JPH0814844A - 表面形状３次元計測方法 - Google Patents
表面形状３次元計測方法Info
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- JPH0814844A JPH0814844A JP14820894A JP14820894A JPH0814844A JP H0814844 A JPH0814844 A JP H0814844A JP 14820894 A JP14820894 A JP 14820894A JP 14820894 A JP14820894 A JP 14820894A JP H0814844 A JPH0814844 A JP H0814844A
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011295 pitch Substances 0.000 abstract description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
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- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 物体の表面形状が実際の配置の通りに得られ
る表面形状３次元計測方法の提供。 【構成】 計測対象物体の表面に対して斜め方向から投
影した格子を別の角度から観察する変形格子投影法によ
り複数の縞画像を得、該縞画像から縞走査法により形状
データを求める表面形状３次元計測方法において、前記
形状データを平面補正（平面補正の式：Ｚ＝ａ＋ｂＸ＋
ｃＹ：ａ、ｂ、ｃは変換パラメータ、Ｘ、Ｙは解析しよ
うとする形状データの座標、Ｚは補正高さ）することに
より計測対象物体の表面形状を求めるように構成した。
る表面形状３次元計測方法の提供。 【構成】 計測対象物体の表面に対して斜め方向から投
影した格子を別の角度から観察する変形格子投影法によ
り複数の縞画像を得、該縞画像から縞走査法により形状
データを求める表面形状３次元計測方法において、前記
形状データを平面補正（平面補正の式：Ｚ＝ａ＋ｂＸ＋
ｃＹ：ａ、ｂ、ｃは変換パラメータ、Ｘ、Ｙは解析しよ
うとする形状データの座標、Ｚは補正高さ）することに
より計測対象物体の表面形状を求めるように構成した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非接触で計測対象物体
の表面形状を求める表面形状３次元計測方法に関する。
の表面形状を求める表面形状３次元計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、機械部品や接点等の電気部品の表
面を非接触で高精度に計測する方法として、三角測量の
原理を応用した光触針を計測ヘッドとし、ＸＹテーブル
の上に計測対象物体を設置して、このＸＹテーブルを駆
動することにより表面形状を計測するものや、走査型電
子顕微鏡を用いて電子ビームを計測対象物体面にあて、
反射したビームを複数のセンサーで捕らえて演算により
形状に直す方法がある。
面を非接触で高精度に計測する方法として、三角測量の
原理を応用した光触針を計測ヘッドとし、ＸＹテーブル
の上に計測対象物体を設置して、このＸＹテーブルを駆
動することにより表面形状を計測するものや、走査型電
子顕微鏡を用いて電子ビームを計測対象物体面にあて、
反射したビームを複数のセンサーで捕らえて演算により
形状に直す方法がある。
【０００３】しかし、三角測量の原理を応用したもの
は、ＸＹテーブルのスキャニングに時間を要するため実
用にならない場合があり、走査型電子顕微鏡を用いたも
のは、計測対象物体の前処理として蒸着が必要なため、
厳密には非接触とは言えず、計測対象物体が使用できな
くなることがある。
は、ＸＹテーブルのスキャニングに時間を要するため実
用にならない場合があり、走査型電子顕微鏡を用いたも
のは、計測対象物体の前処理として蒸着が必要なため、
厳密には非接触とは言えず、計測対象物体が使用できな
くなることがある。
【０００４】そこで、特開平４−２７８４０６号に開示
されるように、計測対象物体の表面に対し斜め方向に位
置する光源より格子を投影し、図５に示す計測対象物体
2 の表面にできた縞画像A の明度を格子の投影方向とは
別の角度から計測する変形格子投影法を用い、その縞画
像A を演算処理することにより、物体の３次元の表面形
状を求める縞走査法がある。この変形格子投影法、縞走
査法を用いた計測装置は、光を放出する光源と、一定間
隔のピッチからなる格子と、格子を通過した光を計測対
象物体に縞画像として投影する投影レンズと、計測対象
物体の表面の縞画像を撮影する撮影レンズと、撮影レン
ズで撮影した縞画像を入力するＣＣＤカメラと、ＣＣＤ
カメラの映像より計測対象物体の表面形状を演算して求
める制御部とを有している。この計測装置は、光源、格
子、投影レンズ、計測対象物体からなる投影系を計測対
象物体の法線方向から一定角度を有する方向に、計測対
象物体、撮影レンズ、ＣＣＤカメラからなる撮影系を計
測対象物体の法線方向に設けている。
されるように、計測対象物体の表面に対し斜め方向に位
置する光源より格子を投影し、図５に示す計測対象物体
2 の表面にできた縞画像A の明度を格子の投影方向とは
別の角度から計測する変形格子投影法を用い、その縞画
像A を演算処理することにより、物体の３次元の表面形
状を求める縞走査法がある。この変形格子投影法、縞走
査法を用いた計測装置は、光を放出する光源と、一定間
隔のピッチからなる格子と、格子を通過した光を計測対
象物体に縞画像として投影する投影レンズと、計測対象
物体の表面の縞画像を撮影する撮影レンズと、撮影レン
ズで撮影した縞画像を入力するＣＣＤカメラと、ＣＣＤ
カメラの映像より計測対象物体の表面形状を演算して求
める制御部とを有している。この計測装置は、光源、格
子、投影レンズ、計測対象物体からなる投影系を計測対
象物体の法線方向から一定角度を有する方向に、計測対
象物体、撮影レンズ、ＣＣＤカメラからなる撮影系を計
測対象物体の法線方向に設けている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述した変形格子投影
法、縞走査法を用いた表面形状３次元計測方法は、投影
系が計測対象物体2 の法線方向から一定角度を有する方
向に設けているため、縞画像を演算処理する縞走査法で
求められた物体の３次元の表面形状を示す形状データB
が、図６に示すように傾いた状態となる。従って、傾い
た状態のまま形状データをグラフ等で表示し、物体の表
面形状を観察していた。
法、縞走査法を用いた表面形状３次元計測方法は、投影
系が計測対象物体2 の法線方向から一定角度を有する方
向に設けているため、縞画像を演算処理する縞走査法で
求められた物体の３次元の表面形状を示す形状データB
が、図６に示すように傾いた状態となる。従って、傾い
た状態のまま形状データをグラフ等で表示し、物体の表
面形状を観察していた。
【０００６】本発明は、かかる事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、物体の表面形状が実際の
配置の通りに得られる表面形状３次元計測方法を提供す
るにある。
で、その目的とするところは、物体の表面形状が実際の
配置の通りに得られる表面形状３次元計測方法を提供す
るにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、請求項１記載の表面形状３次元計測方法は、計測
対象物体の表面に対して斜め方向から投影した格子を別
の角度から観察する変形格子投影法により複数の縞画像
を得、該縞画像から縞走査法により形状データを求める
表面形状３次元計測方法において、前記形状データを平
面補正することにより計測対象物体の表面形状を求める
方法としている。
めに、請求項１記載の表面形状３次元計測方法は、計測
対象物体の表面に対して斜め方向から投影した格子を別
の角度から観察する変形格子投影法により複数の縞画像
を得、該縞画像から縞走査法により形状データを求める
表面形状３次元計測方法において、前記形状データを平
面補正することにより計測対象物体の表面形状を求める
方法としている。
【０００８】
【作用】請求項１記載の方法によれば、縞走査法で得ら
れた形状データを平面補正することにより、計測対象物
体面に対して斜め方向から投影しても、形状データが傾
くことなしに、物体の表面形状が実際の配置の通りに得
られる。
れた形状データを平面補正することにより、計測対象物
体面に対して斜め方向から投影しても、形状データが傾
くことなしに、物体の表面形状が実際の配置の通りに得
られる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図４に基
づいて説明する。図１は本発明の表面形状３次元計測方
法の平面補正を示すフローチャートであり、図２はその
方法を実施するための構成である。
づいて説明する。図１は本発明の表面形状３次元計測方
法の平面補正を示すフローチャートであり、図２はその
方法を実施するための構成である。
【００１０】1 は光源であり、ランプ1a、レンズ1b、反
射板1cを有して光を放出する。光は後述する格子、投影
レンズを通り、計測対象物体2 の法線に対して一定角度
をもって当てられる。
射板1cを有して光を放出する。光は後述する格子、投影
レンズを通り、計測対象物体2 の法線に対して一定角度
をもって当てられる。
【００１１】3 は格子であり、一定間隔のピッチからな
る隙間を光が通過するよう構成されている。この格子
は、光が通過する所としない所の２パターンを有するよ
うに、金属、樹脂、木材、あるいは液晶等で形成され
る。
る隙間を光が通過するよう構成されている。この格子
は、光が通過する所としない所の２パターンを有するよ
うに、金属、樹脂、木材、あるいは液晶等で形成され
る。
【００１２】4 は投影レンズであり、格子3 を通過した
光を計測対象物体2 の表面に投影し、明暗を有する縞模
様からなる縞画像を形成する。この投影レンズ4 の光軸
は、格子3 に対して垂直になっており、計測対象物体2
の法線に対して一定角度を有している。5 は計測台であ
り、計測対象物体2 を載置する。
光を計測対象物体2 の表面に投影し、明暗を有する縞模
様からなる縞画像を形成する。この投影レンズ4 の光軸
は、格子3 に対して垂直になっており、計測対象物体2
の法線に対して一定角度を有している。5 は計測台であ
り、計測対象物体2 を載置する。
【００１３】6 は撮影レンズであり、計測対象物体2 の
表面の縞画像を撮影するものであって、計測対象物体2
の真上に設けられている。ところで、光源1 、格子3 、
投影レンズ4 、計測対象物体2 からなる光軸を投影系、
計測対象物体2 、撮影レンズ6 からなる光軸を撮影系と
呼ぶ。従って、投影系は計測対象物体2 の法線に対して
一定角度を有するように、また、撮影系は計測対象物体
2 の法線方向に設けられている。
表面の縞画像を撮影するものであって、計測対象物体2
の真上に設けられている。ところで、光源1 、格子3 、
投影レンズ4 、計測対象物体2 からなる光軸を投影系、
計測対象物体2 、撮影レンズ6 からなる光軸を撮影系と
呼ぶ。従って、投影系は計測対象物体2 の法線に対して
一定角度を有するように、また、撮影系は計測対象物体
2 の法線方向に設けられている。
【００１４】7 はＣＣＤカメラであり、撮影レンズ6 で
撮影した縞画像を映像として入力する。
撮影した縞画像を映像として入力する。
【００１５】8 は制御部であり、ＣＣＤカメラ7 の映像
より計測対象物体2 の表面形状を演算して求める。この
制御部8 は、カメラコントローラ9 、画像入力ボード1
0、コンピュータ11、テーブルコントローラ12より構成
されており、ＣＣＤカメラ7 に入力された縞画像を、カ
メラコントローラ9 、画像入力ボード10を介してコンピ
ュータ11に入力する。テーブルコントローラ12は、格子
3 の位置をピッチ方向に移動させるものであり、コンピ
ュータ11で制御される。
より計測対象物体2 の表面形状を演算して求める。この
制御部8 は、カメラコントローラ9 、画像入力ボード1
0、コンピュータ11、テーブルコントローラ12より構成
されており、ＣＣＤカメラ7 に入力された縞画像を、カ
メラコントローラ9 、画像入力ボード10を介してコンピ
ュータ11に入力する。テーブルコントローラ12は、格子
3 の位置をピッチ方向に移動させるものであり、コンピ
ュータ11で制御される。
【００１６】次に、以上の構成を用いた表面形状３次元
計測方法について説明する。光源1を点灯することで、
格子3 、投影レンズ4 を通過した光は、計測対象物体2
の表面に投影系から見て等間隔のピッチの縞画像を形成
する。それを撮影レンズ6 で撮影系から観察することに
より、計測対象物体2 の表面の凹凸に応じた変形格子か
らなる縞画像を撮影することができる。これが、変形格
子投影法である。その縞画像の画素データを、ＣＣＤカ
メラ7 、カメラコントローラ9 、画像入力ボード10を経
て、コンピュータ11に入力したあとで、テーブルコント
ローラ12により格子3 を格子の１／４ピッチだけピッチ
方向に移動させる。そして上記と同様に縞画像を撮影す
る。これを４回繰り返し、４種類の縞画像（縞画像１、
縞画像２、縞画像３、縞画像４）を画素データとしてコ
ンピュータ11に入力する。
計測方法について説明する。光源1を点灯することで、
格子3 、投影レンズ4 を通過した光は、計測対象物体2
の表面に投影系から見て等間隔のピッチの縞画像を形成
する。それを撮影レンズ6 で撮影系から観察することに
より、計測対象物体2 の表面の凹凸に応じた変形格子か
らなる縞画像を撮影することができる。これが、変形格
子投影法である。その縞画像の画素データを、ＣＣＤカ
メラ7 、カメラコントローラ9 、画像入力ボード10を経
て、コンピュータ11に入力したあとで、テーブルコント
ローラ12により格子3 を格子の１／４ピッチだけピッチ
方向に移動させる。そして上記と同様に縞画像を撮影す
る。これを４回繰り返し、４種類の縞画像（縞画像１、
縞画像２、縞画像３、縞画像４）を画素データとしてコ
ンピュータ11に入力する。
【００１７】計測対象物体2 の任意の位置での各縞画像
の画素の光強度をＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４とすると、任
意の位置の位相φは、次の式で求められる。
の画素の光強度をＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４とすると、任
意の位置の位相φは、次の式で求められる。
【００１８】 φ＝ｔａｎ-1（（Ｉ２−Ｉ４）／（Ｉ１−Ｉ３）） このデータを計測対象物体の表面全体にわたってつなぎ
合わせることで、全体の形状データが得られる。なお、
以上のような演算をすることを縞走査法と呼ぶ。この形
状データB は、図４（ａ）に示すように傾いたものとな
っている。
合わせることで、全体の形状データが得られる。なお、
以上のような演算をすることを縞走査法と呼ぶ。この形
状データB は、図４（ａ）に示すように傾いたものとな
っている。
【００１９】次に、前記の形状データB を平面補正する
方法について説明する。この形状データを平面補正する
式を Ｚ＝ａ＋ｂＸ＋ｃＹ とする。この式において、ａ、ｂ、ｃは変換パラメー
タ、Ｘ、Ｙは解析しようとする形状データの座標、Ｚは
補正高さである。
方法について説明する。この形状データを平面補正する
式を Ｚ＝ａ＋ｂＸ＋ｃＹ とする。この式において、ａ、ｂ、ｃは変換パラメー
タ、Ｘ、Ｙは解析しようとする形状データの座標、Ｚは
補正高さである。
【００２０】ここで、格子3 の一定間隔のピッチからな
る隙間と平行にＹ軸を設定することにより、 ｃ＝０ とすることができる。次に、図３に示すように、格子3
を通る光の鉛直方向ピッチをｐ、平面に縞画像を形成し
た場合の１ピッチ当たりのＣＣＤカメラ7 上の画素数を
ｎとすると ｂ＝ｐ／ｎ とすることができる。また、解析領域開始点でＺ＝０と
なる形状データのＸ軸上の点をｘ1 とすると、 ａ＝−ｂｘ1 とすることができる。従って、 Ｚ＝−ｂｘ1 ＋ｂＸ ＝−ｐ／ｎ（ｘ1 −Ｘ） となる。この式より各Ｘの位置における補正高さＺを計
算し、形状データの位相φよりＺを減算することによ
り、平面補正した形状データが得られる。ただし、位相
φより補正高さＺを減算するためには、位相飛び補正と
単位変換が必要である。位相飛び補正は、πより−πに
飛ぶ位相を連続的にするものであり、位相飛び補正をし
たあと、 Ｚ（φ）＝ｐφ／（２π） と単位変換することにより、位相φより補正高さＺを減
算することが可能となる。
る隙間と平行にＹ軸を設定することにより、 ｃ＝０ とすることができる。次に、図３に示すように、格子3
を通る光の鉛直方向ピッチをｐ、平面に縞画像を形成し
た場合の１ピッチ当たりのＣＣＤカメラ7 上の画素数を
ｎとすると ｂ＝ｐ／ｎ とすることができる。また、解析領域開始点でＺ＝０と
なる形状データのＸ軸上の点をｘ1 とすると、 ａ＝−ｂｘ1 とすることができる。従って、 Ｚ＝−ｂｘ1 ＋ｂＸ ＝−ｐ／ｎ（ｘ1 −Ｘ） となる。この式より各Ｘの位置における補正高さＺを計
算し、形状データの位相φよりＺを減算することによ
り、平面補正した形状データが得られる。ただし、位相
φより補正高さＺを減算するためには、位相飛び補正と
単位変換が必要である。位相飛び補正は、πより−πに
飛ぶ位相を連続的にするものであり、位相飛び補正をし
たあと、 Ｚ（φ）＝ｐφ／（２π） と単位変換することにより、位相φより補正高さＺを減
算することが可能となる。
【００２１】従って、以上により求められた平面補正さ
れた形状データより、実際の配置の通りの計測対象物体
2 の３次元表面形状が求められる。
れた形状データより、実際の配置の通りの計測対象物体
2 の３次元表面形状が求められる。
【００２２】なお、格子3 は、光が通過する所としない
所の２パターンを有するものとしたが、これに限定され
るものではなく、徐々に光の通過量が変化するような液
晶パターンで形成してもよい。また、４画面利用の縞走
査法について説明したが、特に４画面に限定されるもの
ではなく、３画面以上で利用することが可能である。
所の２パターンを有するものとしたが、これに限定され
るものではなく、徐々に光の通過量が変化するような液
晶パターンで形成してもよい。また、４画面利用の縞走
査法について説明したが、特に４画面に限定されるもの
ではなく、３画面以上で利用することが可能である。
【００２３】
【発明の効果】請求項１記載の表面形状３次元計測方法
は、縞走査法で得られた形状データを平面補正すること
により、計測対象物体面に対して斜め方向から投影して
も、形状データが傾くことなしに、物体の表面形状が実
際の配置の通りに得られるので、解析しやすくなる。
は、縞走査法で得られた形状データを平面補正すること
により、計測対象物体面に対して斜め方向から投影して
も、形状データが傾くことなしに、物体の表面形状が実
際の配置の通りに得られるので、解析しやすくなる。
【図１】本発明の表面形状３次元計測方法の平面補正を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
【図２】その表面形状３次元計測方法の構成を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図３】その計測対象物体に光が当たる様子を示す側面
図である。
図である。
【図４】その形状データを平面補正するための座標を示
す説明図である。
す説明図である。
【図５】本発明の従来例を示す計測対象物体の表面上の
縞画像を示す平面図である。
縞画像を示す平面図である。
【図６】その形状データである。
1 光源 2 計測対象物体 3 格子 4 投影レンズ 5 計測台 6 撮影レンズ 7 ＣＣＤカメラ 8 制御部 9 カメラコントロール 10 画像入力ボード 11 コンピュータ 12 テーブルコントローラ
Claims (1)
- 【請求項１】 計測対象物体の表面に対して斜め方向
から投影した格子を別の角度から観察する変形格子投影
法により複数の縞画像を得、該縞画像から縞走査法によ
り形状データを求める表面形状３次元計測方法におい
て、前記形状データを平面補正することにより計測対象
物体の表面形状を求めることを特徴とする表面形状３次
元計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14820894A JPH0814844A (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | 表面形状３次元計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14820894A JPH0814844A (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | 表面形状３次元計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0814844A true JPH0814844A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15447688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14820894A Pending JPH0814844A (ja) | 1994-06-29 | 1994-06-29 | 表面形状３次元計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814844A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100383816B1 (ko) * | 2000-06-26 | 2003-05-16 | 한국전력공사 | 적응적 영역분할기를 이용한 3차원 표면 형상 측정 방법및 장치 |
-
1994
- 1994-06-29 JP JP14820894A patent/JPH0814844A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100383816B1 (ko) * | 2000-06-26 | 2003-05-16 | 한국전력공사 | 적응적 영역분할기를 이용한 3차원 표면 형상 측정 방법및 장치 |
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