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公開番号2025021742
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-14
出願番号2023125676
出願日2023-08-01
発明の名称三次元形状測定装置、三次元形状測定方法及びプログラム
出願人株式会社ミツトヨ
代理人弁理士法人創光国際特許事務所,個人,個人,個人
主分類G01B 11/25 20060101AFI20250206BHJP(測定;試験)
要約【課題】複数の三次元形状データの位置合わせの精度が低下した状態で三次元形状が測定されることを抑制する。
【解決手段】第1縞撮像画像における第1パターンの画像と、第2縞撮像画像における第2パターンの画像と、に基づいて、第1撮像部3の複数の画素のそれぞれに対応する一次絶対位相値を特定する第1特定部541と、第1縞撮像画像における第1パターンの画像と、第2縞撮像画像における第2パターンの画像に基づいて、第2撮像部4の複数の画素のそれぞれに対応する二次絶対位相値を特定する第2特定部542と、一次座標又は二次座標を変換するための変換値を特定する変換特定部55と、変換値に基づいて、一次座標又は二次座標を変換し、変換後の座標に基づいて、測定対象物の三次元形状を特定する形状特定部56と、を備える。
【選択図】図3

特許請求の範囲【請求項１】
第１方向に沿って輝度が変化する第１パターンを有する第１縞投影画像と、当該第１方向とは異なる第２方向に沿って輝度が変化する第２パターンを有する第２縞投影画像とを測定対象物に投影する投影部と、
前記第１縞投影画像が投影された状態の前記測定対象物を撮像した第１縞撮像画像と、前記第２縞投影画像が投影された状態の前記測定対象物を撮像した第２縞撮像画像と、を生成する第１撮像部と、
前記第１撮像部が生成した前記第１縞撮像画像における前記第１パターンの画像と、前記第１撮像部が生成した前記第２縞撮像画像における前記第２パターンの画像と、に基づいて、前記第１撮像部の複数の画素のそれぞれに対応する一次絶対位相値を特定する第１特定部と、
前記第１縞投影画像が投影された状態の前記測定対象物を撮像した第１縞撮像画像と、前記第２縞投影画像が投影された状態の前記測定対象物を撮像した第２縞撮像画像を生成する第２撮像部と、
前記第２撮像部が生成した前記第１縞撮像画像における前記第１パターンの画像と、前記第２撮像部が生成した前記第２縞撮像画像における前記第２パターンの画像に基づいて、前記第２撮像部の複数の画素のそれぞれに対応する二次絶対位相値を特定する第２特定部と、
三次元空間における前記一次絶対位相値に対応する一次座標と、当該一次絶対位相値と等しい前記二次絶対位相値に対応する二次座標とが当該三次元空間において近づくように、前記一次座標又は前記二次座標を変換するための変換値を特定する変換特定部と、
前記変換値に基づいて、前記一次座標又は前記二次座標を変換し、変換後の座標に基づいて、測定対象物の三次元形状を特定する形状特定部と、
を備える三次元形状測定装置。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記変換特定部は、前記一次座標を前記二次座標と一致させるために前記一次座標を並進させる並進量と、前記一次座標を前記二次座標と一致させるために前記一次座標を回転させる回転量とを含む前記変換値を特定する、
請求項１に記載の三次元形状測定装置。
【請求項３】
前記第１特定部が特定した複数の前記一次絶対位相値に対応する複数の前記一次座標を含む三次元領域を複数の一次部分領域に分割し、前記第２特定部が特定した複数の前記二次絶対位相値に対応する複数の前記二次座標を含む三次元領域を複数の二次部分領域に分割する領域分割部をさらに備え、
前記変換特定部は、前記複数の一次部分領域のそれぞれについて、前記三次元空間において当該一次部分領域と、当該一次部分領域に含まれる前記一次座標と、当該一次座標と同じ絶対位相値に対応する前記二次部分領域に含まれる前記二次座標とが当該三次元空間において近づくように、当該一次座標又は当該二次座標を変換するための前記変換値を特定する、
請求項１又は２に記載の三次元形状測定装置。
【請求項４】
前記第１特定部は、複数回の測定において複数の前記一次絶対位相値をそれぞれ特定し、
前記第２特定部は、前記複数回の測定において複数の前記二次絶対位相値をそれぞれ特定し、
前記変換特定部は、前記三次元空間において前記複数回の測定に対応する前記複数の前記一次絶対位相値のそれぞれに対応する前記一次座標と、当該一次絶対位相値と等しい前記二次絶対位相値に対応する前記二次座標とが当該三次元空間において近づくように、複数の前記一次座標又は複数の前記二次座標を変換するための前記変換値をそれぞれ特定し、特定した当該複数の変換値の統計量を特定し、
前記形状特定部は、特定した前記変換値の統計量に基づいて、前記一次座標又は前記二次座標を変換する、
請求項１又は２に記載の三次元形状測定装置。
【請求項５】
前記変換特定部は、前記変換値に基づいて、三次元空間における前記一次絶対位相値に対応する前記一次座標と、当該一次絶対位相値と等しい前記二次絶対位相値に対応する前記二次座標とを当該三次元空間において近づけることができない箇所を特定する、
請求項１又は２に記載の三次元形状測定装置。
【請求項６】
前記第１特定部は、前記第１撮像部が生成した前記第１縞撮像画像及び前記第１撮像部が生成した前記第２縞撮像画像から一次特徴量を抽出し、抽出した当該一次特徴量に基づいて、前記一次絶対位相値の信頼性を示す一次信頼度を特定し、前記第２特定部は、前記第２撮像部が生成した前記第１縞撮像画像及び前記第２撮像部が生成した前記第２縞撮像画像から二次特徴量を抽出し、抽出した当該二次特徴量に基づいて、前記二次絶対位相値の信頼性を示す二次信頼度を特定し、
前記変換特定部は、前記一次信頼度及び前記二次信頼度に基づく統計処理により前記測定対象物に含まれる三次元座標を特定する、
請求項１又は２に記載の三次元形状測定装置。
【請求項７】
前記第１特定部は、前記第１撮像部が生成した前記第１縞撮像画像及び前記第１撮像部が生成した前記第２縞撮像画像から一次特徴量を抽出し、抽出した当該一次特徴量に基づいて、前記一次絶対位相値の信頼性を示す一次信頼度を特定し、
前記第２特定部は、前記第２撮像部が生成した前記第１縞撮像画像及び前記第２撮像部が生成した前記第２縞撮像画像から二次特徴量を抽出し、抽出した当該二次特徴量に基づいて、前記二次絶対位相値の信頼性を示す二次信頼度を特定し、
前記変換特定部は、前記一次信頼度と前記二次信頼度との比較結果に基づいて、位置合わせ後の前記一次座標と、当該位置合わせにおいて当該一次座標に近づけるように変換した前記二次座標とのいずれかを前記一次座標ごとに選択することにより前記測定対象物の三次元形状を特定する、
請求項１又は２に記載の三次元形状測定装置。
【請求項８】
前記変換特定部は、特定した前記変換値と、以前に特定した前記変換値とを比較した結果に基づいて、次に前記変換値を特定するタイミングを特定する、
請求項１又は２に記載の三次元形状測定装置。
【請求項９】
前記変換特定部は、所定期間ごとに前記変換値を特定し、
前記変換特定部が過去に特定した前記変換値の推移を表示する表示制御部をさらに備える、
請求項１又は２に記載の三次元形状測定装置。
【請求項１０】
前記第１撮像部の撮像範囲の一部と、前記第２撮像部の撮像範囲とが重複しない、
請求項１又は２に記載の三次元形状測定装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元形状測定装置、三次元形状測定方法及びプログラムに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
投影パターンを投影し、投影パターンが投影された測定対象物を撮像して得られた撮像画像を解析することにより、測定対象物に接触することなく測定対象物の形状を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１７－１４６２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された三次元形状測定装置では、測定対象物が比較的大きい場合に、一つの撮像装置で測定対象物全体の撮像画像を得ることができなくなるため、測定対象物の全体の形状を測定することができなくなることがある。この場合、三次元形状測定装置において複数の撮像装置により得られた複数の撮像画像を解析して複数の三次元形状データを得ることが考えられる。三次元形状測定装置は、これらの複数の三次元形状データを位置合わせすることにより、測定対象物全体の形状を測定する。しかしながら、三次元形状データの位置合わせの精度が時間経過又は温度変化等の影響により低下し、この位置合わせの精度の低下に起因して測定対象物全体の形状の測定精度が低下するという問題がある。位置合わせの精度が低下するのは、例えば位置合わせに使用する器具などの時間経過又は温度変化等の影響がある。
【０００５】
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、複数の撮像画像に基づいて作成された複数の三次元形状データの位置合わせの精度が低下した状態で位置合わせが行われ、測定精度が低下した三次元形状が取得されることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様の三次元形状測定装置は、第１方向に沿って輝度が変化する第１パターンを有する第１縞投影画像と、当該第１方向とは異なる第２方向に沿って輝度が変化する第２パターンを有する第２縞投影画像とを測定対象物に投影する投影部と、前記第１縞投影画像が投影された状態の前記測定対象物を撮像した第１縞撮像画像と、前記第２縞投影画像が投影された状態の前記測定対象物を撮像した第２縞撮像画像と、を生成する第１撮像部と、前記第１撮像部が生成した前記第１縞撮像画像における前記第１パターンの画像と、前記第１撮像部が生成した前記第２縞撮像画像における前記第２パターンの画像と、に基づいて、前記第１撮像部の複数の画素のそれぞれに対応する一次絶対位相値を特定する第１特定部と、前記第１縞投影画像が投影された状態の前記測定対象物を撮像した第１縞撮像画像と、前記第２縞投影画像が投影された状態の前記測定対象物を撮像した第２縞撮像画像を生成する第２撮像部と、前記第２撮像部が生成した前記第１縞撮像画像における前記第１パターンの画像と、前記第２撮像部が生成した前記第２縞撮像画像における前記第２パターンの画像に基づいて、前記第２撮像部の複数の画素のそれぞれに対応する二次絶対位相値を特定する第２特定部と、三次元空間における前記一次絶対位相値に対応する一次座標と、当該一次絶対位相値と等しい前記二次絶対位相値に対応する二次座標とが当該三次元空間において近づくように、前記一次座標又は前記二次座標を変換するための変換値を特定する変換特定部と、前記変換値に基づいて、前記一次座標又は前記二次座標を変換し、変換後の座標に基づいて、測定対象物の三次元形状を特定する形状特定部と、を備える。
【０００７】
前記変換特定部は、前記一次座標を前記二次座標と一致させるために前記一次座標を並進させる並進量と、前記一次座標を前記二次座標と一致させるために前記一次座標を回転させる回転量とを含む前記変換値を特定してもよい。
【０００８】
前記第１特定部が特定した複数の前記一次絶対位相値に対応する複数の前記一次座標を含む三次元領域を複数の一次部分領域に分割し、前記第２特定部が特定した複数の前記二次絶対位相値に対応する複数の前記二次座標を含む三次元領域を複数の二次部分領域に分割する領域分割部をさらに備え、前記変換特定部は、前記複数の一次部分領域のそれぞれについて、前記三次元空間において当該一次部分領域と、当該一次部分領域に含まれる前記一次座標と、当該一次座標と同じ絶対位相値に対応する前記二次部分領域に含まれる前記二次座標とが当該三次元空間において近づくように、当該一次座標又は当該二次座標を変換するための前記変換値を特定してもよい。
【０００９】
前記第１特定部は、複数回の測定において複数の前記一次絶対位相値をそれぞれ特定し、前記第２特定部は、前記複数回の測定において複数の前記二次絶対位相値をそれぞれ特定し、前記変換特定部は、前記三次元空間において前記複数回の測定に対応する前記複数の前記一次絶対位相値のそれぞれに対応する前記一次座標と、当該一次絶対位相値と等しい前記二次絶対位相値に対応する前記二次座標とが当該三次元空間において近づくように、複数の前記一次座標又は複数の前記二次座標を変換するための前記変換値をそれぞれ特定し、特定した当該複数の変換値の統計量を特定し、前記形状特定部は、特定した前記変換値の統計量に基づいて、前記一次座標又は前記二次座標を変換してもよい。
【００１０】
前記変換特定部は、前記変換値に基づいて、三次元空間における前記一次絶対位相値に対応する前記一次座標と、当該一次絶対位相値と等しい前記二次絶対位相値に対応する前記二次座標とを当該三次元空間において近づけることができない箇所を特定してもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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