JP2001116525A - ３次元形状計測装置および３次元形状計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 計測対象物の外形形状にかかわらず、計測対
象物の表面の任意の部分の３次元形状を計測可能な３次
元形状計測装置を提供する。 【解決手段】 この３次元形状計測装置では、計測対象
物５が棒状の支持アーム１７の先端部１７ａに固定され
た状態でスライドテーブル１３によってｙ軸方向に移動
され、これによって、スリット光２７が計測対象物５上
で走査されて３次元計測が行われるようになっている。
支持アーム１７は、回転駆動機構２１によって回転駆動
され、これによって、変位センサ２３が計測対象物５を
撮像する際の撮像方向が調節可能となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元形状計測装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の３次元形状計測装置としては、計
測対象物をターンテーブル上に設置し、計測対象物を回
転させながら、スリット光を照射しつつ計測対象物を撮
像し、その撮像画像上におけるスリット光の照射点の位
置に基づき、計測対象物の３次元形状を計測するものが
一般的に知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
３次元形状計測装置では、計測対象物をターンテーブル
上に設置して計測を行うため、必然的にターンテーブル
上に安定して設置が可能な部分を底部として、計測対象
物を設置する必要があり、計測対象物の表面のうちの底
部とされた部分の３次元形状が計測できない。このた
め、ターンテーブルへの設置の際に底部となるべき部分
が一箇所しかないような計測対象物の場合には、底部と
される部分の３次元形状が計測できないという問題があ
る。

【０００４】そこで、本発明は前記問題点に鑑み、計測
対象物の外形形状にかかわらず、計測対象物の表面の任
意の部分の３次元形状を計測可能な３次元形状計測装置
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の技術的手段は、計測対象物に光を照射する光源手段
と、前記光が照射された前記計測対象物を撮像する撮像
手段と、設置された前記計測対象物を前記光源手段およ
び前記撮像手段に対して移動させる移動手段と、前記移
動手段による前記計測対象物の移動変位に同期して、前
記撮像手段から与えられる撮像画像上における前記光の
照射位置を順次検出し、その検出結果に基づき、前記計
測対象物の表面における各計測点の３次元座標を計測す
る演算処理手段と、を備える３次元形状計測装置であっ
て、前記移動手段は、前記計測対象物が固定されるその
先端部が空中に差し出された棒状の支持アームを備えて
いることを特徴とする。

【０００６】好ましくは、前記支持アームは、その軸心
が前記撮像手段による前記計測対象物の撮像方向に対し
て所定の角度を持つように配置されており、前記移動手
段は、前記支持アームを前記軸心回りに回転駆動するこ
とにより、前記撮像手段が前記計測対象物を撮像する際
の撮像方向を調節する回転駆動機構と、前記支持アーム
および前記回転駆動機構を、前記撮像手段の撮像方向に
対して実質的に垂直な平面に沿って１軸方向または互い
直交する２軸方向にスライド移動することにより、前記
光の前記計測対象物への照射位置を移動させるスライド
駆動機構と、をさらに備えるのがよい。

【０００７】また、好ましくは、前記演算処理手段は、
計測した前記計測対象物の前記各計測点の前記３次元座
標に基づき、計測した複数の前記計測点のうちの互いに
隣接する２つの計測点間の座標距離を、計測した複数の
前記計測点の全ての組み合わせについて算出し、その算
出結果に基づき、前記各計測点の前記３次元座標の測定
精度の良否を判定し、前記３次元座標の測定精度が不良
であると判定した前記計測点を、所定の表示手段に表示
する機能をさらに備えるのがよい。

【０００８】さらに、好ましくは、前記演算処理手段
は、計測した前記計測対象物の前記各計測点の前記３次
元座標に基づき、計測した複数の前記計測点のうちの互
いに隣接する２つの計測点間の座標距離を、計測した複
数の前記計測点の全ての組み合わせについて算出し、そ
の算出結果に基づき、前記各計測点の前記３次元座標の
測定精度の良否を判定する機能と、前記３次元座標の測
定精度が不良であると判定した前記計測点の計測を行う
のに適した前記撮像方向を算出し、前記回転駆動機構を
駆動制御して前記支持アームを回転駆動することにより
前記計測対象物の回転角度を算出した前記撮像方向に対
応した回転角度に設定し、不良と判定した前記計測点の
再計測を行う機能と、をさらに備えるのがよい。

【０００９】また、好ましくは、前記演算処理手段は、
計測した前記計測対象物の前記各計測点の前記３次元座
標に基づき、計測した複数の前記計測点のうちから互い
に隣接する３つの計測点とその３つの計測点に隣接する
１つの計測点とを選択し、前記３つの計測点を通る平面
と前記１つの計測点との距離を導出し、その距離が所定
のスムージング基準値を下回っている場合には、前記１
つの計測点の前記３次元座標を前記距離がゼロになるよ
うに修正する一方、前記距離が前記スムージング基準値
を上回っている場合には、前記１つの計測点の前記３次
元座標をそのまま保持するという処理動作を、複数の前
記計測点から選ばれる前記３つの計測点および前記１つ
の計測点の全ての組み合わせについて実行する機能をさ
らに備えるのがよい。

【００１０】さらに、前記目的を達成するための技術的
手段は、請求項１に記載の３次元形状計測装置を用いた
３次元形状計測方法であって、前記計測対象物を固定す
る前の前記支持アームの３次元形状を計測する第１の工
程と、前記計測対象物を前記支持アームの前記先端部に
固定し、前記計測対象物と前記支持アームとの３次元形
状を計測する第２の工程と、前記第２の工程で計測され
た前記計測対象物と前記支持アームとの前記３次元形状
から、前記第１の工程で計測された前記支持アームの前
記３次元形状を差し引くことにより、前記計測対象物の
３次元形状を得る第３の工程と、を備えることを特徴と
する。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態に係る
３次元形状計測装置の斜視図であり、図２は図１の３次
元形状計測装置のブロック図である。この３次元形状計
測装置は、図１および図２に示すように、計測ユニット
１と制御ユニット３とを備えている。

【００１２】計測ユニット１は、基台１１と、スライド
テーブル１３と、そのスライドテーブル１３を駆動する
スライド駆動機構１５と、支持アーム１７と、支持アー
ム１７を支持する支持部材１９と、支持アーム１７を回
転駆動する回転駆動機構２１と、変位センサ２３と、変
位センサ２３を支持する支持部材２５とを備えている。
ここで、本発明の移動手段には、基台１１、スライドテ
ーブル１３、スライド駆動機構１５、支持アーム１７、
支持部材１９、回転駆動機構２１、変位センサ２３およ
び支持部材２５が対応している。

【００１３】スライドテーブル１３は、基台１１上に、
ｙ軸方向にスライド可能に設置されている。スライド駆
動機構１５は、基台１１に設置され、後述する制御ユニ
ット３の制御により、スライドテーブル１３をｙ軸方向
にスライド駆動する。

【００１４】支持アーム１７は、スライドテーブル１３
上に立設された支持部材１７の上端部にその基端部が回
転可能に軸支されたた棒状の部材であり、計測対象物５
が固定されるその先端部１７ａが、空中に差し出された
状態で支持されている。この支持アーム１７の軸心方向
は、ｘ軸と平行になるように設定されている。なお、こ
こでは、支持アーム１７は、回転駆動機構２１の駆動軸
に固定されており、この駆動機構２１を介して支持部材
１９に回転可能に軸支されている。

【００１５】ここで、図３および図４に基づき、計測対
象物５の支持アーム１７への固定方法について説明す
る。図３に示す方法では、支持アーム１７の先端部１７
ａに計測対象物５が接着剤、両面テープ等により貼り付
け固定されるようになっている。また、図４に示す方法
では、支持アーム１７の先端部１７ａが計測対象物５を
挟持可能な形状（ここでは、２又形状）を有しており、
その先端部１７ａに計測対象物５を挟持させることによ
り、固定が行われるようになっている。なお、この図３
および図４で示す固定方法は、一例であり、他の固定方
法が採用されてもよい。

【００１６】このように、計測対象物５が支持アーム１
７の先端部１７ａに固定されると、計測対象物５があた
かも空中に固定されているかような状態となり、これに
よって、計測対象物５の表面の広い範囲の計測が可能と
なっている。また、計測対象物５のいずれの部分を支持
アーム１７に固定するかは、計測対象物５の表面のどの
部分の計測を行うかに応じて適宜選択することができる
ようになっている。

【００１７】回転駆動機構２１は、支持部材１９に設置
され、後述する制御ユニット３の制御により、支持アー
ム１７をその軸心回りに回転駆動し、それによって、計
測対象物５をｘ軸回りに回転させる。この回転駆動機構
２１は、後述する変位センサ２３が計測対象物５の計測
を行う際の計測方向を調節するためのものである。

【００１８】変位センサ２３は、支持部材２５によって
支持アーム１７の先端部１７ａのほぼ上方（ｚ軸のプラ
ス方向側）に位置するように支持されており、構成要素
として、光源部（光源手段）２３ａと撮像部（撮像手
段）２３ｂとを備えている。

【００１９】光源部２３ａは、図１に示すように、後述
する制御ユニット３の制御により、断面がｘ軸方向に直
線的に細長く延びるスリット光２７を、基台１１の略中
央部に向けてやや斜め上方から照射する。

【００２０】撮像部２３ｂは、後述する制御ユニット３
の制御により、光源部２３ａがスリット光２７を照射す
る照射箇所をやや斜め上方から撮像し、その撮像画像を
制御ユニット３に出力する。

【００２１】制御ユニット３は、コンピュータによって
構成され、構成要素として、図２に示すように、情報処
理部（演算処理手段）３１と、操作入力を受け付けるた
めの操作部３３と、操作情報および取り込んだ３次元形
状等を表示するための表示部（表示手段）３５とを備え
ている。

【００２２】情報処理部３１は、コンピュータ本体によ
って構成され、機能要素として、計測部３１ａ、判定部
３１ｂおよびスムージング部３１ｃを備えている。

【００２３】計測部３１ａは、計測ユニット１の各構成
要素を制御して計測対象物５の３次元形状を計測する機
能を担っている。さらに詳細には、計測部３１ａは、操
作部３３を通じて入力される角度設定指令に応じて、回
転駆動機構２１を駆動制御し、支持アーム１７の回転角
度をその角度設定指令が示す回転角度に設定する機能を
有している。

【００２４】さらに、計測部３１ａは、光源部２３ａに
スリット光２７を照射させるとともに、撮像部２３ｂに
そのスリット光２７の照射箇所を撮像させる一方、スラ
イド駆動機構１５にスライドテーブル１３をｙ軸方向に
スライド駆動させることによりスリット光２７の照射箇
所を撮像対象物５上で走査させ、これに伴って撮像部２
３ｂから順次与えらる撮像画像に基づき、ｙ軸方向への
計測対象物５のスライド移動に同期して、撮像画像上に
おけるスリット光２７が照射される照射位置（輝度が最
も高い部分）を順次検出し、その検出結果に基づき、計
測対象物５の表面におけるスリット光２７が走査された
部分の各計測点Ｐ（図５参照）の３次元座標を順次計測
する機能を有している。

【００２５】ここで、計測対象物５の全面の形状の計測
を行いたい場合には、操作部３３を通じて支持アーム１
７の回転角度の変更を適宜指示することにより、計測対
象物５の全面の形状を計測することができる。あるい
は、支持アーム１７の回転角度を予め複数入力してお
き、各回転角度における計測が終了するごとに、次の回
転角度に支持アーム１７の回転角度を自動的に変更させ
るようにしてもよい。このとき、既に計測された計測点
Ｐの３次元座標は、支持アーム１７の回転角度の変化に
伴い必要な回転座標変換が行われる。なお、本実施形態
では、支持アーム１７の回転角度を操作部３３を通じて
操作者が指定するようにしたが、計測部３１ａに自動的
に決定させるようにしてもよい。

【００２６】また、操作部３３を介して計測部３１ａに
入力される設定情報としては、上述の支持アーム１７の
回転角度の他に、計測間隔および計測範囲等がある。計
測間隔とは、計測対象物５上に複数設定される計測点Ｐ
の設定間隔を示し、この計測間隔を小さくすればするほ
ど、計測点Ｐが密に設定され、より細かな計測が行われ
る。また、計測範囲とは、計測部３１ａに計測を実行さ
せる空間の範囲を指定するものであり、ここでは、ｘ，
ｙ，ｚ座標の下限および上限を指定することにより決定
される。

【００２７】このような計測部３１ａの計測動作によ
り、計測対象物５の表面に規則的に密にメッシュ状に複
数の計測点Ｐが設定され、その設定された各計測点Ｐの
３次元座標（ここでは、ｘ，ｙ，ｚ座標）が計測され
る。

【００２８】また、計測部３１ａは、計測結果をポリゴ
ンメッシュ等を用いて表示部３５に表示する機能を有し
ている。さらに、計測部３１ｂは、後述する判定部３１
ｂの判定結果に基づき、後述するように、計測エラーと
判定された計測点Ｐの３次元座標を再度計測する機能を
有している。

【００２９】ここで、計測対象物５の形状と撮像部２３
ｂが計測対象物５を撮像する際の撮像方向との関係によ
っては、精度よく計測を行うことが困難な部分が生じる
場合があり、そのような部分では、隣接する計測点Ｐ間
の座標距離Ｌａ（図５参照）が実物の形状に相違して不
自然に大きくなるようになっている。そこで、本実施形
態では、その計測精度の判定のための手段として、以下
に説明する判定部３１ｂが設けられている。

【００３０】情報処理部３１の判定部３１ｂは、計測部
３１ａの計測結果に基づき、その計測結果に計測エラー
がないかを判定する機能を担っている。この判定部３１
ｂによるエラー判定では、図５に示すように、計測対象
物５の計測された複数の計測点Ｐのうちの互いに隣接す
る２つの計測点Ｐ（図５では計測点Ｐ１，Ｐ２）間の座
標距離Ｌａが、計測された複数の計測点Ｐの全ての組み
合わせについて算出され、その算出された各座標距離Ｌ
ａが所定の許容基準値を下回っている場合には、その各
座標距離Ｌａに対応する２つの計測点Ｐの３次元座標が
正常であると判断される一方、各座標距離Ｌａが前記許
容基準値を上回っている場合には、その各座標距離Ｌａ
に対応する２つの計測点Ｐの３次元座標が異常（エラ
ー）であると判断される。この判定部３１ｂの判定結果
は、計測部３１ａに与えられる。なお、前記許容基準値
は、操作部３３を介して操作者が設定できるようになっ
ている。

【００３１】計測部３１ｂは、全ての計測点Ｐについて
正常である旨の判定結果を判定部３１ｂから受け取った
場合には、計測動作を終了する一方、計測した複数の計
測点Ｐのうちの１つでもその３次元座標が異常であるこ
とを示す判定結果が与えられた場合には、異常と判定さ
れた計測点Ｐの計測を再度行うようになっている。

【００３２】この再計測は、再計測の対象となっている
計測点Ｐの計測が有利に行われるように、支持アーム１
７の回転角度を再設定する必要があるが、この再設定の
方法としては、マニュアルモードとオートモードとが用
意されている。この２つのモードのいずれを選択するか
は、操作部３３を通じて決定することができる。

【００３３】マニュアルモードでは、以下のようにして
計測部３１ａによる再計測が行われる。まず、判定部３
１ｂの判定結果がエラーを含むものである場合には、計
測部３１ａによって、表示部３５に計測結果がポリゴン
メッシュ等によって表示される際に、異常と判定された
計測点Ｐ（例えば、図５の場合では、計測点Ｐ１，Ｐ２
等）が正常と判定された計測点Ｐと異なる表示状態（例
えば、異なる色等）で表示される。そして、その表示部
３３の表示内容に基づき、操作者によって、エラー箇所
の再計測に適した支持アーム１７の回転角度が指定され
ると、測定部３１ａによって、支持アーム１７の回転角
度が指定した回転角度に設定され、異常と判定された計
測点Ｐの再計測が行われる。

【００３４】一方、オートモードでは、以下のようにし
て計測部３１ａによる再計測が行われる。まず、図５に
示すように、互いに隣接する３つの計測点Ｐが構成する
複数の３角面Ｔのうちから、異常と判定された２つの計
測点Ｐ（ここではＰ１，Ｐ３）と、正常と判定された１
つの計測点Ｐ（ここではＰ４）とが作る３角面Ｔ（図５
ではＴａ）と、異常と判定された３つの計測点Ｐ（ここ
ではＰ１〜Ｐ３）によって作られ、かつ３角面Ｔａに隣
接する３角面Ｔ（ここではＴｂ）とが抽出される。

【００３５】続いて、両３角面Ｔａ，Ｔｂを構成する各
計測点Ｐの３次元座標に基づいて、両３角面Ｔａ，Ｔｂ
の計測対象物５に対して外向きの法線ベクトル（ここで
は単位法線ベクトル）Ｎａ，Ｎｂが導出される。続い
て、その両法線ベクトルＮａ，Ｎｂが合成（加算）さ
れ、その結果得られる合成法線ベクトル（図示せず）
が、実質的にｘ−ｚ平面に平行になり、かつｚ軸方向プ
ラス側を向くようにして、再計測に最適な支持アーム１
７（計測対象物５）の回転角度が決定される（すなわ
ち、変位センサ２３による計測対象物５の最適な計測方
向が決定される）。続いて、支持アーム１７の回転角度
がその決定された回転角度に設定され、異常と判定され
た計測点Ｐの再計測が行われる。

【００３６】なお、上述の両モードにおいて、異常と判
定された計測点Ｐが計測対象物５の表面の離れた位置に
散在しており、支持アーム１７の回転角度の調節を１回
行っただけでは、全てのエラー箇所の再計測を適切に行
えない場合には、各エラー箇所ごとに、支持アーム１７
の回転角度が最適な角度に設定されて再計測が行われ
る。

【００３７】このようにして、異常と判定された全ての
計測点Ｐに対する再計測が完了すると、その再計測の結
果に基づいて、判定部３１ｂによるエラー判定が再び行
われ、その判定の結果、エラー箇所がない場合には、計
測動作が終了される一方、エラー箇所がある場合には、
エラー箇所がなくなるまで、計測部３１ｂによるエラー
箇所の再計測が繰り返し行われる。

【００３８】情報処理部３１のスムージング部３１ｃ
は、計測部３１ａによって計測された計測対象物５の３
次元形状のスムージング（平面化）処理を行う機能を担
っている。このスムージング処理は、計測結果に含まれ
る上述のエラー箇所が全て除去された後に行われる。

【００３９】このスムージング処理では、図６に示すよ
うに、計測部３１ａによって計測された各計測点Ｐの３
次元座標に基づき、計測された複数の計測点Ｐのうちか
ら互いに隣接する基準点となる３つの計測点Ｐ（ここで
はＰ１１〜Ｐ１３）と、その３つの基準点Ｐに隣接する
修正対象点となる１つの計測点Ｐ（ここではＰ１４）と
が選択され、その３つの基準点Ｐを通る平面の方程式が
導出されるとともに、その方程式に基づいて３つの基準
点Ｐを通る平面と修正対象点Ｐとの距離Ｌｂが導出さ
れ、その距離Ｌｂが所定のスムージング基準値を下回っ
ている場合には、修正対象点Ｐの３次元座標が距離Ｌｂ
がゼロになるように修正される一方、距離Ｌｂがスムー
ジング基準値を上回っている場合には、修正対象点Ｐの
３次元座標がそのままに保持されるという処理動作が、
計測されている複数の計測点Ｐから選ばれる３つの基準
点Ｐおよび１つの修正対象点Ｐの全ての組み合わせにつ
いて実行される。

【００４０】ここで、重要なことは、修正が行われた計
測点Ｐについては、その後の前記処理動作においては、
修正後の３次元座標が用いられる点と、一度３次元座標
の修正を行った計測点Ｐについては、再度３次元座標の
修正を行うことはしない点である。

【００４１】また、１回の処理動作が終了すると、選択
していた３つの基準点Ｐおよび修正対象点Ｐの組み合わ
せを更新する必要があるのであるが、この組み合わせの
更新方法としては、主に以下の２つの方法があり、この
２つの方法を効率良く組み合わせることによって、組み
合わせの更新が行われる。

【００４２】第１の方法は、例えば、図６に示すよう
に、３つの計測点Ｐ１１〜Ｐ１３が基準点として選択さ
れ、計測点Ｐ１４が修正対象点として選択されている場
合において、基準点Ｐ１１〜Ｐ１３は変更せずに、修正
対象点を、計測点Ｐ１４から、その基準点Ｐ１１〜Ｐ１
３に隣接するまだ座標修正が行われていない他の計測点
Ｐ（例えばＰ１５）に変更する方法である。

【００４３】第２の方法は、同様に図６に示すように、
３つの計測点Ｐ１１〜Ｐ１３が基準点として選択され、
計測点Ｐ１４が修正対象点として選択されている場合に
おいて、計測点Ｐ１４と、３つの計測点Ｐ１１〜Ｐ１３
のうちの計測点Ｐ１４に隣接する２つの計測点Ｐ１２，
Ｐ１３とを新たな基準点として選択するとともに、その
３つの基準点Ｐ１２〜Ｐ１４に隣接するまだ座標修正が
行われていない他の計測点Ｐ（例えばＰ１６）を修正対
象点として選択する方法である。

【００４４】なお、このスムージング処理に用いられる
スムージング基準値は、操作者が操作部３３を通じて自
由に設定することができるようになっている。

【００４５】このようなスムージング処理によって、計
測対象物５の計測した表面の部分が平坦であるにもかか
わらず、計測誤差により凹凸があるように誤って計測さ
れてしまっている場合には、スムージング基準値を計測
誤差の値の範囲に対応させておくことにより、計測誤差
による凹凸を適切に除去できるようになっている。

【００４６】次に、この３次元形状計測装置による実際
の計測動作について説明する。

【００４７】まず、この計測装置では、計測対象物５の
計測を行う前に、支持アーム１７（特に、その先端部１
７ａ）の形状の計測が行われる。計測ユニット１を通じ
た計測部３１ａによる支持アーム１７の計測が行われる
と、その計測結果の判定部３１ｂによるエラー判定が行
われ、エラー箇所がある場合には、エラー箇所がなくな
るまで、計測部３１ａによるエラー箇所の再計測が行わ
れる。そして、計測部３１ａの計測結果のエラー箇所が
全て除去されると、その計測結果に対するスムージング
部３１ｃによるスムージング処理が行われ、最終的な支
持アーム１７の３次元形状データ（第１の形状データ）
が得られる。このとき、支持アーム１７の先端部１７ａ
の中心位置が、３次元座標の原点として登録される。

【００４８】続いて、図１に示すように、計測対象物５
を支持アーム１７の先端部１７ａに固定した状態で、計
測ユニット１を通じた計測部３１ａによる計測対象物５
および支持アーム１７（特に、その先端部１７ａ）の計
測が行われる。そして、上記の支持アーム１７の計測の
際と同様に、その計測結果に基づき、エラー判定および
エラー箇所の再計測が行われた後、スムージング処理が
行われ、計測対象物５および支持アーム１７の最終的な
３次元形状データ（第２の形状データ）が得られる。

【００４９】続いて、その第１および第２の形状データ
に基づき、支持アーム１７に固定された状態の計測対象
物５の形状から支持アーム１７の形状を省くことによ
り、計測対象物５のみの形状を示す３次元形状データが
得られる。

【００５０】このようにして得られた計測対象物５の３
次元形状データによって、計測した３次元形状を再現す
る際には、複数の計測点Ｐの３次元座標に基づいて、隣
接する３つの計測点Ｐによって次々に３角形を作成して
ゆき、その内側に閉ざさせた空間を作成し、その内側の
空洞部を空洞でないものと認識し、空洞部にボリューム
を持たせる。

【００５１】また、得られた３次元形状データの保存
は、既存の３次元ＣＡＤシステムや、解析ソフトウェア
で読み込めるように、所定のフォーマットに基づいて行
われる。

【００５２】さらに、得られた３次元形状データの用途
としては、計測対象物５のＣＡＥ解析（例えば、応力、
固有振動数、熱の流れ等の解析）に用いられる。この場
合、実物である計測対象物５の形状を実際に取り込んで
解析が行われるため、ＣＡＤによる計測対照物５の設計
図面に基づいて解析を行う場合に比して、高精度の解析
を行うことができる。

【００５３】以上のように、本実施形態によれば、計測
対象物５が、棒状の支持アーム１７の空中に差し出され
た先端部１７ａに固定されるようになっているため、計
測対象物５のいずれの部分を支持アーム１７に固定する
かを選択することにより、計測対象物５の外形形状にか
かわらず、計測対象物５の表面の任意の部分の３次元形
状を計測することができる。

【００５４】また、回転駆動機構２１によって支持アー
ム１７を回転駆動することによって、計測対象物５の外
形形状や計測箇所の位置に応じて、撮像部２３ｂが計測
対象物５を撮像する際の撮像方向を最適な方向に調節す
ることができる。

【００５５】さらに、計測対象物５の表面のうちの一部
分についてのみ３次元計測を行うような場合には、回転
駆動機構２１によって支持アーム１７を回転し、計測を
行うべき計測対象物５の表面の部分を撮像部２３ｂ側に
向けることにより、計測対象物５の計測の必要のある部
分のみを選択して計測を行うことができ、計測効率の向
上が図れる。

【００５６】さらに、スライド駆動機構１５により計測
対象物５をｙ軸方向にスライド移動させることにより計
測対象物５の走査を行うため、従来のように計測対象物
５を回転させて走査する場合に比して、迅速に、かつ少
ないデータ量で計測を行うことができる。

【００５７】また、各計測点Ｐの３次元座標の計測精度
の良否判定を自動的に行うことができるという利点があ
るとともに、上述のオートモードでは、撮像部２３ｂが
計測対象物５を撮像する際の撮像方向が、不良と判定さ
れた計測点Ｐの再計測に適した方向に自動的に調節され
て、不良と判定された計測点Ｐの再計測が自動的に行わ
れるため、３次元計測を手間をかけずに、かつ高精度に
行うことができる。

【００５８】さらに、一通り計測が行われた後、計測対
象物５の各計測点Ｐの３次元座標に基づいて、スムージ
ング処理が行われるため、本来平坦な面が計測誤差によ
り凹凸面として取り込まれてしまうのを防止することが
でき、正確な計測を行うことができる。

【００５９】また、計測対象物５を支持アーム１７に固
定した状態で計測した計測対象物５と支持アーム１７と
の３次元形状から、予め計測しておいた支持アーム１７
の３次元形状を差し引くことにより、計測対象物５の３
次元形状を得るようになっているため、計測対象物５に
応じて形状の異なる支持アームを用いた場合でも、計測
対象物５のみの３次元形状を確実、かつ容易に得ること
ができる。

【００６０】なお、本実施形態では、計測用の光に断面
が直線状のスリット光２７を採用したが、断面が点状の
ビーム光を採用してもよい。この場合、スライドテーブ
ル１３には、ｘ軸方向およびｙ軸方向に独立に移動可能
なＸＹテーブルが用いられ、スライド駆動機構１５に
は、そのＸＹテーブルをｘ，ｙ方向に独立して駆動する
ＸＹ駆動機構が用いられる。

【００６１】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、計測対
象物が、棒状の支持アームの空中に差し出された先端部
に固定されるようになっているため、計測対象物のいず
れの部分を支持アームに固定するかを選択することによ
り、計測対象物の外形形状にかかわらず、計測対象物の
表面の任意の部分の３次元形状を計測することができ
る。

【００６２】請求項２に記載の発明によれば、回転駆動
機構によって支持アームを回転駆動することによって、
計測対象物の外形形状や計測箇所の位置に応じて、撮像
手段が計測対象物を撮像する際の撮像方向を最適な方向
に調節することができる。

【００６３】また、計測対象物の表面のうちの一部分に
ついてのみ３次元計測を行うような場合には、回転駆動
機構によって支持アームを回転し、計測を行うべき計測
対象物の表面の部分を撮像手段側に向けることにより、
計測対象物の計測の必要のある部分のみを選択して計測
を行うことができ、計測効率の向上が図れる。

【００６４】さらに、スライド駆動機構により計測対象
物を１軸方向または互いに直交する２軸方向にスライド
移動させることにより計測対象物の走査を行うため、従
来のように計測対象物を回転させて走査する場合に比し
て、迅速に、かつ少ないデータ量で計測を行うことがで
きる。

【００６５】請求項３に記載の発明によれば、各計測点
の３次元座標の計測精度の良否判定を自動的に行うこと
ができるとともに、その判定結果に基づき、各計測点の
計測精度が不良と判定された計測点の計測を再度行うな
どして、計測した３次元形状の精度を向上させることが
できる。

【００６６】また、計測精度が不良と判定された計測点
が表示手段に表示されるようになっているため、その表
示内容に基づき、回転駆動機構に支持アームを回転駆動
させて計測対象物の回転角度を調節することにより、撮
像手段が計測対象物を撮像する際の撮像方向を不良と判
定された計測点の再計測に適した方向に設定することが
できる。

【００６７】請求項４に記載の発明によれば、各計測点
の３次元座標の計測精度の良否判定が自動的に行われる
とともに、撮像手段が計測対象物を撮像する際の撮像方
向が、不良と判定された計測点の再計測に適した方向に
自動的に調節されて、不良と判定された計測点の再計測
が自動的に行われるため、３次元計測を手間をかけず
に、かつ高精度に行うことができる。

【００６８】請求項５に記載の発明によれば、一通り計
測が行われた後、計測対象物の各計測点の３次元座標に
基づいて、スムージング（平面化）処理が行われるた
め、本来平坦な面が計測誤差により凹凸面として取り込
まれてしまうのを防止することができ、正確な計測を行
うことができる。

【００６９】請求項６に記載の発明によれば、計測対象
物を支持アームに固定した状態で計測した計測対象物と
支持アームとの３次元形状から、予め計測しておいた支
持アームの３次元形状を差し引くことにより、計測対象
物の３次元形状を得るようになっているため、計測対象
物に応じて形状の異なる支持アームを用いた場合でも、
計測対象物のみの３次元形状を確実、かつ容易に得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る３次元形状計測装置
の斜視図である。

【図２】図１の３次元形状計測装置のブロック図であ
る。

【図３】支持アームの先端部の構成を示す斜視図であ
る。

【図４】図３に示す構成の変形例を示す斜視図である。

【図５】エラー判定処理を説明するための説明図であ
る。

【図６】スムージング処理を説明するための説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 計測ユニット ３ 制御ユニット ５ 計測対象物 １１ 基台 １３ スライドテーブル １５ スライド駆動機構 １７ 支持アーム ２１ 回転駆動機構 ２３ 変位センサ ２３ａ 光源部 ２３ｂ 撮像部 ３１ 情報処理部 ３３ 操作部 ３５ 表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA19 AA53 BB05 DD06 FF01 FF04 FF63 HH05 HH12 JJ03 JJ08 JJ19 JJ26 MM02 PP11 QQ31 SS04 SS11 UU04 5B047 AA07 BA01 BC11 BC16 CA12 CA14 CA23 CB21 5B057 BA02 BA19 BA23 DA16 DA20 DB03 DC03 DC30

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測対象物に光を照射する光源手段と、
   前記光が照射された前記計測対象物を撮像する撮像手段
   と、設置された前記計測対象物を前記光源手段および前
   記撮像手段に対して移動させる移動手段と、前記移動手
   段による前記計測対象物の移動変位に同期して、前記撮
   像手段から与えられる撮像画像上における前記光の照射
   位置を順次検出し、その検出結果に基づき、前記計測対
   象物の表面における各計測点の３次元座標を計測する演
   算処理手段と、を備える３次元形状計測装置であって、 前記移動手段は、 前記計測対象物が固定されるその先端部が空中に差し出
   された棒状の支持アームを備えていることを特徴とする
   ３次元形状計測装置。
2. 【請求項２】 前記支持アームは、その軸心が前記撮像
   手段による前記計測対象物の撮像方向に対して所定の角
   度を持つように配置されており、 前記移動手段は、 前記支持アームを前記軸心回りに回転駆動することによ
   り、前記撮像手段が前記計測対象物を撮像する際の撮像
   方向を調節する回転駆動機構と、 前記支持アームおよび前記回転駆動機構を、前記撮像手
   段の撮像方向に対して実質的に垂直な平面に沿って１軸
   方向または互い直交する２軸方向にスライド移動するこ
   とにより、前記光の前記計測対象物への照射位置を移動
   させるスライド駆動機構と、をさらに備えることを特徴
   とする請求項１に記載の３次元形状計測装置。
3. 【請求項３】 前記演算処理手段は、 計測した前記計測対象物の前記各計測点の前記３次元座
   標に基づき、 計測した複数の前記計測点のうちの互いに隣接する２つ
   の計測点間の座標距離を、計測した複数の前記計測点の
   全ての組み合わせについて算出し、その算出結果に基づ
   き、前記各計測点の前記３次元座標の測定精度の良否を
   判定し、前記３次元座標の測定精度が不良であると判定
   した前記計測点を、所定の表示手段に表示する機能をさ
   らに備えることを特徴とする請求項２に記載の３次元形
   状計測装置。
4. 【請求項４】 前記演算処理手段は、 計測した前記計測対象物の前記各計測点の前記３次元座
   標に基づき、計測した複数の前記計測点のうちの互いに
   隣接する２つの計測点間の座標距離を、計測した複数の
   前記計測点の全ての組み合わせについて算出し、その算
   出結果に基づき、前記各計測点の前記３次元座標の測定
   精度の良否を判定する機能と、 前記３次元座標の測定精度が不良であると判定した前記
   計測点の計測を行うのに適した前記撮像方向を算出し、
   前記回転駆動機構を駆動制御して前記支持アームを回転
   駆動することにより前記計測対象物の回転角度を算出し
   た前記撮像方向に対応した回転角度に設定し、不良と判
   定した前記計測点の再計測を行う機能と、をさらに備え
   ることを特徴とする請求項２に記載の３次元形状計測装
   置。
5. 【請求項５】 前記演算処理手段は、 計測した前記計測対象物の前記各計測点の前記３次元座
   標に基づき、 計測した複数の前記計測点のうちから互いに隣接する３
   つの計測点とその３つの計測点に隣接する１つの計測点
   とを選択し、前記３つの計測点を通る平面と前記１つの
   計測点との距離を導出し、その距離が所定のスムージン
   グ基準値を下回っている場合には、前記１つの計測点の
   前記３次元座標を前記距離がゼロになるように修正する
   一方、前記距離が前記スムージング基準値を上回ってい
   る場合には、前記１つの計測点の前記３次元座標をその
   まま保持するという処理動作を、複数の前記計測点から
   選ばれる前記３つの計測点および前記１つの計測点の全
   ての組み合わせについて実行する機能をさらに備えるこ
   とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の３
   次元形状計測装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の３次元形状計測装置を
   用いた３次元形状計測方法であって、 前記計測対象物を固定する前の前記支持アームの３次元
   形状を計測する第１の工程と、 前記計測対象物を前記支持アームの前記先端部に固定
   し、前記計測対象物と前記支持アームとの３次元形状を
   計測する第２の工程と、 前記第２の工程で計測された前記計測対象物と前記支持
   アームとの前記３次元形状から、前記第１の工程で計測
   された前記支持アームの前記３次元形状を差し引くこと
   により、前記計測対象物の３次元形状を得る第３の工程
   と、を備えることを特徴とする３次元形状計測方法。