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公開番号2022070426
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-05-13
出願番号2020179484
出願日2020-10-27
発明の名称三次元計測装置
出願人CKD株式会社
代理人個人
主分類G01B 11/24 20060101AFI20220506BHJP(測定;試験)
要約【課題】計測精度の向上等を図ることのできる三次元計測装置を提供する。
【解決手段】三次元計測装置1は、入射する光を2つの偏光に分割し一方をワークWに照射しかつ他方を参照面23に照射し、これらを再び合成して出射する干渉光学系3と、ここから出射される光を撮像するカメラ33Aとを備えている。カメラ33Aは、透過軸の設定角度が異なる4種類の偏光子が所定の配列で各受光素子に対応して1つずつ配置された偏光イメージセンサ70Aを有している。三次元計測装置1は、偏光イメージセンサ70Aの各偏光子の透過軸の絶対角度を事前に実測して得た透過軸絶対角度データを記憶している。そして、カメラ33Aにより取得された輝度画像データの各画素の輝度データと、該画素に対応する偏光イメージセンサ70Aの偏光子の透過軸絶対角度データを基に、位相シフト法により、ワークWの高さ計測を行う。
【選択図】 図1
特許請求の範囲【請求項1】
入射する所定の光を2つの光に分割し、一方の光を物体光として被計測物に照射しかつ他方の光を参照光として参照面に照射すると共に、これらを再び合成して出射可能な所定の光学系と、
前記所定の光学系に対し入射させる所定の光を出射可能な照射手段と、
複数の受光素子からなり、かつ、透過軸の設定角度が異なる複数種類の偏光子が所定の配列で前記各受光素子に対応して1つずつ配置された撮像素子を有し、前記所定の光学系から出射される光を撮像可能な撮像手段と、
前記撮像素子の各受光素子に係る前記偏光子の透過軸の絶対角度を事前に実測して得た透過軸絶対角度データを記憶する角度データ記憶手段と、
前記撮像手段により取得された輝度画像データの各画素の輝度データと、該画素に対応する前記撮像素子の受光素子に係る前記偏光子の透過軸絶対角度データを基に、位相シフト法により、前記被計測物の所定の計測位置に係る前記参照光及び前記物体光の位相差を算出し、該計測位置の高さ計測を実行可能な画像処理手段とを備えた三次元計測装置。
続きを表示(約 2,000 文字)【請求項2】
入射する所定の光を偏光方向が互いに直交する2つの偏光に分割し、該分割した一方の偏光を物体光として被計測物に照射しかつ他方の偏光を参照光として参照面に照射すると共に、これらを再び合成して出射可能な偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタの第1面に対し入射させる所定の光を出射可能な照射手段と、
複数の受光素子からなり、かつ、透過軸の設定角度が異なる複数種類の偏光子が所定の配列で前記各受光素子に対応して1つずつ配置された撮像素子を有し、前記偏光ビームスプリッタの第2面から出射される光を撮像可能な撮像手段と、
前記参照光が出入射される前記偏光ビームスプリッタの第3面と前記参照面との間に配置された第1の1/4波長板と、
前記物体光が出入射される前記偏光ビームスプリッタの第4面と前記被計測物との間に配置される第2の1/4波長板と、
前記偏光ビームスプリッタの第2面と前記撮像手段との間に配置される第3の1/4波長板と、
前記撮像素子の各受光素子に係る前記偏光子の透過軸の絶対角度を事前に実測して得た透過軸絶対角度データを記憶する角度データ記憶手段と、
前記撮像手段により取得された輝度画像データの各画素の輝度データと、該画素に対応する前記撮像素子の受光素子に係る前記偏光子の透過軸絶対角度データを基に、位相シフト法により、前記被計測物の所定の計測位置に係る前記参照光及び前記物体光の位相差を算出し、該計測位置の高さ計測を実行可能な画像処理手段とを備えた三次元計測装置。
【請求項3】
前記画像処理手段は、
前記輝度画像データの複数の画素に係る所定位置を前記計測位置とする場合には、
前記複数の画素のうちの一部又は全部の画素の輝度データと、該一部又は全部の画素それぞれに対応する前記偏光子の透過軸絶対角度データを基に、前記計測位置の高さ計測を実行することを特徴とする請求項1又は2に記載の三次元計測装置。
【請求項4】
前記画像処理手段は、
前記輝度画像データの1つの画素に対応する所定位置を前記計測位置とする場合には、
前記計測位置の高さ計測に必要な複数の輝度データのうち、前記撮像手段により取得された前記1つの画素に係る輝度データを除く他の輝度データを補間する輝度データ補間処理と、
前記計測位置の高さ計測に必要な複数の透過軸絶対角度データのうち、前記角度データ記憶手段に記憶された前記1つの画素に係る透過軸絶対角度データを除く他の透過軸絶対角度データを補間する角度データ補間処理とを行い、
前記補間された輝度データ及び透過軸絶対角度データを含む前記計測位置に係る前記複数の輝度データ及び透過軸絶対角度データを基に、前記計測位置の高さ計測を実行することを特徴とする請求項1又は2に記載の三次元計測装置。
【請求項5】
前記計測位置の高さ計測に4つの前記輝度データ及びこれらにそれぞれ対応する4つの前記透過軸絶対角度データを用いる場合において、
前記4つの輝度データをそれぞれIα,Iβ,Iγ,Iδとし、
前記4つの透過軸絶対角度データをそれぞれα,β,γ,δとしたとき、
前記計測位置に係る前記位相差は、下記式(S1)により算出されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の三次元計測装置。
TIFF
2022070426000009.tif
18
170
ここで、Iα:第1の輝度データ
Iβ:第2の輝度データ
Iγ:第3の輝度データ
Iδ:第4の輝度データ
α :第1の透過軸絶対角度データ
β :第2の透過軸絶対角度データ
γ :第3の透過軸絶対角度データ
δ :第4の透過軸絶対角度データ
φ :参照光と物体光の位相差。
【請求項6】
前記計測位置の高さ計測に3つの前記輝度データ及びこれらにそれぞれ対応する3つの前記透過軸絶対角度データを用いる場合において、
前記3つの輝度データをそれぞれIα,Iβ,Iγとし、
前記3つの透過軸絶対角度データをそれぞれα,β,γとしたとき、
前記計測位置に係る前記位相差は、下記式(S2)により算出されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の三次元計測装置。
TIFF
2022070426000010.tif
17
170
ここで、Iα:第1の輝度データ
Iβ:第2の輝度データ
Iγ:第3の輝度データ
α :第1の透過軸絶対角度データ
β :第2の透過軸絶対角度データ
γ :第3の透過軸絶対角度データ
φ :参照光と物体光の位相差。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、被計測物の形状を計測する三次元計測装置に関するものである。
続きを表示(約 1,300 文字)【背景技術】
【0002】
従来、干渉計を利用した三次元計測装置が知られている。その1つとして、位相シフト法を利用して被計測物の三次元形状を計測するものがある。
【0003】
一般に、干渉計を利用した三次元計測装置は、偏光ビームスプリッタ等からなる所定光学系と、該光学系に対し入射させるコヒーレント光を出射する光源と、所定光学系から出射される光を撮像する撮像装置とを備えている。
【0004】
かかる三次元計測装置において、所定光学系に入射されたコヒーレント光は、2方向に分岐され、一方が物体光として被計測物に照射されると共に、他方が参照光として参照面に照射された後、再び合成されて所定光学系から出射される。そして、所定光学系から出射された参照光及び物体光を干渉させ、それを撮像装置により撮像し、得られた輝度画像データを基に位相シフト法により被計測物の三次元計測を行う。
【0005】
ここで、参照光と物体光の位相差を変化させる位相シフトの方法として、従来では、所定光学系から出射された参照光及び物体光を干渉させる偏光板を回転させ、該偏光板の透過軸の角度を変化させる方法や、参照光が照射される参照面の位置を光軸方向へ変化させる方法などが用いられていた。
【0006】
そのため、従来では、位相シフト法を利用した三次元計測を行うに際し、参照光及び物体光の位相差を4段階(又は3段階)に変化させ、それらをそれぞれ異なるタイミングで撮像することが必要となり、4通り(又は3通り)の輝度画像データを取得するのに、計4回分(又は3回分)の撮像時間が必要となっていた。
【0007】
これに対し、近年では、データ取得時間の短縮を図るため、所定光学系から出射される光(参照光及び物体光)を4つに分岐させた後、該4つの分光に係る参照光及び物体光をそれぞれ干渉させ、それらを4台のカメラにより個別かつ同時に撮像する計測装置も見受けられる(例えば、特許文献1参照)。
【0008】
かかる計測装置では、4つの分光のうち、基準とする分光を除く、他の3つの分光の光路上にそれぞれ特性の異なる波長板を設置し、他の3つの分光に係る参照光をそれぞれ所定量ずつ位相シフトさせることで、4つの分光に係る参照光及び物体光に90°ずつ異なる位相差を生じさせる構成なっている。
【0009】
尚、位相シフト法を利用した三次元計測をより正確に行うためには、より正確に位相シフトを行う必要があるが、特許文献1に係る構成においては、各波長板の製造誤差や設置誤差等に起因して位相シフト量にバラツキが生じるおそれがある。
【0010】
この点、特許文献1では、波長板が設置されない光路を通る分光を基準として、他の3つの分光の光路上に設置された各波長板による位相シフト誤差を事前に把握し、これを計測時に補正する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
(【0011】以降は省略されています)

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