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公開番号2025030464
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023135783
出願日2023-08-23
発明の名称デフレクトメトリによる計測対象物の変位および段差の計測方法およびその計測装置
出願人国立大学法人福井大学
代理人あいわ弁理士法人
主分類G01B 11/25 20060101AFI20250228BHJP(測定;試験)
要約【課題】結像型デフレクトメトリによる計測対象物の変位および段差の計測方法およびその計測装置を提供する。
【解決手段】
計測装置は、第1の格子のパターンを投影する第1の投影手段と、前記第1の格子パターンを、計測対象物の表面の法線方向から傾斜した方向から投影し、前記計測対象物の表面もしくは表面近傍に結像させる、あおり光学系を設けた投影光学系と、前記計測対象物の表面もしくは表面近傍に結像した像を、計測対象物の表面の法線方向から傾斜した前記計測対象物の表面からの反射方向から、撮影する撮像手段と、前記撮像手段で撮影した前記表面に結像した像の画像に対して位相解析を行う位相解析手段と、前記位相解析手段による解析結果をもとに、前記計測対象物の表面の変位または段差、回転角、傾き、形状をもとめる演算手段と、を備える。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
第１の格子のパターンを計測対象物の表面もしくは表面近傍に結像させ、
前記表面もしくは表面近傍に結像した像を、計測対象物の表面の法線方向から傾斜した前記計測対象物の表面からの反射方向から、撮像手段で撮影し、
前記表面もしくは表面近傍に結像した像を撮影した画像に対して位相解析を行い、
前記計測対象物の表面の変位または段差、回転角、傾き、形状を計測する、計測方法。
続きを表示（約 900 文字）【請求項２】
前記格子パターンを、前記計測対象物の表面もしくは表面近傍に、あおり光学系を介して結像させる、
請求項１に記載の計測方法。
【請求項３】
前記表面に結像もしくは表面近傍した像の撮影は、あおり光学系を介して行う、
請求項１に記載の計測方法。
【請求項４】
前記格子のパターンの位相を変化させる、請求項１に記載の計測方法。
【請求項５】
第２の格子パターンを、前記計測対象物の表面の法線方向から、前記表面に投射し、前記計測対象物の表面で乱反射した像を前記撮像手段で撮影する、
請求項１に記載の計測方法。
【請求項６】
第１の格子のパターンを投影する第１の投影手段と、
前記第１の格子パターンを、計測対象物の表面もしくは表面近傍に結像させる、投影光学系と、
前記計測対象物の表面に結像もしくは表面近傍した像を、撮影する撮像手段と、
前記撮像手段で撮影した前記表面に結像もしくは表面近傍した像の画像に対して位相解析を行う位相解析手段と、
前記位相解析手段による解析結果をもとに、前記計測対象物の表面の変位または段差、回転角、傾き、形状をもとめる演算手段と、
を備えた計測装置。
【請求項７】
前記撮像手段は、前記表面に結像した像の撮影を、あおり光学系を介して行う、
請求項６に記載の計測装置。
【請求項８】
前記第１の格子のパターンの位相を変化させる位相変化手段を備えた、請求項６に記載の計測装置。
【請求項９】
第２の格子パターンを投影する第２の投影手段と、
前記第２の投影手段により、前記計測対象物の表面の法線方向から、第２の格子パターンを前記表面に投影し、
前記計測対象物の表面で乱反射した像を前記撮像手段により撮影し、
前記演算手段は、前記撮像手段により撮影した第２の格子パターンの像をもとに、前記計測対象物の形状を演算する、
請求項６に記載の計測装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、デフレクトメトリによる計測対象物の変位または段差、回転角、傾き、形状の計測方法およびその計測装置に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
フレス加工品のような曲面を持つ生産品やその組み合わせによって製造される製品においては、その曲面を持つ生産品の表面の凹凸などの変位や組み合わせ時の段差の検査が行われている。
【０００３】
特に、その曲面を持つ生産品の表面が鏡面の場合には、デフレクトメトリと呼ばれる検査方法がよく用いられている。この検査方法は、対象物の遠方に設置した格子パターンを鏡面に写し込んで、その反射像を検査員が目視し、あるいは、カメラで撮影して画像解祈することによって、格子パターンの変形や急変部の状態から、生産品の鏡面の面内の凹凸などの変位やその組み合わせ時の段差の検査を行うものである。画像解析手法についても、位相解析を行うことで計測精度を高める手法が提案されている。
【０００４】
対象物が小さい楊合に、顕微鏡で対象物を撮影するために、対象物の表面の近傍にいったん結像させた縞パターンを対象物の表面で反射させ、この反射した縞パターンの像をカメラで撮影する光学系が提案されている（特許文献１を参照）。また、同じく顕微鏡を用いて投影と撮影を同軸の光学系にしたものが提案されている。これは、格子パターンを対象物の表面ではなく、異なる位置に結像させ、その像がさらに物体表而で反射した像を、同軸の光学系上に配置されたカメラで撮影する光学系となっている。これにより、対象物の微小な角度の変化を計測できるようになっている（非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１３－２４７３７号公報
【非特許文献】
【０００６】
G．Hausler 他，Microdeflectometry-a novel tool to acquire three-dimensional microtopography with nanometer height resolution, Optics letters Vol. 33, Issue 4, pp. 396-398 (2008).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フレス加工品のような曲面を持つ生産品やその組み合わせによって製造される製品である対象物をデフレクトメトリと呼ばれる方法を用いて検査する従来の検査装置は、その製品の表面で反射させる格子パターンを含めた計測装置のサイズが大きい問題がある。
また、対象物の角度の変化によって格子パターンが撮影側で大きく移動する。このため、対象物の変位や段差の計測時に対象物の角度の変化の影響を大きく受けることから、変位や段差の計測精度が低くなる。また、表面の鏡面度合が低い対象物の場合に変位や段差の計測精度が低くなる、問題がある。なお、対象物の角度の変化は、対象物の姿勢の変化と対象物の変形による部分的な角度の変化を含む。
【０００８】
また、撮像手段により撮影する格子パターンは計測する対象物の表面を鏡面とみなした際の鏡像であるために、計測対象物の表面の角度の変化に対する感度が高い。計測対象物の変形時の位相差には角度変化の成分と面外変位の成分が足し合わされるため、微小な角度変化の影響を大きく受けて面外変位の成分を分離できなくなる。そのため従来のデフレクトメトリによる計測は計測対象物の面外変位計測には適さないという問題がある。
また、この計測方法はピントを合わせる位置が対象物の表面ではないため、３次元形状計測と併用することが困難な問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するために、結像型デフレクトメトリによる計測対象物の変位および段差の計測方法およびその計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、第１の格子のパターンを、計測対象物の表面の法線方向から傾斜した方向から、投影光学系によって、前記計測対象物の表面もしくは表面近傍に結像させ、前記表面もしくは表面近傍に結像した像を、計測対象物の表面の法線方向から傾斜した前記計測対象物の表面からの反射方向から、撮像手段で撮影し、前記表面もしくは表面近傍に結像した像を撮影した画像に対して位相解析を行い、前記計測対象物の表面の変位または段差、回転角、傾き、形状を計測する、計測方法である。
請求項２に係る発明は、上記の計測方法において、前記表面もしくは表面近傍に結像する像は、あおり光学系を介して投影される。
請求項３に係る発明は、上記の計測方法において、前記表面もしくは表面近傍に結像した像の撮影は、あおり光学系を介して行う。
請求項４に係る発明は、上記の計測方法において、前記格子のパターンの位相を変化させる。
請求項５に係る発明は、上記の計測方法において、第２の格子パターンを、前記計測対象物の表面の法線方向から、前記表面に投射し、前記計測対象物の表面で乱反射した像を前記撮像手段で撮影する。
請求項６に係る発明は、上記の計測装置において、第１の格子のパターンを投影する第１の投影手段と、前記第１の格子パターンを、計測対象物の表面の法線方向から傾斜した方向から投影し、前記計測対象物の表面もしくは表面近傍に結像させる投影光学系と、前記計測対象物の表面もしくは表面近傍に結像した像を、計測対象物の表面の法線方向から傾斜した前記計測対象物の表面からの反射方向から、撮影する撮像手段と、前記撮像手段で撮影した前記表面に結像もしくは表面近傍した像の画像に対して位相解析を行う位相解析手段と、前記位相解析手段による解析結果をもとに、前記計測対象物の表面の変位および段差の変化をもとめる演算手段と、を備えた計測装置である。
請求項７に係る発明は、上記の計測装置において、前記撮像手段は、前記表面に結像した像の撮影を、あおり光学系を介して行う。
請求項８に係る発明は、上記の計測装置において、前記第１の格子のパターンの位相を変化させる位相変化手段を備える。
請求項９に係る発明は、上記の計測装置において、第２の格子パターンを投影する第２の投影手段と、前記第２の投影手段により、前記計測対象物の表面の法線方向から、第２の格子パターンを前記表面に投影し、前記計測対象物の表面で乱反射した像を前記撮像手段により撮影し、前記演算手段は、前記撮像手段により撮影した第２の格子パターンの像をもとに、前記計測対象物の形状を演算する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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