (e) show external views (end views) of the measurement target S in the X direction when it is in the angular positions of 0°, 45°, 90°, 135°, and 180°, respectively. In Figures 25(a) to (e), the portion of the surface of the measurement target S that is the subject of shape measurement is shown by a thick solid line.

例えば、図25(a)に示すように、最初に、測定対象物Sが0°の測定角度位置に位置決めされる。その上で、図23の例と同様に、測定対象物Sの全体が受光部120により自動的に撮像される。図25(f)に、図25(a)の状態で撮像された測定対象物Sの画像の一例が示される。撮像された測定対象物Sの画像に基づいて存在領域が検出される。その上で、検出された存在領域を含みかつ1または複数の単位領域で構成される領域が0°の測定角度位置に対応する仮の測定領域として暫定的に設定される。 For example, as shown in FIG. 25(a), first, the measurement object S is positioned at a measurement angle position of 0°. Then, similar to the example of FIG. 23, the entire measurement object S is automatically imaged by the light receiving unit 120. FIG. 25(f) shows an example of an image of the measurement object S imaged in the state of FIG. 25(a). An existence region is detected based on the image of the measurement object S that has been imaged. Then, an area that includes the detected existence region and is composed of one or more unit regions is provisionally set as a provisional measurement region that corresponds to the measurement angle position of 0°.

次に、図25(b)に示すように、測定対象物Sが回転軸RA周りで回転され、45°の測定角度位置に位置決めされる。その上で、測定対象物Sの全体が受光部120により自動的に撮像される。図25(g)に、図25(b)の状態で撮像された測定対象物Sの画像の一例が示される。撮像された測定対象物Sの画像に基づいて存在領域が検出される。その上で、検出された存在領域を含みかつ1または複数の単位領域で構成される領域が45°の測定角度位置に対応する仮の測定領域として暫定的に設定される。 Next, as shown in FIG. 25(b), the measurement object S is rotated around the rotation axis RA and positioned at a measurement angle position of 45°. The entire measurement object S is then automatically imaged by the light receiving unit 120. FIG. 25(g) shows an example of an image of the measurement object S imaged in the state of FIG. 25(b). An existence region is detected based on the image of the measurement object S that has been imaged. Then, an area that includes the detected existence region and is composed of one or more unit regions is provisionally set as a provisional measurement region corresponding to the measurement angle position of 45°.

その後、測定対象物Sの回転、位置決めおよび撮像が繰り返され、存在領域が検出される。図25(h),(i),(j)に、90°、135°および180°の測定角度位置で撮像された測定対象物Sの画像がそれぞれ示される。各測定角度位置で検出された存在領域を含みかつ1または複数の単位領域で構成される領域が、当該測定角度位置に対応する仮の測定領域として暫定的に設定される。このようにして設定された複数の測定角度位置にそれぞれ対応する複数の仮の測定領域が表示部400に表示される。 Then, the rotation, positioning and imaging of the measurement object S are repeated to detect the presence area. Figures 25(h), (i) and (j) show images of the measurement object S captured at measurement angle positions of 90°, 135° and 180°, respectively. An area including the presence area detected at each measurement angle position and consisting of one or more unit areas is provisionally set as a provisional measurement area corresponding to that measurement angle position. A plurality of provisional measurement areas corresponding to the plurality of measurement angle positions set in this way are displayed on the display unit 400.

図26は、図24の箱部分ボタン435が操作されることにより表示部400に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図26の領域設定画面403においては、主表示領域410に、複数の測定角度位置(0°、45°、90°、135°および180°)の各々に対応する領域設定マップ画像が表示される。 Figure 26 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit 400 by operating the box portion button 435 in Figure 24. In the region setting screen 403 in Figure 26, a region setting map image corresponding to each of a plurality of measurement angle positions (0°, 45°, 90°, 135°, and 180°) is displayed in the main display area 410.

また、図26の領域設定画面403においては、副表示領域420に、編集ボタン422、OKボタン427およびキャンセルボタン428とともに角度位置一覧441が表示される。角度位置一覧441は、現時点で設定されている複数の測定角度位置を示す。使用者は、角度位置一覧441に表示される複数の測定角度位置のうち所望の測定角度位置を選択し、編集ボタン422を操作する。それにより、使用者は、図23の例と同様に、選択した測定角度位置に対応する領域設定マップ画像上で、X方向およびY方向における測定領域を容易に拡張または縮小することができる。 In addition, in the area setting screen 403 of FIG. 26, an angle position list 441 is displayed in the sub-display area 420 together with an edit button 422, an OK button 427, and a cancel button 428. The angle position list 441 shows a number of measurement angle positions that are currently set. The user selects a desired measurement angle position from the multiple measurement angle positions displayed in the angle position list 441, and operates the edit button 422. This allows the user to easily expand or reduce the measurement area in the X and Y directions on the area setting map image that corresponds to the selected measurement angle position, similar to the example of FIG. 23.

箱形状を有する測定対象物Sを回転させる場合、Y方向における存在領域の範囲は複数の測定角度位置で大きく変化する可能性が高い。したがって、上記のような測定領域の編集機能は、箱形状を有する測定対象物Sについての測定領域の設定に非常に有効である。 When rotating a box-shaped measurement object S, the range of the existence area in the Y direction is likely to change significantly at multiple measurement angle positions. Therefore, the measurement area editing function described above is very effective for setting the measurement area for a box-shaped measurement object S.

図26の領域設定画面403においてOKボタン427が操作されると、測定領域の設定が完了したものとして、表示部400には、図24の測定基本画面401が再表示される。一方、キャンセルボタン428が操作されると、領域設定画面403上で設定された測定領域についての情報がリセットされ、表示部400に図24の測定基本画面401が再表示される。 When the OK button 427 is operated on the area setting screen 403 in FIG. 26, the setting of the measurement area is considered to be complete, and the basic measurement screen 401 in FIG. 24 is redisplayed on the display unit 400. On the other hand, when the cancel button 428 is operated, the information about the measurement area set on the area setting screen 403 is reset, and the basic measurement screen 401 in FIG. 24 is redisplayed on the display unit 400.

図24の箱全周ボタン434が操作された場合、すなわち使用者が測定領域の設定モードとして第1の箱形状領域設定モードを選択した場合には、当該モードに対応する複数の測定角度位置が記憶装置240から読み出され、設定される。なお、複数の測定角度位置は、使用者が指定することにより設定されてもよい。 When the box circumference button 434 in FIG. 24 is operated, that is, when the user selects the first box-shaped area setting mode as the measurement area setting mode, multiple measurement angle positions corresponding to that mode are read from the storage device 240 and set. Note that the multiple measurement angle positions may be set by the user's specification.

本例では、複数の測定角度位置として、0°(基準角度位置)、45°、90°、135°、180°、225°、270°および315°が設定される。この場合、図24の箱部分ボタン435が操作された場合と同様に、各測定角度位置にあるときの測定対象物Sの存在領域が検出され、検出された存在領域を含みかつ1または複数の単位領域で構成される領域が当該測定角度位置における仮の測定領域として暫定的に設定される。設定された複数の測定角度位置にそれぞれ対応する複数の仮の測定領域が表示部400に表示される。 In this example, 0° (reference angle position), 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, and 315° are set as the multiple measurement angle positions. In this case, similar to when the box portion button 435 in FIG. 24 is operated, the presence area of the measurement target object S at each measurement angle position is detected, and an area including the detected presence area and consisting of one or more unit areas is provisionally set as a provisional measurement area at that measurement angle position. A plurality of provisional measurement areas corresponding to the multiple set measurement angle positions are displayed on the display unit 400.

図27は、図24の箱全周ボタン434が操作されることにより表示部400に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図27の領域設定画面404においては、主表示領域410に、複数の測定角度位置(0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°および315°)の各々に対応する領域設定マップ画像が表示される。 Figure 27 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit 400 when the box circumference button 434 in Figure 24 is operated. In the region setting screen 404 in Figure 27, a region setting map image corresponding to each of a plurality of measurement angle positions (0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, and 315°) is displayed in the main display area 410.

また、図27の領域設定画面404においては、図26の領域設定画面403と同様に、副表示領域420に、編集ボタン422、OKボタン427、キャンセルボタン428および角度位置一覧441が表示される。これにより、使用者は、各種ボタン(422,427,428)および角度位置一覧441を操作することにより、測定領域の設定の修正、設定の完了指令、設定のリセット指令を行うことができる。OKボタン427またはキャンセルボタン428が操作されることにより、表示部400に図24の測定基本画面401が再表示される。 In addition, in the area setting screen 404 of FIG. 27, similar to the area setting screen 403 of FIG. 26, an edit button 422, an OK button 427, a cancel button 428, and an angle position list 441 are displayed in the sub-display area 420. This allows the user to modify the measurement area settings, issue a command to complete the settings, or issue a command to reset the settings by operating the various buttons (422, 427, 428) and the angle position list 441. Operating the OK button 427 or the cancel button 428 redisplays the basic measurement screen 401 of FIG. 24 on the display unit 400.

図24の軸ボタン436が操作された場合、すなわち使用者が測定領域の設定モードとして軸形状領域設定モードを選択した場合には、当該モードに対応する複数の測定角度位置が記憶装置240から読み出され、設定される。なお、複数の測定角度位置は、使用者が指定することにより設定されてもよい。 When the axis button 436 in FIG. 24 is operated, that is, when the user selects the axis shape area setting mode as the measurement area setting mode, multiple measurement angle positions corresponding to that mode are read from the storage device 240 and set. Note that the multiple measurement angle positions may be set by the user's specification.

本例では、複数の測定角度位置として、0°(基準角度位置)、45°、90°、135°、180°、225°、270°および315°が設定される。ここで、一方向に延びる軸形状を有する測定対象物Sを、回転軸RAに沿って延びるように配置し、その回転軸RA周りで回転させる場合には、測定対象物Sの外周面と回転軸RAとの間の距離がほぼ一定に保たれる。そのため、複数の測定角度位置に対応する存在領域は、ほぼ共通すると考えられる。 In this example, the measurement angle positions are set to 0° (reference angle position), 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, and 315°. Here, when a measurement object S having an axial shape extending in one direction is arranged to extend along a rotation axis RA and rotated around the rotation axis RA, the distance between the outer circumferential surface of the measurement object S and the rotation axis RA is kept substantially constant. Therefore, the existence regions corresponding to the multiple measurement angle positions are considered to be substantially common.

そこで、図24の軸ボタン436が操作された場合には、複数の測定角度位置のうち一の測定角度位置にあるときの測定対象物Sの存在領域のみが検出される。その上で、検出された存在領域を含みかつ1または複数の単位領域で構成される領域が全ての測定角度位置における仮の測定領域として暫定的に設定される。複数の測定角度位置に共通する仮の測定領域が表示部400に表示される。 Therefore, when the axis button 436 in FIG. 24 is operated, only the presence area of the measurement target object S when it is at one of the multiple measurement angle positions is detected. Then, an area that includes the detected presence area and is composed of one or more unit areas is provisionally set as a provisional measurement area for all measurement angle positions. The provisional measurement area common to the multiple measurement angle positions is displayed on the display unit 400.

図28は、図24の軸ボタン436が操作されることにより表示部400に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図28の領域設定画面405においては、主表示領域410に、一の測定角度位置(例えば0°)に対応する領域設定マップ画像が表示される。また、図28の領域設定画面405においては、副表示領域420に、編集ボタン422、OKボタン427およびキャンセルボタン428が表示される。これにより、使用者は、各種ボタン(422,427,428)および角度位置一覧441を操作することにより、測定領域の設定の修正、設定の完了指令、設定のリセット指令を行うことができる。OKボタン427またはキャンセルボタン428が操作されることにより、表示部400に図24の測定基本画面401が再表示される。 28 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit 400 by operating the axis button 436 in FIG. 24. In the region setting screen 405 in FIG. 28, a region setting map image corresponding to one measurement angle position (for example, 0°) is displayed in the main display area 410. In addition, in the region setting screen 405 in FIG. 28, an edit button 422, an OK button 427, and a cancel button 428 are displayed in the sub-display area 420. This allows the user to modify the measurement region setting, issue a completion command for the setting, or issue a reset command for the setting by operating the various buttons (422, 427, 428) and the angle position list 441. By operating the OK button 427 or the cancel button 428, the basic measurement screen 401 in FIG. 24 is redisplayed on the display unit 400.

上記のように、使用者が軸形状領域設定モードを選択した場合、複数の測定角度位置の全てについて存在領域が検出されない。それにより、存在領域の検出に要する時間が短縮される。また、この場合、表示部400には、一の測定角度位置に対応する一の領域設定マップ画像のみが表示されるので、使用者は、複数の領域設定マップ画像を確認する必要がない。さらに、複数の測定角度位置の各々について測定領域を調整する必要もない。その結果、測定領域の設定に要する作業および時間を低減することができる。 As described above, when the user selects the axis shape area setting mode, the existence area is not detected for all of the multiple measurement angle positions. This reduces the time required to detect the existence area. In addition, in this case, since only one area setting map image corresponding to one measurement angle position is displayed on the display unit 400, the user does not need to check multiple area setting map images. Furthermore, there is no need to adjust the measurement area for each of the multiple measurement angle positions. As a result, the work and time required to set the measurement area can be reduced.

なお、使用者が軸形状領域設定モードを選択した場合、表示対象となる一の測定角度位置は、使用者が操作部250を操作することによりCPU210に指定可能であってもよい。この場合、CPU210は、使用者による一の測定角度位置の指定を受け付ける。 When the user selects the axis shape region setting mode, the user may be able to specify to the CPU 210 a measurement angle position to be displayed by operating the operation unit 250. In this case, the CPU 210 accepts the user's specification of a measurement angle position.

図24の回転詳細ボタン437が操作された場合には、副表示領域420の表示態様が変化する。図29は、図24の回転詳細ボタン437が操作されることにより表示部400に表示される副表示領域420の一例を示す図である。図29に示すように、図24の測定基本画面401において回転詳細ボタン437が操作されると、副表示領域420には、基準姿勢入力枠451、基準姿勢登録ボタン452、角度条件設定部453、角度ピッチ設定部454、測定回数設定部455、除外角度入力枠456および合成要否チェックボックス457等が表示される。 When the Rotation Details button 437 in FIG. 24 is operated, the display mode of the secondary display area 420 changes. FIG. 29 is a diagram showing an example of the secondary display area 420 displayed on the display unit 400 by operating the Rotation Details button 437 in FIG. 24. As shown in FIG. 29, when the Rotation Details button 437 is operated on the basic measurement screen 401 in FIG. 24, the secondary display area 420 displays a reference posture input frame 451, a reference posture registration button 452, an angle condition setting section 453, an angle pitch setting section 454, a measurement count setting section 455, an excluded angle input frame 456, and a synthesis required/unnecessary check box 457, etc.

基準姿勢入力枠451は、使用者が、所望の角度位置を入力することが可能に構成されている。基準姿勢登録ボタン452は、使用者により基準姿勢入力枠451に入力された角度位置を基準姿勢位置として登録するために操作される。基準姿勢登録ボタン452が操作されることにより、基準姿勢入力枠451に入力された角度位置が基準姿勢位置として作業用メモリ230または記憶装置240に記憶される。 The reference attitude input frame 451 is configured to allow the user to input a desired angular position. The reference attitude registration button 452 is operated by the user to register the angular position input into the reference attitude input frame 451 as the reference attitude position. By operating the reference attitude registration button 452, the angular position input into the reference attitude input frame 451 is stored as the reference attitude position in the working memory 230 or the storage device 240.

角度条件設定部453は、複数の測定角度位置をどのように定めるのかを設定するために使用者により操作可能に構成される。具体的には、角度条件設定部453は、複数種類の設定方法から所望の方法を選択可能なプルダウンボタンで構成される。 The angle condition setting section 453 is configured to be operable by the user to set how to determine multiple measurement angle positions. Specifically, the angle condition setting section 453 is configured with a pull-down button that allows the user to select a desired setting method from multiple types of setting methods.

角度ピッチ設定部454は、複数の測定角度位置をどのような角度間隔で設定するのかを設定するために使用者により操作可能に構成される。具体的には、角度ピッチ設定部454は、複数種類の角度から所望の角度を選択可能なプルダウンボタンで構成される。測定回数設定部455は、角度ピッチ設定部454で設定された角度間隔でどれだけの回数三次元形状データを生成すべきかを設定するために使用者により操作可能に構成される。除外角度入力枠456は、使用者が、三次元形状データを生成する必要がない測定角度位置を入力することが可能に構成されている。 The angle pitch setting section 454 is configured so that it can be operated by the user to set the angle interval at which multiple measurement angle positions are set. Specifically, the angle pitch setting section 454 is configured with a pull-down button that allows the user to select a desired angle from multiple types of angles. The measurement count setting section 455 is configured so that it can be operated by the user to set how many times three-dimensional shape data should be generated at the angle interval set in the angle pitch setting section 454. The excluded angle input frame 456 is configured so that the user can input a measurement angle position for which it is not necessary to generate three-dimensional shape data.

合成要否チェックボックス457は、測定対象物Sを複数回に渡って設定された角度間隔で回転させつつ複数の三次元形状データを生成した後、生成された複数の三次元形状データを合成するか否かを選択可能に構成される。 The synthesis necessity checkbox 457 is configured to allow the user to select whether or not to synthesize multiple pieces of three-dimensional shape data after multiple pieces of three-dimensional shape data are generated while rotating the measurement object S multiple times at set angle intervals.

使用者は、複数の三次元形状データを合成させたい場合に、合成要否チェックボックス457にチェックを入れる。それにより、測定対象物Sの形状測定時に複数の測定角度位置で生成された複数の三次元形状データが合成される。一方、使用者は、複数の三次元形状データを合成させたくない場合に、合成要否チェックボックス457にチェックを入れない。それにより、測定対象物Sの形状測定時に複数の測定角度位置で生成された複数の三次元形状データが合成されない。上記のように、使用者は、図24の回転詳細ボタン437を操作した場合、図29に示される各種入力枠、ボタンおよび設定部をさらに操作することにより測定対象物Sの形状測定に関して細かな設定を行うことができる。 When the user wants to combine multiple pieces of three-dimensional shape data, the user checks the combination checkbox 457. This causes multiple pieces of three-dimensional shape data generated at multiple measurement angle positions during shape measurement of the measurement object S to be combined. On the other hand, when the user does not want to combine multiple pieces of three-dimensional shape data, the user does not check the combination checkbox 457. This causes multiple pieces of three-dimensional shape data generated at multiple measurement angle positions during shape measurement of the measurement object S to not be combined. As described above, when the user operates the rotation details button 437 in FIG. 24, the user can make detailed settings for the shape measurement of the measurement object S by further operating the various input frames, buttons, and setting sections shown in FIG. 29.

(5)設定の修正および追加等
図26~図28の編集ボタン422が操作された場合には、副表示領域420の表示態様が変化する。図30は、図26~図28の編集ボタン422が操作されることにより表示部400に表示される副表示領域420の一例を示す図である。図30に示すように、図26~図28の領域設定画面402~405において編集ボタン422が操作されると、図23の例と同様に、副表示領域420に領域設定マップ画像上で測定領域の位置およびサイズを調整すべきメッセージが表示される。また、除外ボタン426、OKボタン427およびキャンセルボタン428が表示される。さらに、第1の校正チェックボックス463および第2の校正チェックボックス464が表示される。
(5) Correction and Addition of Settings, etc. When the edit button 422 in Figs. 26 to 28 is operated, the display mode of the sub-display area 420 changes. Fig. 30 is a diagram showing an example of the sub-display area 420 displayed on the display unit 400 by operating the edit button 422 in Figs. 26 to 28. As shown in Fig. 30, when the edit button 422 is operated on the area setting screens 402 to 405 in Figs. 26 to 28, a message to adjust the position and size of the measurement area on the area setting map image is displayed in the sub-display area 420, similar to the example in Fig. 23. In addition, an exclude button 426, an OK button 427, and a cancel button 428 are displayed. In addition, a first calibration check box 463 and a second calibration check box 464 are displayed.

第1の校正チェックボックス463は、図15(a)の第1のマーカM1を用いた第1の構成機能を使用するか否かを設定するためのチェックボックスである。一方、第2の校正チェックボックス464は、図16(b)の第2のマーカM2を用いた第2の構成機能を使用するか否かを設定するためのチェックボックスである。 The first calibration check box 463 is a check box for setting whether or not to use the first configuration function using the first marker M1 in FIG. 15(a). On the other hand, the second calibration check box 464 is a check box for setting whether or not to use the second configuration function using the second marker M2 in FIG. 16(b).

使用者は、上記のステップS36の作業において、第1のマーカM1を用いた第1の構成機能を使用したい場合、図30の第1の校正チェックボックス463にチェックを入れる。この場合、第1のマーカM1についても形状測定が行われるように、測定領域を設定する必要がある。ここで、第1のマーカM1は、回転支持軸91の一部であるため、ステージ140上の第1のマーカM1の存在領域は既知である。そのため、第1の校正チェックボックス463にチェックが入れられた場合には、現時点で設定されている測定領域に加えて、第1のマーカM1の存在領域をカバーするための新たな測定領域が設定される。 If the user wishes to use the first configuration function using the first marker M1 in the operation of step S36 above, the user checks the first calibration checkbox 463 in FIG. 30. In this case, it is necessary to set a measurement area so that shape measurement is also performed on the first marker M1. Here, since the first marker M1 is part of the rotation support shaft 91, the presence area of the first marker M1 on the stage 140 is known. Therefore, when the first calibration checkbox 463 is checked, a new measurement area is set to cover the presence area of the first marker M1 in addition to the measurement area currently set.

図31は、図30の第1の校正チェックボックス463にチェックが入れられることにより表示部400に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図31の領域設定画面406においては、主表示領域410に特定の一の測定角度位置(例えば0°)に対応する領域設定マップ画像が表示される。 Figure 31 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit 400 when the first calibration checkbox 463 in Figure 30 is checked. In the region setting screen 406 in Figure 31, a region setting map image corresponding to a specific measurement angle position (e.g., 0°) is displayed in the main display area 410.

その領域設定マップ画像においては、測定対象物Sの三次元形状データを生成するための測定領域が複数の単位領域枠MMで示される。さらに、その領域設定マップ画像においては、第1のマーカM1の三次元形状データを生成するための測定領域が複数の単位領域枠MMaで示される。 In the area setting map image, the measurement area for generating three-dimensional shape data of the measurement object S is indicated by a plurality of unit area frames MM. Furthermore, in the area setting map image, the measurement area for generating three-dimensional shape data of the first marker M1 is indicated by a plurality of unit area frames MMa.

図31では、保持部191および第1のマーカM1の画像が二点鎖線で示される。また、第1のマーカM1の位置が理解しやすいように、第1のマーカM1の画像部分にハッチングが付されている。 In FIG. 31, the image of the holding unit 191 and the first marker M1 are indicated by a two-dot chain line. In addition, the image portion of the first marker M1 is hatched so that the position of the first marker M1 can be easily understood.

ここで、第1のマーカM1に対応して追加される単位領域枠MMaは、測定対象物Sに対応する単位領域枠MMに対して識別可能となるように、単位領域枠MMとは異なる態様(本例では太い一点鎖線)で表示される。これにより、使用者は、第1のマーカM1を用いた第1の校正機能を使用するために、新たな測定領域が設定されたことを容易に把握することができる。 Here, the unit area frame MMa added corresponding to the first marker M1 is displayed in a manner different from the unit area frame MM (in this example, a thick dashed dotted line) so that it can be distinguished from the unit area frame MM corresponding to the measurement object S. This allows the user to easily understand that a new measurement area has been set in order to use the first calibration function using the first marker M1.

使用者は、第2のマーカM2を用いた第2の構成機能を使用したい場合、図30の第2の校正チェックボックス464にチェックを入れる。この場合、第2のマーカM2についても形状測定が行われるように、測定領域を設定する必要がある。ここで、第2のマーカM2は、使用者が上記のステップS37の作業においいて測定対象物Sに取り付けるものである。そのため、使用者は、測定対象物Sに取り付けられる第2のマーカM2の位置に応じて第2のマーカM2の存在領域をカバーするための新たな測定領域を設定する必要がある。 If the user wishes to use the second configuration function using the second marker M2, the user checks the second calibration checkbox 464 in FIG. 30. In this case, it is necessary to set a measurement area so that shape measurement is also performed on the second marker M2. Here, the second marker M2 is attached by the user to the measurement object S in the above-mentioned operation of step S37. Therefore, the user needs to set a new measurement area to cover the presence area of the second marker M2 according to the position of the second marker M2 attached to the measurement object S.

図32は、図30の第2の校正チェックボックス464にチェックが入れられることにより表示部400に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図32の領域設定画面407においては、図31の領域設定画面406の例と同様に、主表示領域410に特定の一の測定角度位置(例えば0°)に対応する領域設定マップ画像が表示される。 Figure 32 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit 400 by checking the second calibration checkbox 464 in Figure 30. In the region setting screen 407 in Figure 32, similar to the example of the region setting screen 406 in Figure 31, a region setting map image corresponding to a specific measurement angle position (e.g., 0°) is displayed in the main display area 410.

さらに、その領域設定マップ画像においては、測定対象物Sの三次元形状データを生成するための測定領域が複数の単位領域枠MMで示されるとともに、第2のマーカM2の位置を指定するためのマーカ画像M2iが表示される。この状態で、使用者は、例えばマーカ画像M2iをドラッグすることにより領域設定マップ画像上で実際の第2のマーカM2の位置に対応する位置にマーカ画像M2iを配置する。 Furthermore, in the area setting map image, the measurement area for generating three-dimensional shape data of the measurement target S is indicated by a plurality of unit area frames MM, and a marker image M2i for specifying the position of the second marker M2 is displayed. In this state, the user places the marker image M2i at a position on the area setting map image that corresponds to the actual position of the second marker M2, for example, by dragging the marker image M2i.

副表示領域420には、マーカ反転チェックボックス465、OKボタン427およびキャンセルボタン428が表示される。ここで、本実施の形態に係る形状測定装置500においては、第2の校正機能の使用時に測定対象物Sに取り付けられるべき第2のマーカM2の基本姿勢が予め定められている。例えば、測定対象物Sに取り付けられるべき第2のマーカM2の基本姿勢は、第2のマーカM2の軸心が回転軸RAに対して平行かまたはほぼ平行でかつ径大部M2aおよび径小部M2bがこの順で回転ユニット190から離れるように配置される姿勢である。一方、図17の例に示されるように、第2のマーカM2は、基本姿勢をX方向で反転した反転姿勢で回転ユニット190に取り付けることもできる。 In the secondary display area 420, a marker inversion checkbox 465, an OK button 427, and a cancel button 428 are displayed. Here, in the shape measuring device 500 according to this embodiment, the basic orientation of the second marker M2 to be attached to the measurement object S when using the second calibration function is determined in advance. For example, the basic orientation of the second marker M2 to be attached to the measurement object S is an orientation in which the axis of the second marker M2 is parallel or nearly parallel to the rotation axis RA and the large diameter portion M2a and the small diameter portion M2b are arranged in this order away from the rotation unit 190. On the other hand, as shown in the example of FIG. 17, the second marker M2 can also be attached to the rotation unit 190 in an inverted orientation in which the basic orientation is inverted in the X direction.

マーカ反転チェックボックス465は、第2のマーカM2の向きをX方向において反転して配置するか否かを設定するためのチェックボックスである。図33は、図32のマーカ反転チェックボックス465にチェックが入れられることにより表示部400に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図33に示すように、領域設定画面407においては、マーカ反転チェックボックス465にチェックが入れられることにより、マーカ画像M2iの向きが図32の表示例に対して左右方向で反転している。 The marker inversion checkbox 465 is a checkbox for setting whether or not the orientation of the second marker M2 is to be inverted in the X direction. FIG. 33 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit 400 by checking the marker inversion checkbox 465 in FIG. 32. As shown in FIG. 33, by checking the marker inversion checkbox 465 in the region setting screen 407, the orientation of the marker image M2i is inverted left-right relative to the display example in FIG. 32.

上記のようにして、領域設定マップ画像上で、マーカ画像M2iの位置および向きが調整された後、OKボタン427が操作される。それにより、当該マーカ画像M2iに対応する領域がカバーされるように新たな測定領域が設定される。 After the position and orientation of the marker image M2i is adjusted on the area setting map image as described above, the OK button 427 is operated. This sets a new measurement area so that the area corresponding to the marker image M2i is covered.

図34は、第1のマーカM1および第2のマーカM2についての新たな測定領域が設定された状態で表示部400に表示される領域設定画面の一例を示す図である。図34の領域設定画面408においては、主表示領域410に表示される領域設定マップ画像に、対象物画像SIの三次元形状データを生成するための測定領域が複数の単位領域枠MMで示される。また、第1のマーカM1の三次元形状データを生成するための測定領域が複数の単位領域枠MMaで示される。さらに、第2のマーカM2の三次元形状データを生成するための測定領域が複数の単位領域枠MMbで示される。これにより、使用者は、第1のマーカM1および第2のマーカM2を用いた第1および第2の校正機能を使用するために、新たな測定領域が設定されたことを容易に把握することができる。 Figure 34 is a diagram showing an example of a region setting screen displayed on the display unit 400 in a state in which new measurement regions for the first marker M1 and the second marker M2 have been set. In the region setting screen 408 of Figure 34, the measurement region for generating three-dimensional shape data of the object image SI is shown by a plurality of unit region frames MM in the region setting map image displayed in the main display area 410. In addition, the measurement region for generating three-dimensional shape data of the first marker M1 is shown by a plurality of unit region frames MMa. Furthermore, the measurement region for generating three-dimensional shape data of the second marker M2 is shown by a plurality of unit region frames MMb. This allows the user to easily understand that a new measurement region has been set in order to use the first and second calibration functions using the first marker M1 and the second marker M2.

図34の例で、第1のマーカM1に対応する単位領域枠MMa、第2のマーカM2に対応する単位領域枠MMb、測定対象物Sに対応する単位領域枠MMは、互いに識別可能な異なる態様で表示されている。これにより、使用者は、測定領域の各部について設定されている目的を容易に把握することができる。 In the example of FIG. 34, the unit area frame MMa corresponding to the first marker M1, the unit area frame MMb corresponding to the second marker M2, and the unit area frame MM corresponding to the measurement object S are displayed in different, mutually distinguishable manners. This allows the user to easily understand the purpose set for each part of the measurement area.

[6]上面除去機能
ところで、上記のように、図22および図29の上面除去ボタン429が操作された場合、すなわちステージ140の上面141sの三次元形状データを測定結果から除去すべき旨を使用者が指令した場合を想定する。この場合、形状測定装置500においては、測定対象物Sを撮像することにより得られる全ての三次元形状データから、上面141sに対応する三次元形状データが除かれた状態で、測定対象物Sの三次元形状画像が表示部400に表示される(上面除去機能)。この具体例について説明する。
[6] Top surface removal function Now, assume that the top surface removal button 429 in Figures 22 and 29 is operated as described above, that is, the user issues a command to remove the three-dimensional shape data of the top surface 141s of the stage 140 from the measurement results. In this case, in the shape measuring device 500, a three-dimensional shape image of the measurement object S is displayed on the display unit 400 in a state in which the three-dimensional shape data corresponding to the top surface 141s has been removed from all three-dimensional shape data obtained by imaging the measurement object S (top surface removal function). A specific example of this will be described.

図35は、回転ユニット190を用いた測定対象物Sの形状測定の一例を示す外観斜視図である。図35に示すように、本例では、2本の棒状部材94により保持部191に保持された測定対象物Sが回転されつつ形状測定される。この場合、ステージ140の上面141sが測定空間101内に位置すると、上面141sの形状を示す三次元形状データが、測定対象物Sの形状を示す三次元形状データと共に生成される。 Figure 35 is an external perspective view showing an example of shape measurement of a measurement object S using a rotation unit 190. As shown in Figure 35, in this example, the shape of the measurement object S held by the holding portion 191 using two rod-shaped members 94 is measured while being rotated. In this case, when the upper surface 141s of the stage 140 is positioned within the measurement space 101, three-dimensional shape data indicating the shape of the upper surface 141s is generated together with three-dimensional shape data indicating the shape of the measurement object S.

図36は、図35の形状測定により得られる全ての三次元形状データに基づく三次元形状画像の一例を示す図である。図36および後述する図37の三次元形状画像では、Z方向の位置(高さ)がハッチングおよびドットパターンにより表される。図36の三次元形状画像においては、白抜きの矢印で示される部分は、ステージ140の上面141sを表す部分である。このように、測定対象物Sに加えてステージ140の三次元形状画像が表示されると、使用者は測定対象物Sの形状を把握しにくい。 Figure 36 is a diagram showing an example of a three-dimensional shape image based on all three-dimensional shape data obtained by the shape measurement of Figure 35. In the three-dimensional shape images of Figure 36 and Figure 37 described below, the position (height) in the Z direction is represented by hatching and dot patterns. In the three-dimensional shape image of Figure 36, the part indicated by the hollow arrow represents the upper surface 141s of the stage 140. In this way, when a three-dimensional shape image of the stage 140 is displayed in addition to the measurement object S, it is difficult for the user to grasp the shape of the measurement object S.

図36に示されるように、ステージ140の上面141sに対応する三次元形状データは、ある程度の連続的な広がりを有する平面形状を示す。これらの三次元形状データは、連続的な広がりを有する平面のデータ群を抽出するとともに、各測定角度位置でその抽出された平面についての法線方向が上向きでありかつZ方向の位置が設計上の上面141sの位置にあるか否かに基づいて識別することができる。 As shown in FIG. 36, the three-dimensional shape data corresponding to the top surface 141s of the stage 140 indicates a planar shape having a certain degree of continuous expansion. This three-dimensional shape data can be identified by extracting a data group of a plane having a continuous expansion, and based on whether or not the normal direction of the extracted plane at each measurement angle position is upward and the position in the Z direction is at the position of the designed top surface 141s.

図37は、図36の三次元形状画像からステージ140の上面141sに対応する三次元形状画像を除去した図である。図37の三次元形状画像によれば、使用者は、測定対象物Sの三次元形状を容易かつ正確に把握することができる。なお、図36および図37の三次元形状画像では、Z方向の表示レンジが互いに異なる。 Figure 37 is a diagram in which the three-dimensional shape image corresponding to the upper surface 141s of the stage 140 has been removed from the three-dimensional shape image of Figure 36. The three-dimensional shape image of Figure 37 allows the user to easily and accurately grasp the three-dimensional shape of the measurement target S. Note that the display ranges in the Z direction are different between the three-dimensional shape images of Figures 36 and 37.

[7]PC200におけるCPU210の機能的な構成
図38は、図1のCPU210の機能的な構成を示すブロック図である。図38に示すように、CPU210は、移動制御部21a、回転制御部21b、撮像制御部21c、領域設定部21d、設定画面提示部21e、回転角度設定部21f、三次元形状データ生成部21g、データ合成部21h、データ補正部21i、着脱判定部21jおよび表示制御部21kを含む。これらの構成要素は、CPU210が、記憶装置240に記憶された形状測定プログラムを実行することにより実現される。なお、CPU210に含まれる上記の複数の構成要素の一部または全てが電子回路等のハードウェアにより実現されてもよい。
[7] Functional configuration of CPU 210 in PC 200 Fig. 38 is a block diagram showing the functional configuration of CPU 210 in Fig. 1. As shown in Fig. 38, CPU 210 includes movement control unit 21a, rotation control unit 21b, imaging control unit 21c, area setting unit 21d, setting screen presentation unit 21e, rotation angle setting unit 21f, three-dimensional shape data generation unit 21g, data synthesis unit 21h, data correction unit 21i, attachment/detachment determination unit 21j, and display control unit 21k. These components are realized by CPU 210 executing a shape measurement program stored in storage device 240. Note that some or all of the above-mentioned multiple components included in CPU 210 may be realized by hardware such as electronic circuits.

移動制御部21aは、受光部120に対してステージ140の上面141sの位置が相対的に移動するように、ステージ駆動部146を制御する。換言すれば、移動制御部21aは、ステージ140上に測定対象物Sが配置された状態で、ステージ140の上面141sを移動させることにより測定対象物Sに対する測定空間101の相対的な位置を調整する。回転制御部21bは、回転を伴う測定対象物Sの形状測定時に、測定対象物Sが予め定められた複数の測定角度位置に順次回転するように回転ユニット190を制御する。 The movement control unit 21a controls the stage driving unit 146 so that the position of the upper surface 141s of the stage 140 moves relative to the light receiving unit 120. In other words, the movement control unit 21a adjusts the relative position of the measurement space 101 with respect to the measurement object S by moving the upper surface 141s of the stage 140 with the measurement object S placed on the stage 140. The rotation control unit 21b controls the rotation unit 190 so that the measurement object S rotates sequentially to multiple predetermined measurement angle positions during shape measurement of the measurement object S involving rotation.

撮像制御部21cは、測定対象物Sの存在領域を検出するために、ステージ140上に配置された測定対象物Sが低倍率で撮像されるように照明光出力部130および受光部120を制御する。また、撮像制御部21cは、測定対象物Sが各測定角度位置にある状態で、後述する領域設定部21dにより設定された測定領域が撮像されるように投光部110A,110Bおよび受光部120を制御する。 The imaging control unit 21c controls the illumination light output unit 130 and the light receiving unit 120 so that the measurement object S placed on the stage 140 is imaged at low magnification in order to detect the presence area of the measurement object S. The imaging control unit 21c also controls the light projecting units 110A, 110B and the light receiving unit 120 so that the measurement area set by the area setting unit 21d described later is imaged when the measurement object S is at each measurement angle position.

領域設定部21dは、測定対象物Sがステージ140上に載置された状態または回転ユニット190に保持された測定対象物Sが各測定角度位置にある状態で、測定対象物Sの存在領域を検出する。また、領域設定部21dは、存在領域の検出結果に基づいて測定領域を設定する。さらに、領域設定部21dは、使用者による操作部250の操作に基づいて、設定された測定領域を修正する。 The area setting unit 21d detects the presence area of the measurement object S when the measurement object S is placed on the stage 140 or when the measurement object S held by the rotation unit 190 is at each measurement angle position. The area setting unit 21d also sets the measurement area based on the detection result of the presence area. Furthermore, the area setting unit 21d modifies the set measurement area based on the operation of the operation unit 250 by the user.

設定画面提示部21eは、領域設定部21dによる測定領域の設定時に領域設定マップ画像を表示部400に表示させる。また、設定画面提示部21eは、設定された測定領域が識別可能となるように、領域設定マップ画像において測定対象物Sの画像上に単位領域枠MM,MMa,MMbを重畳表示させる。 The setting screen presentation unit 21e displays an area setting map image on the display unit 400 when the measurement area is set by the area setting unit 21d. In addition, the setting screen presentation unit 21e superimposes unit area frames MM, MMa, MMb on the image of the measurement object S in the area setting map image so that the set measurement area can be identified.

回転角度設定部21fは、回転を伴う測定対象物Sの形状測定が行われる場合に、複数の測定角度位置を設定する。ここで、第1の箱形状領域設定モード、第2の箱形状領域設定モードおよび軸形状領域設定モードにそれぞれ対応する複数の測定角度位置は、上記のように、例えばデフォルトの情報として記憶装置240に記憶されている。 The rotation angle setting unit 21f sets multiple measurement angle positions when a shape measurement of the measurement object S involving rotation is performed. Here, the multiple measurement angle positions corresponding to the first box-shaped area setting mode, the second box-shaped area setting mode, and the shaft-shaped area setting mode, respectively, are stored in the storage device 240 as, for example, default information, as described above.

この場合、回転角度設定部21fは、回転を伴う測定対象物Sの形状測定時に、選択された領域設定モードに応じて記憶装置240に記憶された複数の測定角度位置を読み込むことにより複数の測定角度位置の設定を行う。回転角度設定部21fは、使用者が操作部250を用いて例えば図29の角度ピッチ設定部454等を操作することにより特定の角度位置の指定を受けた場合に、指定された角度位置を測定角度位置として設定してもよい。 In this case, when measuring the shape of the measurement target S involving rotation, the rotation angle setting unit 21f sets multiple measurement angle positions by reading multiple measurement angle positions stored in the storage device 240 according to the selected area setting mode. When the user uses the operation unit 250 to operate, for example, the angle pitch setting unit 454 in FIG. 29 to specify a specific angle position, the rotation angle setting unit 21f may set the specified angle position as the measurement angle position.

三次元形状データ生成部21gは、測定領域にパターン光が照射されるとともに測定領域が撮像されることにより生成される複数の画像データに基づいて測定対象物Sの形状を示す三次元形状データを生成する。また、三次元形状データ生成部21gは、測定領域に位置する第1のマーカM1が撮像されることにより生成される複数の画像データに基づいて第1のマーカM1の形状を示す三次元形状データを生成する。さらに、三次元形状データ生成部21gは、測定領域に位置する第2のマーカM2が撮像されることにより生成される複数の画像データに基づいて第2のマーカM2の形状を示す三次元形状データを生成する。 The three-dimensional shape data generator 21g generates three-dimensional shape data indicating the shape of the measurement target S based on a plurality of image data generated by irradiating the measurement area with pattern light and imaging the measurement area. The three-dimensional shape data generator 21g also generates three-dimensional shape data indicating the shape of the first marker M1 based on a plurality of image data generated by imaging the first marker M1 located in the measurement area. The three-dimensional shape data generator 21g also generates three-dimensional shape data indicating the shape of the second marker M2 based on a plurality of image data generated by imaging the second marker M2 located in the measurement area.

データ合成部21hは、測定対象物Sの表面のうちXY方向に並ぶ複数の部分の三次元形状データが個別に生成された場合に、上記の平面方向合成を行う。また、データ合成部21hは、測定対象物Sの表面のうち回転軸RA周りに並ぶ複数の部分の三次元形状データが個別に生成された場合に、使用者による合成の指定に応答して上記の回転方向合成を行う。さらに、データ合成部21hは、平面方向合成により生成された三次元形状データと回転方向合成により生成された三次元形状データとの合成を行う。また、データ合成部21hは、例えば測定対象物Sの表面に対してZ方向における複数の位置で撮像を行うことにより共通の測定領域において複数の三次元形状データが個別に生成された場合に、上記の高さ方向合成を行うこともできる。 The data synthesis unit 21h performs the above-mentioned planar direction synthesis when three-dimensional shape data of multiple parts of the surface of the measurement object S arranged in the XY direction are generated separately. Also, when three-dimensional shape data of multiple parts of the surface of the measurement object S arranged around the rotation axis RA are generated separately, the data synthesis unit 21h performs the above-mentioned rotation direction synthesis in response to a synthesis instruction from the user. Furthermore, the data synthesis unit 21h synthesizes the three-dimensional shape data generated by planar direction synthesis and the three-dimensional shape data generated by rotation direction synthesis. Also, the data synthesis unit 21h can perform the above-mentioned height direction synthesis when multiple three-dimensional shape data are generated separately in a common measurement area, for example, by imaging the surface of the measurement object S at multiple positions in the Z direction.

データ補正部21iは、回転を伴う測定対象物Sの形状測定が行われる場合に、第1のマーカM1および第2のマーカM2の使用の要否に応じて、上記の第1~第3の校正機能のいずれかに従う三次元形状データの補正処理を行う。具体的には、データ補正部21iは、第1の校正機能に従う補正処理において、第1のマーカM1の三次元形状データおよびその寸法に基づいて、複数の測定角度位置にそれぞれ対応する測定対象物Sの複数の三次元形状データを補正する。 When shape measurement of the measurement object S involving rotation is performed, the data correction unit 21i performs a correction process of the three-dimensional shape data according to one of the first to third calibration functions described above, depending on whether the first marker M1 and the second marker M2 are used. Specifically, in the correction process according to the first calibration function, the data correction unit 21i corrects multiple pieces of three-dimensional shape data of the measurement object S corresponding to multiple measurement angle positions, based on the three-dimensional shape data of the first marker M1 and its dimensions.

また、データ補正部21iは、第2の校正機能に従う補正処理において、第1のマーカM1および第2のマーカM2の三次元形状データおよびそれらの寸法とに基づいて、複数の測定角度位置にそれぞれ対応する測定対象物Sの複数の三次元形状データを補正する。なお、データ補正部21iは、第2の校正機能に従う補正処理において、第1のマーカM1の三次元形状データが存在しない場合には、第2のマーカM2の三次元形状データおよびその寸法に基づいて、複数の測定角度位置にそれぞれ対応する測定対象物Sの複数の三次元形状データを補正する。 In addition, in the correction process according to the second calibration function, the data correction unit 21i corrects the multiple three-dimensional shape data of the measurement object S corresponding to the multiple measurement angle positions based on the three-dimensional shape data of the first marker M1 and the second marker M2 and their dimensions. In the correction process according to the second calibration function, if the three-dimensional shape data of the first marker M1 does not exist, the data correction unit 21i corrects the multiple three-dimensional shape data of the measurement object S corresponding to the multiple measurement angle positions based on the three-dimensional shape data of the second marker M2 and its dimensions.

さらに、データ補正部21iは、第3の校正機能に従う補正処理において、複数の測定角度位置における測定対象物Sの三次元形状データの重複関係に基づいて、複数の測定角度位置にそれぞれ対応する測定対象物Sの複数の三次元形状データを補正する。 Furthermore, in a correction process according to the third calibration function, the data correction unit 21i corrects multiple pieces of three-dimensional shape data of the measurement object S that correspond to multiple measurement angle positions, based on the overlapping relationship of the three-dimensional shape data of the measurement object S at multiple measurement angle positions.

着脱判定部21jは、回転ユニット190がステージ140に取り付けられているか否かを判定する。具体的には、着脱判定部21jは、回転ユニット190のコネクタ194とステージ140のコネクタ141cとが接続されている場合に、回転ユニット190がステージ140に取り付けられていると判定する。また、着脱判定部21jは、回転ユニット190のコネクタ194とステージ140のコネクタ141cとが接続されていない場合に、回転ユニット190がステージ140に取り付けられていないと判定する。なお、回転ユニット190のコネクタ194とステージ140のコネクタ141cとが接続されているか否かは、着脱判定部21jと回転ユニット190との間で電気信号の授受が可能か否かに基づいて容易に判定することができる。 The attachment/detachment determination unit 21j determines whether the rotation unit 190 is attached to the stage 140. Specifically, the attachment/detachment determination unit 21j determines that the rotation unit 190 is attached to the stage 140 when the connector 194 of the rotation unit 190 and the connector 141c of the stage 140 are connected. The attachment/detachment determination unit 21j determines that the rotation unit 190 is not attached to the stage 140 when the connector 194 of the rotation unit 190 and the connector 141c of the stage 140 are not connected. Whether the connector 194 of the rotation unit 190 and the connector 141c of the stage 140 are connected can be easily determined based on whether electrical signals can be exchanged between the attachment/detachment determination unit 21j and the rotation unit 190.

表示制御部21kは、測定対象物Sのライブ画像、測定対象物Sの三次元形状画像を表示部400に表示させるとともに、測定基本画面401および領域設定画面402~408等の各種設定画面を表示部400に表示させる。 The display control unit 21k causes the display unit 400 to display a live image of the measurement object S and a three-dimensional shape image of the measurement object S, as well as various setting screens such as the basic measurement screen 401 and area setting screens 402 to 408.

特に、表示制御部21kは、回転ユニット190がステージ140に取り付けられている場合に、水平移動操作ウィンドウ411および回転操作ウィンドウ413を表示部400に表示させる。さらに、この場合、表示制御部21kは、回転を伴う測定対象物Sの形状測定に関する各種設定を行うための画像を表示部400に表示させる。 In particular, when the rotation unit 190 is attached to the stage 140, the display control unit 21k causes the display unit 400 to display a horizontal movement operation window 411 and a rotation operation window 413. Furthermore, in this case, the display control unit 21k causes the display unit 400 to display an image for making various settings related to the shape measurement of the measurement target S that involves rotation.

また、表示制御部21kは、回転ユニット190がステージ140に取り付けられていない場合に、水平移動操作ウィンドウ411を表示部400に表示させるが、回転操作ウィンドウ413を表示部400に表示させない。さらに、この場合、表示制御部21kは、回転を伴わない測定対象物Sの形状測定に関する各種設定を行うための画像を表示部400に表示させる。 When the rotation unit 190 is not attached to the stage 140, the display control unit 21k causes the display unit 400 to display the horizontal movement operation window 411, but does not cause the display unit 400 to display the rotation operation window 413. In this case, the display control unit 21k also causes the display unit 400 to display an image for making various settings related to the shape measurement of the measurement target S that does not involve rotation.

[8]形状測定処理
図39および図40は、CPU210により実行される形状測定処理の一例を示すフローチャートである。図39および図40の形状測定処理は、形状測定装置500の電源がオンされた状態で、PC200のCPU210が記憶装置240に記憶された形状測定プログラムを実行することにより所定周期で繰り返して行われる。なお、初期状態においては、照明光出力部130からステージ140に向けて照明光が照射され、受光部120はステージ140の上面141sを撮像しているものとする。
[8] Shape measurement processing Figures 39 and 40 are flow charts showing an example of shape measurement processing executed by the CPU 210. The shape measurement processing in Figures 39 and 40 is repeatedly performed at a predetermined cycle by the CPU 210 of the PC 200 executing a shape measurement program stored in the storage device 240 while the power supply of the shape measuring device 500 is on. Note that in the initial state, it is assumed that illumination light is irradiated from the illumination light output unit 130 toward the stage 140, and the light receiving unit 120 is capturing an image of the upper surface 141s of the stage 140.

まず、表示制御部21kは、図22の例に示すように、ライブ画像および測定開始ボタン425等を含む測定基本画面401を、回転ユニット190の操作が不可能な状態で表示部400に表示させる(ステップS101)。そのため、ステップS101で表示される測定基本画面401は、ステージ140を操作するための水平移動操作ウィンドウ411(図22)を含むが、回転ユニット190を操作するための回転操作ウィンドウ413(図24)を含まない。 First, as shown in the example of FIG. 22, the display control unit 21k causes the display unit 400 to display a basic measurement screen 401 including a live image and a measurement start button 425, etc., in a state in which the rotation unit 190 cannot be operated (step S101). Therefore, the basic measurement screen 401 displayed in step S101 includes a horizontal movement operation window 411 (FIG. 22) for operating the stage 140, but does not include a rotation operation window 413 (FIG. 24) for operating the rotation unit 190.

次に、着脱判定部21jは、ステージ140に回転ユニット190が取り付けられているか否かを判定する(ステップS102)。ステージ140に回転ユニット190が取り付けられていない場合、着脱判定部21jは、処理を後述するステップS105へ進める。一方、ステージ140に回転ユニット190が取り付けられている場合、表示制御部21kは、図24の例に示すように、測定基本画面401を回転ユニット190の操作が可能な状態で表示部400に表示させる(ステップS103)。なお、ステップS102の判定時において、表示制御部21kは、判定結果に応じて回転ユニット190がステージ140に取り付けられているか否かを示すメッセージまたは指標等を表示部400に表示させてもよい。 Next, the attachment/detachment determination unit 21j determines whether or not the rotation unit 190 is attached to the stage 140 (step S102). If the rotation unit 190 is not attached to the stage 140, the attachment/detachment determination unit 21j advances the process to step S105, which will be described later. On the other hand, if the rotation unit 190 is attached to the stage 140, the display control unit 21k causes the display unit 400 to display the basic measurement screen 401 in a state in which the rotation unit 190 can be operated, as shown in the example of FIG. 24 (step S103). Note that, when making the determination in step S102, the display control unit 21k may cause the display unit 400 to display a message or an indicator indicating whether or not the rotation unit 190 is attached to the stage 140, depending on the determination result.

次に、着脱判定部21jは、回転ユニット190の操作が可能な測定基本画面401(図24)が表示部400に表示された状態で、回転ユニット190が外れているか否かを判定する(ステップS104)。回転ユニット190が外れている場合、着脱判定部21jは、処理をステップS101に戻す。一方、回転ユニット190が外れていない場合、移動制御部21aおよび回転制御部21bは、ステージ140等の位置調整の指令を受け付ける(ステップS105)。ステージ140等の位置調整は、例えば、使用者が操作部250を用いて水平移動操作ウィンドウ411(図22および図24)または回転操作ウィンドウ413(図24)を操作することにより指令される。このとき、移動制御部21aは、ステージ140の位置調整の指令に応答してステージ140の上面141sをX方向、Y方向およびZ方向に移動させる。また、回転制御部21bは、使用者からの回転ユニット190の回転指令に応答して、回転ユニット190の保持部191を回転させる。これにより、例えば受光部120の焦点の位置調整が行われる。 Next, the attachment/detachment determination unit 21j determines whether the rotation unit 190 is detached or not while the basic measurement screen 401 (FIG. 24) on which the rotation unit 190 can be operated is displayed on the display unit 400 (step S104). If the rotation unit 190 is detached, the attachment/detachment determination unit 21j returns the process to step S101. On the other hand, if the rotation unit 190 is not detached, the movement control unit 21a and the rotation control unit 21b accept a command to adjust the position of the stage 140, etc. (step S105). The position adjustment of the stage 140, etc. is instructed, for example, by the user using the operation unit 250 to operate the horizontal movement operation window 411 (FIGS. 22 and 24) or the rotation operation window 413 (FIG. 24). At this time, the movement control unit 21a moves the upper surface 141s of the stage 140 in the X direction, Y direction, and Z direction in response to the command to adjust the position of the stage 140. Furthermore, the rotation control unit 21b rotates the holding portion 191 of the rotation unit 190 in response to a rotation command for the rotation unit 190 from the user. This allows, for example, the focal position of the light receiving unit 120 to be adjusted.

その後、使用者の操作部250の操作に基づいて測定領域設定処理が行われる(ステップS106)。測定領域設定処理により、回転を伴う測定対象物Sの形状測定では、複数の測定角度位置が設定されるとともに各測定角度位置について1または複数の測定領域が設定される。また、回転を伴わない測定対象物Sの形状測定では、1または複数の測定領域が設定される。CPU210において実行される測定領域設定処理の詳細は後述する。 Then, a measurement area setting process is performed based on the user's operation of the operation unit 250 (step S106). In the measurement area setting process, in shape measurement of the measurement object S involving rotation, multiple measurement angle positions are set and one or more measurement areas are set for each measurement angle position. In addition, in shape measurement of the measurement object S not involving rotation, one or more measurement areas are set. The measurement area setting process executed by the CPU 210 will be described in detail later.

次に、データ合成部21hは、回転を伴う測定対象物Sの形状測定についての測定領域が設定された場合に、複数の測定角度位置で取得される複数の三次元形状データを合成するか否かについての指令を受け付ける(ステップS107)。この受け付けは、例えば図29の合成要否チェックボックス457が使用者によりチェックされたか否かに基づいて行われる。回転を伴わない測定対象物Sの形状測定時には、ステップS107の処理はスキップされる。なお、例えば図22または図24の測定基本画面401には、平面方向合成を行うか否か、および回転方向合成を行うか否かを指定するための合成要否入力部が設けられてもよい。この場合、データ合成部21hは、ステップS107において、合成要否入力部の入力を受け付けてもよい。 Next, when a measurement area for shape measurement of the measurement object S involving rotation is set, the data synthesis unit 21h receives an instruction as to whether or not to synthesize multiple three-dimensional shape data acquired at multiple measurement angle positions (step S107). This reception is performed, for example, based on whether or not the synthesis necessity check box 457 in FIG. 29 is checked by the user. When measuring the shape of the measurement object S without rotation, the processing of step S107 is skipped. Note that, for example, the basic measurement screen 401 in FIG. 22 or FIG. 24 may be provided with a synthesis necessity input section for specifying whether or not to perform planar direction synthesis and whether or not to perform rotation direction synthesis. In this case, the data synthesis unit 21h may receive an input from the synthesis necessity input section in step S107.

次に、データ補正部21iは、測定対象物Sの形状測定で生成される三次元形状データからステージ140の上面141sを示す三次元形状データを要するか否かについての指令を受け付ける(ステップS108)。この受け付けは、例えば図22または図24の上面除去ボタン429が使用者により操作されたか否かに基づいて行われる。 Next, the data correction unit 21i receives an instruction as to whether or not three-dimensional shape data showing the upper surface 141s of the stage 140 is required from the three-dimensional shape data generated by the shape measurement of the measurement target S (step S108). This reception is performed based on, for example, whether or not the upper surface removal button 429 in FIG. 22 or FIG. 24 has been operated by the user.

次に、撮像制御部21cは、パターン光を用いた測定対象物Sの撮像を開始する指令を受けたか否かを判定する(ステップS109)。この受け付けは、例えば図22または図24の測定開始ボタン425が使用者により操作されたか否かに基づいて行われる。撮像開始の指令を受けない場合、撮像制御部21cは、初期状態へ戻すべき指令があるか否かを判定する(ステップS112)。この判定は、例えば図22または図24の領域クリアボタン423が使用者により操作されたか否かに基づいて行われる。初期状態へ戻すべき指令がある場合、撮像制御部21cは、処理をステップS101に戻す。初期状態へ戻すべき指令がない場合、撮像制御部21cは、処理を後述するステップS111へ進める。 Next, the imaging control unit 21c determines whether or not a command to start imaging the measurement object S using pattern light has been received (step S109). This reception is performed, for example, based on whether the measurement start button 425 in FIG. 22 or FIG. 24 has been operated by the user. If the command to start imaging has not been received, the imaging control unit 21c determines whether or not a command to return to the initial state has been received (step S112). This determination is performed, for example, based on whether the area clear button 423 in FIG. 22 or FIG. 24 has been operated by the user. If a command to return to the initial state has been received, the imaging control unit 21c returns the process to step S101. If a command to return to the initial state has not been received, the imaging control unit 21c advances the process to step S111, which will be described later.

一方、撮像開始の指令を受けると、設定された測定領域についてパターン光を用いた撮像が行われ、撮像により得られる複数の画像データに基づいて三次元形状データが生成される(ステップS110)。 On the other hand, when a command to start imaging is received, imaging is performed using pattern light for the set measurement area, and three-dimensional shape data is generated based on multiple image data obtained by imaging (step S110).

具体的には、複数の測定角度位置が設定されている場合に、回転制御部21bは、測定対象物Sが回転軸RA周りで設定された複数の測定角度位置に順次回転するように回転ユニット190を制御する。また、移動制御部21aは、ステージ140上に載置された測定対象物Sまたは回転ユニット190により保持された測定対象物Sについて、設定された測定領域が撮像されるように、ステージ駆動部146を制御する。また、撮像制御部21cは、設定された測定領域が撮像されるように、投光部110A,110Bおよび受光部120を制御する。さらに、三次元形状データ生成部21gは、撮像により得られる複数の画像データに基づいて測定領域の三次元形状データを生成する。このとき、表示制御部21kは、生成された三次元形状データに基づく三次元形状画像を表示部400に表示させる。 Specifically, when multiple measurement angle positions are set, the rotation control unit 21b controls the rotation unit 190 so that the measurement object S rotates sequentially around the rotation axis RA to the multiple measurement angle positions set. The movement control unit 21a also controls the stage drive unit 146 so that the set measurement area of the measurement object S placed on the stage 140 or the measurement object S held by the rotation unit 190 is imaged. The imaging control unit 21c also controls the light projectors 110A and 110B and the light receiver 120 so that the set measurement area is imaged. Furthermore, the three-dimensional shape data generation unit 21g generates three-dimensional shape data of the measurement area based on multiple image data obtained by imaging. At this time, the display control unit 21k causes the display unit 400 to display a three-dimensional shape image based on the generated three-dimensional shape data.

なお、データ合成部21hは、ステップS107で複数の三次元形状データを合成することが指令されている場合に、複数の測定角度位置に対応する複数の三次元形状データを合成する(回転方向合成)。一方、データ合成部21hは、ステップS107で複数の三次元形状データを合成することが指令されていない場合に、複数の測定角度位置に対応する複数の三次元形状データを合成しない。 When the data synthesis unit 21h is instructed to synthesize multiple pieces of three-dimensional shape data in step S107, the data synthesis unit 21h synthesizes multiple pieces of three-dimensional shape data corresponding to multiple measurement angle positions (rotational direction synthesis). On the other hand, when the data synthesis unit 21h is not instructed to synthesize multiple pieces of three-dimensional shape data in step S107, the data synthesis unit 21h does not synthesize multiple pieces of three-dimensional shape data corresponding to multiple measurement angle positions.

また、データ補正部21iは、後述する測定領域設定処理のステップS236,S237の処理で有効化されている校正機能に従って合成前の複数の三次元形状データをそれぞれ補正する。さらに、データ補正部21iは、ステップS108で上面141sを示す三次元形状データが不要であることが指令されている場合に、生成された全ての三次元形状データからステージ140の上面141sを示す三次元形状データを除去する。 The data correction unit 21i also corrects each of the multiple pieces of three-dimensional shape data before synthesis according to the calibration function enabled in steps S236 and S237 of the measurement area setting process described below. Furthermore, when it is instructed in step S108 that the three-dimensional shape data representing the upper surface 141s is unnecessary, the data correction unit 21i removes the three-dimensional shape data representing the upper surface 141s of the stage 140 from all the generated three-dimensional shape data.

次に、領域設定部21dは、使用者が操作部250を操作することによる測定領域の再設定指令があるか否かを判定する(ステップS111)。そこで、再設定指令があると、領域設定部21dは、処理をステップS106に戻す。一方、再設定指令がない場合、領域設定部21dは、一連の形状測定処理を終了する。このとき、三次元形状データ生成部21gは、生成された三次元形状データを各種設定情報(例えば、複数の測定角度位置および複数の測定領域等)とともに、記憶装置240に記憶させる。 Next, the area setting unit 21d determines whether or not there is a command to reset the measurement area by the user operating the operation unit 250 (step S111). If there is a reset command, the area setting unit 21d returns the process to step S106. On the other hand, if there is no reset command, the area setting unit 21d ends the series of shape measurement processes. At this time, the three-dimensional shape data generating unit 21g stores the generated three-dimensional shape data in the storage device 240 together with various setting information (e.g., multiple measurement angle positions and multiple measurement areas, etc.).

形状測定処理に含まれる測定領域設定処理の詳細を説明する。なお、以下に説明する測定領域設定処理は、回転ユニット190による回転を伴う測定対象物Sの形状測定に対応するものとする。図41および図42は、CPU210により実行される測定領域設定処理の一例を示すフローチャートである。 The measurement area setting process included in the shape measurement process will now be described in detail. Note that the measurement area setting process described below corresponds to the shape measurement of the measurement object S that involves rotation by the rotation unit 190. Figures 41 and 42 are flowcharts showing an example of the measurement area setting process executed by the CPU 210.

図41に示すように、まず、領域設定部21dは、測定領域を設定するためのモードとして、第1または第2の箱形状領域設定モードが選択されたか否かを判定する(ステップS201)。この判定は、上記のステップS31の作業で、例えば図24の箱全周ボタン434または箱部分ボタン435が使用者により操作されたか否かに基づいて行われる。 As shown in FIG. 41, first, the region setting unit 21d determines whether the first or second box-shaped region setting mode has been selected as the mode for setting the measurement region (step S201). This determination is made based on whether the user has operated, for example, the box circumference button 434 or the box portion button 435 in FIG. 24 in the operation of step S31 described above.

第1または第2の箱形状領域設定モードが選択された場合、回転角度設定部21fは、選択された箱形状領域設定モードに対応する複数の測定角度位置を記憶装置240から読み込む(ステップS202)。複数の測定角度位置は、予め定められた角度(例えば、30°、45°または90°)の整数倍の間隔で規定される。換言すれば、複数の測定角度位置は、予め定められた角度ピッチで規定される。上記の読み込み処理は、複数の測定角度位置の設定処理に相当する。なお、回転角度設定部21fは、使用者が図29の角度条件設定部453および角度ピッチ設定部454等を操作することにより指定される情報に基づいて複数の測定角度位置を設定してもよい。 When the first or second box-shaped area setting mode is selected, the rotation angle setting unit 21f reads from the storage device 240 a plurality of measurement angle positions corresponding to the selected box-shaped area setting mode (step S202). The plurality of measurement angle positions are defined at intervals of an integer multiple of a predetermined angle (e.g., 30°, 45°, or 90°). In other words, the plurality of measurement angle positions are defined at a predetermined angle pitch. The above reading process corresponds to a process of setting the plurality of measurement angle positions. The rotation angle setting unit 21f may set the plurality of measurement angle positions based on information specified by the user operating the angle condition setting unit 453 and the angle pitch setting unit 454 in FIG. 29, etc.

次に、各測定角度位置で低倍率カメラによる測定対象物Sの全体の撮像が行われる(ステップS203)。このとき、回転制御部21bは、測定対象物Sが設定された複数の測定角度位置に順次回転するように回転ユニット190を制御する。また、撮像制御部21cは、測定対象物Sが各測定角度位置にある状態で、当該測定対象物Sが低倍率カメラで撮像されるように照明光出力部130および受光部120を制御する。さらに、移動制御部21aは、測定対象物Sの全体が一度に撮像されない場合、測定対象物Sのうち撮像されていない部分が受光部120の撮像領域内に順次移動するように、ステージ140の上面141sをXY方向に移動させる。 Next, the low-magnification camera captures an image of the entire measurement object S at each measurement angle position (step S203). At this time, the rotation control unit 21b controls the rotation unit 190 so that the measurement object S rotates sequentially to the set measurement angle positions. The image capture control unit 21c also controls the illumination light output unit 130 and the light receiving unit 120 so that the measurement object S is captured by the low-magnification camera while the measurement object S is at each measurement angle position. Furthermore, when the entire measurement object S is not captured at once, the movement control unit 21a moves the upper surface 141s of the stage 140 in the XY direction so that the uncaptured portion of the measurement object S moves sequentially into the image capture area of the light receiving unit 120.

その後、領域設定部21dは、ステップS203の撮像により得られた画像データに基づいて各測定角度位置に対応する存在領域を検出する(ステップS204)。ここで、ステップS203における測定対象物Sの撮像は、後続のステップS204で測定対象物Sの存在領域を検出するために行われる。そのため、基本的には、測定対象物Sの全体が撮像される必要がある。 Then, the area setting unit 21d detects an existence area corresponding to each measurement angle position based on the image data obtained by imaging in step S203 (step S204). Here, imaging of the measurement object S in step S203 is performed in order to detect the existence area of the measurement object S in the subsequent step S204. Therefore, basically, the entire measurement object S needs to be imaged.

上記のように、ステップS203では、測定対象物Sが低倍率カメラにより撮像される。低倍率カメラであるカメラ121Aの撮像領域は、高倍率カメラであるカメラ121Bの撮像領域よりも大きい。そのため、測定対象物Sの全体を低倍率カメラで撮像する場合には、測定対象物Sの全体を高倍率カメラで撮像する場合に比べて、撮像回数を低減することができる。したがって、存在領域の検出に要する時間を短くすることができる。 As described above, in step S203, the measurement object S is imaged by the low-magnification camera. The imaging area of the low-magnification camera 121A is larger than the imaging area of the high-magnification camera 121B. Therefore, when the entire measurement object S is imaged by the low-magnification camera, the number of times images are taken can be reduced compared to when the entire measurement object S is imaged by the high-magnification camera. Therefore, the time required to detect the presence area can be shortened.

ステップS204の処理後、領域設定部21dは、検出された各測定角度位置の存在領域を含む領域を当該測定角度位置の測定領域として仮に設定する(ステップS205)。そこで、設定画面提示部21eは、ステップS204で得られた複数の画像データと設定された各測定角度位置の測定領域とに基づいて領域設定マップ画像を生成し、表示部400に表示させる(ステップS206)。このとき、設定画面提示部21eは、設定された測定領域が識別可能となるように、領域設定マップ画像において測定対象物Sの画像上に1または複数の単位領域枠MMを重畳表示させる。 After the process of step S204, the area setting unit 21d provisionally sets an area including the existence area of each detected measurement angle position as the measurement area of that measurement angle position (step S205). Then, the setting screen presenting unit 21e generates an area setting map image based on the multiple image data obtained in step S204 and the measurement areas of each set measurement angle position, and displays it on the display unit 400 (step S206). At this time, the setting screen presenting unit 21e superimposes one or more unit area frames MM on the image of the measurement object S in the area setting map image so that the set measurement area can be identified.

次に、領域設定部21dは、測定領域の設定が完了したか否かを判定する(ステップS207)。この判定は、例えば図24の測定開始ボタン425が使用者により操作されたか否かに基づいて行われる。測定領域の設定が完了すると、測定領域設定処理が終了する。一方、測定領域の設定が完了していない場合、領域設定部21dは、測定領域を修正すべき指令があるか否かを判定する(ステップS231)。この判定は、例えば図26~図28の領域設定画面403~405上で、使用者による測定領域の変更、追加または削除の指令があったか否かに基づいて行われる。 Next, the area setting unit 21d judges whether or not the setting of the measurement area has been completed (step S207). This judgment is made, for example, based on whether or not the measurement start button 425 in FIG. 24 has been operated by the user. When the setting of the measurement area is completed, the measurement area setting process ends. On the other hand, if the setting of the measurement area is not completed, the area setting unit 21d judges whether or not there is an instruction to modify the measurement area (step S231). This judgment is made, for example, based on whether or not there is an instruction from the user to change, add, or delete the measurement area on the area setting screens 403 to 405 in FIG. 26 to FIG. 28.

ステップS231において測定領域を修正すべき指令がない場合、領域設定部21dは、処理を後述するステップS233に進める。一方、ステップS231において測定領域を修正すべき指令があると、領域設定部21dは、修正を受け付け、受け付けた内容に応じて設定済みの測定領域を修正する(ステップS232)。 If there is no command to modify the measurement area in step S231, the area setting unit 21d advances the process to step S233, which will be described later. On the other hand, if there is a command to modify the measurement area in step S231, the area setting unit 21d accepts the modification and modifies the already-set measurement area in accordance with the accepted content (step S232).

次に、データ補正部21iは、三次元形状データの校正のために第1のマーカM1または第2のマーカM2のいずれかのマーカを使用する旨の指令があるか否かを判定する(ステップS233)。マーカを使用する旨の指令があると、データ補正部21iは、使用するマーカの種類を判定する(ステップS234)。データ補正部21iによるステップS233,S234の判定は、例えば図30の第1の校正チェックボックス463および第2の校正チェックボックス464のうちいずれが使用者によりチェックされたかに基づいて行われる。 Next, the data correction unit 21i determines whether there is a command to use either the first marker M1 or the second marker M2 to calibrate the three-dimensional shape data (step S233). If there is a command to use a marker, the data correction unit 21i determines the type of marker to use (step S234). The data correction unit 21i makes the determinations in steps S233 and S234 based on, for example, which of the first calibration checkbox 463 and the second calibration checkbox 464 in FIG. 30 has been checked by the user.

次に、データ補正部21iは、使用するマーカに応じて新たな測定領域の設定を追加するとともに(ステップS235)、使用するマーカに応じた校正機能を有効化させる(ステップS236)。その後、データ補正部21iは、処理をステップS207に戻す。なお、ステップS236においては、使用するマーカが第1のマーカM1である場合には、上記の第1の校正機能が有効化する。一方、使用するマーカが第2のマーカM2である場合には、上記の第2の校正機能が有効化する。上記のステップS233においてマーカを使用する旨の指令がない場合、データ補正部21iは、上記の第3の校正機能を有効化させ(ステップS237)、処理をステップS207に戻す。 Next, the data correction unit 21i adds a new measurement area setting according to the marker to be used (step S235), and activates a calibration function according to the marker to be used (step S236). After that, the data correction unit 21i returns the process to step S207. In step S236, if the marker to be used is the first marker M1, the first calibration function is activated. On the other hand, if the marker to be used is the second marker M2, the second calibration function is activated. If there is no command to use a marker in step S233, the data correction unit 21i activates the third calibration function (step S237), and returns the process to step S207.

上記のステップS201において、第1または第2の箱形状領域設定モードが選択されなかった場合、領域設定部21dは、測定領域を設定するためのモードとして、軸形状領域設定モードが選択されたか否かを判定する(ステップS211)。この判定は、例えば図24の軸ボタン436が使用者により操作されたかに基づいて行われる。 If the first or second box-shaped region setting mode is not selected in step S201, the region setting unit 21d determines whether or not the axis-shaped region setting mode is selected as the mode for setting the measurement region (step S211). This determination is made based on, for example, whether the axis button 436 in FIG. 24 is operated by the user.

軸形状領域設定モードが選択された場合、回転角度設定部21fは、軸形状領域設定モードに対応する複数の測定角度位置を記憶装置240から読み込む(ステップS212)。この読み込み処理は、ステップS202の処理と同様に、複数の測定角度位置の設定処理に相当する。なお、回転角度設定部21fは、使用者が図29の角度条件設定部453および角度ピッチ設定部454等を操作することにより指定される条件に基づいて複数の測定角度位置を設定してもよい。このとき、角度ピッチ設定部454により設定可能な角度ピッチは、例えば測定対象物Sを回転させた時に当該測定対象物Sの全周を測定するために必要な数値に制限されてもよい。これにより、適切でない角度ピッチの設定が防止される。 When the shaft shape region setting mode is selected, the rotation angle setting unit 21f reads multiple measurement angle positions corresponding to the shaft shape region setting mode from the storage device 240 (step S212). This reading process corresponds to the setting process of multiple measurement angle positions, similar to the process of step S202. Note that the rotation angle setting unit 21f may set multiple measurement angle positions based on conditions specified by the user operating the angle condition setting unit 453 and the angle pitch setting unit 454 in FIG. 29. At this time, the angle pitch that can be set by the angle pitch setting unit 454 may be limited to a value required to measure the entire circumference of the measurement object S when the measurement object S is rotated, for example. This prevents an inappropriate angle pitch from being set.

次に、複数の測定角度位置のうち一の測定角度位置で低倍率カメラによる測定対象物Sの全体の撮像が行われる(ステップS213)。このとき、回転制御部21bは、測定対象物Sが設定された複数の測定角度位置のうち一の測定角度位置で保持されるように回転ユニット190を制御する。また、撮像制御部21cは、測定対象物Sが一の測定角度位置にある状態で、当該測定対象物Sが低倍率カメラで撮像されるように照明光出力部130および受光部120を制御する。さらに、移動制御部21aは、測定対象物Sの全体が一度に撮像されない場合、測定対象物Sのうち撮像されていない部分が受光部120の撮像領域内に順次移動するように、ステージ140の上面141sをXY方向に移動させる。 Next, the low-magnification camera captures an image of the entire measurement object S at one of the multiple measurement angle positions (step S213). At this time, the rotation control unit 21b controls the rotation unit 190 so that the measurement object S is held at one of the multiple measurement angle positions. The image capture control unit 21c also controls the illumination light output unit 130 and the light receiving unit 120 so that the measurement object S is captured by the low-magnification camera while the measurement object S is at one measurement angle position. Furthermore, when the entire measurement object S is not captured at once, the movement control unit 21a moves the upper surface 141s of the stage 140 in the XY direction so that the uncaptured portion of the measurement object S moves sequentially into the image capture area of the light receiving unit 120.

その後、領域設定部21dは、ステップS213の撮像により得られた画像データに基づいて一の測定角度位置に対応する存在領域を検出し(ステップS214)、処理をステップS205に進める。上記のステップS213では、ステップS203の処理と同様に、測定対象物Sが低倍率カメラにより撮像される。それにより、存在領域の検出に要する時間を短くすることができる。 Then, the area setting unit 21d detects an existence area corresponding to one measurement angle position based on the image data obtained by the imaging in step S213 (step S214), and the process proceeds to step S205. In the above step S213, the measurement target S is imaged by a low-magnification camera, similar to the process in step S203. This makes it possible to shorten the time required to detect the existence area.

上記のステップS211において、軸形状領域設定モードが選択されなかった場合、領域設定部21dは、測定領域について詳細な設定を行うべき指令を受けたか否かを判定する(ステップS221)。この判定は、例えば図24の回転詳細ボタン437が使用者により操作されたかに基づいて行われる。 If the axis shape region setting mode is not selected in step S211, the region setting unit 21d determines whether or not a command to set details of the measurement region has been received (step S221). This determination is made based on, for example, whether the rotation detail button 437 in FIG. 24 has been operated by the user.

測定領域について詳細な設定を行うべき指令を受けた場合、領域設定部21dは、測定領域の設定を受け付ける(ステップS222)。ここでは、例えば使用者が図29の角度条件設定部453および角度ピッチ設定部454等を操作することにより指定される条件が受け付けられる。その後、領域設定部21dは、処理をステップS207に進める。 When a command to set details of the measurement area is received, the area setting unit 21d accepts the setting of the measurement area (step S222). Here, for example, the conditions specified by the user operating the angle condition setting unit 453 and the angle pitch setting unit 454 in FIG. 29 are accepted. After that, the area setting unit 21d advances the process to step S207.

なお、回転を伴なわない測定対象物Sの形状測定に対応する測定領域設定処理では、測定対象物Sの存在領域の検出が行われた後、上記のステップS205~S207,S231,S232と同様の処理が行われる。 In addition, in the measurement area setting process corresponding to the shape measurement of the measurement object S that does not involve rotation, after the presence area of the measurement object S is detected, the same processes as steps S205 to S207, S231, and S232 described above are performed.

[9]効果
(1)本実施の形態に係る形状測定装置500においては、回転を伴う測定対象物Sの形状測定を行うための測定領域の設定時に、少なくともY方向において設定された複数の測定角度位置にそれぞれ対応する測定対象物Sの存在領域が検出される。換言すれば、設定された各測定角度位置にある測定対象物Sを受光部120から見たときの少なくともY方向に延びる測定対象物Sの幅が検出される。
[9] Effects (1) In the shape measuring device 500 according to the present embodiment, when a measurement region is set for performing shape measurement of the measurement object S accompanied by rotation, a presence region of the measurement object S corresponding to each of a plurality of measurement angle positions set at least in the Y direction is detected. In other words, a width of the measurement object S extending at least in the Y direction when the measurement object S at each of the set measurement angle positions is viewed from the light receiving unit 120 is detected.

また、各測定角度位置について受光部120により撮像されるべき複数の測定領域が、当該測定角度位置の少なくともY方向における存在領域の検出結果に基づいて設定される。この場合、使用者は、各測定角度位置について測定対象物Sの形状に応じた煩雑な設定作業を行う必要がない。その後、測定対象物Sが設定された複数の測定角度位置に順次回転される。測定対象物Sが各測定角度位置にある状態で、受光部120の撮像領域が少なくともY方向における複数の測定領域に順次移動され、測定対象物Sの撮像が行われる。このようにして生成される複数の画像データに基づいて、各測定角度位置に対応する三次元形状データを生成することができる。これらの結果、煩雑な設定作業を要することなく測定対象物Sの表面における広い範囲に渡って形状を測定することが可能になる。 In addition, multiple measurement areas to be imaged by the light receiving unit 120 for each measurement angle position are set based on the detection result of the presence area at least in the Y direction of the measurement angle position. In this case, the user does not need to perform a cumbersome setting operation according to the shape of the measurement object S for each measurement angle position. After that, the measurement object S is rotated sequentially to the multiple measurement angle positions that have been set. With the measurement object S in each measurement angle position, the imaging area of the light receiving unit 120 is moved sequentially to multiple measurement areas at least in the Y direction, and the measurement object S is imaged. Based on the multiple image data generated in this way, three-dimensional shape data corresponding to each measurement angle position can be generated. As a result, it becomes possible to measure the shape over a wide range on the surface of the measurement object S without the need for a cumbersome setting operation.

(2)本実施の形態に係る形状測定装置500においては、ステージ140の上面141s上に測定対象物Sが載置された状態で、その測定対象物Sにパターン光が照射される。または、回転ユニット190により測定対象物Sが保持された状態で、受光部120の光軸ROAに交差する回転軸RAの周りで回転する測定対象物Sにパターン光が照射される。パターン光が照射された測定対象物Sが受光部120により撮像される。撮像により得られた複数の画像データに基づいて測定対象物Sの三次元形状データが生成される。 (2) In the shape measuring device 500 according to this embodiment, the measurement object S is placed on the upper surface 141s of the stage 140, and the measurement object S is irradiated with pattern light. Alternatively, the measurement object S is held by the rotation unit 190, and the measurement object S is rotated around a rotation axis RA that intersects with the optical axis ROA of the light receiving unit 120, and the pattern light is irradiated onto the measurement object S. The measurement object S irradiated with the pattern light is imaged by the light receiving unit 120. Three-dimensional shape data of the measurement object S is generated based on multiple image data obtained by imaging.

この場合、使用者は、測定対象物Sおける所望の部位の形状にパターン光が入射するように、測定対象物Sをステージの上面に載置しまたは測定対象物Sを回転ユニットにより回転させることができる。その結果、測定対象物Sの表面における広い範囲に渡って形状を測定することが可能になる。 In this case, the user can place the measurement object S on the top surface of the stage or rotate the measurement object S using a rotation unit so that the pattern light is incident on the shape of the desired portion of the measurement object S. As a result, it becomes possible to measure the shape over a wide range on the surface of the measurement object S.

(3)本実施の形態に係る形状測定装置500においては、回転を伴う測定対象物Sの形状測定を行うために、例えば第1のマーカM1を用いた第1の構成機能を使用することが設定される。この場合、第1のマーカM1および測定対象物Sが撮像される。その撮像により得られた画像データに基づいて、第1のマーカM1の三次元形状データおよび測定対象物Sの三次元形状データが生成される。第1のマーカM1の三次元形状データおよび第1のマーカM1の寸法に基づいて、第1の校正機能に従う三次元形状データの補正処理が行われる。 (3) In the shape measuring device 500 according to this embodiment, in order to perform shape measurement of the measurement object S involving rotation, for example, a first configuration function using the first marker M1 is set to be used. In this case, the first marker M1 and the measurement object S are imaged. Based on the image data obtained by the imaging, three-dimensional shape data of the first marker M1 and three-dimensional shape data of the measurement object S are generated. Based on the three-dimensional shape data of the first marker M1 and the dimensions of the first marker M1, a correction process of the three-dimensional shape data according to the first calibration function is performed.

この場合、測定対象物Sが保持部191に保持された状態で第1のマーカM1の三次元形状データが生成されるので、保持部191が測定対象物Sを保持することにより保持部191の回転状態が変化する場合には、第1のマーカM1の回転状態も保持部191と同様に変化する。したがって、第1のマーカM1の三次元形状データは、測定対象物Sが保持部191に保持されない状態で生成される場合に比べて、測定対象物Sの三次元形状データを補正するためにより適したものとなる。その結果、測定対象物Sの表面における広い範囲に渡って、高い精度で形状を測定することが可能になる。 In this case, the three-dimensional shape data of the first marker M1 is generated while the measurement object S is held by the holding unit 191, so when the rotational state of the holding unit 191 changes as a result of the holding unit 191 holding the measurement object S, the rotational state of the first marker M1 also changes in the same manner as the holding unit 191. Therefore, the three-dimensional shape data of the first marker M1 is more suitable for correcting the three-dimensional shape data of the measurement object S compared to when the three-dimensional shape data is generated while the measurement object S is not held by the holding unit 191. As a result, it becomes possible to measure the shape with high accuracy over a wide range on the surface of the measurement object S.

なお、第1のマーカM1は、保持部191の一部を構成する。そのため、形状測定装置500の校正を行うために、保持部191に校正具を取り付ける作業および保持部191に取り付けられた校正具を測定対象物Sに交換する作業が不要である。したがって、形状測定装置500の校正作業に要する時間が短縮される。 The first marker M1 constitutes a part of the holding unit 191. Therefore, in order to calibrate the shape measuring device 500, it is not necessary to attach a calibration tool to the holding unit 191 and to replace the calibration tool attached to the holding unit 191 with the measurement target S. Therefore, the time required for the calibration work of the shape measuring device 500 is reduced.

(4)また、形状測定装置500においては、回転を伴う測定対象物Sの形状測定を行うために、第2のマーカM2を用いた第2の構成機能を使用することが設定される。この場合、第2のマーカM2および測定対象物Sが撮像され、当該撮像により得られる、第2のマーカM2の三次元形状データおよび測定対象物Sの三次元形状データが生成される。第2のマーカM2の三次元形状データおよび第2のマーカM2の寸法に基づいて、第2の校正機能に従う三次元形状データの補正処理が行われる。第2の校正機能によれば、第1のマーカM1および第2のマーカM2の三次元形状データが用いられることにより、測定対象物Sの測定精度が向上する。 (4) In addition, in the shape measuring device 500, the second configuration function using the second marker M2 is set to be used to perform shape measurement of the measurement object S involving rotation. In this case, the second marker M2 and the measurement object S are imaged, and three-dimensional shape data of the second marker M2 and three-dimensional shape data of the measurement object S obtained by the image capture are generated. Based on the three-dimensional shape data of the second marker M2 and the dimensions of the second marker M2, correction processing of the three-dimensional shape data according to the second calibration function is performed. According to the second calibration function, the measurement accuracy of the measurement object S is improved by using the three-dimensional shape data of the first marker M1 and the second marker M2.

さらに、形状測定装置500においては、回転を伴う測定対象物Sの形状測定を行うために、第1のマーカM1および第2のマーカM2を用いない第3の構成機能を使用することが設定される。この場合、測定対象物Sの三次元形状データに基づいて、第3の校正機能に従う三次元形状データの補正処理が行われる。第3の校正機能によれば、第1のマーカM1および第2のマーカM2を撮像する必要がないため、測定対象物Sの測定に要する時間を短縮することができる。 Furthermore, in the shape measuring device 500, in order to perform shape measurement of the measurement object S involving rotation, a third configuration function is set to be used that does not use the first marker M1 and the second marker M2. In this case, correction processing of the three-dimensional shape data according to the third calibration function is performed based on the three-dimensional shape data of the measurement object S. According to the third calibration function, since it is not necessary to capture images of the first marker M1 and the second marker M2, it is possible to shorten the time required to measure the measurement object S.

(5)使用者は、例えば図31の第1の校正チェックボックス463および第2の校正チェックボックス464のいずれかをチェックするか、チェックしないことにより、第1~第3の校正機能のうち1つを選択することができる。したがって、形状測定の用途に応じて所望の校正機能を容易に選択することができるので、測定対象物Sの形状測定の利便性が向上する。 (5) The user can select one of the first to third calibration functions by checking or not checking, for example, the first calibration checkbox 463 or the second calibration checkbox 464 in FIG. 31. Therefore, the user can easily select the desired calibration function depending on the purpose of the shape measurement, improving the convenience of measuring the shape of the measurement target S.

[10]他の実施の形態
(1)上記実施の形態に係る形状測定処理においては、領域設定部21dは、測定対象物Sの測定領域設定時にZ方向における測定対象物Sの測定範囲を設定してもよい。また、設定されたZ方向の撮像範囲がZ方向の測定空間101の範囲(受光部120の被写界深度の範囲)を超える場合に、高さ方向合成が行われてもよい。
[10] Other embodiments (1) In the shape measurement process according to the above-described embodiments, the area setting unit 21d may set a measurement range of the measurement object S in the Z direction when setting a measurement area of the measurement object S. In addition, height direction synthesis may be performed when the set imaging range in the Z direction exceeds the range of the measurement space 101 in the Z direction (the range of the depth of field of the light receiving unit 120).

この場合、領域設定画面は、例えばZ方向の測定対象物Sの測定範囲を設定することの要否を受け付け可能に表示部400に表示される。図43は、Z方向の測定対象物Sの測定範囲を設定することの要否を受け付け可能な領域設定画面の一例を示す図である。図43の領域設定画面404においては、主表示領域410に領域設定マップ画像が表示された状態で、副表示領域420に高さ範囲ボタン471が表示される。 In this case, the area setting screen is displayed on the display unit 400 so that it can accept, for example, whether or not it is necessary to set a measurement range for the measurement object S in the Z direction. FIG. 43 is a diagram showing an example of an area setting screen that can accept, for example, whether or not it is necessary to set a measurement range for the measurement object S in the Z direction. In the area setting screen 404 of FIG. 43, a height range button 471 is displayed in the secondary display area 420 with an area setting map image displayed in the primary display area 410.

使用者は、Z方向の測定範囲を設定したい場合に、高さ範囲ボタン471を操作する。それにより、表示部400には、測定対象物SのZ方向の測定範囲を設定するための領域設定画面が表示される。図44は、測定対象物SのZ方向における測定範囲を設定するための領域設定画面の一例を示す図である。 When the user wishes to set the measurement range in the Z direction, the user operates the height range button 471. This causes the display unit 400 to display an area setting screen for setting the measurement range in the Z direction of the measurement object S. Figure 44 shows an example of an area setting screen for setting the measurement range in the Z direction of the measurement object S.

図44の領域設定画面409では、副表示領域420の角度位置一覧441が操作されることにより指定された測定角度位置(本例では0°)の測定範囲を設定するための各種画像および操作用のウィンドウが表示されている。 In the area setting screen 409 in FIG. 44, various images and operation windows are displayed for setting the measurement range of the specified measurement angle position (0° in this example) by operating the angle position list 441 in the secondary display area 420.

具体的には、主表示領域410には、角度位置一覧441により指定された測定角度位置の領域設定マップ画像IMaと、指定された測定角度位置に対して90°ずれた測定角度位置の領域設定マップ画像IMbとが表示されている。また、領域設定マップ画像IMb上には、Z方向における測定範囲の上限位置および下限位置をそれぞれ示す上限マーク472および下限マーク473が上下方向にスライド可能に重畳表示されている。これにより、使用者は、領域設定マップ画像IMbに表示される測定対象物Sの画像を視認しつつ上限マーク472および下限マーク473を上下方向にスライドさせることにより、指定された測定角度位置におけるZ方向の測定範囲を設定することができる。 Specifically, the main display area 410 displays an area setting map image IMa of the measurement angle position specified by the angle position list 441, and an area setting map image IMb of a measurement angle position shifted by 90° from the specified measurement angle position. In addition, an upper limit mark 472 and a lower limit mark 473 indicating the upper limit and lower limit positions of the measurement range in the Z direction, respectively, are superimposed on the area setting map image IMb and are slidable up and down. This allows the user to set the measurement range in the Z direction at the specified measurement angle position by sliding the upper limit mark 472 and the lower limit mark 473 up and down while visually checking the image of the measurement target S displayed in the area setting map image IMb.

また、主表示領域410には、さらにZ方向の測定範囲を数値で指定するためまたは自動設定を行うべき指令をするための範囲設定ウィンドウ481が表示されている。範囲設定ウィンドウ481には、使用者がZ方向における測定範囲の上限位置および下限位置をそれぞれ数値入力するための上限入力部482および下限入力部483が表示される。また、範囲設定ウィンドウ481には、使用者がZ方向における測定範囲の大きさ(上下方向の幅)およびその中心位置をそれぞれ数値入力するための幅入力部484および中心入力部485が表示される。さらに、範囲設定ウィンドウ481には、全ての測定角度位置の各々について自動的にZ方向における測定範囲を設定することを指令するための自動設定ボタン486が表示される。 The main display area 410 also displays a range setting window 481 for specifying the measurement range in the Z direction numerically or for issuing a command to perform automatic setting. The range setting window 481 displays an upper limit input section 482 and a lower limit input section 483 for the user to numerically input the upper limit and lower limit positions of the measurement range in the Z direction, respectively. The range setting window 481 also displays a width input section 484 and a center input section 485 for the user to numerically input the size (vertical width) of the measurement range in the Z direction and its center position, respectively. The range setting window 481 also displays an automatic setting button 486 for issuing a command to automatically set the measurement range in the Z direction for each of all measurement angle positions.

これにより、使用者は、上限マーク472および下限マーク473を操作することに代えて、上限入力部482および下限入力部483に数値を入力することにより測定範囲を設定することができる。または、使用者は、幅入力部484および中心入力部485に数値を入力することにより測定範囲を設定することができる。あるいは、使用者は、自動設定ボタン486を操作することにより、全ての測定角度位置についてZ方向の測定範囲を設定することができる。 This allows the user to set the measurement range by inputting numerical values into the upper limit input section 482 and the lower limit input section 483, instead of operating the upper limit mark 472 and the lower limit mark 473. Alternatively, the user can set the measurement range by inputting numerical values into the width input section 484 and the center input section 485. Alternatively, the user can set the Z-direction measurement range for all measurement angle positions by operating the automatic setting button 486.

なお、自動設定ボタン486が操作された場合、領域設定部21dは各測定角度位置について以下のように測定範囲を設定してもよい。例えば、領域設定部21dは、一の測定角度位置についてZ方向の測定範囲を設定する場合、一の測定角度位置に対して90°ずれた測定角度位置の領域設定マップ画像を読み込む。また、領域設定部21dは、読み込んだ領域設定マップ画像から測定対象物Sが存在するZ方向の範囲を検出し、検出された範囲を一の測定角度位置のZ方向の範囲として設定する。 When the automatic setting button 486 is operated, the area setting unit 21d may set the measurement range for each measurement angle position as follows. For example, when setting a Z-direction measurement range for one measurement angle position, the area setting unit 21d reads an area setting map image for a measurement angle position shifted by 90° from the one measurement angle position. The area setting unit 21d also detects the Z-direction range in which the measurement target S exists from the read area setting map image, and sets the detected range as the Z-direction range for the one measurement angle position.

または、領域設定部21dは各測定角度位置について以下のように測定範囲を設定することもできる。例えば、回転制御部21bは、回転ユニット190を複数の測定角度位置に順次移動させる。そこで、撮像制御部21cは、各測定角度位置にある状態で、受光部120により測定対象物Sの複数の部分を撮像させ、上方を向く測定対象物Sの複数の部分にそれぞれ受光部120の焦点面120Fが合うようにステージ140をZ方向に移動させる。その上で、領域設定部21dは、Z方向におけるステージ140の移動範囲に基づいて測定範囲を設定する。 Alternatively, the area setting unit 21d can set the measurement range for each measurement angle position as follows. For example, the rotation control unit 21b moves the rotation unit 190 sequentially to multiple measurement angle positions. Then, the imaging control unit 21c causes the light receiving unit 120 to capture images of multiple parts of the measurement object S while it is at each measurement angle position, and moves the stage 140 in the Z direction so that the focal plane 120F of the light receiving unit 120 is aligned with each of the multiple parts of the measurement object S facing upward. Then, the area setting unit 21d sets the measurement range based on the movement range of the stage 140 in the Z direction.

この場合、撮像制御部21cは、測定範囲が測定空間101の範囲(受光部120の被写界深度の範囲)を超える場合に、測定対象物Sの複数の部分が測定空間101の範囲内に含まれるように、Z方向における上面141sの複数の位置を決定してもよい。 In this case, when the measurement range exceeds the range of the measurement space 101 (the range of the depth of field of the light receiving unit 120), the imaging control unit 21c may determine multiple positions of the upper surface 141s in the Z direction so that multiple parts of the measurement object S are included within the range of the measurement space 101.

あるいは、領域設定部21dは各測定角度位置について以下のように測定範囲を設定することもできる。例えば、回転制御部21bは、回転ユニット190を複数の測定角度位置に順次移動させる。そこで、撮像制御部21cは、測定対象物Sが各測定角度位置にある状態で、パターン光を用いて測定対象物Sを撮像し、三次元形状データを生成することによりZ方向における測定対象物Sの上端部の位置を検出する。その上で、領域設定部21dは、生成された測定対象物Sの三次元形状データに基づいて測定範囲を設定する。なお、Z方向の測定範囲を設定するための測定対象物Sの撮像時には、いわゆる粗測定として、分解能が低いパターン光を用いて、パターン光の照射回数を低減することが好ましい。 Alternatively, the area setting unit 21d can set the measurement range for each measurement angle position as follows. For example, the rotation control unit 21b moves the rotation unit 190 sequentially to a plurality of measurement angle positions. Then, the imaging control unit 21c uses pattern light to image the measurement object S while the measurement object S is at each measurement angle position, and detects the position of the upper end of the measurement object S in the Z direction by generating three-dimensional shape data. Then, the area setting unit 21d sets the measurement range based on the generated three-dimensional shape data of the measurement object S. Note that when imaging the measurement object S to set the measurement range in the Z direction, it is preferable to use pattern light with low resolution as a so-called rough measurement, thereby reducing the number of times the pattern light is irradiated.

上記のようにして、測定対象物SのZ方向の測定範囲が設定される。これにより、CPU210は、任意の測定角度位置で設定された測定範囲が測定空間101を超える場合に、当該測定角度位置でZ方向におけるステージ140の位置を変更しながら複数回三次元形状データを生成することができる。また、生成された複数の三次元形状データを用いて高さ方向合成を行うことにより、測定対象物の表面におけるより広い範囲に渡って形状を測定することが可能になる。 In the manner described above, the measurement range in the Z direction of the measurement object S is set. As a result, when the measurement range set at any measurement angle position exceeds the measurement space 101, the CPU 210 can generate three-dimensional shape data multiple times while changing the position of the stage 140 in the Z direction at that measurement angle position. In addition, by performing height direction synthesis using the multiple generated three-dimensional shape data, it becomes possible to measure the shape over a wider range on the surface of the measurement object.

(2)上記実施の形態に係る形状測定処理においては、回転を伴う測定対象物Sの形状測定時に各測定角度位置に対応する測定対象物Sの存在領域を検出するために、各測定角度位置にある測定対象物Sが照明光を用いて撮像されるが、本発明はこれに限定されない。 (2) In the shape measurement process according to the above embodiment, in order to detect the presence area of the measurement object S corresponding to each measurement angle position when measuring the shape of the measurement object S involving rotation, the measurement object S at each measurement angle position is imaged using illumination light, but the present invention is not limited to this.

各測定角度位置に対応する測定対象物Sの存在領域を検出するために、CPU210は、以下の処理を行ってもよい。例えば、ステップS204において、回転制御部21bは、測定対象物Sが複数の測定角度位置のうち一部(例えば、0°および180°)の代表角度位置で保持されるように回転ユニット190を制御する。また、撮像制御部21cは、測定対象物Sが各代表角度位置にある状態で、パターン光を照射しつつ測定対象物Sを撮像することにより複数の画像データが生成されるように投光部110A,110Bおよび受光部120を制御する。三次元形状データ生成部21gは、測定対象物Sが各代表角度位置にある状態で生成された複数の画像データに基づいて、各代表角度位置に対応する三次元形状データを生成する。 To detect the presence area of the measurement object S corresponding to each measurement angle position, the CPU 210 may perform the following process. For example, in step S204, the rotation control unit 21b controls the rotation unit 190 so that the measurement object S is held at a representative angle position that is a part of the multiple measurement angle positions (e.g., 0° and 180°). The imaging control unit 21c also controls the light projecting units 110A and 110B and the light receiving unit 120 so that multiple image data are generated by imaging the measurement object S while irradiating it with pattern light when the measurement object S is at each representative angle position. The three-dimensional shape data generating unit 21g generates three-dimensional shape data corresponding to each representative angle position based on the multiple image data generated when the measurement object S is at each representative angle position.

この場合、一の代表角度位置である0°に対応する三次元形状データと、他の代表角度位置である180°に対応する三次元形状データとを合成すると、測定対象物Sのほぼ全体の形状を把握することができる。そこで、領域設定部21dは、生成された三次元形状データに基づいて複数の測定角度位置に対応する測定対象物Sの存在領域を検出する。上記の処理によれば、複数の測定角度位置について存在領域を検出するために、複数の角度位置の各々で測定対象物を撮像する必要がなくなる。 In this case, by combining the three-dimensional shape data corresponding to one representative angular position of 0° with the three-dimensional shape data corresponding to the other representative angular position of 180°, it is possible to grasp almost the entire shape of the measurement object S. Therefore, the area setting unit 21d detects the existence area of the measurement object S corresponding to the multiple measurement angular positions based on the generated three-dimensional shape data. According to the above processing, it is not necessary to capture an image of the measurement object at each of the multiple angular positions in order to detect the existence area for the multiple measurement angular positions.

なお、存在領域を検出するために生成される三次元形状データは、高い測定精度を要しない。したがって、存在領域を検出するための三次元形状データの生成時には、測定対象物Sの形状を取得するための三次元形状データの生成時に対して、分解能が低いパターン光を用いて、パターン光の照射回数を低減することが好ましい。 The three-dimensional shape data generated to detect the presence area does not require high measurement accuracy. Therefore, when generating three-dimensional shape data to detect the presence area, it is preferable to use a pattern light with lower resolution and reduce the number of times the pattern light is irradiated compared to when generating three-dimensional shape data to obtain the shape of the measurement target S.

(3)上記実施の形態に係る形状測定処理においては、データ合成部21hは、ステップS107の処理で複数の測定角度位置の三次元形状データを合成するか否かについての指令を受け付けるが、本発明はこれに限定されない。 (3) In the shape measurement process according to the above embodiment, the data synthesis unit 21h receives an instruction as to whether or not to synthesize three-dimensional shape data for multiple measurement angle positions in the process of step S107, but the present invention is not limited to this.

ステップS107においては、データ合成部21hは、複数の測定角度位置の複数の三次元形状データのうち一部のみを合成することを受け付けてもよい。この場合、例えば図29の副表示領域420においては合成要否チェックボックス457に代えて、複数の測定角度位置のうち三次元形状データが合成されるべき測定角度位置を選択するための入力部等が設けられてもよい。 In step S107, the data synthesis unit 21h may accept that only a portion of the multiple three-dimensional shape data for the multiple measurement angle positions is to be synthesized. In this case, for example, in the secondary display area 420 of FIG. 29, instead of the synthesis necessity check box 457, an input unit or the like may be provided for selecting the measurement angle positions at which the three-dimensional shape data should be synthesized from among the multiple measurement angle positions.

複数の測定角度位置のうち一部で取得された複数の三次元形状データのみを合成することが受け付けられた場合、データ合成部21hは、受け付けられた情報に従って複数の三次元形状データの一部のみを合成してもよい。 When it is accepted that only multiple pieces of three-dimensional shape data acquired at some of the multiple measurement angle positions are to be combined, the data combination unit 21h may combine only some of the multiple pieces of three-dimensional shape data in accordance with the accepted information.

なお、回転方向に並ぶ少なくとも一部の三次元形状データを回転方向合成するか否かを指令するためのデータ合成指令部が表示部400に表示されてもよい。具体的には、図26~図28の領域設定画面403~405の副表示領域420に、合成されるべき三次元形状データを個別に指定するためのチェックボックス等がデータ合成指令部として表示されてもよい。これにより、使用者は、測定対象物Sの形状について所望の態様で三次元形状データを取得することができる。 A data synthesis command section may be displayed on the display section 400 to instruct whether or not to synthesize in the rotational direction at least some of the three-dimensional shape data aligned in the rotational direction. Specifically, a check box or the like for individually specifying the three-dimensional shape data to be synthesized may be displayed as the data synthesis command section in the sub-display area 420 of the area setting screens 403 to 405 in Figures 26 to 28. This allows the user to obtain three-dimensional shape data in the desired manner for the shape of the measurement target S.

(4)上記実施の形態においては、回転角度設定部21fは、ステップS212の処理でモード毎に予め定められた複数の測定角度位置を記憶装置240から読み込み、複数の測定角度位置の設定を行うが、本発明はこれに限定されない。 (4) In the above embodiment, the rotation angle setting unit 21f reads multiple measurement angle positions that are predetermined for each mode from the storage device 240 in the processing of step S212, and sets the multiple measurement angle positions, but the present invention is not limited to this.

回転角度設定部21fは、ステップS212の処理として、予め定められた複数の測定角度位置を読み込む代わりに、以下の方法で複数の測定角度位置の設定を行ってもよい。 In the process of step S212, instead of reading multiple predetermined measurement angle positions, the rotation angle setting unit 21f may set multiple measurement angle positions in the following manner.

例えば、回転角度設定部21fは、ステップS211で軸形状領域設定モードが選択された場合に、まず受光部120の焦点面120Fが測定対象物Sの最も高い部分に一致するようにステージ140のZ方向の位置を調整する。次に、回転角度設定部21fは、受光部120の焦点面120Fが測定対象物Sの表面に位置するときのステージ140のZ方向の位置と、受光部120の作動距離WD(図8)とに基づいて回転軸RAを基準とする測定対象物Sの半径方向のサイズ(実寸法)を算出する。 For example, when the axial region setting mode is selected in step S211, the rotation angle setting unit 21f first adjusts the Z-direction position of the stage 140 so that the focal plane 120F of the light receiving unit 120 coincides with the highest part of the measurement object S. Next, the rotation angle setting unit 21f calculates the radial size (actual dimension) of the measurement object S based on the rotation axis RA based on the Z-direction position of the stage 140 when the focal plane 120F of the light receiving unit 120 is located on the surface of the measurement object S and the working distance WD (FIG. 8) of the light receiving unit 120.

この場合、算出されたサイズに基づいて測定対象物Sの外周面上に設定される測定領域のサイズを把握することが可能になる。それにより、回転軸RAの周りで回転させつつ受光部120により測定対象物Sを撮像する場合に、回転方向において連続する2つの測定領域の一部が互いに重複するように、回転角度設定部21fは複数の測定角度位置を設定してもよい。あるいは、回転角度設定部21fは、回転方向において連続する2つの測定領域の一部が互いに重複する測定角度位置を使用者に提示して、当該測定角度位置の設定を誘導するメッセージ等を表示部400に表示させてもよい。 In this case, it becomes possible to grasp the size of the measurement area set on the outer peripheral surface of the measurement object S based on the calculated size. As a result, when the measurement object S is imaged by the light receiving unit 120 while rotating around the rotation axis RA, the rotation angle setting unit 21f may set multiple measurement angle positions so that two consecutive measurement areas in the rotation direction partially overlap each other. Alternatively, the rotation angle setting unit 21f may present the user with a measurement angle position where two consecutive measurement areas in the rotation direction partially overlap each other, and cause the display unit 400 to display a message or the like that guides the user to set the measurement angle position.

上記の測定角度位置の設定方法によれば、回転ユニット190により保持された測定対象物Sの回転方向において、測定対象物Sの表面全体をカバーするように測定領域が適切に設定される。 According to the above method for setting the measurement angle position, the measurement area is appropriately set so as to cover the entire surface of the measurement object S in the rotation direction of the measurement object S held by the rotation unit 190.

(5)上記実施の形態に係る形状測定装置500は、いわゆるオートフォーカス機能を有してもよい。例えば、受光部120による測定対象物Sの撮像時に、受光部120の焦点面120Fが測定対象物Sの少なくとも一部に位置するように、Z方向における上面141sの位置が調整されてもよい。あるいは、受光部120内のレンズ122の位置が調整されてもよい。 (5) The shape measuring device 500 according to the above embodiment may have a so-called autofocus function. For example, when the light receiving unit 120 captures the measurement object S, the position of the upper surface 141s in the Z direction may be adjusted so that the focal plane 120F of the light receiving unit 120 is located on at least a part of the measurement object S. Alternatively, the position of the lens 122 in the light receiving unit 120 may be adjusted.

(6)上記実施の形態に係る形状測定処理においては、使用者が領域設定マップ画像を確認することにより測定領域の設定が行われるが、本発明はこれに限定されない。形状測定処理においては、例えば使用者の指令により領域設定マップ画像が生成されることなく測定対象物Sの形状測定が行われてもよい。 (6) In the shape measurement process according to the above embodiment, the user sets the measurement area by checking the area setting map image, but the present invention is not limited to this. In the shape measurement process, for example, the shape of the measurement target S may be measured without generating an area setting map image at the command of the user.

具体的には、回転ユニット190がステージ140に取り付けられた状態で、使用者が、操作部250を操作して領域設定マップ画像の確認を行うことなく測定対象物Sの形状測定を行うべきことを指令する。この場合、CPU210は、予め定められた複数の測定角度位置の各々でパターン光を用いた撮像を行うとともに、三次元形状データの生成を行う。 Specifically, with the rotation unit 190 attached to the stage 140, the user operates the operation unit 250 to instruct measurement of the shape of the measurement target S without checking the area setting map image. In this case, the CPU 210 captures images using pattern light at each of a number of predetermined measurement angle positions, and generates three-dimensional shape data.

そこで、CPU210は、各測定角度位置に対応する一の測定領域を設定し、当該一の測定領域についての三次元形状データを生成し、生成された三次元形状データから測定対象物Sが存在する領域を推定(検出)しつつ、必要に応じて新たな測定領域を設定する。このとき、新たな測定領域は、一部が一の測定領域に重複するように設定される。その後、CPU210は、新たな測定領域について、三次元形状データの生成、測定対象物Sが存在する領域の推定(検出)およびさらに新たな測定領域の設定を行う。 The CPU 210 then sets one measurement area corresponding to each measurement angle position, generates three-dimensional shape data for that one measurement area, and estimates (detects) the area in which the measurement object S exists from the generated three-dimensional shape data, while setting a new measurement area as necessary. At this time, the new measurement area is set so that a portion of it overlaps with the one measurement area. The CPU 210 then generates three-dimensional shape data for the new measurement area, estimates (detects) the area in which the measurement object S exists, and further sets the new measurement area.

このようにして、CPU210が、各測定角度位置について、三次元形状データの生成、測定対象物Sが存在する領域の推定、および測定領域の設定を交互に繰り返すことにより、測定対象物Sの全周に渡る形状測定が行われてもよい。 In this way, the CPU 210 may alternately generate three-dimensional shape data, estimate the area in which the measurement object S exists, and set the measurement area for each measurement angle position, thereby performing shape measurement over the entire circumference of the measurement object S.

(7)上記実施の形態に係る形状測定装置500においては、測定対象物Sの形状測定時に設定された測定角度位置および測定領域に関する情報が、当該測定対象物Sの三次元形状データとともに設定情報として記憶装置240に保存されてもよい。この場合、例えば測定対象物Sに応じて記憶装置240に記憶された設定情報を読み出すことにより、読み出された設定情報に基づいて測定角度位置および測定領域が設定されてもよい。 (7) In the shape measuring device 500 according to the above embodiment, information regarding the measurement angle position and measurement area set during shape measurement of the measurement object S may be stored in the storage device 240 as setting information together with the three-dimensional shape data of the measurement object S. In this case, for example, by reading out the setting information stored in the storage device 240 according to the measurement object S, the measurement angle position and measurement area may be set based on the read setting information.

このように、形状測定装置500が設定情報の保存および読み出し機能を有することにより、同一形状を有する多数の測定対象物Sを順次形状測定する場合に、使用者は測定角度位置および測定領域の設定作業を繰り返す必要がない。 In this way, because the shape measuring device 500 has the function of saving and reading out the setting information, when sequentially measuring the shapes of multiple measurement objects S having the same shape, the user does not need to repeatedly set the measurement angle position and measurement area.

(8)上記実施の形態に係る形状測定処理のステップS203の処理では、複数の測定角度位置で低倍率カメラによる測定対象物Sの撮像が行われる。このとき、各測定角度位置で撮像される測定対象物Sの画像データに基づいて、他の測定角度位置にあるときに測定対象物Sとステージ140とが干渉するか否かの判定が行われてもよい。さらに、測定対象物Sとステージ140とが干渉すると判定された他の測定角度位置については、測定対象物Sの撮像がスキップされるとともに、測定対象物Sとステージ140とが干渉する旨のメッセージまたは指標等が表示部400に表示されてもよい。 (8) In the process of step S203 of the shape measurement process according to the above embodiment, the measurement object S is imaged by a low-magnification camera at multiple measurement angle positions. At this time, based on the image data of the measurement object S imaged at each measurement angle position, it may be determined whether or not the measurement object S and the stage 140 will interfere when the measurement object S is at another measurement angle position. Furthermore, for other measurement angle positions where it is determined that the measurement object S and the stage 140 will interfere, imaging of the measurement object S may be skipped, and a message or indicator indicating that the measurement object S and the stage 140 will interfere may be displayed on the display unit 400.

図45は、測定対象物Sとステージ140との干渉判定機能を説明するための図である。例えば一の測定角度位置で測定対象物Sが撮像されることにより、図45(a)の領域設定マップ画像が生成されるものとする。この場合、図45(a)で一点鎖線RAiに示すように、領域設定マップ画像上の回転軸RAの位置は既知である。そのため、領域設定マップ画像上で、回転軸RAに直交する方向において、対象物画像SIの一端部と一点鎖線RAiとの間の距離di1を求めることにより、測定対象物Sの一端部がどのような半径で回転するのかを求めることができる。 Figure 45 is a diagram for explaining the interference determination function between the measurement object S and the stage 140. For example, the region setting map image of Figure 45(a) is generated by capturing an image of the measurement object S at one measurement angle position. In this case, as shown by the dashed line RAi in Figure 45(a), the position of the rotation axis RA on the region setting map image is known. Therefore, by determining the distance di1 between one end of the object image SI and the dashed line RAi in the direction perpendicular to the rotation axis RA on the region setting map image, it is possible to determine the radius at which one end of the measurement object S rotates.

図45(b)に、図45(a)の領域設定マップ画像に対応する回転ユニット190のX方向に見た側面図が示される。上記のように、測定対象物Sの一端部がどのような半径で回転するのかを求めることができれば、図45(b)に示すように、求められた半径d1と、回転ユニット190およびステージ140の実寸法とに基づいて、測定対象物Sの一端部がステージ140と干渉する角度範囲rθを求めることができる。 Figure 45(b) shows a side view of the rotation unit 190 in the X direction corresponding to the area setting map image in Figure 45(a). If it is possible to determine the radius at which one end of the measurement object S rotates as described above, then it is possible to determine the angle range rθ in which one end of the measurement object S interferes with the stage 140 based on the determined radius d1 and the actual dimensions of the rotation unit 190 and the stage 140, as shown in Figure 45(b).

(9)上記実施の形態に係る形状測定装置500においては、回転ユニット190は、回転駆動部192のケーシングの側面ss1から保持部191が突出するように設けられた構成を有するが、本発明はこれに限定されない。 (9) In the shape measuring device 500 according to the above embodiment, the rotation unit 190 has a configuration in which the holding portion 191 protrudes from the side surface ss1 of the casing of the rotation drive portion 192, but the present invention is not limited to this.

図46は、他の実施の形態に係る回転ユニット190の構成例を示す図である。図46(a)に示すように、本例の回転ユニット190は、保持部191および回転駆動部192に加えて、固定保持部材810および回転保持部材820を含む。固定保持部材810は、2本の支柱部811および連結部812から構成される。連結部812は、水平方向に延びるように設けられている。2本の支柱部811は、連結部812の両端部から上方に延びるように設けられている。連結部812は、2本の支柱部811の下端部を連結するとともに、ステージ140の上面141s上に設置可能に構成される。 Figure 46 is a diagram showing an example of the configuration of a rotation unit 190 according to another embodiment. As shown in Figure 46 (a), the rotation unit 190 of this example includes a fixed holding member 810 and a rotating holding member 820 in addition to a holding unit 191 and a rotation drive unit 192. The fixed holding member 810 is composed of two support members 811 and a connecting unit 812. The connecting unit 812 is provided so as to extend horizontally. The two support members 811 are provided so as to extend upward from both ends of the connecting unit 812. The connecting unit 812 connects the lower ends of the two support members 811 and is configured so as to be able to be installed on the upper surface 141s of the stage 140.

回転保持部材820は、固定保持部材810の2本の支柱部811の間に設けられている。回転保持部材820は、2本の支柱部821および連結部822から構成される。一方の支柱部821の各々の一端は、固定保持部材810の一方の支柱部811に対して、予め定められた回転軸830周りで回転可能に支持されている。他方の支柱部821の各々の一端は、固定保持部材810の他方の支柱部811に対して、予め定められた回転軸830周りで回転可能に支持されている。2本の支柱部821の他端は連結部822により連結されている。連結部822に回転駆動部192が取り付けられている。 The rotating holding member 820 is provided between the two support pillars 811 of the fixed holding member 810. The rotating holding member 820 is composed of two support pillars 821 and a connecting portion 822. One end of each of the support pillars 821 is supported rotatably around a predetermined rotation axis 830 relative to one of the support pillars 811 of the fixed holding member 810. One end of each of the other support pillars 821 is supported rotatably around a predetermined rotation axis 830 relative to the other support pillar 811 of the fixed holding member 810. The other ends of the two support pillars 821 are connected by a connecting portion 822. The rotation drive unit 192 is attached to the connecting portion 822.

上記の構成によれば、固定保持部材810がステージ140上に固定された状態で、図46(b)に示すように、回転保持部材820を固定保持部材810に対して回転させることができる。それにより、保持部191により保持される測定対象物Sについて、調整可能な姿勢の自由度を向上させることができる。 According to the above configuration, with the fixed holding member 810 fixed on the stage 140, as shown in FIG. 46(b), the rotating holding member 820 can be rotated relative to the fixed holding member 810. This improves the degree of freedom of the adjustable posture of the measurement object S held by the holding portion 191.

(10)上記実施の形態に係る測定部100においては、ステージ140の上面141sと受光部120との間の位置関係を調整するために、ステージ駆動部146が受光部120に対してステージ140の上面141sを移動させる。本発明は、これに限定されない。 (10) In the measurement unit 100 according to the above embodiment, in order to adjust the positional relationship between the upper surface 141s of the stage 140 and the light receiving unit 120, the stage driving unit 146 moves the upper surface 141s of the stage 140 relative to the light receiving unit 120. The present invention is not limited to this.

例えば、測定部100は、ステージ140の上面141sと受光部120との間の位置関係を調整するために、ステージ140の上面141sに対して、光学系支持体992を移動可能に支持する構成を有してもよい。また、光学系支持体992を移動させる駆動部を有してもよい。 For example, the measurement unit 100 may have a configuration in which the optical system support 992 is movably supported with respect to the upper surface 141s of the stage 140 in order to adjust the positional relationship between the upper surface 141s of the stage 140 and the light receiving unit 120. The measurement unit 100 may also have a drive unit that moves the optical system support 992.

(11)上記実施の形態に係る形状測定装置500においては、第1および第2の校正機能で用いられる第1のマーカM1および第2のマーカM2は、それぞれ円筒状の外周面を有するが、本発明はこれに限定されない。 (11) In the shape measuring device 500 according to the above embodiment, the first marker M1 and the second marker M2 used in the first and second calibration functions each have a cylindrical outer circumferential surface, but the present invention is not limited to this.

第1のマーカM1および第2のマーカM2として、正多角形状の断面を有する軸部材を用いてもよい。この場合、軸部材の断面を表す正多角形の頂点の数は、4よりも大きいことが好ましい。 The first marker M1 and the second marker M2 may be shaft members having a regular polygonal cross section. In this case, it is preferable that the number of vertices of the regular polygon representing the cross section of the shaft member is greater than four.

(12)上記実施の形態に係る形状測定装置500においては、測定対象物Sにパターン光が複数回照射され、測定対象物Sが撮像される。撮像により得られた複数の画像データに基づいて三次元形状データが生成される。しかしながら、本発明は上記の例に限定されない。 (12) In the shape measuring device 500 according to the above embodiment, the measurement object S is irradiated with pattern light multiple times, and the measurement object S is imaged. Three-dimensional shape data is generated based on the multiple image data obtained by imaging. However, the present invention is not limited to the above example.

三次元形状データは、パターン光の照射を伴う撮像に代えて、他の撮像方法により得られる画像データに基づいて生成されてもよい。例えば、複数の受光部120で測定対象物Sを撮像するかまたは複数の位置から測定対象物Sを撮像することにより、ステレオ法によって三次元形状データが生成されてもよい。 The three-dimensional shape data may be generated based on image data obtained by other imaging methods instead of imaging involving irradiation with pattern light. For example, the three-dimensional shape data may be generated by a stereo method by imaging the measurement object S with multiple light receiving units 120 or by imaging the measurement object S from multiple positions.

(13)上記実施の形態に係る形状測定装置500においては、測定対象物Sを載置するためおよび回転ユニット190を支持するためにステージ140が設けられるが、本発明はこれに限定されない。回転ユニット190により保持された測定対象物Sについて形状測定を行うことができるのであれば、ステージ140は設けられなくてもよい。この場合、回転ユニット190は、例えば図3の台座990に取り付けられる。 (13) In the shape measuring device 500 according to the above embodiment, a stage 140 is provided for placing the measurement object S and for supporting the rotation unit 190, but the present invention is not limited to this. If shape measurement can be performed on the measurement object S held by the rotation unit 190, the stage 140 does not need to be provided. In this case, the rotation unit 190 is attached to, for example, the base 990 in FIG. 3.

(14)上記実施の形態に係る形状測定装置500は、第1、第2および第3の校正機能を有するが、本発明はこれに限定されない。形状測定装置500は、第1、第2および第3の校正機能のうち少なくとも一部を有しなくてもよい。 (14) Although the shape measuring device 500 according to the above embodiment has the first, second, and third calibration functions, the present invention is not limited to this. The shape measuring device 500 may not have at least some of the first, second, and third calibration functions.

(15)上記実施の形態に係る形状測定処理においては、回転ユニット190による回転を伴う測定対象物Sの形状測定を行う場合に、測定領域設定処理により複数の測定角度位置が設定されるが、本発明はこれに限定されない。 (15) In the shape measurement process according to the above embodiment, when measuring the shape of the measurement target S involving rotation by the rotation unit 190, multiple measurement angle positions are set by the measurement area setting process, but the present invention is not limited to this.

回転ユニット190による回転を伴う測定対象物Sの形状測定を行う場合に、測定領域設定処理において、例えば使用者により指定される一の測定角度位置が設定可能であってもよい。 When measuring the shape of the measurement object S involving rotation by the rotation unit 190, it may be possible to set, for example, one measurement angle position specified by the user in the measurement area setting process.

この場合、使用者は、操作部250を操作することにより、例えば一の測定角度位置を指定するとともに一の測定角度位置に対応する形状測定の指令をCPU210に与える。そこで、CPU210は、一の測定角度位置に対応する形状測定の指令に応答して、指定された一の角度位置に対応する三次元形状データが生成されるように、形状測定装置500の各構成要素を制御する。これにより、使用者は、測定対象物Sの形状について所望の態様で三次元形状データを取得することができる。 In this case, the user operates the operation unit 250 to specify, for example, one measurement angle position and to give the CPU 210 a command for shape measurement corresponding to the one measurement angle position. The CPU 210 then controls each component of the shape measuring device 500 in response to the command for shape measurement corresponding to the one measurement angle position, so that three-dimensional shape data corresponding to the specified one angle position is generated. This allows the user to obtain three-dimensional shape data for the shape of the measurement target S in the desired manner.

(16)上記実施の形態に係る形状測定装置500においては、回転を伴う測定対象物Sの形状測定を行うための測定領域の設定時に、撮像により得られた測定対象物Sの画像に基づいて存在領域が検出されるが、本発明はこれに限定されない。存在領域は、例えば予め記憶装置240に記憶された測定対象物Sの寸法情報(例えばCADデータ等)、あるいは入力された寸法情報をCPU210が取得することにより、取得された寸法情報に基づいて検出されてもよい。 (16) In the shape measuring device 500 according to the above embodiment, when a measurement area is set for performing shape measurement of the measurement object S involving rotation, the presence area is detected based on an image of the measurement object S obtained by imaging, but the present invention is not limited to this. The presence area may be detected based on the acquired dimensional information, for example, by the CPU 210 acquiring dimensional information (e.g., CAD data, etc.) of the measurement object S previously stored in the storage device 240, or input dimensional information.

(17)上記実施の形態では、回転を伴う測定対象物Sの形状測定を行うための測定領域の設定時に、各測定角度位置にあるときの測定対象物Sの存在領域が検出される。また、測定対象物Sの存在領域に基づいて各測定角度位置に対応する複数の測定領域が設定される。本発明はこの例に限定されない。 (17) In the above embodiment, when setting a measurement area for performing shape measurement of the measurement object S involving rotation, the presence area of the measurement object S at each measurement angle position is detected. In addition, multiple measurement areas corresponding to each measurement angle position are set based on the presence area of the measurement object S. The present invention is not limited to this example.

上記実施の形態に係る形状測定装置500においては、回転を伴う測定対象物Sの形状測定を行うための測定領域の設定時に、各測定角度位置にあるときのX方向およびY方向における測定対象物Sの幅が検出されてもよい。この場合、検出された幅に基づいて各測定角度位置に対応する複数の測定領域が設定されてもよい。 In the shape measuring device 500 according to the above embodiment, when setting a measurement area for performing shape measurement of the measurement object S involving rotation, the width of the measurement object S in the X direction and Y direction at each measurement angle position may be detected. In this case, multiple measurement areas corresponding to each measurement angle position may be set based on the detected width.

[11]請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各要素との対応の例について説明する。上記実施の形態では、形状測定装置500が三次元形状測定装置の例であり、保持部191が保持部の例であり、回転軸RAが回転軸の例であり、回転駆動部192が回転駆動部の例であり、回転ユニット190が回転ユニットの例である。
[11] Correspondence between each component of the claims and each element of the embodiment The following describes an example of the correspondence between each component of the claims and each element of the embodiment. In the above embodiment, the shape measuring device 500 is an example of a three-dimensional shape measuring device, the holding unit 191 is an example of a holding unit, the rotation axis RA is an example of a rotation axis, the rotation drive unit 192 is an example of a rotation drive unit, and the rotation unit 190 is an example of a rotation unit.

また、受光部120およびCPU210が撮像部、検出部およびデータ取得部の例であり、XYステージ141およびステージ駆動部146が並進駆動部の例であり、CPU210が設定部および制御部の例であり、ROM220、作業用メモリ230および記憶装置240のいずれかが記憶部の例であり、表示部400が表示部の例である。 In addition, the light receiving unit 120 and the CPU 210 are examples of an imaging unit, a detection unit, and a data acquisition unit, the XY stage 141 and the stage driving unit 146 are examples of a translation driving unit, the CPU 210 is an example of a setting unit and a control unit, any one of the ROM 220, the working memory 230, and the storage device 240 is an example of a storage unit, and the display unit 400 is an example of a display unit.

また、CPU210の三次元形状データ生成部21gおよびデータ合成部21hがデータ生成部の例であり、レンズ123Bが第一光学系の例であり、カメラ121Bが第一カメラの例であり、レンズ123Aが第二光学系の例であり、カメラ121Aが第二カメラの例である。 Furthermore, the three-dimensional shape data generation unit 21g and the data synthesis unit 21h of the CPU 210 are examples of a data generation unit, the lens 123B is an example of a first optical system, the camera 121B is an example of a first camera, the lens 123A is an example of a second optical system, and the camera 121A is an example of a second camera.

また、受光部120およびCPU210が検出部の例であり、操作部250が操作部の例であり、Zステージ142およびステージ駆動部146が垂直駆動部の例であり、ステージ140がステージの例であり、ステージ140の上面141sが上面の例であり、投光部110A,110Bがプロジェクタの例であり、投光部110Aが第1の投光装置の例であり、投光部110Bが第2の投光装置の例であり、測定空間101が第1の投光装置によるパターン光の照射領域と、第2の投光装置によるパターン光の照射領域と、撮像部の撮像領域とが重複する空間の例である。 The light receiving unit 120 and CPU 210 are examples of a detection unit, the operation unit 250 is an example of an operation unit, the Z stage 142 and stage drive unit 146 are examples of a vertical drive unit, the stage 140 is an example of a stage, the top surface 141s of the stage 140 is an example of a top surface, the light projecting units 110A and 110B are examples of projectors, the light projecting unit 110A is an example of a first light projecting device, the light projecting unit 110B is an example of a second light projecting device, and the measurement space 101 is an example of a space where the irradiation area of the pattern light by the first light projecting device, the irradiation area of the pattern light by the second light projecting device, and the imaging area of the imaging unit overlap.

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。 Various other elements having the configuration or function described in the claims may also be used as components of the claims.

21a…移動制御部,21b…回転制御部,21c…撮像制御部,21d…領域設定部,21e…設定画面提示部,21f…回転角度設定部,21g…三次元形状データ生成部,21h…データ合成部,21i…データ補正部,21j…着脱判定部,21k…表示制御部,91…回転支持軸,92,93…保持片,92e,93e,es1,es2…端面,92h,93h…孔,94…棒状部材,100…測定部,101…測定空間,110A,110B…投光部,111…測定光源,112…パターン生成部,112S…パターン出射面,113,114,115,122,123A,123B…レンズ,116,125A,125B…絞り,117,118…ミラー,120…受光部,120F…焦点面,121a…撮像素子,121A,121B…カメラ,124…ハーフミラー,130…照明光出力部,140…ステージ,141…XYステージ,141c,194…コネクタ,141h…ねじ孔,141s…上面,142…Zステージ,145…ステージ操作部,146…ステージ駆動部,150,310…制御基板,160…ヘッドケーシング,190…回転ユニット,191…保持部,192…回転駆動部,193…ケーブル,195…保持ダイヤル,199…取付部,200…PC,210…CPU,220…ROM,230…作業用メモリ,240…記憶装置,250…操作部,300…制御部,320…照明光源,400…表示部,401…測定基本画面,402~409…領域設定画面,410…主表示領域,411…水平移動操作ウィンドウ,412…移動ボタン,413…回転操作ウィンドウ,414…原点ボタン,415…正回転ボタン,416…逆回転ボタン,417…保持部マーク,418…基準姿勢マーク,419…測定角度位置マーク,420…副表示領域,421…領域設定ボタン,422…編集ボタン,423…領域クリアボタン,424…視野確認画像,425…測定開始ボタン,426…除外ボタン,427…OKボタン,428…キャンセルボタン,429…上面除去ボタン,431…回転オンボタン,432…回転オフボタン,434…箱全周ボタン,435…箱部分ボタン,436…軸ボタン,437…回転詳細ボタン,441…角度位置一覧,451…基準姿勢入力枠,452…基準姿勢登録ボタン,453…角度条件設定部,454…角度ピッチ設定部,455…測定回数設定部,456…除外角度入力枠,457…合成要否チェックボックス,463…第1の校正チェックボックス,464…第2の校正チェックボックス,465…マーカ反転チェックボックス,471…範囲ボタン,472…上限マーク,473…下限マーク,481…範囲設定ウィンドウ,482…上限入力部,483…下限入力部,484…幅入力部,485…中心入力部,486…自動設定ボタン,500…形状測定装置,810…固定保持部材,811,821…支柱部,812,822…連結部,820…回転保持部材,830,RA…回転軸,990…台座,991…支柱,992…光学系支持体,DRA…設計回転軸,IMa,IMb…領域設定マップ画像,M1…第1のマーカ,M2…第2のマーカ,M2a…径大部,M2b…径小部,M2i…マーカ画像,MM,MMa,MMb…単位領域枠,pp…電源部,rθ…角度範囲,RD…基準距離,RM…可動ストローク範囲,ROA,TOA1,TOA2…光軸,S…測定対象物,SI…対象物画像,sm…ステッピングモータ,ss1,ss2…側面,sv…ずれ,WD…作動距離 21a...movement control unit, 21b...rotation control unit, 21c...imaging control unit, 21d...area setting unit, 21e...setting screen presentation unit, 21f...rotation angle setting unit, 21g...three-dimensional shape data generation unit, 21h...data synthesis unit, 21i...data correction unit, 21j...attachment/detachment determination unit, 21k...display control unit, 91...rotation support shaft, 92, 93...holding piece, 92e, 93e, es1, es2...end surface, 92h, 93h...hole, 94...rod-shaped member, 100...measurement unit, 101... measurement space, 110A, 110B... light projection unit, 111... measurement light source, 112... pattern generation unit, 112S... pattern emission surface, 113, 114, 115, 122, 123A, 123B... lenses, 116, 125A, 125B... aperture, 117, 118... mirror, 120... light receiving unit, 120F... focal plane, 121a... imaging element, 121A, 121B... camera, 124... half mirror, 130... illumination light output unit, 140... Stage, 141...XY stage, 141c, 194...connector, 141h...screw hole, 141s...upper surface, 142...Z stage, 145...stage operation unit, 146...stage drive unit, 150, 310...control board, 160...head casing, 190...rotation unit, 191...holding unit, 192...rotation drive unit, 193...cable, 195...holding dial, 199...mounting unit, 200...PC, 210...CPU, 220...RO M, 230...working memory, 240...storage device, 250...operation unit, 300...control unit, 320...illumination light source, 400...display unit, 401...basic measurement screen, 402-409...area setting screen, 410...main display area, 411...horizontal movement operation window, 412...movement button, 413...rotation operation window, 414...origin button, 415...forward rotation button, 416...reverse rotation button, 417...holding unit mark, 418...reference attitude mark , 419... measurement angle position mark, 420... secondary display area, 421... area setting button, 422... edit button, 423... area clear button, 424... field of view confirmation image, 425... measurement start button, 426... exclusion button, 427... OK button, 428... cancel button, 429... upper surface removal button, 431... rotation on button, 432... rotation off button, 434... box circumference button, 435... box part button, 436... axis button, 4 37...rotation details button, 441...angle position list, 451...reference attitude input frame, 452...reference attitude registration button, 453...angle condition setting section, 454...angle pitch setting section, 455...measurement count setting section, 456...exclusion angle input frame, 457...combination necessity check box, 463...first calibration check box, 464...second calibration check box, 465...marker inversion check box, 471...range button, 472...upper limit marker line, 473 ... lower limit mark, 481 ... range setting window, 482 ... upper limit input section, 483 ... lower limit input section, 484 ... width input section, 485 ... center input section, 486 ... automatic setting button, 500 ... shape measuring device, 810 ... fixed holding member, 811, 821 ... support section, 812, 822 ... connecting section, 820 ... rotating holding member, 830, RA ... rotating axis, 990 ... base, 991 ... support, 992 ... optical system support, DRA ... design rotating axis, IMa, IMb...area setting map image, M1...first marker, M2...second marker, M2a...large diameter part, M2b...small diameter part, M2i...marker image, MM, MMa, MMb...unit area frame, pp...power supply part, rθ...angle range, RD...reference distance, RM...movable stroke range, ROA, TOA1, TOA2...optical axis, S...measurement object, SI...object image, sm...stepping motor, ss1, ss2...side surface, sv...deviation, WD...operating distance

Claims (15)

測定対象物の三次元形状を示す三次元形状データを生成する三次元形状測定装置であって、
前記測定対象物を保持する保持部と前記保持部をX軸方向に延びる回転軸の周りに、第一の回転角度と第二の回転角度に回転させる回転駆動部とを含む回転ユニットと、
前記X軸と直交するZ軸方向に延びる光軸を有し、前記保持部により保持された前記測定対象物を撮像して前記測定対象物の画像を示す三次元形状データ生成用の画像データを生成するための撮像部と、
前記X軸および前記Z軸と直交するY軸方向において、前記撮像部の撮像視野が順次移動するように前記回転ユニットを前記撮像部に対して相対的に移動させる並進駆動部と、
前記第一の回転角度に前記測定対象物を回転させた状態で前記撮像部から見た前記Y軸方向に延びる前記測定対象物の幅に基づいて、当該Y軸方向に並ぶ複数の第一測定領域を設定し、前記第二の回転角度に前記測定対象物を回転させた状態で前記撮像部から見た前記Y軸方向に延びる前記測定対象物の幅に基づいて、当該Y軸方向に並ぶ複数の第二測定領域を設定する設定部と、
前記第一の回転角度に前記測定対象物を回転させて、前記撮像部の撮像視野を前記複数の第一測定領域に順次移動させて前記測定対象物の撮像を行い、続いて、前記第二の回転角度に前記測定対象物を回転させて、前記撮像部の撮像視野を前記複数の第二測定領域に順次移動させて前記測定対象物の撮像を行うように、前記並進駆動部、前記回転駆動部、および前記撮像部を制御する制御部とを備える、三次元形状測定装置。
A three-dimensional shape measuring apparatus that generates three-dimensional shape data indicating a three-dimensional shape of a measurement object,
a rotation unit including a holder that holds the measurement object and a rotation drive unit that rotates the holder around a rotation axis extending in the X-axis direction to a first rotation angle and a second rotation angle;
an imaging unit having an optical axis extending in a Z-axis direction perpendicular to the X-axis, imaging the measurement object held by the holding unit and generating image data for generating three-dimensional shape data indicating an image of the measurement object;
a translation drive unit that moves the rotation unit relative to the imaging unit in a Y-axis direction perpendicular to the X-axis and the Z-axis so that an imaging field of view of the imaging unit moves sequentially;
a setting unit that sets a plurality of first measurement regions aligned in the Y-axis direction based on a width of the measurement object extending in the Y-axis direction as seen from the imaging unit when the measurement object is rotated at the first rotation angle, and sets a plurality of second measurement regions aligned in the Y-axis direction based on a width of the measurement object extending in the Y-axis direction as seen from the imaging unit when the measurement object is rotated at the second rotation angle;
and a control unit that controls the translation drive unit, the rotation drive unit, and the imaging unit so as to rotate the measurement object to the first rotation angle, sequentially move the imaging field of view of the imaging unit to the multiple first measurement regions to image the measurement object, and subsequently rotate the measurement object to the second rotation angle, and sequentially move the imaging field of view of the imaging unit to the multiple second measurement regions to image the measurement object.
前記設定部が設定した、前記第一の回転角度と前記複数の第一測定領域とを関連付けた設定、および前記第二の回転角度と前記複数の第二測定領域を関連付けた設定を記憶する記憶部をさらに備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された設定に基づいて、前記並進駆動部、前記回転駆動部、および前記撮像部を制御する、請求項1記載の三次元形状測定装置。
A storage unit is further provided for storing a setting in which the first rotation angle is associated with the plurality of first measurement areas and a setting in which the second rotation angle is associated with the plurality of second measurement areas, the setting being set by the setting unit;
The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 1 , wherein the control unit controls the translation drive unit, the rotation drive unit, and the imaging unit based on settings stored in the storage unit.
前記第一の回転角度および前記第二の回転角度のそれぞれにおいて前記Y軸方向における前記測定対象物の存在領域を検出する検出部をさらに備え、
前記設定部は、前記検出部が検出した前記存在領域の幅に基づいて、当該存在領域の全体を撮像するために必要な前記Y軸方向に並ぶ前記第一測定領域の数と前記第二測定領域の数とを自動的に設定する、請求項1または2記載の三次元形状測定装置。
a detection unit that detects an area in which the measurement object is present in the Y-axis direction at each of the first rotation angle and the second rotation angle,
A three-dimensional shape measuring device as described in claim 1 or 2, wherein the setting unit automatically sets the number of first measurement regions and the number of second measurement regions aligned in the Y-axis direction required to image the entire existence area based on the width of the existence area detected by the detection unit.
前記検出部により検出された前記測定対象物の存在領域に基づいて設定された前記複数の第一測定領域と前記複数の第二測定領域とを調整するための設定画面を表示する表示部をさらに備え、
前記設定部は、使用者からの指示を受け付けて、前記設定画面上で前記Y軸方向に延びる前記第一測定領域と前記第二測定領域の数を拡張または縮小可能に構成された、請求項3記載の三次元形状測定装置。
A display unit that displays a setting screen for adjusting the first measurement areas and the second measurement areas that are set based on the presence area of the measurement object detected by the detection unit,
The three-dimensional shape measuring device of claim 3, wherein the setting unit is configured to accept instructions from a user and expand or reduce the number of the first measurement areas and the second measurement areas extending in the Y-axis direction on the setting screen.
前記制御部は、前記第一の回転角度および前記第二の回転角度のそれぞれにおいて、前記測定対象物を前記撮像部に対して前記X軸方向および前記Y軸方向に相対的に移動して複数回撮像して前記測定対象物の全体が撮像されたマップ画像を生成するように、前記撮像部、前記並進駆動部および前記回転駆動部を制御し、
前記表示部は、前記設定画面上に前記マップ画像を表示するとともに、前記設定部により設定された前記複数の第一測定領域と前記複数の第二測定領域とを、前記マップ画像上に重畳して表示し、
前記三次元形状測定装置は、前記複数の第一測定領域および前記複数の第二測定領域にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを生成するとともに、生成された複数の三次元形状データを合成し、前記測定対象物全体の三次元形状データを生成するデータ生成部とをさらに備える、請求項4記載の三次元形状測定装置。
the control unit controls the imaging unit, the translation drive unit, and the rotation drive unit so as to move the measurement object relative to the imaging unit in the X-axis direction and the Y-axis direction and capture the image a plurality of times at each of the first rotation angle and the second rotation angle, thereby generating a map image in which the entire measurement object is captured;
The display unit displays the map image on the setting screen, and displays the first measurement areas and the second measurement areas set by the setting unit so as to be superimposed on the map image,
The three-dimensional shape measuring device of claim 4, further comprising a data generation unit that generates a plurality of three-dimensional shape data corresponding to the plurality of first measurement areas and the plurality of second measurement areas, respectively, and synthesizes the generated plurality of three-dimensional shape data to generate three-dimensional shape data of the entire object to be measured.
前記撮像部は、
第一の倍率で光を結像させる第一光学系と、
前記第一光学系で結像した光を受光する第一カメラと、
前記第一の倍率よりも低い第二の倍率で光を結像させる第二光学系と、
前記第二光学系で結像した光を受光する第二カメラとを含み、
前記マップ画像は、前記第二の倍率で前記測定対象物の全体を撮像することにより生成され、
前記データ生成部は、前記複数の第一測定領域および前記複数の第二測定領域を前記第一の倍率で撮像して生成した複数の前記画像データに基づいて前記三次元形状データを生成する、請求項5記載の三次元形状測定装置。
The imaging unit includes:
a first optical system for imaging light at a first magnification;
a first camera that receives light imaged by the first optical system;
a second optical system that images light at a second magnification that is lower than the first magnification;
a second camera that receives light imaged by the second optical system,
the map image is generated by capturing an image of the entire measurement object at the second magnification;
The three-dimensional shape measuring device of claim 5, wherein the data generation unit generates the three-dimensional shape data based on a plurality of image data generated by imaging the plurality of first measurement areas and the plurality of second measurement areas at the first magnification.
前記回転駆動部は、前記保持部を前記第一の回転角度および前記第二の回転角度を含む複数の異なる回転角度に順次回転させることが可能に構成され、
前記設定部は、前記測定対象物が前記複数の異なる回転角度の各々にある状態で前記撮像部から見た前記Y軸方向に延びる前記測定対象物の幅に基づいて前記Y軸方向に並ぶ複数の測定領域を設定可能に構成され、
前記制御部は、前記複数の異なる回転角度の各々に前記測定対象物を回転させて、前記撮像部の撮像視野を当該回転角度に対応する前記複数の測定領域に順次移動させて前記測定対象物の撮像を行うように前記並進駆動部、前記回転駆動部、および前記撮像部を制御し、
前記三次元形状測定装置は、
前記複数の異なる回転角度のそれぞれにおいて前記Y軸方向における前記測定対象物の存在領域を前記測定対象物の幅として検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記測定対象物の存在領域に基づいて回転角度ごとに設定された測定領域を調整するための設定画面を表示する表示部と、
前記測定対象物が箱形状であるか軸形状であるかを選択するための操作部とをさらに備え、
前記表示部は、前記操作部によって箱形状が選択された際に、箱形状の測定対象物の測定に関する設定を行うための第一設定画面を前記設定画面として表示し、前記操作部によって軸形状が選択された際に、軸形状の測定対象物の測定に関する設定を行うための第二設定画面を前記設定画面として表示する、請求項1または2記載の三次元形状測定装置。
the rotation drive unit is configured to be able to sequentially rotate the holding unit to a plurality of different rotation angles including the first rotation angle and the second rotation angle,
the setting unit is configured to be able to set a plurality of measurement regions aligned in the Y-axis direction based on a width of the measurement object extending in the Y-axis direction as seen from the imaging unit when the measurement object is at each of the plurality of different rotation angles;
the control unit controls the translation drive unit, the rotation drive unit, and the imaging unit so as to rotate the measurement object to each of the plurality of different rotation angles and sequentially move an imaging field of view of the imaging unit to the plurality of measurement regions corresponding to the rotation angles to capture an image of the measurement object;
The three-dimensional shape measuring device is
a detection unit that detects an area in which the measurement object is present in the Y-axis direction at each of the plurality of different rotation angles as a width of the measurement object;
a display unit that displays a setting screen for adjusting a measurement area set for each rotation angle based on a presence area of the measurement target detected by the detection unit; and
Further, an operation unit is provided for selecting whether the measurement object is box-shaped or shaft-shaped,
A three-dimensional shape measuring device as described in claim 1 or 2, wherein the display unit displays a first setting screen as the setting screen for making settings related to the measurement of a box-shaped measurement object when a box shape is selected by the operation unit, and displays a second setting screen as the setting screen for making settings related to the measurement of an axially shaped measurement object when an axial shape is selected by the operation unit.
前記操作部は、当該操作部により箱形状が選択されることにより前記表示部に前記第一設定画面が表示された状態で、離散的な前記複数の異なる回転角度を選択可能に構成され、
前記表示部は、前記第一設定画面において、前記操作部により選択された前記複数の異なる回転角度のそれぞれにおいて撮像された前記測定対象物の画像上に、前記検出部により検出されて設定された前記複数の測定領域を重畳して表示する、請求項7記載の三次元形状測定装置。
the operation unit is configured to be able to select the plurality of different rotation angles, which are discrete, in a state in which the first setting screen is displayed on the display unit by selecting a box shape by the operation unit,
The three-dimensional shape measuring device of claim 7, wherein the display unit displays, on the first setting screen, the multiple measurement areas detected and set by the detection unit superimposed on an image of the measurement object captured at each of the multiple different rotation angles selected by the operation unit.
前記表示部は、前記操作部により軸形状が選択されることにより前記第二設定画面を表示する際に、当該第二設定画面において、前記複数の異なる回転角度のうち特定の一の回転角度で前記撮像部により撮像された前記測定対象物の画像を表示し、
前記設定部は、前記特定の一の回転角度の指定を使用者から受け付ける、請求項7または8記載の三次元形状測定装置。
When the second setting screen is displayed by selecting an axis shape by the operation unit, the display unit displays, on the second setting screen, an image of the measurement object captured by the imaging unit at a specific rotation angle among the plurality of different rotation angles;
9. The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 7, wherein the setting unit receives a designation of the specific rotation angle from a user.
前記設定部は、前記操作部によって箱形状が選択された際に、予め定められた角度の整数倍の角度ピッチで、前記複数の異なる回転角度を設定する、請求項7~9のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 7 to 9, wherein the setting unit sets the multiple different rotation angles at an angle pitch that is an integer multiple of a predetermined angle when a box shape is selected by the operation unit. 前記設定部は、前記操作部によって軸形状が選択された際に、軸形状の前記測定対象物を回転させた時に当該測定対象物の全周を測定するために必要な前記複数の異なる回転角度のピッチを、当該測定対象物の径に基づいて自動的に設定し、
前記制御部は、前記設定部により設定された前記回転角度のピッチで前記測定対象物を回転させるように、前記回転駆動部を制御する、請求項7~10のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
the setting unit, when an axial shape is selected by the operation unit, automatically sets a pitch of the plurality of different rotation angles required to measure an entire circumference of the axially shaped measurement object when the measurement object is rotated based on a diameter of the measurement object;
The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 7 to 10, wherein the control unit controls the rotation drive unit so as to rotate the object to be measured at a pitch of the rotation angle set by the setting unit.
前記設定部は、前記操作部によって軸形状が選択された際に、前記使用者から前記軸形状の測定対象物を回転させる回転角度のピッチの入力を受け付け、当該回転角度のピッチは、前記測定対象物を回転させた時に当該測定対象物の全周を測定するために必要な数値に制限される、請求項7~11のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring device according to any one of claims 7 to 11, wherein the setting unit receives input of a rotation angle pitch for rotating the measurement object of the axial shape from the user when the axial shape is selected by the operation unit, and the rotation angle pitch is limited to a value required to measure the entire circumference of the measurement object when the measurement object is rotated. 前記複数の第一測定領域に対応する三次元形状データを取得するデータ取得部をさらに備え、
前記設定部は、前記データ取得部により取得された前記複数の第一測定領域に対応する複数の三次元形状データに基づいて、Y軸方向に並ぶ複数の第二測定領域を設定することが可能に構成された、請求項1または2記載の三次元形状測定装置。
a data acquisition unit that acquires three-dimensional shape data corresponding to the first measurement regions,
A three-dimensional shape measuring device as described in claim 1 or 2, wherein the setting unit is configured to be able to set multiple second measurement areas aligned in the Y-axis direction based on multiple three-dimensional shape data corresponding to the multiple first measurement areas acquired by the data acquisition unit.
前記回転ユニットと前記撮像部との前記Z軸方向の相対距離を変化させるための垂直駆動部をさらに備え、
前記制御部は、前記第一の回転角度と前記第二の回転角度のそれぞれにおいて前記複数の第一測定領域と前記複数の第二測定領域とを前記相対距離を変化させながら複数回撮像して複数の前記画像データを生成するように前記並進駆動部、前記垂直駆動部、前記回転駆動部及び前記撮像部を制御し、
前記データ生成部は、前記相対距離を変化させながら前記複数の第一測定領域および前記複数の第二測定領域を複数回撮像して生成された複数の画像データに基づいて前記複数の第一測定領域および前記複数の第二測定領域にそれぞれ対応する複数の三次元形状データを生成するとともに、当該生成された複数の三次元形状データを合成し、前記測定対象物の三次元形状データを生成する、請求項5または6記載の三次元形状測定装置。
a vertical drive unit for changing a relative distance between the rotation unit and the imaging unit in the Z-axis direction,
the control unit controls the translation drive unit, the vertical drive unit, the rotation drive unit, and the imaging unit to capture images of the first measurement areas and the second measurement areas a plurality of times while changing the relative distance at each of the first rotation angle and the second rotation angle, thereby generating a plurality of image data;
The three-dimensional shape measuring device of claim 5 or 6, wherein the data generation unit generates a plurality of three-dimensional shape data corresponding to the plurality of first measurement areas and the plurality of second measurement areas based on a plurality of image data generated by imaging the plurality of first measurement areas and the plurality of second measurement areas multiple times while changing the relative distance, and synthesizes the generated plurality of three-dimensional shape data to generate three-dimensional shape data of the measurement object.
前記回転ユニットが取り付けられるステージと、
前記ステージの上面に斜め上方の位置から周期的なパターンを有するパターン光を位相シフトさせつつ複数回照射するプロジェクタとをさらに備え、
前記撮像部は、光軸が前記Z軸に一致するように前記ステージの上方に設けられ、前記プロジェクタから前記回転ユニットにより保持された前記測定対象物にパターン光が照射され、前記測定対象物から反射されるパターン光を受光することにより当該測定対象物を複数回撮像し、当該測定対象物の画像を示す複数の画像データを生成し、
前記プロジェクタは、前記X軸方向に並ぶとともに前記X軸方向に直交する仮想面を挟んで対称に配置された第1および第2の投光装置を含み、
前記第1および第2の投光装置の各々は、前記Y軸に直交しかつ前記X軸および前記Z軸に対してそれぞれ所定の角度で傾斜する光軸を有し、当該投光装置の光軸に沿って前記撮像部の光軸に向かうようにパターン光を出射し、
前記回転ユニットは、前記ステージが前記撮像部に対して予め定められた基準位置にあるときに、前記第1の投光装置によるパターン光の照射領域と、前記第2の投光装置によるパターン光の照射領域と、前記撮像部の撮像領域とが重複する空間から外れた位置に配置されるように設けられる、請求項1~14のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
a stage to which the rotation unit is attached;
a projector that projects a pattern light having a periodic pattern onto the upper surface of the stage from an obliquely upward position a plurality of times while shifting the phase of the pattern light;
the imaging unit is provided above the stage such that an optical axis thereof coincides with the Z-axis, and a pattern light is irradiated from the projector onto the measurement object held by the rotation unit, and the measurement object is imaged a plurality of times by receiving the pattern light reflected from the measurement object, thereby generating a plurality of image data representing an image of the measurement object;
the projector includes first and second light-projecting devices aligned in the X-axis direction and symmetrically disposed with respect to a virtual plane perpendicular to the X-axis direction,
each of the first and second light-projecting devices has an optical axis that is perpendicular to the Y axis and inclined at a predetermined angle with respect to the X axis and the Z axis, and emits a pattern light along the optical axis of the light-projecting device toward the optical axis of the imaging unit;
A three-dimensional shape measuring device as described in any one of claims 1 to 14, wherein the rotation unit is arranged to be positioned at a position outside the space where the area irradiated with pattern light by the first light-projecting device, the area irradiated with pattern light by the second light-projecting device, and the imaging area of the imaging unit overlap when the stage is in a predetermined reference position relative to the imaging unit.
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