[发明专利]三维几何形状测量设备和三维几何形状测量方法

说明书

本发明提供三维几何形状测量设备和三维几何形状测量方法。三维几何形状测量设备包括：投影部(1)，用于将投影图像投影到待测量对象上；摄像部(2)，用于通过拍摄投影有所述投影图像的待测量对象生成拍摄图像；关系识别部(302)，用于识别与拍摄像素位置具有对应关系的投影像素位置；以及不良像素判断部(303)，用于基于从投影部(1)开始并通过投影像素位置处的像素的投影光束与从摄像部(2)开始并通过具有所述对应关系的拍摄像素位置处的像素的拍摄光束之间的位置关系来判断拍摄像素位置处的像素是否是不良像素。

技术领域

本发明涉及用于测量待测量对象的三维几何形状的三维几何形状测量设备和三维几何形状测量方法。

背景技术

用于在不进行任何接触的情况下测量待测量对象的方法可以分为两种：诸如立体法等的无源技术；以及诸如三角测量法、飞行时间法和共焦法等的有源技术。其中，在诸如产品质量管理和逆向工程等的各个领域中三角测量法的使用正在增加。

光图案投影法使用三角测量法的原理，并且通过将条纹图案从投影仪投影到待测量对象上以及然后通过利用照相机拍摄沿着待测量对象的几何形状改变的图案来进行三维(3D)几何形状测量。日本特开2009-094295公开了用于基于通过在线状光投影到电子组件上时对光学切割线进行摄像而获得的拍摄图像来测量电子组件的高度的测量设备。

由于光图案投影法能够在将包括多个条纹图案的图像投影到待测量对象上的情况下一次测量较大的面积，所以使得能够更快地测量3D几何形状。

发明内容

发明要解决的问题

在光图案投影法中，当待测量对象的表面光泽时，发生多重反射，即，来自投影仪的投影光从待测量对象的表面重复反射。由于多重反射，存在测量精度降低的问题。

作为防止多重反射的方法，已经采用了在待测量对象的表面上施加抗多重反射喷雾的方法以及将来自投影仪的投影光的一部分在其光路中切割的遮蔽物等。然而，在将抗多重反射喷雾施加到待测量对象表面上的方法中，存在的问题是用于冲洗的工时数增加。存在的另一问题是在需要保持高度清洁的环境中不能施加抗多重反射喷雾。

此外，在使用遮蔽物的方法中，由于需要增加向待测量对象投影图案的次数以切割来自投影仪的投影光的一部分，因此存在测量时间增加的问题。此外，在该方法中，存在的另一问题是需要针对各个待测量对象创建不同的遮蔽物。除了多重反射之外，例如，还存在由于在待测量对象的边缘处或在亮度改变大的位置处的摄像系统的模糊而导致测量精度降低的另一问题。

本发明着眼于这些点，并且本发明的目的是提供能够防止因多重反射、或摄像系统的模糊等导致的测量精度的降低的三维几何形状测量设备和三维几何形状测量方法。

用于解决问题的方案

根据本发明的第一方面的三维几何形状测量设备是用于通过将包括亮度根据位置而改变的光图案的投影图像投影到待测量对象上来测量所述待测量对象的三维几何形状的三维几何形状测量设备，并且包括：投影部，用于将所述投影图像投影到所述待测量对象上；摄像部，用于通过拍摄投影有所述投影图像的所述待测量对象来生成拍摄图像；关系识别部，用于识别与作为所述拍摄图像的像素位置的拍摄像素位置具有对应关系的作为所述投影图像的像素位置的投影像素位置；以及不良像素判断部，用于基于(i)从所述投影部开始并且通过所述投影像素位置处的像素的投影光束与(ii)从所述摄像部开始并且通过与所述投影像素位置具有对应关系的所述拍摄像素位置处的像素的拍摄光束之间的位置关系，来判断所述拍摄像素位置处的像素是否是不良像素。所述三维几何形状测量设备还可以包括：几何形状识别部，用于基于排除被所述不良像素判断部判断为不良像素的像素的位置的拍摄像素位置的像素值，来识别所述待测量对象的三维几何形状。