形狀測定裝置及形狀測定方法制造方法及圖紙

以切實地抑制不適合的數據對測定結果造成影響為目的，形狀測定裝置包含：投影部，將具有共通的重復構造、且相位不同的圖案依次投影至測定對象物上；攝像部，在每次將所述圖案的各個投影至所述測定對象物時以不同的曝光量拍攝所述測定對象物并取得多個圖像數據組；選出部，在所述測定對象物的各區域從所述多個圖像數據組之中選出所述攝像部的輸入輸出特性成為線性的組內的全部數據在有效亮度范圍內的數據組作為適當數據組；及形狀算出部，根據所述選出的適當數據組對每個所述區域求出形狀。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種利用移相法的圖案投影型的。
技術介紹
作為以非接觸方式對測定對象物的面形狀(三維形狀)進行測定的方法，已知有一種借助移相法的圖案投影型的三維形狀測定裝置。在該三維形狀測定裝置中，將具有正弦波狀的強度分布的條紋圖案投影至測定對象物上，一邊使該條紋圖案的相位以固定間距變化，一邊反復拍攝測定對象物，由此通過將所獲得的多張圖像(亮度變化數據)代入至特定的運算式，求出根據測定對象物的面形狀變形的條紋的相位分布(相位圖像)，將該相位圖像展開(相位連接)后，換算成測定對象物的高度分布(高度圖像)。 另外，專利文獻I中所揭示的三維形狀測定裝置中為了防止飽和像素所導致的測定誤差，在投影光量不同的兩種拍攝條件下取得亮度變化數據，逐像素評估兩種亮度變化數據的對比值，將對比值低的亮度變化數據從運算對象中去掉。
技術介紹
文獻專利文獻專利文獻I :日本專利特開平2005-214653號公報
技術實現思路
然而，已明了的是，即便在對比值高的亮度變化數據之中，也會有可能混有不適合相位分布(相位圖像)的運算的不適合的亮度變化數據。因此，本專利技術的目的在于提供一種可切實地抑制不適合的亮度數據對測定結果帶來影響的。本專利技術的形狀測定裝置的一形態包含投影部，將具有共通的重復構造、且相位不同的多種圖案投影至測定對象物上；攝像部，在每次將所述多種圖案的各個投影至所述測定對象物時拍攝所述測定對象物并取得圖像數據組；選出部，從所取得的所述圖像數據組之中選出有關所述測定對象物上的同一區域、且組內的全部數據在有效亮度范圍內的數據組作為適當數據組；及形狀算出部，根據所選出的所述適當數據組，求出在所述測定對象物中成為所述適當數據的取得來源的區域的形狀。本專利技術的形狀測定方法包含投影次序，將具有共通的重復構造、且相位不同的多種圖案依次投影至測定對象物上；拍攝次序，在每次將所述多種圖案的各個投影至所述測定對象物時拍攝所述測定對象物并取得圖像數據組；選出次序，選出有關所述測定對象物上的同一區域、且將組內的全部數據在有效亮度范圍內的數據組作為適當數據組；及形狀算出次序，根據所選出的所述適當數據組，求出在所述測定對象物中成為所述適當數據的取得來源的區域的形狀。根據本專利技術，實現可切實地抑制不適合的亮度數據對測定結果帶來影響的。附圖說明圖I是三維形狀測定裝置的立體圖。圖2是三維形狀測定裝置的整體構成圖。圖3是關于測定的CPU15 (及控制部101)的動作流程圖。圖4是關于解析的CPU15的動作流程圖。圖5是對第I實施方式的解析的流程進行說明的圖。圖6是對有效売度范圍進行說明的圖。圖7是展開后的相位圖像Ψ,的例子。 圖8是高度分布Zk的例子。圖9是關于第2實施方式的解析的CPU15的動作流程圖。圖10是對第2實施方式的解析的流程進行說明的圖。圖11是表示快門速度和亮度值的關系的特性曲線。圖12是以對數刻度表示圖11的橫軸(快門速度)的圖。11測定對象物12平臺13投影部14攝像部21光源裝置101控制部100計算機具體實施例方式以下，將三維形狀測定裝置作為本專利技術的第I實施方式而進行說明。圖I是表示本實施方式的三維形狀測定裝置的機械構成的立體圖。如圖I所示，三維形狀測定裝置包含載置工業產品或零件等測定對象物11的平臺12、和彼此固定的投影部13及攝像部14。在投影部13的光軸和攝像部14的光軸之間設有角度，兩者的光軸在平臺12的基準面上交叉。其中攝像部14的光軸相對于平臺12的基準面垂直。此外，也可以使投影部13的光軸垂直來代替使攝像部14的光軸垂直，但于此假設攝像部14的光軸垂直。平臺12包含Θ平臺12 Θ，使測定對象物11繞和攝像部14的光軸平行的軸旋轉；X平臺12X，使測定對象物11朝向和攝像部14的光軸垂直的特定方向(X方向)移位 '及Y平臺12Y，使測定對象物11朝向相對于Θ平臺12Θ的旋轉軸和X方向雙方垂直的特定方向(Y方向)移位。投影部13是從相對于攝像部14的光軸傾斜的方向對平臺12上的一部分區域(照明區域)照明的光學系統，且依次配置照明元件22、圖案形成部23、投影光學系統24。此外，本實施方式的測定對象物11的尺寸假設為小到測定對象物11的整體在投影部13的照明區域內的程度。投影部13的圖案形成部23是透射率分布可變的面板(液晶顯示元件等)，通過對該面板顯示條紋式樣圖案(正弦晶格圖案)，將從投影部13朝向照明區域的照明光束的剖面強度分布設為正弦波狀。顯示在圖案形成部23的正弦晶格圖案的晶格狀的明暗的重復方向相對于投影部13的光軸和攝像部14的光軸雙方所存在的面垂直。另外，位于圖案形成部23的顯示面上的中央附近的基準點相對于攝像部14的光軸和投影部13的光軸交叉點而光學共軛，由此正弦晶格圖案的投影目標設定在配置于平臺12的照明區域內的測定對象物11的表面(以下稱為“被檢測面”)。此外，只要可以向被檢測面上投影正弦晶格圖案即可，圖案形成部23的基準點和平臺12的基準點也可以不成為完全的共軛關系。攝像部14依次配置有成像光學系統25，為檢測平臺12上的照明區域 的像(亮度分布)的光學系統，將在該照明區域所產生的反射光成像；及攝像元件26，拍攝成像光學系統25所成像的像而取得圖像。位于攝像元件26的拍攝面上的中央附近的基準點相對于攝像部14的光軸和投影部13的光軸的交叉點而光學共軛，攝像元件26在平臺12上可以取得配置在投影部13的照明區域內的測定對象物11的圖像(被檢測面的圖像)。此外，只要能以充分的對比度取得被檢測面的圖像，攝像部14的光軸和投影部13的光軸的交叉點、與攝像元件26的基準點也可以不成為完全的共軛關系。于此，投影部13的光源(圖2的符號21)接通，如果在該狀態下驅動攝像元件26，則可以取得正弦晶格圖案所投影的被檢測面的圖像(=包含被檢測面的面形狀信息的圖像)。以下，將該圖像稱為“條紋圖像”。另外，如果正弦晶格圖案的周期不變而一邊使正弦晶格圖案的相位移位一邊重復取得條紋圖像，則用來使則被檢測面的面形狀數據D已知的信息齊全。此外，被檢測面包含反射率高的材質、例如金屬，有時包含傾斜角度不同的各種部分。在此情況下，當從攝像部14的一側觀察被檢測面時，在該被檢測面混合存在極其亮的部分和極其暗的部分。極其亮的部分是具有將從投影部13的一側入射的照明光的大部分(主要是正反射光)朝向攝像部14的方向反射那樣的傾斜角度的部分，極其暗的部分是具有將從投影部13的一側照射的照明光的大部分(主要是正反射光)朝與攝像部14偏離的方向反射那樣的傾斜角度的部分。圖2是三維形狀測定裝置的整體構成圖。在圖2中，對和圖I所示的要素相同的要素標注相同符號。如圖2所示，在投影部13連結著作為投影部13的光源的主光源21。該主光源21用于圖案投影型的面形狀測定，因此可以應用例如、LED(Light Emitting Diode,發光二極管)、齒素燈、金屬齒化物燈、激光光源等一般光源。從主光源21射出的光經過光纖21’導入至照明元件22。此外，于此表示使用光纖21’的例子，也可以不使用光纖而將LED等小型光源配置在圖I的符號22所示的位置。該主光源21、投影部13的圖案形成部23、攝像部14的攝像元件26分別連接在計算機100的控制部101。控制部101控制將主光源21本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：青木洋，
申請(專利權)人：株式會社尼康，
類型：
國別省市：