JP6232947B2

JP6232947B2 - 平坦度検出装置及び平坦度検出方法

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Publication number: JP6232947B2
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Inventors: 長橋　敏則; 敏則長橋
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Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2017-11-22
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Description

本発明は、三次元測定装置から得られたワークの計測データに基づいて、ワークの測定対象面における平坦度を検出する平坦度検出装置、及び平坦度検出方法に関する。

従来、ワークの平坦度を検出する際、三次元測定装置によりワークの計測データを取得して平坦度を算出する。このような三次元測定機で得られた断面曲線から粗さ曲線を得るには、カットオフ波長λcのガウシアンフィルターを断面曲線に適用して、うねり曲線を抽出し、断面曲線からうねり曲線を減算することで実現するのが一般的である。このとき、データ数をＮとすると演算回数はＮλcに比例する。しかしながら、一般的に、データ数Ｎは２，０００点から８，０００点であることから、粗さ曲線を得るには多大な計算時間が必要であるという課題があった。

そこで、断面曲線から粗さ曲線や３次元表示の粗さ形状を抽出する過程で、演算回数を少なくし、処理時間を短縮すると共にエンド効果を無くす粗さ曲線の抽出方法が考えられている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の粗さ曲線の抽出方法では、断面曲線のデータを間引き率Ｄでダウンサンプリングして断面曲線の間引きデータを得てから、間引きデータにカットオフ波長λ'c＝λc/Ｄのガウシアンフィルターを適用して、カットオフ波長λc以上の長波長成分を抽出し、断面曲線からカットオフ波長λc以上の長波長成分を減算して粗さ曲線を得るようになっている。

特開２００６−６４６１７号公報

ところで、上記特許文献１の粗さ曲線の抽出方法では、ダウンサンプリングに離散的フーリエ変換を用いるため、結局、粗さ曲線を抽出するのに多大な時間がかかる。これでは、平坦度の計測を短時間で行うことができず、例えば、平坦度が大きく変化している位置を大まかに検出したい場合などであっても、これらの算出に多大な時間がかかるという課題がある。

本発明は、上述のような課題に鑑みて、高速で平坦度を検出可能な平坦度検出装置、及び平坦度検出方法を提供することを目的とする。

本発明の平坦度検出装置は、物体表面の複数箇所の三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）を形状計測し、当該複数箇所それぞれの三次元位置により構築される点群データを生成する三次元測定装置から、当該点群データを取得する点群データ取得手段と、前記点群データにおける前記三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）のうちｘ座標値及びｙ座標値を整数化し、各ｘ，ｙ座標値に対するｚ座標代表値を算出する座標変換手段と、ｘｙ平面領域を分割した複数の小領域に対し前記ｚ座標代表値を積分したｚ積分値を算出するｚ積分値算出手段と、前記小領域の前記ｚ積分値の単位面積当たりの平均値である平均ｚ積分値を算出する平均ｚ積分値算出手段と、所定の前記小領域の前記平均ｚ積分値と当該所定の小領域に隣接する小領域の前記平均ｚ積分値とを比較する比較手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の平坦度検出装置は、上述のように、前記小領域の前記ｚ積分値の単位面積当たりの平均値である平均ｚ積分値を算出する平均ｚ積分値算出手段を備え、前記比較手段は、所定の前記小領域における前記平均ｚ積分値と当該所定の前記小領域に隣接する小領域の前記平均ｚ積分値とを比較することを特徴とする。
この発明では、各小領域の平均ｚ積分値を算出する。これにより、例えば、所定の小領域と当該所定の小領域に隣接する領域の面積が異なった場合であっても、物体表面における所定の小領域と当該所定の小領域に隣接する領域との凹凸の変化を精度よく検出できる。

本発明の平坦度検出装置は、前記小領域の前記ｚ積分値の単位面積当たりの平均値である平均ｚ積分値を算出する平均ｚ積分値算出手段を備え、前記比較手段は、所定の前記小領域における前記平均ｚ積分値と当該所定の前記小領域に隣接する小領域の前記平均ｚ積分値とを比較することが好ましい。
この発明では、各小領域の平均ｚ積分値を算出する。これにより、例えば、所定の小領域と当該所定の小領域に隣接する領域の面積が異なった場合であっても、物体表面における所定の小領域と当該所定の小領域に隣接する領域との凹凸の変化を精度よく検出できる。

本発明の平坦度検出装置は、表示部と、前記所定の小領域と当該所定の小領域に隣接する小領域との前記平均ｚ積分値の差が所定の閾値を超えている場合に、前記所定の小領域を前記表示部に表示させる表示制御手段と、を備えることが好ましい。
この発明では、所定の小領域の平均ｚ積分値と当該所定の小領域に隣接する小領域の平均ｚ積分値との差異が、所定の閾値を超えている場合にその小領域を表示部に表示させる。これにより、使用者は、表示部を視認することにより、物体表面の凹凸の変化、すなわち、物体表面の平坦度の変化があった位置を容易に認識することができる。ここで、平均ｚ積分値の差異における所定の閾値は、使用者が自由に設定することができる。これにより、使用者が物体表面の平坦度の変化のうち、所望の平坦度の変化量を超える位置を検出することが可能となる。

本発明の平坦度検出装置は、前記座標変換手段による整数化後にｘ座標が最も近い２点間のｘ座標の差が２以上、またはｙ座標が最も近い２点間のｙ座標の差が２以上である場合に、これらの２点間の間の座標及び当該座標に対するｚ座標を補完するｚ座標値補完手段を備え、前記ｚ積分値算出手段は、前記ｚ座標値補完手段により補完されたｚ座標値を用いて前記小領域における前記ｚ積分値を算出することが好ましい。
ここで、三次元測定装置として、非接触型の三次元測定装置（例えば光切断法等、レーザー光の反射を利用してその反射光を撮像手段により撮像する場合、レーザー光の反射位置や撮像素子の感度や反射光の輝度のバラつき等によって、三次元位置を取得できないことがある。このような場合であっても、この発明では、座標変換手段により整数化されたｘ座標値及びｙ座標値に最も近い座標がない場合に、当該座標、及びその座標におけるｚ座標代表値が補完される。これにより、ｚ積分高さ算出手段がこれらの補完されたｚ座標代表値を用いて算出されるべき積分高さを補完するので、正確に物体表面の凹凸の変化、すなわち、物体表面の平坦度が変化した位置を認識することができる。

本発明の平坦度検出装置は、前記小領域の範囲を設定する設定条件を取得する条件取得手段と、取得した前記設定条件に応じて前記小領域の範囲を設定する領域設定手段と、を備えることが好ましい。
この発明では、例えば使用者により入力された設定条件に基づいて、算出すべき小領域を所望の範囲に設定することができる。これにより、使用者は、例えば、大まかな所定領域における平坦度を検出した後、物体表面の積分高さ（平均高さ）の変化量が大きいと判定された部分を所定領域として設定し、再度、設定した所定領域内の平坦度を検出することができる。すなわち、平坦度の検出を必要としない範囲（領域）については、再度その領域を含む範囲の平坦度の検出をする必要が無いので、より平坦度の検出を高速化することができる。

本発明の平坦度検出方法は、物体表面の複数箇所の三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）を形状計測し、当該複数箇所それぞれの三次元位置により構築される点群データを生成する三次元測定装置から、当該点群データを取得する点群データ取得ステップと、前記点群データにおける前記三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）のうちｘ座標値及びｙ座標値を整数化し、各ｘ，ｙ座標値に対するｚ座標代表値を算出する座標変換ステップと、ｘｙ平面領域を分割した複数の小領域に対し前記ｚ座標代表値を積分したｚ積分値を算出するｚ積分値算出ステップと、前記小領域の前記ｚ積分値の単位面積当たりの平均値である平均ｚ積分値を算出する平均ｚ積分値算出ステップと、所定の前記小領域の前記平均ｚ積分値と当該所定の小領域に隣接する小領域の前記平均ｚ積分値とを比較する比較ステップと、を実施することを特徴とする。

この発明では、上記発明と同様の効果を得ることができる。すなわち、本発明の平坦度検出方法を用いることで、高速で物体表面の平坦度を検出できる。

本発明の一実施形態の平坦度検出装置の概略構成を示すブロック図。本実施形態の平坦度検出装置により三次元位置が検出されるワークの一例を示す図。平坦度が変化しているワークにフィルムを圧着した場合を示す簡易図。本実施形態の平坦度検出装置によりなされる処理を示すフローチャート。ワーク凸部のｘｙ平面及び分割された小領域を示す図。ワークの凸部における平坦度変化の大きさが表示部に表示される一例を示す図。本実施形態の平坦度検出装置により検出されたワークの凸部の平坦度（高さ変化量）の一例（Ａ）〜（Ｄ）を示す図。

以下、本発明に係る一実施形態の平坦度検出装置について、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の平坦度検出装置の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態の平坦度検出装置１は、図１に示すように、ワーク４０（図２参照）の欠陥を検出するための装置である。この平坦度検出装置１としては、例えばパーソナルコンピューター等の汎用コンピューターを用いることができる。そして、平坦度検出装置１は、図１に示すように、操作部１１と、入出力端子部１２と、記憶部１３と、表示部１４と、制御部２０と、を備える。

操作部１１は、例えばキーボードやマウス等が例示でき、ユーザーの操作により、操作に応じた操作信号が入力される。入力された操作信号は、制御部２０に出力される。
入出力端子部１２は、外部接続機器と通信可能に接続する部位であり、三次元測定装置２が接続される。この入出力端子部１２には、例えば、制御部２０で処理されたデータ等をプリントするプリンターなどが接続される。

また、入出力端子部１２に接続される三次元測定装置２は、不図示ではあるが、ワーク４０を載置可能なステージ面と、ステージ面に載置されたワーク４０の外面形状を計測する計測センサーと、三次元形状計測手段と、を備えている。
計測センサーは、ワーク４０の表面（物体表面）上の複数点の三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）を形状計測する。また、三次元形状計測手段は、計測センサーを制御してワーク４０の計測データを取得し、取得された計測データから点群データ（形状計測がなされた複数箇所それぞれの三次元位置により構築されるデータ）を生成する。
計測センサー及び三次元形状計測手段としては、ワーク４０の外周表面を複数の計測点で精度よく取得できるものであれば特に限定されない。例えば、２台のカメラを用いステレオ法により各計測点の三次元座標を検出するものであってもよく、スリット光を照射して、各計測点の三次元座標を検出する光切断法や、光パターンを投影することで各計測点の三次元座標を検出するパターン投影法などを用いてもよい。

本実施形態の平坦度検出装置１は、ワーク４０の平坦度として、単に凹凸の有無を検出するだけでなく、凹凸による平坦度（傾斜）変化量を検出することが可能となる。したがって、凹凸の有無だけでなく、凹凸による傾斜状態の変化により製品の品質が変わる場合における検査に適用することができる。
例えば、ワーク４０に対してフィルム５０を貼り付ける場合を例示する。図２は、ワークの一例を示す図である。図３は、ワークにフィルムを圧着した状態を示す簡易図である。
図２において、ワーク４０は、例えば、液体の供給口であり、第１部材４１及び第２部材４２の表面にフィルム５０を圧着して貼り付けることで、第１部材４１及び第２部材４２の間が封止される。

ここで、図３に示すように、例えば、ワーク４０の第１部材４１の表面４１０に凸部分４１１，４１２がある場合、フィルム５０をワーク４０の表面４１０に押し当てた際に、フィルム５０と第１部材４１の表面４１０との間に隙間が発生し得る。この際、図３の左側に位置する凸部分４１１とフィルム５０との隙間Ｇ１の体積と、図３の右側に位置する凸部分４１２とフィルム５０との隙間Ｇ２の体積とを比較すると、凸部分４１２の高さが凸部分４１１に比較して低いにもかかわらず、その隙間Ｇ２の体積が凸部分４１１とフィルム５０との隙間Ｇ１の体積より大きくなっている。すなわち、凸部分４１１は、なだらかな傾斜により凸部分が形成されているのに対し、凸部分４１２は、急激に傾斜して凸部分が形成される。このため、凸部分４１１とフィルム５０との隙間Ｇ１は、フィルム５０の圧着により、当該フィルム５０と凸部分４１１とが正常に圧着され、液体が漏れることがない。これに対し、凸部分４１２とフィルム５０との隙間Ｇ２は、フィルム５０が正常に圧着されず、液体が漏れることがある。
本発明は、このような課題を解決するために考え出された発明であり、急激に平坦度が変化する位置を特定するため、ワーク４０の平坦度を検出する。

図１に戻って、記憶部１３には、制御部２０により処理されるプログラムや、プログラムを実行するために必要な各種データ等が記憶されている。
記憶部１３に記憶される各種データとしては、三次元測定装置２から入力された計測データなどが挙げられる。
計測データは、上述したように、ワーク４０を三次元測定装置２により外周表面の形状計測を行って得られた点群データであり、ワーク４０の外周面を構築する複数の計測点を備えている。
表示部１４には、制御部２０により処理されるプログラムや、プログラムを実行することにより求められた各種情報が表示される。

制御部２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御回路により構成される。この制御部２０は、平坦度検出装置１の全体の動作を制御するＯＳ上で、記憶部１３から読み出した各種プログラムを展開して処理を実施することで、図１に示すように、点群データ取得手段２１、座標変換手段２２、高さデータ補完手段２３（ｚ座標値補完手段）、条件取得手段２４、領域設定手段２５、積分高さ算出手段２６（ｚ積分値算出手段）、平均高さ算出手段２７（平均ｚ積分値算出手段）、比較手段２８、及び表示制御手段２９として機能する。

点群データ取得手段２１は、三次元測定装置２から入力された計測データ（点群データ）を取得する。なお、点群データ取得手段２１は、三次元測定装置２から入力され、記憶部１３に記憶された点群データを読み出す処理を実施してもよい。

点群データ取得手段２１により三次元測定装置２から取得された点群データは、一般に実数空間でスパース（疎ら）に存在している。このため、座標変換手段２２は、点群データ取得手段２１により得られた点群データの各計測点に対して、整数化フィルターを適用して整数化する。具体的には、点群データの各計測点（ｘ，ｙ，ｚ）のうち、ｘ座標値及びｙ座標値を整数で表すように変換する。
この整数化フィルターとしては、例えば、下記式（１）に示すような、整数化フィルターを用いることができる。

なお、座標変換手段２２は、上記式（１）に基づいて、複数の点群データが同一のｘ座標及びｙ座標に写像される場合は、写像された点群データのｚ座標値の平均値、または、メディアン値等を用いて、本発明のｚ座標代表値である高さデータｚ（ｘ，ｙ）を求める。

高さデータ補完手段２３は、座標変換手段２２により整数化されたｘ座標値及びｙ座標値にｘ座標が最も近い２点間のｘ座標の差が２以上、またはｙ座標が最も近い２点間のｙ座標の差が２以上である場合に、これらの２点間の間の座標及び当該座標に対するｚ座標を補完する。具体的には、高さデータ補完手段２３は、座標変換手段２２による整数化処理において、例えば、座標（ｘｉ，ｙｉ）に対応した高さデータｚ（ｘｉ，ｙｉ）がない場合、その周囲の整数座標（ｘｉ−１，ｙｉ−１）、（ｘｉ−１，ｙｉ）、（ｘｉ−１，ｙｉ＋１）、（ｘｉ，ｙｉ−１）、（ｘｉ，ｙｉ＋１）、（ｘｉ＋１，ｙｉ−１）、（ｘｉ＋１，ｙｉ）、（ｘｉ＋１，ｙｉ＋１）の高さ情報に基づいて、座標（ｘｉ，ｙｉ）の高さデータｚ（ｘｉ，ｙｉ）を補完する。

条件取得手段２４は、後述する小領域の範囲を設定する設定条件を使用者の操作部１１の操作に基づく信号から取得する。なお、設定条件は、予め記憶部１３に記憶されていてもよい。
領域設定手段２５は、条件取得手段２４により取得した設定条件に基づいて、点群データを取得したワーク４０の第１部材４１における検査対象とすべき位置及び範囲である小領域（例えば、Ｐ）を設定する（図５参照）。小領域Ｐには、複数の小領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、及び、Ｐ４が隣接している。

図１に戻って、積分高さ算出手段２６は、座標変換手段２２により整数化された各ｘｙ座標に対する高さデータｚ（ｘ，ｙ）と、高さデータ補完手段２３により補完されたｘｙ座標に対する高さデータｚ（ｘ，ｙ）を用いて、原点位置から所定の座標点までの高さデータｚ（ｘ，ｙ）を積分した積分高さを算出する。
この積分高さフィルターとしては、例えば、下記式（２）に示すような、積分高さフィルターを用いることができる。

平均高さ算出手段２７は、積分高さ算出手段２６によって算出された各小領域（Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）の積分高さ（ｚ積分値）の単位面積当たりの平均値である平均高さ（平均ｚ積分値）を算出する。この平均高さの算出は、平均高さフィルターを適用して平均高さが算出される。
この平均高さフィルターとしては、下記式（３）に示すような、平均高さフィルターを用いることができる。

比較手段２８は、小領域Ｐ（対象領域Ｐ）の平均高さと、この小領域Ｐに隣接する各小領域（隣接領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）のそれぞれの平均高さとを比較し、これらの平均高さの差異が、所定の閾値を超えているか否かを判定する。
なお、比較手段２８は、対象領域Ｐと各小領域（隣接領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）とのサイズ、すなわち、面積が同一であれば、平均高さではなく、積分高さを比較するようにしてもよい。

表示制御手段２９は、比較手段２８により比較された小領域Ｐ（対象領域Ｐ）と、この小領域Ｐに隣接する各小領域（隣接領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）とのそれぞれの平均高さの差異が、所定の閾値を超えていると判定された場合に、対象領域Ｐを表示部１４に表示させる。

［平坦度検出方法］
次に、上述のような平坦度検出装置の動作について図面に基づいて説明する。
図４は、本実施形態の平坦度検出装置１の動作を示すフローチャートである。

平坦度検出装置１により、ワーク４０（ワーク４０の第１部材４１）における平坦度を検出するには、まず、ワーク４０を三次元測定装置２のステージ面に載置し、三次元測定装置２により計測データ（点群データ）を計測させる。そして、平坦度検出装置１の点群データ取得手段２１は、三次元測定装置２から入力された点群データを取得する（ステップＳ１：点群データ取得ステップ）。

そして、平坦度検出装置１の座標変換手段２２は、点群データ取得手段２１により得られた点群データの各計測点に対して、整数化フィルターを適用して整数化する（ステップＳ２：座標変換ステップ）。具体的には、このｘ座標値及びｙ座標値の整数化は、上記式（１）で示される整数化フィルターを用いてなされ、ｘ座標値及びｙ座標値の小数点以下の数値を、切り捨て（もしくは、四捨五入）することにより、ｘ座標値及びｙ座標値の整数化がなされる。
この際、変換後の座標のｚ座標値として、複数の点群データが同一のｘ座標及びｙ座標に写像される場合は、これらの点群データのｚ座標値の平均値を高さデータｚ（ｘ，ｙ）とする。なお、上述のように高さデータｚ（ｘ，ｙ）としてメディアン値等を用いてもよい。

そして、ステップＳ２において、座標変換手段２２による整数化処理がなされた後、高さデータ補完手段２３は、ｘ座標値ｘｉ及びｙ座標値ｙｉを整数として、各座標（ｘｉ，ｙｉ）に対して、高さデータｚ（ｘｉ，ｙｉ）があるか否かを判定し、各座標（ｘｉ，ｙｉ）に対して高さデータｚ（ｘｉ，ｙｉ）がない場合に高さデータｚ（ｘｉ，ｙｉ）を補完する（Ｓ３）。
すなわち、座標（ｘｉ，ｙｉ）に対する高さデータｚ（ｘｉ，ｙｉ）がないと判定された場合は、高さデータ補完手段２３は、その周囲の整数座標（ｘｉ−１，ｙｉ−１）、（ｘｉ−１，ｙｉ）、（ｘｉ−１，ｙｉ＋１）、（ｘｉ，ｙｉ−１）、（ｘｉ，ｙｉ＋１）、（ｘｉ＋１，ｙｉ−１）、（ｘｉ＋１，ｙｉ）、（ｘｉ＋１，ｙｉ＋１）の高さデータから、座標（ｘｉ，ｙｉ）に対する高さデータｚ（ｘｉ，ｙｉ）を補完する。

ステップＳ３による処理がなされた後、平坦度検出装置１の操作部１１がユーザーにより操作されると、条件取得手段２４が当該使用者の操作に基づく信号から設定条件を取得し、領域設定手段２５がその設定条件に基づいてワーク４０の平坦度を検査すべき領域サイズ、すなわち、小領域（Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）の領域面積を設定する（Ｓ４）。
なお、ステップＳ４の処理は、測定前に予め実施され、記憶部１３に記憶されていてもよい。

そして、領域設定手段２５は、設定条件に基づいてワーク４０の検査すべき小領域の位置を設定する（Ｓ５）。すなわち、領域設定手段２５は、ステップＳ１において取得した点群データの取得範囲をカバーしたｘｙ平面領域を、ステップＳ４の処理により設定された領域面積で、複数の小領域Ｐに分割する。
この後、積分高さ算出手段２６は、ｘｙ平面領域において、原点位置から小領域Ｐにおける頂点までの領域の積分高さを上記式（２）により算出する（Ｓ６：ｚ積分値算出ステップ）。

図５は、ワーク凸部のｘｙ平面及び分割された小領域を示す図である。
ステップＳ６において、原点位置としては、例えば、図５における（０，０）を原点としてもよく、ステップＳ１において点群データが得られた測定範囲（ｘ１≦ｘ≦ｘ２，ｙ１≦ｙ≦ｙ２）における４頂点のいずれか（例えば点（ｘ１，ｙ１））を原点としてもよい。また、小領域Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を１つのグループとして、例えば、小領域Ｐ３における１つの頂点（ｘ_ｐ３，ｙ_ｐ３）を原点としてもよい。
この後、平均高さ算出手段２７は、各小領域（Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）における平均高さを、上記式（３）に基づいて、算出する（Ｓ７）。上記式（３）において、小領域の各頂点までの積分高さは、ステップＳ６により求められている。
例えば、原点位置を（０，０）とし、小領域Ｐの平均高さを算出する場合、平均高さ算出手段２７は、図５に示すように、小領域Ｐを含む点（ｘ_ｐ２，ｙ_ｐ２）までの積分高さ、及び点（ｘ_ｐ１，ｙ_ｐ２）までの積分高さを減じ、点（ｘ_ｐ１，ｙ_ｐ１）までの積分高さを加算する。これにより、小領域Ｐに対する積分高さが算出される。そして、この小領域に対する積分高さを小領域Ｐの面積で除することで、加減算５回及び除算１回を行うのみで、単位面積当たりの平均高さが、高速に求められる。
また、これと同様の方法により、平均高さ算出手段２７は、その他の各小領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の平均高さを算出する。

そして、平坦度検出装置１の比較手段２８は、各小領域の平均高さを比較する。具体的には、比較手段２８は、評価対象である小領域（対象領域Ｐ）の平均高さと、当該対象領域Ｐに隣接する小領域（隣接領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）のそれぞれの平均高さとの差異が、記憶部１３に記憶された所定の閾値を超えているか否かを判定する（Ｓ７：比較ステップ）。
ステップＳ７において、平均高さの差が、所定の閾値を超えていると判定された場合（Ｓ７；Ｙｅｓ）、比較手段２８は、平坦度が低い（平坦ではない）と判定する。この場合、表示制御手段２９は、対象領域Ｐの平坦度が低い旨を表示部１４に表示させる（Ｓ８）。

図６は、ワークの凸部における平坦度変化の大きさが表示部に表示される一例を示す図である。
表示制御手段２９は、図６に示すように、上記式（３）により算出した平均高さの差異の大きさ、すなわち、平坦度の急激に変化した平坦度の変化量の大きさを、例えば、図６に示すように、グレースケールで表示する。換言すれば、表示制御手段２９は、平坦度の変化量に応じて表示の濃淡を制御し、平坦度の変化量が大きいほど、濃い色で表示部１４に当該平坦度の変化量を表示させる。これにより、図６に示す画像が表示された表示部１４を視認することで、ユーザーは、領域Ｒ２より領域Ｒ１の表示色が濃いことから、直感的に、領域Ｒ１の平坦度の変化量が高いことを認識することができる。

さらに、表示制御手段２９は、平坦度の急激に変化した領域をその領域のサイズ（面積）に合わせて表示部１４に表示させる。すなわち、表示制御手段２９は、平坦度の急激に変化した平坦度の属する領域が広ければ広いほど、大きく表示させる。換言すれば、表示制御手段２９は、平坦度の変化量の属する領域のサイズ（面積）に応じて表示部１４における表示サイズ（面積）を制御し、表示部１４に当該平坦度の変化量の属する領域の面積を表示させる。これにより、図６に示す画像が表示された表示部１４を視認することで、ユーザーは、領域Ｒ２より領域Ｒ１の面積が大きいことから、直感的に、領域Ｒ１の平坦度の変化量が急激に変化する領域の広さを認識することができる。

一方、ステップＳ７において、対象領域Ｐの平均高さと隣接領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４のそれぞれの平均高さとの差異が、記憶部１３に記憶された所定の閾値を超えていないと判定された場合（Ｓ７；Ｎｏ）、及びステップＳ８における処理がなされた後に、平坦度検出装置１の制御部２０は、対象領域の変更が終了したか否かを判定する（Ｓ９）。具体的には、制御部２０は、ユーザーの操作部１１の操作により、ワーク４０の検査位置の変更がなされたか否かを判定する。これにより、対象領域の変更が終了していないと判定された場合（Ｓ９；Ｎｏ）、すなわち、ワーク４０の全ての領域において平坦度が検出されていない場合、平坦度検出装置１の制御部２０は、ワーク４０の全ての領域の平坦度の検出が終了するまで、上記ステップＳ５〜Ｓ８の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ９において、対象領域の変更が終了したと判定されると（Ｓ９；Ｙｅｓ）、平坦度検出装置１の制御部２０は、対象領域サイズの変更が終了したか否かを判定する（Ｓ１０）。具体的には、制御部２０は、ユーザーの操作部１１の操作により、ステップＳ４において設定されたワーク４０の平坦度を検査すべき領域サイズの変更が必要か否かを判定する。これにより、例えば、ステップＳ５〜Ｓ８の処理において、表示部１４に表示された平坦度の差異が所定の閾値を超えていると判定された範囲を、改めて以前ステップＳ４により設定された対象領域の面積を小さく設定して、平坦度検出を行いたいと考えている場合、ユーザーは、操作部１１を操作し、対象領域サイズの変更を選択する。このようなユーザーによる操作部１１の操作がなされると、制御部２０は、対象領域サイズの変更が終了していないと判定し（Ｓ１０；Ｎｏ）、ステップＳ４〜Ｓ９の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１０により、注目領域サイズの変更が終了したと判定されると（Ｓ１０；Ｙｅｓ）、平坦度検出装置１の制御部２０は、平坦度検出処理を終了する。すなわち、ユーザーが所望の対象領域のサイズにて、検査すべき領域の平坦度を全て検出し、これ以上の平坦度検出を必要としない場合に、平坦度検出処理を終了させる。具体的には、ユーザーにより平坦度検出処理を終了させる操作が操作部１１に対してなされた場合に、平坦度検出装置１の平坦度検出処理が完了する。

［本実施形態の平坦度検出装置による検査結果］
次に、図２に示したようなワーク４０に対する平坦度検出結果について説明する。上述したように、ワーク４０は、第１部材４１及び第２部材４２にフィルム５０を圧着させるため、圧着時に隙間が生じないよう、第１部材４１及び第２部材４２の表面における平坦度を検出する必要がある。
図７（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態の平坦度検出装置により検出されたワークの凸部の平坦度（高さ変化量）の一例を示す図である。
これらの図７（Ａ）〜（Ｄ）において、ｘ軸は、ワーク４０の第１部材４１の表面４１０の幅方向を示し、ｚ軸は、ワーク４０の第１部材４１の表面４１０の高さ変化量（例えば、積分高さの変化量）を示している。また、図７（Ａ）〜（Ｄ）におけるワーク４０の第１部材４１の表面４１０の幅方向は、一定の幅ごとの各小領域に区分けされている。

図７（Ａ）において、急激に積分高さが変化する位置は、変化量のピークとなるＴ１の頂点から所定の幅、離れた両側の位置までの小領域Ｐ６及び小領域Ｐ７である。この小領域Ｐ６を対象領域とした場合、対象領域Ｐ６の平均高さと対象領域Ｐ６に隣接する小領域Ｐ５の平均高さとの差異Δ１は、予め設定された所定の閾値Δα（例えば、フィルム５０を確実に圧着できる限度内の変化量）よりも大きい。また、小領域Ｐ７を対象領域とした場合、対象領域Ｐ７の平均高さと対象領域Ｐ７に隣接する小領域Ｐ８の平均高さとの差異Δ２は、所定の閾値Δαよりも大きい。このような場合、平坦度検出装置１の表示制御手段２９は、表示部１４に小領域Ｐ６及び小領域Ｐ７を表示させる。これにより、使用者は、表示部１４を視認することにより、小領域Ｐ６及び小領域Ｐ７に対応するワーク４０の部分とフィルム５０との正常な圧着が望めないことを認識できる。

図７（Ｂ）において、積分高さの変化量の高低差は、図７（Ａ）の積分高さの変化量の高低差より大きい。しかし、平均高さの変化が図７（Ａ）の小領域Ｐ６及び小領域Ｐ７に比較して急激ではないため、各小領域を対象領域とし、平坦度の検出を行った場合であっても、当該対象領域の平均高さと対象領域に隣接する小領域の平均高さとの差は、所定の閾値Δαより小さい。このような場合、平坦度検出装置１の制御部２０の比較手段２８は、平坦であると判定するので、表示制御手段２９による各小領域の表示部１４への表示がなされない。これにより、使用者は、表示部１４に各小領域が表示されないことを受けて、ワーク４０とフィルム５０とが正常に圧着されることを認識できる。
図７（Ｃ）において、積分高さの変化量の高低差は、極めて小さい。さらに、各小領域を対象領域とし、平坦度の検出を行った場合であっても、当該対象領域の平均高さと対象領域に隣接する小領域の平均高さとの差は、所定の閾値Δαより小さい。このような場合、図７（Ｂ）に示す場合と同様に、平坦度検出装置１の制御部２０の比較手段２８は、平坦であると判定するので、表示制御手段２９による各小領域の表示部１４への表示がなされない。これにより、使用者は、表示部１４に各小領域が表示されないことを受けて、ワーク４０とフィルム５０とが正常に圧着されることを認識できる。

図７（Ｄ）において、積分高さの変化量の高低差は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）における積分高さの変化量の高低差より小さい。しかし、平均高さ変化量の変化が急激であり、その位置は、変化量のピークとなるＴ２の属する小領域Ｐ１０である。この小領域Ｐ１０を対象領域とした場合、対象領域Ｐ１０の平均高さと対象領域Ｐ１０に隣接する小領域Ｐ９の平均高さとの差異Δ３は、所定の閾値Δαよりも大きい。また、対象領域Ｐ１０の平均高さと対象領域Ｐ１０に隣接する小領域Ｐ１１の平均高さとの差異Δ４は、所定の閾値Δαよりも大きい。このような場合、平坦度検出装置１の表示制御手段２９は、表示部１４に小領域Ｐ１０を表示させる。これにより、使用者は、表示部１４を視認することにより、小領域Ｐ１０に対応するワーク４０の部分とフィルム５０との正常な圧着が望めないことを認識できる。

［本実施形態の作用効果］
上記のように、本実施形態の平坦度検出装置１及び平坦度検出方法では、座標変換手段２２によりｘ座標値及びｙ座標値を整数化するため、ｘ座標値及びｙ座標値を実測値のまま用いる場合等に比較して、積分高さを算出する時間が短縮化される。例えば、検出された（ｘ，ｙ）座標が、（1.1，1.3）、（1.4，1.2）の場合、これらの２つの座標が整数化されると、いずれも（1，1）となり、そのｚ座標代表値を用いるので、結果として計算に用いる座標数を減少させることができる。
また、各小領域Ｐの積分高さを算出し、これらの各小領域における積分高さを比較する。これにより、物体表面の凹凸の有無や凹凸による高さの変化量を検出することができる。すなわち、本実施形態では、各小領域（Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）の高さデータｚ（ｘ，ｙ）の積分高さを算出するだけでよく、測定点を詳細に設定する等の必要もないので、処理時間を短縮できる。さらに、本発明では、各小領域（Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）のｚ座標代表値の積分高さを比較することにより（対象領域Ｐ及び隣接領域Ｐ１〜Ｐ４の領域サイズが同一の場合）、物体表面の凹凸の変化、すなわち、物体表面の平坦度の変化があった位置を容易に検出できる。この際、上記のように、各小領域の積分高さを算出する手法では、その算出に係る時間が短く、高速で物体表面の平坦度を検出できる。

また、本実施形態の平坦度検出装置１は、平均高さ算出手段２７により、対象領域Ｐ及び隣接領域Ｐ１〜Ｐ４の積分高さの単位面積当たりの平均値である平均高さを算出する。これにより、対象領域Ｐと隣接領域Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれとの面積が異なった場合であっても、正確に物体表面における対象領域Ｐと隣接領域Ｐ１〜Ｐ４の凹凸の変化を検出できる。

さらに、本実施形態の平坦度検出装置１では、比較手段２８により対象領域Ｐの平均高さと隣接領域Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれの平均高さとの差異が、所定の閾値を超えているか否かが判定され、当該差異が所定の閾値を超えている場合には、対象領域Ｐが表示制御手段２９により表示部１４に表示される。これにより、使用者が表示部１４を視認することにより、ワーク４０表面の凹凸の変化、すなわち、ワーク４０表面における平坦度が変化した位置を容易に認識することができる。

さらに、座標変換手段２２により整数化されたｘ座標値及びｙ座標値に最も近い座標がない場合に、当該座標、及びその座標における高さデータｚ（ｘ，ｙ）が補完される。これにより、積分高さ算出手段２６がこれらの補完されたｚ座標代表値を用いて算出されるべき積分高さを補完するので、正確にワーク４０表面の凹凸の変化、すなわち、ワーク４０表面の平坦度が変化した位置を認識することができる。

また、本実施形態の平坦度検出装置１では、小領域（対象領域Ｐ）の範囲を設定する設定条件を取得する条件取得手段２４と、取得した設定条件に応じて対象領域Ｐの範囲を設定する領域設定手段２５とを備えているので、例えば使用者により入力された設定条件に基づいて、算出すべき小領域を所望の範囲に設定することができる。これにより、使用者は、例えば、大まかな対象領域Ｐにおける平坦度を検出した後、物体表面の積分高さ（平均高さ）の変化量が大きいと判定された部分を対象領域として設定し、再度、設定した対象領域内の平坦度を検出することができる。すなわち、平坦度の検出を必要としない範囲（領域）については、再度その領域を含む範囲の平坦度の検出をする必要が無いので、より平坦度の検出を高速化することができる。

［変形例］
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上記実施形態では、ワーク４０の第１部材４１に対して平坦度検出を実施する例を示したが、ワーク４０のその他の面、例えば、第２部材４２の平坦度検出においても同様の処理を用いて検出することができる。さらに、フィルム５０をワーク４０に圧着させる際に用いたが、これに限らず、平坦度を検出する必要がある物体であれば、如何なる物体の平坦度を検出するようにしてもよい。

また、三次元測定装置２として、ステレオ法や光切断法、パターン投影法などの非接触型の三次元計測データを取得可能な例を示したが、これに限られず、例えばプローブをワーク４０の表面に接触させてワーク４０の外形形状を計測する接触型の三次元測定装置を用いてもよい。

また、領域設定手段２５により設定される小領域（対象領域Ｐ）と当該対象領域Ｐに隣接する隣接領域Ｐ１〜Ｐ４との平均高さを比較手段２８により比較することとしたが、これに限られない。例えば、対象領域Ｐの平均高さと対象領域Ｐに隣接しない小領域の平均高さとを比較手段２８により比較するようにしてもよい。

さらに、表示制御手段２９は、対象領域Ｐの平均高さと隣接領域Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれの平均高さとの差異が、所定の閾値を超えた際に、対象領域Ｐを表示部１４に表示させることとしたが、これに限られない。例えば、対象領域Ｐと所定の閾値を超えた平均高さの属する隣接領域Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの領域との両領域を表示部１４に表示させるようにしてもよいし、当該所定の閾値を超えた平均高さの属する隣接領域Ｐ１〜Ｐ４のいずれかの領域のみを表示部１４に表示させるようにしてもよい。

さらに、表示制御手段２９は、平坦度の変化量に応じて表示の濃淡を制御し、平坦度の変化量が大きいほど、濃い色で表示部１４に当該平坦度の変化量を表示させることとしたが、これに限られない。例えば、表示部１４がカラー表示に対応する液晶である場合には、平坦度の変化量が大きいほど暖色系の色で表示し、平坦度の変化量が小さいほど寒色系の色で表示するようにしてもよい。これによれば、表示部１４を視認することで、使用者は、さらに直感的に、平坦度の変化量が高い位置を認識することができる。

なお、比較手段２８において使用される閾値は、ユーザーにより適宜設定される閾値を用いてもよく、また、予め設定された閾値を用いてもよいこととしたが、例えば、制御部２０が記憶部１３に比較手段２８により比較される小領域（対象領域Ｐ）の平均高さと、この小領域Ｐに隣接する他の小領域（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４）のそれぞれの平均高さとの差異における所定の閾値を記憶させる閾値記憶手段を設けることとしてもよい。
なお、所定の閾値は、領域設定手段２５により設定された小領域（対象領域Ｐ）の面積に対応して定められる。例えば、対象領域Ｐの面積が大きければ大きいほど、閾値はそれに応じて大きく設定され、対象領域Ｐの面積が小さければ小さいほど、閾値はそれに応じて小さく設定される。ただし、具体的な小領域Ｐの面積と閾値は、平坦度を検出すべき物体とフィルムの材質、圧着方法により適宜決定され、前述の基準に限られない。

以上、本発明を実施するための最良の構成について具体的に説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想及び目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、当業者が様々な変形及び改良を加えることができるものである。

１…平坦度検出装置、２…三次元測定装置、１１…操作部、１３…記憶部、１４…表示部、２０…制御部、２１…点群データ取得手段、２２…座標変換手段、２３…高さデータ補完手段（ｚ座標値補完手段）、２４…条件取得手段、２５…領域設定手段、２６…積分高さ算出手段（ｚ積分値算出手段）、２７…平均高さ算出手段（平均ｚ積分値算出手段）、２８…比較手段、２９…表示制御手段、４０…ワーク（物体）

Claims

物体表面の複数箇所の三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）を形状計測し、当該複数箇所それぞれの三次元位置により構築される点群データを生成する三次元測定装置から、当該点群データを取得する点群データ取得手段と、
前記点群データにおける前記三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）のうちｘ座標値及びｙ座標値を整数化し、各ｘ，ｙ座標値に対するｚ座標代表値を算出する座標変換手段と、
ｘｙ平面領域を分割した複数の小領域に対し前記ｚ座標代表値を積分したｚ積分値を算出するｚ積分値算出手段と、
前記小領域の前記ｚ積分値の単位面積当たりの平均値である平均ｚ積分値を算出する平均ｚ積分値算出手段と、
所定の前記小領域の前記平均ｚ積分値と当該所定の小領域に隣接する小領域の前記平均ｚ積分値とを比較する比較手段と、を備えることを特徴とする平坦度検出装置。
請求項１に記載の平坦度検出装置において、
表示部と、
前記所定の小領域と当該所定の小領域に隣接する小領域との前記平均ｚ積分値の差が所定の閾値を超えている場合に、前記所定の小領域を前記表示部に表示させる表示制御手段と、を備えることを特徴とする平坦度検出装置。
請求項１又は請求項２に記載の平坦度検出装置において、
前記座標変換手段による整数化後にｘ座標が最も近い２点間のｘ座標の差が２以上、またはｙ座標が最も近い２点間のｙ座標の差が２以上である場合に、これらの２点間の間の座標及び当該座標に対するｚ座標を補完するｚ座標値補完手段を備え、
前記ｚ積分値算出手段は、前記ｚ座標値補完手段により補完されたｚ座標値を用いて前記小領域における前記ｚ積分値を算出することを特徴とする平坦度検出装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の平坦度検出装置において、
前記小領域の範囲を設定する設定条件を取得する条件取得手段と、
取得した前記設定条件に応じて前記小領域の範囲を設定する領域設定手段と、を備えることを特徴とする平坦度検出装置。
物体表面の複数箇所の三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）を形状計測し、当該複数箇所それぞれの三次元位置により構築される点群データを生成する三次元測定装置から、当該点群データを取得する点群データ取得ステップと、
前記点群データにおける前記三次元位置（ｘ，ｙ，ｚ）のうちｘ座標値及びｙ座標値を整数化し、各ｘ，ｙ座標値に対するｚ座標代表値を算出する座標変換ステップと、
ｘｙ平面領域を分割した複数の小領域に対し前記ｚ座標代表値を積分したｚ積分値を算出するｚ積分値算出ステップと、
前記小領域の前記ｚ積分値の単位面積当たりの平均値である平均ｚ積分値を算出する平均ｚ積分値算出ステップと、
所定の前記小領域の前記平均ｚ積分値と当該所定の小領域に隣接する小領域の前記平均ｚ積分値とを比較する比較ステップと、を実施することを特徴とする平坦度検出方法。