(57)【要約】【課題】検査対象物の表面に高さが低い物体があっても立体形状を好適に特定できる立体形状計測装置を提供する。【解決手段】立体形状計測装置は、略平坦な主面を有する検査対象物の立体形状を計測する。立体形状計測装置は、合焦位置までの距離が一定である、検査対象物を撮影するカメラを含み、カメラの撮影方向が検査対象物の主面の法線に対して平行でない方向に設定され、カメラの検査対象物に対する相対位置が、カメラの撮影方向を主面に投影した投影軸に平行な方向に可変である撮影部と、撮影部に、複数の相対位置において検査対象物の主面を撮影させる撮影制御部と、撮影部が撮影した各画像を取得し、各画像の各部分における合焦度に基づいて合焦位置を算出する合焦位置算出部と、合焦位置算出部が算出した合焦位置に基づいて、合焦位置集合である合焦分布を算出し、算出した合焦分布に基づいて、検査対象物の立体形状を特定する形状特定部とを備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略平坦な主面を有する検査対象物の立体形状を計測する立体形状計測装置であって、
合焦位置までの距離が一定である、前記検査対象物を撮影するカメラを含み、前記カメラの撮影方向が前記検査対象物の主面の法線に対して平行でない方向に設定され、前記カメラの前記検査対象物に対する相対位置が、少なくとも前記カメラの撮影方向を前記主面に投影した投影軸に平行な方向に可変である撮影部と、
前記撮影部に、複数の前記相対位置において前記検査対象物の主面を撮影させる撮影制御部と、
前記撮影部が撮影した各画像を取得し、各前記画像の各部分における合焦度に基づいて合焦位置を算出する合焦位置算出部と、
前記合焦位置算出部が算出した合焦位置に基づいて、合焦位置集合である合焦分布を算出し、算出した合焦分布に基づいて、前記検査対象物の立体形状を特定する形状特定部とを備える、立体形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の表面の立体形状を計測する立体形状計測に関する。
【背景技術】
【０００２】
製品の表面に微細な異物が付着していないか検査することは品質保証上重要である。そのため、例えば製品を撮影した画像の合焦度に基づいて表面の微細な立体形状を計測することが行われている。特許文献１は、このような計測装置において、平板状の検査対象物を、平板の主面の法線方向から、主面から所定の高さの位置に合焦した状態で撮像することによって、表面の異物や欠陥を検出することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７４８２５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が開示する方法では、検査対象物の主面からの突出量が合焦位置より低い異物の検出は困難である。
【０００５】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、検査対象物の表面からの突出量が小さい物体があっても立体形状を好適に特定できる立体形状計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一局面は、略平坦な主面を有する検査対象物の立体形状を計測する立体形状計測装置であって、合焦位置までの距離が一定である、検査対象物を撮影するカメラを含み、カメラの撮影方向が検査対象物の主面の法線に対して平行でない方向に設定され、カメラの検査対象物に対する相対位置が、少なくともカメラの撮影方向を主面に投影した投影軸に平行な方向に可変である撮影部と、撮影部に、複数の相対位置において検査対象物の主面を撮影させる撮影制御部と、撮影部が撮影した各画像を取得し、各画像の各部分における合焦度に基づいて合焦位置を算出する合焦位置算出部と、合焦位置算出部が算出した合焦位置に基づいて、合焦位置集合である合焦分布を算出し、算出した合焦分布に基づいて、検査対象物の立体形状を特定する形状特定部とを備える、立体形状計測装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、検査対象物の表面からの突出量が小さい物体があっても立体形状を好適に特定できる立体形状計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る立体形状計測装置の機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係る撮影部の模式側面図
【図３】本発明の一実施形態に係る処理を示すフローチャート
【図４】本発明の一実施形態に係るカメラの合焦位置の例を示す図
【図５】本発明の一実施形態に係るカメラの撮影方向の例を示す図
【図６】本発明の一実施形態に係るカメラと検査対象物との位置関係の例を示す図
【図７】本発明の一実施形態に係る撮影位置と撮影画像との例を示す図
【図８】本発明の一実施形態に係る合焦分布の算出結果および特定した立体形状の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施形態）
本発明に係る立体形状計測装置は、カメラの撮影方向を、検査対象物の略平坦な主面の法線に対して傾斜した所定の方向に向けながら、カメラの位置を、検査対象物の主面に平行に移動させ、各位置において検査対象物を撮影する。そして撮影した画像の合焦位置に基づいて、検査対象物の立体形状を特定する。この方法では、検査対象物の表面と、表面から所定の高さまでの位置との間の、全ての高さ位置に合焦させることができるので、表面からの突出量が小さい異物があっても検出しやすくできる。
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
＜構成＞
図１に、本実施形態における立体形状計測装置１０の機能ブロック図を示す。立体形状計測装置１０は、撮影部１１、撮影制御部１２、合焦位置算出部１３、形状特定部１４を含む。図２に撮影部１１の側面図の一例を模式的に示す。撮影部１１は、カメラ１１１と、カメラ１１１を支持するカメラ支持部１１２と、検査対象物９００を載置する載置部１１３とを含む。カメラ１１１は、カメラ１１１から合焦位置までの距離が固定されている。カメラ支持部１１２は、カメラ１１１を支持する。検査対象物９００は表面に略平坦な主面を有する物体であり、カメラ１１１の撮影方向（光軸に沿った方向）は、カメラ支持部１１２によって、検査対象物９００の主面の法線に対して平行でない方向に設定可能である。カメラ支持部１１２はカメラ１１１の撮影方向を固定した状態で、検査対象物９００との相対位置を、少なくとも、カメラ１１１の撮影方向を検査対象物９００の主面に投影した投影軸（光軸の主面への投影軸）に平行な方向に、変化させることが可能である。すなわち、図２において、矢印で示すカメラ１１１の撮影方向が紙面に含まれる向きとすると、カメラ１１１は、例えば紙面左右方向に、検査対象物の主面に沿うように移動可能である。なお、検査対象物９００は、例えば金属部品であり、主面から突出する微細突出部分（ウィスカ）９０１のような異物を有しうる。
【００１２】
撮影制御部１２は、撮影部１１を制御し、カメラ１１１に複数の撮影位置から検査対象物９００を撮影させることができる。撮影された画像は、画像を撮影した際の撮影位置を対応付けて、図示しない記憶部に記憶される。合焦位置算出部１３は、記憶部から各画像を取得し、画像の各部分の合焦度を算出し、合焦度に基づいて、さらに合焦位置を算出する。形状特定部１４は、合焦位置に基づいて、合焦位置の集合である合焦分布を算出し、合焦分布に基づいて検査対象物９００の立体形状を特定する。
【００１３】
＜処理＞
本実施形態に係る処理の例を説明する。図３は、立体形状計測装置１０が行う、立体形状を特定する処理を示すフローチャートである。本処理は、載置部１１３に検査対象物９００を載置して、開始する。
【００１４】
（ステップＳ１０１）：撮影制御部１２は、撮影部１１を制御して、カメラ１１１の撮影方向を、検査対象物９００の主面の法線に対して平行でない同一の方向に維持しつつ、カメラ１１１と検査対象物との相対位置を異ならせながら、カメラ１１１に検査対象物９００を撮影させる。カメラ１１１の高さ（あるいは検査対象物９００の主面の法線に沿った主面との距離）は、予め取得した検査対象物９００のＣＡＤデータ等の設計上の形状等に基づいて設定することができる。設定を容易にするため、カメラ支持部１１２はカメラ１１１の高さも可変に支持できることが好ましい。例えば、カメラ支持部１１２は、検査対象物９００の主面の法線方向にカメラ１１１を移動させることが可能であってもよい。これによりカメラ１１１の合焦位置を検査対象物９００に対して好適な相対位置に容易に設定することができる。図４にカメラ１１１の合焦位置の例を示す。カメラ１１１の合焦位置は、例えば、カメラ１１１から所定の距離範囲にある、撮影方向に垂直な所定の厚さの平板状の空間である。図５に撮影方向の例を示す側面図と上面図とを示す。カメラ１１１は、撮影制御部１２の制御により、検査対象物９００の主面に投影した投影軸に平行な方向（紙面右方向）に、徐々に移動して合焦位置を変化させながら撮影を行う。撮影間の移動幅は、例えば、合焦位置の撮影方向に沿った厚みや、想定される微細突出部分９０１の大きさに基づいて、少なくともいずれかの画像に微細突出部分９０１の一部が撮影される幅や、より好ましくは、１つ以上の画像に微細突出部分９０１の相異なる各部分が撮影される幅に設定することができる。図６に、カメラ１１１と微細突出部分９０１との好適な位置関係の例を示す。カメラ１１１の画角内の合焦位置と、カメラ１１１の撮影方向および検査対象物９００の主面の法線を含む平面との交線の長さをＷとし、カメラ１１１の撮影方向と検査対象物９００の主面の法線とがなす鋭角をθとし、想定される微細突出部分９０１の高さをＨとすると、ＷＳｉｎθ＞Ｈの関係が成り立つよう、θ、Ｗを設定することが好ましい。こうすると、カメラ１１１の撮影高さと移動幅とを好適に設定すれば、検査対象物９００の主面および微細突出部分９０１のいずれの部分も、いずれかの画像の合焦位置に含まれるようにすることができ、形状の特定が可能となる。
【００１５】
（ステップＳ１０２）：合焦位置算出部１３は、各画像を取得し、画像中の各部分の合焦度を算出する。合焦位置算出部１３は、各画像の一定の領域を対象領域として、対象領域内の輝度勾配の絶対値、輝度の分散値、あるいはエッジ強度等、種々の算出方法に基づいて、合焦度を算出することができる。なお、輝度勾配は、例えば、対象領域内の画像を構成する各画素について、その輝度値と、隣接する複数の画素のうち、１つ以上の輝度値との差分に基づいて算出されるものであり、種々の算出方法があるが、いずれかを適宜用いることができる。
【００１６】
（ステップＳ１０３）：合焦位置算出部１３は、算出した各画像中の合焦度に基づいて、例えば合焦度が所定値以上である位置を合焦位置として算出する。図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、３つの撮影位置とその撮影位置において撮影された画像における合焦位置の例を示す。
【００１７】
（ステップＳ１０４）：
形状特定部１４は、合焦位置算出部１３が算出した各画像の合焦位置と各画像の撮影位置とに基づいて、合焦位置の集合（合焦位置の分布範囲）を合焦分布として算出する。図８に各画像と各画像から算出された合焦位置と、合焦位置から算出された合焦分布の例を示す。図８に示すように、各画像の合焦位置を組み合わせることにより、合焦分布を算出し、合焦分布から検査対象物９００や微細突出部分９０１の立体形状を特定することができる。以上で処理が終了となる。精度向上や計測位置の変更のため、以上の処理を、カメラ１１１の撮影方向を変えて繰り返し行ってもよい。また、撮影方向を容易に変更できるようにするため、例えば、載置部１１３が所定の軸周りに回転可能に構成され、カメラ１１１に対して、検査対象物９００を回転させることで撮影方向を変えてもよい。
【００１８】
（効果）
本発明によれば、カメラの撮影画像を、検査対象物の主面と、主面から所定の高さまでの位置との間の、全ての高さ位置に合焦させることができるので、異物のような物体が、主面からの突出量が小さかったり、一定の突出量があっても折れ曲がって主面に横たわっていたりしても、検出しやすい。また、複数の画像の撮影は、検査対象物を、主面が水平となるように載置部に載置し、高さを所定の位置に固定して、カメラを水平な一方向に移動させながら行えばよいので、複雑な制御が不要で、撮影工程はシンプルな機構で実行できる。
【００１９】
なお、本発明は、立体形状計測装置として捉えるだけでなく、立体形状計測方法、立体形状計測装置のコンピューターが実行するプログラム、プログラムを格納したコンピューター読み取り可能な非一時的記録媒体として捉えることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、物体表面の立体形状計測装置等に有用である。
【符号の説明】
【００２１】
１０    立体形状計測装置
１１    撮影部
１２    撮影制御部
１３    合焦位置算出部
１４    形状特定部
１１１    カメラ
１１２    カメラ支持部
１１３    載置部
９００    検査対象物
９０１    微細突出部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020038097.tif 000008
【図７】
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【図８】
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