(57)【要約】【課題】物体が段差部位を有する場合であっても、当該物体の形状を正確に測定する。【解決手段】空間コード化法に基づいて設定されるパターン画像を含む第１波長帯域のパターン光を物体に向けて出射する投影部と、第１波長帯域と異なる第２波長帯域の照明光を物体に向けて出射する光源部と、第１波長帯域の光については全部を透過させ、第２波長帯域の光については一部を遮光して格子パターンを形成する格子プレートとを備え、パターン画像が投影された物体を撮像して取得したパターン投影画像と、格子パターンに対応する格子模様が投影された物体を撮像することで物体の像と格子パターンの像を重ねて生じるモワレ縞画像とに基づいて物体の三次元空間座標を求める。【選択図】図２
2020003342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の形状を非接触で測定する形状測定装置であって、
前記物体から第１の方向に離間して配置され、空間コード化法に基づいて設定されるパターン画像を含む第１波長帯域のパターン光を前記物体に向けて出射する投影部と、
前記物体から前記第１の方向に離間して配置され、前記第１波長帯域と異なる第２波長帯域の照明光を前記物体に向けて出射する光源部と、
前記第１の方向において前記物体と前記光源部および前記投影部との間に配置され、前記第１波長帯域の光については全部を透過させ、前記第２波長帯域の光については一部を遮光して格子パターンを形成する格子プレートと、
前記格子プレートを介して前記物体を撮像可能に設けられ、前記パターン光の照射により前記パターン画像が投影された前記物体を撮像してパターン投影画像を取得し、前記照明光の照射により前記格子パターンに対応する格子模様が投影された前記物体を撮像することで前記物体の像と前記格子パターンの像を重ねて生じるモワレ縞画像を取得する撮像部と、
前記撮像部により撮像された前記モワレ縞画像および前記パターン投影画像に基づいて前記物体の三次元空間座標を求める制御部と
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の形状測定装置であって、
前記格子プレートは、
前記第１波長帯域および前記第２波長帯域の光を透過させる第１の光学特性を有する平板基材と、
前記第１波長帯域の光を透過させる一方で前記第２波長帯域の光を遮光する第２の光学特性を有し、前記平板基材の一方主面上で互いに離間して設けられて前記格子パターンを構成する複数のパターン部材と
を有する形状測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の形状測定装置であって、
前記撮像部はモノクロの画像を取得するモノクロ撮像素子で前記物体を撮像し、
前記制御部は、前記パターン光および前記照明光を個別に出射させるとともに、前記パターン光の出射に対応して前記撮像部により前記パターン投影画像を取得する第１形状測定処理を実行し、前記照明光の出射に対応して前記撮像部により前記モワレ縞画像を取得する第２形状測定処理を実行する形状測定装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の形状測定装置であって、
前記撮像部はカラーの画像を取得するカラー撮像素子で前記物体を撮像し、
前記制御部は、前記パターン光および前記照明光を同時に出射させるとともに、前記撮像部により前記パターン投影画像を取得する第１形状測定処理と前記撮像部により前記モワレ縞画像を取得する第２形状測定処理とを同時に実行する形状測定装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の形状測定装置であって、
前記撮像部は、入射してくる光を前記第１波長帯域の光と前記第２波長帯域の光とに分離する色分離素子と、前記色分離素子により分離された前記第１波長帯域の光を受光して前記物体を撮像する第１モノクロ撮像素子と、前記色分離素子により分離された前記第２波長帯域の光を受光して前記物体を撮像する第２モノクロ撮像素子とを有し、
前記制御部は、前記パターン光および前記照明光を同時に出射させるとともに、前記第１モノクロ撮像素子により前記パターン投影画像を取得する第１形状測定処理と、前記第２モノクロ撮像素子により前記モワレ縞画像を取得する第２形状測定処理とを同時に実行する形状測定装置。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれか一項に記載の形状測定装置であって、
前記光源部では、照明光を発光する光源が３つ以上互いに離間して一列に配列され、
前記制御部は、
前記第２形状測定処理において前記３つ以上の光源を互いに異なるタイミングで発光させることで前記物体の表面で前記格子模様を移動させて位相を変化させ、
前記撮像部により撮像された前記パターン投影画像に基づいて前記物体の位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて前記位相にアンラッピング処理を施して前記物体の三次元空間座標を確定する形状測定装置。
【請求項７】
請求項３ないし５のいずれか一項に記載の形状測定装置であって、
前記第１の方向と異なる第２の方向に前記物体を移動させる移動部をさらに備え、
前記制御部は、
前記第２形状測定処理において前記第２の方向への前記物体の移動により前記物体の表面で前記格子模様を移動させて位相を変化させ、
前記撮像部により撮像された前記パターン投影画像に基づいて前記物体の位置情報を取得し、前記位置情報に基づいて前記位相にアンラッピング処理を施して前記物体の三次元空間座標を確定する形状測定装置。
【請求項８】
物体の形状を非接触で測定する形状測定方法であって、
空間コード化法に基づいて設定されるパターン画像を含む第１波長帯域のパターン光を前記物体の表面に照射して前記パターン画像を投影するとともに、前記パターン画像が投影された前記物体を撮像してパターン投影画像を取得する第１形状測定工程と、
前記第１波長帯域と異なる第２波長帯域の照明光を格子パターンを介して前記物体の表面に照射して格子模様を投影するとともに、前記格子模様が投影された前記物体を撮像して前記物体の像と前記格子パターンの像を重ねて生じるモワレ縞画像を取得する第２形状測定工程と、
前記モワレ縞画像および前記パターン投影画像に基づいて前記物体の三次元空間座標を求める座標確定工程と
を備えることを特徴とする形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、物体の形状を非接触で測定する形状測定装置および形状測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属製部品、樹脂製部品やゴム製部品などの立体的な物体の三次元形状を非接触で測定する技術として、光を利用したものが多用されている。その一例として、特許文献１では、実体格子型のシャドーモワレ法により物体の三次元空間座標を求める形状測定方法が記載されている。この形状測定方法では、格子パターンを有する格子プレートが物体の近傍に配置され、ハロゲンランプなどの光源から出射した照明光が格子プレートを介して物体に照射される。これによって物体の表面に格子模様が投影される。また、格子パターンと格子模様とにより生じるモワレ縞をカメラなどの撮像部により撮像し、その撮像結果から物体の三次元空間座標を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１４７００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記したシャドーモワレ法を用いた形状測定技術、あるいはシャドーモワレ法に位相シフトを組み合わせた形状測定技術によれば、格子パターンの格子ピッチおよび撮像部の分解能などを適正化することで物体の形状測定を良好に行うことができる。しかしながら、これらの形状測定技術は必ずしも万能であるとは言えず、例えば段付き歯車のように比較的大きな段差部位を有する物体については正確な形状測定が難しいという問題を有していた。
【０００５】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、物体が段差部位を有する場合であっても、当該物体の形状を正確に測定することができる形状測定装置および形状測定方法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】
この発明の一態様は、物体の形状を非接触で測定する形状測定装置であって、物体から第１の方向に離間して配置され、空間コード化法に基づいて設定されるパターン画像を含む第１波長帯域のパターン光を物体に向けて出射する投影部と、物体から第１の方向に離間して配置され、第１波長帯域と異なる第２波長帯域の照明光を物体に向けて出射する光源部と、第１の方向において物体と光源部および投影部との間に配置され、第１波長帯域の光については全部を透過させ、第２波長帯域の光については一部を遮光して格子パターンを形成する格子プレートと、格子プレートを介して物体を撮像可能に設けられ、パターン光の照射によりパターン画像が投影された物体を撮像してパターン投影画像を取得し、照明光の照射により格子パターンに対応する格子模様が投影された物体を撮像することで物体の像と格子パターンの像を重ねて生じるモワレ縞画像を取得する撮像部と、撮像部により撮像されたモワレ縞画像およびパターン投影画像に基づいて物体の三次元空間座標を求める制御部とを備えることを特徴としている。
【０００７】
また、この発明の他の態様は、物体の形状を非接触で測定する形状測定方法であって空間コード化法に基づいて設定されるパターン画像を含む第１波長帯域のパターン光を物体の表面に照射してパターン画像を投影するとともに、パターン画像が投影された物体を撮像してパターン投影画像を取得する第１形状測定工程と、第１波長帯域と異なる第２波長帯域の照明光を格子パターンを介して物体の表面に照射して格子模様を投影するとともに、格子模様が投影された物体を撮像して物体の像と格子パターンの像を重ねて生じるモワレ縞画像を取得する第２形状測定工程と、モワレ縞画像およびパターン投影画像に基づいて物体の三次元空間座標を求める座標確定工程とを備えることを特徴としている。
【０００８】
モワレ縞画像に基づく物体の形状測定（シャドーモワレ法）では、第１の方向において物体の表面が大きく変動する部分（つまり段差部分）が存在する物体の表面を高精度に測定することが難しかった。これに対し、シャドーモワレ法に対してパターン画像に基づく空間コード化法を組み合わせることで物体の三次元空間座標が良好に求められる。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、シャドーモワレ法と空間コード化法とを組み合わせて物体の三次元空間座標を求めているため、段差部位を有さない物体はもちろんのこと、段差部位を有する物体についても当該物体の形状を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る物体の形状測定装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】図１の形状測定装置に装備される測定ヘッドの内部構造を模式的に示す図である。
【図３】格子パターンの透過率特性を示すグラフである。
【図４】図１に示す形状測定装置による形状測定動作を示すフローチャートである。
【図５】形状測定動作を模試的に示す図である。
【図６】本発明に係る物体の形状測定装置の第２実施形態を示す図である。
【図７】本発明に係る形状測定装置の第３実施形態を装備する外観検査装置の一例を模式的に示す図である。
【図８】本発明に係る物体の形状測定装置の第４実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明に係る物体の形状測定装置の第１実施形態を示す図である。この形状測定装置１Ａは、例えば段付き歯車のように比較的大きな段差部位Ｗａを有する物体Ｗを静止させた状態で物体Ｗの形状を測定する装置である。以後の説明のために、図１に示すようにＸＹＺ座標軸を設定する。ここでＸＹ平面が水平面であり、Ｚ軸は鉛直軸と一致する。また、Ｚ軸における正方向は鉛直上向き方向である。
【００１２】
形状測定装置１Ａは、測定対象となる物体Ｗを静止状態で保持する保持部２を有している。この保持部２からは鉛直方向Ｚに柱状部材３が立設され、柱状部材３の上端部に対して測定ヘッド４がＺ方向に昇降自在に取り付けられるとともに、柱状部材３の中間部に対して格子プレート５がＺ方向に昇降自在に取り付けられている。これら測定ヘッド４および格子プレート５は昇降部６と接続されている。そして、装置全体を制御する制御部１０からの昇降指令に応じて昇降部６が作動することで、鉛直方向Ｚにおける物体Ｗの寸法、つまり物体高さに応じて測定ヘッド４および格子プレート５が一体的に昇降し、物体Ｗの直上位置に格子プレート５が位置決めされる。また、格子プレート５の位置決めが完了した後で測定ヘッド４に内蔵されるプロジェクター、光源部および撮像部により第１形状測定工程および第２形状測定工程がそれぞれ実行される。なお、第１形状測定工程および第２形状測定工程がそれぞれ本発明の「第１形状測定処理」および「第２形状測定処理」の一例に相当している。
【００１３】
図２は測定ヘッドの内部構造を模式的に示す図である。測定ヘッド４に内蔵されるプロジェクター７、光源部８および撮像部９はいずれも物体Ｗから（＋Ｚ）方向に離間して配置されており、格子プレート５を挟んで物体Ｗの表面と対向している。これらのうちプロジェクター７は空間コード化法に基づいて設定されるパターン画像を含む第１波長帯域λ１のパターン光Ｌ１を物体Ｗに向けて出射する。パターン光Ｌ１は図２の（ａ）欄に示すように第１形状測定工程において格子プレート５を介して物体Ｗに照射される。なお、本実施形態では、上記パターン画像としてグレイコードを用いており、プロジェクター７が本発明の「投影部」の一例に相当している。
【００１４】
また、光源部８はＸ方向に互いに所定間隔だけ離間しながら一列に配列された３つの光源８１〜８３を有している。光源８１〜８３はＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）などで構成された点光源であり、いずれも第２波長帯域λ２（≠λ１）の照明光Ｌ２を発光可能となっている。例えば第１波長帯域λ１および第２波長帯域λ２をそれぞれ「赤色の波長帯域」および「青色の波長帯域」とすることができる。
【００１５】
光源８１〜８３はそれぞれ独立して制御部１０からの点灯指令に応じて点灯および消灯可能となっている。そして、第２形状測定工程では、図２の（ｂ）欄に示すようにＸ方向において最上流に位置する光源８１が一定時間だけ点灯する。すなわち、照明光Ｌ２が格子プレート５を介して物体Ｗに照射された後で光源８１は消灯される。これに続いて、光源８２、８３がこの順序で光源８１と同様に一定時間だけ点灯した後で消灯される。
【００１６】
このように互いに異なる波長帯域のパターン光Ｌ１および照明光Ｌ２が格子プレート５に入射されるが、本実施形態では、第１形状測定工程においてパターン光Ｌ１の全部を物体Ｗに投影する一方、第２形状測定工程において第２波長帯域の照明光L２を用いて格子画像を物体Ｗの表面に投影する必要がある。そこで、本実施形態では、格子プレート５は次のように構成されている。
【００１７】
格子プレート５は、図１および図２に示すように、平板基材５１と、平板基材５１の（＋Ｚ）方向側主面上において所定ピッチで相互に離間して設けられて正弦波格子パターン（図５中の符号Ｇ）を構成する複数のパターン部材５２とを有している。平板基材５１はガラス板やプラスチック板などで構成されており、第１波長帯域λ１および第２波長帯域λ２の光を透過させる第１の光学特性を有している。一方、各パターン部材５２は、誘電体膜などをパターニングすることで製造されており、図３に示すように、第１波長帯域λ１の光を透過させる一方で第２波長帯域λ２の光を遮光する第２の光学特性を有している。なお、図３中の縦軸および横軸はそれぞれ「透過率」および「波長」を示している。
【００１８】
このように構成された格子プレート５に対して第１波長帯域λ１のパターン光Ｌ１が照射され、パターン光Ｌ１はそのまま格子プレート５を通過して物体Ｗに照射される。これによって、物体Ｗの表面にグレイコードが投影され、従来より周知の空間コード化法により物体Ｗの形状を測定可能となっている（第１形状測定工程）。一方、第２波長帯域λ２の照明光Ｌ２が格子プレート５に照射されると、照明光Ｌ２のうちパターン部材５２に照射された光はパターン部材５２で遮光され、残りは平板基材５１を透過して物体Ｗに照射される。このため、物体Ｗの表面には、上記正弦波格子パターン（図５中の符号Ｇ）に対応した格子画像が投影される。このように格子プレート５は特定の第２波長帯域λ２に対してのみ透過しない格子として機能する。
【００１９】
撮像部９は、モノクロの画像を取得するモノクロ撮像素子９１と、物体Ｗの像をモノクロ撮像素子９１の撮像面９１１（図５参照）に結像する結像レンズ９２とを有している。このため、図２の（ａ）欄に示すように、光源８１〜８３を消灯させた状態で制御部１０からの投影指令に応じてプロジェクター７がパターン光Ｌ１を物体Ｗに向けて出射すると、上記したようにグレイコードが物体Ｗの表面に投影され、その物体Ｗをモノクロ撮像素子９１が撮像する。こうして撮像された画像が本発明の「パターン投影画像」の一例であり、その画像データがモノクロ撮像素子９１から制御部１０に転送され、空間コード化法により物体Ｗの形状を測定可能となっている（第１形状測定工程）。
【００２０】
一方、プロジェクター７による投影を規制した状態で光源８１〜８３を順次点灯すると、上記したように物体Ｗの表面に格子画像が投影される。このように格子画像が投影された物体Ｗを撮像部９は格子プレート５を介して撮像するため、モノクロ撮像素子９１に撮像された画像には、格子画像が投影された物体Ｗの像と正弦波格子パターンの像を重ねて生じるモワレ縞画像が含まれている。この画像データがモノクロ撮像素子９１から制御部１０に転送され、シャドーモワレ法により物体Ｗの形状を測定可能となっている（第２形状測定工程）。また、本実施形態は後で詳述するように位相シフトを伴うシャドーモアレ法を実行するために、光源８１〜８３を順次互いに異なるタイミングで発光させることによって物体Ｗの表面で格子模様を移動させている。そして、このように移動する格子模様が撮像部９で撮像される。
【００２１】
制御部１０は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)やＲＡＭ(Random Access Memory)等で構成されたコンピュータを有している。そして、制御部１０は、上記したように装置各部の動作を制御してグレイコードが投影された物体Ｗの表面を撮像してパターン投影画像を取得する（第１形状測定工程）と、光源８１〜８３の点灯切替に応じて物体Ｗの表面で格子模様を光源８１〜８３の配列方向に移動させつつモワレ縞画像を取得する（第２形状測定工程）とを連続的に実行する。また、こうして得られた画像（＝パターン投影画像＋モワレ縞画像）に基づいて制御部１０は物体Ｗの三次元空間座標を確定する（座標確定工程）。このような第１形状測定工程、第２形状測定工程および座標確定工程の実行について図４および図５を参照しつつ説明する。
【００２２】
図４は図１に示す形状測定装置による形状測定動作を示すフローチャートである。また、図５は形状測定動作を模試的に示す図である。形状測定装置１Ａでは、測定対象となる物体Ｗが保持部２に保持されると、第１形状測定工程（ステップＳ１）、第２形状測定工程（ステップＳ２）および座標確定工程（ステップＳ３）をこの順序で実行する。
【００２３】
第１形状測定工程では、光源８１〜８３を消灯させた状態のままプロジェクター７がグレイコードを含む第１波長帯域λ１のパターン光Ｌ１を物体Ｗに向けて出射し、格子プレート５を介して物体Ｗに照射する。これによって、物体Ｗの表面にグレイコードが投影される（ステップＳ１−１）。このとき、パターン光Ｌ１は波長帯域λ１の光であるため、正弦波格子パターンＧの影響を受けることなく、図５の（ａ）欄に示すように格子プレート５をそのまま通過して物体Ｗの表面に照射される。
【００２４】
そして、従来より周知の空間コード化法、例えば電子通信学会論文誌１９８５年３月Ｖｏｌ．Ｊ６８−Ｄ  Ｎｏ．３の３６９〜３７１頁に記載された空間コード化法により物体Ｗの点Ｐの三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を測定する。すなわち、パターン光Ｌ１では、複数の投影光が一定の広がりを持って物体Ｗに向けて照射されており、パターン光Ｌ１を細かい扇状領域（同図の（ａ）欄では、そのうちの一つにドットが付されて図示されている）に分割し、こうして形成された各空間をコード化する、つまり各空間に対して投影光コードを与える（ステップＳ１−２）。そして、物体Ｗの点ＰのＸ座標およびＹ座標について、投影されたモノクロ撮像素子９１の撮像面９１１上の座標Ｃ（ｘ，ｙ）から得られる、撮像部９から見た点Ｐの方向、つまり鉛直方向Ｚに対する角度θを算出する（ステップＳ１−３）。また、上記座標Ｃ（ｘ，ｙ）のグレイコードの明暗パターン（投影光コード）から扇状領域を特定し、当該扇状領域内の投影光の点Ｐへの照射方向、つまり鉛直方向Ｚに対する角度ψを算出する（ステップＳ１−４）。さらに、三角測量の原理により鉛直方向Ｚにおける点ＰのＺ軸座標を算出する（ステップＳ１−５）とともに、点ＰのＸ座標およびＹ座標を算出する（ステップＳ１−６）。こうして算出された点Ｐの三次元位置、つまり三次元座標Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は制御部１０のメモリに記憶される。なお、本実施形態では、三次元座標の原点は結像レンズ９２の主点Ｏに設定されている。
【００２５】
こうして空間コード化法による物体Ｗの形状測定、つまり第１形状測定工程（ステップＳ１）が完了すると、位相シフトを伴うシャドーモアレ法、例えば特許文献１に記載の方法で物体Ｗの点Ｐの三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を測定する（第２形状測定工程：ステップＳ２）。すなわち、プロジェクター７からのパターン光Ｌ１の出射を停止する一方で、図５の（ｂ）欄に示すように光源８１が点灯されて第２波長帯域λ２の照明光Ｌ２が物体Ｗに向けて出射され、正弦波格子パターンＧに対応した格子画像が物体Ｗの表面に投影される（ステップＳ２−１）。そして、モノクロ撮像素子９１が格子プレート５を介して格子模様が投影された物体Ｗを撮像する。これは、ステップＳ２−２で全ての光源８１〜８３について物体Ｗの撮像が完了したことを確認するまで、光源の発光のタイミングを異ならせながら物体Ｗの撮像が繰り返される。より具体的には、光源８１の消灯に続いて光源８２を点灯し、光源８１の点灯時と同様に格子プレート５を介して格子模様が投影された物体Ｗを撮像する。さらに、さらに、光源８２の消灯に続いて光源８３を点灯し、光源８１、８２の点灯時と同様に格子プレート５を介して格子模様が投影された物体Ｗを撮像する。
【００２６】
そして、全ての光源８１〜８３について物体Ｗの撮像が完了したことを確認する（ステップＳ２−２で「ＹＥＳ」）と、物体Ｗの点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）についてモノクロ撮像素子９１の撮像面９１１上の座標Ｃ（ｘ，ｙ）から位相値φ（ｘ，ｙ）を算出する（ステップＳ２−３）。同（ｂ）欄では、正弦波格子パターンＧの格子面と撮像部９の光軸ＯＡとの交点を原点としている。
【００２７】
ここで、位相値φ（ｘ，ｙ）は、測定対象となる物体Ｗの形状が連続的に変化している場合や段差部位Ｗａが正弦波格子パターンＧを構成するパターン部材５２の１ピッチ以内となっている場合には、単純に２πを加算すればよいが、１ピッチ以上の段差を持つ場合には、位相の飛びが２πの何倍に相当する、つまり縞次数ｎ（ｘ、ｙ）を求める必要がある。
【００２８】
そこで、本実施形態では、座標確定工程（ステップＳ３）を実行する。この座標確定工程では、第１形状測定工程（ステップＳ１）で求めた点Ｐの三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて縞次数ｎ（ｘ、ｙ）を決定する（ステップＳ３−１）。そして、その縞次数ｎ（ｘ、ｙ）によりアンラッピング処理を行い、それによって算出された三次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を点Ｐの三次元位置とする（ステップＳ３−２）。
【００２９】
以上のように、本実施形態によれば、次のような作用効果が得られる。物体Ｗの形状が連続的に変化している物体Ｗや段差部位Ｗａが存在するもののパターン部材５２の１ピッチ以内である物体Ｗについては、シャドーモアレ法に位相シフトを組み合わせることで高い精度で物体Ｗの形状測定を行うことができる。ここで、１ピッチを超える段差部位Ｗａが物体Ｗに存在すると、位相のラップ（飛び）が生じるが、本実施形態では空間コード化法により得られる位置情報に基づいてアンラッピング処理を実行している。このため、段差部位Ｗａを有さない物体Ｗはもちろんのこと、段差部位Ｗａを有する物体Ｗについても形状測定を高精度に行うことができる。
【００３０】
また、第２形状測定工程のみを用いて物体Ｗの形状測定を行うためには、段差部位Ｗａに適合する格子ピッチ（隣り合うパターン部材５２のピッチ）を有する格子プレート５に交換して形状測定を行う必要がある。これに対し、本実施形態では、上記したようにパターン画像に基づく空間コード化法を組み合わせることで格子プレート５を変更することなく、物体Ｗの形状を高精度に測定することができる。
【００３１】
図６は本発明に係る物体の形状測定装置の第２実施形態を示す図である。この第２実施形態に係る形状測定装置１Ｂが第１実施形態と大きく相違する点は、コンベア駆動部２１によりコンベア２２を循環移動させることで物体Ｗを水平方向Ｘに搬送させながら物体Ｗの形状測定を行っている点と、第２形状測定工程において光源８１〜８３を切り替えて位相シフトを行う代わりに物体Ｗの移動により位相シフトを行っている点であり、その他の構成は基本的に第１実施形態と同様である。この第２実施形態においても、位相シフトを伴うシャドーモアレ法と空間コード化法とを組み合わせているため、段差部位Ｗａの有無を問わず、物体Ｗの形状測定を高精度に行うことができる。なお、本実施形態では、コンベア２２が本発明の「移動部」の一例に相当している。
【００３２】
また、このように構成された形状測定装置１Ｂについては、例えば図７に示すように物体Ｗに傷等の欠陥が無いかどうかを調べる、いわゆる外観検査装置に組み込んでもよい。外観検査装置の一例としては、例えば特開２０１７−２２７６２１号公報に記載されたものがある。この外観検査装置では、鍛造や鋳造などにより製造される金属製品（本発明の「物体」の一例に相当）における欠陥の有無を調べるために、金属製品の外観検査を行って金属製品のうち形状欠陥が含まれる欠陥領域を抽出する。そこで、例えば図７に示すように、外観検査装置１００において、物体（金属製品）Ｗをコンベアなどの搬送機構１１０により所定方向に搬送しながら外観検査部１２０による外観検査および形状測定部１３０による欠陥領域の形状測定を行うように構成してもよい。以下、図７を参照しつつ外観検査装置１００の構成および動作について説明する。
【００３３】
図７は本発明に係る形状測定装置の第３実施形態を装備する外観検査装置の一例を模式的に示す図である。この外観検査装置１００では、外観検査の対象となる物体Ｗが搬送機構１１０により水平方向に搬送される。また、物体Ｗの搬送経路に沿って外観検査部１２０と形状測定部１３０とが並設されている。外観検査部１２０は、物体Ｗの搬送方向において形状測定部１３０の上流側（同図における左手側）に配置されている。
【００３４】
外観検査部１２０には、搬送機構１１０の鉛直上方に撮像カメラ１２１が配置されている。また、搬送機構１１０の斜め上方において、２つの照明器具１２２、１２３が撮像カメラ１２１を挟み込むように配置されている。外観検査装置１００では、予め良品と判別された物体Ｗを撮像カメラ１２１により撮像して取得される参照画像のデータが記憶されている。そして、検査対象となる物体Ｗが搬送機構１１０により外観検査部１２０に搬送されてくると、撮像カメラ１２１により物体Ｗを撮像し、その撮像画像と参照画像とを比較して欠陥の有無を判定する。
【００３５】
一方、形状測定部１３０は物体Ｗの搬送方向Ｘにおいて外観検査部１２０の下流側に設けられている。形状測定部１３０には、上記実施形態と同様に測定ヘッド４および格子プレート５により物体Ｗの形状を測定する形状測定ユニット１３１が搬送機構１１０の斜め上方に２組設けられている。各形状測定ユニット１３１に対して図示を省略するロボットアームが接続されており、搬送機構１１０により外観検査部１２０から搬送されてくる物体Ｗに対して任意の姿勢で各形状測定ユニット１３１による形状測定が実行可能となっている。各形状測定ユニット１３１は、外観検査部１２０により見つけ出された欠陥領域と対向するように姿勢制御された状態で、上記実施形態と同様に第１形状測定工程、第２形状測定工程および座標確定工程を実行して欠陥領域の形状を詳細に測定し、その測定結果を出力する。
【００３６】
このように図７に示す外観検査装置１００によれば、物体Ｗの表面に存在する欠陥領域を見つけ出し、その詳細な形状測定を行うことが可能となっており、物体Ｗの検査を高精度に行うことができる。なお、図７に示す外観検査装置１００では、外観検査部１２０で検査された時の姿勢のまま物体Ｗを搬送機構１１０により形状測定部１３０に搬送しているが、外観検査部１２０と形状測定部１３０との間に物体Ｗの姿勢を調整する、例えば物体Ｗを反転させる反転機構（図示省略）を設けてもよく、これによって形状測定部１３０により測定可能となる範囲を広げることができる。
【００３７】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば本実施形態では、モノクロ撮像素子９１を用いて第１形状測定工程（ステップＳ１）と第２形状測定工程（ステップＳ２）とをこの順序で実行しているが、これらの順序を逆転させてもよい。また、モノクロ撮像素子９１の代わりに、カラーＣＣＤやカラーＣＭＯＳなどのカラー撮像素子を用いることで第１形状測定工程（ステップＳ１）と第２形状測定工程（ステップＳ２）とを同時に行ってもよく、この場合、形状測定に要する時間を短縮することができる。
【００３８】
また、第１形状測定工程（ステップＳ１）と第２形状測定工程（ステップＳ２）とを同時に行うために、モノクロ撮像素子９１の代わりに、図８に示すように、２つのモノクロ撮像素子９３、９４と、ダイクロイックミラーなどの色分離素子９５とを設けてもよい（第４実施形態）。
【００３９】
図８は本発明に係る物体の形状測定装置の第４実施形態を示す図である。この第４実施形態では、第１形状測定工程（ステップＳ１）と第２形状測定工程（ステップＳ２）とを同時に行う際には、第１波長帯域λ１の光と第２波長帯域λ２の光と撮像部９に入射されるが、本実施形態では結像レンズ９２の出射側に色分離素子９５が配置されている。この色分離素子９５は第１波長帯域λ１の光を反射して第１モノクロ撮像素子９３に導光するとともに第２波長帯域λ２の光をそのまま透過させて第２モノクロ撮像素子９４に導光する。したがって、第１モノクロ撮像素子９３で第１波長帯域の光を受光して第１形状測定工程（ステップＳ１）と第２モノクロ撮像素子９４で第２波長帯域の光を受光して第２形状測定工程（ステップＳ２）とを同時に実行可能となっており、形状測定に要する時間を短縮することができる。
【００４０】
また、上記実施形態では、第２形状測定工程（ステップＳ２）を実行するために、３つの光源８１〜８３として点光源を用いているが、線光源を用いてもよい。また、光源の個数は「３」に限定されるものではなく、４以上であってもよい。
【００４１】
また、第２形状測定工程（ステップＳ２）では位相シフトを併用しているが、位相シフトの併用は形状測定の精度を高める上で好適であるが、本発明の技術的特徴のひとつである空間コード化法との組み合わせにとって必須構成ではなく、あくまで任意構成である。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
この発明は、物体の形状を非接触で測定する形状測定技術全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１Ａ，１Ｂ…形状測定装置
５…格子プレート
７…プロジェクター（投影部）
８…光源部
９…撮像部
１０…制御部
２２…コンベア（移動部）
５１…平板基材
５２…パターン部材
８１〜８３…光源
９１…モノクロ撮像素子
９３…第１モノクロ撮像素子
９４…第２モノクロ撮像素子
９５…色分離素子
１３１…形状測定ユニット（形状測定装置）
Ｇ…正弦波格子パターン
Ｌ１…パターン光
Ｌ２…照明光
λ１…第１波長帯域
λ２…第２波長帯域
Ｗ…物体
Ｗａ…段差部位
Ｘ…水平方向（第２の方向）
Ｚ…鉛直方向（第１の方向）
【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】
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【図７】
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【図８】
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