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単色矩形波格子を用いる形状計測方法及び形状計測装置

国内特許コード P03A000506
整理番号 U2001P047
掲載日 2003年8月28日
出願番号 特願2001-315178
公開番号 特開2003-121124
登録番号 特許第3500430号
出願日 平成13年10月12日(2001.10.12)
公開日 平成15年4月23日(2003.4.23)
登録日 平成15年12月12日(2003.12.12)
発明者
  • 森本 吉春
  • 藤垣 元治
  • 米山 聡
  • 岩井 一能
出願人
  • 学校法人和歌山大学
発明の名称 単色矩形波格子を用いる形状計測方法及び形状計測装置
従来技術、競合技術の概要 物体の形状を非接触で計測する方法としては、物体に投影された格子のゆがみを解析する方法がよく用いられている。物体に等ピッチの格子を投影し、投影方向とは異なった方向から撮影すると、前記物体の形状に応じてゆがんだ格子画像が得られる。既知であるモアレトポグラフィの手法を用いれば、このゆがんだ格子画像から簡単な画像処理によって前記物体の等高線画像を得ることができる。この等高線の位相値は前記物体の高さを表す値であるため、等高線の位相分布をリアルタイムで求めることにより、リアルタイム形状計測を実現することができる。本願人は、特願平11-179950号明細書において、明暗比1:1の矩形波状の格子を連続的に位相シフトしながら撮影した画像から位相分布を求めることができる積分型位相シフト法を開示している。投影格子に矩形波を用いることにより、物体の反射率の影響や、投影・撮影装置における輝度変換の非線形性の影響を受けにくくなる。また、連続的に位相シフトするため、撮影するたびに格子の移動を停止させる従来の方法と比較して、位相シフト機構とその制御が単純で、高速化も簡単に行うことができる。この方法によれば、明暗比が1:1の矩形波状格子を用い、過去の4フレームの画像から、各フレーム時間ごとに物体の高さ分布を表す位相差分布を表示することができる。さらに本願人は、特願2000-279457号明細書において、カラー矩形波格子を用いてリアルタイムに位相解析を行う方法を開示している。この方法によれば、ピッチ及び色が異なる2種類の格子を用い、連続的に位相シフトを行うことにより、格子を撮影するCCDカメラの各フレーム時間ごとに物体の高さ分布を表す位相差分布を表示することができる。また、本願人は、特願2001-195032号明細書において、干渉縞の2成分分離型位相シフト手法を開示している。この手法によれば、2種類のピッチが異なる正弦波状の格子を合成し、位相シフトを行うことにより、各格子の位相分布を求めることができる。
産業上の利用分野 計測装置、形状計測、監視装置の分野、特に、非接触で物体の等高線の位相分布を得る形状計測方法と形状計測装置
特許請求の範囲 【請求項1】 物体の高さ分布を得る形状測定方法において、各々の白黒比が異なり、互いのピッチ比が、mとnを3以上の互いに素である整数として、m:nである2つの異なる矩形波成分を合成した単色矩形波格子を物体に投影するステップと、この単色矩形波格子全体の周期の1/(m×n)ずつずらしてm×n枚の画像を撮影するステップと、前記m×n枚の画像のうちm枚おきに抜き出したn枚の画像から周期がm/(m×n)の矩形波成分に関する位相分布を求め、n枚おきに抜き出したm枚の画像から周期がm/(m×n)の矩形波成分に関する位相分布を求めるステップと、前記双方の矩形波成分に関する位相分布から前記物体の高さ分布に対応する連続化された位相分布を得るステップとを含むことを特徴とする形状測定方法。
【請求項2】 請求項1に記載の形状測定方法において、前記画像を、撮影時間中の光の強度の積分値を輝度として撮影した画像とし、各々の矩形波成分に関する位相分布を得るステップにおいて、積分型位相シフト法を用いることを特徴とする形状測定方法。
【請求項3】 物体の高さ分布を得る形状測定装置において、各々の白黒比が異なり、互いのピッチ比が、mとnを3以上の互いに素である整数として、m:nである2つの異なる矩形波成分を合成した単色矩形波格子と、前記単色矩形波格子を物体に投影する投影手段と、前記単色矩形波格子を移動する格子移動手段と、前記物体を撮影する撮影手段とを具え、前記格子移動手段を、前記撮影手段の撮影周期において、前記単色矩形波格子をこの単色矩形波格子全体の周期の1/(m×n)だけ移動するように構成し、前記撮影手段が前記格子移動手段によって前記単色矩形波格子を移動しながら前記撮影手段によって連続してm×n枚の画像を撮影し、該装置が、前記m×n枚の画像のうちm枚おきに抜き出したn枚の画像から周期がm/(m×n)の矩形波成分に関する位相分布を求め、n枚おきに抜き出したm枚の画像から周期がm/(m×n)の矩形波成分に関する位相分布を求める手段と、前記双方の矩形波成分に関する位相分布から前記物体の高さ分布に対応する連続化された位相分布を得る手段とをさらに具えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項4】 請求項3に記載の形状測定装置において、前記撮影手段が、撮影時間中の光の強度の積分値を輝度として撮影し、前記矩形波成分の位相分布を求める手段が、積分型位相シフト法を用いて位相分布を求めることを特徴とする形状測定装置。
産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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