JP6666037B2 - Calibration method, program, measuring device, and article manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、校正方法、プログラム、計測装置、および物品の製造方法に関する。 The present invention relates to a calibration method, a program, a measurement device, and a method for manufacturing an article.
光を用いて非接触に物体の形状を計測する方法として、三角測量の原理を用いた計測装置が知られている。この計測装置としては、例えば、物体にパターン光を投影する投影部と、物体を撮像する撮像部とを備えたものがある。この場合、予め取得した、投影部と撮像部との相対的な位置および姿勢の情報を用いて物体の形状が求められる。計測精度の調整は、投影部と撮像部との相対的な距離および姿勢の調整により行われる。計測精度の調整方法として、計測装置の再投影誤差を求め、再投影誤差が最小となるように投影部と撮像部との位置関係を調整する方法がある（特許文献１）。 As a method of non-contactly measuring the shape of an object using light, a measuring device using the principle of triangulation is known. As this measuring device, for example, there is a device including a projection unit that projects pattern light onto an object and an imaging unit that captures an image of the object. In this case, the shape of the object is obtained using the information on the relative position and orientation between the projection unit and the imaging unit, which is acquired in advance. The adjustment of the measurement accuracy is performed by adjusting the relative distance and posture between the projection unit and the imaging unit. As a method of adjusting the measurement accuracy, there is a method of obtaining a reprojection error of the measuring device and adjusting a positional relationship between the projection unit and the imaging unit so that the reprojection error is minimized (Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-163873).
しかしながら、例えば、物体の載置面内における計測誤差量が、当該面内で異方性をもつ（方向により異なる）場合、特許文献１の方法により、再投影誤差を最小にしても計測誤差が改善しない場合がある。 However, for example, when the measurement error amount in the mounting surface of the object has anisotropy in the surface (differs depending on the direction), the measurement error is minimized by the method of Patent Document 1 even if the reprojection error is minimized. May not improve.
本発明は、例えば、計測誤差の改善に有利な計測装置の校正方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide, for example, a calibration method of a measurement device that is advantageous for improving a measurement error.
上記課題を解決するために、本発明は、三角測量の原理により物体までの距離を計測する計測装置の校正方法であって、一の光学系と他の光学系との間の基線長の変化量と、一の光学系の光軸と他の光学系の光軸とがなす角の変化量と、のうち校正基準に関する距離の計測誤差に基づいて選択された一方に関して設定された制約条件の下で、基線長の変化量と角の変化量とを変数とする、校正基準の像の位置に関して設定された目的関数の値が許容条件を満たすように、基線長の変化量および角の変化量を得る、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is a method for calibrating a measuring device that measures a distance to an object based on the principle of triangulation, and includes a method of changing a base line length between one optical system and another optical system. And the amount of change in the angle between the optical axis of one optical system and the optical axis of the other optical system, and of the constraints set for one selected based on the measurement error of the distance with respect to the calibration reference. Below, the amount of change in the baseline length and the change in the angle are set so that the value of the objective function set with respect to the position of the image of the calibration reference, which uses the amount of change in the baseline length and the amount of change in the angle as variables, satisfies the allowable condition. Obtaining the quantity.
本発明によれば、例えば、計測誤差の改善に有利な計測装置の校正方法を提供することができる。 According to the present invention, for example, it is possible to provide a calibration method of a measurement device that is advantageous for improving a measurement error.
以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る計測装置の校正方法を実行する際の校正用物体と計測装置との位置関係を示す図である。本実施形態に係る計測装置１００は、２つの光学ユニット１１０および１２０を有する。光学ユニット１１０および１２０は、どちらか一方がパターン光を投影する投影光学部であってもよいし、両方とも物体を撮像する撮像部であってもよい。例えば、一方が投影光学部である場合、投影光のパターンの情報を利用して再投影誤差を求め、求めた再投影誤差を用いた計測装置の調整を行う事が可能である。なお、光学ユニットの数は２つに限られず、２つより多くてもよい。光学ユニット１１０の光学中心１１１と光学ユニット１２０の光学中心１２１とを結んだ線が基線１４０である。また、本実施形態では、光学ユニット１１０の光軸と光学ユニット１２０の光軸とがなす角のことを２つの光学ユニットの姿勢と表現することとする。基線１４０の長さ（基線長）および２つの光学ユニットの姿勢から三角測量の原理を用いて物体の計測が可能となる。ここで光学中心とは光学ユニットが有する光学系の物体側の瞳位置の事を表す。ここで、物体が載置された平面内に互いに直交するＸ軸およびＹ軸を取り、このＸＹ平面に直交する方向にＺ軸を取る。
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a positional relationship between a calibration object and a measurement device when the calibration method of the measurement device according to the present embodiment is executed. The
計測誤差や再投影誤差は、校正基準（校正用物体）１５１および１５２を用いて求められる。校正基準１５１および１５２は座標位置が既知であり、計測装置１００に対して、Ｚ軸方向（物体載置面に垂直な方向）に間隔を空けて配置されている。校正基準１５１および１５２の計測装置１００による計測結果は、それぞれ計測位置１６１および計測位置１６２である。校正基準１５１の位置と計測位置１６１との差が計測誤差となる。そのうち、Ｚ軸方向の誤差を示したものが、計測誤差１７１および１７２である。
The measurement error and the reprojection error are obtained using the calibration standards (calibration objects) 151 and 152. The
また、再投影誤差は、各校正基準を撮像した際に得られる各光学ユニットにおける面上（受光面等）での測定位置と、既知の各校正基準の座標位置を透視投影の演算によって当該撮像センサ上に投影した算出位置と、の剥離（誤差）の計算により求められる。なお、光学ユニット１１０および１２０のうち、一方が投影光学部である場合には、再投影誤差は投影パターンを生成するパターン生成面上における位置の乖離を示す。計測装置の調整は、計測誤差を最小にするように行われるが、そのための基線長や姿勢（角）の調整量を算出する演算負荷は一般的に過大となる。したがって、再投影誤差が許容条件を満たすような（例えば、最小化となる）調整が行われる。
In addition, the reprojection error is obtained by calculating a perspective position of a measurement position on a surface (a light receiving surface or the like) of each optical unit obtained when each calibration reference is imaged and a coordinate position of each known calibration reference. It is determined by calculating the separation (error) between the calculated position projected on the sensor and the calculated position. When one of the
図２は、本実施形態に係る計測装置の校正方法を示すフローチャートである。各工程は、計測装置１００に含まれる制御部や演算部（いずれも不図示）により実行される。または、計測装置と通信が可能な調整装置により実行される。ステップＳ０１０では、計測装置１００が校正基準１５１および１５２の位置を計測する。計測に用いる基線１４０の長さ（基線長）や姿勢（角）は計測装置１００が予め記憶している値（初期値）とする。ステップＳ０２０では、基線長および姿勢のうち、どちらを調整量の制限対象とするかを決定する。ステップＳ０３０では、調整量が決定される。ステップＳ０４０では、基線長および姿勢の調整量が出力される。出力先は光学ユニット１１０と光学ユニット１２０とを駆動する駆動部（不図示）や駆動部と通信可能な記憶部（演算部）等である。
FIG. 2 is a flowchart illustrating the calibration method of the measuring device according to the present embodiment. Each step is executed by a control unit and a calculation unit (both not shown) included in the
計測装置の精度の調整は、再投影誤差を最小にするように基線長または姿勢を調整することで行われるが、どちらの調整がより、実際の誤差の減少に影響が大きいかは分からない。たとえば、基線長の調整量と誤差の減少量との相関が少ない場合は、角を調整することが必要となる。また、相関が少ない調整対象の調整量を多くすると、かえって誤差が大きくなる場合がある。したがって、ステップＳ０２０にて、調整量を制限する対象が決定されている。 Adjustment of the accuracy of the measurement apparatus is performed by adjusting the base line length or the attitude so as to minimize the reprojection error, but it is not known which adjustment has a greater effect on the reduction of the actual error. For example, when there is little correlation between the adjustment amount of the base line length and the reduction amount of the error, it is necessary to adjust the angle. In addition, if the adjustment amount of the adjustment target having a small correlation is increased, the error may be rather increased. Therefore, in step S020, the target for limiting the adjustment amount is determined.
ステップＳ０２０は、ステップＳ０２１とステップＳ０２２とを含む。ステップＳ０２１では、計測誤差１７１および１７２が算出される。ステップＳ０２２では、算出結果に基づいて、調整量が制限される調整対象が決定される。
Step S020 includes step S021 and step S022. In step S021,
ステップＳ０３０は、ステップＳ０３１〜ステップＳ０３４を含む。ステップＳ０３１では、再投影誤差が許容条件を満たす（最小化となる）最適化問題が設定され、テップＳ０３２では、最適化問題に対する制約条件が設定され、ステップＳ０３３およびステップＳ０３４では最適化問題により調整量が算出される。 Step S030 includes steps S031 to S034. In step S031, an optimization problem that satisfies (minimizes) the reprojection error is set. In step S032, a constraint condition for the optimization problem is set. In steps S033 and S034, adjustment is performed by the optimization problem. The amount is calculated.
ここで、基線長の調整量の制限は、基線１４０方向の相対的な位置において設定することが望ましい。また、角の調整量の制限は、基線１４０を含む平面内において設定することが望ましい。さらに、調整量は、基線長や角に限定されず、計測装置１００自体の位置や姿勢を含んでいてもよく、基線長や角の調整量に比例する値、光学ユニットの焦点距離、ディスト―ション、収差等の光学パラメータに関する調整量を含んでいてもよい。
Here, it is desirable to set the limit of the adjustment amount of the base line length at a relative position in the
ステップＳ０２２における制限する調整対象の決定は、基線長や角を変化させたときの、計測誤差１７１と校正基準１５１との関係（または、計測誤差１７２と校正基準１５２との関係）に基づいて行われる。光学中心１１１を原点とすると、たとえば、基線長がＢからＢ＋ｄＢへ変化した際のＺ軸方向の誤差ｄｚは、計測装置１００と校正基準１５１とのＺ軸方向の距離をｚ、とすると以下の式（１）のように表される。
The adjustment target to be restricted in step S022 is determined based on the relationship between the
同様にして、角がθからθ＋ｄηに変化した際のｄｚは、上記パラメータに加え、Ｘ軸方向の距離ｘを用いて以下の式（２）のように表される。 Similarly, dz when the angle changes from θ to θ + dη is expressed by the following equation (2) using the distance x in the X-axis direction in addition to the above parameters.
上記式のような、基線長の変化量とＺ軸方向の誤差との相関関係（式（１））、角の変化量とＺ軸方向の誤差との相関関係（式（２））、を利用して、基線長の変化および角の変化のうちどちらが計測誤差の発生により影響が大きいかを判定することができる。すなわち、Ｚ軸方向の距離が異なる２つ以上の校正基準を計測して、計測結果と、式（１）および式（２）により得られたｄｚとを比較して、より相関度の高いほうを計測誤差の発生により影響が大きい因子であると判定できる。相関度の具体的な比較方法は例えば、式（１）及び式（２）用いて誤差ｄｚに対し関数フィッティングを行ってフィッティング残差の量の比較する方法などがある。また、これに限定されず、一般に知られている相関度の有無を調査する様々な方法が適用可能である。相関度の低い方の因子（調整対象）が調整量を制限される因子となる。 The correlation between the amount of change in the base line length and the error in the Z-axis direction (Equation (1)) and the correlation between the amount of change in the angle and the error in the Z-axis direction (Equation (2)), as in the above equation, are given. By utilizing this, it is possible to determine which of the change in the baseline length and the change in the angle has a greater effect due to the occurrence of the measurement error. That is, two or more calibration standards having different distances in the Z-axis direction are measured, and the measurement result is compared with dz obtained by Expressions (1) and (2), and the higher correlation degree is obtained. Can be determined to be a factor that has a large effect due to the occurrence of a measurement error. As a specific method of comparing the correlation degree, for example, there is a method of performing function fitting on the error dz using Equations (1) and (2) and comparing the amounts of fitting residuals. In addition, the present invention is not limited to this, and various methods for investigating the presence or absence of a generally known degree of correlation can be applied. The factor with the lower correlation (adjustment target) is the factor that limits the adjustment amount.
なお、校正基準の数は２つに限定されず、複数個配置されていてもよい。Ｚ軸方向の距離が異なる校正基準であればよく、数が多いほど精度良く相関を求める事が可能となる。また、校正基準が１つであっても、たとえば１つの校正基準を駆動装置に取り付けて複数の位置に駆動し、駆動装置の駆動位置の情報を校正基準の座標位置として使用する方法でも構わない。 Note that the number of calibration standards is not limited to two, and a plurality of calibration standards may be arranged. A calibration reference having a different distance in the Z-axis direction may be used, and the greater the number, the more accurate the correlation can be obtained. In addition, even if there is one calibration reference, for example, a method may be used in which one calibration reference is attached to a driving device and driven to a plurality of positions, and information on the driving position of the driving device is used as a coordinate position of the calibration reference. .
また、上述の式（１）および式（２）による定式化は一例でありこれに限定されない。例えばＸＹＺ座標軸の取り方や座標原点の取り方に応じて変形しても構わないし、式（２）は複雑な式であるため近似を行って簡略化し、その近似式に置き換えても構わない。以上を換言すれば、２つ以上の校正基準から得られた誤差ｄＺ（奥行き誤差）の情報を基に調整量を制限する対象を決定する事ができる。 Further, the formulation using the above-described equations (1) and (2) is an example, and the present invention is not limited to this. For example, the formula may be modified according to how to set the XYZ coordinate axes or how to set the coordinate origin. Since the formula (2) is a complicated formula, it may be simplified by approximation and replaced with the approximate formula. In other words, it is possible to determine a target for which the adjustment amount is limited based on information of the error dZ (depth error) obtained from two or more calibration standards.
ステップＳ０３０では、調整量が決定される。図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、その決定方法の詳細を説明するフローチャートである。図３（Ａ）で示すように、ステップＳ０３１では、調整量を変数とする再投影誤差の関数を目的関数とし、再投影誤差が許容条件を満たす（例えば、最小化となる）最適化問題を設定する。最適化問題の解法は、必要とする計算精度と計算負荷に応じて選択可能であり、最小二乗法、Ｌａｇｒａｎｇｅの未定乗数法、代入法等を選択することができる。 In step S030, the adjustment amount is determined. FIGS. 3A and 3B are flowcharts illustrating details of the determination method. As shown in FIG. 3A, in step S031, an optimization problem in which the reprojection error satisfies an allowable condition (for example, minimizes) is set as an objective function using a function of the reprojection error using the adjustment amount as a variable. Set. The solution of the optimization problem can be selected according to the required calculation accuracy and calculation load, and the least squares method, the Lagrange undetermined multiplier method, the substitution method, and the like can be selected.
ステップＳ０３２では、設定された最適化問題に対する制約条件を定義する。ここでいう制約条件とは、計測誤差が許容条件を満たすために許容される調整量の範囲のことである。許容される範囲は、装置の設計上、経時変化で起き得る計測誤差の最大値に対応した調整量に基づいて決定することが望ましい。また、再投影誤差の最小化によっても誤差が残ってしまう場合がある。この誤差は調整量が小さいほど小さくなる。したがって、経時変化による誤差を小さくすることと、再投影誤差の最小化により残ってしまう誤差を小さくすることとのバランスを考慮して調整量の許容範囲を決定することが望ましい。どちらの比重を重くするかはユーザーが適宜決定可能である。なお、調整量の許容範囲を決定する方法は、計測装置の経時変化に対するリスク設計に応じて様々に変更が可能であり一つの方法に限定されない。また、許容される調整量を固定値としてもよい。 In step S032, a constraint condition for the set optimization problem is defined. The constraint condition here refers to a range of an adjustment amount that is allowed for the measurement error to satisfy the allowable condition. The allowable range is desirably determined on the basis of the adjustment amount corresponding to the maximum value of the measurement error that may occur due to the temporal change in the design of the apparatus. Also, errors may remain even when the reprojection errors are minimized. This error decreases as the adjustment amount decreases. Therefore, it is desirable to determine the allowable range of the adjustment amount in consideration of the balance between reducing the error due to aging and reducing the error remaining due to minimization of the reprojection error. Which specific gravity is to be increased can be appropriately determined by the user. Note that the method of determining the allowable range of the adjustment amount can be variously changed in accordance with the risk design with respect to the aging of the measuring device, and is not limited to one method. Further, the allowable adjustment amount may be a fixed value.
ステップＳ０３３では、ステップＳ０３２で定義された制約条件のもと最適化問題を解き、調整量を算出する。他方、ステップＳ０３４では、制約条件なしに最適化問題を解き、調整量を算出する。 In step S033, the optimization problem is solved under the constraints defined in step S032, and the adjustment amount is calculated. On the other hand, in step S034, the optimization problem is solved without any constraint, and the adjustment amount is calculated.
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のステップＳ０３２がステップＳ０３５となっている点が異なる。ステップＳ０３５では、誤差を変数とする調整量（ステップＳ０２２で決定された対象の調整量）の関数を目的関数とし、調整量を最小化する最適化問題を設定する。ステップＳ０３１およびステップＳ０３５で目的関数を設定する際、再投影誤差を最小にすることと、調整量を最小化することとの重み付けを定義することで調整量の範囲を設定することができる。ステップＳ０３３では、設定した２つの最適化問題を解いて調整量を算出する。ステップＳ０４０で出力された調整量に基づいて、計測装置が調整され、計測精度の改善が図られる。 FIG. 3B is different in that step S032 of FIG. 3A is replaced with step S035. In step S035, an optimization problem for minimizing the adjustment amount is set by using the function of the adjustment amount using the error as a variable (the adjustment amount of the target determined in step S022) as the objective function. When setting the objective function in steps S031 and S035, the range of the adjustment amount can be set by defining the weighting of minimizing the reprojection error and minimizing the adjustment amount. In step S033, an adjustment amount is calculated by solving the two set optimization problems. The measuring device is adjusted based on the adjustment amount output in step S040, and the measurement accuracy is improved.
上記のような校正方法によれば、再投影誤差を校正値として、調整量の制限対象を特定したうえで校正値を最小化して計測装置の計測誤差を改善させることができる。以上のように、本実施形態によれば、計測誤差の改善に有利な計測装置の校正方法を提供することができる。 According to the above-described calibration method, it is possible to improve the measurement error of the measuring device by minimizing the calibration value after specifying the restriction target of the adjustment amount using the reprojection error as the calibration value. As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a calibration method for a measurement device that is advantageous for improving a measurement error.
（第２実施形態）
図４は、本実施形態に係る計測装置の校正方法を示すフローチャートである。本実施形態では、第１実施形態の校正方法と、第１実施形態のような制限を課さない校正方法と、を併用する。本実施形態の方法によれば、計測装置１００の部材の固定ネジの緩み等の想定外の変化に対応することができる。想定外の変化が起きた場合、制限された校正量では、誤差を十分に抑えることができない場合がある。本実施形態では、制限を課した場合の校正方法と、制限を課さない校正方法のどちらを校正方法として採用するか決定する工程を含む。
(2nd Embodiment)
FIG. 4 is a flowchart illustrating a calibration method of the measuring device according to the present embodiment. In the present embodiment, the calibration method according to the first embodiment and the calibration method that does not impose restrictions as in the first embodiment are used together. According to the method of the present embodiment, it is possible to cope with an unexpected change such as a loosening of a fixing screw of a member of the measuring
図４のフローチャートにおいて、第１実施形態と同様の工程に同じ符号を付け、説明は省略する。ステップＳ０５０では、第１実施形態の校正方法により得られた調整量のセットが仮の調整量（第１の調整量）として、計測装置１００内の記憶部（不図示）に記憶される。なお、記憶部は計測装置１００とは別の装置（校正方法を実行する調整装置等）が備えていてもよい。
In the flowchart of FIG. 4, the same steps as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In step S050, the set of adjustment amounts obtained by the calibration method of the first embodiment is stored as a temporary adjustment amount (first adjustment amount) in a storage unit (not shown) in the
ステップＳ０２０〜Ｓ０５０の工程と並行して、ステップＳ０５１では、ステップＳ０３１と同様に設定された最適化問題を解くことで仮の調整量（第２の調整量）を得る。このとき、第１実施形態のような制限は課されない。得られた値は、記憶部に記憶される（ステップＳ０５２）。ステップＳ０５３では、第１の調整量により校正を実施した場合の誤差の残差と、第２の調整量により校正を実施した場合の誤差の残差と、を比較する。なお、各残差は、それぞれステップＳ０３３およびＳ０３４、ステップＳ０５１で算出し、ステップＳ０５０およびステップＳ０５２で各調整量とともに記憶されていてもよい。この場合は、ステップＳ０５３では、記憶された各残差が記憶部から読み出され比較される。ステップＳ０５４では、残差が少ないほうの調整量が出力される。 In parallel with the steps S020 to S050, in step S051, a temporary adjustment amount (second adjustment amount) is obtained by solving the optimization problem set in the same manner as in step S031. At this time, the restriction as in the first embodiment is not imposed. The obtained value is stored in the storage unit (Step S052). In step S053, the error residual when the calibration is performed with the first adjustment amount is compared with the error residual when the calibration is performed with the second adjustment amount. The residuals may be calculated in steps S033 and S034 and step S051, respectively, and may be stored together with the respective adjustment amounts in steps S050 and S052. In this case, in step S053, each of the stored residuals is read from the storage unit and compared. In step S054, the adjustment amount with the smaller residual is output.
なお、上述では第１の調整量および第２の調整量を並列で取得する例を示したが、これに限定されず、本実施形態の校正方法を実施する校正装置の演算処理性能によっては両者を順に実施する方法でも構わない。この場合、両者を求める順番は問わない。また、比較する残差を特定方向の残差としてもよい。たとえば、ＸＹ平面内の誤差を重視するユーザーはＸＹ平面内の残差を比較してもよいし、Ｚ軸方向の誤差を重視するユーザーはＺ軸方向の残差を比較してもよい。 In the above description, an example in which the first adjustment amount and the second adjustment amount are acquired in parallel has been described. However, the present invention is not limited to this, and depending on the arithmetic processing performance of the calibration device that performs the calibration method of the present embodiment, both are obtained. May be performed in order. In this case, the order in which both are obtained does not matter. Further, the residual to be compared may be a residual in a specific direction. For example, a user who attaches importance to an error in the XY plane may compare residuals in the XY plane, and a user who attaches importance to an error in the Z-axis direction may compare residuals in the Z-axis direction.
本実施形態の調整方法によれば、計測装置１００の固定ネジの緩み等のような設計上の想定を外れた異常な変化が発生した場合にも計測誤差の改善が可能となり、当該校正方法は第１実施形態と同様の効果を奏する。
According to the adjustment method of the present embodiment, it is possible to improve the measurement error even when an abnormal change that is out of the design assumption such as the loosening of the fixing screw of the measuring
（第３実施形態）
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、本実施形態に係る計測装置の校正方法を示すフローチャートおよび計測誤差の異方性を説明する図である。本実施形態では、調整対象に制限を加えることが必要か否かをステップＳ２２の実施前に判断する。この判断は、ＸＹ平面内における計測誤差の異方性の有無に基づいて行われる。
(Third embodiment)
FIGS. 5A and 5B are a flowchart illustrating the calibration method of the measurement device according to the present embodiment and a diagram illustrating the anisotropy of the measurement error. In the present embodiment, it is determined whether or not it is necessary to limit the adjustment target before performing step S22. This determination is made based on the presence or absence of anisotropy of the measurement error in the XY plane.
図５（Ａ）は、本実施形態に係る計測装置の校正方法を示すフローチャートである。第１実施形態と同様の工程に同じ符号を付け、説明は省略する。ステップＳ０６１では、前工程で取得された計測誤差のＸ方向の誤差成分およびＹ方向の誤差成分を算出し、算出した誤差成分が予め設定した閾値以下か否かが判断される。閾値以下の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ０５１が実施され、ステップＳ０６２にて調整量が出力される。閾値を逸脱する場合（ＮＯ）、第１実施形態のステップＳ０２２以降が実施される。以上の工程により、第２実施形態のように仮の調整量を２つ求める必要がなくなり、より短時間で校正値を求めることが可能となる。 FIG. 5A is a flowchart illustrating a calibration method of the measurement device according to the present embodiment. The same steps as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In step S061, an X-direction error component and a Y-direction error component of the measurement error acquired in the previous process are calculated, and it is determined whether the calculated error component is equal to or less than a preset threshold. If the difference is equal to or smaller than the threshold (YES), step S051 is performed, and the adjustment amount is output in step S062. When the value deviates from the threshold value (NO), steps S022 and subsequent steps of the first embodiment are performed. According to the above steps, it is not necessary to obtain two temporary adjustment amounts as in the second embodiment, and it is possible to obtain a calibration value in a shorter time.
図５（Ｂ）は、計測誤差の異方性を説明する図である。互いにＸ軸方向の位置が異なる校正基準１５３および１５４と、校正基準１５３とＹ軸方向の位置が異なる１５５と、校正基準１５４とＹ軸方向の位置が異なる校正基準１５６とをそれぞれ計測する。校正基準１５３〜１５６に対応した計測結果は、計測位置１６３〜１６６となる。
FIG. 5B is a diagram illustrating the anisotropy of the measurement error.
各校正基準間のＸ軸方向の距離は、距離１８０で示され、計測結果のＸ軸方向の距離は距離１８１で示される。ここで、距離１８０は、校正基準１５３と１５４との間の距離でもよいし、校正基準１５５と１５６との間の距離でもよく、これらの平均値でもよい。距離１８１は、距離１８０の算出方法と対応していればよい。Ｙ軸方向ついても同様に、各校正基準間のＹ軸方向の距離は、距離１８２で示され、計測結果のＹ軸方向の距離は距離１８３で示される。
The distance in the X-axis direction between the calibration standards is indicated by a
計測誤差の異方性は、距離１８０と距離１８１との差分を距離１８０で割った値（Ｘ軸方向の誤差倍率）と、距離１８２と距離１８３との差分を距離１８２で割った値（Ｙ軸方向の誤差倍率）とを比較して判断される。すなわち、Ｘ軸方向の誤差倍率とＹ軸方向の誤差倍率とが同値であれば計測誤差に異方性はなく、両者の値が異なれば計測誤差に異方性がみられると判断される。ステップＳ０６１では、この異方性の大きさが閾値と比較される。異方性の大きさは、両者の差分あるいは両者の比とする。
The anisotropy of the measurement error is obtained by dividing the difference between the
異方性の大きさによっては、調整対象に制限値を加えずとも再投影誤差の最小化により、計測誤差を最小化できうる。したがって、制限値を加えずとも十分に計測誤差の改善ができるとユーザーが判断した異方性の大きさが閾値とされる。 Depending on the magnitude of the anisotropy, the measurement error can be minimized by minimizing the reprojection error without adding a limit value to the adjustment target. Therefore, the magnitude of the anisotropy determined by the user to be able to sufficiently improve the measurement error without adding a limit value is set as the threshold.
なお、図５（Ｂ）では４個の校正基準を使用する例を示したがこれに限定されず、少なくともＸ軸方向の誤差倍率およびＹ軸方向の誤差倍率、またはこれらに代わる間接的な量が算出可能な個数であれば構ない。例えばＸ座標位置とＹ座標位置が両方とも異なる２個の校正基準でも構わないし、多数の校正基準を用意する事で精度を上げても構わない。またＸ軸方向の倍率成分とＹ軸方向の倍率成分について上述の定義に限定されず、等方的な伸縮か異方的な伸縮かが判定可能な量で有れば構わない。例えば校正基準の座標値と測定位置との誤差を校正基準の座標値で割ったものでも構わない。また相違量は上記の定義に限定されず、相違を定量化可能な指標で有れば構わない。以上を換言すれば、２つ以上の校正基準から得られた横方向誤差の情報を基に、制約を設ける調整と制約を設けない調整のうちのどちらを行うかを判断する事が可能となる。 FIG. 5B shows an example in which four calibration standards are used. However, the present invention is not limited to this, and at least the error magnification in the X-axis direction and the error magnification in the Y-axis direction, or an indirect amount replacing these. May be any number that can be calculated. For example, two calibration standards whose X coordinate position and Y coordinate position are different from each other may be used, or the accuracy may be improved by preparing a large number of calibration standards. Further, the magnification component in the X-axis direction and the magnification component in the Y-axis direction are not limited to the above definitions, and may be any amount as long as it is possible to determine whether the expansion is isotropic expansion or anisotropic expansion. For example, the difference between the coordinate value of the calibration reference and the measurement position may be divided by the coordinate value of the calibration reference. Further, the difference amount is not limited to the above definition, and may be any index that can quantify the difference. In other words, it is possible to determine, based on the information of the lateral error obtained from two or more calibration standards, whether to perform the adjustment with the constraint or the adjustment without the constraint. .
本実施形態の校正方法によれば、より短時間で調整量の算出が可能となり、当該校正方法は第１実施形態と同様の効果を奏する。 According to the calibration method of the present embodiment, the adjustment amount can be calculated in a shorter time, and the calibration method has the same effect as the first embodiment.
（第４実施形態）
図６は、上記実施形態に係る校正方法を実行する校正装置２００および計測装置１００を示す図である。校正装置２００には、上記実施形態に係る校正方法を不図示のコンピュータに実行させるプログラムが格納されている。調整量は、計測装置１００の駆動部や駆動部と通信する記憶部等へ出力される。調整の指示は、ユーザーが行ってもよいし、図示しない自己判断プログラムによっても構わず、予めプログラムされた定期的なタイミングで指示を行ってもよい。なお、校正装置２００と計測装置１００とは一体化していてもよく、計測装置内の処理部等が校正装置を兼ねてもよい。以上のように、本実施形態によれば、計測装置の精度の調整に有利な校正装置を提供することができる。
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a diagram illustrating a
（物品製造方法に係る実施形態）
以上に説明した実施形態に係る校正方法または校正装置により精度が調整された計測装置または、上記校正方法を実行する処理部を備えた計測装置は、物品製造方法に使用しうる。当該物品製造方法は、当該計測装置を用いて物体までの距離の計測を行う工程と、当該工程で計測を行われた物体の処理を行う工程と、を含みうる。当該処理は、例えば、加工、切断、搬送、組立（組付）、検査、および選別のうちの少なくともいずれか一つを含みうる。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストのうちの少なくとも１つにおいて有利である。
(Embodiment related to article manufacturing method)
The measuring device whose accuracy has been adjusted by the calibration method or the calibration device according to the embodiment described above, or the measurement device including the processing unit that executes the calibration method can be used for the article manufacturing method. The article manufacturing method may include a step of measuring a distance to the object using the measurement device, and a step of processing the object measured in the step. The processing may include, for example, at least one of processing, cutting, transporting, assembling (assembly), inspection, and sorting. The article manufacturing method of the present embodiment is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of the article, as compared with the conventional method.
（その他の実施形態）
なお、上記実施形態のステップＳ０２２において、調整量の制限対象を特定する精度が悪い場合は、以下のような工程を行うことでも調整量を制限する対象を特定することができる。まず、角を予め設定した値に制限して調整量を算出する。これと並行して基線長を予め設定した値に制限して調整量を算出する。さらに、角および基線長に制限を加えずに調整量を算出する。そして、３つの値によりステップＳ０５３およびステップＳ０５４と同様の工程を行い、残差が最も少ない調整量が出力される。これら工程は、制約の要否について総当たりで調整量の演算を実施するため、制約対象を指定する必要がない。調整量の算出に時間を要するものの、ノイズ等の影響によりステップＳ０２２において調整量の制限対象を特定する精度が悪い場合は有用である。なお、３つの値を算出した後、算出値を予め求めた制約対象の調整量と比較し、当該予め求めた値を逸脱した調整対象の調整量を当該予め求めた値に固定したうえで再度調整量を算出する方法も考えうる。
(Other embodiments)
In the case where the accuracy of specifying the adjustment amount restriction target is low in step S022 of the above-described embodiment, the target for which the adjustment amount is limited can be specified by performing the following process. First, the adjustment amount is calculated while limiting the angle to a preset value. At the same time, the adjustment amount is calculated by limiting the base line length to a preset value. Further, the adjustment amount is calculated without restricting the angle and the base line length. Then, the same process as in steps S053 and S054 is performed using the three values, and the adjustment amount with the smallest residual is output. In these steps, since the calculation of the adjustment amount is performed on a brute force basis as to whether or not the constraint is required, there is no need to specify a constraint target. Although it takes time to calculate the adjustment amount, it is useful when the accuracy of specifying the adjustment amount restriction target in step S022 is poor due to the influence of noise or the like. After calculating the three values, the calculated value is compared with the previously determined adjustment amount of the restriction target, and the adjustment amount of the adjustment target that deviates from the predetermined value is fixed at the predetermined value, and then the calculation is performed again. A method of calculating the adjustment amount is also conceivable.
さらに、計測装置の設計値情報より基線長および角のうち経時変化が発生しやすい方が分かっている場合や、経時変化によって発生する誤差の量が大きい方が分かっている場合には、予め制約対象を決定しておく方法も考え得る。たとえば、角のほうが経時変化で発生する誤差量が大きい場合では、基線長を制約対象として記憶しておく。そして、制約を設けずに調整量の算出を行い、基線長が予め記憶した制限値を逸脱していた場合は、基線長を制限値に固定したうえで再び調整量を算出し他の調整量を決定する方法が考えうる。 In addition, if it is known from the design value information of the measuring device that the base line length and the angle are more likely to change over time, or if it is known that the amount of error caused by the change over time is larger, the constraint is set in advance. A method of determining the target is also conceivable. For example, if the angle has a larger error amount due to the change with time, the base line length is stored as a restriction target. Then, the adjustment amount is calculated without any restrictions, and if the base line length is outside the previously stored limit value, the base line length is fixed to the limit value, and then the adjustment amount is calculated again and another adjustment amount is calculated. Can be considered.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。 As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist.
１００ 計測装置
１１０、１２０ 光学ユニット
１４０ 基線
Claims (10)
一の光学系と他の光学系との間の基線長の変化量と、前記一の光学系の光軸と前記他の光学系の光軸とがなす角の変化量と、のうち校正基準に関する前記距離の計測誤差に基づいて選択された一方に関して設定された制約条件の下で、
前記基線長の変化量と前記角の変化量とを変数とする、前記校正基準の像の位置に関して設定された目的関数の値が許容条件を満たすように、
前記基線長の変化量および前記角の変化量を得る、
ことを特徴とする校正方法。 A calibration method for a measuring device that measures the distance to an object based on the principle of triangulation,
A reference amount of change between a baseline length between one optical system and another optical system, and an angle change between an optical axis of the one optical system and an optical axis of the other optical system. Under constraints set for one selected based on the distance measurement error for:
Using the amount of change in the base line length and the amount of change in the angle as variables, so that the value of the objective function set with respect to the position of the image of the calibration reference satisfies an allowable condition,
Obtaining the amount of change in the baseline length and the amount of change in the angle,
A calibration method characterized in that:
前記処理部は、
一の光学系と他の光学系との間の基線長の変化量と、前記一の光学系の光軸と前記他の光学系の光軸とがなす角の変化量とのうち校正基準に関する前記距離の計測誤差に基づいて選択された一方に関して設定された制約条件の下で、
前記基線長の変化量と前記角の変化量とを変数とする、前記校正基準の像の位置に関して設定された目的関数の値が許容条件を満たすように、
前記基線長の変化量および前記角の変化量を得る、
ことを特徴とする計測装置。 A measurement device that has a processing unit and measures a distance to an object by the processing unit according to the principle of triangulation,
The processing unit includes:
The amount of change in the base line length between one optical system and another optical system, and the amount of change in the angle between the optical axis of the one optical system and the optical axis of the other optical system are related to the calibration reference. Under constraints set for one selected based on the distance measurement error,
Using the amount of change in the base line length and the amount of change in the angle as variables, so that the value of the objective function set with respect to the position of the image of the calibration reference satisfies an allowable condition,
Obtaining the amount of change in the baseline length and the amount of change in the angle,
A measuring device, characterized in that:
前記工程で前記計測を行われた前記物体の処理を行う工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。 A step of measuring a distance to an object using a measuring device calibrated by the calibration method according to any one of claims 1 to 7 or a measuring device according to claim 9;
Performing the processing of the object subjected to the measurement in the step,
A method for producing an article, comprising:
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