JP2002071345A

JP2002071345A - ３次元寸法計測装置及びその計測方法

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Publication number: JP2002071345A
Application number: JP2000259662A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kamimura; 上村　　博; Taro Takagi; 高木　　太郎; Noriyuki Sadaoka; 紀行定岡; Hiroharu Sasaki; 弘治佐々木; Koji Kuwabara; 皓二桑原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2002-03-08
Anticipated expiration: 2020-08-29
Also published as: JP3427046B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＡＤデータが存在しない任意形状の３次元
物体の計測パスを容易に設定して３次元物体７の形状寸
法を高精度で計測し、その計測時間の短縮が可能な３次
元寸法計測装置を提供する。【解決手段】３次元物体７の各部断面形状を表わす画
像データを形成し、形成した各画像データを出力する第
１の立体形状測定手段１と、第１の立体形状測定手段１
から出力された各画像データに基づいて３次元物体のプ
ローブの走査経路（計測パス）を自動生成する自動走査
経路生成手段２と、計測パスを用いて３次元物体７の各
部寸法を計測する第１の立体形状測定手段１よりも高精
度の第２の立体形状測定手段３と、第１の立体形状測定
手段１における３次元物体７の計測基準点と第２の立体
形状測定手段３における３次元物体７の計測基準点とを
一致させる基準点保持手段６とを備える。

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次元寸法計測装
置及びその計測方法に係わり、特に、工業製品や文化
財、埋蔵出土品等の３次元物体の形状寸法を精密に測定
するためのプローブの走査経路を効率的に生成すること
を可能した３次元寸法計測装置及びその計測方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、３次元物体の形状寸法を精密に測
定する装置としては、探触プローブ式計測装置やレーザ
ー式計測装置が知られている。この場合、探触プローブ
式計測装置やレーザー式計測装置は、３次元物体の表面
形状や寸法を測定する際に、プローブの走査経路（以
下、これを計測パスという）を予め決定し、決定した計
測パスに沿ってプローブが移動するように制御する必要
があるもので、プローブを３次元物体の極く近くまで移
動させた状態で形状寸法の測定を行っているものであ
る。このため、探触プローブ式計測装置やレーザー式計
測装置においては、正しい計測パスを決定し、正しい計
測パスに沿ってプローブを移動させるようにしないと、
プローブが３次元物体に接触したり、３次元物体に衝突
したりして、プローブまたは３次元物体が破損したりす
る恐れもある。また、プローブと３次元物体との接触や
衝突を避けるために、むやみにプローブを移動させて走
査した場合には、測定時間が長くなるだけで、効率的な
形状寸法の測定を行うことはできない。

【０００３】ところで、計測パスは、形状寸法を測定す
る３次元物体の形状に依存するもので、自動的に測定を
行うための計測パスを決定するためには、非常に高度な
知識や熟練技術が必要になる。このため、計測パスの自
動的な設定は、非常に困難になっている。

【０００４】このような問題点を解決するために、物体
のＣＡＤデータ（キャドデータ）に基づいて計測パスを
決定し、物体の形状寸法を測定する方法が提案され、そ
の一例として、特開平１１−２６２９５３号に開示され
た寸法計測手段がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平１１−２６
２９５３号に開示された寸法計測手段は、被計測物体の
ＣＡＤデータを得ることができる場合、得られたＣＡＤ
データに基づいて計測パスを決定し、その計測パスに沿
ってプローブを移動させることにより、被計測物体の形
状寸法を計測することができるものであるが、被計測物
体の形状、特に立体形状である場合、その被計測物体の
正確なＣＡＤデータを必ずしも得ることができるとは限
らず、そのような被計測物体への適用が難しいものであ
る。

【０００６】すなわち、被計測物体が工業製品である場
合においても、紙の設計図だけが存在していることも多
く、この設計図からＣＡＤデータを求め、求めたＣＡＤ
データから計測パスを得る（計算機データを作成する）
ことは非常に難しいものである。また、古い被計測物体
によっては、設計図がなかったり、その形状寸法を求め
る基礎データがない場合もあり、このような古い被計測
物体は、さらに計測パスを得ることが非常に難しいもの
である。特に、近年になって、文化財や埋蔵出土品等の
貴重な物体をデータベース化して保存する必要性が高ま
っており、これらの貴重な物体のデータベースを得るた
めには、どうしてもこれらの貴重な物体の形状寸法の計
測を行う必要があるが、これらの貴重な物体についての
ＣＡＤデータは存在しておらず、何等かの手段で形状寸
法の計測を行わねばならない。

【０００７】本発明は、このような技術的背景に鑑みて
なされたもので、その目的は、ＣＡＤデータが存在しな
い任意形状の３次元物体のプローブの走査経路（計測パ
ス）を容易に設定することにより、３次元物体の形状寸
法を高精度で計測し、その計測時間の短縮が可能な３次
元寸法計測装置及びその計測方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による３次元寸法計測装置は、３次元物体の
各部断面形状を表わす画像データを形成し、形成した各
画像データを出力する第１の立体形状測定手段と、第１
の立体形状測定手段から出力された各画像データに基づ
いて３次元物体の計測パスを自動生成する自動走査経路
生成手段と、計測パスを用いて３次元物体の各部寸法を
計測する第１の立体形状測定手段よりも高精度の第２の
立体形状測定手段と、第１の立体形状測定手段における
３次元物体の計測基準点と第２の立体形状測定手段にお
ける３次元物体の計測基準点とを一致させる基準点保持
手段とを備えたものである。

【０００９】また、前記目的を達成するために、本発明
による３次元寸法計測方法は、始めに、第１の立体形状
測定手段を用い、３次元物体の各部断面形状を計測して
その計測結果を表わす画像データを発生させ、次に、自
動走査経路生成手段を用い、画像データに基づいて自動
的に計測パスを生成させ、次いで、第１の立体形状測定
手段よりも高精度の第２の立体形状測定手段を用い、生
成された計測パスに基づいて３次元物体の精密な形状寸
法を計測し、３次元物体の寸法を得ているものである。

【００１０】これらの構成によれば、第１の立体形状測
定手段によって被計測３次元物体のＣＡＤデータに代わ
り被計測３次元物体の複数部分の断層の画像データを得
ており、自動走査経路生成手段によってこれらの断層の
画像データを用いて自動的に計測パスを生成しているの
で、高精度の第２の立体形状測定手段によって計測パス
に基づき被計測３次元物体の形状寸法を計測することが
可能になり、ＣＡＤデータが存在しない被計測３次元物
体であっても、被計測３次元物体の形状寸法を高精度で
計測することができ、しかも、その計測時間を短縮する
ことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による実施の形態を
図面を参照して説明する。

【００１２】図１は、本発明による３次元寸法計測装置
の一つの実施の形態を示すもので、その要部構成を示す
ブロック図である。

【００１３】図１において、１はＸ線コンピュータ断層
（ＣＴ）装置（第１の立体形状測定手段）、２はコンピ
ュータからなる計測パス自動生成・測定装置（自動走査
経路生成手段）、３は探触プローブ式計測装置（第２の
立体形状測定手段）、４は記憶装置、５は表示装置、６
は物体保持移動装置（基準点保持手段）、７は被計測３
次元物体、９はＸ線コンピュータ断層装置１と計測パス
自動生成・測定装置２を接続する信号線、１０、１１は
計測パス自動生成・測定装置２と探触プローブ式計測装
置とを接続する信号線である。また、Ｘ線コンピュータ
断層装置１は、Ｘ線１₄を放射するＸ線加速器１₁と、
Ｘ線を電気信号に変換するアレイ型Ｘ線センサ１₂と、
Ｘ線コンピュータ断層装置１全体を制御動作させる制御
部１₃とを備え、探触プローブ式計測装置３は、自在に
動かすことができるアーム３₁と、アーム３₁の先端に
装着されたプローブ３₂とを備え、物体保持移動装置６
は、被計測３次元物体７を載置する試料台６₁を備えて
いる。

【００１４】前記構成による３次元寸法計測装置は、次
のように動作する。

【００１５】Ｘ線コンピュータ断層装置１は産業用Ｘ線
Ｘ線コンピュータ断層装置であって、被計測３次元物体
７が高密度かつ大型の工業製品であった場合も計測可能
になるように、Ｘ線加速器１₁から高エネルギーのＸ線
１₄を被計測３次元物体７に放射し、被計測３次元物体
７の各部の断層像を得ている。Ｘ線コンピュータ断層装
置１の制御は制御部１₃で行われるもので、制御部１₃
からＸ線加速器１₁に制御線１₅を通してトリガ信号が
供給されると、Ｘ線加速器１₁はトリガ信号が供給され
る度にＸ線１₄を放射し、被計測３次元物体７に照射さ
れる。被計測３次元物体７を透過したＸ線１₄はアレイ
センサ型Ｘ線センサ１₂で検出され、アレイセンサ型Ｘ
線センサ１₂からＸ線１₄の照射量に対応した電気信号
（検出信号）が出力される。検出信号は信号線１₆を介
して制御部１₃に供給され、制御部１₃は検出信号に対
応した画像データを形成し、画像データを信号線９を通
して計測パス自動生成・測定装置２に供給する。

【００１６】被計測３次元物体７は、試料台６₁上に載
置される。試料台６₁の位置制御は制御部１₃で行われ
るもので、制御部１₃から物体保持移動装置６に制御線
１₆を通して位置制御信号が供給されると、試料台６₁
は回転したり、上下方向に移動したりする。試料台６₁
を回転させた状態で被計測３次元物体７のＸ線撮影を行
うと、被計測３次元物体７の断層の画像データを得るこ
とができ、１つの断層面のＸ線撮影を行う度に試料台６
₁を上下方向、例えば下から上に一定距離づる移動させ
るようにすれば、被計測３次元物体７の多くの断層の画
像データを得ることができる。

【００１７】計測パス自動生成・測定装置２は、Ｘ線コ
ンピュータ断層装置１から供給された断層の画像データ
を受領すると、この断層の画像データを記憶装置４に一
旦記憶する。この後、記憶装置４から断層の画像データ
を読み出し、読み出した断層の画像データを編集して被
計測３次元物体７の形状データを形成し、得られた形状
データを外側に膨らませた外郭形状データを形成する。
さらに、被計測３次元物体７における測定可能部分及び
測定不可能部分を判断し、その判断内容を表示装置５に
表示し、最終的に計測パスを自動設定する。自動設定さ
れた計測パスは、信号線９を介して探触プローブ式計測
装置３に供給される。この時点においては、試料台６₁
の位置制御を計測パス自動生成・測定装置２が行うもの
で、計測パス自動生成・測定装置２から物体保持移動装
置６に制御線２₁を通して位置制御信号が供給される
と、試料台６₁はＸ線コンピュータ断層装置１内から探
触プローブ式計測装置３の計測位置にまで移動すれう。

【００１８】探触プローブ式計測装置３は、供給された
計測パスに従ってアーム３₁を適宜移動させ、アーム３
₁の先端に装着したプローブ３₂を用いて試料台６₁上
に載置された被計測３次元物体７の各部の寸法を計測す
る。この計測によって得られた寸法データは、探触プロ
ーブ式計測装置３から信号線１０を通して計測パス自動
生成・測定装置２に供給される。計測パス自動生成・測
定装置２は、寸法データが供給されると、その寸法デー
タを記憶装置４に記憶させるとともに、表示装置５に表
示させる。

【００１９】次に、図２は、図１に図示された３次元寸
法計測装置の動作経緯を示すフローチャートである。

【００２０】図２に図示のフローチャートを用い、３次
元寸法計測装置の動作をさらに詳しく説明する。

【００２１】始めに、ステップＳ１は、被計測３次元物
体設置工程であって、被計測３次元物体７を測定位置に
設置する。

【００２２】この場合、被計測３次元物体（図２はこれ
を立体物と表示している）７は、例えばエンジンブロッ
ク等の鋳物製品、または、仏像、土器等の文化財であ
る。この実施の形態においては、計測操作員が被計測３
次元物体７を試料台６₁上に載置固定している。試料台
６₁の初期設定位置は、Ｘ線コンピュータ断層装置１の
制御部１₃に予め記憶されている原点位置である。試料
台６₁は、特殊な構造にする必要がないもので、モータ
（図示なし）によって回転方向に回転可能であり、エン
コーダ信号による角度測定により角度方向の制御が可能
であり、モータ（図示なし）の駆動により上下方向の移
動が可能であって、エンコーダ信号による位置測定と位
置制御が可能なものであればよい。このような制御機構
は、通常の数値制御（ＮＣ）装置等によって実現され
る。

【００２３】また、この実施の形態においては、試料台
６₁の回転中心をＸ線加速器１₁とアレイ型Ｘ線センサ
１₂の中心軸にそれぞれ一致させ、回転角を０度の位置
に一致させ、高さをアレイ型Ｘ線センサ１₂の高さに一
致させる。試料台６₁をこのような状態に設定した後、
試料台６₁上に被計測３次元物体７を載置固定する。被
計測３次元物体７を試料台６₁上に載置した時点におけ
る被計測３次元物体７の位置が計測基準位置になる。

【００２４】さらに、この実施の形態において、物体保
持移動装置６は、試料台６₁をＸ線コンピュータ断層装
置１内の位置（試料台６₁の回転中心をＸ線加速器１₁
とアレイ型Ｘ線センサ１₂の中心軸に一致させた位
置）、及び、探触プローブ式計測装置３側の一定位置の
２つの位置にそれぞれ固定できるもので、通常工業用の
移動機構が用いられる。

【００２５】次に、ステップＳ２は、画像データ及び形
状データ形成工程であって、次のような処理が行われ
る。

【００２６】まず、Ｘ線コンピュータ断層装置１を動作
させ、被計測３次元物体（立体物）７の全体の断層の状
態をＸ線撮影する。Ｘ線コンピュータ断層装置１による
Ｘ線撮影は、被計測３次元物体７の概略の外寸法が判っ
ていれば、特にプローブの走査経路等を求めることな
く、容易に寸法の計測を行うことができる。すなわち、
試料台６₁がある計測基準位置において被計測３次元物
体７を３６０度回転しながら、Ｘ線加速器１₁から被計
測３次元物体７にＸ線を照射し、被計測３次元物体７を
透過したＸ線量をアレイ型Ｘ線センサ４で検出し、検出
データを制御部１ ₃に供給する。制御部１₃は、検出デ
ータを医療用Ｘ線コンピュータ断層装置と同様の画像再
構成処理することにより、１枚の断層の画像データを形
成させる。

【００２７】次に、１枚の断層の画像データが得られる
と、試料台６₁を一定撮影ピッチだけ下降（または上
昇）させ、その位置で同様のＸ線撮影を行い、再び、断
層の画像データを形成させる。被計測３次元物体７の全
体のＸ線撮影が終了するまで、このような処理が繰り返
し実行される。被計測３次元物体７におけるＸ線撮影の
必要数は、被計測３次元物体７の高さとＸ線撮影ピッチ
に依存する。断層の画像データは、分解能が０．１乃至
１．０ｍｍ程度になる。

【００２８】このようにして得られた複数枚の断層の画
像データは、計測パス自動生成・測定装置２に供給さ
れ、記憶装置４に記憶される。計測パス自動生成・測定
装置２は、複数枚の断層の画像データを積み上げ、立体
画像データを形成する。この場合の処理は、Ｘ線コンピ
ュータ断層装置１で得られた断層の画像データは、各ビ
ットに密度情報を含んだビットマップデータであるの
で、そのビットマップデータを２値化し、その後でサー
フェスレンダリングやボリュームレンダリングによって
被計測３次元物体７の表面を表わした形状データを作成
する。なお、サーフェスレンダリングやボリュームレン
ダリングは、３次元ＣＡＤで通常に用いられている処理
であって、サーフェスレンダリングは物体の表面を数式
データとして表現したものであり、ボリュームレンダリ
ングは物体の表面だけでなく、物体の内部・外部情報も
併せて持つ数式データとして表現したものである。

【００２９】この実施の形態においては、データ生成が
容易なサーフェスレンダリングを用い、多面体近似デー
タを使用している。多面体近似データでは物体の表面を
三角形の網で覆う処理をすることにより、物体の表面形
状を近似するもの、すなわち、小さな三角形の集合によ
り表面形状を近似するものである。この処理は、市販ソ
フトウェアを用いることにより自動的に行うことができ
る。

【００３０】次いで、ステップＳ３は、外郭形状データ
形成工程であって、計測パス自動生成・測定装置２にお
いて形状データを膨らませ、外郭形状データを形成する
ものである。

【００３１】ここで、図３は、形状データと外郭形状デ
ータの関係を示する説明図である。

【００３２】図３において、３０は形状データ、３１は
外郭形状データ、３２は計測点である。

【００３３】図３に示されるように、外郭形状データ３
１は形状データ３０に対して適当な距離ｄだけ外側に形
成されるもので、距離ｄはＸ線コンピュータ断層装置１
の分解能とプローブ３₂の形状に依存する。いま、形状
データ３０の分解能が１ｍｍであれば、距離ｄをその
２、３倍、２乃至３ｍｍ程度にする必要があり、また、
プローブ３₂が通常用いられるボールプローブである場
合、先端に配置されるボール（硬球）の直径（２乃至１
０ｍｍ）を考慮する必要がある。この場合、外郭形状デ
ータ３１上に沿ってプローブ３₂を移動させる場合、ボ
ールの中心を外郭形状データ３１に合わせるので、直径
が１０ｍｍのボールプローブを使う場合には、前記距離
ｄ（２乃至３ｍｍ）よりもさらに大きく、５ｍｍ以上の
距離ｄにする必要がある。

【００３４】この実施の形態においては、外郭形状デー
タ３１としてサーフェスレンダリングを用い、多面体近
似データを使用する。すなわち、外郭形状データ３１は
多くの三角形を面集合させた形状になっている。探触プ
ローブ式計測装置３のプローブ３₂は、計測点３２（各
三角形の重心位置）を移動するもので、各三角形の重心
位置３２において三角形の面に垂直な方向から計測が行
われる。プローブ３₂が各三角形の重心位置３２におい
て三角形の面に垂直な方向から計測を行う理由は、各三
角形が被計測３次元物体７の対応する面を代表している
からである。このような計測を行うことにより、被計測
３次元物体７の表面に垂直方向からプローブ３₂を接触
させることができる。

【００３５】続く、ステップＳ４は、接触確認工程であ
って、計測パス自動生成・測定装置２がプローブ３₂と
被計測３次元物体７との接触の有無を確認するものであ
る。

【００３６】この工程は、実際に探触プローブ式計測装
置３を動作させるのではなく、計測パス自動生成・測定
装置（コンピュータ）２上で仮想的にアームとプローブ
を動かし、それにより被計測３次元物体７との接触の有
無を確認している。このとき、必要とするデータは外郭
形状データ３１とアーム３₁とプローブ３₂の各形状デ
ータである。

【００３７】図４は、プローブと被計測３次元物体７と
の接触の有無を確認する動作の説明図である。

【００３８】図４において、図１及び図３に示された構
成要素と同じ構成要素については同じ符号を付けてい
る。

【００３９】図４においては、被計測３次元物体７の断
面の形状データ３０と前記ステップＳ３において求めた
外郭形状データ３１の断面を示すもので、プローブ３₂
を外郭形状データ３１上にセッティングした上で計測動
作を開始させる。従って、プローブ３₂の位置を外郭形
状データ３１の上にあるようにセッティングしたとき、
アーム３₁が外郭形状データ３１に接触しないことを計
算によって確認している。この確認は、外郭形状データ
３１、プローブ３₂、アーム３₁の各形状データを用
い、計測パス自動生成・測定装置２において幾何学計算
することにより実現される。この場合、アーム３₁及び
プローブ３₂がそれぞれ３₁’、３₂’の位置にあるよ
うなときは、プローブ３₂だけでなくアーム３₁も外郭
形状データ３１に接触することになる。このような状況
になった場合、プローブ３₂を用いた現実の計測は困難
である。このため、この実施の形態においては、アーム
３₁が接触する位置や、プローブ３₂が到達できない位
置（被計測３次元物体７の内側等）を予め計算によって
検出することができる。

【００４０】なお、この実施の形態においては、アーム
３₁が外郭形状データ３１に触れた時点に接触が生じた
と見ているが、勿論アーム３₁が形状データ３０に接触
した時点に接触が生じたと見てもよい。ただし、この場
合には、計測時において接触が生じるまでの余裕分が少
なくなるので、アーム３₁の移動動作を微細に設定する
必要がある。また、この接触確認工程は、前述のように
自動化せずに、計測操作者が対話形式によって接触の有
無を判断し、指定するようにしてもよい。

【００４１】続いて、ステップＳ５は、ステップＳ４に
おける接触が確認された場合（Ｙ）に行われる測定不能
範囲設定工程であって、プローブ３₂による測定不能範
囲を全て設定するものである。このとき、外郭形状デー
タ３１に測定不能範囲が設定され、その内容が憶装置４
に記憶される。

【００４２】次に、ステップＳ６は、測定可能／不能範
囲表示工程であって、プローブ３₂による測定可能範囲
及び測定不能範囲が表示装置５に表示される。

【００４３】図５は、このとき、表示装置５に表示され
る測定可能範囲及び測定不能範囲の表示の一例を示す説
明図である。

【００４４】図５において、３１’はプローブ３₂によ
る測定不能部分であり、その他、図３に示された構成要
素と同じ構成要素については同じ符号を付けている。

【００４５】図５に示されるように、測定不能部分３
１’は、外郭形状データ３１と区別できるように太線表
示になっており、計測操作者が測定不能部分３１’を直
ちに認識できるようにしている。なお、図５の例は断面
表示されたものであるが、立体像の表示の場合は測定不
能部分を着色表示するようにしてもよい。

【００４６】次いで、ステップＳ７は、ステップＳ４に
おける非接触の確認がされた場合（Ｎ）、または、ステ
ップＳ６の処理が行われた場合に実行される最終外郭形
状データ形成工程であって、それまでに得られた外郭形
状データ３１や測定不能範囲が設定された外郭形状デー
タ３１に基づいて、実際に探触プローブ式計測装置３の
アーム３₁及びプローブ３₂を移動させるための最終外
郭形状データを作成する。

【００４７】この最終外郭形状データは、プローブ３₂
の計測位置を示し、多面体近似データからなるので、ス
テップＳ４で判定した接触部分以外の三角形の重心位置
３２にプローブ３₂を順次移動させ、その移動位置の計
測を行うことにより、精密な寸法を計測することができ
る。計測パスはプローブ３₂が最短距離を移動するよう
に設定してもよいが、このような設定には計測パスの最
適化処理が必要である。計測パスの探索には多くの時間
を要するため、この実施の形態では、始めに計測位置を
被計測３次元物体７の最下部の外部に定め、その位置で
試料台６₁を３６０度回転しながら計測し、次に計測位
置を被計測３次元物体７の最下部よりも若干上方に移動
させ、その位置で試料台６₁を３６０度回転しながら計
測し、以下同様に、計測位置を被計測３次元物体７の上
方方向に順次移動させながら計測を行い、被計測３次元
物体７の最上部までの計測が終了すると、被計測３次元
物体７の内部を最下部から同様に順次計測する手順を取
っている。このような手順は、最短の計測時間にならな
いが、実用的な手段である。以上の手順により、計測パ
スが準備される。

【００４８】この後、ステップＳ８において、計測パス
自動生成・測定装置２は、制御線２ ₁を通して物体保持
移動装置６を制御し、被計測３次元物体７を載置した試
料台６₁を探触プローブ式計測装置３側に移動させる。
このとき、物体保持移動装置６は、前述したように、試
料台６₁を、探触プローブ式計測装置３側に移動する前
の位置（予め計測パス自動生成・測定装置２にその位置
データが記憶されている）と同じ位置に移動させる。こ
のため、被計測３次元物体７は試料台６₁上で故意に動
かさない限り、計測基準点を外れることはない。

【００４９】次に、ステップＳ９は、プローブ移動停止
工程であって、計測パス自動生成・測定装置２は、探触
プローブ式計測装置３及び試料台６₁を制御し、プロー
ブ３ ₂を最終外郭形状の計測開始点に停止させる。

【００５０】この実施の形態においては、前述のよう
に、被計測３次元物体７の最下部の外部から計測を開始
するものである。このため、試料台６₁の位置は、プロ
ーブ３ ₂による計測の開始時、Ｘ線コンピュータ断層装
置１のＸ線撮影の場合と同じように、角度が初期値（０
度）に設定され、高さも初期値に設定される。

【００５１】なお、計測開始点は、計測操作者が指示し
てもよいが、この実施の形態においては、前述のよう
に、予め準備した計測パスの開始点としている。

【００５２】次いで、ステップＳ１０は、接触点計測工
程であって、計測パス自動生成・測定装置２が探触プロ
ーブ式計測装置３を制御してプローブ３₂を動作させ、
プローブ３₂の先端と被計測３次元物体７との接触点を
計測する。この後、計測パス自動生成・測定装置２は、
準備された計測パスに従い、試料台６₁を回転させ、か
つ、アーム３₁を制御し、プローブ３₂を最終外郭形状
に沿って動かしながら、三角形の重心位置３２で順次計
測を実施することによって、最終外郭形状からの距離を
精密に測定し、実際の寸法を高精度で得ることができ
る。

【００５３】この場合、探触プローブ式計測装置３は、
本体部分として現在市販されている装置を用いることが
できる。これらの市販の装置は、プローブ３₂の指定位
置を入力すると、アーム３₁を動かしてプローブ３₂を
指定位置に移動させ、その指定位置からさらにプローブ
３₂を動かして、プローブ３₂の先端が被計測３次元物
体７に接触する位置を計測し、その計測結果を座標デー
タとして出力する。

【００５４】従って、計測パス自動生成・測定装置２が
計測パスに従って、探触プローブ式計測装置３のプロー
ブ３₂の位置を指示すると、探触プローブ式計測装置３
はプローブ３₂による被計測３次元物体７の寸法の計測
を行い、計測点の座標データを計測パス自動生成・測定
装置２に出力する。この場合、準備された計測パスは、
被計測３次元物体７の形状にほぼ一致したものであるの
で、無駄な空間において計測が行われることがなく、計
測時間の短縮が可能になる。また、プローブ３ ₂が被計
測３次元物体７に接触したり、衝突したりして、被計測
３次元物体７を破損することを防止できる。

【００５５】続く、ステップＳ１１において、プローブ
３₂によって計測パス上の全ての計測点の計測を終えた
場合（Ｙ）、プローブ計測工程は完了する。一方、プロ
ーブ３₂によって計測パス上の全ての計測点の計測を終
えていない場合（Ｎ）、前のステップＳ９に戻り、ステ
ップＳ９以降の動作が繰り返し実行される。

【００５６】続いて、ステップＳ１２において、計測に
より得られた座標データ（寸法データ）は、探触プロー
ブ式計測装置３から信号線１０を通して計測パス自動生
成・測定装置２に供給され、計測パス自動生成・測定装
置２から記憶装置４に出力されてそこに記憶されるとと
もに、表示装置５にも出力されてそこで立体形状が表示
される。ここまでの処理が行われたとき、この一連の動
作が終了する。

【００５７】このように、この実施の形態によれば、Ｘ
線コンピュータ断層装置１によって被計測３次元物体７
のＣＡＤデータに代わる断層の画像データを形成し、こ
の断層の画像データを用いて、Ｘ線コンピュータ断層装
置１よりも高精度の探触プローブ式計測装置３に使用さ
れる計測パスを生成するようにしたので、ＣＡＤデータ
が存在しない被計測３次元物体７に対して、短い計測時
間で、その形状を高精度で計測することができる。

【００５８】一般に、探触プローブ式計測装置３は、プ
ローブ３₂による計測で得られる寸法データがマイクロ
メートルの精度であって、Ｘ線コンピュータ断層装置１
で測定された断層の画像データの精度を大幅に上回る
が、プローブ接触計測方式であるため、被計測３次元物
体７の内面や凹凸が大きい部分の計測をできないことが
ある。

【００５９】これに対して、この実施の形態によれば、
探触プローブ式計測装置３で計測できない部分も、Ｘ線
コンピュータ断層装置１により予め断層の画像データと
して計測しているため、高精度のデータは得られないに
しても、寸法データの欠落部分（計測できない部分）を
断層の画像データによって補完することができ、寸法デ
ータの欠落部分をなくすことができる。

【００６０】そして、寸法データに欠落部分がないけれ
ば、この寸法データを３Ｄ−ＣＡＤデータとして使用で
きるので、被計測３次元物体７が工業製品であった場合
には、この寸法データを設計データとして使用したり、
設計データとの比較データとして使用したりすることが
できる。また、被計測３次元物体７が文化財等であった
場合には、この寸法データをデータベースに格納し、研
究用に利用することができる。

【００６１】なお、この実施の形態においては、第１の
立体形状測定手段がＸ線コンピュータ断層装置１である
例を挙げて説明したが、本発明による第１の立体形状測
定手段はＸ線コンピュータ断層装置１に限られるもので
なく、Ｘ線コンピュータ断層装置１と同等機能を備えた
装置、例えば、被計測３次元物体７の遠方（数１０ｃｍ
乃至数ｍ）から被計測３次元物体７にレーザー光を照射
して計測を行うレーザー測距装置（飛行時間法や三角測
定法）や、それぞれ撮影位置を異ならせた複数の画像か
ら距離を検出する画像処理装置等であってもよい。この
場合、第１の立体形状測定手段は、特に計測精度に限定
されないが、実用上、第２の立体形状測定手段の計測精
度よりも低いものでよく、被計測３次元物体７の大きさ
にもよるが、通常は数ｍｍの計測精度であればよい。一
方、数ｃｍの計測精度である場合は、外郭形状データが
被計測３次元物体７よりも非常に大きくなってしまい、
計測パスを決定したとしても、プローブ３₂による計測
時に無駄な動きが多くなり、効率的な計測を行うことが
できなくなるので、好ましいものではない。

【００６２】また、この実施の形態においては、第２の
立体形状測定手段が探触プローブ式計測装置３である例
を挙げて説明したが、本発明による第２の立体形状測定
手段は探触プローブ計測装置３に限られるものでなく、
探触プローブ式計測装置３と同等機能を備えた装置、例
えば、ミクロンからサブミクロンの範囲の分解能を有す
るレーザー応用測定器（ただし、センサを被計測３次元
物体７から数ｃｍの距離に近づける必要がある）等であ
ってもよい。

【００６３】さらに、この実施の形態においては、被計
測３次元物体７の計測位置の制御、すなわち、Ｘ線コン
ピュータ断層装置１側から探触プローブ式計測装置３側
に移動させるために物体保持移動装置６を用いた例を挙
げて説明したが、本発明による物体保持移動装置６とし
ては図１に図示されたものに限られるものでなく、被計
測３次元物体７の固定治具に基準点（２カ所以上がよ
い）を設け、その基準点をＸ線コンピュータ断層装置１
及び探触プローブ式計測装置３の試料台の基準点に合わ
せることができるようなものであっても、または、被計
測３次元物体７に直接基準点をマーキングすることがで
きるようなものであってもよい。このような物体保持移
動装置６を用いれば、Ｘ線コンピュータ断層装置１と探
触プローブ式計測装置３の配置距離を拡げることができ
る。

【００６４】そして、Ｘ線コンピュータ断層装置１と探
触プローブ式計測装置３との配置距離が拡がった場合、
計測パス自動生成・測定装置２で決定した計測パスを記
憶媒体（フロッピディスク等）に収納し、この記憶媒体
を探触プローブ式計測装置３の設置場所に送付してもよ
く、計測パス自動生成・測定装置２からネットワークを
通して探触プローブ式計測装置３に送信するようにして
もよい。

【００６５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第１の
立体形状測定手段によって被計測３次元物体のＣＡＤデ
ータに代わり被計測３次元物体の複数の断層の画像デー
タを得ており、自動走査経路生成手段によってこれらの
断層の画像データを用いて自動的に計測パスを生成して
いるので、高精度の第２の立体形状測定手段によってこ
の計測パスに基づき被計測３次元物体の形状寸法を計測
することが可能になり、ＣＡＤデータが存在しない被計
測３次元物体であっても、被計測３次元物体の形状寸法
を高精度で計測することができ、しかも、その計測時間
を短縮することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による３次元寸法計測装置の一つの実施
の形態を示すもので、その要部構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１に図示された３次元寸法計測装置の動作経
緯を示すフローチャートである。

【図３】形状データと外郭形状データの関係を示する説
明図である。

【図４】プローブと被計測３次元物体（立体物）７との
接触の有無を確認する動作の説明図である。

【図５】表示装置５に表示される測定可能範囲及び測定
不能範囲の表示の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１Ｘ線コンピュータ断層（ＣＴ）装置１₁ Ｘ線加速器１₂ アレイ型Ｘ線センサ１₃ 制御部１₄ Ｘ線１₅、１₆ 制御線２計測パス自動生成・測定装置（コンピュータ）２₁ 制御線３探触プローブ式計測装置３₁ アーム３₂ プローブ４記憶装置５表示装置６物体保持移動装置６₁ 試料台７被計測３次元物体（立体物）８、９、１０信号線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｂ 11/24 Ａ (72)発明者定岡紀行茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者佐々木弘治茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者桑原皓二茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内Ｆターム(参考） 2F065 AA53 DD06 FF04 FF05 FF09 FF11 FF15 FF63 JJ03 JJ05 JJ26 MM02 MM06 PP04 PP11 QQ04 QQ17 QQ31 UU06 2F067 AA21 AA53 CC00 EE05 EE10 FF16 HH04 JJ03 KK06 LL02 LL16 NN09 PP12 RR30 RR40 UU33 2F069 AA66 DD15 DD25 FF01 GG01 GG04 GG07 GG08 GG59 GG62 HH01 HH09 HH11 JJ01 JJ11 JJ28 MM02 MM32 NN08 NN16 PP00 QQ07 5B057 BA03 CA02 CA08 CA13 CA16 CB18 CC01 DA07 DB03 DB05 DB09 DC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元物体の各部断面形状を表わす画像
データを形成し、形成した各画像データを出力する第１
の立体形状測定手段と、前記第１の立体形状測定手段か
ら出力された各画像データに基づいて前記３次元物体の
プローブの走査経路を自動生成する自動走査経路生成手
段と、前記プローブの走査経路を用いて前記３次元物体
の各部寸法を計測する前記第１の立体形状測定手段より
も高精度の第２の立体形状測定手段と、前記第１の立体
形状測定手段における前記３次元物体の計測基準点と前
記第２の立体形状測定手段における前記３次元物体の計
測基準点とを一致させる基準点保持手段とを備えている
ことを特徴とする３次元寸法計測装置。
【請求項２】前記第１の立体形状測定手段は、Ｘ線コ
ンピュータ断層装置であることを特徴とする請求項１に
記載の３次元寸法計測装置。
【請求項３】前記第１の立体形状測定手段は、レーザ
ー測距装置であることを特徴とする請求項１に記載の３
次元寸法計測装置。
【請求項４】前記第１の立体形状測定手段は、複数の
撮影部を備えた画像処理装置であることを特徴とする請
求項１に記載の３次元寸法計測装置。
【請求項５】前記第２の立体形状測定手段は、探触プ
ローブ式計測装置であることを特徴とする請求項１に記
載の３次元寸法計測装置。
【請求項６】前記第２の立体形状測定手段は、高分解
能を有するレーザー計測装置であることを特徴とする請
求項１に記載の３次元寸法計測装置。
【請求項７】始めに、第１の立体形状測定手段を用
い、３次元物体の各部断面形状を計測してその計測結果
を表わす画像データを発生させ、次に、自動走査経路生
成手段を用い、前記画像データに基づいて自動的にプロ
ーブの走査経路を生成させ、次いで、前記第１の立体形
状測定手段よりも高精度の第２の立体形状測定手段を用
い、前記生成されたプローブの走査経路に基づいて前記
３次元物体の精密な形状寸法を計測し、前記３次元物体
の寸法を得ていることを特徴とする３次元寸法計測方
法。