CN115200499A - 三维形状测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种形状测量设备，其包括台架、光投射部、光接收部和旋转单元。旋转单元附接到台架的端部。旋转单元在保持测量对象的同时使测量对象围绕垂直相交的旋转轴旋转。在测量对象处于预定旋转角位置的状态下，图案光在相移的同时从光投射部向测量对象多次发射。此时，光接收部拍摄测量对象的图像。基于通过摄像获得的多个图像数据来生成三维形状数据。

Description

三维形状测量设备

技术领域

本发明涉及一种光学测量测量对象的三维形状的三维形状测量设备。

背景技术

三维形状测量设备用于测量测量对象的三维形状。作为三维形状测量设备的示例，在JP 2014 055814 A中公开的形状测量设备中，具有多个图案的多个测量光从光投射部自测量对象的斜上方的位置顺次地发射到放置在台架中的测量对象。在用各个测量光照射时，由布置在台架上方的光接收部拍摄测量对象的图像。结果，获取测量光的图案被投射在其上的多个图像。基于获取的多个图像通过三角测量方法生成指示测量对象的三维形状的数据。

台架被配置为使得放置测量对象的放置面可在平行于放置面的X方向和Y方向上移动，并且可围绕与放置面正交的轴旋转。

因此，用户可以通过在测量对象放置在台架中时移动或旋转放置面来测量测量对象的期望部分的形状。

在通过三角测量方法的形状测量方法中，不可能测量测量对象的表面的盲点部分(即，在测量对象的表面中不能用测量光照射的部分和在测量对象的表面中不能拍摄图像的部分)的形状。

在该形状测量设备中，台架上的测量对象位于光投射部和光接收部下方。因此，测量对象的面朝下的部分是盲点。因此，即使台架上的测量对象移动或旋转，也不能从盲点移除测量对象的表面的特定部分。在这种情况下，可以测量测量对象的形状的部分是有限的。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在测量对象的表面上的宽范围内测量形状的三维形状测量设备。

(1)根据本发明的三维形状测量设备包括：台架，其具有上表面，在所述上表面上能够放置测量对象；投射部，其被配置为在使具有周期性图案的图案光的相位偏移的同时，利用所述图案光从斜上方的位置多次照射所述测量对象；照相机，其具有与所述台架的所述上表面正交的光轴，通过远心光学系统来接收在从所述投射部利用所述图案光多次照射所述测量对象的情况下从所述测量对象所反射的图案光，并且多次拍摄所述测量对象的图像以生成多个图像数据；旋转单元，其被配置为包括用于保持所述测量对象的保持部和用于使所述保持部围绕与所述照相机的光轴相交的旋转轴旋转的旋转驱动部，所述旋转单元附接到所述台架的端部；输入部，其被配置为接收用户从第一控制模式和第二控制模式的选择，在所述第一控制模式中，在所述测量对象放置在所述台架的上表面中的状态下进行所述测量对象的测量，在所述第二控制模式中，在所述测量对象由所述旋转单元保持的状态下进行所述测量对象的测量；以及处理器，用于在选择所述第一控制模式的情况下，在所述测量对象放置在所述台架的上表面上的状态下控制所述投射部和所述照相机以生成多个图像数据，并且基于所述照相机所生成的多个图像数据来生成三维形状数据，以及在选择所述第二控制模式的情况下，在所述测量对象由所述旋转单元保持的状态下控制所述投射部、所述照相机和所述旋转单元以使所述测量对象围绕所述旋转轴旋转并生成多个图像数据，并且基于所述照相机所生成的多个图像数据来生成三维形状数据。

在三维形状测量设备中，在测量对象放置在台架的上表面上的状态下拍摄测量对象的图像。可替代地，在测量对象由旋转单元保持的状态下，拍摄围绕与照相机的光轴相交的旋转轴旋转的测量对象的图像。基于通过摄像获得的多个图像数据来生成测量对象的三维形状数据。

在这种情况下，用户可以将测量对象放置在台架的上表面上或者通过旋转单元旋转测量对象，使得图案光入射在测量对象中的期望部分的形状上。结果，可以在测量对象的表面上的宽范围内测量形状。

(2)所述三维形状测量设备还包括：第一驱动部，其被配置为在与所述照相机的光轴正交的平面方向上相对于所述照相机移动所述台架。所述处理器可以被配置为能够执行：第一合成处理，用于在所述测量对象放置在所述台架上的状态下或者在所述测量对象由所述旋转单元保持的状态下控制所述第一驱动部使得所述测量对象和所述照相机被布置在所述平面方向上彼此不同的多个位置处，控制所述投射部和所述照相机以生成分别与所述多个位置相对应的多个第一三维形状数据，并且合成所生成的多个第一三维形状数据；第二合成处理，用于在所述测量对象由所述旋转单元保持的状态下控制所述旋转单元使得所述测量对象围绕所述旋转轴旋转，控制所述投射部和所述照相机使得生成分别与围绕所述旋转轴彼此不同的多个旋转角度相对应的多个第二三维形状数据，并且合成所生成的多个第二三维形状数据；以及第三合成处理，用于控制所述第一驱动部、所述旋转单元、所述投射部和所述照相机以生成所述多个第一三维形状数据和所述多个第二三维形状数据，并且合成所生成的多个第一三维形状数据和所生成的多个第二三维形状数据。这使得可以在超过照相机的摄像区域的宽范围内测量测量对象的形状。

(3)所述三维形状测量设备还包括：第二驱动部，其被配置为在所述照相机的光轴的方向上相对于所述照相机移动所述台架。所述旋转轴可以位于所述台架的上表面上方。所述旋转轴和所述照相机的光轴可以彼此正交。所述第二驱动部可以被配置为能够在所述照相机的光轴的方向上在从所述台架的上表面到所述旋转轴的第一可移动范围内移动所述照相机的焦点。在这种情况下，可以在摄像单元的光轴的方向上的第一可移动范围内测量测量对象的形状。

(4)所述旋转轴可以平行于所述台架的上表面。在所述照相机的光轴的方向上从所述台架的上表面到所述旋转轴的距离被定义为基准距离的情况下，所述第二驱动部可以被配置为能够在直到所述照相机的光轴的方向上与所述台架的上表面向上分离了所述基准距离两倍的距离的位置为止的第二可移动范围内移动所述照相机的焦点。在这种情况下，可以在照相机的光轴方向上的第二可移动范围内测量测量对象的形状。

(5)所述三维形状测量设备还包括：第二驱动部，其被配置为在所述照相机的光轴的方向上相对于所述照相机移动所述台架。所述处理器可以被配置为能够执行：第四合成处理，用于在所述测量对象放置在所述台架上的状态下或者在所述测量对象由所述旋转单元保持的状态下控制所述第二驱动部使得所述测量对象和所述照相机的焦点布置在所述照相机的光轴的方向上彼此不同的多个位置处，控制所述投射部和所述照相机以生成与所述多个位置相对应的多个第三三维形状数据，并且合成所生成的多个第三三维形状数据。在这种情况下，可以在照相机的光轴的方向上的超过照相机的景深的宽范围内测量测量对象的形状。

(6)在所述测量对象由所述旋转单元保持的状态下所述测量对象以多个不同旋转角度顺次地旋转的情况下，所述处理器可以针对各个旋转角度确定所述光轴的方向上的多个位置，使得所述照相机的焦点与所述测量对象中的由所述照相机拍摄图像的多个部分匹配。

在这种情况下，当测量对象以多个不同的旋转角度顺次旋转时，针对布置在照相机的摄像区域中的测量对象的各个部分确定照相机应该聚焦的多个位置。因此，扩展了可以测量表面中的测量对象的形状的区域。

(7)所述输入部还能够接受用户从旋转合成模式和单角度测量模式的选择作为所述第二控制模式。所述处理器可以被配置为：在选择所述旋转合成模式的情况下，生成分别与多个不同旋转角度相对应的多个第二三维形状数据，并且通过所述第二合成处理来合成所述多个第二三维形状数据；以及在选择所述单角度测量模式的情况下，控制所述投射部、所述照相机和所述旋转单元以生成与一个旋转角度相对应的三维形状数据。在这种情况下，用户能够以期望的方式获取测量对象的形状的三维形状数据。

(8)所述输入部还能够接受用户从全周合成模式和部分合成模式中的选择作为所述第二控制模式，并且在选择所述部分合成模式的情况下，接受对所述测量对象围绕所述旋转轴旋转的角范围的指定。所述处理器可以被配置为：在选择所述全周合成模式的情况下，控制所述投射部、所述照相机和所述旋转单元以在围绕所述旋转轴的整周上生成多个第二三维形状数据，并且通过所述第二合成处理来合成在围绕所述旋转轴的整周上生成的多个第二三维形状数据；以及在选择所述部分合成模式的情况下，控制所述投射部、所述照相机和所述旋转单元以在围绕所述旋转轴的角范围内生成多个第二三维形状数据，并且通过所述第二合成处理来合成在围绕所述旋转轴的角范围内生成的多个第二三维形状数据。在这种情况下，用户能够以期望的方式获取测量对象的形状的三维形状数据。

(9)所述投射部可以包括第一光投射设备和第二光投射设备，所述第一光投射设备和所述第二光投射设备布置在X轴的方向上并且相对于与所述X轴正交的Z轴对称地设置。所述第一光投射设备和所述第二光投射设备各自可以具有与Y轴正交的光轴，并且所述第一光投射设备和所述第二光投射设备各自沿着所述光投射设备的光轴朝向所述照相机的光轴发射图案光，其中所述Y轴与所述X轴正交并且相对于所述X轴和所述Z轴以预定角度倾斜。所述旋转单元可以以在所述台架相对于所述照相机处于预定基准位置的情况下布置在与如下空间偏离的位置处的方式附接到所述台架，其中在该空间中，利用所述第一光投射设备的图案光的照射区域、利用所述第二光投射设备的图案光的照射区域和所述照相机的摄像区域重叠。

在这种情况下，由于旋转单元不位于利用第一光投射设备的图案光的照射区域、利用第二光投射设备的图案光的照射区域和照相机的摄像区域重叠的空间中，因此防止了测量对象的可测量范围受到旋转单元的限制。根据上述结构，图案光可以沿着彼此不同的两个方向发射到测量对象。结果，可以扩展在测量对象的表面中用图案光照射的范围。因此，可以在布置在测量空间中的测量对象的表面的宽范围上以高精度生成三维形状数据。

(10)所述旋转单元可以被配置为能够附接到所述台架并且能够从所述台架拆卸。结果，可以根据需要扩大或缩小放置测量对象的区域，从而提高了三维形状测量的便利性。

(11)所述台架可以包括能够向所述旋转单元供应电力的供电部。所述旋转单元还可以包括：电源部，其被配置为操作所述旋转驱动部；以及线缆，其被设置成从所述电源部延伸并且具有能够连接到所述电源部的连接部。在所述连接部连接到所述电源部的情况下，所述旋转驱动部可以基于从所述供电部供应到所述电源部的电力进行操作。

在这种情况下，当旋转单元附接到台架时，从旋转单元延伸的线缆连接到台架的供电部。因此，不需要将用于操作旋转单元的线缆布线到与三维形状测量设备分离的位置。当旋转单元附接到台架时，旋转单元与台架一体地使用。结果，在旋转单元的使用期间的三维形状测量设备的可操作性得到改善。

(12)所述保持部可以被配置为能够以悬臂方式保持所述测量对象。在这种情况下，由于以悬臂方式保持测量对象，因此可以减少由保持部保持的测量对象的部分。结果，可以减少测量对象的表面中的不可测量部分。

(13)所述保持部可以包括：旋转基座，其被配置为通过所述旋转驱动部旋转；以及第一杆状构件和第二杆状构件，其被配置为在所述旋转轴的方向上从所述旋转基座延伸。在这种情况下，通过用第一杆状构件和第二杆状构件保持测量对象，可以使测量对象围绕旋转轴旋转。

(14)所述处理器可以被配置为能够执行：附接和拆卸判断处理，用于判断所述旋转单元是否附接到所述台架；以及附接和拆卸状态呈现处理，用于呈现所述附接和拆卸判断处理的判断结果。在这种情况下，用户可以容易地掌握旋转单元是否附接到台架。

(15)所述旋转单元可以被配置为能够附接到所述台架以及能够从所述台架拆卸。所述三维形状测量设备还包括：驱动部，其被配置为在与所述照相机的光轴正交的方向上相对于所述照相机移动所述台架。所述处理器可以在所述旋转单元附接到所述台架的情况下使显示设备显示第一用户界面，并且在所述旋转单元未附接到所述台架的情况下使所述显示设备显示第二用户界面，其中所述第一用户界面用于设置与所述驱动部的相对移动操作和所述旋转单元对所述测量对象的旋转操作有关的操作条件，所述第二用户界面用于设置仅与相对移动操作和旋转操作中的相对移动操作有关的操作条件。

在这种情况下，显示设备根据旋转单元是否附接到台架来显示第一用户界面和第二用户界面。因此，用户可以容易地掌握旋转单元是否附接到台架。此外，可以根据旋转单元是否附接到台架来容易地掌握操作条件的设置内容。

根据本发明，可以在测量对象的表面上的更宽范围内测量形状。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施例的形状测量设备的结构的框图；

图2是示出图1的形状测量设备的测量部的结构的示意图；

图3是图1的形状测量设备的测量部的外部透视图；

图4A至4C是用于说明旋转单元的结构以及旋转单元与台架的附接和拆卸的图；

图5是用于说明保持部的结构的细节的外部透视图；

图6是用于说明保持部的结构的细节的外部透视图；

图7是用于说明保持部的结构的细节的外部透视图；

图8是用于说明图1的台架的Z方向上的优选可移动行程范围的图；

图9是用于说明图1的台架的Z方向上的优选可移动行程范围的图；

图10是用于说明图1的台架的Z方向上的优选可移动行程范围的图；

图11是用于说明三角测量方法的原理的图；

图12A至12H是用于说明通过在X、Y方向上移动台架的上表面来生成多个三维形状数据的示例的图；

图13A至13D是用于说明通过在Z方向上移动台架的上表面来生成多个三维形状数据的示例的图；

图14A至14F是用于说明通过使用旋转单元使测量对象围绕旋转轴旋转来生成多个三维形状数据的示例的图；

图15A至15C是用于说明第一校准功能的图；

图16A至16C是用于说明第二校准功能的图；

图17是用于说明仅使用第二标记物的位置处的旋转轴的偏差来校正三维形状数据的情况的示例的图；

图18A至18C是用于说明第三校准功能的图；

图19是示出使用图1的形状测量设备的测量对象的形状测量过程的流程图；

图20是示出使用图1的形状测量设备的测量对象的形状测量过程的流程图；

图21是示出用于进行伴随旋转的测量对象的形状测量的测量区域的设置过程的流程图；

图22是示出当在旋转单元未附接到台架的状态下开启形状测量设备的电源时在显示部中显示的测量基本画面的示例的图；

图23是示出当操作图22的区域设置按钮时在显示部中显示的区域设置画面的示例的图；

图24是示出在旋转单元附接到台架的状态下在显示部中显示的测量基本画面的示例的图；

图25A至25J是用于说明响应于图24的部分箱按钮的操作而执行的形状测量设备的操作的图；

图26是示出当操作图24的部分箱按钮时在显示部中显示的区域设置画面的示例的图；

图27是示出通过操作图24的框整周按钮而在显示部中显示的区域设置画面的示例的图；

图28是示出当操作图24的轴按钮时在显示部中显示的区域设置画面的示例的图；

图29是示出当操作图24的旋转细节按钮时在显示部中显示的辅显示区域的示例的图；

图30是示出当操作图26至图28的编辑按钮时在显示部中显示的辅显示区域的示例的图；

图31是示出当图30的第一校准复选框被选中时在显示部中显示的区域设置画面的示例的图；

图32是示出当图30的第二校准复选框被选中时在显示部中显示的区域设置画面的示例的图；

图33是示出当图32的标记物反转复选框被选中时在显示部中显示的区域设置画面的示例的图；

图34是示出在设置了针对第一标记物和第二标记物的新测量区域的状态下在显示部中显示的区域设置画面的示例的图；

图35是示出使用旋转单元的测量对象的形状测量的示例的外部透视图；

图36是示出基于通过图35的形状测量所获得的所有三维形状数据的三维形状图像的示例的图；

图37是通过从图36的三维形状图像中移除与台架的上表面相对应的三维形状图像而获得的图；

图38是示出图1的CPU的功能结构的框图；

图39是示出由CPU执行的形状测量处理的示例的流程图；

图40是示出由CPU执行的形状测量处理的示例的流程图；

图41是示出由CPU执行的测量区域设置处理的示例的流程图；

图42是示出由CPU执行的测量区域设置处理的示例的流程图；

图43是示出能够接受设置测量对象在Z方向上的测量范围的必要性的区域设置画面的示例的图；

图44是示出用于设置测量对象在Z方向上的测量范围的区域设置画面的示例的图；

图45A和45B是用于说明测量对象和台架之间的干扰判断功能的图；以及

图46A和46B是示出根据另一实施例的旋转单元的结构示例的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述根据本发明的实施例的三维形状测量设备。在以下描述中，三维形状测量设备缩写为形状测量设备。

[1]形状测量设备的结构

图1是示出根据本发明的实施例的形状测量设备的结构的框图。图2是示出图1的形状测量设备500的测量部的结构的示意图。图3是图1的形状测量设备500的测量部的外部透视图。

如图1所示，形状测量设备500包括测量部100、个人计算机(PC)200、控制部300和显示部400。测量部100例如是显微镜，并且包括多个光投射部110A和110B、光接收部120、照明光输出部130、台架140、控制板150和旋转单元190。如图2所示，光投射部110A和110B各自包括测量光源111、图案生成部112、多个透镜113、114和115、光圈116以及多个弯曲反射镜117和118。光接收部120包括多个照相机121A和121B、多个透镜122、123A和123B、半反射镜124以及光圈125A和125B。

在测量部100中，基于光投射部110A和110B与光接收部120之间的位置关系来确定可以测量测量对象S的形状的测量空间101。在图2和图3中，测量空间101由单点划线表示。台架140的上表面141s的一部分位于测量空间101中。测量对象S被放置在台架140的上表面141s上，或者测量对象S由稍后描述的旋转单元190保持，由此测量对象S被布置在测量空间101中。

这里，在图2和图3的测量部100中，将台架140的上表面141s中的彼此正交的两个方向定义为X方向和Y方向，并且分别由箭头X和Y指示。注意，X方向是平行于测量部100的前后方向的方向，并且Y方向是平行于测量部100的左右方向的方向。与台架140的上表面141s正交的方向被定义为Z方向，并且由箭头Z指示。

如图3所示，台架140设置在基座990上。提供支柱991以从基座990向上延伸。光学系统支撑件992附接到支柱991的上端部。光学系统支撑件992支撑光接收部120以位于台架140上方。另外，光学系统支撑件992支撑两个光投射部110A和110B以倾斜地位于台架140上方。两个光投射部110A和110B在X方向上并排布置。更具体地，两个光投射部110A和110B相对于包括光接收部120的光轴ROA并与X方向正交的平面对称地布置。两个光投射部110A和110B以及光接收部120以由光学系统支撑件992支撑的状态容纳在稍后将描述的头部壳体160(图8至图10)中。

光投射部110A和110B各自的测量光源111例如是发射白光的卤素灯。测量光源111可以是另一光源，诸如发射白光的白色LED(发光二极管)等。

如图2和图3所示，从测量光源111发射的光被透镜113适当地会聚，然后被弯曲反射镜117反射，并且入射到图案生成部112上。图案生成部112例如是数字微镜器件(DMD)。图案生成部112可以是透射式液晶显示器(LCD)、反射式LCD、硅基液晶(LCOS)或掩模。图案生成部112根据入射光来生成具有预先设置的用于形状测量的图案和预先设置的强度(亮度)的光束(在下文中称为图案光)，并且从图案发射表面112S(图3)发射所生成的图案光。

由图案生成部112发射的图案光被多个透镜114和115以及光圈116扩展，然后被弯曲反射镜118反射，并施加到台架140上的测量对象S。在该实施例中，双侧远心光学系统TT(图3)由多个透镜114和115以及光圈116构成。

在光接收部120中，由测量对象S在台架140上方反射的图案光入射在光接收部120的透镜122上。入射在透镜122上的图案光的一部分透射通过半反射镜124，由透镜123A和光圈125A会聚和成像，并由照相机121A接收。入射在透镜122上的图案光的其余部分被半反射镜124反射，被光接收部120的多个透镜123B和光圈125B会聚和成像，并被照相机121B接收。

在根据本实施例的光接收部120中，透镜122和123A以及光圈125A构成对应于照相机121A的一个双侧远心光学系统。另外，透镜122和123B以及光圈125B构成对应于照相机121B的另一双侧远心光学系统。

照相机121A和121B各自例如是包括摄像元件121a和透镜的电荷耦合器件(CCD)照相机。摄像元件121a例如是单色CCD(电荷耦合器件)。摄像元件121a可以是诸如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等的另一摄像元件。与接收光量相对应的模拟电信号(下文中称为光接收信号)从摄像元件121a的各个像素输出到控制板150(图1)。

在该示例中，照明光输出部130以时分方式向测量对象S发射具有红色波长的光、具有绿色波长的光和具有蓝色波长的光。根据该结构，使用单色CCD的光接收部120可以拍摄测量对象S的彩色图像。

注意，透镜123A的倍率低于透镜123B的倍率。可替代地，照相机121A的透镜的倍率低于照相机121B的透镜的倍率。因此，照相机121A用作低倍率照相机，并且照相机121B用作高倍率照相机。例如，用户可以通过操作稍后将描述的操作部250来选择低倍率照相机和高倍率照相机中的一个作为用于测量对象S的观看和形状测量的照相机。

未示出的A/D转换器(模拟/数字转换器)和先进先出(FIFO)存储器安装在控制板150上。从照相机121A和121B输出的光接收信号在控制部300的控制下以恒定的采样周期被采样并由控制板150的A/D转换器转换成数字信号。从A/D转换器输出的数字信号被顺次地累加在FIFO存储器中。在FIFO存储器中累积的数字信号作为像素数据被顺次地传送到PC200。

如图1所示，PC 200包括中央处理单元(CPU)210、只读存储器(ROM)220、工作存储器230、存储装置240和操作部250。另外，操作部250包括键盘及指示装置。作为指示装置，使用鼠标、操纵杆等。

ROM 220存储系统程序。工作存储器230包括随机存取存储器(RAM)并且用于处理各种类型的数据。存储装置240包括硬盘等。存储装置240存储用于测量测量对象S的形状的形状测量程序。存储装置240用于存储与测量对象S的形状测量有关的各种类型的数据。

CPU 210执行存储在存储装置240中的形状测量程序。因此，CPU 210基于从控制板150提供的像素数据生成图像数据。此外，CPU 210使用工作存储器230对所生成的图像数据进行各种处理，并在显示部400上显示基于图像数据的图像。此外，CPU 210将驱动脉冲提供给稍后描述的台架驱动部146和稍后描述的旋转驱动部192。稍后将描述由CPU 210执行形状测量程序表现出的特定功能。显示部400例如包括LCD面板或有机电致发光(EL)面板。

台架140包括XY台架141和Z台架142。XY台架141具有上表面141s，并且具有X方向移动机构和Y方向移动机构。X方向移动机构是用于使上表面141s在X方向上移动的机构。Y方向移动机构是用于使上表面141s在Y方向上移动的机构。Z台架142包括用于使上表面141s在Z方向上移动的Z方向移动机构。台架140可以包括θ台架或倾斜台架。θ台架例如是具有可绕与上表面141s正交的轴旋转的机构的台架。倾斜台架是具有能够相对于平行于上表面141s的轴倾斜的机构的台架。

这里，位于光接收部120的焦点处并垂直于光接收部120的光轴ROA的平面被称为光接收部120的焦平面。如图2和图3所示，光投射部110A和110B、光接收部120和台架140之间的相对位置关系被设置为使得光投射部110A的从光投射部110A朝向台架140的上表面141s延伸的光轴TOA1、光投射部110B的从光投射部110B朝向台架140的上表面141s延伸的光轴TOA2、以及光接收部120的从台架140的上表面141s朝向光接收部120延伸的光轴ROA在光接收部120的焦平面处彼此相交。

另外，将包括光投射部110A的焦点且平行于X、Y方向的平面称为光投射部110A的焦平面，并且将包括光投射部110B的焦点且平行于X、Y方向的平面称为光投射部110B的焦平面。在这种情况下，光投射部110A和110B各自被配置为使得光投射部110A的焦平面和光投射部110B的焦平面在包括光接收部120的焦点的位置处相交。

利用上述结构，在测量部100中，形成了光投射部110A对测量光的照射区域、光投射部110B对测量光的照射区域和光接收部120的摄像区域(摄像视场)重叠的空间。这三个区域的重叠空间是测量空间101。测量空间101的大小根据用户选择的照相机的倍率(高倍率或低倍率)而变化。选择低倍率时的测量空间101的大小大于选择高倍率时的测量空间101的大小。

步进马达用于台架140的X方向移动机构、Y方向移动机构和Z方向移动机构中的每一个。如图1所示，测量部100包括作为与台架140相关联的部件的台架操作部145和台架驱动部146。台架140的X方向移动机构、Y方向移动机构和Z方向移动机构由图1的台架操作部145或台架驱动部146驱动。

通过手动操作台架操作部145，用户可以使台架140的上表面141s相对于光接收部120在X方向、Y方向或Z方向上移动。台架驱动部146基于从PC200给出的驱动脉冲向台架140的各个步进马达供应电流，从而使台架140的上表面141s相对于光接收部120在X方向、Y方向或Z方向上移动。

编码器附接到用于台架140的X方向移动机构、Y方向移动机构和Z方向移动机构各自的步进马达。各个编码器的输出信号被提供给例如CPU 210。CPU 210可以基于从台架140的各个编码器给出的信号来计算台架140的上表面141s在X方向上的位置(X位置)、Y方向上的位置(Y位置)或Z方向上的位置(Z位置)的变化量。

在台架140中，针对XY台架141预先确定X、Y方向上的基准位置。基准位置例如是当上表面141s的中心位于光接收部120的光轴ROA上时的XY台架141的位置。可以确定基准位置，使得在平面图中整个测量空间101与台架140的上表面141s重叠。因此，如果测量空间101位于台架140的上表面141s上，则基准位置可以是当排除上表面141s的中心的部分位于光接收部120的光轴ROA上时的XY台架141的位置。

如图2和图3所示，根据本实施例的XY台架141具有在X方向上延伸的矩形板形状。旋转单元190设置在XY台架141的X方向上的端部。旋转单元190被配置为可附接到台架140并且可从台架140拆卸。

图4A至4C是用于说明旋转单元190的结构以及旋转单元190到台架140的附接和从台架140的拆卸的图。图4A示出旋转单元190的平面图。图4B示出XY台架141的平面图。图4C示出附接有旋转单元190的XY台架141的平面图。

如图4A所示，旋转单元190包括保持部191和旋转驱动部192。旋转驱动部192具有这样的结构，其中步进马达sm和电源部pp容纳在具有大致矩形平行六面体形状的壳体中。步进马达sm用于旋转保持部191。电源部pp向步进马达sm供应电力。旋转驱动部192的壳体具有在纵向方向上彼此面对的两个端面es1和es2以及在横向方向上彼此面对的两个侧面ss1和ss2。

保持部191是被配置为能够通过将测量对象S夹持在稍后将描述的一对保持件92和93(图5至图7)之间来保持测量对象S的卡盘，并且被设置为从侧面ss1突出了预定距离。另外，保持部191由旋转驱动部192的步进马达sm支撑，以可围绕与侧面ss1正交的旋转轴旋转。稍后将描述保持部191的细节。在旋转驱动部192的另一侧面ss2上，设置有用于调整稍后将描述的一对保持件92和93(图5至图7)之间的距离的保持拨盘195。

用于将旋转单元190附接在XY台架141上的附接部199设置在旋转驱动部192的两个端面es1和es2的下端。在附接部199中形成有可以插入螺钉的通孔。另外，线缆193设置在旋转驱动部192中，以从壳体中的电源部pp通过一个端面es2向外延伸。连接部194设置在线缆193的远端处。线缆193和连接部194用于将电力从设置在XY台架141内部的旋转单元板(稍后描述)供应到电源部pp，并且在旋转单元板和电源部pp之间交换信号。

如图4B所示，XY台架141的上表面141s具有在X方向上延伸的矩形形状。在上表面141s在X方向上的一个端部处，形成分别对应于旋转单元190的两个附接部199的两个螺钉孔141h。在该示例中，假设XY台架141处于基准位置。在这种情况下，在平面图中，测量空间101的外边缘围绕XY台架141的上表面141s的中心。

在XY台架141中，设置有用于向旋转单元190的电源部pp供应电力并控制旋转驱动部192的操作的控制板(在下文中称为旋转单元板)。用于电连接旋转单元板和旋转单元190的连接部141c设置在XY台架141的面向测量部100的前方的一个侧部上。

如图4C所示，旋转单元190安装在XY台架141上。在附接时，旋转单元190的两个附接部199定位在XY台架141的两个螺钉孔141h上。螺钉通过附接部199的通孔附接到螺钉孔141h。结果，旋转单元190被固定到XY台架141的上表面141s上的预定位置。在XY台架141处于基准位置的状态下，旋转单元190位于与测量空间101偏离的空间中。在这种情况下，由于旋转单元190不位于测量空间101中，因此防止测量对象S的可测量范围受到旋转单元190的限制。

此外，当旋转单元190附接到XY台架141时，设置在线缆193中的连接部194连接到XY台架141的连接部141c。结果，可以从XY台架141向旋转单元190供应电力。另外，旋转单元190的旋转驱动部192经由XY台架141的旋转单元板由CPU 210控制。

编码器附接到旋转驱动部192的步进马达sm。通过电连接旋转单元190和XY台架141，编码器的输出信号被提供给CPU 210。CPU 210可以基于从旋转单元190的编码器给出的信号来计算保持部191的旋转方向上的角位置(旋转角度)。

这里，将描述保持部191的细节。图5至图7是用于说明保持部191的结构的细节的外部透视图。如图5所示，保持部191包括旋转支撑轴91、一对保持件92和93以及开闭机构(未示出)。

旋转支撑轴91与旋转驱动部192的步进马达sm连接，并围绕旋转支撑轴91的中心轴可旋转地支撑。一对保持件92和93各自具有半圆形状，并且设置成夹持旋转支撑轴91的远端部并通过一对保持件92和93形成单个柱。开闭机构(未示出)根据用户对保持拨盘195(图4A)的操作(如图5中的白色箭头所示)来改变一对保持件92和93之间的距离。结果，如图6所示，保持部191被配置为通过夹持测量对象S的一部分的一对保持件92和93来保持(抓握)测量对象S。

多个孔92h和93h分别形成在位于保持件92和93的远端处的端面92e和93e中。杆状构件94可以插入到多个孔92h和93h中。如图7所示，通过将预定数量的杆状构件94选择性地插入保持件92和93的多个孔92h和93h中，也可以使用多个杆状构件94保持测量对象S。

通过将由保持部191保持的测量对象S布置在测量空间101中，可以测量位于测量空间101中的测量对象S的面向上的部分的三维形状。

根据保持部191的结构，由于测量对象S以悬臂方式保持，因此由保持部191保持的测量对象S的部分减少。因此，通过在测量空间101中旋转测量对象S，可以在测量对象S的表面的更宽范围内测量三维形状。

台架140的可以通过Z方向移动机构上下移动的范围(以下称为可移动行程范围)优选基于例如台架140和光接收部120之间的位置关系来确定。图8至图10是用于说明图1的台架140的Z方向上的优选可移动行程范围的图。

图8至图10是测量部100的示意性正面图。在图8至图10中，容纳光投射部110A和110B以及光接收部120的头部壳体160由双点划线表示，并且光接收部120的焦平面120F由粗虚线表示。此外，通过旋转单元190中的旋转支撑轴91(图5至图7)的中心的旋转轴RA由单点划线表示。在该示例中，光接收部120的透镜122(图2)位于头部壳体160的下端部。在该示例中，在旋转单元190附接到台架140的状态下，旋转轴RA平行于X方向延伸。

如图8所示，台架140优选地被配置为使得至少上表面141s可以设置在位于光接收部120的焦平面120F中的高度位置p1处。在这种情况下，旋转单元190优选地被设计成使得Z方向上的尺寸(高度)dh小于从光接收部120的透镜122到焦平面120F的工作距离WD。

接下来，如图9所示，台架140优选地被配置为使得在附接旋转单元190的状态下，至少旋转单元190的旋转轴RA可以布置在位于光接收部120的焦平面120F中的高度位置p2处。为了实现图8和图9的示例中所示的布置，需要确定台架140在图1的Z方向上的可移动行程范围RM，使得可以在Z方向上在上表面141s和旋转轴RA之间调整光接收部120的焦平面120F的位置。

这里，将在Z方向上从上表面141s到旋转轴RA的距离定义为基准距离RD。在这种情况下，如图10所示，更优选的是，在附接旋转单元190的状态下，当焦平面120F布置在与上表面141s向上分开基准距离RD的两倍的距离的高度位置处时，台架140被配置为可布置在高度位置p3处。

根据这样的结构，在以旋转轴RA作为基准的旋转期间可以对不干扰上表面141s的测量对象S在宽范围内进行形状测量。因此，台架140在图1的Z方向上的可移动行程范围RM优选被设置为使得光接收部120的焦平面120F的位置可以在上表面141s与在上表面141s上方分开基准距离RD的两倍的距离的高度位置之间被调整。

如图1所示，控制部300包括控制板310和照明光源320。CPU(未示出)安装在控制板310上。控制板310的CPU基于来自PC 200的CPU 210的命令来控制光投射部110A和110B、光接收部120和控制板150。

照明光源320包括例如发射红光、绿光和蓝光的三个LED。通过控制从各个LED发射的光的亮度，可以从照明光源320生成任意颜色的光。从照明光源320生成的光(在下文中，称为照明光)通过光导构件(光导)从测量部100的照明光输出部130输出。注意，照明光源320可以不设置在控制部300中，并且照明光源320可以设置在测量部100中。在这种情况下，测量部100未设置有照明光输出部130。

图2的照明光输出部130具有环形形状，并且布置在台架140上方以围绕光接收部120。结果，照明光从照明光输出部130发射到测量对象S，以不生成阴影。

[2]指示测量对象的三维形状的三维形状数据

(1)利用三角测量方法的测量对象的形状测量

在测量部100中，通过三角测量方法测量测量对象S的形状。图11是用于说明三角测量方法的原理的图。如图11所示，例如，预先设置从光投射部110A发射的光束的光轴与入射在光接收部120上的反射光的光轴(光接收部120的光轴)之间的角度γ。角度γ大于0度且小于90度。

当测量对象S未布置在台架140上时，从光投射部110A发射的光束被台架140的上表面141s上的点O反射，并且入射在光接收部120上。另一方面，当测量对象S布置在台架140上时，从光投射部110A发射的光束被测量对象S的表面上的点A反射，并且入射在光接收部120上。

假设d是点O和点A之间在X方向上的距离，则测量对象S的点A相对于台架140的上表面141s的高度h由h＝d÷tan(γ)给出。图1的PC 200的CPU 210基于由控制板150给出的测量对象S的像素数据来测量点O和点A之间在X方向上的距离d。CPU 210基于测量的距离d来计算测量对象S的表面上的点A的高度h。通过计算测量对象S的表面上的所有点的高度来测量测量对象S的三维形状。

在三角测量方法的形状测量时，具有各种图案的图案光从图1的光投射部110A和110B朝向台架140顺次地发射，以用光照射测量对象S的表面上的所有点。例如，具有平行于Y方向并且在X方向上对准的线性截面的条纹图案光在其空间相位改变的同时从光投射部110A和110B各自发射多次。另外，具有平行于Y方向的线性截面并且其中亮部分和暗部分在X方向上布置的码状图案光在亮部分和暗部分被改变为格雷码形状的同时从光投射部110A和110B各自发射多次。

在CPU 210(图1)中，基于预定图案光被投射到的测量对象S的图像数据来生成表示测量对象S的三维形状的三维形状数据。三维形状数据包括测量对象S的表面上的位置数据。在测量部100中，限定了相对于光接收部120具有唯一位置关系的三维坐标系(下文中，称为设备坐标系)。该示例的设备坐标系包括平行于X方向、Y方向和Z方向的X轴、Y轴和Z轴。位置数据表示例如设备坐标系中的坐标。在以下描述中，基于三维形状数据显示的测量对象S的图像被称为三维形状图像。

(2)X、Y方向上的多个三维形状数据的合成

在测量对象S被放置在台架140的上表面141s上的状态下，当测量对象S在X、Y方向上未落入测量空间101内时，仅测量对象S的上表面的一部分被图案光照射。因此，不能获得测量对象S的表面的宽范围内的三维形状数据。

因此，当测量对象S的上表面在X、Y方向上未落入测量空间101内时，可以通过使台架140的上表面141s相对于光接收部120在X、Y方向上移动来拍摄测量对象S的多个部分的图像。在这种情况下，可以获取分别对应于测量对象S的多个部分的多个三维形状数据，并且可以合成获取的多个三维形状数据。

图12A至12H是用于说明通过使台架140的上表面141s在X、Y方向上移动来生成多个三维形状数据的示例的图。例如，如图12A所示，测量对象S由用户放置在台架140上。在台架140上调整测量对象S的位置和姿势之后，进行使用图案光的摄像以生成第一三维形状数据。图12E示出作为结果获取的三维形状图像的示例。在后面说明的图12E至12H、图13C和13D以及图14D至14F所示的三维形状图像中，虚线虚拟地表示测量对象S的整体外形。

如图12A所示，在该示例中，当生成第一三维形状数据时，仅测量对象S在X、Y方向上的一部分布置在测量空间101中。因此，在图12E所示的三维形状图像中，在测量对象S的上表面上在X、Y方向上的多个部分缺失。

因此，如图12B至12D所示，台架140的上表面141s在X、Y方向上移动，使得未由第一三维形状数据表示的测量对象S的多个部分顺次地布置在测量空间101中。另外，每次将测量空间101的各个部分布置在测量空间101中时，进行使用图案光的摄像，并且生成第二三维形状数据至第四三维形状数据。图12F至12H示出分别对应于第二三维形状数据至第四三维形状数据的三维形状图像。以这种方式，重复台架140在X、Y方向上的移动和测量对象S的摄像，使得生成分别与测量对象S的上表面上的多个部分相对应的多个三维形状数据。通过合成生成的多个三维形状数据，生成测量对象S的表面的宽范围内的三维形状数据。在以下描述中，用于在X、Y方向上扩展测量对象S的形状测量的目标范围的合成被称为平面方向合成。

(3)Z方向上的多个三维形状数据的合成

在测量对象S被放置在台架140的上表面141s上的状态下，当测量对象S的上表面在Z方向上未落入测量空间101内(光接收部120的景深范围内)时，光接收部120仅聚焦在测量对象S的上表面的一部分上。因此，不能获得测量对象S的表面的宽范围内的三维形状数据。

因此，当测量对象S的上表面在Z方向上未落入测量空间101内时，可以通过使台架140的上表面141s相对于光接收部120在Z方向上移动来拍摄测量对象S的多个部分的图像。在这种情况下，可以获取分别与测量对象S的多个部分相对应的多个三维形状数据，并且可以合成获取的多个三维形状数据。

图13A至13D是用于说明通过使台架140的上表面141s在Z方向上移动来生成多个三维形状数据的示例的图。例如，如图13A所示，用户将测量对象S放置在台架140上，并进行使用图案光的摄像，从而生成第一三维形状数据。图13C示出作为结果获取的三维形状图像的示例。

如图13A所示，在该示例中，当生成第一三维形状数据时，仅测量对象S的上表面在Z方向上的一部分布置在测量空间101中。因此，在图13C所示的三维形状图像中，测量对象S在Z方向上的最上端部缺失。

因此，如图13B所示，台架140的上表面141s在Z方向上移动，使得测量对象S的未由第一三维形状数据表示的部分布置在测量空间101中。另外，进行使用图案光的摄像，并且生成第二三维形状数据。图13D示出与第二三维形状数据相对应的三维形状图像。

以这种方式，重复台架140在Z方向上的移动和测量对象S的摄像，使得生成分别与测量对象S的多个部分相对应的多个三维形状数据。通过合成生成的多个三维形状数据，生成测量对象S的表面的宽范围内的三维形状数据。在以下描述中，用于在Z方向上扩展测量对象S的形状测量的目标范围的合成被称为高度方向合成。

(4)旋转方向上的多个三维形状数据的合成

即使当由旋转单元190保持的测量对象S布置在测量空间101中时，由测量对象S的未被引导朝向光接收部120的部分反射的图案光也不入射在光接收部120上。因此，在由旋转单元190保持的测量对象S的形状测量时，可以通过围绕旋转轴RA旋转测量对象S来拍摄测量对象S的多个部分的图像。在这种情况下，可以获取分别与测量对象S的多个部分相对应的多个三维形状数据，并且可以合成获取的多个三维形状数据。

图14A至14F是用于说明通过使用旋转单元190使测量对象S绕旋转轴RA旋转来生成多个三维形状数据的示例的图。例如，如图14A所示，用户将测量对象S附接到旋转单元190的保持部191。在图14A至14C中，通过双点划线示意性地示出保持测量对象S的保持部191。

进行对准，使得在测量对象S被旋转单元190保持的状态下，测量对象S位于测量空间101中。此外，通过进行使用图案光的摄像来生成第一三维形状数据。图14D示出作为结果所获取的三维形状图像的示例。

在该示例中使用的测量对象S具有在一个方向上延伸的大致柱状形状，并且测量对象S的一端由保持部191保持，使得测量对象S的轴心与旋转轴RA一致。另外，黑点附接到该示例的测量对象S的端部，使得可以容易地理解测量对象S的旋转状态。

如图14A所示，当生成第一三维形状数据时，由光接收部120仅拍摄测量对象S的外周表面的面向光接收部120的部分的图像。因此，在图14D所示的三维形状图像中，测量对象S的外周表面上的相对宽的部分缺失。

因此，如图14B和14C所示，旋转单元190以预定角度的整数倍的角间隔(预定角节距)使测量对象S旋转，使得测量对象S的外周表面的未由第一三维形状数据表示的多个部分顺次地面向光接收部120。另外，每次测量对象S旋转预定角度时，进行使用图案光的摄像，并且生成第二三维形状数据和第三三维形状数据。图14E和14F示出分别与第二三维形状数据和第三三维形状数据相对应的三维形状图像。

通过以这种方式重复将测量对象S旋转预定角度和测量对象S的摄像，生成分别与测量对象S的外周表面的多个部分相对应的多个三维形状数据。通过合成生成的多个三维形状数据，生成测量对象S的表面的宽范围(在该示例中，整个外周表面)内的三维形状数据。在以下描述中，用于在以旋转轴RA为基准的旋转方向上扩展测量对象S的形状测量的目标范围的合成被称为旋转方向合成。

[3]进行旋转方向合成时的校准功能

(1)校准功能概述

如上所述，当进行旋转方向合成时，测量对象S以旋转轴RA为基准以预定角节距从预定角位置(以下称为基准角位置)旋转。此外，在处于基准角位置的状态下生成测量对象S的三维形状数据，并且每当测量对象S以预定角节距旋转时生成测量对象S的三维形状数据。

这里，如果旋转单元190的旋转轴RA由于温度环境或测量部100的使用随时间推移的变化而偏离设备坐标系中所限定的设计位置，则不能获得准确的三维形状数据。因此，根据该实施例的形状测量设备500具有第一校准功能、第二校准功能和第三校准功能，这些功能用于在使用旋转方向合成对测量对象S进行形状测量时抵消所生成的三维形状数据相对于设备坐标系的偏差(偏差量和偏差方向)。将按顺序描述第一校准功能、第二校准功能和第三校准功能。

(2)第一校准功能

图15A至15C是用于说明第一校准功能的图。图15A是在Y方向上观看的旋转单元190的保持部191的侧面图。如图15A所示，在保持部191中，位于旋转驱动部192与保持件92和93之间的旋转支撑轴91的一部分用作用于第一校准功能的第一标记物M1。第一标记物M1具有圆柱形外周表面，并且被设置成使得其中心位于旋转单元190的旋转轴RA上。第一标记物M1的外周表面的尺寸是已知的并且存储在例如图1的存储装置240中。

在图15A中，假设旋转单元190的旋转轴RA相对于在设备坐标系中在设计上应该存在的理想旋转轴(下文中，称为设计旋转轴)DRA平行地偏离。在这种情况下，为了获得测量对象S的准确的三维形状数据，需要计算设计旋转轴DRA和旋转轴RA之间的偏差sv。

因此，在第一校准功能中，在旋转测量对象S的形状测量时，与测量对象S一起测量第一标记物M1的外周表面的形状。例如，当测量对象S从基准角位置围绕旋转轴RA以120°的节距旋转时，与0°、120°和240°的各个角位置处的测量对象S的生成一起生成指示第一标记物M1的外周表面的三维形状数据。

与上述三个角度各自相对应的第一标记物M1的三维形状数据在沿着穿过图15A中的第一标记物M1的线Q-Q(与X方向正交的YZ平面)截取的截面中具有例如弧形。如上所述，第一标记物M1的外周表面的尺寸是已知的。因此，如图15B中的粗实线所示，可以根据指示第一标记物M1的外周表面的一部分的弧形三维形状数据来计算第一标记物M1在YZ平面中的中心CM1。由图15B中的单点划线所指示的圆表示最初以设计旋转轴DRA为基准生成的第一标记物M1的三维形状数据。

第一标记物M1的中心位于旋转轴RA上。因此，在第一校准功能中，第一标记物M1在特定YZ平面中的中心的计算等同于旋转轴RA在特定YZ平面中的位置的计算。

三维形状数据上的第一标记物M1的中心CM1需要在YZ平面中自然地与设计旋转轴DRA重叠。然而，当如上所述实际旋转轴RA偏离设计旋转轴DRA时，三维形状数据上的第一标记物M1的中心CM1不与设计旋转轴DRA重叠。因此，计算三维形状数据上的第一标记物M1的中心CM1与设计旋转轴DRA之间的偏差sv。

在这种情况下，如图15C所示，校正与多个角位置各自相对应的第一标记物M1的三维形状数据，使得抵消在该角位置处计算的偏差sv，由此可以获得准确的三维形状数据。换句话说，通过进行校正使得三维形状数据上的第一标记物M1的中心CM1与设计旋转轴DRA一致，在各个角位置处生成的第一标记物M1的三维形状数据可以是准确的三维形状数据。

因此，校正与第一标记物M1的三维形状数据一起生成的测量对象S的三维形状数据，使得抵消在各个角位置处计算的偏差sv。结果，可以针对测量对象S获得准确的三维形状数据。结果，当合成在多个角位置处生成的三维形状数据时，可以在宽范围内进行测量对象S的准确形状测量。

(3)第二校准功能

图16A至16C是用于说明第二校准功能的图。图16A是在Y方向上观看的旋转单元190的保持部191的侧面图。在图16A的示例中，旋转单元190的旋转轴RA倾斜并偏离设计旋转轴DRA。在这种情况下，设计旋转轴DRA和旋转轴RA之间的偏差sv根据X方向上的位置而变化。因此，即使通过第一校准功能来校正第一标记物M1和测量对象S的三维形状数据，也不能根据测量对象S的一部分获得准确的三维形状数据。

因此，在第二校准功能中，使用第二标记物M2，使得即使当实际旋转轴RA相对于设计旋转轴DRA倾斜时也可以获得准确的三维形状数据。如图16B的球状框所示，第二标记物M2包括大直径部M2a和小直径部M2b。大直径部M2a和小直径部M2b各自具有柱状形状，并且被一体地模制以沿着轴心布置。

磁体内置在大直径部M2a中。此外，通过提供粘合剂或粘合片将粘合性赋予大直径部M2a的端面。利用这种结构，第二标记物M2可以通过磁力附接到由铁磁材料制成的测量对象S的期望位置和从由铁磁材料制成的测量对象S的期望位置拆卸，并且可以通过粘合力附接到由非磁性材料制成的测量对象S的期望位置和从由非磁性材料制成的测量对象S的期望位置拆卸。

在第二校准功能中，例如，第二标记物M2附接到测量对象S中距第一标记物M1最远的部分。第二标记物M2的大直径部M2a和小直径部M2b的外周表面的尺寸是已知的，并且存储在例如图1的存储装置240中。

在这种状态下，在旋转的测量对象S的形状测量时，测量对象S旋转到多个预定角位置。在多个角位置各自处，与测量对象S一起测量第一标记物M1和第二标记物M2的外周表面的形状。此时，通过第一校准功能中描述的方法，例如，在图16B中沿着穿过第一标记物M1的线Q1-Q1截取的截面中获得设计旋转轴DRA和旋转轴RA之间的偏差sv。

例如，第二标记物M2用于获得图16B中沿着穿过第二标记物M2的线Q2-Q2截取的截面中设计旋转轴DRA与旋转轴RA之间的偏差sv。具体地，对于第二标记物M2，生成与多个预定角位置相对应的多个弧形的三维形状数据，使得在沿着线Q2-Q2截取的截面中覆盖大直径部M2a(或小直径部M2b)的整周。此后，在多个角位置中的各角位置处，合成多个弧形的三维形状数据，以匹配大直径部M2a(或小直径部M2b)的已知尺寸。

在这种情况下，如图16C所示，可以计算当第二标记物M2位于沿着线Q2-Q2截取的截面中的多个角位置各自处时第二标记物M2的中心CM2。结果，可以计算第二标记物M2的旋转中心，即旋转轴RA在沿着线Q2-Q2截取的截面中的位置。因此，计算所计算出的旋转轴RA与设计旋转轴DRA之间的偏差sv。

以这种方式，计算在X方向上彼此分离的沿着线Q1-Q1截取的截面的位置处的偏差sv和沿着线Q2-Q2截取的截面的位置处的偏差sv。这使得可以基于所计算的两个偏差sv适当地计算位于第一标记物M1和第二标记物M2之间的测量对象S的校正量。因此，可以针对测量对象S获得更准确的三维形状数据。结果，当合成在多个角位置处生成的三维形状数据时，可以在宽范围内进行测量对象S的更准确的形状测量。

如上所述，根据第二校准功能，计算在X方向上旋转轴在第二标记物M2的位置处的偏差sv。因此，根据测量对象S的形状，可以仅使用旋转轴在第二标记物M2的位置处的偏差sv来校正三维形状数据。在本实施例中，用于仅使用旋转轴在第二标记物M2的位置处的偏差sv来校正三维形状数据的结构的功能包括在第二校准功能中。

当仅使用旋转轴在第二标记物M2的位置处的偏差sv来校正三维形状数据时，第二标记物M2可以布置成在X方向上位于测量对象S和保持部191之间。

图17是用于说明仅使用旋转轴在第二标记物M2的位置处的偏差sv来校正三维形状数据的情况的示例的图。如图17所示，在该示例中，第二标记物M2的小直径部M2b由保持部191保持。另外，例如，盘状测量对象S附接到第二标记物M2的大直径部M2a的端面。图17的测量对象S不具有在一个方向上延伸的纵向形状。因此，即使当仅基于在X方向上与测量对象S相邻的第二标记物M2的位置处计算的偏差sv来校正三维形状数据时，也可以获得具有相对高精度的三维形状数据。

(4)第三校准功能

在第三校准功能中，不使用与第一标记物M1和第二标记物M2相对应的校准工具。在第三校准功能中，在旋转的测量对象S的形状测量时，基于在多个预定角位置处针对测量对象S所生成的多个三维形状数据来计算旋转轴RA和设计旋转轴DRA之间的偏差sv。

图18A至18C是用于说明第三校准功能的图。图18A示出与由旋转单元190保持的测量对象S的X方向正交的截面。在第三校准功能中，设置多个角位置，使得生成在测量对象S的旋转方向上彼此重叠的部分的三维形状数据。然后，如图18A中的白色箭头所示，在多个角位置处拍摄测量对象S的表面的图像，并且生成分别对应于多个角位置的多个三维形状数据。在图18A中，分别对应于多个角位置的多个三维形状数据中的一些(三个)在球状框中示出为数据DAa、DAb和DAc。数据DAa、DAb和DAc分别由虚线、实线和单点划线表示。在数据DAa和DAb之间，虚线框中的部分是指示测量对象S中的公共部分的重叠部分。在数据DAb和DAc之间，单点划线的框内的部分是重叠部分。可以通过从所生成的三维形状数据中检测特定形状(表面或凹凸)等来识别这些重叠部分。

接下来，假设测量对象S的旋转中心例如在设计旋转轴DRA上，则将分别对应于多个角位置的多个三维形状数据布置在与X方向正交的虚拟平面上。在这种情况下，当旋转轴RA与设计旋转轴DRA之间的偏差sv大时，如图18B所示，在两个相邻数据的一个数据的重叠部分与另一数据的重叠部分之间发生大的偏差。

因此，基于分别对应于多个角位置的多个三维形状数据来进行用于获得测量对象S的真实旋转轴RA的收敛计算，使得两个相邻数据的重叠部分之间的偏差最小化。基于计算出的旋转轴RA与设计旋转轴DRA之间的偏差来校正多个三维形状数据。结果，如图18C所示，可以针对测量对象S获得准确的三维形状数据。结果，当合成在多个角位置处生成的三维形状数据时，可以在宽范围内进行测量对象S的形状测量，同时减少测量精度的降低。注意，在图18B和18C中，仅示出与图18A的多个角位置相对应的多个三维形状数据中的数据DAa、DAb和DAc。

[4]使用形状测量设备500的测量对象S的形状测量过程

图19和图20是示出使用图1的形状测量设备500的测量对象S的形状测量过程的流程图。在初始状态下，形状测量设备500的电源被接通。另外，在形状测量设备500中，除了进行使用图案光的形状测量的摄像的情况之外，照明光从照明光输出部130朝向台架140的上表面141s发射。此时，在图1的显示部400中显示基于由光接收部120实时获取的图像数据的图像(以下称为实时图像)。

首先，用户判断是否需要旋转单元190来进行测量对象S的期望部分的形状测量(步骤S1)。因此，当需要旋转单元190时，用户判断旋转单元190是否附接到台架140(步骤S2)。当旋转单元190未附接到台架140时，用户将旋转单元190附接到台架140(步骤S3)。

在步骤S2或步骤S3中将旋转单元190附接到台架140的状态下，用户将测量对象S附接到旋转单元190的保持部191，使得测量对象S的至少一部分位于测量空间101中(步骤S4)。因此，测量对象S围绕旋转轴RA可旋转地保持。接下来，用户调整光接收部120的焦平面120F相对于测量对象S的位置(步骤S5)。具体地，用户在视觉上识别实时图像的同时操作图1的台架操作部145或操作部250，从而调整台架140的上表面141s的高度，使得光接收部120的焦平面120F与测量对象S对准。

接下来，用户在台架140上的与Z方向正交的平面(例如，水平面)中设置图像应当由光接收部120拍摄的区域(下文中，称为测量区域)(步骤S6)。结果，即使当测量对象S的整个上表面未落入测量空间101内时，也设置多个测量区域，并且生成测量区域的三维形状数据，使得可以进行平面方向合成。

通过用户操作显示在显示部400中的稍后将描述的区域设置画面来设置测量区域。注意，在设置测量区域时，可以确定用于进行上述Z方向上的高度方向合成的在Z方向上的摄像范围。稍后将描述测量区域的设置的细节。

当在步骤S1中不需要旋转单元190时，用户将测量对象S放置在台架140上，使得测量对象S的至少一部分位于测量空间101中(步骤S11)。接下来，如在步骤S5和S6中那样，用户调整光接收部120的焦平面120F相对于测量对象S的位置(步骤S12)，并且设置测量区域(步骤S13)。

此后，用户对操作部250进行操作以给出针对设置的测量区域开始使用图案光的摄像的命令(步骤S7)。结果，用图案光照射所设置的测量区域，并且进行摄像。另外，生成测量区域的三维形状数据。

接下来，用户检查作为测量对象S的形状测量结果的在步骤S7的操作中所生成的三维形状数据(步骤S21)，并且判断三维形状数据中是否存在缺失部分(步骤S22)。当三维形状数据中没有缺失部分时，用户将三维形状数据存储在图1的工作存储器230或存储装置240中，并且基于三维形状数据来分析测量对象S的形状(步骤S23)。结果，完成了一系列操作。

在上述步骤S22中，当三维形状数据中存在缺失部分时，用户另外设置测量区域，使得拍摄测量对象S的与三维形状数据中的缺失部分相对应的部分的图像(步骤S24)。接下来，用户操作操作部250以给出针对附加设置的测量区域开始使用图案光的摄像的命令(步骤S25)。结果，生成指示附加设置的测量区域的形状的三维形状数据。用户对操作部250进行操作以合成通过步骤S7的操作所生成的三维形状数据与通过步骤S25的操作所生成的三维形状数据(步骤S26)。步骤S26中的操作由CPU 210自动进行的情况下，可以省略该操作。此后，用户继续进行步骤S23中的操作。

在根据该实施例的形状测量设备500中，图1的CPU 210被配置为能够在伴随着旋转单元190的旋转的测量对象S的形状测量时将测量区域设置为三种类型的模式之一。这三种类型的模式被称为第一箱形区域设置模式、第二箱形区域设置模式和轴形区域设置模式。

第一箱形区域设置模式是适合于在具有箱形的测量对象S围绕旋转轴RA旋转360°的同时进行形状测量的情况下的测量区域设置的模式。第二箱形区域设置模式是适合于在具有箱形的测量对象S围绕旋转轴RA在预定角度范围(例如，180°)内旋转的同时进行形状测量的情况下的测量区域设置的模式。轴形区域设置模式是适合于在具有轴形的测量对象S被布置为沿着旋转轴RA延伸并且在测量对象S围绕旋转轴RA旋转360°的同时进行形状测量的情况下的测量区域设置的模式。

这里，将详细描述步骤S6中的测量区域设置的过程。图21是示出用于进行伴随旋转的测量对象S的形状测量的测量区域的设置过程的流程图。用户通过使用操作部250操作稍后将描述的区域设置画面来进行以下设置操作。

用户选择第一箱形区域设置模式、第二箱形区域设置模式和轴形区域设置模式中的任何一个作为CPU 210的用于设置测量区域的模式(步骤S31)。

该选择具体按照如下进行。首先，用户主观地判断测量对象S的形状是属于箱形还是轴形。当判断为测量对象S的形状属于轴形时，用户选择轴形区域设置模式。

另一方面，当用户判断为测量对象S的形状属于箱形时，用户还确定测量对象S的要测量的部分。然后，当用户期望在围绕旋转轴RA的整周(360°)上测量测量对象S的形状时，用户选择第一箱形区域设置模式。另一方面，当用户期望在围绕旋转轴RA的部分范围(例如，180°)上测量测量对象S的形状时，用户选择第二箱形区域设置模式。

接下来，用户发出开始临时设置测量区域的命令(步骤S32)。在这种情况下，CPU210响应于测量区域的临时设置命令，针对当前测量对象S设置暂时的临时测量区域。结果，在显示部400中显示平面图中示出测量对象S与测量区域之间的位置关系的图像(在下文中称为区域设置映射图像)。

因此，用户在视觉上识别显示在显示部400中的区域设置映射图像的同时确认暂时设置的临时测量区域(步骤S33)。另外，用户判断区域设置映射图像中指示的测量区域是否合适(步骤S34)。当测量区域不合适时，用户校正测量区域(步骤S35)。

当在步骤S34中测量区域是适当的时或者当在步骤S35中校正测量区域时，用户判断是否利用使用标记物的校准功能(第一校准功能或第二校准功能)(步骤S36)。当不利用使用标记物的校准功能时，在步骤S36时设置的测量区域被设置为正常设置区域。因此，完成测量区域的设置。

另一方面，当在步骤S36中利用使用标记物的校准功能时，用户选择第一标记物M1和第二标记物M2中的至少一个作为用于校准功能的标记物(步骤S37)。当选择第二标记物M2时，用户将第二标记物M2附着到测量对象S。此后，用户校正测量区域，使得在步骤S37中选择的标记物的图像被光接收部120拍摄(步骤S38)。因此，完成测量区域的设置。

注意，上述步骤S13中的测量区域设置的过程(即，在没有旋转的测量对象S的形状测量时的测量区域设置的过程)与图21的步骤S31至S35中的设置过程相同，除了省略步骤S32和S36至S38中的过程之外。

[5]显示部400中显示的各种画面

(1)初始状态下显示的测量基本画面

图22是示出当在旋转单元190未附接到台架140的状态下接通形状测量设备500的电源时显示在显示部400中的测量基本画面的示例的图。如图22所示，测量基本画面401包括并排布置的主显示区域410和辅显示区域420。在测量基本画面401中，在主显示区域410中显示实时图像。因此，例如，当测量对象S放置在台架140上以位于测量空间101中时，在主显示区域410中显示指示测量对象S的表面状态的对象图像SI。

另外，在图22的主显示区域410中，用于在X、Y方向上移动台架140的上表面141s的水平移动操作窗口411叠加并显示在实时图像上。在水平移动操作窗口411中，显示用于在多个不同方向上移动台架140的上表面141s的多个(在该示例中为八个)移动按钮412。结果，用户使用图1的操作部250操作测量基本画面401上的指示器，并且例如点击多个移动按钮412中的任何一个。结果，台架140的上表面141s可以在X、Y方向上相对于测量空间101移动，并且光接收部120的摄像区域可以移动。

在图22的测量基本画面401中，在辅显示区域420中显示与测量对象S的形状测量相关的多个按钮和图像。具体地，区域设置按钮421、编辑按钮422、区域清除按钮423、视场检查图像424、测量开始按钮425和上表面移除按钮429显示在测量基本画面401的辅显示区域420中。

区域设置按钮421是用于用户给出设置测量区域的命令的按钮。例如，用户在步骤S13中设置测量区域时操作区域设置按钮421。结果，在显示部400中显示稍后将描述的图23的区域设置画面402，而不是图22的测量基本画面401。

编辑按钮422是用于用户校正测量区域的设置的按钮。例如，在步骤S13中的测量区域的设置期间，用户可以通过操作编辑按钮422来校正和添加测量区域的设置内容。即使当用户操作编辑按钮422时，在显示部400中显示稍后描述的图23的区域设置画面402，而不是图22的测量基本画面401。区域清除按钮423是用于用户重置测量区域的设置的按钮。

视场检查图像424例如是指示光接收部120的摄像区域(摄像视场)在台架140的上表面141s上的图像。在视场检查图像424中，指示光接收部120的当前摄像区域的矩形指标叠加并显示在台架140的上表面141s的平面图上。另外，在设置测量区域之后，在视场检查图像424中显示指示所设置的测量区域的指标，以与摄像区域的指标与指示光接收部120的摄像区域的指标一起可区分。在图22的视场检查图像424中，指示光接收部120的当前摄像区域的指标由实线指示。另外，指示当前设置的测量区域的指标由虚线指示。

测量开始按钮425是用于使用户在上述步骤S7中给出开始使用图案光对测量对象S进行摄像的命令以例如获得测量对象S的三维形状数据的按钮。当用户在设置测量区域之后操作测量开始按钮425时，拍摄所设置的测量区域的图像，并且生成测量对象S的三维形状数据。上表面移除按钮429是用于用户给出从测量结果移除台架140的上表面141s的三维形状数据的命令的按钮。注意，倍率切换按钮(未示出)也显示在图22的测量基本画面401中。因此，用户可以通过操作倍率切换按钮基于以期望倍率显示的实时图像来观看测量对象S的表面状态。

(2)用于进行无旋转的测量对象S的形状测量的区域设置画面

图23是示出通过操作图22的区域设置按钮421在显示部400中显示的区域设置画面的示例的图。如图23所示，与测量基本画面401类似，区域设置画面402包括主显示区域410和辅显示区域420。

当操作图22的区域设置按钮421时，例如，由光接收部120自动拍摄放置在台架140上的整个测量对象S的图像。此时，当整个测量对象S未落入光接收部120的摄像区域内时，台架140的上表面141s相对于光接收部120在X、Y方向上相对移动，并且多次重复摄像。基于通过摄像获得的测量对象S的图像，在台架140上的与Z方向正交的平面(例如，水平面)中检测测量对象S存在的区域(下文中，称为存在区域)。然后，将检测到的存在区域暂时设置为临时测量区域。

在图23的区域设置画面402中，在主显示区域410中显示区域设置映射图像。这里，测量区域被设置为使得一个或多个单位区域布置在台架140上，其中测量空间101中的图像可以由光接收部120一次拍摄的至少部分区域作为单位区域。因此，在区域设置映射图像中，如图23中的虚线所示，指示构成测量区域的单位区域的指标与对象图像SI一起显示为单位区域框MM。在图23的示例中，示出了四个单位区域框MM以覆盖整个对象图像SI。

另外，在图23的区域设置画面402中，在辅显示区域420中显示用于调整区域设置映射图像上的测量区域的位置和大小的消息。此外，显示排除按钮426、OK按钮427和取消按钮428。用户可以通过操作区域设置画面402上的指示器来调整区域设置映射图像上的各个单位区域框MM的位置和大小。用户还可以添加单位区域框MM。这样，用户可以容易地在区域设置映射图像上在X方向和Y方向上扩展或收缩测量区域。

排除按钮426是供用户将区域设置映射图像中被确定为对于形状测量不必要的区域指定为排除区域的按钮。在操作排除按钮426之后，用户可以通过在区域设置映射图像上指定多个单位区域框MM中的任何单位区域框MM来从测量区域排除单位区域框MM的部分。

OK按钮427是用于用户给出指示使用区域设置映射图像的测量区域的设置完成的命令的按钮。当用户操作OK按钮427时，在操作OK按钮427时设置的测量区域的信息作为正常设置信息存储在图1的工作存储器230或存储装置240中。在显示部400中，再次显示之前紧挨着显示的图22的测量基本画面401，而不是图23的区域设置画面402。

取消按钮428是用于允许用户在重置当前显示的区域设置画面402上设置的测量区域的信息的同时在显示部400中显示图22的测量基本画面401的按钮。

(3)连接旋转单元190时显示的测量基本画面

在图22的测量基本画面401显示在显示部400中的状态下，用户通过上述步骤S3的操作将旋转单元190附接到台架140。在这种情况下，测量基本画面401从图22的显示模式改变。图24是示出在旋转单元190附接到台架140的状态下在显示部400中显示的测量基本画面401的示例的图。

如图24所示，当旋转单元190连接到台架140时，除了图22中的水平移动操作窗口411之外，旋转操作窗口413也被叠加并显示在主显示区域410中的实时图像中。

在旋转操作窗口413中，显示原点按钮414、正向旋转按钮415和反向旋转按钮416。原点按钮414是用于使旋转单元190的保持部191的角位置在围绕旋转轴RA的旋转方向上返回到基准角位置的按钮。

正向旋转按钮415是用于使旋转单元190的保持部191围绕旋转轴RA沿一个方向旋转的按钮，并且反向旋转按钮416是用于使旋转单元190的保持部191围绕旋转轴RA沿相反方向旋转的按钮。结果，用户在测量对象S被保持在保持部191的远端的状态下使用图1的操作部250操作测量基本画面401上的指示器，并且点击例如正向旋转按钮415和反向旋转按钮416中的一个。因此，测量对象S可以在台架140上围绕旋转轴RA在期望的方向上旋转。

注意，保持部标记417、基准姿势标记418和多个测量角位置标记419进一步显示在旋转操作窗口413中。保持部标记417示意性地表示在X方向上观看的保持部191的外部形状，并且具有圆形形状。基准姿势标记418指示面向由保持部191保持的测量对象S的特定表面的角位置(在下文中，称为基准姿势位置)，并且基准姿势位置由CPU 210或用户根据预定方法设置。例如，基准姿势位置可以是当测量对象S围绕旋转轴RA旋转时由光接收部120在最大区域中拍摄测量对象S的图像时的测量对象S的角位置。

在伴随旋转的测量对象S的形状测量中，将图像应当由光接收部120拍摄的多个角位置设置为测量角位置，以围绕旋转轴RA进行测量对象S的多个部分的形状测量。测量角位置标记419指示当前设置的测量角位置，并且布置在保持部标记417的圆上。在图24的示例中，多个测量角位置标记419以保持部标记417的中心为基准以45°的角间隔布置在保持部标记417的圆上。

当旋转单元190连接到台架140时，除了图22所示的各种按钮(421至425、429)和视场检查图像424之外，在辅显示区域420中显示多个其他按钮。具体地，辅显示区域420还显示旋转开启按钮431、旋转关闭按钮432、箱整周按钮434、部分箱按钮435、轴按钮436和旋转细节按钮437。

用户操作旋转开启按钮431以进行伴随旋转的测量对象S的形状测量，即使用旋转单元190的旋转功能的形状测量。当用户操作旋转开启按钮431时，将在后面描述的箱整周按钮434、部分箱按钮435、轴按钮436和旋转细节按钮437的操作变得有效，并且用于进行平面方向合成和旋转方向合成的各种设置变得可能。此时，区域设置按钮421的操作变得无效。此时CPU 210的控制模式是本发明的第二控制模式的示例。

旋转关闭按钮432由用户操作以进行无旋转的测量对象S的形状测量，即不使用旋转单元190的旋转功能的形状测量。当用户操作旋转关闭按钮432时，将在后面描述的箱整周按钮434、部分箱按钮435、轴按钮436和旋转细节按钮437的操作变得无效，并且用于进行旋转方向合成的各种设置变得不可能。此时，区域设置按钮421的操作变得有效。因此，用于进行平面方向合成的各种设置是可能的。此时CPU 210的控制模式是本发明的第一控制模式的示例。

如上所述，操作部250用作输入部，其接收对伴随旋转的测量对象S的形状测量和无旋转的测量对象S的形状测量的选择，即用户对旋转开启按钮431和旋转关闭按钮432的选择。

箱整周按钮434是当用户在上述步骤S31的操作中选择第一箱形区域设置模式作为CPU 210的用于设置测量区域的模式时所操作的按钮。部分箱按钮435是当用户选择第二箱形区域设置模式作为CPU 210的用于设置测量区域的模式时所操作的按钮。轴按钮436是当用户选择轴形区域设置模式作为CPU 210的用于设置测量区域的模式时所操作的按钮。旋转细节按钮437是不管在CPU 210中预先确定的模式如何用户都期望详细设置测量区域时所操作的按钮。

在图24的视场检查图像424中，指示设置在测量对象S的当前角位置处的测量区域的指标与指示光接收部120的当前摄像区域的矩形指标一起叠加并显示在台架140的上表面141s的平面图上。

在操作旋转开启按钮431的状态下，操作箱整周按钮434、部分箱按钮435、轴按钮436和旋转细节按钮437中的任何一个。结果，在显示部400中显示与所操作的按钮相对应的区域设置画面。在下文中，将描述当操作用于设置测量区域的各个按钮(434、435、436、437)时显示在显示部400中的区域设置画面。

(4)用于进行伴随旋转的测量对象S的形状测量的区域设置画面

在该实施例中，假设多个测量角位置作为测量区域的各个设置模式的默认信息存储在存储装置240中。当操作图24的部分箱按钮435时，即当用户选择第二箱形区域设置模式作为测量区域的设置模式时，从存储装置240读取并设置与该模式相对应的多个测量角位置。可以通过用户的指定来设置多个测量角位置。

在该示例中，0°(基准角位置)、45°、90°、135°和180°被设置为多个测量角位置。在这种情况下，检测各个测量角位置处的测量对象S的存在区域，并且将由一个或多个单位区域组成的区域暂时设置为测量角位置处的临时测量区域，以覆盖检测到的存在区域。

图25A至25J是用于说明响应于图24的部分箱按钮435的操作而执行的形状测量设备500的操作的图。图25A至25E示出当测量对象S在X方向上观看时处于0°、45°、90°、135°和180°的角位置时的测量对象S的外观图(端面图)。在图25A至25E中，要进行形状测量的测量对象S的表面的一部分由粗实线表示。

例如，如图25A所示，首先，将测量对象S定位在0°的测量角位置处。然后，如在图23的示例那样，由光接收部120自动拍摄整个测量对象S的图像。图25F示出在图25A的状态下拍摄的测量对象S的图像的示例。基于测量对象S的拍摄图像来检测存在区域。然后，将包括检测到的存在区域并由一个或多个单位区域组成的区域暂时设置为与0°的测量角位置相对应的临时测量区域。

接下来，如图25B所示，测量对象S围绕旋转轴RA旋转并且定位在45°的测量角位置处。然后，由光接收部120自动拍摄整个测量对象S的图像。图25G示出在图25B的状态下拍摄的测量对象S的图像的示例。基于测量对象S的拍摄图像来检测存在区域。然后，将包括检测到的存在区域并由一个或多个单位区域组成的区域暂时设置为与45°的测量角位置相对应的临时测量区域。

此后，重复测量对象S的旋转、定位和摄像，并且检测存在区域。图25H、25I和25J分别示出在90°、135°和180°的测量角位置处拍摄的测量对象S的图像。包括各个测量角位置处所检测到的存在区域并且由一个或多个单位区域组成的区域被暂时设置为与该测量角位置相对应的临时测量区域。在显示部400中显示分别与以这种方式设置的多个测量角位置相对应的多个临时测量区域。

图26是示出通过操作图24的部分箱按钮435在显示部400中显示的区域设置画面的示例的图。在图26的区域设置画面403中，在主显示区域410中显示与多个测量角位置(0°、45°、90°、135°和180°)各自相对应的区域设置映射图像。

另外，在图26的区域设置画面403中，角位置列表441与编辑按钮422、OK按钮427和取消按钮428一起显示在辅显示区域420中。角位置列表441指示当前设置的多个测量角位置。用户从显示在角位置列表441中的多个测量角位置中选择期望的测量角位置，并操作编辑按钮422。结果，类似于图23的示例，用户可以容易地在与所选择的测量角位置相对应的区域设置映射图像上在X方向和Y方向上扩展或缩小测量区域。

当具有箱形的测量对象S旋转时，Y方向上的存在区域的范围在多个测量角位置处极大地改变的可能性很高。因此，如上所述的测量区域的编辑功能对于设置具有箱形的测量对象S的测量区域是非常有效的。

当在图26的区域设置画面403中操作OK按钮427时，假设测量区域的设置完成，并且在显示部400中再次显示图24的测量基本画面401。另一方面，当操作取消按钮428时，重置与在区域设置画面403上设置的测量区域有关的信息，并且在显示部400中再次显示图24的测量基本画面401。

当操作图24的箱整周按钮434时，即当用户选择第一箱形区域设置模式作为测量区域的设置模式时，从存储装置240读取并设置与该模式相对应的多个测量角位置。可以通过用户的指定来设置多个测量角位置。

在该示例中，将0°(基准角位置)、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°设置为多个测量角位置。在这种情况下，类似于操作图24的部分箱按钮435的情况，检测测量对象S在各个测量角位置处的存在区域，并且将包括检测到的存在区域并由一个或多个单位区域组成的区域暂时设置为该测量角位置处的临时测量区域。在显示部400中显示分别与多个设置的测量角位置相对应的多个临时测量区域。

图27是示出通过操作图24的箱整周按钮434在显示部400中显示的区域设置画面的示例的图。在图27的区域设置画面404中，在主显示区域410中显示与多个测量角位置(0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°)各自相对应的区域设置映射图像。

此外，在图27的区域设置画面404中，类似于图26的区域设置画面403，编辑按钮422、OK按钮427、取消按钮428和角位置列表441显示在辅显示区域420中。因此，用户可以通过操作各种按钮(422、427、428)和角位置列表441，校正测量区域的设置，发出设置完成命令，并发出设置重置命令。当操作OK按钮427或取消按钮428时，在显示部400中再次显示图24的测量基本画面401。

当操作图24的轴按钮436时，即当用户选择轴形区域设置模式作为测量区域的设置模式时，从存储装置240读取并设置与该模式相对应的多个测量角位置。可以通过用户的指定来设置多个测量角位置。

在该示例中，将0°(基准角位置)、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°设置为多个测量角位置。这里，当具有在一个方向上延伸的轴向形状的测量对象S被布置为沿着旋转轴RA延伸并围绕旋转轴RA旋转时，测量对象S的外周表面与旋转轴RA之间的距离保持基本恒定。因此，认为与多个测量角位置相对应的存在区域基本上是共同的。

因此，当操作图24的轴按钮436时，仅检测当测量对象S位于多个测量角位置中的一个测量角位置时的测量对象S的存在区域。然后，将包括检测到的存在区域并由一个或多个单位区域组成的区域暂时设置为所有测量角位置处的临时测量区域。在显示部400中显示多个测量角位置所共同的临时测量区域。

图28是示出当操作图24的轴按钮436时在显示部400中显示的区域设置画面的示例的图。在图28的区域设置画面405中，在主显示区域410中显示与一个测量角位置(例如，0°)相对应的区域设置映射图像。另外，在图28的区域设置画面405中，编辑按钮422、OK按钮427和取消按钮428显示在辅显示区域420中。因此，用户可以通过操作各种按钮(422、427、428)和角位置列表441，校正测量区域的设置，发出设置完成命令，并发出设置重置命令。当操作OK按钮427或取消按钮428时，在显示部400中再次显示图24的测量基本画面401。

如上所述，当用户选择轴形区域设置模式时，不针对所有多个测量角位置检测存在区域。因此，缩短了检测存在区域所需的时间。在这种情况下，由于在显示部400中仅显示与一个测量角位置相对应的一个区域设置映射图像，因此用户不需要确认多个区域设置映射图像。此外，不需要针对多个测量角位置中的各个测量角位置调整测量区域。结果，可以减少设置测量区域所需的操作和时间。

当操作图24的旋转细节按钮437时，辅显示区域420的显示模式改变。图29是示出当操作图24的旋转细节按钮437时显示在显示部400中的辅显示区域420的示例的图。如图29所示，当在图24的测量基本画面401中操作旋转细节按钮437时，在辅显示区域420中显示基准姿势输入框451、基准姿势登记按钮452、角度条件设置部453、角度俯仰设置部454、测量次数设置部455、排除角度输入框456、合成必要性复选框457等。

基准姿势输入框451被配置为允许用户输入期望的角位置。操作基准姿势登记按钮452以将用户输入到基准姿势输入框451的角位置登记为基准姿势位置。当操作基准姿势登记按钮452时，输入到基准姿势输入框451的角位置作为基准姿势位置存储在工作存储器230或存储装置240中。

角度条件设置部453被配置为可由用户操作以设置如何确定多个测量角位置。具体地，角度条件设置部453由能够从多种类型的设置方法中选择期望方法的下拉按钮构成。

角度节距设置部454被配置为可由用户操作以按多少角间隔来设置多个测量角位置。具体地，角度俯仰设置部454由能够从多种类型的角度中选择期望角度的下拉按钮构成。测量次数设置部455被配置为可由用户操作以按角度俯仰设置部454所设置的角间隔来设置生成三维形状数据的次数。排除角度输入框456被配置为允许用户输入不需要生成三维形状数据的测量角位置。

合成必要性复选框457被配置为能够选择是否在多次以设置的角间隔旋转测量对象S的同时生成多个三维形状数据之后合成多个生成的三维形状数据。

当用户期望合成多个三维形状数据时，用户选中合成必要性复选框457。结果，合成在测量对象S的形状测量时在多个测量角位置处所生成的多个三维形状数据。另一方面，当用户不期望合成多个三维形状数据时，用户不选中合成必要性复选框457。结果，不合成在测量对象S的形状测量时在多个测量角位置处所生成的多个三维形状数据。如上所述，当用户操作图24的旋转细节按钮437时，用户可以进一步操作图29所示的各种输入框、按钮和设置部，以进行与测量对象S的形状测量有关的详细设置。

(5)设置的校正和添加等。

当操作图26至图28的编辑按钮422时，辅显示区域420的显示模式改变。图30是示出通过操作图26至图28的编辑按钮422在显示部400中显示的辅显示区域420的示例的图。如图30所示，当在图26至图28的区域设置画面402至405中操作编辑按钮422时，如图23的示例中那样，在辅显示区域420中显示用于调整区域设置映射图像上的测量区域的位置和大小的消息。另外，显示排除按钮426、OK按钮427和取消按钮428。此外，显示第一校准复选框463和第二校准复选框464。

第一校准复选框463是用于设置是否利用使用图15A的第一标记物M1的第一配置功能的复选框。另一方面，第二校准复选框464是用于设置是否利用使用图16B的第二标记物M2的第二配置功能的复选框。

当用户期望在上述步骤S36中的操作中利用使用第一标记物M1的第一配置功能时，用户选中图30的第一校准复选框463。在这种情况下，有必要设置测量区域，使得还针对第一标记物M1进行形状测量。这里，由于第一标记物M1是旋转支撑轴91的一部分，因此第一标记物M1在台架140上的存在区域是已知的。因此，当选中第一校准复选框463时，除了当前设置的测量区域之外，还设置用于覆盖第一标记物M1的存在区域的新测量区域。

图31是示出当图30的第一校准复选框463被选中时在显示部400中显示的区域设置画面的示例的图。在图31的区域设置画面406中，在主显示区域410中显示与特定的一个测量角位置(例如，0°)相对应的区域设置映射图像。

在区域设置映射图像中，用于生成测量对象S的三维形状数据的测量区域由多个单位区域框MM指示。此外，在区域设置映射图像中，用于生成第一标记物M1的三维形状数据的测量区域由多个单位区域框MMa指示。

在图31中，保持部191和第一标记物M1的图像由双点划线表示。第一标记物M1的图像部分用阴影线表示，使得可以容易地理解第一标记物M1的位置。

这里，对应于第一标记物M1添加的单位区域框MMa以不同于单位区域框MM的模式(在该示例中，粗的单点划线)显示，以与对应于测量对象S的单位区域框MM可区分。结果，用户可以容易地掌握已经设置了新的测量区域，以利用使用第一标记物M1的第一校准功能。

当用户期望利用使用第二标记物M2的第二配置功能时，用户选中图30的第二校准复选框464。在这种情况下，有必要设置测量区域，使得还针对第二标记物M2进行形状测量。这里，在上述步骤S37的操作中，第二标记物M2由用户附着到测量对象S。因此，用户需要根据附着到测量对象S的第二标记物M2的位置来设置新的测量区域以覆盖第二标记物M2的存在区域。

图32是示出当图30的第二校准复选框464被选中时在显示部400中显示的区域设置画面的示例的图。在图32的区域设置画面407中，类似于图31的区域设置画面406的示例，在主显示区域410中显示与特定的一个测量角位置(例如，0°)相对应的区域设置映射图像。

此外，在区域设置映射图像中，用于生成测量对象S的三维形状数据的测量区域由多个单位区域框MM指示，并且显示用于指定第二标记物M2的位置的标记物图像M2i。在这种状态下，例如，用户通过拖动标记物图像M2i将标记物图像M2i布置在区域设置映射图像上的与第二标记物M2的实际位置相对应的位置处。

在辅显示区域420中，显示标记物反转复选框465、OK按钮427和取消按钮428。这里，在根据该实施例的形状测量设备500中，预先确定当使用第二校准功能时要附着到测量对象S的第二标记物M2的基本姿势。例如，要附着到测量对象S的第二标记物M2的基本姿势是如下的姿势：第二标记物M2的轴心平行于或基本上平行于旋转轴RA，并且大直径部M2a和小直径部M2b被布置为以该顺序与旋转单元190分离。另一方面，如图17的示例所示，第二标记物M2可以以基本姿势在X方向上反转的反转姿势附着到旋转单元190。

标记物反转复选框465是用于设置是否在X方向上反转和布置第二标记物M2的取向的复选框。图33是示出当图32的标记物反转复选框465被选中时在显示部400中显示的区域设置画面的示例的图。如图33所示，在区域设置画面407上，通过选中标记物反转复选框465，标记物图像M2i的方向相对于图32的显示示例在左右方向上反转。

在如上所述在区域设置映射图像上调整标记物图像M2i的位置和取向之后，操作OK按钮427。因此，设置新的测量区域以覆盖与标记物图像M2i相对应的区域。

图34是示出在设置了第一标记物M1和第二标记物M2的新测量区域的状态下在显示部400中显示的区域设置画面的示例的图。在图34的区域设置画面408中，用于生成对象图像SI的三维形状数据的测量区域由主显示区域410中显示的区域设置映射图像中的多个单位区域框MM指示。此外，用于生成第一标记物M1的三维形状数据的测量区域由多个单位区域框MMa指示。此外，用于生成第二标记物M2的三维形状数据的测量区域由多个单位区域框MMb指示。结果，用户可以容易地掌握已经设置了新的测量区域，以利用使用第一标记物M1的第一校准功能和使用第二标记物M2的第二校准功能。

在图34的示例中，以相互可区分的不同模式显示与第一标记物M1相对应的单位区域框MMa、与第二标记物M2相对应的单位区域框MMb和与测量对象S相对应的单位区域框MM。结果，用户可以容易地掌握针对测量区域的各个部分所设置的目的。

[6]上表面移除功能

如上所述，假设操作图22和图29的上表面移除按钮429，即用户指示从测量结果中移除台架140的上表面141s的三维形状数据。在这种情况下，在形状测量设备500中，在从通过对测量对象S进行摄像而获得的所有三维形状数据中移除与上表面141s相对应的三维形状数据的状态下，在显示部400中显示测量对象S的三维形状图像(上表面移除功能)。将描述具体示例。

图35是示出使用旋转单元190的测量对象S的形状测量的示例的外部透视图。如图35所示，在该示例中，在旋转的同时测量由保持部191使用两个杆状构件94所保持的测量对象S的形状。在这种情况下，当台架140的上表面141s位于测量空间101中时，指示上表面141s的形状的三维形状数据与指示测量对象S的形状的三维形状数据一起生成。

图36是示出基于通过图35的形状测量所获得的所有三维形状数据的三维形状图像的示例的图。在稍后描述的图36和图37的三维形状图像中，Z方向上的位置(高度)由阴影线和点图案表示。在图36的三维形状图像中，由白色箭头指示的部分是表示台架140的上表面141s的部分。如上所述，当除了测量对象S之外还显示台架140的三维形状图像时，用户难以掌握测量对象S的形状。

如图36所示，与台架140的上表面141s相对应的三维形状数据指示具有一定程度的连续展开的平面形状。可以基于以下来识别这些三维形状数据：是否提取了具有连续展开的平面的数据组，以及相对于所提取的平面的法线方向在各个测量角位置处是否向上，并且Z方向上的位置是否在设计上表面141s的位置处。

图37是从图36的三维形状图像中移除与台架140的上表面141s相对应的三维形状图像的图。根据图37的三维形状图像，用户可以容易且准确地掌握测量对象S的三维形状。在图36和37的三维形状图像中，Z方向上的显示范围彼此不同。

[7]PC 200中的CPU 210的功能结构

图38是示出图1的CPU 210的功能结构的框图。如图38所示，CPU 210包括移动控制部21a、旋转控制部21b、摄像控制部21c、区域设置部21d、设置画面呈现部21e、旋转角度设置部21f、三维形状数据生成部21g、数据合成部21h、数据校正部21i、附接/拆卸判断部21j和显示控制部21k。这些构成要素由CPU 210执行存储在存储装置240中的形状测量程序来实现。注意，CPU210所包括的多个构成要素中的一部分或全部也可以通过诸如电子电路等的硬件来实现。

移动控制部21a控制台架驱动部146，使得台架140的上表面141s的位置相对于光接收部120移动。换句话说，移动控制部21a通过在测量对象S布置在台架140上的状态下移动台架140的上表面141s来调整测量空间101相对于测量对象S的相对位置。旋转控制部21b控制旋转单元190，使得在伴随旋转的测量对象S的形状测量时，测量对象S顺次地旋转到多个预定的测量角位置。

为了检测测量对象S的存在区域，摄像控制部21c控制照明光输出部130和光接收部120，使得以低倍率拍摄布置在台架140上的测量对象S的图像。另外，摄像控制部21c控制光投射部110A和110B以及光接收部120，使得在测量对象S处于各个测量角位置的状态下拍摄由稍后描述的区域设置部21d设置的测量区域的图像。

区域设置部21d在测量对象S被放置在台架140上的状态下或者在由旋转单元190保持的测量对象S处于各个测量角位置的状态下，检测测量对象S的存在区域。另外，区域设置部21d基于存在区域的检测结果来设置测量区域。此外，区域设置部21d基于用户对操作部250的操作来校正所设置的测量区域。

当区域设置部21d设置测量区域时，设置画面呈现部21e在显示部400中显示区域设置映射图像。另外，设置画面呈现部21e将单位区域框MM、MMa和MMb在区域设置映射图像中叠加并显示测量对象S的图像上，使得可以识别所设置的测量区域。

在进行伴随旋转的测量对象S的形状测量时，旋转角度设置部21f设置多个测量角位置。这里，例如，如上所述，分别与第一箱形区域设置模式、第二箱形区域设置模式和轴形区域设置模式相对应的多个测量角位置作为默认信息存储在存储装置240中。

在这种情况下，在伴随旋转的测量对象S的形状测量时，旋转角度设置部21f根据所选择的区域设置模式读取存储在存储装置240中的多个测量角位置以设置多个测量角位置。例如，当用户通过使用操作部250操作图29的角度俯仰设置部454等而接收到特定角位置的指定时，旋转角度设置部21f可以将指定的角位置设置为测量角位置。

三维形状数据生成部21g基于通过用图案光照射测量区域并对测量区域进行摄像而生成的多个图像数据，来生成指示测量对象S的形状的三维形状数据。另外，三维形状数据生成部21g基于通过对位于测量区域中的第一标记物M1进行摄像而生成的多个图像数据来生成指示第一标记物M1的形状的三维形状数据。此外，三维形状数据生成部21g基于通过对位于测量区域中的第二标记物M2进行摄像而生成的多个图像数据来生成指示第二标记物M2的形状的三维形状数据。

当单独生成在测量对象S的表面上布置在X、Y方向上的多个部分的三维形状数据时，数据合成部21h进行上述平面方向合成。另外，当单独生成在测量对象S的表面中围绕旋转轴RA布置的多个部分的三维形状数据时，数据合成部21h响应于用户对合成的指定而进行上述旋转方向合成。此外，数据合成部21h对通过平面方向合成而生成的三维形状数据和通过旋转方向合成而生成的三维形状数据进行合成。另外，例如，在通过在相对于测量对象S的表面的Z方向上的多个位置处进行摄像而在公共测量区域中单独生成多个三维形状数据的情况下，数据合成部21h还可以进行上述高度方向合成。

当进行伴随旋转的测量对象S的形状测量时，数据校正部21i基于使用第一标记物M1和第二标记物M2的必要性，根据第一校准功能至第三校准功能中的任何一个来进行三维形状数据校正处理。具体地，在根据第一校准功能的校正处理中，数据校正部21i基于第一标记物M1的三维形状数据及其尺寸来校正分别与多个测量角位置相对应的测量对象S的多个三维形状数据。

在根据第二校准功能的校正处理中，数据校正部21i基于第一标记物M1和第二标记物M2的三维形状数据及其尺寸来校正分别与多个测量角位置相对应的测量对象S的多个三维形状数据。当在根据第二校准功能的校正处理中不存在第一标记物M1的三维形状数据时，数据校正部21i基于第二标记物M2的三维形状数据及其尺寸来校正分别与多个测量角位置相对应的测量对象S的多个三维形状数据。

此外，在根据第三校准功能的校正处理中，数据校正部21i基于在多个测量角位置处的测量对象S的三维形状数据的重叠关系来校正分别与多个测量角位置相对应的测量对象S的多个三维形状数据。

附接/拆卸判断部21j判断旋转单元190是否附接到台架140。具体地，当旋转单元190的连接部194和台架140的连接部141c连接时，附接/拆卸判断部21j判断为旋转单元190被附接到台架140。当旋转单元190的连接部194和台架140的连接部141c未连接时，附接/拆卸判断部21j判断为旋转单元190未附接到台架140。可以基于是否可以在附接/拆卸判断部21j和旋转单元190之间交换电信号来容易地判断旋转单元190的连接部194和台架140的连接部141c是否连接。

显示控制部21k在显示部400中显示测量对象S的实时图像和测量对象S的三维形状图像，并且在显示部400中显示诸如测量基本画面401和区域设置画面402至408等的各种设置画面。

特别地，当旋转单元190附接到台架140时，显示控制部21k使显示部400显示水平移动操作窗口411和旋转操作窗口413。此外，在这种情况下，显示控制部21k使显示部400显示用于进行与伴随旋转的测量对象S的形状测量有关的各种设置的图像。

当旋转单元190未附接到台架140时，显示控制部21k使显示部400显示水平移动操作窗口411，但不使显示部400显示旋转操作窗口413。此外，在这种情况下，显示控制部21k使显示部400显示用于进行与无旋转的测量对象S的形状测量有关的各种设置的图像。

[8]形状测量处理

图39和图40是示出由CPU 210执行的形状测量处理的示例的流程图。在形状测量设备500的电源接通的状态下，通过PC 200的CPU 210执行存储在存储装置240中的形状测量程序以预定周期重复进行图39和图40的形状测量处理。在初始状态下，照明光从照明光输出部130朝向台架140发射，并且光接收部120拍摄台架140的上表面141s的图像。

首先，如图22的示例所示，在不能操作旋转单元190的状态下，显示控制部21k使显示部400显示包括实时图像、测量开始按钮425等的测量基本画面401(步骤S101)。因此，步骤S101中显示的测量基本画面401包括用于操作台架140的水平移动操作窗口411(图22)，但是不包括用于操作旋转单元190的旋转操作窗口413(图24)。

接下来，附接/拆卸判断部21j判断旋转单元190是否附接到台架140(步骤S102)。在旋转单元190未附接到台架140的情况下，附接/拆卸判断部21j使处理前进到稍后描述的步骤S105。另一方面，在旋转单元190附接到台架140时，如图24的示例所示，显示控制部21k在可以操作旋转单元190的状态下使显示部400显示测量基本画面401(步骤S103)。注意，在步骤S102的判断时，显示控制部21k可以根据判断结果使显示部400显示指示旋转单元190是否附接到台架140的消息或指标等。

接下来，附接/拆卸判断部21j在显示部400中显示能够操作旋转单元190的测量基本画面401(图24)的状态下判断旋转单元190是否被拆卸(步骤S104)。当旋转单元190被拆卸时，附接/拆卸判断部21j将处理返回到步骤S101。另一方面，当旋转单元190未被拆卸时，移动控制部21a和旋转控制部21b接收调整台架140等的位置的命令(步骤S105)。例如，通过用户使用操作部250操作水平移动操作窗口411(图22和图24)或旋转操作窗口413(图24)来命令台架140等的位置的调整。此时，移动控制部21a响应于调整台架140的位置的命令，在X方向、Y方向和Z方向上移动台架140的上表面141s。另外，旋转控制部21b响应于来自用户的旋转单元190的旋转命令而使旋转单元190的保持部191旋转。结果，例如，光接收部120的焦点的位置被调整。

此后，基于用户对操作部250的操作来进行测量区域设置处理(步骤S106)。通过测量区域设置处理，在伴随旋转的测量对象S的形状测量中，设置多个测量角位置，并且针对各个测量角位置设置一个或多个测量区域。在无旋转的测量对象S的形状测量中，设置一个或多个测量区域。稍后将描述由CPU 210执行的测量区域设置处理的细节。

接下来，当设置了伴随旋转的测量对象S的形状测量的测量区域时，数据合成部21h接收关于是否合成在多个测量角位置处获取的多个三维形状数据的命令(步骤S107)。例如，基于用户是否选中了图29的合成必要性复选框457来进行该接收。在无旋转的测量对象S的形状测量时，跳过步骤S107的处理。注意，例如，图22或图24的测量基本画面401可以设置有用于指定是否进行平面方向合成以及是否进行旋转方向合成的合成必要性输入部。在这种情况下，数据合成部21h可以在步骤S107中接收合成必要性输入部的输入。

接下来，数据校正部21i接收关于从测量对象S的形状测量所生成的三维形状数据是否需要指示台架140的上表面141s的三维形状数据的命令(步骤S108)。基于例如用户是否操作图22或图24的上表面移除按钮429来进行该接收。

接下来，摄像控制部21c判断是否已经接收到开始使用图案光对测量对象S进行摄像的命令(步骤S109)。例如，基于用户是否操作图22或图24的测量开始按钮425来进行该接收。在没有接收到摄像开始命令的情况下，摄像控制部21c判断是否存在返回到初始状态的命令(步骤S112)。该判断是基于例如用户是否操作图22或图24的区域清除按钮423来做出的。在存在返回到初始状态的命令的情况下，摄像控制部21c使处理返回到步骤S101。在没有返回到初始状态的命令的情况下，摄像控制部21c使处理前进到稍后描述的步骤S111。

另一方面，当接收到摄像开始命令时，针对设置的测量区域进行使用图案光的摄像，并且基于通过摄像获得的多个图像数据生成三维形状数据(步骤S110)。

具体地，当设置了多个测量角位置时，旋转控制部21b控制旋转单元190，使得测量对象S顺次地旋转到围绕旋转轴RA所设置的多个测量角位置。另外，移动控制部21a控制台架驱动部146，使得针对放置在台架140上的测量对象S或由旋转单元190保持的测量对象S拍摄所设置的测量区域的图像。此外，摄像控制部21c控制光投射部110A和110B以及光接收部120，使得拍摄所设置的测量区域的图像。此外，三维形状数据生成部21g基于通过摄像所获得的多个图像数据来生成测量区域的三维形状数据。此时，显示控制部21k使显示部400显示基于所生成的三维形状数据的三维形状图像。

当在步骤S107中给出合成多个三维形状数据的命令时，数据合成部21h合成与多个测量角位置相对应的多个三维形状数据(旋转方向合成)。另一方面，当在步骤S107中没有给出合成多个三维形状数据的命令时，数据合成部21h不合成与多个测量角位置相对应的多个三维形状数据。

另外，数据校正部21i根据在稍后描述的测量区域设置处理的步骤S236和S237的处理中启用的校准功能来校正合成前的多个三维形状数据中的各个数据。此外，当在步骤S108中给出指示不需要指示上表面141s的三维形状数据的命令时，数据校正部21i从所有生成的三维形状数据中移除指示台架140的上表面141s的三维形状数据。

接下来，区域设置部21d判断是否存在通过用户操作操作部250来重置测量区域的命令(步骤S111)。因此，当存在重置命令时，区域设置部21d将处理返回到步骤S106。另一方面，当没有重置命令时，区域设置部21d结束一系列形状测量处理。此时，三维形状数据生成部21g将生成的三维形状数据与各种类型的设置信息(例如，多个测量角位置、多个测量区域等)一起存储在存储装置240中。

将描述包括在形状测量处理中的测量区域设置处理的细节。注意，下面描述的测量区域设置处理对应于伴随利用旋转单元190的旋转的测量对象S的形状测量。图41和图42是示出由CPU 210执行的测量区域设置处理的示例的流程图。

如图41所示，首先，区域设置部21d判断是否选择第一箱形区域设置模式或第二箱形区域设置模式作为用于设置测量区域的模式(步骤S201)。该判断是基于例如在上述步骤S31的操作中用户是操作图24的箱整周按钮434还是部分箱按钮435来进行的。

当选择第一箱形区域设置模式或第二箱形区域设置模式时，旋转角度设置部21f从存储装置240读取与所选择的箱形区域设置模式相对应的多个测量角位置(步骤S202)。以预定角度(例如，30°、45°或90°)的整数倍的间隔限定多个测量角位置。换句话说，多个测量角位置被限定为具有预定的角节距。读取处理对应于设置多个测量角位置的处理。注意，旋转角度设置部21f可以基于用户操作图29的角度条件设置部453、角度俯仰设置部454等指定的信息来设置多个测量角位置。

接下来，由低倍率照相机在各个测量角位置处拍摄整个测量对象S的图像(步骤S203)。此时，旋转控制部21b控制旋转单元190，使得测量对象S顺次地旋转到多个所设置的测量角位置。另外，摄像控制部21c在测量对象S处于各个测量角位置的状态下控制照明光输出部130和光接收部120，使得由低倍率照相机拍摄测量对象S的图像。此外，当未一次拍摄整个测量对象S的图像时，移动控制部21a使台架140的上表面141s在X、Y方向上移动，使得测量对象S的未拍摄图像的部分顺次地移动到光接收部120的摄像区域中。

此后，区域设置部21d基于通过步骤S203中的摄像获得的图像数据来检测与各个测量角位置相对应的存在区域(步骤S204)。这里，进行步骤S203中的对测量对象S的摄像，以在随后的步骤S204中检测测量对象S的存在区域。因此，基本上，需要拍摄整个测量对象S的图像。

如上所述，在步骤S203中，由低倍率照相机来拍摄测量对象S的图像。作为低倍率照相机的照相机121A的摄像区域大于作为高倍率照相机的照相机121B的摄像区域。因此，与通过高倍率照相机拍摄整个测量对象S的图像的情况相比，当通过低倍率照相机拍摄整个测量对象S的图像时，可以减少摄像的次数。因此，可以缩短检测存在区域所需的时间。

在步骤S204的处理之后，区域设置部21d暂时将包括各测量角位置的所检测存在区域的区域设置为测量角位置的测量区域(步骤S205)。因此，设置画面呈现部21e基于在步骤S204中获得的多个图像数据和各个设置的测量角位置的测量区域来生成区域设置映射图像，并且在显示部400上显示区域设置映射图像(步骤S206)。此时，设置画面呈现部21e将一个或多个单位区域框MM在区域设置映射图像中叠加并显示在测量对象S的图像上，使得可以识别所设置的测量区域。

接下来，区域设置部21d判断测量区域的设置是否已经完成(步骤S207)。例如，基于用户是否操作图24的测量开始按钮425来做出该判断。当测量区域的设置完成时，测量区域设置处理结束。另一方面，当测量区域的设置未完成时，区域设置部21d判断是否存在校正测量区域的命令(步骤S231)。例如，基于用户是否已经给出改变、添加或删除测量区域的命令，在图26至图28的区域设置画面403至405上进行该判断。

在步骤S231中没有校正测量区域的命令的情况下，区域设置部21d使处理前进到稍后描述的步骤S233。另一方面，当在步骤S231中存在校正测量区域的命令时，区域设置部21d接收校正并根据接收到的内容来校正设置的测量区域(步骤S232)。

接下来，数据校正部21i判断是否存在使用第一标记物M1或第二标记物M2来校准三维形状数据的命令(步骤S233)。当存在使用标记物的命令时，数据校正部21i判断要使用的标记物的类型(步骤S234)。例如，基于用户选中了图30的第一校准复选框463和第二校准复选框464中的哪一个，进行数据校正部21i在步骤S233和S234中的判断。

接下来，数据校正部21i根据要使用的标记物添加新的测量区域设置(步骤S235)，并且根据要使用的标记物启用校准功能(步骤S236)。此后，数据校正部21i将处理返回到步骤S207。在步骤S236中，当要使用的标记物是第一标记物M1时，启用第一校准功能。另一方面，当要使用的标记物是第二标记物M2时，启用第二校准功能。在步骤S233中不存在使用标记物的命令的情况下，数据校正部21i启用第三校准功能(步骤S237)，并将处理返回到步骤S207。

当在上述步骤S201中未选择第一箱形区域设置模式或第二箱形区域设置模式时，区域设置部21d判断是否选择轴形区域设置模式作为用于设置测量区域的模式(步骤S211)。基于例如用户是否操作图24的轴按钮436来做出该判断。

当选择轴形区域设置模式时，旋转角度设置部21f从存储装置240读取与轴形区域设置模式相对应的多个测量角位置(步骤S212)。该读取处理对应于与步骤S202的处理类似的设置多个测量角位置的处理。注意，旋转角度设置部21f可以基于用户操作图29的角度条件设置部453、角度俯仰设置部454等所指定的条件来设置多个测量角位置。

接下来，由低倍率照相机在多个测量角位置中的一个测量角位置处拍摄测量对象S的整个图像(步骤S213)。此时，旋转控制部21b控制旋转单元190，使得测量对象S被保持在多个设置的测量角位置中的一个测量角位置处。另外，摄像控制部21c在测量对象S处于一个测量角位置的状态下控制照明光输出部130和光接收部120，使得由低倍率照相机拍摄测量对象S的图像。当未一次拍摄整个测量对象S的图像时，移动控制部21a使台架140的上表面141s在X、Y方向上移动，使得测量对象S的未拍摄图像的部分顺次地移动到光接收部120的摄像区域中。

此后，区域设置部21d基于通过步骤S213中的摄像获得的图像数据来检测与一个测量角位置相对应的存在区域(步骤S214)，并且使处理前进到步骤S205。在步骤S213中，类似于步骤S203中的处理，由低倍率照相机拍摄测量对象S的图像。因此，可以缩短检测存在区域所需的时间。

当在上述步骤S211中未选择轴形区域设置模式时，区域设置部21d判断是否已经接收到进行测量区域的详细设置的命令(步骤S221)。基于例如用户是否操作图24的旋转细节按钮437来做出该判断。

当接收到进行测量区域的详细设置的命令时，区域设置部21d接收测量区域的设置(步骤S222)。这里，例如，接收用户操作图29的角度条件设置部453、角度俯仰设置部454等所指定的条件。此后，区域设置部21d使处理前进到步骤S207。

在与无旋转的测量对象S的形状测量相对应的测量区域设置处理中，在检测到测量对象S的存在区域之后，进行与步骤S205至S207、S231和S232类似的处理。

[9]效果

(1)在根据该实施例的形状测量设备500中，在测量对象S被放置在台架140的上表面141s上的状态下，用图案光照射测量对象S。可替代地，在测量对象S由旋转单元190保持的状态下，用图案光照射围绕与光接收部120的光轴ROA相交的旋转轴RA旋转的测量对象S。由光接收部120拍摄用图案光照射的测量对象S的图像。基于通过摄像获得的多个图像数据来生成测量对象S的三维形状数据。

在这种情况下，用户可以将测量对象S放置在台架的上表面上或者通过旋转单元旋转测量对象S，使得图案光入射在测量对象S中的期望部分的形状上。结果，可以在测量对象S的表面上的宽范围内测量形状。

(2)在根据该实施例的形状测量设备500中，在设置用于进行分别伴随旋转的测量对象S的形状测量的测量区域时，检测与多个设置的测量角位置各自相对应的测量对象S的存在区域。

此外，基于测量角位置处的存在区域的检测结果来设置针对各个测量角位置应当由光接收部120拍摄图像的测量区域。在这种情况下，用户不需要针对各个测量角位置根据测量对象S的形状来进行复杂的设置操作。此后，在测量对象S处于各个测量角位置的状态下拍摄所设置的测量区域的图像，并且生成多个三维形状数据。结果，可以在测量对象S的表面上的宽范围内测量形状，而不需要复杂的设置操作。

(3)在根据该实施例的形状测量设备500中，设置为利用使用例如第一标记物M1的第一配置功能，以进行伴随旋转的测量对象S的形状测量。在这种情况下，拍摄第一标记物M1和测量对象S的图像。基于通过摄像获得的图像数据来生成第一标记物M1的三维形状数据和测量对象S的三维形状数据。基于第一标记物M1的三维形状数据和第一标记物M1的尺寸，进行根据第一校准功能的三维形状数据的校正处理。

在这种情况下，由于在保持部191保持测量对象S的状态下生成第一标记物M1的三维形状数据，因此当保持部191保持测量对象S并且保持部191的旋转状态改变时，第一标记物M1的旋转状态也与保持部191类似地改变。因此，与在测量对象S未被保持部191保持的状态下生成测量对象S的情况相比，第一标记物M1的三维形状数据更适合于校正测量对象S的三维形状数据。结果，可以在测量对象S的表面上的宽范围内以高精度测量形状。

第一标记物M1构成保持部191的一部分。因此，为了校准形状测量设备500，不需要将校准工具附接到保持部191并且用测量对象S替换附接到保持部191的校准工具。因此，缩短了形状测量设备500的校准操作所需的时间。

(4)另外，在形状测量设备500中，设置为利用使用第二标记物M2的第二配置功能，以进行伴随旋转的测量对象S的形状测量。在这种情况下，拍摄第二标记物M2和测量对象S的图像，并且生成通过摄像获得的第二标记物M2的三维形状数据和测量对象S的三维形状数据。基于第二标记物M2的三维形状数据和第二标记物M2的尺寸，进行根据第二校准功能的三维形状数据的校正处理。根据第二校准功能，通过使用第一标记物M1和第二标记物M2的三维形状数据来提高测量对象S的测量精度。

此外，在形状测量设备500中，设置为利用不使用第一标记物M1和第二标记物M2的第三配置功能，以进行伴随旋转的测量对象S的形状测量。在这种情况下，基于测量对象S的三维形状数据，进行根据第三校准功能的三维形状数据的校正处理。根据第三校准功能，由于不需要对第一标记物M1和第二标记物M2进行摄像，因此可以缩短测量测量对象S所需的时间。

(5)用户可以例如通过选中或不选中图31的第一校准复选框463和第二校准复选框464中的一个来选择第一校准功能至第三校准功能中的一个。因此，由于能够根据形状测量的应用容易地选择期望的校准功能，因此提高了测量对象S的形状测量的便利性。

[10]其他实施例

(1)在根据上述实施例的形状测量处理中，区域设置部21d可以在测量对象S的测量区域设置时设置测量对象S在Z方向上的测量范围。此外，在Z方向上的所设置的摄像范围超过测量空间101在Z方向上的范围(光接收部120的景深的范围)的情况下，可以进行高度方向合成。

在这种情况下，在显示部400中显示区域设置画面，以能够接收例如设置测量对象S在Z方向上的测量范围的必要性。图43是示出可以接受设置测量对象S在Z方向上的测量范围的必要性的区域设置画面的示例的图。在图43的区域设置画面404中，在主显示区域410中显示区域设置映射图像的状态下，在辅显示区域420中显示高度范围按钮471。

当用户期望设置在Z方向上的测量范围时，用户操作高度范围按钮471。结果，在显示部400中显示用于设置测量对象S在Z方向上的测量范围的区域设置画面。图44是示出用于设置测量对象S在Z方向上的测量范围的区域设置画面的示例的图。

在图44的区域设置画面409中，显示了用于设置通过操作辅显示区域420的角位置列表441所指定的测量角位置(在该示例中为0°)的测量范围的各种图像和操作窗口。

具体地，在主显示区域410中显示由角位置列表441指定的测量角位置处的区域设置映射图像IMa和相对于指定的测量角位置偏移90°的测量角位置处的区域设置映射图像IMb。在区域设置映射图像IMb上，分别指示Z方向上的测量范围的上限位置和下限位置的上限标记472和下限标记473重叠并显示为可在上下方向上滑动。结果，用户可以通过在视觉上识别区域设置映射图像IMb中显示的测量对象S的图像的同时在上下方向上滑动上限标记472和下限标记473来设置指定的测量角位置处的Z方向上的测量范围。

此外，在主显示区域410中显示范围设置窗口481，该范围设置窗口481用于进一步用数值指定Z方向上的测量范围或给出进行自动设置的命令。范围设置窗口481显示上限输入部482和下限输入部483，以供用户分别输入Z方向上的测量范围的上限位置和下限位置的数值。范围设置窗口481还显示宽度输入部484和中心输入部485，以供用户输入Z方向上的测量范围的大小(上下方向上的宽度)和测量范围的中心位置的数值。此外，在范围设置窗口481中，显示自动设置按钮486，该自动设置按钮486用于给出针对所有测量角位置各自自动设置Z方向上的测量范围的命令。

结果，用户可以通过将数值输入到上限输入部482和下限输入部483而不是操作上限标记472和下限标记473来设置测量范围。可替代地，用户可以通过将数值输入到宽度输入部484和中心输入部485来设置测量范围。可替代地，用户可以通过操作自动设置按钮486来针对所有测量角位置设置Z方向上的测量范围。

当操作自动设置按钮486时，区域设置部21d可以针对各个测量角位置按照如下设置测量范围。例如，当针对一个测量角位置设置Z方向上的测量范围时，区域设置部21d读取相对于一个测量角位置偏移90°的测量角位置的区域设置映射图像。另外，区域设置部21d从读取的区域设置映射图像中检测测量对象S存在的Z方向上的范围，并且将检测到的范围设置为一个测量角位置的Z方向上的范围。

可替代地，区域设置部21d也可以针对各个测量角位置按照如下设置测量范围。例如，旋转控制部21b将旋转单元190顺次地移动到多个测量角位置。因此，摄像控制部21c使光接收部120在测量对象S处于各个测量角位置的状态下对测量对象S的多个部分进行摄像，并且在Z方向上移动台架140，使得光接收部120的焦平面120F与测量对象S的面向上的多个部分中的各部分对准。然后，区域设置部21d基于台架140在Z方向上的移动范围来设置测量范围。

在这种情况下，当测量范围超过测量空间101的范围(光接收部120的景深范围)时，摄像控制部21c可以确定Z方向上的上表面141s的多个位置，使得测量对象S的多个部分包括在测量空间101的范围内。

可替代地，区域设置部21d可以针对各个测量角位置按照如下设置测量范围。例如，旋转控制部21b将旋转单元190顺次地移动到多个测量角位置。因此，摄像控制部21c在测量对象S处于各个测量角位置的状态下使用图案光对测量对象S进行摄像，并且生成三维形状数据以检测Z方向上的测量对象S的上端部的位置。然后，区域设置部21d基于测量对象S的所生成的三维形状数据来设置测量范围。在对测量对象S进行摄像以设置Z方向上的测量范围时，作为所谓的粗略测量，优选地通过使用具有低分辨率的图案光来减少图案光的照射次数。

如上所述，设置测量对象S在Z方向上的测量范围。结果，当在任意测量角位置处设置的测量范围超过测量空间101时，CPU 210可以在改变测量角位置处台架140在Z方向上的位置的同时多次生成三维形状数据。另外，通过使用多个生成的三维形状数据进行高度方向合成，可以在测量对象的表面上的更宽范围内测量形状。

(2)在根据上述实施例的形状测量处理中，为了在伴随旋转的测量对象S的形状测量时检测与各个测量角位置相对应的测量对象S的存在区域，使用照明光拍摄各个测量角位置处的测量对象S的图像，但是本发明不限于此。

为了检测与各个测量角位置相对应的测量对象S的存在区域，CPU 210可以进行以下处理。例如，在步骤S204中，旋转控制部21b控制旋转单元190，使得测量对象S保持在多个测量角位置中的一些(例如，0°和180°)代表性角位置处。另外，摄像控制部21c在测量对象S处于各个代表性角位置的状态下控制光投射部110A和110B以及光接收部120，以在通过用图案光照射测量对象S的同时对测量对象S进行摄像来生成多个图像数据。三维形状数据生成部21g基于在测量对象S处于各个代表性角位置的状态下生成的多个图像数据来生成与各个代表性角位置相对应的三维形状数据。

在这种情况下，当与作为一个代表性角位置的0°相对应的三维形状数据和与作为另一代表性角位置的180°相对应的三维形状数据被组合时，可以几乎掌握测量对象S的整个形状。因此，区域设置部21d基于所生成的三维形状数据来检测与多个测量角位置相对应的测量对象S的存在区域。根据上述处理，不需要在多个角位置中的各个角位置处对测量对象进行摄像以针对多个测量角位置检测存在区域。

为了检测存在区域而生成的三维形状数据不需要高测量精度。因此，在生成用于检测存在区域的三维形状数据时，与生成用于获取测量对象S的形状的三维形状数据的时间相比，优选通过使用具有低分辨率的图案光来减少图案光的照射次数。

(3)在根据上述实施例的形状测量处理中，数据合成部21h在步骤S107的处理中接收关于是否合成多个测量角位置的三维形状数据的命令，但是本发明不限于此。

在步骤S107中，数据合成部21h可以接收仅合成多个测量角位置的多个三维形状数据的一部分的命令。在这种情况下，例如，在图29的辅显示区域420中，代替合成必要性复选框457，可以设置用于在多个测量角位置中选择要合成三维形状数据的测量角位置的输入部等。

在接收到仅合成在多个测量角位置的一部分中所获取的多个三维形状数据的命令的情况下，数据合成部21h可以根据接收到的信息仅合成多个三维形状数据的一部分。

可以在显示部400中显示数据合成命令部，该数据合成命令部用于给出关于是否在旋转方向上合成旋转方向中布置的至少一些三维形状数据的命令。具体地，可以在图26至图28的区域设置画面403至405的辅显示区域420中显示用于单独指定要合成的三维形状数据的复选框等作为数据合成命令部。结果，用户能够以期望的方式获取测量对象S的形状的三维形状数据。

(4)在上述实施例中，旋转角度设置部21f从存储装置240读取在步骤S212的处理中针对各个模式预先确定的多个测量角位置，并且设置多个测量角位置，但是本发明不限于此。

作为步骤S212的处理，旋转角度设置部21f可以通过以下方法设置多个测量角位置，而不是读取多个预定测量角位置。

例如，当在步骤S211中选择轴形区域设置模式时，旋转角度设置部21f首先调整台架140在Z方向上的位置，使得光接收部120的焦平面120F与测量对象S的最高部分一致。接下来，旋转角度设置部21f基于当光接收部120的焦平面120F位于测量对象S的表面中时台架140在Z方向上的位置和光接收部120的工作距离WD(图8)，来计算以旋转轴RA为基准的测量对象S在径向方向上的大小(实际尺寸)。

在这种情况下，可以基于所计算的大小来掌握在测量对象S的外周表面上设置的测量区域的大小。因此，在光接收部120在测量对象S围绕旋转轴RA旋转的同时拍摄测量对象S的图像的情况下，旋转角度设置部21f可以设置多个测量角位置，使得两个连续测量区域在旋转方向上彼此部分重叠。

根据用于设置测量角位置的方法，适当地设置测量区域，以在由旋转单元190保持的测量对象S的旋转方向上覆盖测量对象S的整个表面。

(5)根据上述实施例的形状测量设备500可以具有所谓的自动调焦功能。例如，当光接收部120拍摄测量对象S的图像时，可以调整上表面141s在Z方向上的位置，使得光接收部120的焦平面120F位于测量对象S的至少一部分上。可替代地，可以调整透镜122在光接收部120中的位置。

(6)在根据上述实施例的形状测量处理中，用户检查区域设置映射图像以设置测量区域，但是本发明不限于此。在形状测量处理中，例如，可以在不根据用户的命令生成区域设置映射图像的情况下进行测量对象S的形状测量。

具体地，在旋转单元190附接到台架140的状态下，用户操作操作部250以命令应在无需确认区域设置映射图像的情况下进行测量对象S的形状测量。在这种情况下，CPU 210在多个预定测量角位置各自处进行使用图案光的摄像，并生成三维形状数据。

因此，CPU 210设置与各个测量角位置相对应的一个测量区域，生成针对该一个测量区域的三维形状数据，根据生成的三维形状数据来估计(检测)测量对象S存在的区域，并且根据需要设置新的测量区域。此时，新的测量区域被设置为与一个测量区域部分重叠。此后，CPU 210生成三维形状数据，估计(检测)测量对象S存在的区域，并且进一步针对该新的测量区域设置新的测量区域。

以这种方式，CPU 210交替地重复三维形状数据的生成、测量对象S存在的区域的估计以及针对各个测量角位置的测量区域的设置，由此可以在测量对象S的整周上进行形状测量。

(7)在根据上述实施例的形状测量设备500中，与在测量对象S的形状测量时设置的测量角位置和测量区域有关的信息可以与测量对象S的三维形状数据一起作为设置信息存储在存储装置240中。在这种情况下，例如，可以通过根据测量对象S读取存储在存储装置240中的设置信息，基于读取的设置信息来设置测量角位置和测量区域。

如上所述，由于形状测量设备500具有存储和读取设置信息的功能，因此当顺次地测量具有相同形状的大量测量对象S的形状时，用户不需要重复测量角位置和测量区域的设置操作。

(8)在根据上述实施例的形状测量处理的步骤S203的处理中，在多个测量角位置处进行由低倍率照相机对测量对象S的摄像。此时，基于在各个测量角位置处拍摄的测量对象S的图像数据，可以判断当测量对象S位于另一测量角位置时测量对象S是否干扰台架140。此外，对于判断为测量对象S和台架140彼此干扰的另一测量角位置，可以跳过对测量对象S的摄像，并且可以在显示部400中显示指示测量对象S和台架140彼此干扰的消息、指标等。

图45A和45B是用于说明测量对象S和台架140之间的干扰判断功能的图。例如，假设通过在一个测量角位置处对测量对象S进行摄像来生成图45A的区域设置映射图像。在这种情况下，如图45A中的单点划线RAi所示，已知旋转轴RA在区域设置映射图像上的位置。因此，在区域设置映射图像上，通过获得对象图像SI的一个端部和在与旋转轴RA正交的方向上的单点划线RAi之间的距离di1，可以获得测量对象S的一个端部以什么半径旋转。

图45B示出在X方向上观看时与图45A的区域设置映射图像相对应的旋转单元190的侧面图。如上所述，如果可以获得测量对象S的一个端部旋转的半径，则如图45B所示，可以基于所获得的半径d1以及旋转单元190和台架140的实际尺寸来获得测量对象S的一端干扰台架140的角度范围rθ。

(9)在根据上述实施例的形状测量设备500中，旋转单元190具有保持部191被设置成从旋转驱动部192的壳体的侧面ss1突出的结构，但是本发明不限于此。

图46A和46B是示出根据另一示例性实施例的旋转单元190的结构示例的图。如图46A所示，除了保持部191和旋转驱动部192之外，本示例的旋转单元190还包括固定保持构件810和旋转保持构件820。固定保持构件810包括两个支撑柱811和连接部812。连接部812设置成在水平方向上延伸。两个支撑柱811设置成从连接部812的两个端部向上延伸。连接部812被配置为连接两个支撑柱811的下端部，并且可安装在台架140的上表面141s上。

旋转保持构件820设置在固定保持构件810的两个支撑柱811之间。旋转保持构件820包括两个支撑柱821和连接部822。各个支撑柱821的一端相对于固定保持构件810的一个支撑柱811围绕预定旋转轴830可旋转地支撑。各个其他支撑柱821的一端相对于固定保持构件810的另一支撑柱811围绕预定旋转轴830可旋转地支撑。两个支撑柱821的另一端通过连接部822连接。旋转驱动部192附接到连接部822。

根据上述结构，如图46B所示，旋转保持构件820可以在固定保持构件810固定在台架140上的状态下相对于固定保持构件810旋转。结果，可以提高由保持部191保持的测量对象S的可调整姿势的自由度。

(10)在根据上述实施例的测量部100中，为了调整台架140的上表面141s和光接收部120之间的位置关系，台架驱动部146相对于光接收部120移动台架140的上表面141s。本发明不限于此。

例如，测量部100可以被配置为相对于台架140的上表面141s可移动地支撑光学系统支撑件992，以调整台架140的上表面141s与光接收部120之间的位置关系。此外，可以包括移动光学系统支撑件992的驱动部。

(11)在根据上述实施例的形状测量设备500中，在第一校准功能和第二校准功能中使用的第一标记物M1和第二标记物M2各自具有圆柱形外周表面，但是本发明不限于此。

作为第一标记物M1和第二标记物M2，可以使用具有正多边形截面的轴构件。在这种情况下，表示轴构件的截面的正多边形的顶点的数量优选地大于四个。

(12)根据上述实施例的形状测量设备500具有第一校准功能、第二校准功能和第三校准功能，但是本发明不限于此。形状测量设备500可以不具有第一校准功能、第二校准功能和第三校准功能中的至少一些。

(13)在根据上述实施例的形状测量处理中，当通过旋转单元190进行伴随旋转的测量对象S的形状测量时，通过测量区域设置处理来设置多个测量角位置，但是本发明不限于此。

当通过旋转单元190进行伴随旋转的测量对象S的形状测量时，例如，可以在测量区域设置处理中设置由用户指定的一个测量角位置。

在这种情况下，例如，用户通过操作操作部250指定一个测量角位置，并向CPU 210给出与该一个测量角位置相对应的形状测量命令。因此，CPU210控制形状测量设备500的各个部件，使得响应于与一个测量角位置相对应的形状测量命令来生成与一个指定角位置相对应的三维形状数据。结果，用户能够以期望的方式获取测量对象S的形状的三维形状数据。

[11]权利要求的各个构成要素与实施例的各个元素之间的对应关系

在下文中，将描述权利要求的各个构成要素与实施例的各个元素之间的对应关系的示例。在上述实施例中，台架140的上表面141s是上表面的示例，台架140是台架的示例，光投射部110A和110B是投射部的示例，光接收部120和CPU 210是照相机的示例，并且双侧远心光学系统TT是远心光学系统的示例。

另外，保持部191是保持部的示例，旋转轴RA是旋转轴的示例，旋转驱动部192是旋转驱动部的示例，旋转单元190是旋转单元的示例，操作部250是输入部的示例，CPU 210是处理器的示例，形状测量设备500是三维形状测量设备的示例，并且XY台架141和台架驱动部146是第一驱动部和驱动部的示例。

Z台架142和台架驱动部146是第二驱动部的示例，图9的可移动行程范围RM是第一可移动范围的示例，并且图10的可移动行程范围RM是第二可移动范围的示例。

另外，选择第一箱形区域设置模式和第二箱形区域设置模式以及轴形区域设置模式中的任一个时的CPU 210的控制模式是旋转合成模式的示例，存在与一个测量角位置相对应的形状测量命令时的CPU 210的控制模式是如其他实施例中所述的单个角度测量模式的示例，操作箱整周按钮434时的CPU 210的控制模式是全周合成模式的示例，并且操作部分箱按钮435时的CPU 210的控制模式是部分合成模式的示例。

另外，光投射部110A是第一光投射设备或第二光投射设备的示例，光投射部110B是第二光投射设备或第一光投射设备的示例，XY台架141的连接部141c是供电部的示例，电源部pp是电源部的示例，连接部194是连接部的示例，线缆193是线缆的示例，保持件92和93是旋转基座的示例，多个杆状构件94是第一杆状构件和第二杆状构件的示例，显示部400是显示设备的示例，图24的测量基本画面401是第一用户界面的示例，并且图22的测量基本画面401是第二用户界面的示例。

具有权利要求中描述的配置或功能的各种其他元素可以用作权利要求的各个构成要素。

Claims (15)

1.一种三维形状测量设备，包括：

台架，其具有上表面，在所述上表面上能够放置测量对象；

投射部，其被配置为在使具有周期性图案的图案光的相位偏移的同时，利用所述图案光从斜上方的位置多次照射所述测量对象；

照相机，其具有与所述台架的所述上表面正交的光轴，通过远心光学系统来接收在从所述投射部利用所述图案光多次照射所述测量对象的情况下从所述测量对象所反射的图案光，并且多次拍摄所述测量对象的图像以生成多个图像数据；

旋转单元，其被配置为包括用于保持所述测量对象的保持部和用于使所述保持部围绕与所述照相机的光轴相交的旋转轴旋转的旋转驱动部，所述旋转单元附接到所述台架的端部；

输入部，其被配置为接收用户从第一控制模式和第二控制模式的选择，在所述第一控制模式中，在所述测量对象放置在所述台架的上表面中的状态下进行所述测量对象的测量，在所述第二控制模式中，在所述测量对象由所述旋转单元保持的状态下进行所述测量对象的测量；以及

处理器，用于在选择所述第一控制模式的情况下，在所述测量对象放置在所述台架的上表面上的状态下控制所述投射部和所述照相机以生成多个图像数据，并且基于所述照相机所生成的多个图像数据来生成三维形状数据，以及在选择所述第二控制模式的情况下，在所述测量对象由所述旋转单元保持的状态下控制所述投射部、所述照相机和所述旋转单元以使所述测量对象围绕所述旋转轴旋转并生成多个图像数据，并且基于所述照相机所生成的多个图像数据来生成三维形状数据。

2.根据权利要求1所述的三维形状测量设备，还包括：

第一驱动部，其被配置为在与所述照相机的光轴正交的平面方向上相对于所述照相机移动所述台架，其中，

所述处理器被配置为能够执行：

第一合成处理，用于在所述测量对象放置在所述台架上的状态下或者在所述测量对象由所述旋转单元保持的状态下控制所述第一驱动部使得所述测量对象和所述照相机被布置在所述平面方向上彼此不同的多个位置处，控制所述投射部和所述照相机以生成分别与所述多个位置相对应的多个第一三维形状数据，并且合成所生成的多个第一三维形状数据；

第二合成处理，用于在所述测量对象由所述旋转单元保持的状态下控制所述旋转单元使得所述测量对象围绕所述旋转轴旋转，控制所述投射部和所述照相机使得生成分别与围绕所述旋转轴彼此不同的多个旋转角度相对应的多个第二三维形状数据，并且合成所生成的多个第二三维形状数据；以及

第三合成处理，用于控制所述第一驱动部、所述旋转单元、所述投射部和所述照相机以生成所述多个第一三维形状数据和所述多个第二三维形状数据，并且合成所生成的多个第一三维形状数据和所生成的多个第二三维形状数据。

3.根据权利要求1所述的三维形状测量设备，还包括：

第二驱动部，其被配置为在所述照相机的光轴的方向上相对于所述照相机移动所述台架，其中，

所述旋转轴位于所述台架的上表面上方，

所述旋转轴和所述照相机的光轴彼此正交，以及

所述第二驱动部被配置为能够在所述照相机的光轴的方向上在从所述台架的上表面到所述旋转轴的第一可移动范围内移动所述照相机的焦点。

4.根据权利要求3所述的三维形状测量设备，其中，

所述旋转轴平行于所述台架的上表面，以及

在所述照相机的光轴的方向上从所述台架的上表面到所述旋转轴的距离被定义为基准距离的情况下，所述第二驱动部被配置为能够在直到所述照相机的光轴的方向上与所述台架的上表面向上分离了所述基准距离两倍的距离的位置为止的第二可移动范围内移动所述照相机的焦点。

5.根据权利要求2所述的三维形状测量设备，还包括：

第二驱动部，其被配置为在所述照相机的光轴的方向上相对于所述照相机移动所述台架，其中，

所述处理器被配置为能够执行：

第四合成处理，用于在所述测量对象放置在所述台架上的状态下或者在所述测量对象由所述旋转单元保持的状态下控制所述第二驱动部使得所述测量对象和所述照相机的焦点布置在所述照相机的光轴的方向上彼此不同的多个位置处，控制所述投射部和所述照相机以生成与所述多个位置相对应的多个第三三维形状数据，并且合成所生成的多个第三三维形状数据。

6.根据权利要求5所述的三维形状测量设备，其中，

在所述测量对象由所述旋转单元保持的状态下所述测量对象以多个不同旋转角度顺次地旋转的情况下，所述处理器针对各个旋转角度确定所述光轴的方向上的多个位置，使得所述照相机的焦点与所述测量对象中的由所述照相机拍摄图像的多个部分匹配。

7.根据权利要求2所述的三维形状测量设备，其中，

所述输入部还能够接受用户从旋转合成模式和单角度测量模式的选择作为所述第二控制模式，以及

所述处理器被配置为：

在选择所述旋转合成模式的情况下，生成分别与多个不同旋转角度相对应的多个第二三维形状数据，并且通过所述第二合成处理来合成所述多个第二三维形状数据；以及

在选择所述单角度测量模式的情况下，控制所述投射部、所述照相机和所述旋转单元以生成与一个旋转角度相对应的三维形状数据。

8.根据权利要求2所述的三维形状测量设备，其中，

所述输入部还能够接受用户从全周合成模式和部分合成模式中的选择作为所述第二控制模式，并且在选择所述部分合成模式的情况下，接受对所述测量对象围绕所述旋转轴旋转的角范围的指定，以及

所述处理器被配置为：

在选择所述全周合成模式的情况下，控制所述投射部、所述照相机和所述旋转单元以在围绕所述旋转轴的整周上生成多个第二三维形状数据，并且通过所述第二合成处理来合成在围绕所述旋转轴的整周上生成的多个第二三维形状数据；以及

在选择所述部分合成模式的情况下，控制所述投射部、所述照相机和所述旋转单元以在围绕所述旋转轴的角范围内生成多个第二三维形状数据，并且通过所述第二合成处理来合成在围绕所述旋转轴的角范围内生成的多个第二三维形状数据。

9.根据权利要求1所述的三维形状测量设备，其中，

所述投射部包括第一光投射设备和第二光投射设备，所述第一光投射设备和所述第二光投射设备布置在X轴的方向上并且相对于与所述X轴正交的Z轴对称地设置，

所述第一光投射设备和所述第二光投射设备各自具有与Y轴正交的光轴，并且所述第一光投射设备和所述第二光投射设备各自沿着所述光投射设备的光轴朝向所述照相机的光轴发射图案光，其中所述Y轴与所述X轴正交并且相对于所述X轴和所述Z轴以预定角度倾斜，以及

所述旋转单元以在所述台架相对于所述照相机处于预定基准位置的情况下布置在与如下空间偏离的位置处的方式附接到所述台架，其中在该空间中，利用所述第一光投射设备的图案光的照射区域、利用所述第二光投射设备的图案光的照射区域和所述照相机的摄像区域重叠。

10.根据权利要求1所述的三维形状测量设备，其中，所述旋转单元被配置为能够附接到所述台架以及能够从所述台架拆卸。

11.根据权利要求10所述的三维形状测量设备，其中，

所述台架包括能够向所述旋转单元供应电力的供电部，

所述旋转单元还包括：

电源部，其被配置为操作所述旋转驱动部；以及

线缆，其被设置成从所述电源部延伸并且具有能够连接到所述电源部的连接部，以及

在所述连接部连接到所述电源部的情况下，所述旋转驱动部基于从所述供电部供应到所述电源部的电力进行操作。

12.根据权利要求10所述的三维形状测量设备，其中，所述保持部被配置为能够以悬臂方式保持所述测量对象。

13.根据权利要求10所述的三维形状测量设备，其中，所述保持部包括：

旋转基座，其被配置为通过所述旋转驱动部旋转；以及

第一杆状构件和第二杆状构件，其被配置为在所述旋转轴的方向上从所述旋转基座延伸。

14.根据权利要求10所述的三维形状测量设备，其中，所述处理器被配置为能够执行：

附接和拆卸判断处理，用于判断所述旋转单元是否附接到所述台架；以及

附接和拆卸状态呈现处理，用于呈现所述附接和拆卸判断处理的判断结果。

15.根据权利要求1所述的三维形状测量设备，

其中，所述旋转单元被配置为能够附接到所述台架以及能够从所述台架拆卸，

所述三维形状测量设备还包括：

驱动部，其被配置为在与所述照相机的光轴正交的方向上相对于所述照相机移动所述台架，其中，

所述处理器在所述旋转单元附接到所述台架的情况下使显示设备显示第一用户界面，并且在所述旋转单元未附接到所述台架的情况下使所述显示设备显示第二用户界面，其中所述第一用户界面用于设置与所述驱动部的相对移动操作和所述旋转单元对所述测量对象的旋转操作有关的操作条件，所述第二用户界面用于设置仅与相对移动操作和旋转操作中的相对移动操作有关的操作条件。

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