JP2007315946A - Three-dimensional shape measurement method and three-dimensional shape measuring device using this - Google Patents

Three-dimensional shape measurement method and three-dimensional shape measuring device using this Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a phase shift method capable of determining whether matter existing on the surface of a measuring object is a recessed part like a crack or a bit projection object like a burr adhering on the surface of the measuring object. <P>SOLUTION: In the three-dimensional shape measurement method, a process of projecting light of a stripe pattern to a measuring object and acquiring a pick-up image by photographing the measuring object from the direction different from the projection direction of the stripe pattern is executed a plurality of times while shifting the phase of the stripe pattern at a constant interval, and pick-up images are imaged by a plurality of imaging devices. Thus, the phase value of the stripe pattern calculated based on lightness variation at the same point in the plurality of pick-up images acquired in the execution of the plurality of time of the process, and height information at each point on the pick-up images is acquired based on the phase value. In a range where the height information cannot be acquired only based on the data from a pick-up image imaged by a single imaging device, data from the pick-up images imaged by the plurality of imaging devices is compared, thereby acquiring the height information. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、位相シフト法(縞走査)により、計測対象物の３次元形状を計測する３次元形状計測方法及びこれを用いた３次元形状計測装置に関するものである。   The present invention relates to a three-dimensional shape measurement method for measuring a three-dimensional shape of a measurement object by a phase shift method (stripe scanning) and a three-dimensional shape measurement apparatus using the same.

従来から、計測対象物の３次元形状を計測する方法として、位相シフト法(縞走査)が用いられている。この位相シフト法は、計測対象物に対して、１／２πずつ周期をずらした４組の正弦波の縞模様の光を投影して、これを撮像装置で撮像し、縞模様の位相のずれを解析することにより、計測対象物の高さ情報を求める方法である。   Conventionally, a phase shift method (stripe scanning) is used as a method of measuring the three-dimensional shape of a measurement object. In this phase shift method, four sets of sinusoidal striped light with a period shifted by 1 / 2π are projected onto the measurement object, and this is imaged by an imaging device, and the phase shift of the striped pattern is detected. This is a method for obtaining the height information of the measurement object by analyzing.

この位相シフト法による３次元形状計測方法は、計測対象物の３次元形状を高速かつ高精度で計測することが可能であるために、部品の検査方法として広く使用されている。   This three-dimensional shape measurement method based on the phase shift method is widely used as a part inspection method because it can measure the three-dimensional shape of a measurement object at high speed and with high accuracy.

しかしながら、この位相シフト法では、計測対象物に凹凸部分があって、この部分が撮像装置によって撮像できない場合には、この部分の高さ情報を得ることはできなかった。このような場合には、複数の撮像装置を用いることにより、広い範囲において高さ情報を得る計測方法が特許文献１に開示されている。また、計測対象物を移動することにより、広い範囲において高さ情報を得る計測装置が特許文献２に開示されている。
特開２００１−１２９２５号公報 特開平１１−２１１４４３号公報 However, in this phase shift method, when there is an uneven portion on the measurement object and this portion cannot be imaged by the imaging device, the height information of this portion cannot be obtained. In such a case, Patent Document 1 discloses a measurement method for obtaining height information in a wide range by using a plurality of imaging devices. Further, Patent Document 2 discloses a measurement device that obtains height information in a wide range by moving a measurement object.
JP 2001-12925 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-211443

計測対象物の表面に比較的大きな凹凸部があって、この部分に光が投影されている場合には、撮像装置の位置や計測対象物の位置を照射光に対して変化させることにより、単独の撮像装置では撮像できない部分についても、特許文献１に記載されている計測方法や特許文献２に記載されている計測装置では、このような部分を撮像することが可能となり、この結果として、高さ情報を得ることのできる範囲を拡張することができるようになる。   If there is a relatively large uneven part on the surface of the measurement object and light is projected on this part, the position of the imaging device or the position of the measurement object can be changed by changing the position of the measurement object with respect to the irradiation light. As for the part that cannot be imaged by the imaging apparatus, the measuring method described in Patent Document 1 and the measuring apparatus described in Patent Document 2 can image such a part. The range in which information can be obtained can be expanded.

しかしながら、特許文献１に記載されている計測方法や特許文献２に記載されている計測装置であっても、この位相シフト法では、計測対象物にクラックのような幅の狭い凹部分が存在している場合や、バリのような幅の狭い小片突起物が計測対象物の表面に付着している場合には、この部分では高さが急減に変化しているために、これらの部分の高さ情報を得ることはできなくなるおそれがあった。   However, even in the measurement method described in Patent Document 1 and the measurement apparatus described in Patent Document 2, this phase shift method has a narrow concave portion such as a crack in the measurement object. If there is a small protrusion such as a burr attached to the surface of the measurement object, the height of this part changes rapidly, so the height of these parts There was a risk that information could not be obtained.

つまり、計測対象物の表面にクラックのような幅が狭くて深い凹部がある場合には、計測対象物に光を照射しても、この部分からは照射光は反射されることはない。このために、撮像装置の位置や計測対象物の位置を照射光に対して変化させたとしても、この凹部からは、光が反射されないことには変わりはない。   That is, when the surface of the measurement object has a narrow and deep recess such as a crack, even if the measurement object is irradiated with light, the irradiated light is not reflected from this portion. For this reason, even if the position of the imaging device or the position of the measurement object is changed with respect to the irradiation light, the light is not reflected from the recess.

また、バリのような小片突起物が計測対象物の表面に付着している場合にも、この部分からは光は反射されにくくなり、高さ情報を得ることができない。そして、撮像装置の位置や計測対象物の位置を照射光に対して変化させたとしても、この部分からは、光が反射されにくいことには変わりはない。したがって、従来の位相シフト法では、特許文献１に記載されている計測方法や特許文献２に記載されている計測装置を用いたとしても、計測対象物にクラックのような凹部分がある場合や、バリのような小片突起物が計測対象物の表面に付着している場合には、これらの部分の高さ情報を得ることはできないことがあった。   Even when a small protrusion such as a burr adheres to the surface of the measurement object, light is less likely to be reflected from this portion, and height information cannot be obtained. Even if the position of the imaging device or the position of the measurement object is changed with respect to the irradiation light, the light is hardly reflected from this portion. Therefore, in the conventional phase shift method, even if the measurement method described in Patent Document 1 or the measurement device described in Patent Document 2 is used, there is a case where the measurement object has a concave portion such as a crack. When small projections such as burrs are attached to the surface of the measurement object, height information of these parts may not be obtained.

一方、位相シフト法を用いて、プラスチックや金属製の部品等を製品検査するときに、表面にクラックのような凹部が存在している場合には、この製品は不具合品として廃棄等の処置をすることが必要となる。これに対して、このような部品の表面にバリのような小片突起物が付着している場合には、このバリを除去することで、良品として使用することが可能となる。つまり、製品検査においては、計測対象物の表面に存在するものが凹部か小片突起物を判断することによって、歩留まりを向上することができ、生産性を高めることができる。   On the other hand, when a product such as a plastic or metal part is inspected using the phase shift method and there is a concave part such as a crack on the surface, this product should be disposed of as a defective product. It is necessary to do. On the other hand, when a small protrusion such as a burr adheres to the surface of such a component, it can be used as a non-defective product by removing the burr. That is, in the product inspection, by determining whether the object existing on the surface of the measurement object is a recess or a small protrusion, the yield can be improved and the productivity can be increased.

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、計測対象物の表面にあるものが、クラックのような凹部分であるか、バリのような小片突起物が計測対象物の表面に付着しているかを判断できる位相シフト法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and the object of the present invention is that the object on the surface of the measurement object is a concave part such as a crack or a small protrusion such as a burr. Another object of the present invention is to provide a phase shift method that can determine whether or not the material is attached to the surface of the measurement object.

上記課題を解決するために、本発明の３次元形状計測方法は、光の明度が正弦波状に変化する縞パターンを計測対象物に投影し、縞パターンの投影方向と異なる方向から計測対象物を撮像した撮像画像を得る過程を、縞パターンの位相を一定間隔でずらしながら複数回実行し、撮像画像を複数の撮像装置によって撮像画像を撮像することにより、前記複数回の過程で得られた複数枚の撮像画像における同一点での明度変化に基づいて縞パターンの位相値を演算するとともに該位相値から撮像画像上の各点における高さ情報を得ることで計測対象物の３次元形状を計測する３次元形状計測方法において、単独の撮像装置によって撮像された撮像画像からのデータのみでは高さ情報を得ることできない範囲について、複数の撮像装置によって撮像される撮像画像からのデータを比較することにより、高さ情報を得ることを特徴としている。   In order to solve the above problems, the three-dimensional shape measurement method of the present invention projects a fringe pattern in which the lightness of light changes in a sine wave shape onto a measurement object, and moves the measurement object from a direction different from the projection direction of the stripe pattern. The process of obtaining the captured image is performed a plurality of times while shifting the phase of the fringe pattern at a constant interval, and the plurality of images obtained in the plurality of processes are obtained by capturing the captured image with a plurality of imaging devices. The phase value of the fringe pattern is calculated based on the brightness change at the same point in one captured image, and the height information at each point on the captured image is obtained from the phase value, and the three-dimensional shape of the measurement object is measured. In the three-dimensional shape measurement method, a plurality of imaging devices captures a range in which height information cannot be obtained only by data from a captured image captured by a single imaging device. By comparing the data from the captured image, it is characterized by obtaining height information.

また、前記複数の撮像装置によって撮像される撮像画像の撮像データを比較して、高さ情報を得ることできない範囲が各々一致している場合には、その範囲を表面に凹部が存在すると判断して、高さ情報を得ることできない範囲が各々一致していない場合には、その範囲に小片突起物が付着していると判断することを特徴としている。   In addition, by comparing the imaging data of the captured images captured by the plurality of imaging devices and when the ranges where the height information cannot be obtained match each other, it is determined that there is a recess on the surface. Thus, when the ranges where the height information cannot be obtained do not coincide with each other, it is determined that the small protrusions are attached to the ranges.

本発明の３次元形状計測方法は、単独の撮像装置によって撮像された撮像画像からのデータのみでは高さ情報を得ることできない範囲について、複数の撮像装置によって撮像される撮像画像からのデータを比較して、高さ情報を得ることできない範囲が各々一致している場合には、その範囲を表面に凹部が存在すると判断して、高さ情報を得ることできない範囲が各々一致していない場合には、その範囲に小片突起物が付着していると判断する。このために、高さ情報を得ることできない範囲であっても、この範囲に凹部が存在するか、小片突起物が付着しているかを知ることが可能となり、計測対象物の検査精度を向上することができる。   The three-dimensional shape measurement method of the present invention compares data from captured images captured by a plurality of imaging devices over a range in which height information cannot be obtained only from the data captured from a captured image captured by a single imaging device. If the ranges where the height information cannot be obtained match each other, it is determined that there is a recess on the surface, and the ranges where the height information cannot be obtained do not match each other. Determines that small protrusions are attached to the area. For this reason, even if it is a range where height information cannot be obtained, it is possible to know whether there is a recess in this range or a small protrusion is attached, thereby improving the inspection accuracy of the measurement object. be able to.

（実施形態１）
本実施形態の３次元形状計測方法について図１〜５に基づいて説明する。本発明の３次元形状計測方法は、図１に示すように、計測対象物１と、計測対象物１に光を照射する光照射部５と、計測対象物１を撮像するメイン撮像装置２及び補助撮像装置３と、メイン撮像装置２及び補助撮像装置３からの撮像データを演算する演算部（図示せず）とを用いる。 (Embodiment 1)
A three-dimensional shape measurement method according to this embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the three-dimensional shape measurement method of the present invention includes a measurement object 1, a light irradiation unit 5 that irradiates light to the measurement object 1, a main imaging device 2 that images the measurement object 1, and The auxiliary imaging device 3 and a calculation unit (not shown) that calculates imaging data from the main imaging device 2 and the auxiliary imaging device 3 are used.

本実施形態の３次元形状計測方法を以下に説明する。まず、光照射部５から、光の明度が正弦波状に変化する縞パターンを計測対象物１に投影して、この撮像画像をメイン撮像装置２で撮像する。つぎに、縞パターンの位相を一定間隔でずらしながら複数回、光照射部５から光を計測対象物１に照射して、同様にして撮像画像をメイン撮像装置２で撮像する。それぞれの光照射の状態において、メイン撮像装置２から出力される撮像データについて、撮像画像における同一点での明度変化に基づいて縞パターンの位相値を演算部で演算することにより、計測対象物１について計測対象物の高さ情報を得る。   The three-dimensional shape measurement method of this embodiment will be described below. First, from the light irradiation unit 5, a fringe pattern whose light intensity changes in a sine wave shape is projected onto the measurement object 1, and this captured image is captured by the main imaging device 2. Next, the measurement object 1 is irradiated with light from the light irradiation unit 5 a plurality of times while shifting the phase of the fringe pattern at a constant interval, and the captured image is similarly captured by the main imaging device 2. In each light irradiation state, for the imaging data output from the main imaging device 2, the phase value of the fringe pattern is calculated by the calculation unit based on the change in brightness at the same point in the captured image, whereby the measurement object 1 The height information of the measurement object is obtained.

ここで、図１（ａ）に示すように、計測対象物１の表面に、バリやクラックが存在しない場合には、前述したように、メイン撮像装置２のみで撮像した撮像データを演算することにより、 図１（ｂ）に示すような高さ情報図１０を得ることができる。   Here, as shown in FIG. 1A, when there are no burrs or cracks on the surface of the measurement object 1, as described above, the imaging data captured only by the main imaging device 2 is calculated. Thus, the height information diagram 10 as shown in FIG. 1B can be obtained.

つぎに、計測対象物１の表面に、バリ７のような小片突起物が付着している場合の３次元形状計測方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、メイン撮像装置２のみで撮像した撮像データを演算することにより、 図２（ｂ）に示すような高さ情報図１１を得る。このとき、バリ７によって、計測対象物１の表面には、メイン撮像装置２からは、観測不能な範囲Ａが存在する。このために、図２（ｂ）に示すような高さ情報図１１には、高さ情報を得ることができない範囲２１が存在することになる。   Next, a three-dimensional shape measurement method in the case where a small piece projection such as a burr 7 is attached to the surface of the measurement object 1 will be described. First, as shown in FIG. 2 (a), the height information diagram 11 as shown in FIG. 2 (b) is obtained by calculating the imaging data imaged only by the main imaging device 2. At this time, due to the burr 7, a range A that cannot be observed from the main imaging device 2 exists on the surface of the measurement object 1. For this reason, a range 21 in which height information cannot be obtained exists in the height information diagram 11 as shown in FIG.

この後、図３（ａ）に示すように、メイン撮像装置２のみで撮像したときと同じ状態(縞模様)の光を照射して、補助撮像装置３のみで撮像した撮像データを演算することにより、 図３（ｂ）に示すような高さ情報図１２を得る。このとき、バリ７によって、計測対象物１の表面には、メイン撮像装置２からは、観測不能な範囲Ｂが存在する。このために、図３（ｂ）に示すような高さ情報図１１には、高さ情報を得ることができない範囲２２が存在することになる。   Thereafter, as shown in FIG. 3A, the imaging data captured only by the auxiliary imaging device 3 is calculated by irradiating light in the same state (striped pattern) as when imaging only by the main imaging device 2. Thus, the height information diagram 12 as shown in FIG. 3B is obtained. At this time, due to the burr 7, a range B that cannot be observed from the main imaging device 2 exists on the surface of the measurement object 1. For this reason, the height information as shown in FIG. 3B has a range 22 in which the height information cannot be obtained.

ここで、メイン撮像装置２のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲２１と、補助撮像装置３のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲２２とを比較する。ここでは、範囲２１と範囲２２の範囲は異なるので、この範囲は、バリのような小片突起物が付着していると判断する。そして、必要に応じて、この計測対象物１をバリ除去工程に搬送して、バリ７を取り除くことにより、良品として出荷することができる。   Here, a range 21 in which height information cannot be obtained when only the main imaging device 2 is imaged is compared with a range 22 in which height information cannot be obtained when only the auxiliary imaging device 3 is imaged. Here, since the ranges of the range 21 and the range 22 are different, it is determined that small projections such as burrs are attached to this range. And if needed, this measurement object 1 can be shipped to a burr removal process, and the burr | flash 7 can be removed, and it can ship as a good product.

つぎに、計測対象物１の表面に、クラック８のような幅の狭い凹部が存在している場合の３次元形状計測方法について説明する。まず、図４（ａ）に示すように、メイン撮像装置２のみで撮像した撮像データを演算することにより、 図４（ｂ）に示すような高さ情報図１３を得る。このとき、クラック８からは、照射した光は反射されないために、計測対象物１の表面には、メイン撮像装置２からは、観測不能な範囲Ｃが存在する。このために、図４（ｂ）に示すような高さ情報図１３には、高さ情報を得ることができない範囲２３が存在することになる。   Next, a three-dimensional shape measurement method in the case where a narrow concave portion such as a crack 8 exists on the surface of the measurement object 1 will be described. First, as shown in FIG. 4A, the height information FIG. 13 as shown in FIG. 4B is obtained by calculating the imaging data imaged only by the main imaging device 2. At this time, since the irradiated light is not reflected from the crack 8, a range C that cannot be observed from the main imaging device 2 exists on the surface of the measurement object 1. For this reason, the height information as shown in FIG. 4B has a range 23 in which height information cannot be obtained.

この後、図５（ａ）に示すように、補助撮像装置３のみで撮像した撮像データを演算することにより、図５（ｂ）に示すような高さ情報図１４を得る。このとき、クラック８によって、計測対象物１の表面には、メイン撮像装置２からは、観測不能な範囲Ｄが存在する。このために、図５（ｂ）に示すような高さ情報図１４には、高さ情報を得ることができない範囲２４が存在することになる。   Thereafter, as shown in FIG. 5A, the height information diagram 14 shown in FIG. 5B is obtained by calculating the imaging data imaged only by the auxiliary imaging device 3. At this time, a range D that cannot be observed from the main imaging device 2 exists on the surface of the measurement object 1 due to the crack 8. For this reason, there exists a range 24 in which height information cannot be obtained in the height information diagram 14 as shown in FIG.

ここで、メイン撮像装置２のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲２３と、補助撮像装置３のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲２４とを比較する。ここで、クラック８からは、照射した光は反射されないために、撮像装置の位置が異なっても、高さ情報を得ることができない範囲は、同じ範囲となる。つまり、範囲２３と範囲２４の範囲は同じであるので、この範囲は、クラックのような凹部であると判断する。そして、必要に応じて、この計測対象物１は、不具合品として、出荷しないようにする。   Here, a range 23 in which height information cannot be obtained when only the main imaging device 2 is imaged is compared with a range 24 in which height information cannot be obtained when only the auxiliary imaging device 3 is imaged. Here, since the irradiated light is not reflected from the crack 8, even if the position of the imaging device is different, the range in which the height information cannot be obtained is the same range. That is, since the range 23 and the range 24 are the same, it is determined that this range is a concave portion like a crack. If necessary, the measurement object 1 is not shipped as a defective product.

本実施形態の３次元形状計測方法によれば、位相シフト法によって、計測対象物の３次元形状を計測して、高さ情報を得ることができない範囲があっても、この範囲がバリのような小片突起物であるか、クラックのような凹部であるかを判断できる。そして、バリのような小片突起物である場合には、これを除去することにより、良品として出荷することができる。また、クラックのような凹部である場合には、不具合品として出荷を停止することができる。このために、高精度の検査が可能となり、製品の歩留まりが向上する。   According to the three-dimensional shape measurement method of this embodiment, even if there is a range in which the height information cannot be obtained by measuring the three-dimensional shape of the measurement object by the phase shift method, this range is like a burr. It is possible to determine whether it is a small protrusion or a recess like a crack. And when it is a small piece protrusion like a burr | flash, it can ship as a non-defective product by removing this. Moreover, when it is a recessed part like a crack, a shipment can be stopped as a malfunctioning product. For this reason, high-precision inspection is possible, and the yield of products is improved.

なお、本実施形態の３次元形状計測方法では、メイン撮像装置のみで撮像して、高さ情報を得ることができない範囲が存在したときのみ、再度補助撮像装置のみで撮像しているが、メイン撮像装置と補助撮像装置とで、同時に撮像して、各々の撮像データを演算して比較してもよい。このように、同時に撮像することにより、検査時間を短縮することができる。   In the three-dimensional shape measurement method of the present embodiment, the image is picked up only by the main image pickup device, and the image is picked up again by the auxiliary image pickup device only when there is a range in which the height information cannot be obtained. The imaging device and the auxiliary imaging device may simultaneously capture images and calculate and compare the respective imaging data. Thus, the inspection time can be shortened by simultaneously capturing images.

（実施形態２）
本実施形態の３次元形状計測方法を図６に基づいて説明する。本実施形態の３次元形状計測方法の動作原理は、実施形態１とほぼ同じである。ただし、本実施形態で使用する撮像装置として、メイン撮像装置２と補助撮像装置３に追加して、第２補助撮像装置４を有していることが異なっている。 (Embodiment 2)
A three-dimensional shape measurement method according to this embodiment will be described with reference to FIG. The operation principle of the three-dimensional shape measurement method of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment. However, the imaging device used in the present embodiment is different from the main imaging device 2 and the auxiliary imaging device 3 in that a second auxiliary imaging device 4 is provided.

本実施形態の３次元形状計測方法は、実施形態１の方法とほぼ同じである。まず、光照射部（図示せず）から、光の明度が正弦波状に変化する縞パターンを計測対象物１に投影して、この撮像画像をメイン撮像装置２で撮像する。つぎに、縞パターンの位相を一定間隔でずらしながら複数回、光照射部から光を計測対象物１に照射して、同様にして撮像画像をメイン撮像装置２で撮像する。それぞれの光照射の状態において、メイン撮像装置２から出力される撮像データについて、撮像画像における同一点での明度変化に基づいて縞パターンの位相値を演算部で演算することにより、計測対象物１について計測対象物の高さ情報を得る。   The three-dimensional shape measurement method of the present embodiment is almost the same as the method of the first embodiment. First, a stripe pattern whose light intensity changes in a sine wave shape is projected onto the measurement object 1 from a light irradiation unit (not shown), and this captured image is captured by the main imaging device 2. Next, the measurement object 1 is irradiated with light from the light irradiation unit a plurality of times while shifting the phase of the fringe pattern at regular intervals, and the captured image is similarly captured by the main imaging device 2. In each light irradiation state, for the imaging data output from the main imaging device 2, the phase value of the fringe pattern is calculated by the calculation unit based on the change in brightness at the same point in the captured image, whereby the measurement object 1 The height information of the measurement object is obtained.

つぎに、計測対象物１の表面に、メイン撮像装置２からは、観測不能となる範囲が存在する場合には、同様に光照射部から光を計測対象物１に照射して、補助撮像装置３と、第２補助撮像装置４とでそれぞれ計測対象物１を撮像して演算することにより、計測対象物１について計測対象物の高さ情報を得る。   Next, when there is a range that cannot be observed from the main imaging device 2 on the surface of the measurement object 1, the auxiliary imaging device is similarly irradiated with light from the light irradiation unit to the measurement object 1. 3 and the second auxiliary imaging device 4 respectively capture and calculate the measurement object 1 to obtain height information of the measurement object for the measurement object 1.

さらに、メイン撮像装置２のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲と、補助撮像装置３又は第２補助撮像装置４のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲とを比較する。そして、メイン撮像装置２のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲が、補助撮像装置３又は第２補助撮像装置４のみで撮像したときのいずれかの高さ情報を得ることができない範囲と異なる場合には、この範囲をバリのような小片突起物が付着していると判断する。一方、これらの範囲がすべて一致する場合には、この範囲をクラックのような凹部と判断する。   Further, a range in which height information cannot be obtained when only the main imaging device 2 is imaged, and a range in which height information cannot be obtained when only the auxiliary imaging device 3 or the second auxiliary imaging device 4 is imaged. Compare The range in which the height information cannot be obtained when only the main imaging device 2 is imaged can obtain any height information when only the auxiliary imaging device 3 or the second auxiliary imaging device 4 is imaged. When it is different from the range where it cannot be done, it is determined that small projections such as burrs are attached to this range. On the other hand, when these ranges all match, it is determined that the range is a crack-like recess.

本実施形態の３次元形状計測方法によれば、計測対象物に付着しているバリのような小片突起物が、図６に示すような湾曲しているものであっても、位相シフト法によって、この範囲がバリのような小片突起物であるか、クラックのような凹部であるかをより確実に判断できる。このために、さらに高精度の検査が可能となり、製品の歩留まりが向上する。   According to the three-dimensional shape measurement method of this embodiment, even if a small protrusion such as a burr adhering to a measurement object is curved as shown in FIG. It is possible to more reliably determine whether this range is a small protrusion such as a burr or a recess such as a crack. For this reason, inspection with higher accuracy is possible, and the yield of products is improved.

（実施形態３）
本実施形態の３次元形状計測方法を図７に基づいて説明する。本実施形態の３次元形状計測方法の動作原理は、実施形態１とほぼ同じである。ただし、計測対象物を適当な角度で回転して、再度、計測対象物を撮像するということが異なっている。 (Embodiment 3)
A three-dimensional shape measurement method according to this embodiment will be described with reference to FIG. The operation principle of the three-dimensional shape measurement method of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment. However, the measurement object is rotated at an appropriate angle and the measurement object is imaged again.

本実施形態の３次元形状計測方法は、実施形態１の方法とほぼ同じである。まず、図７（ａ）に示すように、光照射部（図示せず）から、光の明度が正弦波状に変化する縞パターンを計測対象物１に投影して、この撮像画像をメイン撮像装置２で撮像する。つぎに、縞パターンの位相を一定間隔でずらしながら複数回、光照射部から光を計測対象物１に照射して、同様にして撮像画像をメイン撮像装置２で撮像する。それぞれの光照射の状態において、メイン撮像装置２から出力される撮像データについて、撮像画像における同一点での明度変化に基づいて縞パターンの位相値を演算部で演算することにより、計測対象物１について計測対象物の高さ情報を得る。   The three-dimensional shape measurement method of the present embodiment is almost the same as the method of the first embodiment. First, as shown in FIG. 7A, a striped pattern in which the light intensity changes in a sine wave shape is projected onto a measurement object 1 from a light irradiation unit (not shown), and this captured image is used as a main imaging device. 2 to take an image. Next, the measurement object 1 is irradiated with light from the light irradiation unit a plurality of times while shifting the phase of the fringe pattern at regular intervals, and the captured image is similarly captured by the main imaging device 2. In each light irradiation state, for the imaging data output from the main imaging device 2, the phase value of the fringe pattern is calculated by the calculation unit based on the change in brightness at the same point in the captured image, whereby the measurement object 1 The height information of the measurement object is obtained.

つぎに、計測対象物１の表面に、観測不能な範囲が存在する場合には、同様に光照射部から光を計測対象物１に照射して、補助撮像装置３で計測対象物１を撮像して出力される撮像データを演算することにより、計測対象物１の高さ情報を得る。   Next, when there is an unobservable range on the surface of the measurement object 1, similarly, the measurement object 1 is irradiated with light from the light irradiation unit, and the auxiliary imaging device 3 images the measurement object 1. Then, the height information of the measurement object 1 is obtained by calculating the imaging data output.

さらに、図７（ｂ）に示すように、計測対象物１を、メイン撮像装置２を中心として、回転させる。そして、光照射部から計測対象物１に光を照射して、メイン撮像装置２と補助撮像装置３とでそれぞれ計測対象物１を撮像して演算することにより、計測対象物１について計測対象物の高さ情報を得る。   Further, as shown in FIG. 7B, the measurement object 1 is rotated around the main imaging device 2. Then, the measurement object 1 is irradiated with light from the light irradiation unit, and the measurement object 1 is imaged and calculated by the main imaging device 2 and the auxiliary imaging device 3, respectively. Get height information.

こうして、得られた計測対象物１について計測対象物の高さ情報について、最初（計測対象物を回転する前に）、メイン撮像装置２のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲と、補助撮像装置３又は第２補助撮像装置４のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲とを比較する。さらに、計測対象物を回転した後に、メイン撮像装置２のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲と、補助撮像装置３又は第２補助撮像装置４のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲とを比較する。   Thus, with respect to the height information of the measurement object 1 obtained, the height information cannot be obtained when the image is first picked up by the main imaging device 2 (before the measurement object is rotated). And a range in which height information cannot be obtained when only the auxiliary imaging device 3 or the second auxiliary imaging device 4 is imaged. Further, after rotating the measurement object, a range in which height information cannot be obtained when only the main imaging device 2 is imaged, and a height when only the auxiliary imaging device 3 or the second auxiliary imaging device 4 is imaged. Compare with the range where information cannot be obtained.

そして、計測対象物を回転する前後において、メイン撮像装置２のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲が、補助撮像装置３又は第２補助撮像装置４のみで撮像したときのいずれかの高さ情報を得ることができない範囲と異なる場合には、この範囲をバリのような小片突起物が付着していると判断する。一方、計測対象物を回転する前後において、これらの範囲が、すべて一致する場合には、この範囲をクラックのような凹部と判断する。   Then, before and after rotating the measurement object, the range in which the height information cannot be obtained when only the main imaging device 2 is imaged is any range when only the auxiliary imaging device 3 or the second auxiliary imaging device 4 is imaged. If the height information is different from the range where the height information cannot be obtained, it is determined that a small protrusion such as a burr is attached to this range. On the other hand, if these ranges all coincide before and after the measurement object is rotated, this range is determined to be a concave portion such as a crack.

本実施形態の３次元形状計測方法によれば、計測対象物に付着しているバリが、図７に示すような湾曲しているものであっても、位相シフト法によって、計測対象物の３次元形状を計測して、高さ情報が測定不可能な範囲があっても、この範囲がバリのような小片突起物であるか、クラックのような凹部であるかをより確実に判断できる。このために、さらに高精度の検査が可能となり、製品の歩留まりが向上する。   According to the three-dimensional shape measurement method of the present embodiment, even if the burrs attached to the measurement target are curved as shown in FIG. Even if there is a range in which the height information cannot be measured by measuring the dimensional shape, it is possible to more reliably determine whether this range is a small protrusion such as a burr or a recess such as a crack. For this reason, inspection with higher accuracy is possible, and the yield of products is improved.

（実施形態４）
本実施形態の３次元形状計測方法を図８に基づいて説明する。本実施形態の３次元形状計測方法の動作原理は、実施形態１とほぼ同じである。ただし、本実施形態で使用する光照射部として、光照射部５に加えて補助光照射部６を有していることが異なっている。 (Embodiment 4)
A three-dimensional shape measurement method according to this embodiment will be described with reference to FIG. The operation principle of the three-dimensional shape measurement method of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment. However, the light irradiation unit used in the present embodiment is different from the light irradiation unit 5 in that the auxiliary light irradiation unit 6 is provided.

本実施形態の３次元形状計測方法は、実施形態１の方法とほぼ同じである。まず、光照射部５から、光の明度が正弦波状に変化する縞パターンを計測対象物１に投影して、この撮像画像をメイン撮像装置２で撮像する。つぎに、縞パターンの位相を一定間隔でずらしながら複数回、光照射部５から光を計測対象物１に照射して、同様にして撮像画像をメイン撮像装置２で撮像する。それぞれの光照射の状態において、メイン撮像装置２から出力される撮像データについて、撮像画像における同一点での明度変化に基づいて縞パターンの位相値を演算部で演算することにより、計測対象物１について計測対象物の高さ情報を得る。   The three-dimensional shape measurement method of the present embodiment is almost the same as the method of the first embodiment. First, from the light irradiation unit 5, a fringe pattern whose light intensity changes in a sine wave shape is projected onto the measurement object 1, and this captured image is captured by the main imaging device 2. Next, the measurement object 1 is irradiated with light from the light irradiation unit 5 a plurality of times while shifting the phase of the fringe pattern at a constant interval, and the captured image is similarly captured by the main imaging device 2. In each light irradiation state, for the imaging data output from the main imaging device 2, the phase value of the fringe pattern is calculated by the calculation unit based on the change in brightness at the same point in the captured image, whereby the measurement object 1 The height information of the measurement object is obtained.

つぎに、計測対象物１の表面に、観測不能な範囲が存在する場合には、同様に光照射部５から光を計測対象物１に照射して、補助撮像装置３で計測対象物１を撮像して演算することにより、計測対象物１について計測対象物の高さ情報を得る。   Next, when there is an unobservable range on the surface of the measurement object 1, similarly, the measurement object 1 is irradiated with light from the light irradiating unit 5, and the auxiliary imaging device 3 applies the measurement object 1. The height information of the measurement object is obtained for the measurement object 1 by imaging and calculating.

さらに、補助光照射部６から計測対象物１に光を照射して、メイン撮像装置２と補助撮像装置３とでそれぞれ計測対象物１を撮像して演算することにより、計測対象物１について計測対象物の高さ情報を得る。   Further, the measurement object 1 is measured by irradiating the measurement object 1 with light from the auxiliary light irradiation unit 6, and imaging and calculating the measurement object 1 with the main imaging device 2 and the auxiliary imaging device 3, respectively. Get the height information of the object.

こうして、得られた計測対象物１の高さ情報について、光照射部５から光を照射したときに、メイン撮像装置２のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲と、補助撮像装置３又は第２補助撮像装置４のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲とを比較する。さらに、補助照射部６から光を照射したときに、メイン撮像装置２のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲と、補助撮像装置３又は第２補助撮像装置４のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲とを比較する。   Thus, with respect to the height information of the measurement object 1 obtained, when light is emitted from the light irradiation unit 5, the height information cannot be obtained when only the main imaging device 2 is imaged, and auxiliary imaging is performed. A range in which height information cannot be obtained when only the device 3 or the second auxiliary imaging device 4 is imaged is compared. Further, when light is emitted from the auxiliary illuminating unit 6, the height information cannot be obtained when only the main imaging device 2 is imaged, and the image is captured only by the auxiliary imaging device 3 or the second auxiliary imaging device 4. Compare with the range where height information is sometimes not available.

そして、光照射部５から光を照射したときと補助光照射部６から光を照射したときのいずれかにおいて、メイン撮像装置２のみで撮像したときに高さ情報を得ることができない範囲が、補助撮像装置３又は第２補助撮像装置４のみで撮像したときのいずれかの高さ情報を得ることができない範囲と異なる場合には、この範囲をバリのような小突起物であると判断する。一方、計測対象物を回転する前後において、これらの範囲が、すべて一致する場合には、この範囲をクラックのような凹部であると判断する。   The range in which the height information cannot be obtained when only the main imaging device 2 is imaged, either when the light irradiation unit 5 emits light or when the auxiliary light irradiation unit 6 emits light, If it is different from the range in which any height information cannot be obtained when only the auxiliary imaging device 3 or the second auxiliary imaging device 4 is imaged, this range is determined to be a small protrusion such as a burr. . On the other hand, if these ranges all coincide before and after the measurement object is rotated, it is determined that the range is a concave portion such as a crack.

本実施形態の３次元形状計測方法によれば、計測対象物に付着しているバリが、図８に示すような湾曲しているものであっても、位相シフト法によって、計測対象物の３次元形状を計測して、高さ情報が測定不可能な範囲があっても、この範囲がバリのような小片突起物であるか、クラックのような凹部であるかをより確実に判断できる。このために、さらに高精度の検査が可能となり、製品の歩留まりが向上する。   According to the three-dimensional shape measurement method of the present embodiment, even if the burrs attached to the measurement object are curved as shown in FIG. Even if there is a range in which the height information cannot be measured by measuring the dimensional shape, it is possible to more reliably determine whether this range is a small protrusion such as a burr or a recess such as a crack. For this reason, inspection with higher accuracy is possible, and the yield of products is improved.

（実施形態５）
本実施形態の３次元形状計測方法の動作原理は、実施形態１とほぼ同じである。ただし、最初に、光の明度が一定の光を計測対象物に投影して計測対象物の２次元撮像画像を撮像することによって高さ情報を得ることできない範囲を特定した後に、実施形態１の３次元形状計測方法により、計測対象物の３次元形状を計測することが異なっている。なお、本実施形態で使用する装置は、実施形態１と同じであるので図１〜５を用いて説明する。 (Embodiment 5)
The operation principle of the three-dimensional shape measurement method of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment. However, first, after specifying a range in which height information cannot be obtained by projecting light having a constant lightness onto the measurement object and capturing a two-dimensional captured image of the measurement object, the first embodiment will be described. The three-dimensional shape measurement method differs in measuring the three-dimensional shape of the measurement object. In addition, since the apparatus used by this embodiment is the same as Embodiment 1, it demonstrates using FIGS.

本実施形態の３次元形状計測方法としては、最初に、図２に示すように、光照射部５から、通常の光の明度が一定の光を計測対象物１に投影して、この撮像画像をメイン撮像装置２で撮像する。このときに、メイン撮像装置２から出力される撮像画像の画像データを、演算部で、演算処理することにより、計測対象物１について、投影光が反射されていない範囲を特定する。そして、この特定した範囲を高さ情報を得ることできない範囲として、演算部に記憶する。   As the three-dimensional shape measurement method of the present embodiment, first, as shown in FIG. 2, light having a constant brightness of normal light is projected onto the measurement object 1 from the light irradiation unit 5, and this captured image is displayed. Is imaged by the main imaging device 2. At this time, the image data of the captured image output from the main imaging device 2 is subjected to calculation processing by the calculation unit, thereby specifying a range in which the projection light is not reflected for the measurement object 1. And this specified range is memorize | stored in a calculating part as a range which cannot obtain height information.

次に、実施形態１の方法とほぼ同じ３次元形状計測方法によって、計測対象物１の３次元形状を測定する。まず、図２（ａ）又は図４（ａ）に示すように、光照射部５から、光の明度が正弦波状に変化する縞パターンを計測対象物１に投影して、この撮像画像をメイン撮像装置２で撮像する。つぎに、縞パターンの位相を一定間隔でずらしながら複数回、光照射部５から光を計測対象物１に照射して、同様にして撮像画像をメイン撮像装置２で撮像する。   Next, the three-dimensional shape of the measurement object 1 is measured by the same three-dimensional shape measurement method as that of the first embodiment. First, as shown in FIG. 2 (a) or FIG. 4 (a), the light irradiation unit 5 projects a fringe pattern in which the brightness of light changes in a sine wave shape onto the measurement object 1, and this captured image is the main image. Imaging is performed by the imaging device 2. Next, the measurement object 1 is irradiated with light from the light irradiation unit 5 a plurality of times while shifting the phase of the fringe pattern at a constant interval, and the captured image is similarly captured by the main imaging device 2.

ここで、最初の撮像によって、高さ情報を得ることできない範囲が存在しないと判断した場合には、従来の位相シフト法により、メイン撮像装置２により撮像した撮像データを演算することにより、計測対象物１について計測対象物の高さ情報を得る。   Here, when it is determined that there is no range in which the height information cannot be obtained by the first imaging, the measurement target is calculated by calculating the imaging data captured by the main imaging device 2 by the conventional phase shift method. For the object 1, the height information of the measurement object is obtained.

一方、最初の撮像によって、高さ情報を得ることできない範囲が存在すると判断した場合には、メイン撮像装置２により撮像した後に、図３（ａ）又は図５（ａ）に示すように、補助撮像装置３により撮像する。ここで、両方の撮像データを比較する範囲は、最初に明度が一定の光を投影して高さ情報を得ることできない範囲に限定する。そして、この範囲について、メイン撮像装置２による撮像データと、補助撮像装置３による撮像データとを比較して、この範囲がクラックのような小片突起物が付着しているか、バリのような凹部であるかを判断する。   On the other hand, when it is determined that there is a range in which height information cannot be obtained by the first imaging, after the imaging by the main imaging device 2, as shown in FIG. 3A or FIG. Imaging is performed by the imaging device 3. Here, the range in which both pieces of imaging data are compared is limited to a range in which height information cannot be obtained by first projecting light with a constant brightness. And about this range, the imaging data by the main imaging device 2 and the imaging data by the auxiliary imaging device 3 are compared, and this range has a small protrusion such as a crack or a concave portion such as a burr. Determine if there is.

本実施形態の３次元形状計測方法によれば、メイン撮像装置から出力される撮像データと、補助撮像装置から出力される撮像データとの比較をする範囲を限定しているので、演算時間を短縮することができる。この結果として、より高速に計測対象物の３次元形状を計測することができる。   According to the three-dimensional shape measurement method of the present embodiment, the range for comparing the imaging data output from the main imaging device and the imaging data output from the auxiliary imaging device is limited, so the calculation time is reduced. can do. As a result, the three-dimensional shape of the measurement object can be measured at a higher speed.

実施形態１の３次元形状計測方法を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the three-dimensional shape measuring method of Embodiment 1. FIG. 実施形態１で、バリが付着している場合の３次元形状計測方法を示す断面図である。In Embodiment 1, it is sectional drawing which shows the three-dimensional shape measuring method when the burr | flash has adhered. 実施形態１で、バリが付着している場合の３次元形状計測方法を示す断面図である。In Embodiment 1, it is sectional drawing which shows the three-dimensional shape measuring method when the burr | flash has adhered. 実施形態１で、クラックが発生している場合の３次元形状計測方法を示す断面図である。In Embodiment 1, it is sectional drawing which shows the three-dimensional shape measuring method when the crack has generate | occur | produced. 実施形態１で、クラックが発生している場合の３次元形状計測方法を示す断面図である。In Embodiment 1, it is sectional drawing which shows the three-dimensional shape measuring method when the crack has generate | occur | produced. 実施形態２の３次元形状計測方法を示す上面図である。FIG. 10 is a top view illustrating a three-dimensional shape measurement method according to the second embodiment. 実施形態３の３次元形状計測方法を示す上面図である。FIG. 10 is a top view illustrating a three-dimensional shape measurement method according to the third embodiment. 実施形態４の３次元形状計測方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the three-dimensional shape measuring method of Embodiment 4.

符号の説明Explanation of symbols

１ 計測対象物
２ メイン撮像装置
３、４ 補助撮像装置
５ 光照射部
６ 補助光照射部
７ バリ
８ クラック
１０〜１４ 高さ情報図
２１〜２４ 高さ情報図測定不可能範囲
Ａ〜Ｄ 測定不可能範囲 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measurement object 2 Main imaging device 3, 4 Auxiliary imaging device 5 Light irradiation part 6 Auxiliary light irradiation part 7 Burr 8 Crack 10-14 Height information figure 21-24 Height information figure measurement impossible range AD Measurement not possible Possible range

Claims (6)

光の明度が正弦波状に変化する縞パターンを計測対象物に投影し、縞パターンの投影方向と異なる方向から計測対象物を撮像した撮像画像を得る過程を、縞パターンの位相を一定間隔でずらしながら複数回実行し、撮像画像を複数の撮像装置によって撮像画像を撮像することにより、前記複数回の過程で得られた複数枚の撮像画像における同一点での明度変化に基づいて縞パターンの位相値を演算するとともに該位相値から撮像画像上の各点における高さ情報を得ることで計測対象物の３次元形状を計測する３次元形状計測方法において、
単独の撮像装置によって撮像された撮像画像からのデータのみでは高さ情報を得ることできない範囲について、複数の撮像装置によって撮像される撮像画像の撮像データを比較することにより、高さ情報を得ることを特徴とする３次元形状計測方法。 The process of projecting a fringe pattern whose light intensity changes in a sinusoidal pattern onto a measurement object and obtaining a captured image obtained by imaging the measurement object from a direction different from the projection direction of the fringe pattern is shifted at regular intervals. The phase of the fringe pattern based on the brightness change at the same point in the plurality of captured images obtained in the plurality of processes by executing the plurality of times while capturing the captured image with the plurality of imaging devices. In a three-dimensional shape measurement method for measuring a three-dimensional shape of a measurement object by calculating a value and obtaining height information at each point on a captured image from the phase value,
Obtain height information by comparing image data of captured images captured by multiple imaging devices in a range where height information cannot be obtained only from data captured by a single imaging device. A three-dimensional shape measuring method characterized by 前記複数の撮像装置によって撮像される撮像画像の撮像データを比較して、高さ情報を得ることできない範囲が各々一致している場合には、その範囲を表面に凹部が存在すると判断して、高さ情報を得ることできない範囲が各々一致しいない場合には、その範囲に小片突起物が付着していると判断することを特徴とする請求項１記載の３次元形状計測方法。 When the imaging data of the captured images captured by the plurality of imaging devices are compared, and the ranges where the height information cannot be obtained are the same, it is determined that there is a recess on the surface, 2. The three-dimensional shape measuring method according to claim 1, wherein when the ranges where the height information cannot be obtained do not coincide with each other, it is determined that the small protrusions are attached to the ranges. 計測対象物を撮像装置に対して回転することにより、それぞれの撮像装置にて複数の撮像画像を得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の３次元形状計測方法。 The three-dimensional shape measurement method according to claim 1, wherein a plurality of captured images are obtained by the respective imaging devices by rotating the measurement object with respect to the imaging device. 計測対象物を撮像装置に対して、異なる位置から縞パターンを計測対象物に投影することにより、それぞれの撮像装置にて複数の撮像画像を得ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元形状計測方法。 4. A plurality of picked-up images are obtained by each imaging device by projecting a fringe pattern onto the measuring object from different positions with respect to the imaging device. The three-dimensional shape measurement method described in 1. 光の明度が一定の光を計測対象物に投影して計測対象物の２次元撮像画像を撮像することによって高さ情報を得ることできない範囲を特定した後に、請求項１乃至４のいずれかに記載の３次元形状計測方法により、計測対象物の３次元形状を計測することを特徴とする３次元形状計測方法。 5. After specifying a range in which height information cannot be obtained by projecting light having a constant lightness onto a measurement object and capturing a two-dimensional captured image of the measurement object, the method according to claim 1. A three-dimensional shape measurement method, comprising: measuring a three-dimensional shape of a measurement object by the three-dimensional shape measurement method described. 請求項１乃至５のいずれかに記載の３次元形状計測方法により、計測対象物の３次元形状を計測することを特徴とする３次元形状計測装置。

A three-dimensional shape measuring apparatus that measures a three-dimensional shape of a measurement object by the three-dimensional shape measuring method according to claim 1.

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