(57)【要約】【課題】全体形状と局所的形状とを両方とも精度良く計測する。【解決手段】プロジェクタ１は物体Ｍ上に映像を投影する。撮像装置２はプロジェクタ１によって物体Ｍ上に投影された映像を、プロジェクタ１とは異なる角度から撮像する。ステージ３及びステージ駆動装置４は、物体Ｍとプロジェクタ１及び撮像装置２との間の所定方向の相対走査を実行する。記憶部６には、ステージ３及びステージ駆動装置４による相対走査を実行しつつ、プロジェクタ１によりＹ軸方向に延びるスリット像を基準となる物体Ｍ上に投影させたときに撮像装置２によって撮像される動画像も記憶されている。制御部９は、ステージ３及びステージ駆動装置４による相対走査を実行しつつプロジェクタ１により記憶部６に記憶された動画像を計測対象の物体Ｍ上に投影させるとともに、撮像装置２により物体Ｍ上に投影された動画像を撮像させる。【選択図】図１
2012208003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体上に映像を投影するプロジェクタと、
前記物体を、前記プロジェクタとは異なる角度から撮像する撮像装置と、
前記物体と前記プロジェクタ及び前記撮像装置との間の所定方向の相対走査を実行する走査機構と、
前記走査機構による相対走査を実行しつつ、前記プロジェクタにより前記所定方向に交差する方向に延びるスリット像を、基準物体上に投影させたときに前記撮像装置によって撮像された動画像を記憶する記憶部と、
前記走査機構による相対走査を実行しつつ前記プロジェクタにより前記記憶部に記憶された動画像を前記計測対象の物体上に投影させるとともに、前記撮像装置により前記物体上に投影された前記動画像を撮像させる制御部と、
を備える計測装置。
【請求項２】
前記撮像装置に撮像された前記物体に投影された前記動画像を表示する表示部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記撮像装置に撮像された前記物体に投影された前記動画像における前記スリット像の形状を検出する検出部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の計測装置を用いて、物体の欠陥を検出する欠陥検査装置。
【請求項５】
物体上に映像を投影するプロジェクタと、
前記物体を、前記プロジェクタとは異なる角度から撮像する撮像装置と、
前記物体と前記プロジェクタ及び前記撮像装置との間の所定方向の相対走査を実行する走査機構と、
を備える計測装置を用いた計測方法であって、
前記走査機構による相対走査を実行しつつ、前記プロジェクタにより前記所定方向に交差する方向に延びるスリット像を、基準物体上に投影させたときに前記撮像装置によって撮像された動画像を記憶する記憶工程と、
前記走査機構による相対走査を実行しつつ前記プロジェクタにより前記記憶工程において記憶された動画像を前記計測対象の物体上に投影させるとともに、前記撮像装置により前記物体上に投影された前記動画像を撮像させる計測工程と、
を含む計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の３次元計測を行う計測装置、欠陥検査装置及び計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光切断法を用いた物体の３次元計測を行う計測装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１０３９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の光切断法では、計測対象の物体の全体形状の凹凸が激しい場合、その全体形状と局所的形状とを両方精度よく計測するのは困難である。全体形状を計測範囲に収めようとすれば、局所的形状の表れる範囲が相対的に小さくなるためである。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、全体形状と局所的形状とを両方とも精度良く計測することができる計測装置、欠陥検査装置及び計測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】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る計測装置は、
物体上に映像を投影するプロジェクタと、
前記物体を、前記プロジェクタとは異なる角度から撮像する撮像装置と、
前記物体と前記プロジェクタ及び前記撮像装置との間の所定方向の相対走査を実行する走査機構と、
前記走査機構による相対走査を実行しつつ、前記プロジェクタにより前記所定方向に交差する方向に延びるスリット像を、基準物体上に投影させたときに前記撮像装置によって撮像された動画像を記憶する記憶部と、
前記走査機構による相対走査を実行しつつ前記プロジェクタにより前記記憶部に記憶された動画像を前記計測対象の物体上に投影させるとともに、前記撮像装置により前記物体上に投影された前記動画像を撮像させる制御部と、
を備える。
【０００７】
この場合、前記撮像装置に撮像された前記物体に投影された前記動画像を表示する表示部をさらに備える、
こととしてもよい。
【０００８】
また、前記撮像装置に撮像された前記物体に投影された前記動画像における前記スリット像の形状を検出する検出部をさらに備える、
こととしてもよい。
【０００９】
本発明の第２の観点に係る欠陥検査装置は、
本発明の計測装置を用いて、物体の欠陥を検出する。
【００１０】
本発明の第３の観点に係る計測方法は、
物体上に映像を投影するプロジェクタと、
前記物体を、前記プロジェクタとは異なる角度から撮像する撮像装置と、
前記物体と前記プロジェクタ及び前記撮像装置との間の所定方向の相対走査を実行する走査機構と、
を備える計測装置を用いた計測方法であって、
前記走査機構による相対走査を実行しつつ、前記プロジェクタにより前記所定方向に交差する方向に延びるスリット像を、基準物体上に投影させたときに前記撮像装置によって撮像された動画像を記憶する記憶工程と、
前記走査機構による相対走査を実行しつつ前記プロジェクタにより前記記憶工程において記憶された動画像を前記計測対象の物体上に投影させるとともに、前記撮像装置により前記物体上に投影された前記動画像を撮像させる計測工程と、
を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所定方向に搬送される基準物体に投影されるスリット像が撮像装置により撮像されその動画像が記憶部に記憶される。計測対象の物体を計測する際には、その動画像が物体に投影される。
【００１２】
基準物体と物体との３次元プロファイルが同じであれば、撮像装置によって撮像される物体上の動画像は一直線のスリット像となる。このため、基準物体との３次元プロファイルと物体の３次元プロファイルとに異なる部分があれば、一直線のスリット像のうち、その部分に対応する箇所だけが歪むようになるので、異なる部分を目立たせることができるようになる。
【００１３】
このようにして、基準物体で大まかな全体形状を把握してから、基準物体と計測対象の物体との違いに基づいて局所的形状を計測することができるので、全体形状と局所的形状とを両方とも精度良く計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る計測装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１の計測装置を用いた初期計測の手順のフローチャートである。
【図３】図３（Ａ）乃至図３（Ｃ）は、相対走査中に基準物体上に投影されるスリット像の様子を示す図である。
【図４】初期計測において撮像される像の一例を示す図である。
【図５】図１の計測装置を用いた通常計測の手順のフローチャートである。
【図６】通常計測において撮像される像の一例（その１）を示す図である。
【図７】通常計測において撮像される像の一例（その２）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
まず、図１を参照して、本実施形態に係る計測装置１００の構成について説明する。図１に示すように、計測装置１００は、プロジェクタ１と、撮像装置２と、ステージ３と、ステージ駆動装置４と、コンピュータ５と、を備える。
【００１７】
計測装置１００は、物体Ｍ（又は基準物体Ｍｒ）の３次元形状（３次元プロファイル）を計測する。本実施形態では、物体Ｍが搬送される方向をＹ軸方向とし、水平面内でＹ軸方向に直交する方向をＸ軸方向とし、高さ方向をＺ軸方向とするＸＹＺ座標系を規定して、説明を行う。物体Ｍは、所定方向に関して断面が一様な物体であるものとする。
【００１８】
プロジェクタ１は、物体Ｍ上に映像を投影する。より具体的には、プロジェクタ１は、コンピュータ５の後述の記憶部６に記憶された映像を投影する。本実施形態では、プロジェクタ１は、斜め上方から、ステージ３上へ映像を投影している。
【００１９】
撮像装置２は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラなどのイメージセンサである。撮像装置２は、物体Ｍを、プロジェクタ１とは異なる角度から撮像するように設置されている。より厳密には、撮像装置２は、プロジェクタ１から物体Ｍ上に投影された映像がその撮像視野内に収まるように設置されている。本実施形態では、撮像装置２は、＋Ｚ側（すなわち真上）から、ステージ３を撮像できるように設置されている。
【００２０】
ステージ３には、物体Ｍが載置される。ステージ３は、Ｙ軸方向に移動可能なテーブルである。物体Ｍは、断面形状が一様な所定方向をＹ軸方向として載置される。物体Ｍは、ステージ３には、物体Ｍを常に同じ位置に設置できるように位置決め機構（不図示）が設けられている。
【００２１】
ステージ駆動装置４は、ステージ３を駆動して、Ｙ軸方向に移動させる。ステージ３及びステージ駆動装置４がステージ３をＹ軸方向に移動させることにより、物体Ｍとプロジェクタ１及び撮像装置２との間のＹ軸方向の相対走査が実行される。
【００２２】
コンピュータ５は、記憶部６と、表示部７と、検出部８と、制御部９とを備える。
【００２３】
記憶部６には、プロジェクタ１によって投影される映像のデータが記憶されている。例えば、記憶部６には、Ｙ軸方向に延びるスリットパターン像などが記憶されている。
【００２４】
この記憶部６には、後述するように、ステージ３及びステージ駆動装置４による物体Ｍとプロジェクタ１及び撮像装置２との間の相対走査を実行しつつ、プロジェクタ１によりＸ軸方向に交差する方向に延びるスリット像を、基準物体Ｍｒ上に投影させたときに撮像装置２によって撮像された動画像も記憶されている。
【００２５】
表示部７は、撮像装置２によって撮像された物体Ｍを表示する。プロジェクタ１から物体Ｍに映像が投影されている場合には、表示部７には、その投影された映像が表示される。ユーザは、表示部７に表示された物体Ｍに投影された映像を見て、物体Ｍの全体形状や局所的形状を把握することができる。
【００２６】
検出部８は、撮像装置２によって撮像された物体Ｍに投影された映像の撮像結果に基づいて、物体Ｍの３次元形状を検出する。
【００２７】
制御部９は、ＣＰＵ及びメモリ（いずれも不図示）を備えており、ＣＰＵがメモリに保持されたプログラムを実行することにより、プロジェクタ１、撮像装置２、ステージ３及びステージ駆動装置４を制御する。例えば、制御部９は、ステージ３及びステージ駆動装置４による物体Ｍとプロジェクタ１及び撮像装置２との間の相対走査を実行しつつ、プロジェクタ１により記憶部６に記憶された動画像に基づく映像を物体Ｍ上に投影させるとともに、撮像装置２により物体Ｍ上に投影された動画像を撮像させる。
【００２８】
次に、本実施形態に係る計測装置１００を用いた計測方法について説明する。図２には、この計測装置１００を用いた初期計測のフローチャートが示されている。
【００２９】
図３に示すように、まず、基準物体Ｍｒが図１の物体Ｍと同じ位置及び向きでステージ３に載置される（ステップＳ１）。基準物体Ｍｒとしては、物体Ｍと形状が同一で、形状に欠陥がないものが用いられる。
【００３０】
続いて、コンピュータ５の制御部９は、ステージ３及びステージ駆動装置４による物体Ｍとプロジェクタ１及び撮像装置２との間の相対走査を実行しつつ、プロジェクタ１によりＸ軸方向に延びるスリット像を、基準物体Ｍｒ上に投影させるとともに、撮像装置２によって基準物体Ｍｒ上に投影されたスリット像を撮像させ、撮像された動画像を記憶部６に記憶させる（ステップＳ２）。
【００３１】
より具体的には、制御部９は、ステージ駆動装置４を制御して、ステージ３を図３（Ａ）に示す原点位置から、例えば＋Ｙ方向に一定速度Ｖで移動を開始させる。なお、制御部９は、これと同時に、プロジェクタ１によるスリット像の投影を開始させる。さらに、制御部９は、プロジェクタ１により、基準物体Ｍｒ上に投影されたスリット像の撮像を開始させる。
【００３２】
図４に示すように、プロジェクタ１によって投影されるスリット像は、基準物体Ｍｒの３次元プロファイルに応じた像として、撮像装置２によって撮像される。記憶部６は、例えば、図４に示すようなスリット像を記憶することとなる。
【００３３】
なお、基準物体Ｍｒの載置面からのプロジェクタ１の高さをＨとし、撮像装置２によって撮像される像の幅を（ｙ−ｙ0）とし、プロジェクタ１から、像の投影位置までのＹ軸方向の距離をｄとすると、基準物体Ｍｒの全高ｈ0（ｘ）は、次式で表される。
【数１】
2012208003.tif 000003
続いて、表示部７は、撮像装置２によって撮像された画像（図４に示すような画像）を表示するとともに、検出部８は、上記式（１）等を用いて、基準物体Ｍｒの３次元形状を算出する（ステップＳ３）。
【００３４】
ステップＳ３終了後、計測装置１００は、初期計測を終了する。
【００３５】
次に、計測装置１００を用いた通常計測について説明する。図５には、通常計測のフローチャートが示されている。図５に示すように、まず、基準物体Ｍｒの代わりに、計測対象となる物体Ｍがステージ３に載置される（ステップＳ１１）。ステージ３における物体Ｍの載置される位置は、位置決め機構によって、基準物体Ｍｒが載置されていた位置と同一の位置に設置される。
【００３６】
続いて、コンピュータ５の制御部９は、ステージ３及びステージ駆動装置４による相対走査を実行しつつ、プロジェクタ１により記憶部６に記憶された動画像を、プロジェクタ１により物体Ｍ上に投影させるとともに、撮像装置２によって物体Ｍ上に投影された像を撮像させ、撮像された動画像を記憶部６に記憶させる（ステップＳ１２）。
【００３７】
より具体的には、制御部９は、ステージ駆動装置４を制御して、ステージ３を、図３（Ａ）に示す原点位置から、例えば＋Ｙ方向に一定速度Ｖで移動を開始させる。なお、制御部９は、これと同時に、プロジェクタ１による動画像の投影を開始させる。さらに、制御部９は、プロジェクタ１により、物体Ｍ上に投影されたスリット像の撮像を開始させ、その動画像を記憶部６に記憶する。
【００３８】
図６に示すように、プロジェクタ１によって投影される動画像は、基準物体Ｍｒの３次元プロファイルに応じた像となっているため、物体Ｍの３次元プロファイルが、基準物体Ｍｒの３次元プロファイルと同一であれば、撮像装置２によって撮像される像は、Ｘ軸方向に延びる直線状となる。なお、プロジェクタ１から投影される映像は、撮像装置２によって撮像される像が直線となるように、記憶部６に記憶された動画像の向きやスケーリングが調整されている。
【００３９】
続いて、表示部７が記憶部６に記憶された動画像を表示し、検出部８が物体Ｍの局所的形状を検出する（ステップＳ１３）。図７に示すように、例えば、物体Ｍ上に基準物体Ｍｒとは異なる微小な凸部があった場合、その凸部により、撮像させる直線の像に歪みが生じる。検出部８は、このような歪みを検出する。
【００４０】
表示部７に表示される像は、直線であるので、このような歪みは非常に見立つようになる。このため、表示部７を見るユーザが、物体Ｍに形成された凸部を発見し易くなっている。
【００４１】
なお、凸部の高さΔｈ（ｘ）は、計測される歪みの高さをΔｓとすると、次式で表される。
【数２】
2012208003.tif 000004
なお、基準物体Ｍｒの３次元形状と物体Ｍとの３次元形状とが全体的に異なる場合であっても、ステップＳ３によって検出された基準物体Ｍｒの高さｈ0（ｘ）に、上記式（２）によって求められたΔｈ（ｘ）を、上記式（３）のように加算することにより、物体Ｍの全体形状を求めることができる。また、検出部８は、撮像装置２によって高分解能に撮像された画像から得られるΔｈ（ｘ）に基づいて、物体Ｍの局所的形状も高精度に検出することができる。
【００４２】
以上詳細に説明したように、本実施形態によれば、Ｙ軸方向に搬送される基準物体Ｍｒに投影されるスリット像が撮像装置２により撮像され、その動画像が記憶部６に記憶される。計測対象の物体Ｍを計測する際には、その動画像が物体Ｍに投影される。
【００４３】
基準物体Ｍｒと物体Ｍとの３次元プロファイルが同じであれば、撮像装置２によって撮像される物体Ｍ上に投影される動画像は一直線のスリット像となる。このため、基準物体Ｍｒとの３次元プロファイルと物体Ｍの３次元プロファイルとに異なる部分があれば、一直線のスリット像のうち、その部分に対応する箇所だけが歪むようになるので、異なる部分を目立たせることができるようになる。
【００４４】
このようにして、基準物体Ｍｒで大まかな全体形状を把握してから、基準物体Ｍｒと計測対象の物体との違いに基づいて局所的形状を計測することができるので、全体形状と局所的形状とを両方とも精度良く計測することができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、Ｙ軸方向で形状が一様な物体Ｍを計測対象としたが、本発明はこれには限られない。Ｙ軸方向に高さが変化する物体Ｍの計測にも適用可能である。この場合には、初期計測によって記憶部６に記憶される動画像を撮像したときのタイミングと、その動画像をプロジェクタ１から投影する際のタイミングとを同期させる必要がある。
【００４６】
本実施形態に係る計測装置１００は、物体Ｍの欠陥を検査する装置として用いることが可能である。回路基板の回路の欠陥や、製品の形状欠陥などに、計測装置１００を適用することができる。また、圧延された金属の検査にも用いることができる。
【００４７】
なお、上記実施の形態において、実行されるプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＭＯ（Magneto-Optical Disc）等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをインストールすることにより、上述のスレッドを実行するシステムを構成することとしてもよい。
【００４８】
また、プログラムをインターネット等の通信ネットワーク上の所定のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、ダウンロード等するようにしてもよい。
【００４９】
また、上述の機能を、ＯＳ（Operating System）が分担して実現する場合又はＯＳとアプリケーションとの協働により実現する場合等には、ＯＳ以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、ダウンロード等してもよい。
【００５０】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、物体の３次元プロファイルを計測するのに好適であり、さらに物体の欠陥を検出するのに好適である。
【符号の説明】
【００５２】
１  プロジェクタ
２  撮像装置
３  ステージ
４  ステージ駆動装置
５  コンピュータ
６  記憶部
７  表示部
８  検出部
９  制御部
１００  計測装置
Ｍ  物体
Ｍｒ  基準物体
【図１】
2012208003.tif 000005
【図２】
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【図３】
2012208003.tif 000007
【図４】
2012208003.tif 000008
【図５】
2012208003.tif 000009
【図６】
2012208003.tif 000010
【図７】
2012208003.tif 000011