JP7153514B2 - 三次元形状検査装置、三次元形状検査方法、三次元形状検査プログラム、コンピュータ - Google Patents

Description

この発明は、対象物における形状欠陥の有無を判定する技術に関する。

従来、対象物を撮像した画像に基づき、対象物における形状欠陥の有無を判定する検査装置が知られている。例えば特許文献１に記載の検査装置は、形状欠陥を有しない対象物である良品を示す基準画像と、対象物を撮像することで得られた検査画像との比較に基づき、形状欠陥の有無を判定する。

特開２０１５－０６８６６８号公報

ところで、二次元的な画像に基づく上記の検査では、形状欠陥の有無を的確に判定できない場合があった。例えば、鍛造品等の対象物が有する比較的平坦な領域に対する検査には、打撃によって生じた凹凸、すなわち打痕を形状欠陥として検出するものがある。この際、打痕が対象物の品質にとって問題となるかを判定するには、撮像した画像に表れる打痕の面積よりも、画像の奥行方向における打痕の深さが重要となる場合がある。これに対して、上記の二次元的な画像からは、打痕の深さを的確に把握することができない。

つまり、二次元的な画像では、形状欠陥の有無を判定するのに重要となる方向における情報が無いために、かかる判定を的確にできない場合があった。そこで、対象物の表面の三次元形状を計測した結果である計測データと、形状欠陥を有さない良品の表面の三次元形状を示す良品データとの差分により、形状欠陥の有無を判定する方法が考えられる。

なお、計測データと良品データとの差分の算出は、各データが示す三次元形状それぞれの位置を合わせて、これらの差を抽出することで実行される。この際、各データが示す三次元形状の位置合わせが正確でないと、差分が本来存在しない部分に、差分が存在すると誤判定する可能性がある。つまり、上記の鍛造品の例では、奥行き方向に急峻に傾いたあるいは平行な壁面が良品の鍛造品の端や段差に存在しうる。これに対して、奥行き方向に直交する方向において、各データが示す三次元形状の位置合わせにずれがあると、この壁面の近傍で大きな差分が生じる。そのため、差分が良品に本来存在する壁面を示すのか、形状欠陥を示すのかを判別できず、形状欠陥の有無を的確に判定できない場合があった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、計測データと良品データとの間に生じる所定方向への差分に基づき形状欠陥の有無を判定するにあたり、対象物に本来存在する壁面と区別して、形状欠陥の有無を的確に判定することを可能とする技術の提供を目的とする。

本発明に係る三次元形状検査装置は、対象物を撮像する撮像ユニットと、撮像ユニットに対象物を撮像させた結果に基づき対象物の表面の三次元形状を計測して計測データを取得するデータ取得部と、計測データと、形状欠陥を有さない良品の表面の三次元形状を示す良品データとを比較することで、計測データが示す対象物の表面の位置と、良品データが示す良品の表面の位置との所定方向への差分を求める差分算出部と、良品データが示す良品の表面のうち、所定方向に対して成す鋭角が所定角より小さいあるいは所定方向に平行な壁面領域を除いた対象領域における差分に基づき、対象物における形状欠陥の有無を判定する良否判定部とを備える。

本発明に係る三次元形状検査方法は、対象物の表面の三次元形状を計測した結果である計測データと、形状欠陥を有さない良品の表面の三次元形状を示す良品データとを比較することで、計測データが示す対象物の表面の位置と、良品データが示す良品の表面の位置との所定方向への差分を求める工程と、良品データが示す良品の表面のうち、所定方向に対して成す鋭角が所定角より小さいあるいは所定方向に平行な壁面領域を除いた対象領域における差分に基づき、対象物における形状欠陥の有無を判定する工程とを備える。

本発明に係る三次元形状検査プログラムは、対象物の表面の三次元形状を計測した結果である計測データと、形状欠陥を有さない良品の表面の三次元形状を示す良品データとを比較することで、計測データが示す対象物の表面の位置と、良品データが示す良品の表面の位置との所定方向への差分を求める工程と、良品データが示す良品の表面のうち、所定方向に対して成す鋭角が所定角より小さいあるいは所定方向に平行な壁面領域における差分に基づき、対象物における形状欠陥の有無を判定する工程とをコンピュータに実行させる。

本発明に係るコンピュータは、上記の三次元形状検査プログラムを実行する。

このように構成された本発明（三次元形状検査装置、三次元形状検査方法、三次元形状検査プログラム、コンピュータ）は、対象物の表面の三次元形状を計測した結果である計測データと、形状欠陥を有さない良品の表面の三次元形状を示す良品データとを比較する。これによって、計測データが示す対象物の表面の位置と、良品データが示す良品の表面の位置との所定方向への差分が求められ、かかる差分に基づき、対象物における形状欠陥の有無が判定される。つまり、計測データと良品データとの間に生じる所定方向への差分に基づき形状欠陥の有無が判定される。この際、良品データが示す良品の表面のうち、所定方向に対して成す鋭角が所定角より小さいあるいは所定方向に平行な壁面領域を除いた対象領域における差分に基づき、対象物における形状欠陥の有無が判定される。したがって、対象物に本来存在する壁面と区別して、形状欠陥の有無を的確に判定することが可能となっている。

また、差分算出部は、壁面領域については差分を算出せず、対象領域について差分を算出するように、三次元形状検査装置を構成しても良い。これによって、演算量を抑制しつつ、形状欠陥の有無を判定するのに要する差分を算出することができる。

また、良否判定部は、対象領域のうち、所定方向における差分の大きさが所定値未満である領域を形状欠陥の有無の判定対象から除外するように、三次元形状検査装置を構成しても良い。かかる構成では、形状欠陥の有無の判定対象を比較的大きな差分が表れる領域に絞り込んで、形状欠陥の有無を的確に判定することができる。

また、良否判定部は、対象領域において判定対象として残った領域のうち、所定方向に直交する平面における面積が所定面積未満である領域を判定対象からさらに除外するように、三次元形状検査装置を構成しても良い。かかる構成では、形状欠陥の有無の判定対象を比較的大きな面積を有する領域に絞り込んで、形状欠陥の有無を的確に判定することができる。

また、良否判定部は、対象領域のうち、判定対象として残った領域を候補領域として抽出し、候補領域の周縁の領域を所定方向に直交する平面で近似して基準平面を設定し、所定方向において候補領域が基準平面から最も離れる位置での基準平面からの距離が閾値以上である場合に、候補領域に形状欠陥が存在すると判定するように、三次元形状検査装置を構成しても良い。かかる構成では、候補領域の周縁の領域を近似する基準平面に基づき、候補領域における形状欠陥の有無を的確に判定することができる。

また、良否判定部は、対象領域に含まれる複数の範囲のそれぞれに対して異なる閾値を設定するように、三次元形状検査装置を構成しても良い。かかる構成では、対象物の場所に応じた適切な閾値に基づき、形状欠陥の存在を的確に判定することができる。

以上のように、本発明によれば、計測データと良品データとの間に生じる所定方向への差分に基づき形状欠陥の有無を判定するにあたり、対象物に本来存在する壁面と区別して、形状欠陥の有無を的確に判定することが可能となっている。

本発明に係る三次元形状検査装置の一例を模式的に示す図。 図１に示す三次元形状検査装置が備える電気的構成の一例を示すブロック図。 対象物の三次元形状を計測する計測処理の一例を示すフローチャート。 良品データおよび計測データそれぞれの一例を模式的に示す図。 対象物における形状欠陥の有無を検査する検査処理の一例を示すフローチャート。 図５に示す検査処理での演算内容を模式的に示す図。 図５に示す検査処理での演算内容を模式的に示す図。 図５に示す検査処理での演算内容を模式的に示す図。 図５に示す検査処理での演算内容を模式的に示す図。 図５に示す検査処理での演算内容を模式的に示す図。 検査処理の適用対象の異なる例としてスパナを示す図。

図１は本発明に係る三次元形状検査装置の一例を模式的に示す図である。同図および以下の図では、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、Ｘ軸方向およびＹ軸方向をそれぞれ水平方向とするＸＹＺ直交座標系を適宜示す。三次元形状検査装置１は、対象物Ｊを支持する支持テーブル２と、支持テーブル２上の対象物Ｊの三次元形状を計測して点群データを取得するための撮像ユニット４とを備える。

対象物Ｊが鉄等を含んで磁力により保持できる場合には、支持テーブル２として電磁石テーブルを用いることができる。また、対象物Ｊが樹脂等の磁力により保持できないものである場合には、エアー吸着あるいはチャック機構によって対象物Ｊを支持するテーブルを支持テーブル２として用いることができる。

撮像ユニット４は、カメラ４１とプロジェクタ４２とを有する。カメラ４１は、撮像範囲Ｆ（換言すれば、視野）内からそのレンズ４１１に入射した光を固体撮像素子に結像することで、撮像範囲Ｆの画像を撮像する。プロジェクタ４２は、光源からの光をＤＭＤ(Digital Mirror Device)等で変調することで、撮像範囲Ｆに対して光のパターンを射出する。

図２は図１に示す三次元形状検査装置が備える電気的構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、三次元形状検査装置１は、演算部９１、記憶部９２、通信部９３および撮像制御部９４を有するコントローラ９を備える。演算部９１はＣＰＵ(Central Processing Unit)やＲＡＭ(Random Access Memory)等で構成されたプロセッサであり、装置全体の制御を統括する。記憶部１２は、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)で構成され、計測プログラムＰｍ、検査プログラムＰｉ、良品データＤｒおよび計測データＤｍ等を記憶する。これら各種のプログラムＰｍ、ＰｉおよびデータＤｒ、Ｄｍの内容は後述する。通信部９３は、外部装置との通信機能を担当する。

撮像制御部９４は、撮像ユニット４を用いて、対象物Ｊの表面の三次元形状を計測する。具体的には、撮像制御部９４は、プロジェクタ４２から支持テーブル２上の対象物Ｊへ向けてパターンを照射しつつ撮像範囲Ｆ内の対象物Ｊをカメラ４１により撮像することで、パターンが照射された対象物Ｊを撮像して画像Ｍを取得する。かかる画像Ｍには、対象物Ｊの表面の三次元形状に応じて変形したパターンが含まれる。また、演算部９１は、上記の計測プログラムＰｍを実行することで、その内部にデータ生成部９１１を展開する。そして、データ生成部９１１は、撮像制御部９４により取得された画像Ｍに基づき、対象物Ｊの三次元形状を示す点群データを生成する。なお、パターンを照射しつつ対象物Ｊを撮像した画像に基づき対象物Ｊの三次元形状を計測する具体的手法は、位相シフト法および空間コード化法等の種々の方法を用いることができる。

図３は対象物の三次元形状を計測する計測処理の一例を示すフローチャートである。同図のフローチャートのうち、ステップＳ１０１～Ｓ１０３は撮像制御部９４の制御により実行され、ステップＳ１０４はデータ生成部９１１の演算により実行される。計測処理では、カメラ４１の光軸Ａの方向から見て、撮像ユニット４の撮像範囲Ｆに支持テーブル２上の対象物Ｊを収めた状態で、プロジェクタ４２から支持テーブル２上の対象物Ｊにパターンが投影され（ステップＳ１０１）、パターンが投影された対象物Ｊがカメラ４１により撮像される（ステップＳ１０２）。そして、互いに異なる複数のパターンの全てについて撮像が完了したかが確認される（ステップＳ１０３）。全パターンの撮像が完了していない場合（ステップＳ１０３で「ＮＯ」の場合）には、対象物Ｊに投影するパターンを変更しつつ、ステップＳ１０１、Ｓ１０２が再実行される。一方、全パターンの撮像が完了している場合（ステップＳ１０３で「ＹＥＳ」の場合）には、これらのパターンのそれぞれを含む複数の画像Ｍに基づき、対象物Ｊの表面の三次元形状を示す点群データが作成され（ステップＳ１０４）、計測データＤｍとして記憶部９２に記憶される。つまり、計測データＤｍは、計測処理で計測された対象物Ｊの表面の三次元形状を示す点群データである。

また、図２に示すコントローラ９は、この計測データＤｍに基づき、対象物Ｊの表面に打痕等の形状欠陥が存在するか否かを判定する検査処理を実行する。具体的には、上記の検査プログラムＰｉは検査処理の内容を規定しており、演算部９１は検査プログラムＰｉを実行することで、検査処理に要する演算を担う差分算出部９１２および良否判定部９１３をその内部に展開する。また、記憶部９２には、検査処理で使用される良品データＤｒが予め保存されている。この良品データＤｒは、形状欠陥を有さない対象物Ｊである良品の表面の三次元形状を示す点群データである。かかる良品データＤｒは、良品に対して計測処理を実行することで得られた点群データでも良いし、対象物ＪのＣＡＤ(Computer-Aided Design)データに基づき生成されたものでも良い。

図４は良品データおよび計測データそれぞれの一例を模式的に示す図である。良品データＤｒが示す対象物Ｊの表面の三次元形状Ｓｒ（「良品三次元形状Ｓｒ」と適宜称する）は、Ｙ軸方向に延設された長方形状の平板の上部をＹ軸方向に平行に切り欠いた外形を有する。この良品データＤｒは、各ＸＹ座標における良品三次元形状ＳｒのＺ軸方向への位置を示す。一方、計測データＤｍが示す計測された対象物Ｊの表面の三次元形状Ｓｍ（「計測三次元形状Ｓｍ」と適宜称する）は、良品データＤｒが示す三次元形状Ｓｒの上面で凹部Ｃが上方へ開口する外形を有する。この計測データＤｍは、各ＸＹ座標における計測三次元形状ＳｍのＺ軸方向への位置を示す。なお、同図に示す対象物Ｊは一例に過ぎず、以下に説明する検査処理の適用対象が同図の例に限られないことは言うまでもない。

図５は対象物における形状欠陥の有無を検査する検査処理の一例を示すフローチャートであり、図６および図７Ａ～図７Ｄは図５に示す検査処理での演算内容を模式的に示す図である。この検査処理は、カメラ４１に対向する対象物Ｊの比較的平坦な上面における打痕の有無を検査する。

ステップＳ２０１では、差分算出部９１２は、良品データＤｒと計測データＤｍとのデータマッチングを実行する。このデータマッチングは、図７Ａに示すように、良品三次元形状Ｓｒおよび計測三次元形状Ｓｍそれぞれの対応点（すなわち、同一の位置を表す点）を一致させることで、これら三次元形状Ｓｒ、Ｓｍの位置合わせを実行する演算処理である。

ステップＳ２０２では、差分算出部９１２は、位置合わせされた三次元形状Ｓｒ、Ｓｍの壁面領域Ｒｗに対してマスクを設定する。かかるマスクの設定は、良品三次元形状Ｓｒにおける壁面領域Ｒｗの存在範囲の特定と、当該壁面領域Ｒｗへのマスクの設定との二段階で実行される。図６に示すように、壁面領域Ｒｗは、それとＺ軸方向との間の鋭角θａが所定鋭角θｂ（所定角）より小さい領域、あるいはＺ軸方向に平行な領域である。良品三次元形状Ｓｒの各点での傾きは、例えば当該各点での勾配を算出することで求められる。また、所定鋭角θｂは、検査プログラムＰｉに規定されていても良いし、ユーザにより設定されても良い。

差分算出部９１２は、かかる壁面領域Ｒｗを良品三次元形状Ｓｒから探索することで、壁面領域Ｒｗの存在範囲を特定する。そして、差分算出部９１２は、位置合わせされた三次元形状Ｓｒ、Ｓｍにおける壁面領域Ｒｗの存在範囲にマスクを設定する。その結果、図７Ｂに示すように、斜線のハッチングが付された壁面領域Ｒｗにマスクが設定され、以後の演算の対象から、壁面領域Ｒｗが除外される。その結果、位置合わせされた三次元形状Ｓｒ、Ｓｍのうち、比較的平坦な（換言すれば、ＸＹ平面に平行な）平坦領域Ｒｆが抽出される。

ステップＳ２０３では、差分算出部９１２は、位置合わせされた良品三次元形状Ｓｒの平坦領域Ｒｆと計測三次元形状Ｓｍの平坦領域ＲｆとのＺ軸方向における位置の差を各ＸＹ座標について算出する。こうして、計測データＤｍが示す対象物Ｊの表面の位置と、良品データＤｒが示す良品の表面の位置とのＺ軸方向の差分が求められる。かかる差分は、Ｚ軸方向に直交するＸＹ平面に比較的平行な範囲で概ねゼロとなる一方、良品データＤｒが示す良品に存在せずに計測データＤｍが示す対象物Ｊに存在する凹部Ｃにおいて大きくなる。その結果、図７Ｃに示すように、３個の凹部Ｃを顕在化した差分画像Ｍｃが得られる。

ステップＳ２０４では、良否判定部９１３は、差分の大きさが所定値以上である画素を抽出する。このステップＳ２０４は、差分画像Ｍｃのうちから平坦な領域を除外して、凹部Ｃに係る画素を抽出する目的で実行される。

ステップＳ２０５では、良否判定部９１３は、ステップＳ２０４で抽出された画素を連結して連結領域Ｒｃを設定する。これはＸＹ座標において隣接する画素を関連付けることで、同一の凹部Ｃに属する画素を関連付ける一方、異なる凹部Ｃに属する画素を区別する目的で実行される。したがって、図７Ｃの例では、３個の凹部Ｃのそれぞれに連結領域Ｒｃが設定されることとなる。

ステップＳ２０６では、良否判定部９１３は、ＸＹ平面において所定面積以上の面積を有する連結領域Ｒｃを候補領域Ｒｐとして抽出する。図７Ｃの例では、３個の連結領域Ｒｃのうち、２個の連結領域Ｒｃが候補領域Ｒｐ１、Ｒｐ２として抽出される。

続いて、良否判定部９１３は、候補領域Ｒｐ１、Ｒｐ２を識別する識別番号Ｉをゼロにリセットし（ステップＳ２０７）、識別番号Ｉをインクリメントする（ステップＳ２０８）。これによって、候補領域Ｒｐ１が以後のステップの実行対象に設定される。

ステップＳ２０９では、良否判定部９１３は、図７Ｄの「Ｒｐ１」の欄に示すように、差分画像Ｍｃにおける候補領域Ｒｐ１の周縁領域をＺ軸方向に直交する平面で近似した基準平面Ｌを候補領域Ｒｐ１に設定する。かかる平面近似は、例えば最小自乗法により実行できる。そして、ステップＳ２１０では、良否判定部９１３は、Ｚ軸方向において候補領域Ｒｐ１が基準平面Ｌから最も離れる位置Ｖ１（換言すればピーク）での基準平面Ｌからの距離Ｚ１が、閾値Ｚｔ以上であるかを判定する。ここでは、距離Ｚ１が閾値Ｚｔ未満であるため、良否判定部９１３は、ステップＳ２１０で「ＮＯ」と判定し、ステップＳ２１１に進む。

ステップＳ２１１では、識別番号Ｉが候補領域Ｒｐの個数Ｉｘ（＝２）に等しいかが判定される。ここでは、識別番号Ｉが「１」であるため、ステップＳ２１１で「ＮＯ」と判定される。その結果、ステップＳ２０８に戻って識別番号Ｉがインクリメントされる。これによって、候補領域Ｒｐ２が以後のステップの実行対象に設定される。

ステップＳ２０９では、良否判定部９１３は、図７Ｄの「Ｒｐ２」の欄に示すように、差分画像Ｍｃにおける候補領域Ｒｐ２の周縁領域をＺ軸方向に直交する平面で近似した基準平面Ｌを候補領域Ｒｐ２に設定する。そして、ステップＳ２１０では、良否判定部９１３は、Ｚ軸方向において候補領域Ｒｐ２が基準平面Ｌから最も離れる位置Ｖ２（換言すればピーク）での基準平面Ｌからの距離Ｚ２が、閾値Ｚｔ以上であるかを判定する。ここでは、距離Ｚ２が閾値Ｚｔ以上であるため、良否判定部９１３は、ステップＳ２１０で「ＹＥＳ」と判定し、候補領域Ｒｐ１に不良形状（打痕）が存在するとして不良判定を行う（ステップＳ２１２）。

ちなみに、ステップＳ２０６で抽出された全ての候補領域Ｒｐについて、ステップＳ２１０で「ＮＯ」と判定された場合には、良否判定部９１３は、対象物Ｊに不良形状は存在しないとして、良品判定を行う（ステップＳ２１３）。

以上に説明した実施形態では、対象物Ｊの表面の三次元形状Ｓｍを計測した結果である計測データＤｍと、形状欠陥を有さない良品の表面の三次元形状Ｓｒを示す良品データＤｒとを比較する（ステップＳ２０１、Ｓ２０３）。これによって、計測データＤｍが示す対象物Ｊの表面の位置と、良品データＤｒが示す良品の表面の位置とのＺ軸方向への差分が求められ（ステップＳ２０３）、かかる差分に基づき、対象物Ｊにおける形状欠陥の有無が判定される（ステップＳ２１０）。つまり、計測データＤｍと良品データＤｒとの間に生じるＺ軸方向への差分に基づき形状欠陥の有無が判定される。この際、良品データＤｒが示す良品の表面のうち、Ｚ軸方向に対して成す鋭角θａが所定鋭角θｂより小さいあるいはＺ軸方向に平行な壁面領域Ｒｗを除いた平坦領域Ｒｆにおける差分に基づき、対象物Ｊにおける形状欠陥の有無が判定される（ステップＳ２０２、Ｓ２０３、Ｓ２１０）。したがって、対象物Ｊに本来存在する壁面と区別して、形状欠陥の有無を的確に判定することが可能となっている。

また、差分算出部９１２は、壁面領域Ｒｗについては差分を算出せず、平坦領域Ｒｆについて差分を算出する（ステップＳ２０２、Ｓ２０３）。これによって、差分算出部９１２の演算量を抑制しつつ、形状欠陥の有無を判定するのに要する差分（すなわち、平坦領域Ｒｆでの差分）を算出することができる。

また、良否判定部９１３は、平坦領域Ｒｆのうち、Ｚ軸方向における差分の大きさが所定値未満である領域を形状欠陥の有無の判定対象から除外する（ステップＳ２０４）。かかる構成では、形状欠陥の有無の判定対象を比較的大きな差分が表れる領域に絞り込んで、形状欠陥の有無を的確に判定することができる。

また、良否判定部９１３は、平坦領域Ｒｆにおいて判定対象として残った連結領域Ｒｃのうち、Ｚ軸方向に直交するＸＹ平面における面積が所定面積未満である連結領域Ｒｃを判定対象からさらに除外する（ステップＳＳ２０６）。かかる構成では、形状欠陥の有無の判定対象を比較的大きな面積を有する連結領域Ｒｃに絞り込んで、形状欠陥の有無を的確に判定することができる。

また、良否判定部は、平坦領域Ｒｆのうち、判定対象として残った連結領域Ｒｃを候補領域Ｒｐ１、Ｒｐ２として抽出し（ステップＳ２０６）、候補領域Ｒｐ１、Ｒｐ２の周縁領域をＺ軸方向に直交するＸＹ平面で近似して基準平面Ｌを設定する。そして、Ｚ軸方向において候補領域Ｒｐ１、Ｒｐ２が基準平面Ｌから最も離れる位置Ｖ１、Ｖ２での基準平面Ｌからの距離Ｚ１、Ｚ２が閾値Ｚｔ以上である場合に、候補領域Ｒｐ１に形状欠陥が存在すると判定する。かかる構成では、候補領域Ｒｐ１、Ｒｐ２の周縁領域を近似する基準平面Ｌに基づき、候補領域Ｒｐ１、Ｒｐ２における形状欠陥の有無を的確に判定することができる。

以上に説明した実施形態では、三次元形状検査装置１が本発明の「三次元形状検査装置」の一例に相当し、コントローラ９が本発明の「コンピュータ」の一例に相当し、検査プログラムＰｉが本発明の「三次元形状検査プログラム」の一例に相当し、撮像ユニット４が本発明の「撮像ユニット」の一例に相当し、撮像制御部９４が本発明の「データ取得部」の一例に相当し、差分算出部９１２が本発明の「差分算出部」の一例に相当し、良否判定部９１３が本発明の「良否判定部」の一例に相当し、計測データＤｍが本発明の「計測データ」の一例に相当し、良品データＤｒが本発明の「良品データ」の一例に相当し、三次元形状Ｓｍ、Ｓｒが本発明の「三次元形状」の一例に相当し、Ｚ軸方向が本発明の「所定方向」の一例に相当し、壁面領域Ｒｗが本発明の「壁面領域」の一例に相当し、平坦領域Ｒｆが本発明の「対象領域」の一例に相当し、候補領域Ｒｐ１、Ｒｐ２が本発明の「候補領域」の一例に相当し、基準平面Ｌが本発明の「基準平面」の一例に相当する。

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、上述したとおり、図５の検査処理の適用対象は、上記の対象物Ｊに限られない。そこで、次に示すスパナを対象物Ｊとして検査処理を実行しても良い。

図８は検査処理の適用対象の異なる例としてスパナを示す図である。特に図８では、スパナに対して図５のステップＳ２０１～Ｓ２０３を実行することで求められた差分画像が示されている。この差分画像では、壁面領域Ｒｗが暗い灰色で示され、平坦領域Ｒｆがこれより明るい灰色で示されている。さらに、ステップＳ２０４～Ｓ２１２を実行することで検出された形状欠陥（打痕）に対して、白色の丸印が併せて示されている。なお、図５のフローチャートは、１個の形状欠陥が検出された時点で（ステップＳ２１０で「ＹＥＳ」）、不良判定を行って（ステップＳ２１２）、終了していたが、図８の例は、ステップＳ２１２の次にステップＳ２１１に進んで、全ての候補領域Ｒｐに対して良否判定を実行した結果に相当する。

ちなみに、図８のスパナのような対象物Ｊでは、例えば首の段差より左側の口の部分と、右側の柄の部分とでは、形状欠陥に対する許容度が異なる場合がある。そこで、段差左側の平坦領域Ｒｆ１と、段差右側の平坦領域Ｒｆ２とで、ステップＳ２１０で用いる閾値Ｚｔを異ならせても良い。この場合、良否判定部９１３は、平坦領域Ｒｆに含まれる複数の範囲Ｒｆ１、Ｒｆ２のそれぞれに対して異なる閾値Ｚｔを設定する。かかる構成では、ステップＳ２０９において、対象物Ｊの場所に応じた適切な閾値Ｚｔに基づき、形状欠陥の存在を的確に判定することができる。

また、図５のフローチャートのステップを適宜省略することもできる。例えば、ステップＳ２０４～Ｓ２０９を省略して、ステップＳ２０３で算出した差分画像に所定の閾値Ｚｔ以上の差分が存在する場合には、不良判定を行うように構成しても良い。

また、上記の例では、凹形状を有する形状欠陥について良否判定を行うが、凸形状を有する形状欠陥に対して良否判定を行うにあたって、図５の検査処理を同様に用いることができる。

また、検査処理を行う機能を、三次元形状検査装置１から独立させても良い。具体的には、撮像制御部９４および計測プログラムＰｍをコントローラ９から三次元形状検査装置１の別の演算装置に移設して、このコントローラ９を三次元形状検査装置１から独立させれば良い。あるいは、パーソナルコンピュータに検査プログラムＰｉをインストールすることで、三次元形状検査装置１から独立して検査処理を実行するコンピュータを実現できる。

また、撮像ユニット４の具体的構成、すなわちカメラ４１あるいはプロジェクタ４２の個数や配置には種々の態様がありうる。

また、撮像ユニット４は、パターンが投影された対象物Ｊを撮像するものに限られない。したがって、レーザ光を対象物Ｊに照射しつつ、対象物Ｊで反射されたレーザ光を固体撮像素子で検出した結果に基づき対象物Ｊの距離画像を撮像するように、撮像ユニット４を構成しても良い。

本発明は、対象物の三次元形状を計測する技術の全般に適用可能である。

１…三次元形状検査装置
４…撮像ユニット
９…コントローラ（コンピュータ）
９１２…差分算出部
９１３…良否判定部
９４…撮像制御部（データ取得部）
Ｄｍ…計測データ
Ｄｒ…良品データ
Ｌ…基準平面
Ｐｉ…検査プログラム（三次元形状検査プログラム）
Ｒｆ…平坦領域（対象領域）
Ｒｐ１、Ｒｐ２…候補領域
Ｒｗ…壁面領域
Ｓｍ、Ｓｒ…三次元形状
Ｚ…Ｚ軸方向（所定方向）

Claims (9)

1. 対象物を撮像する撮像ユニットと、
   前記撮像ユニットに前記対象物を撮像させた結果に基づき前記対象物の表面の三次元形状を計測して計測データを取得するデータ取得部と、
   前記計測データと、形状欠陥を有さない良品の表面の三次元形状を示す良品データとを比較することで、前記計測データが示す前記対象物の表面の位置と、前記良品データが示す前記良品の表面の位置との所定方向への差分を求める差分算出部と、
   前記良品データが示す前記良品の表面のうち、前記所定方向に対して成す鋭角が所定角より小さいあるいは所定方向に平行な壁面領域を除いた対象領域における前記差分に基づき、前記対象物における前記形状欠陥の有無を判定する良否判定部と
   を備え、
   前記差分算出部は、前記良品データが示す三次元形状と前記計測データが示す三次元形状との位置合わせを実行するデータマッチングを行った後に、前記良品データが示す三次元形状における前記壁面領域および前記計測データが示す三次元形状における前記壁面領域にマスクを設定して前記対象領域を抽出し、前記対象領域における前記差分を求める三次元形状検査装置。
2. 前記差分算出部は、前記壁面領域については前記差分を算出せず、前記対象領域について前記差分を算出する請求項１に記載の三次元形状検査装置。
3. 前記良否判定部は、前記対象領域のうち、前記所定方向における前記差分の大きさが所定値未満である領域を前記形状欠陥の有無の判定対象から除外する請求項１または２に記載の三次元形状検査装置。
4. 前記良否判定部は、前記対象領域において前記判定対象として残った領域のうち、前記所定方向に直交する平面における面積が所定面積未満である領域を前記判定対象からさらに除外する請求項３に記載の三次元形状検査装置。
5. 前記良否判定部は、前記対象領域のうち、前記判定対象として残った領域を候補領域として抽出し、前記候補領域の周縁の領域を前記所定方向に直交する平面で近似して基準平面を設定し、前記所定方向において前記候補領域が前記基準平面から最も離れる位置での前記基準平面からの距離が閾値以上である場合に、前記候補領域に前記形状欠陥が存在すると判定する請求項３または４に記載の三次元形状検査装置。
6. 前記良否判定部は、前記対象領域に含まれる複数の範囲のそれぞれに対して異なる前記閾値を設定する請求項５に記載の三次元形状検査装置。
7. 対象物の表面の三次元形状を計測した結果である計測データと、形状欠陥を有さない良品の表面の三次元形状を示す良品データとを比較することで、前記計測データが示す前記対象物の表面の位置と、前記良品データが示す前記良品の表面の位置との所定方向への差分を求める工程と、
   前記良品データが示す前記良品の表面のうち、前記所定方向に対して成す鋭角が所定角より小さいあるいは所定方向に平行な壁面領域を除いた対象領域における前記差分に基づき、前記対象物における前記形状欠陥の有無を判定する工程と
   を備え、
   前記差分を求める工程では、前記良品データが示す三次元形状と前記計測データが示す三次元形状との位置合わせを実行するデータマッチングを行った後に、前記良品データが示す三次元形状における前記壁面領域および前記計測データが示す三次元形状における前記壁面領域にマスクを設定して前記対象領域を抽出し、前記対象領域における前記差分を求める三次元形状検査方法。
8. 対象物の表面の三次元形状を計測した結果である計測データと、形状欠陥を有さない良品の表面の三次元形状を示す良品データとを比較することで、前記計測データが示す前記対象物の表面の位置と、前記良品データが示す前記良品の表面の位置との所定方向への差分を求める工程と、
   前記良品データが示す前記良品の表面のうち、前記所定方向に対して成す鋭角が所定角より小さいあるいは所定方向に平行な壁面領域を除いた対象領域における前記差分に基づき、前記対象物における前記形状欠陥の有無を判定する工程と
   をコンピュータに実行させ、
   前記差分を求める工程では、前記良品データが示す三次元形状と前記計測データが示す三次元形状との位置合わせを実行するデータマッチングを行った後に、前記良品データが示す三次元形状における前記壁面領域および前記計測データが示す三次元形状における前記壁面領域にマスクを設定して前記対象領域を抽出し、前記対象領域における前記差分を求める工程を前記コンピュータに実行させる三次元形状検査プログラム。
9. 請求項８に記載の三次元形状検査プログラムを実行するコンピュータ。
   

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