三次元形状測定装置、三次元形状測定方法、構造物の製造方法および構造物製造システム
【課題】計測時間を短縮化でき、装置構成が複雑化することを防ぐ。
【解決手段】三次元形状測定装置１は、測定対象物１１上に投影パターンを照射する投影部１３と、測定対象物１１を撮像する撮像部１４と、投影部１３に縞パターンを照射させ、照射させる縞パターンの位相を変化させながら、撮像部１４に測定対象物１１を繰り返し撮像させるとともに、測定対象物１１上に照射させた縞パターンの画像を複数取得する第１の制御部と、第１の領域のみに所定の光を照射させて撮像した第１の画像と、第２の領域のみに所定の光を照射させて撮像した第２の画像とを取得する第２の制御部と、第１の画像と第２の画像との差分に基づいて、縞パターンに含まれる縞の夫々を識別する基準線を検出する基準線検出部と、基準線に基づいて、測定対象物１１の三次元形状を測定する形状測定部と、を備える。
【解決手段】三次元形状測定装置１は、測定対象物１１上に投影パターンを照射する投影部１３と、測定対象物１１を撮像する撮像部１４と、投影部１３に縞パターンを照射させ、照射させる縞パターンの位相を変化させながら、撮像部１４に測定対象物１１を繰り返し撮像させるとともに、測定対象物１１上に照射させた縞パターンの画像を複数取得する第１の制御部と、第１の領域のみに所定の光を照射させて撮像した第１の画像と、第２の領域のみに所定の光を照射させて撮像した第２の画像とを取得する第２の制御部と、第１の画像と第２の画像との差分に基づいて、縞パターンに含まれる縞の夫々を識別する基準線を検出する基準線検出部と、基準線に基づいて、測定対象物１１の三次元形状を測定する形状測定部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の三次元形状を測定するための三次元形状測定装置、三次元形状測定方法、構造物の製造方法および構造物製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物の面形状（三次元形状）を非接触で測定する手法として、位相シフト法によるパターン投影型の三次元形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この三次元形状測定装置では、正弦波状の強度分布を持つ縞パターンを測定対象物上に投影し、その縞パターンの位相を一定ピッチで変化させながら測定対象物を繰り返し撮像し、それによって得られた複数枚の画像（輝度変化データ）を所定の演算式に当てはめることで、測定対象物の面形状に応じて変形した縞の位相分布（位相画像）を求め、その位相画像をアンラップ（位相接続）してから、測定対象物の高さ分布（高さ画像）に換算する。
【０００３】
このとき、従来の三次元形状測定装置では、測定対象物に投影された縞パターンの各縞を特定するために、縞パターンの縞の周期を徐々に変化させて測定対象物に投影しつつ測定を行うようにしていた（空間コード化法）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６０７５６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、空間コード化法では、縞の周期の異なる縞パターンを投射した測定対象物を複数回撮像する必要があり、計測時間が長くなる、という問題がある。また、装置構成も複雑化する、という問題がある。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、計測時間を短縮化でき、装置構成が複雑化することを防ぐことができる三次元形状測定装置、三次元形状測定方法、構造物の製造方法および構造物製造システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、測定対象物上に投影パターンを照射する投影部と、前記測定対象物を撮像する撮像部と、前記投影部に縞パターンを照射させ、当該照射させる縞パターンの位相を変化させながら、前記撮像部に前記測定対象物を繰り返し撮像させるとともに、前記測定対象物上に照射させた前記縞パターンの画像を複数取得する第１の制御部と、前記測定対象物上の互いに隣接する第１の領域と第２の領域であって、互いの境界線が前記縞パターンの縞と平行となる第１の領域と第２の領域のうち、前記第１の領域のみに所定の光を前記投影部により照射させるとともに前記撮像部により前記測定対象物を撮像させた第１の画像と、前記第２の領域のみに前記所定の光を前記投影部により照射させるとともに前記撮像部により前記測定対象物を撮像させた第２の画像とを取得する第２の制御部と、前記第２の制御部が取得した前記第１の画像と前記第２の画像との差分に基づいて、前記測定対象物に照射された縞パターンの縞のうちから、縞パターンに含まれる縞の夫々を識別する基準線を検出する基準線検出部と、前記基準線検出部が検出した基準線に基づいて、前記第１の制御部が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、当該位相接続した位相分布に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定する形状測定部と、を備えることを特徴とする三次元形状測定装置である。
【０００８】
また、本発明の一態様は、測定対象物上に投影パターンを照射する投影部と、前記測定対象物を撮像する撮像部と、前記縞パターンを投影した場合に、当該縞パターンの基準となるとともに、前記撮像部による撮像性能を判定するための基準線を前記投影部により前記測定対象物上に照射させ、当該基準線が照射された前記測定対象物を前記撮像部に撮像させて画像を取得する第１の制御部と、前記投影部に縞パターンを照射させ、当該照射させる縞パターンの位相を変化させながら、前記撮像部に前記測定対象物を繰り返し撮像させるとともに、前記測定対象物上に照射させた前記縞パターンの画像を複数取得する第２の制御部と、前記第１の制御部が取得した画像から前記基準線を検出する基準線検出部と、前記基準線検出部が検出した基準線に基づいて、前記第１の制御部が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、当該位相接続した画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定する形状測定部と、を備えることを特徴とする三次元形状測定装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、計測時間を短縮化でき、装置構成が複雑化することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態による三次元形状測定装置の外観構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態による三次元形状測定装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態による縞パターンの一例を示すイメージ図である。
【図４】第１の実施形態による第１の領域ａ及び第２の領域ｂを説明するためのイメージ図である。
【図５】第１の実施形態によるＣＰＵ及び制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図６】第１の実施形態による三次元形状測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態による基準線検出処理を説明するための実測値を示すグラフである。
【図８】第２の実施形態による基準線検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】第２の実施形態による左照射画像、右照射画像、及び論理和画像の一例を示すイメージ図である。
【図１０】第２の実施形態による左差分画像の境界線、右差分画像の境界線、及び基準線の一例を示すイメージ図である。
【図１１】第３の実施形態による三次元形状測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図１２】第３の実施形態による基準線画像の一例を示すイメージ図である。
【図１３】構造物製造システムのブロック構成図である。
【図１４】構造物製造システムによる処理の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について詳しく説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態による三次元形状測定装置１の外観構成を示す斜視図である。図１に示すとおり三次元形状測定装置１は、工業製品又は部品などの測定対象物１１を載置するステージ１２と、互いに固定された投影部１３及び撮像部１４とを備える。投影部１３の光軸と撮像部１４の光軸との間には角度がつけられており、両者の光軸は、ステージ１２の基準面上で交差している。このうち撮像部１４の光軸はステージ１２の基準面に対して垂直である。なお、撮像部１４の光軸を垂直にする代わりに投影部１３の光軸を垂直してもよい。投影部１３及び撮像部１４は、高さ（ステージ１２の基準面に対して垂直方向）を調整することができる。
【００１２】
ステージ１２は、撮像部１４の光軸と平行な軸の周りに測定対象物１１を回転させるθステージ１２θと、撮像部１４の光軸と垂直な所定方向に向けて測定対象物１１をシフトさせるＸステージ１２Ｘと、θステージ１２θの回転軸とＸ軸方向との双方に対して垂直な所定方向に向けて測定対象物１１をシフトさせるＹステージ１２Ｙとを備える。
【００１３】
投影部１３は、測定対象物１１が配置されるステージ１２上の一部の領域（照射領域）に斜め方向から投影パターンを照射する光学系であって、パターン形成部２３を照射する照射素子２２と、パターン形成部２３と、パターン形成部２３を通過した光を照射領域に集光させる投影光学系２４とをこの順で配置している。なお、ここでは、本実施形態による測定対象物１１のサイズを、投影部１３の照射領域内に測定対象物１１の全体が収まる程度に小さいものとして説明する。
【００１４】
投影部１３のパターン形成部２３は、透過率分布が可変のパネル（透過型液晶素子、反射型液晶素子、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ、デジタルミラーデバイス）など）であり、そのパネルへ縞パターン（正弦格子パターン）を表示することにより、投影部１３から照射領域へ向かう照明光束の断面強度分布を正弦波状とする。パターン形成部２３に表示される縞パターンの縞（格子）方向は、投影部１３の光軸と撮像部１４の光軸との双方が存在している面に対して垂直である。また、パターン形成部２３の表示面上の中央近傍に位置する基準点は、ステージ１２の基準面上の基準点（撮像部１４の光軸と投影部１３の光軸との交差点）に対して光学的に共役であり、これによって縞パターンの投影先は、ステージ１２の照射領域内に配置された測定対象物１１の表面（以下、「被検面」と称す。）に設定されている。なお、被検面上に縞パターンを投影できるのであれば、パターン形成部２３の基準点とステージ１２の基準点とが完全な共役関係になっていなくとも構わない。
【００１５】
撮像部１４は、ステージ１２上の照射領域の像（輝度分布）を検出する光学系であって、その照射領域で発生した反射光を結像する結像光学系２５と、結像光学系２５が結像した像を撮像して画像を取得する撮像素子２６とが順に配置される。撮像素子２６の撮像面上の中央近傍に位置する基準点は、ステージ１２の前述した基準点と光学的に共役であり、撮像素子２６は、ステージ１２の照射領域内に配置された測定対象物１１の画像（被検面の画像）を取得することができる。つまり、撮像部１４は、測定対象物１１を撮像する。なお、被検面の画像を十分なコントラストで取得することができるのであれば、撮像素子２６の基準点とステージ１２の基準点とが完全な共役関係になっていなくとも構わない。
【００１６】
ここで、投影部１３の光源をオン（光源に電力を供給）し、この状態で撮像素子２６を駆動すると、縞パターンの投影された被検面の画像（＝被検面の面形状情報を含んだ画像）を取得することができる。以下、この画像を「縞画像（縞パターンの画像）」と称す。さらに、縞パターンの位相をシフトさせながら縞画像の取得を繰り返せば、被検面の面形状データＤを既知とするための情報が揃う。また、ステージ１２と、投影部１３及び撮像部１４の高さとを調整することにより、三次元形状測定装置１は、様々な角度から測定対象物１１を撮像することができる。
【００１７】
図２は、本実施形態による三次元形状測定装置１の機能構成を示すブロック図である。
図２において図１に示した要素と同じものには同じ符号を付した。図２に示すとおり投影部１３には、投影部１３の光源であるメイン光源２１が連結されている。このメイン光源２１は、パターン投影型の面形状測定に使用されるものなので、例えば、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプなどの一般的な光源を適用することができる。メイン光源２１から射出した光は、光ファイバ２１’を介して照射素子２２に導入される。なお、ここでは光ファイバ２１’を使用した例を示すが、光ファイバを使用せずにＬＥＤなどの小型光源を図１の符号２２で示した位置へ配置してもよい。
また、照明素子２２は、一つの素子として図示しているが複数の光学素子からなる照明光学系で構成されても構わない。その場合、例えば、均一照明を行うためのフライアイレンズやロッドインテグレータ等を用いた照明光学系を有する。
【００１８】
このメイン光源２１と、投影部１３のパターン形成部２３と、撮像部１４の撮像素子２６とは、それぞれコンピュータ１００の制御部１０１に接続されている。
【００１９】
コンピュータ１００は、制御部１０１の他に、ＣＰＵ（中央処理装置）１５と、記憶部１６と、三次元形状測定装置１が測定対象物１１を測定した結果等を表示するモニタ１７と、測定対象物１１の測定指示等を入力する入力部１８とを含んで構成される。ＣＰＵ１５は、コンピュータ１００の全体を統括して制御し、記憶部１６に記憶された所定の動作プログラムに基づいて動作する。例えば、ＣＰＵ１５は、制御部１０１に対して各種の指示を与えることにより三次元形状測定装置１の各部を駆動制御する。記憶部１６は、上述したＣＰＵ１５の動作プログラムと、ＣＰＵ１５の動作に必要な各種の情報とを予め記憶している。
【００２０】
制御部１０１は、メイン光源２１をオン／オフするタイミング、メイン光源２１の発光強度、パターン形成部２３に表示される縞パターンの位相、撮像素子２６による画像の取得タイミング、撮像素子２６による画像取得時の電荷蓄積時間（シャッター速度）、ステージ１２の座標などを制御する。なお、制御部１０１は、パターン形成部２３に表示されるパターンを、一様なパターンに設定することもできる。
【００２１】
図３は、本実施形態による縞パターン５５の一例を示すイメージ図である。
本図は、投影部１３が投影する縞パターン５５の正弦波を、説明の便宜を図るため、白と黒とに２値化したものである。
図示する例では、縞パターン５５は、7本の縞５６（白と黒の組）を含む。以下、説明の便宜を図るため、７本の縞５６のそれぞれに対しａからｇの符号を割り当て、縞５６ａ、縞５６ｂ、縞５６ｃ、縞５６ｄ、縞５６ｅ、縞５６ｆ、縞５６ｇと記す。なお、各縞５６ａ〜５６ｇに共通する事項については、ａ〜ｇの符号を省略し、単に「縞５６」又は「各縞５６」と記す。
ここで、縞５６に対して平行方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向に対し垂直方向をＸ軸方向としてＸＹ座標系を定める。また、Ｘ軸正方向を右とし、Ｘ軸負方向を左として定義する。また、縞５６の中心線を２値化した白と黒の境界線と定義する。例えば、縞５６ｄの中心線は図３に示すα１とα２とを端点とする線αである。
【００２２】
位相シフト法では、縞パターンの位相の異なる複数枚の縞画像から算出した位相分布をアンラップ（位相接続）するが、表面形状を算出する際に用いる基準を定める必要がある。本実施の形態では投影するパターンの中央位置がどの縞に対応するかを識別している。このため、本実施形態における三次元形状測定装置１は、縞パターンの中央に位置する縞５６ｄ（以下、基準縞と称する）を検出し、中央の縞が基準となる位相の範囲に入るように位相つなぎ面全体にオフセットをのせる必要がある。一般に、位相つなぎ面とは、２π毎に離散的に得られた位相情報を繋ぎ合わせた曲線であり、位相の基準は任意となる。従って、本実施の形態では基準の縞である中央の縞の位相が所定の位相幅（プラスマイナスπの範囲）に入るようにオフセットΔを載せている。オフセットは２ｎπ（ｎは整数）の位相となる。
【００２３】
図に示す例では、三次元形状測定装置１は、基準縞から右方向に1番目の縞を縞５６ｃとし、基準縞から右方向に２番目の縞を縞５６ｂとし、基準縞から右方向に３番目の縞を縞５６ｃとする。また、三次元形状測定装置１は、基準縞から左方向に１番目の縞を５６ｅとし、基準縞から左方向に２番目の縞を縞５６ｆとし、基準縞から左方向に３番目の縞を５６ｇとする。
なお、本実施形態では、縞５６ｄを基準縞としたが、縞パターン５５の各縞５６を識別できる縞５６であれば、縞５６ａ、縞５６ｂ、縞５６ｃ、縞５６ｄ、縞５６ｅ、縞５６ｆ、縞５６ｇのうち、いずれの縞５６を基準縞としてもよい。
本実施形態においては、三次元形状測定装置１は、まず、基準縞に対応する基準線を検出し、検出した基準線に対応する縞５６を基準縞として検出する。
【００２４】
図４は、本実施形態による第１の領域ａ及び第２の領域ｂを説明するためのイメージ図である。
第１の領域ａと第２の領域ｂは、測定対象物１１上の互いに隣接する領域であって、互いの境界線が基準縞と平行となる領域である。ここでは、第１の領域ａと第２の領域ｂとの境界線が、基準縞の中心線αと一致する場合について説明する。また、第１の領域ａは、境界線から左側にある照射領域である。また、第２の領域ｂは、境界線から右側にある照射領域である。
【００２５】
本実施形態による三次元形状測定装置１は、第１の領域ａのみに所定の光を照射して撮像した第１の画像（図４（ａ）参照）と、第２の領域ｂのみに所定の光を照射して撮像した第２の画像（図４（ｂ）参照）とに基づいて、第１の領域ａと第２の領域ｂとの境界線を基準線として検出する。ここで、第１の画像は、第１の領域ａに所定の光を照射するとともに第２の領域ｂに所定の光を照射せずに撮像した画像である。また、第２の画像は、第２の領域に所定の光を照射するとともに第１の領域ａに所定の光を照射せずに撮像した画像である。
【００２６】
図５は、本実施形態によるＣＰＵ１５及び制御部１０１の機能構成を示すブロック図である。
制御部１０１は、第１の制御部１８１と、第２の制御部１８２とを含んで構成される。第１の制御部１８１は、投影部１３に縞パターン５５を照射させ、照射させる縞パターン５５の位相を変化させながら、撮像部１４に測定対象物１１を繰り返し撮像させるとともに、測定対象物１１上に照射させた縞パターン５５の画像（縞画像）を複数取得する。そして、第１の制御部１８１は、取得した複数の縞画像をＣＰＵ１５へ出力する。
【００２７】
第２の制御部１８２は、第１の領域ａのみに所定の光を投影部１３により照射させるとともに撮像部１４により測定対象物１１を撮像させた第１の画像と、第２の領域ｂのみに前記所定の光を投影部１３により照射させるとともに撮像部１４により測定対象物１１を撮像させた第２の画像とを取得する。そして、第２の制御部１８２は、取得した第１の画像と第２の画像とをＣＰＵ１５に出力する。
【００２８】
ＣＰＵ１５は、形状測定部１５１と、基準線検出部１５２とを含んで構成される。基準線検出部１５２は、第２の制御部１８２が取得した第１の画像と第２の画像との差分に基づいて、測定対象物に照射された縞パターンの縞のうちから、縞パターンに含まれる縞の夫々を識別する基準線を検出する。形状測定部１５１は、基準線検出部１５２が検出した基準線に基づいて、第１の制御部１８１が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、位相接続した位相分布に基づいて、測定対象物の三次元形状を測定する。
【００２９】
次に、図６を参照して、三次元形状測定装置１による三次元形状測定処理について説明する。図６は、本実施形態による三次元形状測定処理の手順を示すフローチャートである。
なお、この三次元形状測定処理の開始時点では、ステージ１２の座標は、適切な座標に調整済みであるものとして説明する。
【００３０】
はじめに、ステップＳ１０１において、ＣＰＵ１５が、画像番号ｍを初期値１に設定する。
次に、ステップＳ１０２において、ＣＰＵ１５は、縞パターン５５の位相シフト量を、現在の画像番号ｍに対応したシフト量（ｍ−１）π／２に設定する。
【００３１】
次に、ステップＳ１０３において、制御部１０１の第１の制御部１８１が、メイン光源２１をオンし、パターン形成部２３を駆動することより、位相シフト量が（ｍ−１）π／２である縞パターン５５を測定対象物１１へ投影し、撮像素子２６を駆動して縞画像ＩＭｍを取得する。制御部１０１の第１の制御部１８１は、取得した縞画像ＩＭｍをＣＰＵ１５に出力する。ＣＰＵ１５は、入力された縞画像ＩＭｍを記憶部１６へ書き込む。
【００３２】
次に、ステップＳ１０４において、ＣＰＵ１５は、現在の画像番号ｍが最終値ｍｍａｘに達したか否かを判定する。そして、画像番号ｍが最終値ｍｍａｘに達していなければステップＳ１０５へ移行し、画像番号ｍが最終値ｍｍａｘに達していればステップＳ１０６へ移行する。なお、本実施形態では画像番号ｍの最終値ｍｍａｘが「４」に設定された場合を説明する。
【００３３】
ステップＳ１０５において、ＣＰＵ１５は、画像番号ｍに１加算し、ステップＳ１０２へ戻る。よって、ステップＳ１０２〜Ｓ１０３のループは繰り返され、制御部１０１は、合計４枚の縞画像ＩＭ１〜ＩＭ４を取得する。
【００３４】
一方、ステップＳ１０６において、制御部１０１の第２の制御部１８２が、第１の領域ａのみを照射して測定対象物１１を撮像した左側照射画像（第１の画像）と、第２の領域ｂのみを照射して測定対象物１１を撮像した右側照射画像（第２の画像）とを取得する。制御部１０１の第２の制御部１８２は、取得した左側照射画像と右側照射画像とをＣＰＵ１５に出力する。ＣＰＵ１５は、入力された左側照射画像と右側照射画像とを記憶部１６へ書き込む。
【００３５】
次に、ステップＳ１０７において、ＣＰＵ１５は、縞画像ＩＭ１〜ＩＭ４を記憶部１６から読み出し、読み出した縞画像ＩＭ１〜ＩＭ４に基づいて位相分布を算出する。具体的には、ＣＰＵ１５は、まず、縞画像の全ての画素ｉについて、初期位相φｉを４バケット法の次の式（１）により算出する。
【００３６】
【数１】
【００３７】
ただし、Ｉｍｉは、縞画像ＩＭｍの画素ｉの輝度値である。
そして、ＣＰＵ１５は、算出した初期位相φｉの値を、位相画像（位相分布）φにおける画素ｉの値として記憶部１６へ書き込む。
【００３８】
次に、ステップＳ１０８において、ＣＰＵ１５の基準線検出部１５２が、左側照射画像と右側照射画像とに基づいて、基準線を検出する。基準線の検出方法の詳細については後述する。
【００３９】
そして、ステップＳ１０９において、ＣＰＵ１５の形状測定部１５１が、検出した基準線に基づいて各縞５６を識別し、識別した各縞５６に基づいて、位相画像φに前述のオフセットΔを加算するアンラップ処理（位相接続）を行い、アンラップ後の位相画像ψを取得する。ここで、オフセットΔは、上述の方法により別途測定され記憶部１６へ予め格納されたものである。尚、別途測定せずに、アンラップ処理の都度オフセットΔを求めてもよい。
【００４０】
次に、ステップＳ１１０において、ＣＰＵ１５の形状測定部１５１は、測定対象物１１の三次元形状を測定する。具体的には、ＣＰＵ１５は、アンラップ後の位相画像ψを、被検面の高さ分布Ｚ（Ｘ，Ｙ）（三次元形状）に換算してからモニタ１７上に表示する。また、ＣＰＵ１５は、必要に応じて高さ分布Ｚ（Ｘ，Ｙ）を記憶部１６へ保存し、フローを終了する。
【００４１】
次に、図７を参照して、三次元形状測定装置１の基準線検出部１５２による基準線検出処理について説明する。図７は、本実施形態による基準線検出処理を説明するための実測値を示すグラフである。
本図に示すグラフにおいて、横軸はＸ座標値であり、縦軸は輝度値である。図７（ａ）は、所定のＹ座標値βにおける左照射画像の輝度値を示すグラフである。図７（ｂ）は、Ｙ座標値βにおける右照射画像の輝度値を示すグラフである。図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す左照射画像の輝度値から図７（ｂ）に示す右照射画像の輝度値を減算した値を示すグラフである。
基準線検出部１５２は、各画素について、左照射画像の輝度値から右照射画像の輝度値を減算し、減算した値を１と−１とに２値化した２値化画像を生成する。具体的には、基準線検出部１５２は、減算した値が０以上であれば１、減算した値が０未満であれば−１に２値化する。そして、基準線検出部１５２は、２値化画像を左端から右へ探索し、画素値が１から−１へ切り替わる位置を、基準線として検出する。基準線検出部１５２は、左照射画像の輝度値と右照射画像の輝度値をとの差をとることにより、第１の領域ａと第２の領域ｂとの境界位置を精度良く検出することができる。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、基準線検出部１５２が、左照射画像と右照射画像とに基づいて、縞パターンの基準線を検出する。これにより、縞の周期の異なる縞パターンを投影した測定対象物１１を複数回撮像することなく、縞パターン５５の各縞５６を識別することができる。このため、計測時間を短縮し、三次元形状測定装置１の構成を複雑化することを防ぐことができる。
【００４３】
なお、本実施形態による三次元形状測定装置１は、第１の領域ａ又は第２の領域ｂのうち、一方の領域のみに光を照射しているが、例えば、第１の領域ａに赤色の光を照射し、第２の領域ｂに青色の光を照射する等、第１の領域ａと第２の領域ｂとに異なる波長の光を照射してもよい。
また、本実施形態による三次元形状測定装置１は、縞画像を取得した後に左照射画像及び右照射画像を取得しているが、左照射画像及び右照射画像を取得した後に縞画像を取得してもよい。
【００４４】
また、本実施形態による三次元形状測定装置１は、第１の画像と第２の画像に基づいて基準線を検出し、検出した基準線に基づいて基準縞を検出しているが、縞パターン５５が含む縞５６夫々に対して、各縞５６の中心線を基準線として撮像した第１の画像と第２の画像とを取得し、取得した第１の画像と第２の画像とに基づいて各縞５６を検出してもよい。例えば、三次元形状測定装置１は、縞５６ａの中心線を基準線として撮像した第１の画像と第２の画像とに基づいて縞５６ａを検出する。続いて、三次元形状測定装置１は、縞５６ｂの中心線を基準線として撮像した第１の画像と第２の画像とに基づいて縞５６ｂを検出する。三次元形状測定装置１は、同様の処理を縞５６ｃから縞５６ｇについても行うことにより、縞パターン５５の各縞５６を順に検出する。
また、この場合、縞５６ａを検出する際には白色の光を照射し、縞５６ｂを検出する際には赤色と青色の光を照射する等、各縞５６を検出する際に照射する光の波長の組合せを異なるものにしてもよい。また、この場合には、各縞５６を検出する第１の画像と第２の画像を順に取得することなく、各縞５６に対応する位置に異なる波長の光を同時に照射して各縞５６を検出してもよい。
また、本実施形態では、測定対象物１１が投影部１３の照射領域より小さい場合について説明したが、測定対象物が投影部１３の照射領域より大きい場合であっても、三次元形状測定装置１は、三次元形状を測定することができる。
【００４５】
［第２の実施形態］
次に、この発明の第２の実施形態による三次元形状測定装置１について説明する。
本実施形態による基準線検出部１５２は、第１の画像と第２の画像との論理和画像を生成し、生成した論理和画像と第１の画像との差分画像である第１の差分画像、及び、論理和画像と第２の画像との差分画像である第２の差分画像を生成する。そして、基準線検出部１５２は、生成した第１の差分画像及び第２の差分画像夫々から境界線を検出し、第１の差分画像から検出した境界線と、第２の差分画像から検出した境界線との中心を基準線として検出する。他の構成は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４６】
図８を参照して三次元形状測定装置１による基準線検出処理について説明する。図８は、本実施形態による基準線検出処理の手順を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ２０１において、基準線検出部１５２は、上述したステップＳ１０６で取得した左照射画像（図９（ａ）参照）と右照射画像（図９（ｂ）参照）との論理和画像（図９（ｃ）参照）を生成する。具体的には、基準線検出部１５２は、左照射画像及び右照射画像の各画素について、左照射画像の画素値と右照射画像の画素値との最大値を算出し、算出した最大値を論理和画像の画素値とする。すなわち、基準線検出部１５２は、照射画像の画素値と右照射画像の画素値との大きい方の値を論理和画像の画素値とする。
【００４７】
次に、ステップＳ２０２において、基準線検出部１５２は、論理和画像と左照射画像との差分画像である左差分画像（第１の差分画像）を生成する。そして、次のステップＳ２０３からＳ２０６における処理を行うことにより、基準線検出部１５２は、左差分画像から第１の領域と第２の領域との境界線を検出する。
【００４８】
ステップＳ２０３において、基準線検出部１５２は、左差分画像を白色と黒色とに二値化する。
次に、ステップＳ２０４において、基準線検出部１５２は、二値化した左差分画像をラベリングし、ラベリングした領域のうち、最大面積を持つ領域以外の領域を左差分画像から削除する。これにより、左差分画像には最大面積を持つ領域のみが残る。
【００４９】
続いて、ステップＳ２０５において、基準線検出部１５２は、ラベリングした領域のうち最大面積を持つ領域を残した左差分画像に対してモルフォロジ処理を行う。具体的には、ＣＰＵ１５は、左差分画像に対して、収縮処理を２回行い、次に膨張処理を４回行い、最後に収縮処理を２回行う。この例において、モルフォロジ処理における収縮処理及び膨張処理のフィルタサイズは３×３である。モルフォロジ処理を行うことにより、左差分画像から雑音が除去される。
【００５０】
そして、ステップＳ２０６において、基準線検出部１５２は、モルフォロジ処理した左差分画像から境界線を検出する。具体的には、まず、基準線検出部１５２は、モルフォロジ処理した左差分画像を左端から右方向（Ｘ軸正方向）へ探索し、ラベリングした領域のうち最大面積を持つ領域の輪郭を検出する。そして、基準線検出部１５２は、検出した輪郭を境界線として検出する（図１０（ａ）参照）。
【００５１】
続いて、ステップＳ２０７において、基準線検出部１５２は、論理和画像と右照射画像との差分画像である右差分画像（第２の差分画像）を生成する。そして、次のステップＳ２０８からＳ２１１における処理を行うことにより、基準線検出部１５２は、右差分画像から第１の領域と第２の領域との境界線を検出する。
【００５２】
ステップＳ２０８において、基準線検出部１５２は、右差分画像を白色と黒色とに二値化する。
次に、ステップＳ２０９において、基準線検出部１５２は、二値化した右差分画像をラベリングし、ラベリングした領域のうち、最大面積を持つ領域以外の領域を右差分画像から削除する。これにより、右差分画像には最大面積を持つ領域のみが残る。
続いて、ステップＳ２１０において、基準線検出部１５２は、ラベリングした領域のうち最大面積を持つ領域を残した右差分画像に対してモルフォロジ処理を行う。これにより、右差分画像から雑音が除去される。
【００５３】
そして、ステップＳ２１１において、基準線検出部１５２は、モルフォロジ処理した右差分画像から境界線を検出する。具体的には、まず、基準線検出部１５２は、モルフォロジ処理した右差分画像を右端から左方向（Ｘ軸負方向）へ探索し、ラベリングした領域のうち最大面積を持つ領域の輪郭を検出する。そして、基準線検出部１５２は、検出した輪郭を境界線として検出する（図１０（ｂ）参照）。
【００５４】
最後に、ステップＳ２１２において、基準線検出部１５２は、左差分画像の境界線と右差分画像の境界線との中心線（図１０（ｃ）参照）を基準線として検出する。そして、基準線検出部１５２は、位相画像φにおいて、検出した基準線の位置にある縞５６を基準縞として検出する。
なお、上述したステップＳ２０２からＳ２０６の処理と、Ｓ２０７からＳ２１１の処理とを、並列処理してもよい。
【００５５】
図９は、本実施形態による左照射画像、右照射画像、及び論理和画像の一例を示すイメージ図である。
図９（ａ）は、境界線から左側の領域のみに照射して撮像した左照射画像を示す。また、図９（ｂ）は、境界線から右側の領域のみに照射して撮像した右照射画像を示す。図９（ｃ）は、左照射画像と右照射画像との論理和画像を示す。
【００５６】
図１０は、本実施形態による左差分画像の境界線、右差分画像の境界線、及び左差分画像の境界線と右差分画像の境界線との中心線の一例を示すイメージ図である。
図１０（ａ）は、左差分画像から検出した境界線を示す。図１０（ｂ）は、右差分画像から検出した境界線を示す。図１０（ｃ）は、左差分画像の境界線と右差分画像の境界線との中心線を示す。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、基準線検出部１５２が、左照射画像と右照射画像とに基づいて、縞パターンの基準線を検出する。これにより、縞の周期の異なる縞パターンを投影した測定対象物１１を複数回撮像することなく、縞パターン５５の各縞５６を識別することができる。このため、計測時間を短縮し、三次元形状測定装置１の構成を複雑化することを防ぐことができる。また、本実施形態では、左差分画像及び右差分画像から境界線を検出しているため、第１の実施形態に比べてより精度良く基準線を検出することができる。
【００５８】
［第３の実施形態］
次に、この発明の第３の実施形態による三次元形状測定装置１について説明する。
本実施形態による第１の制御部１８１は、縞パターンを投影した場合に、縞パターンの基準となるとともに、撮像部１４による撮像性能を判定するための基準線を投影部１３により測定対象物１１上に照射させ、基準線が照射された測定対象物１１を撮像部１４に撮像させて画像を取得する。また、第２の制御部１８２は、投影部１３に縞パターン５５を照射させ、照射させる縞パターン５５の位相を変化させながら、撮像部１４に測定対象物１１を繰り返し撮像させるとともに、測定対象物１１上に照射させた縞パターン５５の画像（縞画像）を複数取得する。基準線検出部１５２は、第１の制御部１８１が取得した画像から前記基準線を検出する。他の構成は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５９】
次に、図１１を参照して、本実施形態による三次元形状測定装置１における三次元形状測定処理について説明する。図１１は、本実施形態による三次元形状測定処理の手順を示すフローチャートである。
【００６０】
はじめに、ステップＳ３０１において、制御部１０１は、メイン光源２１をオンし、パターン形成部２３を駆動することより、縞パターン５５の基準線を測定対象物１１へ投影し、撮像素子２６により基準線画像（図１２参照）を取得する。この基準線は、一例として、縞パターン５５の基準縞の中心線の位置と対応付けられている。基準線の位置は合焦がずれると横方向にその位置が移動するため、三次元形状測定装置１を操作する操作者は、この基準線の横ズレに基づいて、基準線が中央に位置するように投影部１３及び撮像部１４の高さを調整する。尚、合焦状態が悪くなると基準線の幅も変化するため、基準線の幅変化を用いてもよい。制御部１０１は、取得した基準線画像をＣＰＵ１５に出力する。ＣＰＵ１５は、入力された基準線画像を記憶部１６へ書き込む。
【００６１】
次に、ステップＳ３０２からＳ３０６において、図６に示すステップＳ１０１からＳ１０５と同様の処理を行う。
【００６２】
そして、ステップＳ３０７において、ＣＰＵ１５は、記憶部１６から縞画像ＩＭ１〜ＩＭ４を読み出し、読み出した縞画像ＩＭ１〜ＩＭ４に基づいて位相分布を算出する。位相分布の算出方法は第１の実施形態のステップＳ１０７と同様である。
次に、ステップＳ３０８において、ＣＰＵ１５の基準線検出部１５２は、基準線画像を記憶部１６から読み出し、読み出した基準線画像から基準線を検出する。具体的には、基準線検出部１５２は、基準縞画像において、Ｙ軸方向に伸びている黒い線に対応する領域を基準線として検出する。そして、ＣＰＵ１５は、位相画像φにおいて、検出した基準線の位置にある縞５６を基準縞とする。
【００６３】
次に、ステップＳ３０９において、ＣＰＵ１５は、検出した基準縞に基づいて各縞５６を識別し、識別した各縞５６に基づいて、位相画像φにオフセット分布Δを加算するアンラップ処理（位相接続）を行い、アンラップ後の位相画像ψを取得する。
次に、ステップＳ３１０において、ＣＰＵ１５は、測定対象物１１の三次元形状を測定する。三次元形状の測定方法は第１の実施形態のＳ１１０と同様である。
【００６４】
図１２は、本実施形態による基準線画像の一例を示すイメージ図である。
図示するように、基準線画像は、縞パターン５５の各縞５６を識別する基準線を測定対象物１１に照射して撮像した画像である。
【００６５】
このように、本実施形態によれば、ＣＰＵ１５が、基準線画像に基づいて、縞パターンの基準縞を検出する。縞の周期の異なる縞パターンを投影した測定対象物１１を複数回撮像することなく、縞パターン５５の各縞５６を識別することができる。このため、計測時間を短縮し、三次元形状測定装置１の構成を複雑化することを防ぐことができる。また、基準線画像を取得する際に投影した基準線は、撮像部１４のピント調整等に用いることも可能である。
【００６６】
なお、本実施形態では、操作者が、基準線の位置に基づいて、投影部１３及び撮像部１４の高さを調整するが、制御部１０１が、基準線の位置に基づいて、投影部１３及び撮像部１４の高さ調整をしてもよい。
【００６７】
次に、第１の実施形態、第２の実施形態又は第３の実施形態による三次元形状測定装置１を備える構造物製造システムについて説明する。
図１３は、構造物製造システム２００のブロック構成図である。構造物製造システム２００は、三次元形状測定装置１と、設計装置２１０と、成形装置２２０と、制御装置２３０と、リペア装置２４０と含んで構成される。
【００６８】
設計装置２１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作製した設計情報を成形装置２２０に送信する。また、設計装置２１０は、作成した設計情報を制御装置２３０の後述する座標記憶部２３１に記憶させる。ここで、設計情報とは例えば、構造物の各位置の座標を示す情報である。
成形装置２２０は、設計装置２１０から入力された設計情報に基づいて上記構造物を作製する。成形装置２２０の成形工程には、鋳造、鍛造、または切削等が含まれる。
三次元形状測定装置１は、第１の実施形態において説明したように、作製された前記構造物（測定対象物１１）の座標（三次元形状）を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置２３０へ送信する。
【００６９】
制御装置２３０は、座標記憶部２３１と、検査部２３２とを備える。座標記憶部２３１には、前述の通り、設計装置２１０から受信した設計情報が記憶される。検査部２３２は、座標記憶部２３１から設計情報を読み出し、三次元形状測定装置１から受信した座標を示す情報（形状情報）と座標記憶部２３１から読み出した設計情報とを比較する。
【００７０】
そして、検査部２３２は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部２３２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。また、検査部２３２は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合、修復可能であるか否か判定する。修復できる場合、検査部２３２は、比較結果に基づき、不良部位と修復量を算出し、リペア装置２４０に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。
【００７１】
リペア装置２４０は、制御装置２３０から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。
【００７２】
図１４は、構造物製造システム２００による処理の流れを示したフローチャートである。
まず、ステップＳ４０１において、設計装置２１０が、構造物の形状に関する設計情報を作製する。次に、ステップＳ４０２において、成形装置２２０は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する。次に、ステップＳ４０３において、三次元形状測定装置１は、作製された上記構造物の形状を測定する。次に、ステップＳ４０４において、制御装置２３０の検査部２３２は、三次元形状測定装置１で得られた形状情報と、上記設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作成されたか否か検査する。
【００７３】
次に、ステップＳ４０５において、制御装置２３０の検査部２３２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。そして、作成された構造物が良品である場合には、構造物製造システム２００はその処理を終了する。一方、作成された構造物が良品でない場合には、ステップＳ４０６へ移行する。
【００７４】
ステップＳ４０６において、制御装置２３０の検査部２３２は、作成された構造物が修復できるか否か判定する。作成された構造物が修復できる場合にはステップＳ４０７へ移行し、作成された構造物が修復できない場合には構造物製造システム２００はその処理を終了する。ステップＳ４０７において、リペア装置２４０は、構造物の再加工を実施し、ステップＳ４０３の処理に戻る。
【００７５】
以上により、構造物製造システム２００は作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。
【００７６】
なお、本実施形態におけるリペア装置２４０が実行するリペア工程は、成形装置２２０が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置２３０の検査部２３２が修復できると判定した場合、成形装置２２０は、成形工程（鍛造、切削等）を再実行する。具体的には、例えば、成形装置２２０は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム２００は、構造物を正確に作成することができる。
【００７７】
また、図６，８，又は１１に示す各ステップを実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、三次元形状測定処理又は基準線検出処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
【００７８】
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【００７９】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１…三次元形状測定装置 １３…投影部 １４…撮像部 １５…ＣＰＵ １６…記憶部 １０１…制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の三次元形状を測定するための三次元形状測定装置、三次元形状測定方法、構造物の製造方法および構造物製造システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物の面形状（三次元形状）を非接触で測定する手法として、位相シフト法によるパターン投影型の三次元形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この三次元形状測定装置では、正弦波状の強度分布を持つ縞パターンを測定対象物上に投影し、その縞パターンの位相を一定ピッチで変化させながら測定対象物を繰り返し撮像し、それによって得られた複数枚の画像（輝度変化データ）を所定の演算式に当てはめることで、測定対象物の面形状に応じて変形した縞の位相分布（位相画像）を求め、その位相画像をアンラップ（位相接続）してから、測定対象物の高さ分布（高さ画像）に換算する。
【０００３】
このとき、従来の三次元形状測定装置では、測定対象物に投影された縞パターンの各縞を特定するために、縞パターンの縞の周期を徐々に変化させて測定対象物に投影しつつ測定を行うようにしていた（空間コード化法）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６０７５６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、空間コード化法では、縞の周期の異なる縞パターンを投射した測定対象物を複数回撮像する必要があり、計測時間が長くなる、という問題がある。また、装置構成も複雑化する、という問題がある。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、計測時間を短縮化でき、装置構成が複雑化することを防ぐことができる三次元形状測定装置、三次元形状測定方法、構造物の製造方法および構造物製造システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、測定対象物上に投影パターンを照射する投影部と、前記測定対象物を撮像する撮像部と、前記投影部に縞パターンを照射させ、当該照射させる縞パターンの位相を変化させながら、前記撮像部に前記測定対象物を繰り返し撮像させるとともに、前記測定対象物上に照射させた前記縞パターンの画像を複数取得する第１の制御部と、前記測定対象物上の互いに隣接する第１の領域と第２の領域であって、互いの境界線が前記縞パターンの縞と平行となる第１の領域と第２の領域のうち、前記第１の領域のみに所定の光を前記投影部により照射させるとともに前記撮像部により前記測定対象物を撮像させた第１の画像と、前記第２の領域のみに前記所定の光を前記投影部により照射させるとともに前記撮像部により前記測定対象物を撮像させた第２の画像とを取得する第２の制御部と、前記第２の制御部が取得した前記第１の画像と前記第２の画像との差分に基づいて、前記測定対象物に照射された縞パターンの縞のうちから、縞パターンに含まれる縞の夫々を識別する基準線を検出する基準線検出部と、前記基準線検出部が検出した基準線に基づいて、前記第１の制御部が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、当該位相接続した位相分布に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定する形状測定部と、を備えることを特徴とする三次元形状測定装置である。
【０００８】
また、本発明の一態様は、測定対象物上に投影パターンを照射する投影部と、前記測定対象物を撮像する撮像部と、前記縞パターンを投影した場合に、当該縞パターンの基準となるとともに、前記撮像部による撮像性能を判定するための基準線を前記投影部により前記測定対象物上に照射させ、当該基準線が照射された前記測定対象物を前記撮像部に撮像させて画像を取得する第１の制御部と、前記投影部に縞パターンを照射させ、当該照射させる縞パターンの位相を変化させながら、前記撮像部に前記測定対象物を繰り返し撮像させるとともに、前記測定対象物上に照射させた前記縞パターンの画像を複数取得する第２の制御部と、前記第１の制御部が取得した画像から前記基準線を検出する基準線検出部と、前記基準線検出部が検出した基準線に基づいて、前記第１の制御部が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、当該位相接続した画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定する形状測定部と、を備えることを特徴とする三次元形状測定装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、計測時間を短縮化でき、装置構成が複雑化することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態による三次元形状測定装置の外観構成を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態による三次元形状測定装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態による縞パターンの一例を示すイメージ図である。
【図４】第１の実施形態による第１の領域ａ及び第２の領域ｂを説明するためのイメージ図である。
【図５】第１の実施形態によるＣＰＵ及び制御部の機能構成を示すブロック図である。
【図６】第１の実施形態による三次元形状測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態による基準線検出処理を説明するための実測値を示すグラフである。
【図８】第２の実施形態による基準線検出処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】第２の実施形態による左照射画像、右照射画像、及び論理和画像の一例を示すイメージ図である。
【図１０】第２の実施形態による左差分画像の境界線、右差分画像の境界線、及び基準線の一例を示すイメージ図である。
【図１１】第３の実施形態による三次元形状測定処理の手順を示すフローチャートである。
【図１２】第３の実施形態による基準線画像の一例を示すイメージ図である。
【図１３】構造物製造システムのブロック構成図である。
【図１４】構造物製造システムによる処理の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態について詳しく説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本実施形態による三次元形状測定装置１の外観構成を示す斜視図である。図１に示すとおり三次元形状測定装置１は、工業製品又は部品などの測定対象物１１を載置するステージ１２と、互いに固定された投影部１３及び撮像部１４とを備える。投影部１３の光軸と撮像部１４の光軸との間には角度がつけられており、両者の光軸は、ステージ１２の基準面上で交差している。このうち撮像部１４の光軸はステージ１２の基準面に対して垂直である。なお、撮像部１４の光軸を垂直にする代わりに投影部１３の光軸を垂直してもよい。投影部１３及び撮像部１４は、高さ（ステージ１２の基準面に対して垂直方向）を調整することができる。
【００１２】
ステージ１２は、撮像部１４の光軸と平行な軸の周りに測定対象物１１を回転させるθステージ１２θと、撮像部１４の光軸と垂直な所定方向に向けて測定対象物１１をシフトさせるＸステージ１２Ｘと、θステージ１２θの回転軸とＸ軸方向との双方に対して垂直な所定方向に向けて測定対象物１１をシフトさせるＹステージ１２Ｙとを備える。
【００１３】
投影部１３は、測定対象物１１が配置されるステージ１２上の一部の領域（照射領域）に斜め方向から投影パターンを照射する光学系であって、パターン形成部２３を照射する照射素子２２と、パターン形成部２３と、パターン形成部２３を通過した光を照射領域に集光させる投影光学系２４とをこの順で配置している。なお、ここでは、本実施形態による測定対象物１１のサイズを、投影部１３の照射領域内に測定対象物１１の全体が収まる程度に小さいものとして説明する。
【００１４】
投影部１３のパターン形成部２３は、透過率分布が可変のパネル（透過型液晶素子、反射型液晶素子、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ、デジタルミラーデバイス）など）であり、そのパネルへ縞パターン（正弦格子パターン）を表示することにより、投影部１３から照射領域へ向かう照明光束の断面強度分布を正弦波状とする。パターン形成部２３に表示される縞パターンの縞（格子）方向は、投影部１３の光軸と撮像部１４の光軸との双方が存在している面に対して垂直である。また、パターン形成部２３の表示面上の中央近傍に位置する基準点は、ステージ１２の基準面上の基準点（撮像部１４の光軸と投影部１３の光軸との交差点）に対して光学的に共役であり、これによって縞パターンの投影先は、ステージ１２の照射領域内に配置された測定対象物１１の表面（以下、「被検面」と称す。）に設定されている。なお、被検面上に縞パターンを投影できるのであれば、パターン形成部２３の基準点とステージ１２の基準点とが完全な共役関係になっていなくとも構わない。
【００１５】
撮像部１４は、ステージ１２上の照射領域の像（輝度分布）を検出する光学系であって、その照射領域で発生した反射光を結像する結像光学系２５と、結像光学系２５が結像した像を撮像して画像を取得する撮像素子２６とが順に配置される。撮像素子２６の撮像面上の中央近傍に位置する基準点は、ステージ１２の前述した基準点と光学的に共役であり、撮像素子２６は、ステージ１２の照射領域内に配置された測定対象物１１の画像（被検面の画像）を取得することができる。つまり、撮像部１４は、測定対象物１１を撮像する。なお、被検面の画像を十分なコントラストで取得することができるのであれば、撮像素子２６の基準点とステージ１２の基準点とが完全な共役関係になっていなくとも構わない。
【００１６】
ここで、投影部１３の光源をオン（光源に電力を供給）し、この状態で撮像素子２６を駆動すると、縞パターンの投影された被検面の画像（＝被検面の面形状情報を含んだ画像）を取得することができる。以下、この画像を「縞画像（縞パターンの画像）」と称す。さらに、縞パターンの位相をシフトさせながら縞画像の取得を繰り返せば、被検面の面形状データＤを既知とするための情報が揃う。また、ステージ１２と、投影部１３及び撮像部１４の高さとを調整することにより、三次元形状測定装置１は、様々な角度から測定対象物１１を撮像することができる。
【００１７】
図２は、本実施形態による三次元形状測定装置１の機能構成を示すブロック図である。
図２において図１に示した要素と同じものには同じ符号を付した。図２に示すとおり投影部１３には、投影部１３の光源であるメイン光源２１が連結されている。このメイン光源２１は、パターン投影型の面形状測定に使用されるものなので、例えば、ＬＥＤ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプなどの一般的な光源を適用することができる。メイン光源２１から射出した光は、光ファイバ２１’を介して照射素子２２に導入される。なお、ここでは光ファイバ２１’を使用した例を示すが、光ファイバを使用せずにＬＥＤなどの小型光源を図１の符号２２で示した位置へ配置してもよい。
また、照明素子２２は、一つの素子として図示しているが複数の光学素子からなる照明光学系で構成されても構わない。その場合、例えば、均一照明を行うためのフライアイレンズやロッドインテグレータ等を用いた照明光学系を有する。
【００１８】
このメイン光源２１と、投影部１３のパターン形成部２３と、撮像部１４の撮像素子２６とは、それぞれコンピュータ１００の制御部１０１に接続されている。
【００１９】
コンピュータ１００は、制御部１０１の他に、ＣＰＵ（中央処理装置）１５と、記憶部１６と、三次元形状測定装置１が測定対象物１１を測定した結果等を表示するモニタ１７と、測定対象物１１の測定指示等を入力する入力部１８とを含んで構成される。ＣＰＵ１５は、コンピュータ１００の全体を統括して制御し、記憶部１６に記憶された所定の動作プログラムに基づいて動作する。例えば、ＣＰＵ１５は、制御部１０１に対して各種の指示を与えることにより三次元形状測定装置１の各部を駆動制御する。記憶部１６は、上述したＣＰＵ１５の動作プログラムと、ＣＰＵ１５の動作に必要な各種の情報とを予め記憶している。
【００２０】
制御部１０１は、メイン光源２１をオン／オフするタイミング、メイン光源２１の発光強度、パターン形成部２３に表示される縞パターンの位相、撮像素子２６による画像の取得タイミング、撮像素子２６による画像取得時の電荷蓄積時間（シャッター速度）、ステージ１２の座標などを制御する。なお、制御部１０１は、パターン形成部２３に表示されるパターンを、一様なパターンに設定することもできる。
【００２１】
図３は、本実施形態による縞パターン５５の一例を示すイメージ図である。
本図は、投影部１３が投影する縞パターン５５の正弦波を、説明の便宜を図るため、白と黒とに２値化したものである。
図示する例では、縞パターン５５は、7本の縞５６（白と黒の組）を含む。以下、説明の便宜を図るため、７本の縞５６のそれぞれに対しａからｇの符号を割り当て、縞５６ａ、縞５６ｂ、縞５６ｃ、縞５６ｄ、縞５６ｅ、縞５６ｆ、縞５６ｇと記す。なお、各縞５６ａ〜５６ｇに共通する事項については、ａ〜ｇの符号を省略し、単に「縞５６」又は「各縞５６」と記す。
ここで、縞５６に対して平行方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向に対し垂直方向をＸ軸方向としてＸＹ座標系を定める。また、Ｘ軸正方向を右とし、Ｘ軸負方向を左として定義する。また、縞５６の中心線を２値化した白と黒の境界線と定義する。例えば、縞５６ｄの中心線は図３に示すα１とα２とを端点とする線αである。
【００２２】
位相シフト法では、縞パターンの位相の異なる複数枚の縞画像から算出した位相分布をアンラップ（位相接続）するが、表面形状を算出する際に用いる基準を定める必要がある。本実施の形態では投影するパターンの中央位置がどの縞に対応するかを識別している。このため、本実施形態における三次元形状測定装置１は、縞パターンの中央に位置する縞５６ｄ（以下、基準縞と称する）を検出し、中央の縞が基準となる位相の範囲に入るように位相つなぎ面全体にオフセットをのせる必要がある。一般に、位相つなぎ面とは、２π毎に離散的に得られた位相情報を繋ぎ合わせた曲線であり、位相の基準は任意となる。従って、本実施の形態では基準の縞である中央の縞の位相が所定の位相幅（プラスマイナスπの範囲）に入るようにオフセットΔを載せている。オフセットは２ｎπ（ｎは整数）の位相となる。
【００２３】
図に示す例では、三次元形状測定装置１は、基準縞から右方向に1番目の縞を縞５６ｃとし、基準縞から右方向に２番目の縞を縞５６ｂとし、基準縞から右方向に３番目の縞を縞５６ｃとする。また、三次元形状測定装置１は、基準縞から左方向に１番目の縞を５６ｅとし、基準縞から左方向に２番目の縞を縞５６ｆとし、基準縞から左方向に３番目の縞を５６ｇとする。
なお、本実施形態では、縞５６ｄを基準縞としたが、縞パターン５５の各縞５６を識別できる縞５６であれば、縞５６ａ、縞５６ｂ、縞５６ｃ、縞５６ｄ、縞５６ｅ、縞５６ｆ、縞５６ｇのうち、いずれの縞５６を基準縞としてもよい。
本実施形態においては、三次元形状測定装置１は、まず、基準縞に対応する基準線を検出し、検出した基準線に対応する縞５６を基準縞として検出する。
【００２４】
図４は、本実施形態による第１の領域ａ及び第２の領域ｂを説明するためのイメージ図である。
第１の領域ａと第２の領域ｂは、測定対象物１１上の互いに隣接する領域であって、互いの境界線が基準縞と平行となる領域である。ここでは、第１の領域ａと第２の領域ｂとの境界線が、基準縞の中心線αと一致する場合について説明する。また、第１の領域ａは、境界線から左側にある照射領域である。また、第２の領域ｂは、境界線から右側にある照射領域である。
【００２５】
本実施形態による三次元形状測定装置１は、第１の領域ａのみに所定の光を照射して撮像した第１の画像（図４（ａ）参照）と、第２の領域ｂのみに所定の光を照射して撮像した第２の画像（図４（ｂ）参照）とに基づいて、第１の領域ａと第２の領域ｂとの境界線を基準線として検出する。ここで、第１の画像は、第１の領域ａに所定の光を照射するとともに第２の領域ｂに所定の光を照射せずに撮像した画像である。また、第２の画像は、第２の領域に所定の光を照射するとともに第１の領域ａに所定の光を照射せずに撮像した画像である。
【００２６】
図５は、本実施形態によるＣＰＵ１５及び制御部１０１の機能構成を示すブロック図である。
制御部１０１は、第１の制御部１８１と、第２の制御部１８２とを含んで構成される。第１の制御部１８１は、投影部１３に縞パターン５５を照射させ、照射させる縞パターン５５の位相を変化させながら、撮像部１４に測定対象物１１を繰り返し撮像させるとともに、測定対象物１１上に照射させた縞パターン５５の画像（縞画像）を複数取得する。そして、第１の制御部１８１は、取得した複数の縞画像をＣＰＵ１５へ出力する。
【００２７】
第２の制御部１８２は、第１の領域ａのみに所定の光を投影部１３により照射させるとともに撮像部１４により測定対象物１１を撮像させた第１の画像と、第２の領域ｂのみに前記所定の光を投影部１３により照射させるとともに撮像部１４により測定対象物１１を撮像させた第２の画像とを取得する。そして、第２の制御部１８２は、取得した第１の画像と第２の画像とをＣＰＵ１５に出力する。
【００２８】
ＣＰＵ１５は、形状測定部１５１と、基準線検出部１５２とを含んで構成される。基準線検出部１５２は、第２の制御部１８２が取得した第１の画像と第２の画像との差分に基づいて、測定対象物に照射された縞パターンの縞のうちから、縞パターンに含まれる縞の夫々を識別する基準線を検出する。形状測定部１５１は、基準線検出部１５２が検出した基準線に基づいて、第１の制御部１８１が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、位相接続した位相分布に基づいて、測定対象物の三次元形状を測定する。
【００２９】
次に、図６を参照して、三次元形状測定装置１による三次元形状測定処理について説明する。図６は、本実施形態による三次元形状測定処理の手順を示すフローチャートである。
なお、この三次元形状測定処理の開始時点では、ステージ１２の座標は、適切な座標に調整済みであるものとして説明する。
【００３０】
はじめに、ステップＳ１０１において、ＣＰＵ１５が、画像番号ｍを初期値１に設定する。
次に、ステップＳ１０２において、ＣＰＵ１５は、縞パターン５５の位相シフト量を、現在の画像番号ｍに対応したシフト量（ｍ−１）π／２に設定する。
【００３１】
次に、ステップＳ１０３において、制御部１０１の第１の制御部１８１が、メイン光源２１をオンし、パターン形成部２３を駆動することより、位相シフト量が（ｍ−１）π／２である縞パターン５５を測定対象物１１へ投影し、撮像素子２６を駆動して縞画像ＩＭｍを取得する。制御部１０１の第１の制御部１８１は、取得した縞画像ＩＭｍをＣＰＵ１５に出力する。ＣＰＵ１５は、入力された縞画像ＩＭｍを記憶部１６へ書き込む。
【００３２】
次に、ステップＳ１０４において、ＣＰＵ１５は、現在の画像番号ｍが最終値ｍｍａｘに達したか否かを判定する。そして、画像番号ｍが最終値ｍｍａｘに達していなければステップＳ１０５へ移行し、画像番号ｍが最終値ｍｍａｘに達していればステップＳ１０６へ移行する。なお、本実施形態では画像番号ｍの最終値ｍｍａｘが「４」に設定された場合を説明する。
【００３３】
ステップＳ１０５において、ＣＰＵ１５は、画像番号ｍに１加算し、ステップＳ１０２へ戻る。よって、ステップＳ１０２〜Ｓ１０３のループは繰り返され、制御部１０１は、合計４枚の縞画像ＩＭ１〜ＩＭ４を取得する。
【００３４】
一方、ステップＳ１０６において、制御部１０１の第２の制御部１８２が、第１の領域ａのみを照射して測定対象物１１を撮像した左側照射画像（第１の画像）と、第２の領域ｂのみを照射して測定対象物１１を撮像した右側照射画像（第２の画像）とを取得する。制御部１０１の第２の制御部１８２は、取得した左側照射画像と右側照射画像とをＣＰＵ１５に出力する。ＣＰＵ１５は、入力された左側照射画像と右側照射画像とを記憶部１６へ書き込む。
【００３５】
次に、ステップＳ１０７において、ＣＰＵ１５は、縞画像ＩＭ１〜ＩＭ４を記憶部１６から読み出し、読み出した縞画像ＩＭ１〜ＩＭ４に基づいて位相分布を算出する。具体的には、ＣＰＵ１５は、まず、縞画像の全ての画素ｉについて、初期位相φｉを４バケット法の次の式（１）により算出する。
【００３６】
【数１】
【００３７】
ただし、Ｉｍｉは、縞画像ＩＭｍの画素ｉの輝度値である。
そして、ＣＰＵ１５は、算出した初期位相φｉの値を、位相画像（位相分布）φにおける画素ｉの値として記憶部１６へ書き込む。
【００３８】
次に、ステップＳ１０８において、ＣＰＵ１５の基準線検出部１５２が、左側照射画像と右側照射画像とに基づいて、基準線を検出する。基準線の検出方法の詳細については後述する。
【００３９】
そして、ステップＳ１０９において、ＣＰＵ１５の形状測定部１５１が、検出した基準線に基づいて各縞５６を識別し、識別した各縞５６に基づいて、位相画像φに前述のオフセットΔを加算するアンラップ処理（位相接続）を行い、アンラップ後の位相画像ψを取得する。ここで、オフセットΔは、上述の方法により別途測定され記憶部１６へ予め格納されたものである。尚、別途測定せずに、アンラップ処理の都度オフセットΔを求めてもよい。
【００４０】
次に、ステップＳ１１０において、ＣＰＵ１５の形状測定部１５１は、測定対象物１１の三次元形状を測定する。具体的には、ＣＰＵ１５は、アンラップ後の位相画像ψを、被検面の高さ分布Ｚ（Ｘ，Ｙ）（三次元形状）に換算してからモニタ１７上に表示する。また、ＣＰＵ１５は、必要に応じて高さ分布Ｚ（Ｘ，Ｙ）を記憶部１６へ保存し、フローを終了する。
【００４１】
次に、図７を参照して、三次元形状測定装置１の基準線検出部１５２による基準線検出処理について説明する。図７は、本実施形態による基準線検出処理を説明するための実測値を示すグラフである。
本図に示すグラフにおいて、横軸はＸ座標値であり、縦軸は輝度値である。図７（ａ）は、所定のＹ座標値βにおける左照射画像の輝度値を示すグラフである。図７（ｂ）は、Ｙ座標値βにおける右照射画像の輝度値を示すグラフである。図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す左照射画像の輝度値から図７（ｂ）に示す右照射画像の輝度値を減算した値を示すグラフである。
基準線検出部１５２は、各画素について、左照射画像の輝度値から右照射画像の輝度値を減算し、減算した値を１と−１とに２値化した２値化画像を生成する。具体的には、基準線検出部１５２は、減算した値が０以上であれば１、減算した値が０未満であれば−１に２値化する。そして、基準線検出部１５２は、２値化画像を左端から右へ探索し、画素値が１から−１へ切り替わる位置を、基準線として検出する。基準線検出部１５２は、左照射画像の輝度値と右照射画像の輝度値をとの差をとることにより、第１の領域ａと第２の領域ｂとの境界位置を精度良く検出することができる。
【００４２】
このように、本実施形態によれば、基準線検出部１５２が、左照射画像と右照射画像とに基づいて、縞パターンの基準線を検出する。これにより、縞の周期の異なる縞パターンを投影した測定対象物１１を複数回撮像することなく、縞パターン５５の各縞５６を識別することができる。このため、計測時間を短縮し、三次元形状測定装置１の構成を複雑化することを防ぐことができる。
【００４３】
なお、本実施形態による三次元形状測定装置１は、第１の領域ａ又は第２の領域ｂのうち、一方の領域のみに光を照射しているが、例えば、第１の領域ａに赤色の光を照射し、第２の領域ｂに青色の光を照射する等、第１の領域ａと第２の領域ｂとに異なる波長の光を照射してもよい。
また、本実施形態による三次元形状測定装置１は、縞画像を取得した後に左照射画像及び右照射画像を取得しているが、左照射画像及び右照射画像を取得した後に縞画像を取得してもよい。
【００４４】
また、本実施形態による三次元形状測定装置１は、第１の画像と第２の画像に基づいて基準線を検出し、検出した基準線に基づいて基準縞を検出しているが、縞パターン５５が含む縞５６夫々に対して、各縞５６の中心線を基準線として撮像した第１の画像と第２の画像とを取得し、取得した第１の画像と第２の画像とに基づいて各縞５６を検出してもよい。例えば、三次元形状測定装置１は、縞５６ａの中心線を基準線として撮像した第１の画像と第２の画像とに基づいて縞５６ａを検出する。続いて、三次元形状測定装置１は、縞５６ｂの中心線を基準線として撮像した第１の画像と第２の画像とに基づいて縞５６ｂを検出する。三次元形状測定装置１は、同様の処理を縞５６ｃから縞５６ｇについても行うことにより、縞パターン５５の各縞５６を順に検出する。
また、この場合、縞５６ａを検出する際には白色の光を照射し、縞５６ｂを検出する際には赤色と青色の光を照射する等、各縞５６を検出する際に照射する光の波長の組合せを異なるものにしてもよい。また、この場合には、各縞５６を検出する第１の画像と第２の画像を順に取得することなく、各縞５６に対応する位置に異なる波長の光を同時に照射して各縞５６を検出してもよい。
また、本実施形態では、測定対象物１１が投影部１３の照射領域より小さい場合について説明したが、測定対象物が投影部１３の照射領域より大きい場合であっても、三次元形状測定装置１は、三次元形状を測定することができる。
【００４５】
［第２の実施形態］
次に、この発明の第２の実施形態による三次元形状測定装置１について説明する。
本実施形態による基準線検出部１５２は、第１の画像と第２の画像との論理和画像を生成し、生成した論理和画像と第１の画像との差分画像である第１の差分画像、及び、論理和画像と第２の画像との差分画像である第２の差分画像を生成する。そして、基準線検出部１５２は、生成した第１の差分画像及び第２の差分画像夫々から境界線を検出し、第１の差分画像から検出した境界線と、第２の差分画像から検出した境界線との中心を基準線として検出する。他の構成は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４６】
図８を参照して三次元形状測定装置１による基準線検出処理について説明する。図８は、本実施形態による基準線検出処理の手順を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ２０１において、基準線検出部１５２は、上述したステップＳ１０６で取得した左照射画像（図９（ａ）参照）と右照射画像（図９（ｂ）参照）との論理和画像（図９（ｃ）参照）を生成する。具体的には、基準線検出部１５２は、左照射画像及び右照射画像の各画素について、左照射画像の画素値と右照射画像の画素値との最大値を算出し、算出した最大値を論理和画像の画素値とする。すなわち、基準線検出部１５２は、照射画像の画素値と右照射画像の画素値との大きい方の値を論理和画像の画素値とする。
【００４７】
次に、ステップＳ２０２において、基準線検出部１５２は、論理和画像と左照射画像との差分画像である左差分画像（第１の差分画像）を生成する。そして、次のステップＳ２０３からＳ２０６における処理を行うことにより、基準線検出部１５２は、左差分画像から第１の領域と第２の領域との境界線を検出する。
【００４８】
ステップＳ２０３において、基準線検出部１５２は、左差分画像を白色と黒色とに二値化する。
次に、ステップＳ２０４において、基準線検出部１５２は、二値化した左差分画像をラベリングし、ラベリングした領域のうち、最大面積を持つ領域以外の領域を左差分画像から削除する。これにより、左差分画像には最大面積を持つ領域のみが残る。
【００４９】
続いて、ステップＳ２０５において、基準線検出部１５２は、ラベリングした領域のうち最大面積を持つ領域を残した左差分画像に対してモルフォロジ処理を行う。具体的には、ＣＰＵ１５は、左差分画像に対して、収縮処理を２回行い、次に膨張処理を４回行い、最後に収縮処理を２回行う。この例において、モルフォロジ処理における収縮処理及び膨張処理のフィルタサイズは３×３である。モルフォロジ処理を行うことにより、左差分画像から雑音が除去される。
【００５０】
そして、ステップＳ２０６において、基準線検出部１５２は、モルフォロジ処理した左差分画像から境界線を検出する。具体的には、まず、基準線検出部１５２は、モルフォロジ処理した左差分画像を左端から右方向（Ｘ軸正方向）へ探索し、ラベリングした領域のうち最大面積を持つ領域の輪郭を検出する。そして、基準線検出部１５２は、検出した輪郭を境界線として検出する（図１０（ａ）参照）。
【００５１】
続いて、ステップＳ２０７において、基準線検出部１５２は、論理和画像と右照射画像との差分画像である右差分画像（第２の差分画像）を生成する。そして、次のステップＳ２０８からＳ２１１における処理を行うことにより、基準線検出部１５２は、右差分画像から第１の領域と第２の領域との境界線を検出する。
【００５２】
ステップＳ２０８において、基準線検出部１５２は、右差分画像を白色と黒色とに二値化する。
次に、ステップＳ２０９において、基準線検出部１５２は、二値化した右差分画像をラベリングし、ラベリングした領域のうち、最大面積を持つ領域以外の領域を右差分画像から削除する。これにより、右差分画像には最大面積を持つ領域のみが残る。
続いて、ステップＳ２１０において、基準線検出部１５２は、ラベリングした領域のうち最大面積を持つ領域を残した右差分画像に対してモルフォロジ処理を行う。これにより、右差分画像から雑音が除去される。
【００５３】
そして、ステップＳ２１１において、基準線検出部１５２は、モルフォロジ処理した右差分画像から境界線を検出する。具体的には、まず、基準線検出部１５２は、モルフォロジ処理した右差分画像を右端から左方向（Ｘ軸負方向）へ探索し、ラベリングした領域のうち最大面積を持つ領域の輪郭を検出する。そして、基準線検出部１５２は、検出した輪郭を境界線として検出する（図１０（ｂ）参照）。
【００５４】
最後に、ステップＳ２１２において、基準線検出部１５２は、左差分画像の境界線と右差分画像の境界線との中心線（図１０（ｃ）参照）を基準線として検出する。そして、基準線検出部１５２は、位相画像φにおいて、検出した基準線の位置にある縞５６を基準縞として検出する。
なお、上述したステップＳ２０２からＳ２０６の処理と、Ｓ２０７からＳ２１１の処理とを、並列処理してもよい。
【００５５】
図９は、本実施形態による左照射画像、右照射画像、及び論理和画像の一例を示すイメージ図である。
図９（ａ）は、境界線から左側の領域のみに照射して撮像した左照射画像を示す。また、図９（ｂ）は、境界線から右側の領域のみに照射して撮像した右照射画像を示す。図９（ｃ）は、左照射画像と右照射画像との論理和画像を示す。
【００５６】
図１０は、本実施形態による左差分画像の境界線、右差分画像の境界線、及び左差分画像の境界線と右差分画像の境界線との中心線の一例を示すイメージ図である。
図１０（ａ）は、左差分画像から検出した境界線を示す。図１０（ｂ）は、右差分画像から検出した境界線を示す。図１０（ｃ）は、左差分画像の境界線と右差分画像の境界線との中心線を示す。
【００５７】
このように、本実施形態によれば、基準線検出部１５２が、左照射画像と右照射画像とに基づいて、縞パターンの基準線を検出する。これにより、縞の周期の異なる縞パターンを投影した測定対象物１１を複数回撮像することなく、縞パターン５５の各縞５６を識別することができる。このため、計測時間を短縮し、三次元形状測定装置１の構成を複雑化することを防ぐことができる。また、本実施形態では、左差分画像及び右差分画像から境界線を検出しているため、第１の実施形態に比べてより精度良く基準線を検出することができる。
【００５８】
［第３の実施形態］
次に、この発明の第３の実施形態による三次元形状測定装置１について説明する。
本実施形態による第１の制御部１８１は、縞パターンを投影した場合に、縞パターンの基準となるとともに、撮像部１４による撮像性能を判定するための基準線を投影部１３により測定対象物１１上に照射させ、基準線が照射された測定対象物１１を撮像部１４に撮像させて画像を取得する。また、第２の制御部１８２は、投影部１３に縞パターン５５を照射させ、照射させる縞パターン５５の位相を変化させながら、撮像部１４に測定対象物１１を繰り返し撮像させるとともに、測定対象物１１上に照射させた縞パターン５５の画像（縞画像）を複数取得する。基準線検出部１５２は、第１の制御部１８１が取得した画像から前記基準線を検出する。他の構成は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００５９】
次に、図１１を参照して、本実施形態による三次元形状測定装置１における三次元形状測定処理について説明する。図１１は、本実施形態による三次元形状測定処理の手順を示すフローチャートである。
【００６０】
はじめに、ステップＳ３０１において、制御部１０１は、メイン光源２１をオンし、パターン形成部２３を駆動することより、縞パターン５５の基準線を測定対象物１１へ投影し、撮像素子２６により基準線画像（図１２参照）を取得する。この基準線は、一例として、縞パターン５５の基準縞の中心線の位置と対応付けられている。基準線の位置は合焦がずれると横方向にその位置が移動するため、三次元形状測定装置１を操作する操作者は、この基準線の横ズレに基づいて、基準線が中央に位置するように投影部１３及び撮像部１４の高さを調整する。尚、合焦状態が悪くなると基準線の幅も変化するため、基準線の幅変化を用いてもよい。制御部１０１は、取得した基準線画像をＣＰＵ１５に出力する。ＣＰＵ１５は、入力された基準線画像を記憶部１６へ書き込む。
【００６１】
次に、ステップＳ３０２からＳ３０６において、図６に示すステップＳ１０１からＳ１０５と同様の処理を行う。
【００６２】
そして、ステップＳ３０７において、ＣＰＵ１５は、記憶部１６から縞画像ＩＭ１〜ＩＭ４を読み出し、読み出した縞画像ＩＭ１〜ＩＭ４に基づいて位相分布を算出する。位相分布の算出方法は第１の実施形態のステップＳ１０７と同様である。
次に、ステップＳ３０８において、ＣＰＵ１５の基準線検出部１５２は、基準線画像を記憶部１６から読み出し、読み出した基準線画像から基準線を検出する。具体的には、基準線検出部１５２は、基準縞画像において、Ｙ軸方向に伸びている黒い線に対応する領域を基準線として検出する。そして、ＣＰＵ１５は、位相画像φにおいて、検出した基準線の位置にある縞５６を基準縞とする。
【００６３】
次に、ステップＳ３０９において、ＣＰＵ１５は、検出した基準縞に基づいて各縞５６を識別し、識別した各縞５６に基づいて、位相画像φにオフセット分布Δを加算するアンラップ処理（位相接続）を行い、アンラップ後の位相画像ψを取得する。
次に、ステップＳ３１０において、ＣＰＵ１５は、測定対象物１１の三次元形状を測定する。三次元形状の測定方法は第１の実施形態のＳ１１０と同様である。
【００６４】
図１２は、本実施形態による基準線画像の一例を示すイメージ図である。
図示するように、基準線画像は、縞パターン５５の各縞５６を識別する基準線を測定対象物１１に照射して撮像した画像である。
【００６５】
このように、本実施形態によれば、ＣＰＵ１５が、基準線画像に基づいて、縞パターンの基準縞を検出する。縞の周期の異なる縞パターンを投影した測定対象物１１を複数回撮像することなく、縞パターン５５の各縞５６を識別することができる。このため、計測時間を短縮し、三次元形状測定装置１の構成を複雑化することを防ぐことができる。また、基準線画像を取得する際に投影した基準線は、撮像部１４のピント調整等に用いることも可能である。
【００６６】
なお、本実施形態では、操作者が、基準線の位置に基づいて、投影部１３及び撮像部１４の高さを調整するが、制御部１０１が、基準線の位置に基づいて、投影部１３及び撮像部１４の高さ調整をしてもよい。
【００６７】
次に、第１の実施形態、第２の実施形態又は第３の実施形態による三次元形状測定装置１を備える構造物製造システムについて説明する。
図１３は、構造物製造システム２００のブロック構成図である。構造物製造システム２００は、三次元形状測定装置１と、設計装置２１０と、成形装置２２０と、制御装置２３０と、リペア装置２４０と含んで構成される。
【００６８】
設計装置２１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作製した設計情報を成形装置２２０に送信する。また、設計装置２１０は、作成した設計情報を制御装置２３０の後述する座標記憶部２３１に記憶させる。ここで、設計情報とは例えば、構造物の各位置の座標を示す情報である。
成形装置２２０は、設計装置２１０から入力された設計情報に基づいて上記構造物を作製する。成形装置２２０の成形工程には、鋳造、鍛造、または切削等が含まれる。
三次元形状測定装置１は、第１の実施形態において説明したように、作製された前記構造物（測定対象物１１）の座標（三次元形状）を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置２３０へ送信する。
【００６９】
制御装置２３０は、座標記憶部２３１と、検査部２３２とを備える。座標記憶部２３１には、前述の通り、設計装置２１０から受信した設計情報が記憶される。検査部２３２は、座標記憶部２３１から設計情報を読み出し、三次元形状測定装置１から受信した座標を示す情報（形状情報）と座標記憶部２３１から読み出した設計情報とを比較する。
【００７０】
そして、検査部２３２は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部２３２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。また、検査部２３２は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合、修復可能であるか否か判定する。修復できる場合、検査部２３２は、比較結果に基づき、不良部位と修復量を算出し、リペア装置２４０に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。
【００７１】
リペア装置２４０は、制御装置２３０から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。
【００７２】
図１４は、構造物製造システム２００による処理の流れを示したフローチャートである。
まず、ステップＳ４０１において、設計装置２１０が、構造物の形状に関する設計情報を作製する。次に、ステップＳ４０２において、成形装置２２０は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する。次に、ステップＳ４０３において、三次元形状測定装置１は、作製された上記構造物の形状を測定する。次に、ステップＳ４０４において、制御装置２３０の検査部２３２は、三次元形状測定装置１で得られた形状情報と、上記設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作成されたか否か検査する。
【００７３】
次に、ステップＳ４０５において、制御装置２３０の検査部２３２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。そして、作成された構造物が良品である場合には、構造物製造システム２００はその処理を終了する。一方、作成された構造物が良品でない場合には、ステップＳ４０６へ移行する。
【００７４】
ステップＳ４０６において、制御装置２３０の検査部２３２は、作成された構造物が修復できるか否か判定する。作成された構造物が修復できる場合にはステップＳ４０７へ移行し、作成された構造物が修復できない場合には構造物製造システム２００はその処理を終了する。ステップＳ４０７において、リペア装置２４０は、構造物の再加工を実施し、ステップＳ４０３の処理に戻る。
【００７５】
以上により、構造物製造システム２００は作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。
【００７６】
なお、本実施形態におけるリペア装置２４０が実行するリペア工程は、成形装置２２０が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置２３０の検査部２３２が修復できると判定した場合、成形装置２２０は、成形工程（鍛造、切削等）を再実行する。具体的には、例えば、成形装置２２０は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム２００は、構造物を正確に作成することができる。
【００７７】
また、図６，８，又は１１に示す各ステップを実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、三次元形状測定処理又は基準線検出処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
【００７８】
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【００７９】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１…三次元形状測定装置 １３…投影部 １４…撮像部 １５…ＣＰＵ １６…記憶部 １０１…制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物上に投影パターンを照射する投影部と、
前記測定対象物を撮像する撮像部と、
前記投影部に縞パターンを照射させ、当該照射させる縞パターンの位相を変化させながら、前記撮像部に前記測定対象物を繰り返し撮像させるとともに、前記測定対象物上に照射させた前記縞パターンの画像を複数取得する第１の制御部と、
前記測定対象物上の互いに隣接する第１の領域と第２の領域であって、互いの境界線が前記縞パターンの縞と平行となる第１の領域と第２の領域のうち、前記第１の領域のみに所定の光を前記投影部により照射させるとともに前記撮像部により前記測定対象物を撮像させた第１の画像と、前記第２の領域のみに前記所定の光を前記投影部により照射させるとともに前記撮像部により前記測定対象物を撮像させた第２の画像とを取得する第２の制御部と、
前記第２の制御部が取得した前記第１の画像と前記第２の画像との差分に基づいて、前記測定対象物に照射された縞パターンの縞のうちから、縞パターンに含まれる縞の夫々を識別する基準線を検出する基準線検出部と、
前記基準線検出部が検出した基準線に基づいて、前記第１の制御部が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、当該位相接続した位相分布に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定する形状測定部と、
を備えることを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元形状測定装置において、
前記基準線検出部は、
前記第１の画像と前記第２の画像との論理和画像を生成する論理和画像生成部と、
前記論理和画像生成部が生成した前記論理和画像と前記第１の画像との差分画像である第１の差分画像、及び、前記論理和画像と前記第２の画像との差分画像である第２の差分画像を生成する差分画像生成部と、
前記差分画像生成部が生成した前記第１の差分画像及び前記第２の差分画像夫々から前記境界線を検出する境界線検出部と、
前記境界線検出部が前記第１の差分画像から検出した境界線と、前記境界線検出部が前記第２の差分画像から検出した境界線との中心を前記基準線として検出する検出部と、
を有することを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の三次元形状測定装置において、
前記基準線検出部は、
前記差分画像生成部が生成した前記第１の差分画像及び前記第２の差分画像を二値化してラベリングし、ラベリングした領域のうち最大面積を持つ領域以外を前記二値化した前記第１の差分画像及び前記第２の差分画像から夫々削除した画像に対してモルフォロジ処理する画像処理部を備え、
前記境界線検出部は、前記画像処理部がモルフォロジ処理した前記第１の差分画像及び前記第２の差分画像夫々から境界線を検出する
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項４】
測定対象物上に投影パターンを照射する投影部と、
前記測定対象物を撮像する撮像部と、
前記縞パターンを投影した場合に、当該縞パターンの基準となるとともに、前記撮像部による撮像性能を判定するための基準線を前記投影部により前記測定対象物上に照射させ、当該基準線が照射された前記測定対象物を前記撮像部に撮像させて画像を取得する第１の制御部と、
前記投影部に縞パターンを照射させ、当該照射させる縞パターンの位相を変化させながら、前記撮像部に前記測定対象物を繰り返し撮像させるとともに、前記測定対象物上に照射させた前記縞パターンの画像を複数取得する第２の制御部と、
前記第１の制御部が取得した画像から前記基準線を検出する基準線検出部と、
前記基準線検出部が検出した基準線に基づいて、前記第１の制御部が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、当該位相接続した画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定する形状測定部と、
を備えることを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項５】
測定対象物上に縞パターンを投影して前記測定対象物を撮像する三次元形状測定装置における三次元形状測定方法であって、
前記三次元形状測定装置の第１の制御部が、前記測定対象物上に照射される縞パターンの位相を変化させながら、前記測定対象物を繰り返し撮像するとともに、前記測定対象物上に照射させた前記縞パターンの画像を複数取得するステップと、
前記三次元形状測定装置の第２の制御部が、前記測定対象物上の互いに隣接する第１の領域と第２の領域であって、互いの境界線が前記縞パターンの縞と平行となる第１の領域と第２の領域のうち、前記第１の領域のみに所定の光を照射させるとともに前記測定対象物を撮像させた第１の画像と、前記第２の領域のみに前記所定の光を照射させるとともに前記測定対象物を撮像させた第２の画像とを取得するステップと、
前記三次元形状測定装置の基準線検出部が、前記第２の制御部が取得した前記第１の画像と前記第２の画像との差分に基づいて、前記測定対象物に照射された縞パターンの縞のうちから、縞パターンに含まれる縞の夫々を識別する基準線を検出するステップと、
前記三次元形状測定装置の形状測定部が、前記基準線検出部が検出した基準線に基づいて、前記第１の制御部が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、当該位相接続した位相分布に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定するステップと、
を有することを特徴とする三次元形状測定方法。
【請求項６】
測定対象物上に縞パターンを投影して前記測定対象物を撮像する三次元形状測定装置における三次元形状測定方法であって、
前記三次元形状測定装置の第１の制御部が、前記縞パターンを投影した場合に、当該縞パターンの基準となるとともに、撮像性能を判定するための基準線を前記測定対象物上に照射させ、当該基準線が照射された前記測定対象物を撮像して画像を取得するステップと、
前記三次元形状測定装置の第２の制御部が、前記測定対象物上に照射される縞パターンの位相を変化させながら、前記測定対象物を繰り返し撮像するとともに、前記測定対象物上に照射させた前記縞パターンの画像を複数取得するステップと、
前記三次元形状測定装置の基準線検出部が、前記第１の制御部が取得した画像から前記基準線を検出するステップと、
前記三次元形状測定装置の形状測定部が、前記基準線検出部が検出した基準線に基づいて、前記第１の制御部が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、当該位相接続した画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定するステップと、
を有することを特徴とする三次元形状測定方法。
【請求項７】
構造物の形状に関する設計情報を作製する設計工程と、
前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形工程と、
作製された前記構造物の形状を請求項５又は６に記載の三次元形状測定方法を用いて測定する測定工程と、
前記測定工程で得られた形状情報と、前記設計情報とを比較する検査工程と、
を有することを特徴とする構造物の製造方法。
【請求項８】
前記検査工程の比較結果に基づいて実行され、前記構造物の再加工を実施するリペア工程を有することを特徴とする請求項７に記載の構造物の製造方法。
【請求項９】
前記リペア工程は、前記成形工程を再実行する工程であることを特徴とする請求項８に記載の構造物の製造方法。
【請求項１０】
前記リペア工程は、前記検査工程の比較結果に基づいて、前記構造物の不良部位を加工する工程であることを特徴とする請求項８に記載の構造物の製造方法。
【請求項１１】
構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、
前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
請求項１から４いずれか１項に記載の三次元形状測定装置と、
前記三次元形状測定装置が測定した前記構造物の形状情報と、前記設計情報とを比較する検査装置と、
を有することを特徴とする構造物製造システム。
【請求項１２】
前記検査装置における比較結果に基づいて、前記構造物の再加工を実施するリペア装置を有することを特徴とする請求項１１に記載の構造物製造システム。
【請求項１】
測定対象物上に投影パターンを照射する投影部と、
前記測定対象物を撮像する撮像部と、
前記投影部に縞パターンを照射させ、当該照射させる縞パターンの位相を変化させながら、前記撮像部に前記測定対象物を繰り返し撮像させるとともに、前記測定対象物上に照射させた前記縞パターンの画像を複数取得する第１の制御部と、
前記測定対象物上の互いに隣接する第１の領域と第２の領域であって、互いの境界線が前記縞パターンの縞と平行となる第１の領域と第２の領域のうち、前記第１の領域のみに所定の光を前記投影部により照射させるとともに前記撮像部により前記測定対象物を撮像させた第１の画像と、前記第２の領域のみに前記所定の光を前記投影部により照射させるとともに前記撮像部により前記測定対象物を撮像させた第２の画像とを取得する第２の制御部と、
前記第２の制御部が取得した前記第１の画像と前記第２の画像との差分に基づいて、前記測定対象物に照射された縞パターンの縞のうちから、縞パターンに含まれる縞の夫々を識別する基準線を検出する基準線検出部と、
前記基準線検出部が検出した基準線に基づいて、前記第１の制御部が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、当該位相接続した位相分布に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定する形状測定部と、
を備えることを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元形状測定装置において、
前記基準線検出部は、
前記第１の画像と前記第２の画像との論理和画像を生成する論理和画像生成部と、
前記論理和画像生成部が生成した前記論理和画像と前記第１の画像との差分画像である第１の差分画像、及び、前記論理和画像と前記第２の画像との差分画像である第２の差分画像を生成する差分画像生成部と、
前記差分画像生成部が生成した前記第１の差分画像及び前記第２の差分画像夫々から前記境界線を検出する境界線検出部と、
前記境界線検出部が前記第１の差分画像から検出した境界線と、前記境界線検出部が前記第２の差分画像から検出した境界線との中心を前記基準線として検出する検出部と、
を有することを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の三次元形状測定装置において、
前記基準線検出部は、
前記差分画像生成部が生成した前記第１の差分画像及び前記第２の差分画像を二値化してラベリングし、ラベリングした領域のうち最大面積を持つ領域以外を前記二値化した前記第１の差分画像及び前記第２の差分画像から夫々削除した画像に対してモルフォロジ処理する画像処理部を備え、
前記境界線検出部は、前記画像処理部がモルフォロジ処理した前記第１の差分画像及び前記第２の差分画像夫々から境界線を検出する
ことを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項４】
測定対象物上に投影パターンを照射する投影部と、
前記測定対象物を撮像する撮像部と、
前記縞パターンを投影した場合に、当該縞パターンの基準となるとともに、前記撮像部による撮像性能を判定するための基準線を前記投影部により前記測定対象物上に照射させ、当該基準線が照射された前記測定対象物を前記撮像部に撮像させて画像を取得する第１の制御部と、
前記投影部に縞パターンを照射させ、当該照射させる縞パターンの位相を変化させながら、前記撮像部に前記測定対象物を繰り返し撮像させるとともに、前記測定対象物上に照射させた前記縞パターンの画像を複数取得する第２の制御部と、
前記第１の制御部が取得した画像から前記基準線を検出する基準線検出部と、
前記基準線検出部が検出した基準線に基づいて、前記第１の制御部が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、当該位相接続した画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定する形状測定部と、
を備えることを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項５】
測定対象物上に縞パターンを投影して前記測定対象物を撮像する三次元形状測定装置における三次元形状測定方法であって、
前記三次元形状測定装置の第１の制御部が、前記測定対象物上に照射される縞パターンの位相を変化させながら、前記測定対象物を繰り返し撮像するとともに、前記測定対象物上に照射させた前記縞パターンの画像を複数取得するステップと、
前記三次元形状測定装置の第２の制御部が、前記測定対象物上の互いに隣接する第１の領域と第２の領域であって、互いの境界線が前記縞パターンの縞と平行となる第１の領域と第２の領域のうち、前記第１の領域のみに所定の光を照射させるとともに前記測定対象物を撮像させた第１の画像と、前記第２の領域のみに前記所定の光を照射させるとともに前記測定対象物を撮像させた第２の画像とを取得するステップと、
前記三次元形状測定装置の基準線検出部が、前記第２の制御部が取得した前記第１の画像と前記第２の画像との差分に基づいて、前記測定対象物に照射された縞パターンの縞のうちから、縞パターンに含まれる縞の夫々を識別する基準線を検出するステップと、
前記三次元形状測定装置の形状測定部が、前記基準線検出部が検出した基準線に基づいて、前記第１の制御部が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、当該位相接続した位相分布に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定するステップと、
を有することを特徴とする三次元形状測定方法。
【請求項６】
測定対象物上に縞パターンを投影して前記測定対象物を撮像する三次元形状測定装置における三次元形状測定方法であって、
前記三次元形状測定装置の第１の制御部が、前記縞パターンを投影した場合に、当該縞パターンの基準となるとともに、撮像性能を判定するための基準線を前記測定対象物上に照射させ、当該基準線が照射された前記測定対象物を撮像して画像を取得するステップと、
前記三次元形状測定装置の第２の制御部が、前記測定対象物上に照射される縞パターンの位相を変化させながら、前記測定対象物を繰り返し撮像するとともに、前記測定対象物上に照射させた前記縞パターンの画像を複数取得するステップと、
前記三次元形状測定装置の基準線検出部が、前記第１の制御部が取得した画像から前記基準線を検出するステップと、
前記三次元形状測定装置の形状測定部が、前記基準線検出部が検出した基準線に基づいて、前記第１の制御部が取得した複数の縞パターンの画像から算出された位相分布に対して位相接続し、当該位相接続した画像に基づいて、前記測定対象物の三次元形状を測定するステップと、
を有することを特徴とする三次元形状測定方法。
【請求項７】
構造物の形状に関する設計情報を作製する設計工程と、
前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形工程と、
作製された前記構造物の形状を請求項５又は６に記載の三次元形状測定方法を用いて測定する測定工程と、
前記測定工程で得られた形状情報と、前記設計情報とを比較する検査工程と、
を有することを特徴とする構造物の製造方法。
【請求項８】
前記検査工程の比較結果に基づいて実行され、前記構造物の再加工を実施するリペア工程を有することを特徴とする請求項７に記載の構造物の製造方法。
【請求項９】
前記リペア工程は、前記成形工程を再実行する工程であることを特徴とする請求項８に記載の構造物の製造方法。
【請求項１０】
前記リペア工程は、前記検査工程の比較結果に基づいて、前記構造物の不良部位を加工する工程であることを特徴とする請求項８に記載の構造物の製造方法。
【請求項１１】
構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、
前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
請求項１から４いずれか１項に記載の三次元形状測定装置と、
前記三次元形状測定装置が測定した前記構造物の形状情報と、前記設計情報とを比較する検査装置と、
を有することを特徴とする構造物製造システム。
【請求項１２】
前記検査装置における比較結果に基づいて、前記構造物の再加工を実施するリペア装置を有することを特徴とする請求項１１に記載の構造物製造システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−９３２３４（Ｐ２０１２−９３２３４Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４０９６１（Ｐ２０１０−２４０９６１）
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２７日（２０１０．１０．２７）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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