【手続補正書】
【提出日】平成26年4月10日(2014.4.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
そこで、対象物の表面に現れるスリット光の反射光を２以上の視点で捉えて撮像することにより、計測の死角を低減する手法が採用されることがある。例えば特許文献１にはかかる手法を採用した外観検査装置が開示され、その図４には、帯状のスリット光を対象物の表面に照射するスリット光照射部と、スリット光の反射光を搬送方向の下流側および上流側のそれぞれから受光してエリアセンサカメラに導く第１および第２光学機構と、それらのスリット光の反射光の画像を撮像するエリアセンサカメラと、エリアセンサカメラにより撮像された２つの画像を個別に画像処理し、個別の画像処理結果として得られた２つの画像を合成し、その合成画像に基づいて対象物の表面の適否を判定する形状判定部と、を含む表面形状検査手段を備えた構成が記載されている。さらに、特許文献１には、第１および第２光学機構が受光したスリット光の反射光がエリアセンサカメラの撮像面に横並びで結像（同文献の図９）するように第１および第２光学機構を構成することで、１回のラスター走査で同一ラスターに含まれる２つの画像のデータを読み出して形状判定部に出力することができることから、出力時間の短縮およびカメラのシャッタ速度の高速化を実現し、ひいては高精度な外観検査を実現することができる旨が記載されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
しかしながら、特許文献１は、画像の合成を画像処理によって行う構成のみを開示するものである。従って、特許文献１のような構成では、画像処理を行う特別な手段（形状判定部に含まれる画像合成処理部）を必要とし、そのためのハードウエアおよびソフトウエアを要するものとなる。光切断法では、取得した画像上で見られるスリット光の形を三角測量の原理に基づいて解析することによって対象物の３次元形状を計測するので、その画像の解像度が高ければ高いほど計測精度が向上する。これに対し、特許文献１に開示された技術では、２視点で取得したスリット光の反射光をエリアセンサカメラの撮像面に横並びで結像させているので、１視点の場合に比べてその画像の解像度は横方向が約半分に低下してしまうことになる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
一方、計測の死角を低減する目的ではないが、特許文献２にも対象物の表面に現れるスリット光の反射光を２視点で捉えて撮像する技術が開示されている。この特許文献２は、光切断法を用いて溶接部材の開先形状（３次元形状）を計測するにあたり、開先が深い場合、狭開先である場合、あるいは開先内が研磨してある場合には、開先下部において反対面の開先の壁にスリット光が反射することで本来の像とは異なる光（同文献では「虚像」と称されている）が生じ、正確な光切断線を得ることが困難になるという問題に対処する技術を開示するものである。そして、その図１に示されるように、レーザスリット光を溶接部材に溶接線と直角に照射し、溶接線の前方の視点および後方の視点から開先の光切断線をとらえ、これら２つの光切断線をシャッタによりタイミングをずらしてＩＴＶカメラにて撮像するようにしている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
そして、特許文献２にはこれらの画像を合成するために、位置・寸法および形状が共通する画像（同じく図２（ｃ））のみを取り出す論理演算処理を行うことが記載されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
すなわち、特許文献２に開示の技術では、２視点で取得したスリット光の反射光をエリアセンサカメラの撮像面に同時に結像させるのではなく、時間差をおいて別々に結像させて２つの画像を取得しているので、特許文献１のような解像度低下の問題は生じない。しかしながら、２つの画像のデータに基づいて位置・寸法および形状が共通する画像を取り出し、１本のスリット光の反射光（光切断線）として合成するために、画像処理を行うことが必須となる。従って、特許文献１と同様に、画像処理を行う特別な手段を必要とし、そのためのハードウエアおよびソフトウエアを要するものとなる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
よって本発明の目的は、光切断法を用い、スリット光の反射光を２視点で捉える３次元形状計測装置において、スリット光の反射光を１視点で捉える場合と同等の解像度を実現するとともに、特別な画像処理手段を必要とせずに２以上の視点で捉えた像の合成を行うことができる構成を採用することによって、対象物の３次元形状を高精度に計測できるようにすることにある。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
そのために、本発明は、相対的に搬送される対象物に対し、前記搬送の方向と交差する方向に長手方向軸を有するスリット光を照射し、その反射光をカメラ部で撮像して取得した画像に基づいて前記対象物の表面形状を計測する３次元形状計測装置において、前記スリット光を出射する光源部と、当該出射されたスリット光を前記対象物に照射するための第１光学部と、当該照射によって前記対象物上に現れるスリット光の反射光を前記搬送の方向の上流側および下流側で捉えた光を重畳させるハーフミラーと、前記スリット光の前記長手方向軸を挟んで前記搬送の方向の上流側および下流側に配置され、前記反射光を前記上流側および前記下流側からそれぞれ前記ハーフミラーに向ける第２および第３光学部と、を備え、前記ハーフミラーは、前記対象物から前記第２光学部を介して向けられた前記反射光の光路長と前記対象物から前記第３光学部を介して向けられた前記反射光の光路長とが等しくなる位置に配置されていること、または、前記対象物から前記第２光学部を介して向けられた前記反射光と前記対象物から前記第３光学部を介して向けられた前記反射光とが同時に到達する位置に配置されていることを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
ここで、前記光源部が出射したスリット光の線幅を調整する手段をさらに備え、該手段は、前記光源部が出射したスリット光の線幅を拡大するビームエキスパンダと、当該線幅が拡大されたスリット光を集光して前記対象物に照射するためのシリンドリカルレンズとを有するものとすることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、前記カメラ部の前に、前記画像の縦方向の解像度と横方向の解像度とが異なるようにすることが可能な解像度変更部を介挿することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明によれば、スリット光の反射光を第２および第３光学部の２視点で捉え、これら２視点のスリット光の反射光が正確に重畳されてカメラ部にて撮像されることで、スリット光の反射光を１視点で捉える場合と同等の解像度を実現し、対象物の３次元形状を高精度に計測できるようになる。また、光源部と対象物との間の光軸上に、光源部が出射したスリット光の線幅を調整する手段を介挿することで、対象物の表面に現れるスリット光の反射光をさらに効果的に細くし、これによって対象物の表面形状を一層高精度に計測することが可能となる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
さらに、カメラ部の前に、画像の縦方向の解像度と横方向の解像度とが異なるようにすることが可能な解像度変更部を配置することで、種々の３次元形状を有する対象物の形態に対応して所望の方向の解像度を高くすることができ、対象物の特徴を正確に認識できるようになる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
再び図１を参照するに、表面形状計測部２は、光源部２１と、ビームエキスパンダ３０と、第１光学部２２と、シリンドリカルレンズ２３と、第２光学部２４と、第３光学部２５と、ハーフミラー２６と、第４光学部２７と、解像度変更部３１と、カメラ部２８と、画像処理部２９と、で構成される。光源部２１は、対象物Ｋに対して照射すべきスリット光を出射する。ビームエキスパンダ３０は、光源部２１が出射したスリット光を平行光のままそのビーム径ないしスリット光の線幅（スリット光の長手方向に対して直交する方向の寸法）を拡大する。ビームエキスパンダ３０によって線幅が拡大されたスリット光は、第１光学部２２を介してシリンドリカルレンズ２３に導かれる。そして、当該スリット光はシリンドリカルレンズ２３により集光され、対象物Ｋの表面に至近距離から照射される。第２光学部２４および第３光学部２５は、それぞれ、対象物Ｋの表面に現れるスリット光の反射光を搬送方向上流側および下流側からハーフミラー２６に向ける。第２光学部２４および第３光学部２５からそれぞれ導かれたスリット光の反射光はハーフミラー２６により重畳され、第４光学部２７を介してカメラ部２８に導かれて撮像されることで、スリット光の反射光の画像が取得される。そして、その画像は画像処理部２９により画像処理され、対象物の表面形状データが算出される。また、本実施形態においては、第４光学部２７とカメラ部２８との間の光路上に、画像の縦方向の解像度と画像の横方向の解像度とを異ならせることが可能な解像度変更部３１が配設されている。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
図５は、図１の構成のうち、第２光学部２４、第３光学部２５およびハーフミラー２６の構成を示す模式図である。第２光学部２４および第３光学部２５は、それぞれ、対象物Ｋの表面に現れるスリット光の反射光を搬送方向上流側および下流側からハーフミラー２６に向けるミラー２４１および２５１を有する。ミラー２４１およびミラー２５１は、スリット光の長手方向軸を挟んで線対称となる位置に配置され、かつ、これらミラーとハーフミラー２６は、対象物Ｋからハーフミラー２６に至る第２光学部２４側の光路長と、対象物Ｋからハーフミラー２６に至る第３光学部２５側の光路長とが等しくなるように配置される。これにより、特許文献２に開示の技術とは異なり、２視点で取得したスリット光の反射光が同時にハーフミラー２６に到達することで、第２光学部２４から来たスリット光の反射光と第３光学部２５から来たスリット光の反射光とをハーフミラー２６において正確に重畳させることができるようになる。なお、ミラー２４１および２５１の鉛直方向の長さを適切に長くすることによって、搬送方向上流側および下流側の視線の俯角の調整範囲を拡大することができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に搬送される対象物に対し、前記搬送の方向と交差する方向に長手方向軸を有するスリット光を照射し、その反射光をカメラ部で撮像して取得した画像に基づいて前記対象物の表面形状を計測する３次元形状計測装置において、
前記スリット光を出射する光源部と、
当該出射されたスリット光を前記対象物に照射するための第１光学部と、
当該照射によって前記対象物上に現れるスリット光の反射光を前記搬送の方向の上流側および下流側で捉えた光を重畳させるハーフミラーと、
前記スリット光の前記長手方向軸を挟んで前記搬送の方向の上流側および下流側に配置され、前記反射光を前記上流側および前記下流側からそれぞれ前記ハーフミラーに向ける第２および第３光学部と、
を備え、
前記ハーフミラーは、前記対象物から前記第２光学部を介して向けられた前記反射光の光路長と前記対象物から前記第３光学部を介して向けられた前記反射光の光路長とが等しくなる位置に配置されていることを特徴とする３次元形状計測装置。
【請求項２】
相対的に搬送される対象物に対し、前記搬送の方向と交差する方向に長手方向軸を有するスリット光を照射し、その反射光をカメラ部で撮像して取得した画像に基づいて前記対象物の表面形状を計測する３次元形状計測装置において、
前記スリット光を出射する光源部と、
当該出射されたスリット光を前記対象物に照射するための第１光学部と、
当該照射によって前記対象物上に現れるスリット光の反射光を前記搬送の方向の上流側および下流側で捉えた光を重畳させるハーフミラーと、
前記スリット光の前記長手方向軸を挟んで前記搬送の方向の上流側および下流側に配置され、前記反射光を前記上流側および前記下流側からそれぞれ前記ハーフミラーに向ける第２および第３光学部と、
を備え、
前記ハーフミラーは、前記対象物から前記第２光学部を介して向けられた前記反射光と前記対象物から前記第３光学部を介して向けられた前記反射光とが同時に到達する位置に配置されていることを特徴とする３次元形状計測装置。
【請求項３】
前記光源部が出射したスリット光の線幅を調整する手段をさらに備え、該手段は、前記光源部が出射したスリット光の線幅を拡大するビームエキスパンダと、当該線幅が拡大されたスリット光を集光して前記対象物に照射するためのシリンドリカルレンズとを有することを特徴とする請求項１または２に記載の３次元形状計測装置。
【請求項４】
前記カメラ部の前に、前記画像の縦方向の解像度と横方向の解像度とが異なるようにすることが可能な解像度変更部が介挿されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の３次元形状計測装置。
【請求項５】
前記光源部は、前記スリット光を複数本のマルチラインとして出射することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の３次元形状計測装置。