JP2002328012A - 三次元形状測定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定対象物の三次元形状を正確に測定するこ
と。 【解決手段】 光切断法を用いて測定対象物の三次元形
状を測定する三次元形状測定システム１に２台の三次元
測定器１０，２０を設置する。三次元測定器１０は縦方
向のレーザスリット光Ｌ１を横方向に走査させることに
より、測定空間３に配置される測定対象物を測定する。
また三次元測定器２０は横方向のレーザスリット光Ｌ１
を縦方向に走査させることにより、測定空間３に配置さ
れる測定対象物を測定する。つまり、三次元測定器１
０，２０が、異なる方向から光を照射すること、走査方
向の異なる光を照射すること、基線長の方向が非平行状
態となるように設定されること等により、測定対象物に
影が生じることを低減している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、測定対象物の三
次元形状を測定する三次元形状測定システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レーザ光を利用した光切断法
によって測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状
測定システムが知られている。従来の三次元形状測定シ
ステムは、投光部からスリット状のレーザスリット光を
測定対象物に照射するとともに、レーザスリット光の光
束断面において光成分の分布する方向（スリット方向）
と直交する方向にレーザスリット光を走査させ、測定対
象物からの反射光を検出するように構成される。そし
て、その反射光成分から、投光部に対向する面側の測定
対象物の三次元形状が導かれる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
三次元形状測定システムは、測定対象物が溝等の複雑な
表面形状を有する場合、投光部からの照射光が適切に到
達せず、その部分に影が発生して形状測定を良好に行う
ことができないという問題がある。

【０００４】この問題を解決するために、例えば溝部分
にも適切にレーザスリット光が照射されるように、溝部
分を投光部の正面位置に移動させることも考えられる
が、測定対象物を移動させる場合は、測定対象物を正確
に移動させる移動機構を別途設ける必要がある。また、
測定対象物を正確に移動させることも困難である。

【０００５】そこで、この発明は、上記課題に鑑みてな
されたものであって、複数の投光部からレーザ光を照射
することによって、測定対象物に影ができることを低減
し、測定対象物の三次元形状を正確に測定できるように
した三次元形状測定システムを提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、光切断法を用いて測定対
象物の三次元形状を測定する三次元形状測定システムで
あって、第１のレーザ光を前記測定対象物に照射して、
前記第１のレーザ光を前記測定対象物の表面上で第１の
方向に走査させる第１の投光手段と、第２のレーザ光を
前記測定対象物に照射して、前記第２のレーザ光を前記
測定対象物の表面上で前記第１の方向とは異なる第２の
方向に走査させる第２の投光手段と、前記第１のレーザ
光が前記測定対象物で反射する第１の反射光と、前記第
２のレーザ光が前記測定対象物で反射する第２の反射光
とを受光する受光手段と、前記受光手段から得られるデ
ータに基づいて前記測定対象物の三次元形状を求める演
算手段と、を備えている。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の三次元形状測定システムにおいて、前記第１の投光手
段と前記第２の投光手段とがそれぞれ異なる位置に設け
られ、前記測定対象物に対して前記第１のレーザ光と前
記第２のレーザ光とのそれぞれを異なる位置から照射す
ることを特徴としている。

【０００８】請求項３に記載の発明は、光切断法を用い
て測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定シ
ステムであって、第１のレーザ光を前記測定対象物に照
射して、前記測定対象物の表面上を走査させる第１の投
光手段と、第２のレーザ光を前記測定対象物に照射し
て、前記測定対象物の表面上を走査させる第２の投光手
段と、前記第１のレーザ光が前記測定対象物で反射する
第１の反射光と、前記第２のレーザ光が前記測定対象物
で反射する第２の反射光とを受光する受光手段と、前記
受光手段から得られるデータに基づいて前記測定対象物
の三次元形状を求める演算手段と、を備え、前記第１の
投光手段と前記受光手段とを結ぶ第１の基線長の方向
と、前記第２の投光手段と前記受光手段とを結ぶ第２の
基線長の方向とが、非平行状態であることを特徴として
いる。

【０００９】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の三次元形状測定システムにおいて、前記非平行状態
が、直交する状態であることを特徴としている。

【００１０】請求項５に記載の発明は、請求項３又は４
に記載の三次元形状測定システムにおいて、前記第１の
投光手段が、前記第１のレーザ光を前記測定対象物の表
面上で第１の方向に走査させ、前記第２の投光手段が、
前記第２のレーザ光を前記測定対象物の表面上で前記第
１の方向とは異なる第２の方向に走査させることを特徴
としている。

【００１１】請求項６に記載の発明は、請求項１、２又
は５に記載の三次元形状測定システムにおいて、前記第
１のレーザ光が前記第１の方向と直交する方向に分布す
るスリット光であり、前記第２のレーザ光が前記第２の
方向と直交する方向に分布するスリット光であることを
特徴としている。

【００１２】請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６
のいずれかに記載の三次元形状測定システムにおいて、
前記受光手段が、前記第１の反射光を受光する第１の受
光手段と、前記第２の反射光を受光する第２の受光手段
と、を含むことを特徴としている。

【００１３】請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７
のいずれかに記載の三次元形状測定システムにおいて、
前記測定対象物を前記第１のレーザ光及び前記第２のレ
ーザ光の照射範囲内で支持し、所定の回転軸を中心に回
動することによって前記測定対象物を前記照射範囲内で
回動させる回転ステージ、をさらに備えることを特徴と
している。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００１５】＜１．三次元形状測定システム＞図１は、
この発明の実施の形態における三次元形状測定システム
１の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、
この三次元形状測定システム１は、第１の三次元測定器
１０と第２の三次元測定器２０と回転ステージ３０とが
基台４０上に設置されて構成される測定装置２と、２台
の三次元測定器１０，２０と回転ステージ３０とを制御
するとともに、各三次元測定器１０，２０から得られる
測定データをデータ処理するように構成されたデータ処
理装置５０と、を備える。なお、図１においては、各三
次元測定器１０，２０を基台４０に固定するための固定
部材は図示を省略している。

【００１６】測定装置２に含まれる２台の三次元測定器
１０，２０はそれぞれ同様の構成となっており、双方の
設置位置を入れ替えてもよい。回転ステージ３０は任意
の三次元形状を有する測定対象物を設置するためのもの
であり、データ処理装置５０によって回転動作及び回転
角が制御される。

【００１７】まず、三次元測定器１０，２０について説
明する。図２は三次元測定器１０を示す斜視図である。
図２に示すように、三次元測定器１０の正面側には投光
部１１と受光部１２とが設けられている。投光部１１は
投光窓１１ａと走査光学系１１ｂとを有し、走査光学系
１１ｂはレーザ光源からのレーザ光を光束断面がスリッ
ト状（直線状）となるレーザ光（以下、「レーザスリッ
ト光」という。）Ｌ１に変換し、ガルバノミラー等の走
査手段を用いてレーザスリット光Ｌ１を所定の走査方向
ＳＣに走査させるように構成されている。図２において
は、投光部１１より照射されるレーザスリット光Ｌ１の
光成分が水平方向に分布する状態、すなわちレーザスリ
ット光Ｌ１のスリット方向が水平方向である状態を示し
ており、走査光学系１１ｂによる走査方向ＳＣは垂直方
向、すなわちスリット方向に直交する方向にレーザスリ
ット光Ｌ１を走査させるように構成されている。

【００１８】また、受光部１２は受光窓１２ａと受光光
学系１２ｂとを有し、投光部１１から照射されるレーザ
スリット光Ｌ１が測定対象物で反射する反射光を、受光
窓１２ａを介して受光光学系１２ｂで受光するように構
成される。受光光学系１２ｂには受光素子としてＣＣＤ
撮像素子が配置され、投光部１１における走査光学系１
１ｂと同期して受光光学系１２ｂが制御されることによ
り、レーザスリット光Ｌ１の走査位置に対応した測定デ
ータが得られる。

【００１９】投光部１１と受光部１２とは互いに所定の
基線長を隔てて配置され、基線長方向はレーザスリット
光Ｌ１の走査方向ＳＣに一致するように構成されてい
る。このように構成されることにより、レーザスリット
光Ｌ１の走査位置（照射位置）とＣＣＤ撮像素子で受光
される反射光の位置とから、三角測量の原理によって測
定対象物の表面形状に関する測定データが得られること
になる。

【００２０】なお、三次元測定器１０の背面側には、デ
ータ処理装置５０とケーブル接続するためのインタフェ
ース、三次元測定器１０に対する各種設定を行うための
操作パネル、測定結果等を表示するための表示部等が設
けられる。また、図２では第１の三次元測定器１０につ
いて説明したが、第２の三次元測定器２０についても同
様の構成である。

【００２１】図１に戻り、三次元形状測定システム１の
測定装置２においては、上述した三次元測定器１０，２
０それぞれの基線長の方向が互いにほぼ直交するように
配置されている。第１の三次元測定器１０では投光部１
１と受光部１２との基線長の方向が水平方向（Ｙ方向）
に設定され、また、第２の三次元測定器２０では投光部
２１と受光部２２との基線長の方向が鉛直方向（Ｚ方
向）から回転ステージ３０の位置する側に若干傾斜した
方向に設定されている。つまり、第２の三次元測定器２
０の基線長方向は、Ｙ方向に直交するＸＺ平面に含まれ
るように設定されている。

【００２２】なお、各三次元測定器１０，２０の受光部
１２，２２の位置は回転ステージ３０の正面位置（より
具体的には回転ステージ３０の中心を通るＸＺ平面内に
含まれる位置）となるように設置される。

【００２３】そして第１の三次元測定器１０から照射さ
れるレーザスリット光Ｌ１はスリット方向がＺ方向に平
行な方向に設定され、かつＹ方向に走査されて、回転ス
テージ３０上の測定空間３の全域に対してレーザスリッ
ト光Ｌ１が照射されるように構成される。また、第２の
三次元測定器２０から照射されるレーザスリット光Ｌ２
はスリット方向がＹ方向に平行な方向に設定され、かつ
Ｚ方向に走査されて、回転ステージ３０上の測定空間３
の全域に対してレーザスリット光Ｌ２が照射されるよう
に構成される。

【００２４】図３及び図４は第１及び第２の三次元測定
器１０，２０が測定対象物５を測定する状態を示す図で
あり、図３は測定装置２を上方側から見た図であって第
１の三次元測定器１０によるレーザスリット光Ｌ１の走
査範囲を示しており、図４は測定装置２を横方向側から
見た図であって第２の三次元測定器２０によるレーザス
リット光Ｌ２の走査範囲を示している。

【００２５】まず、図３に示すように第１の三次元測定
器１０の走査光学系１１ｂはレーザスリット光Ｌ１を走
査範囲Ｒ１内で走査させる。この走査範囲Ｒ１ではレー
ザスリット光Ｌ１が所定の角速度で等角速度走査するよ
うに、ガルバノミラー等の走査手段は走査範囲Ｒ１にレ
ーザスリット光Ｌ１を導く前に助走運動（所定の角速度
になるまでの加速度運動）を行い、レーザスリット光Ｌ
１が走査範囲Ｒ１内を走査している間で等角速度運動を
行い、更にレーザスリット光Ｌ１が走査範囲Ｒ１を通過
した後に惰走運動（停止させるための加速度運動）を行
うように制御される。

【００２６】走査範囲Ｒ１内において、レーザスリット
光Ｌ１は回転ステージ３０上の測定対象物５の表面で反
射する。その反射光は受光部１２の受光光学系１２ｂで
受光され、測定対象物５の表面形状に応じた電子信号
（測定データ）に変換される。三次元測定器１０におい
てはレーザスリット光Ｌ１を走査範囲Ｒ１内で１回走査
させれば測定データを得ることができ、その測定データ
から三次元測定器１０におけるローカル座標系での測定
対象物５の三次元座標を求めることができる。

【００２７】第１の三次元測定器１０での測定が終了す
ると、次に図４に示すように第２の三次元測定器２０の
走査光学系２１ｂがレーザスリット光Ｌ２を走査範囲Ｒ
２内で走査させる。この場合も上記と同様に、ガルバノ
ミラー等の走査手段は走査範囲Ｒ２にレーザスリット光
Ｌ２を導く前に助走運動を行い、レーザスリット光Ｌ２
が走査範囲Ｒ２内を走査している間で等角速度運動を行
い、更にレーザスリット光Ｌ２が走査範囲Ｒ２を通過し
た後に惰走運動を行うように制御される。

【００２８】このレーザスリット光Ｌ２も走査範囲Ｒ２
内では回転ステージ３０上の測定対象物５の表面で反射
する。その反射光は受光部２２の受光光学系２２ｂで受
光され、測定対象物５の表面形状に応じた電子信号（測
定データ）に変換される。三次元測定器２０においても
レーザスリット光Ｌ２を走査範囲Ｒ２内で１回走査させ
れば測定データを得ることができ、その測定データから
三次元測定器２０におけるローカル座標系での測定対象
物５の三次元座標を求めることができる。

【００２９】そして回転ステージ３０を回転させて三次
元測定器１０，２０による測定を再び行えば測定対象物
５の背面側も測定することができ、回転ステージ３０の
回転と三次元測定器１０，２０の測定動作とを繰り返し
行うことによって測定対象物５の全周についての三次元
形状を測定することができる。

【００３０】ここで、三次元測定器１０，２０の位置関
係について説明する。図５及び図６は直方体状の測定対
象物５を測定する場合の測定対象物５とレーザスリット
光との関係を示す図であり、回転ステージ３０に設置さ
れた直方体状の測定対象物５を上方側から見た図であ
る。

【００３１】まず、図５に示すように、測定対象物５に
対して第１の三次元測定器１０の投光部１１からレーザ
スリット光Ｌ１を走査させる場合、測定対象物５の面５
ａには適切にレーザスリット光Ｌ１が照射されるが、面
５ｂにはレーザスリット光Ｌ１が照射されない状態にあ
り、面５ｂの形状は第１の三次元測定器１０では測定不
可能な状態となっている。面５ａ，５ｂの双方ともに受
光部１２の視野範囲内にあるにもかかわらず、面５ｂの
形状を測定することができない理由は、投光部１１が受
光部１２から所定の基線長を隔てた位置に配置されるた
め、投光部１１からは面５ｂが面５ａの影となるからで
ある。

【００３２】次に、図６に示すように、測定対象物５に
対して第２の三次元測定器２０の投光部２１からレーザ
スリット光Ｌ２を走査させる場合、測定対象物５の面５
ａに対して適切にレーザスリット光Ｌ２が照射されると
ともに、面５ｂにもレーザスリット光Ｌ２が適切に照射
される状態にあり、面５ａ，５ｂの双方の形状が第２の
三次元測定器１０で測定可能な状態となっている。

【００３３】つまり、上述したように、三次元測定器１
０，２０のそれぞれの基線長方向を異なる方向（すなわ
ち、非平行状態）に設定し、測定対象物５に対して異な
る方向からレーザスリット光Ｌ１，Ｌ２を照射すること
により、三次元形状の測定時に影となる部分を減少させ
ることができ、それによって測定対象物５を移動させる
ことなく良好な測定データを得ることが可能になる。な
お、基線長方向をほぼ直交するように構成すれば、三次
元形状の測定時に影となる部分を最も減少させることが
できる。

【００３４】また、各三次元測定器１０，２０の走査方
向ＳＣを互いに直交するように構成することで、同一方
向に対する走査では検出することが困難な表面形状を有
する測定対象物５であっても良好な測定データを得るこ
とが可能になる。

【００３５】図７は、三次元形状測定システム１の内部
構成を示すブロック図である。

【００３６】第１の三次元測定器１０は、上述した投光
部１１及び受光部１２の他に、データを記憶するための
メモリ等の記憶部１３と、三次元測定器１０の動作全般
を制御するための制御部１４と、受光部１２での検出結
果に基づいて測定対象物の形状を表した測定データを求
める演算部１５と、データ処理装置５０とのデータの入
出力を行うための入出力部１６とを備えて構成される。
なお、三次元測定器１０で生成される測定データは測定
動作を行う際に設定された測定倍率に関する情報も含む
ように構成され、データ処理装置５０においてデータ処
理が行われる際には測定倍率を考慮したデータ処理が行
われる。

【００３７】同様に、第２の三次元測定器２０も、上述
した投光部２１及び受光部２２の他に、データを記憶す
るためのメモリ等の記憶部２３と、三次元測定器２０の
動作全般を制御するための制御部２４と、受光部２２で
の検出結果に基づいて測定対象物の形状を表した測定デ
ータを求める演算部２５と、データ処理装置５０とのデ
ータの入出力を行うための入出力部２６とを備えて構成
される。なお、三次元測定器２０で生成される測定デー
タも測定動作を行う際に設定された測定倍率に関する情
報を含むように構成され、データ処理装置５０において
データ処理が行われる際には測定倍率を考慮したデータ
処理が行われる。

【００３８】データ処理装置５０はいわゆるコンピュー
タ（ＰＣ）によって構成され、ＣＰＵ等によって構成さ
れる制御部５１と、メモリや磁気ディスク装置等によっ
て構成される記憶部５３と、データの入出力を行う入出
力部５６とを備えて構成される。

【００３９】制御部５１は各三次元測定器１０，２０の
測定動作を制御し、入出力部５６を介して各三次元測定
器１０，２０から測定データを入力する。また、制御部
５１は回転ステージ３０に対して制御信号を送出するこ
とによって回転ステージ３０の回転角を制御するように
も構成される。

【００４０】制御部５１は所定のデータ校正プログラム
を実行することによってデータ処理部５２としても機能
し、データ校正処理においては三次元形状測定システム
１における一のワールド座標系で表現した三次元形状デ
ータを生成するために、予め各三次元測定器１０，２０
から得られる測定データを校正するための変換パラメー
タを求める。

【００４１】各三次元測定器１０，２０は設計値に基づ
いて三次元形状測定システム１に設置されるが、設置誤
差等の影響により設計上の理想的な位置や姿勢に設置す
ることができないのが一般的である。このため、各三次
元測定器１０，２０から得られる測定データを設計値に
基づいてワールド座標系に変換しても正確な三次元形状
データが得られない。そこで、実際に測定対象物の測定
を行う前に、予めデータ校正用対象物を用いて、各三次
元測定器１０，２０でデータ校正用対象物を測定し、そ
の結果得られた測定データに基づいて、データ処理装置
４０が測定データを校正するための変換パラメータを求
めておくように構成される。このデータ校正処理の詳細
については後述する。

【００４２】また、データ処理部５２は、実際の測定対
象物を測定する測定処理においては予め求めておいた変
換パラメータに基づいて、各三次元測定器１０，２０か
ら得られる測定データを変換し、測定対象物の表面形状
を一のワールド座標系で表現した三次元形状データを生
成する。

【００４３】記憶部５３は、データ校正処理の際には中
間段階の各パラメータを記憶するとともに、最終的に生
成される変換パラメータを記憶する。また、制御部５１
が実行するプログラムも記憶する。

【００４４】入出力部５６は、各三次元測定器１０，２
０に対して測定動作のための制御信号を出力したり、各
三次元測定器１０，２０からの測定データを入力する。
また入出力部５６はコンピュータ読み取り可能な記録媒
体９からデータを入力することができるようにも構成さ
れ、記録媒体９に上述のデータ校正プログラム等のプロ
グラムが格納されている場合は、データ処理装置５０の
制御部５１が記録媒体９からそのプログラムを読み取っ
て実行するようにも構成される。

【００４５】回転ステージ３０は入出力部３６と回転制
御部３１と回転駆動部３２とを備えており、入出力部３
６はデータ処理装置５０とデータ通信可能なように構成
される。回転制御部３１はデータ処理装置５０からの制
御信号によって指示された回転角度に基づいてモータ等
の回転駆動部３２を駆動し、回転ステージ３０を回転さ
せる。これにより、回転ステージ３０上に設置される測
定対象物を回転させることができ、各三次元測定器１
０，２０が測定対象物の背面側の形状も測定可能にな
る。

【００４６】＜２．三次元形状測定システムにおけるデ
ータ校正＞次に、三次元形状測定システム１におけるデ
ータ校正処理について説明する。

【００４７】データ校正処理の内容には、三次元形状測
定システム１に対して取り付けられた各三次元測定器１
０，２０の相対的な位置及び姿勢についてのデータ校正
を行う第１のデータ校正処理と、回転ステージ３０を回
転させて測定するために回転軸の位置を求め、その回転
軸を中心に測定データの示す三次元形状を回転移動させ
るようなデータ校正を行う第２のデータ校正処理と、各
三次元測定器１０，２０から得られた測定データを合成
して一の三次元形状データを生成する際に高精度な合成
処理を行うためのデータ校正を行う第３のデータ校正処
理とがある。

【００４８】各校正処理においては校正内容の目的に適
合した校正用対象物を、各三次元測定器１０，２０で測
定して得られる測定データから変換パラメータが求めら
れる。なお、以下の説明においては、第１の三次元測定
器１０についてのローカル座標系をワールド座標系と
し、各校正処理においては各三次元測定器１０，２０で
得られる測定データをそのワールド座標系において適切
なデータとするための変換パラメータが求められる。

【００４９】図８はデータ校正処理のフローチャートで
ある。図８に示すようにデータ校正処理においては、第
１のデータ校正処理（ステップＳ１）、第２のデータ校
正処理（ステップＳ２）、第３のデータ校正処理（ステ
ップＳ３）の順で処理が行われる。

【００５０】まず、第１のデータ校正処理について説明
する。図９及び図１０は第１のデータ校正処理において
使用されるデータ校正用対象物７０を示す図であり、図
９はデータ校正用対象物７０の正面図、図１０はデータ
校正用対象物７０の側面図である。また、図１１はデー
タ校正用対象物７０を三次元形状測定システム１に設置
した状態を示す図である。

【００５１】図９及び図１０に示すように、データ校正
用対象物７０の正面側には多面体構造となった被測定部
７１が設けられ、その被測定部７１は支持部材７２によ
って支持されている。支持部材７２と基台７３との間に
は複数のスペーサ板７５が設けられており、スペーサ板
７５の枚数を変更することにより被測定部７１の高さ位
置を調整することが可能なように構成されている。な
お、基台７３にはデータ校正用対象物７０の持ち運びを
容易にするための把手部７９が被測定部７１の両端側に
配置されている。したがって、データ校正用対象物７０
は、測定空間３における被測定部７１の位置を変更する
ことができるように構成されている。

【００５２】被測定部７１の多面体は各面が平面状に構
成された５面７１１〜７１５で構成され、５面のうち互
いに隣接する３平面は１点で交差するように構成されて
いる。被測定部７１はデータ校正用対象物７０が回転ス
テージ３０上に設置された際に、各三次元測定器１０，
２０から死角になる面がないように構成することが好ま
しい。

【００５３】第１のデータ校正処理を行う際には、上記
のようなデータ校正用対象物７０を図１１に示すような
状態、すなわち被測定部７１の各面が各三次元測定器１
０，２０によって測定可能な状態となるように設置す
る。

【００５４】そして第１のデータ校正処理では、各三次
元測定器１０，２０で被測定部７１を測定し、その結果
得られる測定データにおける同一の頂点（例えば、３面
７１１，７１２，７１３の交点として形成される頂点７
１ａ）の座標値を一致させるような処理が行われる。よ
り具体的には、第２の三次元測定器２０から得られる測
定データをワールド座標系の座標データに座標変換する
ための変換パラメータを求めることが行われる。ただ
し、各三次元測定器１０，２０の相対的な位置及び姿勢
を考慮した変換パラメータを求めるためには、同一直線
上にない少なくとも３つの頂点を各三次元測定器１０，
２０で測定することが必要である。そのため、データ校
正用対象物７０は被測定部７１の高さ位置を変更するこ
とができるように構成され、また図１１に示すようにユ
ーザがデータ校正用対象物７０のＸ方向における位置を
移動させることで各三次元測定器１０，２０からの距離
を変更することができるように構成される。なお、デー
タ校正用対象物７０にＸ方向についての移動機構を設
け、データ処理装置５０からの制御信号によって自動的
にデータ校正用対象物７０のＸ方向における位置を変更
させるようにしてもよい。

【００５５】図１２は第１のデータ校正処理の詳細を示
すフローチャートである。

【００５６】まず、ユーザは多面体を備えて構成される
データ校正用対象物７０を回転ステージ３０上に設置す
る（ステップＳ１００）。このときデータ校正用対象物
７０の被測定部７１が各三次元測定器１０，２０に対向
するように配置され、各三次元測定器１０，２０からの
レーザスリット光が少なくとも互いに隣接する３面に入
射するように配置される。

【００５７】そして三次元形状測定システム１において
データ処理装置５０が第１の三次元測定器１０に対して
測定動作の指令を与え、第１の三次元測定器１０による
データ校正用対象物７０の測定動作、すなわち第１の三
次元測定器１０によるスキャンが行われる（ステップＳ
１０２）。このスキャン動作によりデータ校正用対象物
７０にはＺ方向のレーザスリット光Ｌ１がＹ方向に走査
され、第１の三次元測定器１０において測定データが生
成される。第１の三次元測定器１０において生成される
測定データは、データ処理装置５０に出力される。

【００５８】次にステップＳ１０４に進み、データ処理
装置５０が第１の三次元測定器１０のローカル座標系に
おいてデータ校正用対象物７０の一の頂点座標を算出す
ることが行われる。このステップＳ１０４においては、
図１３に示すフローチャートの処理が行われる。

【００５９】データ処理装置５０においてデータ処理部
５２は、第１の三次元測定器１０から得られる測定デー
タから、第１の三次元測定器１０に関して固有に定義さ
れるローカル座標系についての三次元形状データを生成
する（ステップＳ１３０）。このとき、三次元測定器１
０が測定動作を行う際に設定された測定倍率に基づいて
三次元形状データの拡大又は縮小処理が行われ、測定倍
率が変更された状態で測定が行われた場合でも適切な三
次元形状データが生成される。なお、第１の三次元測定
器１０における固有のローカル座標系がワールド座標系
となるため、ステップＳ１３０においては第１の三次元
測定器１０から得られる測定データからワールド座標系
で表現された三次元座標値、すなわち三次元形状データ
が生成されることになる。

【００６０】次に、データ処理部５２は、データ校正用
対象物７０の表面座標から特定の一の頂点（例えば頂点
７１ａ）を形成する３面７１１，７１２，７１３を選択
し、３面７１１，７１２，７１３のそれぞれに含まれる
点の集合を各面について抽出する（ステップＳ１３
２）。具体的な方法として、測定データを２次元画像化
し、各面の交線をエッジ検出によって抽出し、抽出され
た交線によって各面を領域分けする方法や、三次元座標
値において最近接点の３点がなす面の法線ベクトルを求
めて法線ベクトルが同一方向になる点群を抽出する方法
等、種々の公知の方法を用いることができる。

【００６１】そして各面について抽出された点群の座標
情報に対して最小２乗法を適用し、３面のそれぞれを表
す方程式を算出する（ステップＳ１３４）。そして各面
について導出された３方程式を連立させて解き、３面７
１１，７１２，７１３によって形成される頂点の座標を
求める（ステップＳ１３６）。求められた頂点座標はデ
ータ処理部５２から記憶部５３に与えられ、記憶部５３
に保存される（ステップＳ１３８）。

【００６２】ここまでの処理が終了すると、第１の三次
元測定器１０での処理が終了し、図１２のフローチャー
トに戻る。

【００６３】次に、三次元形状測定システム１において
データ処理装置５０が第２の三次元測定器２０に対して
測定動作の指令を与え、第２の三次元測定器２０による
データ校正用対象物７０の測定動作、すなわち第２の三
次元測定器２０によるスキャンが行われる（ステップＳ
１０６）。このスキャン動作によりデータ校正用対象物
７０にはＹ方向のレーザスリット光Ｌ２がＺ方向に走査
され、第２の三次元測定器２０において測定データが生
成される。第２の三次元測定器２０において生成される
測定データは、データ処理装置５０に出力される。

【００６４】次にステップＳ１０８に進み、データ処理
装置５０が第２の三次元測定器２０のローカル座標系に
おいてデータ校正用対象物７０の一の頂点座標を算出す
ることが行われる。このステップＳ１０８においては、
図１４に示すフローチャートの処理が行われる。

【００６５】データ処理装置５０においてデータ処理部
５２は、第２の三次元測定器２０から得られる測定デー
タから、第２の三次元測定器２０に関して固有に定義さ
れるローカル座標系で表現された三次元形状データを生
成する（ステップＳ１４０）。このときも、三次元測定
器２０が測定動作を行う際に設定された測定倍率に基づ
いて三次元形状データの拡大又は縮小処理が行われ、測
定倍率が変更された状態で測定が行われた場合でも適切
な三次元形状データが生成される。

【００６６】次に、データ処理部５２は、データ校正用
対象物７０の表面座標から特定の一の頂点（例えば頂点
７１ａ）を形成する３面７１１，７１２，７１３を選択
し、３面７１１，７１２，７１３のそれぞれに含まれる
点の集合を各面について抽出する（ステップＳ１４
２）。なお、具体的な方法は、第１の三次元測定器１０
について行われる方法と同様である。また、ここで選択
される３面は、図１３のフローチャートにおいてステッ
プＳ１３２で選択された３面と同一である。

【００６７】そして各面について抽出された点群の座標
情報に対して最小２乗法を適用し、３面のそれぞれを表
す方程式を算出する（ステップＳ１４４）。そして各面
について導出された３方程式を連立させて解き、３面７
１１，７１２，７１３によって形成される頂点７１ａの
座標を求める（ステップＳ１４６）。ここで求められる
座標は、第２の三次元測定器２０のローカル座標系で表
現された座標である。そして求められた頂点座標はデー
タ処理部５２から記憶部５３に与えられ、記憶部５３に
保存される（ステップＳ１４８）。

【００６８】ここまでの処理が終了すると、第２の三次
元測定器２０での処理が終了し、再び図１２のフローチ
ャートに戻る。

【００６９】データ処理装置５０は頂点座標を３点以上
算出したか否かを判断し（ステップＳ１１０）、３点以
上算出している場合は、ステップＳ１１４へと処理を進
める。

【００７０】一方、３点以上算出していない場合は、デ
ータ校正用対象物７０の位置を移動させるようにユーザ
に指示する。これにより、ユーザはデータ校正用対象物
７０の位置を移動させ、ステップＳ１０４，Ｓ１０８で
座標算出の対象となった頂点の位置を変化させる（ステ
ップＳ１１２）。また、ユーザはスペーサ板７５の枚数
を変更することで被測定部７１の高さ位置を変更するよ
うにしてもよい。また、データ校正用対象物７０が移動
機構を備えている場合は、データ処理装置５０の制御に
よって自動的にデータ校正用対象物７０の位置を移動さ
せるように構成してもよい。さらに、データ処理装置５
０が回転ステージ３０を制御することによって回転ステ
ージ３０を回転させ、それによってデータ校正用対象物
７０の位置を移動させるようにしてもよい。

【００７１】そしてステップＳ１０２に戻り、頂点７１
ａの位置が移動した状態でステップＳ１０２〜Ｓ１０８
の処理を繰り返し行い、各三次元測定器１０，２０から
の測定データから同一頂点の頂点座標を算出する。そし
て異なる３つの頂点について、各三次元測定器１０，２
０での測定の結果に基づいた座標値を求めると、ステッ
プＳ１１４に進む。

【００７２】なお、頂点の数は３点に限られるものでは
なく、３点以上であれば何点であってもよい。頂点の数
が増加する程、データ校正の精度は向上するため、高精
度化の観点からはより多くの頂点座標を求めることが好
ましい。その一方で、頂点の数が増加する程、第１のデ
ータ校正処理の処理効率が低下するため、処理効率の観
点からは３点の頂点座標を求めるように構成することが
好ましい。

【００７３】ステップＳ１１４においてデータ処理部５
２は、第１の三次元測定器１０から得られた頂点座標
と、第２の三次元測定器２０から得られた頂点座標との
データ組を生成する。このデータ組は同一頂点に対応す
る座標どうしが一組にされるため、ステップＳ１１４で
は３組以上のデータ組が生成される。

【００７４】そして、データ処理部５２は、データ組ご
とに、第２の三次元測定器２０のローカル座標系で表現
された頂点座標をワールド座標系に変換するための方程
式を求める（ステップＳ１１６）。この方程式には、第
２の三次元測定器２０のローカル座標系で表現された頂
点座標をワールド座標系に変換するための変換パラメー
タ（第１の変換パラメータ）が未知数として用いられ
る。この第１の変換パラメータには、頂点座標を三次元
空間で回転移動させるための回転行列と、平行移動させ
るための平行移動行列とが含まれる。

【００７５】そしてステップＳ１１８においてデータ処
理部５２は、データ組ごとに生成される方程式を連立さ
せて解くことにより、第１の変換パラメータの値を求め
る。このようにして生成された第１の変換パラメータを
データ処理部５２はデータ処理装置５０の記憶部５３に
保存する（ステップＳ１２０）。

【００７６】この第１の変換パラメータを用いて第２の
三次元測定器２０から得られる測定データを変換するこ
とにより、ローカル座標系で表現された頂点座標をワー
ルド座標系に変換することができ、各三次元測定器１
０，２０の相対的な位置関係及び姿勢関係が補正された
ワールド座標系での形状データになる。

【００７７】以上で第１のデータ校正処理が終了する。
この第１のデータ校正処理により、第２の三次元測定器
２０から得られる測定データをワールド座標系の座標デ
ータに座標変換するための変換パラメータを求めること
ができる。上記の処理では、第２の三次元測定器２０の
ローカル座標系を第１の三次元測定器１０のローカル座
標系（ワールド座標系）に変換するように構成されてい
るため、第１の三次元測定器１０のローカル座標系とは
別にワールド座標系が設定される場合と比べると、第２
の三次元測定器２０から得られる測定データを基準とし
て、第２の三次元測定器２０から得られる測定データに
対する第１の変換パラメータだけを求めればよいため、
効率的な処理が可能である。

【００７８】また、第１のデータ校正処理では、各三次
元測定器１０，２０が平面を測定して頂点座標を求める
ような処理形態となっている。各三次元測定器１０，２
０が平面を測定する場合は、三次元測定器１０，２０の
測定倍率が変化しても高精度な測定が可能であるので、
各頂点座標も高精度に求めることが可能である。したが
って、上記のようにして求められた第１の変換パラメー
タは第２の三次元測定器２０から得られる測定データを
ワールド座標系のに座標変換するための高精度なパラメ
ータとなる。その結果、三次元形状測定システム１で測
定対象物を測定して得られる三次元形状データも正確な
データとなる。

【００７９】また、上述したような多面体構造のデータ
校正用対象物７０を用いることにより、比較的簡単にデ
ータ校正用対象物７０を作成することができるという利
点もある。例えば球体を用いて球体の中心座標を求める
ようなデータ校正処理の場合には、使用する球体の球面
を高精度に加工するのは困難であり、かつ球体自体が高
価になる。これに対し、上記のような多面体構造のデー
タ校正用対象物７０を用いれば、高精度な平面を加工す
るのは比較的容易であり、安価に作成することができる
とともに、信頼性の高いデータ校正用対象物７０を実現
することが可能である。

【００８０】さらに、各三次元測定器１０，２０の測定
倍率の影響を受けることがなく、どのような測定倍率で
測定しても高精度に平面を測定することができるので、
高精度なデータ校正が可能になる。

【００８１】なお、上記の説明では、ステップＳ１１２
でデータ校正用対象物７０を移動させる場合を例示した
が、被測定部７１が図９のような構造となっている場合
には、各三次元測定器１０，２０が１回スキャンすれば
４点の頂点座標を求めることができるため、データ校正
用対象物７０を移動させることなく必要な頂点数の座標
を導くことができるので、そのような処理手順にしても
よい。

【００８２】また、第１のデータ校正処理において使用
するデータ校正用対象物は、多面体構造の少なくとも任
意の３平面が１点（多面体構造での頂点に限らず、仮想
点であってもよい。）で交差するような形状でありさえ
すれば頂点座標を良好に求めることができるので、上述
した構造の多面体に限定されない。

【００８３】次に、第２のデータ校正処理について説明
する。図１５及び図１６は第２のデータ校正処理におい
て使用される回転軸校正用対象物８０を示す図であり、
図１５は回転軸校正用対象物８０を上方側から見た図、
図１６は回転軸校正用対象物８０の正面図である。ま
た、図１５及び図１６はともに回転ステージ３０上に回
転軸校正用対象物８０を設置した状態を示している。

【００８４】図１５及び図１６に示すように、回転軸校
正用対象物８０の正面側には鉛直方向（Ｚ方向）に平行
な２平面８２，８３を有する被測定部８１が設けられ、
その被測定部８１の下面側が回転ステージ３０の上面側
と接触するように設置される。

【００８５】被測定部８１における各平面８２，８３の
法線方向は平行でなく、各平面８２，８３が所定の角度
をなすように設定されている。したがって、被測定部８
１は２平面８２，８３を延長させると、鉛直方向に平行
な直線（交線）上で交差する。

【００８６】このような回転軸校正用対象物８０を回転
ステージ３０上に設置する際には、２平面８２，８３の
交線と回転ステージ３０の回転軸とが一致するように設
置する。加えて、２平面８２，８３が各三次元測定器１
０，２０から測定可能な向きに設置する。

【００８７】そして第２のデータ校正処理では、各三次
元測定器１０，２０で被測定部８１を測定し、その結果
得られる測定データから交線の方程式を求める。交線は
回転ステージ３０の回転軸であるため、交線の方程式は
回転ステージ３０の回転軸を表す方程式、すなわち回転
軸そのものを表した式となる。そして求められた回転軸
を中心にして座標データを回転移動させるための回転変
換パラメータを求めることが行われる。

【００８８】第２のデータ校正処理で回転変換パラメー
タを求めておくことにより、測定対象物を測定して三次
元形状データを生成した際に、その三次元形状データを
回転軸回りに回転させることが可能になる。

【００８９】図１７は第２のデータ校正処理（ステップ
Ｓ２）の詳細を示すフローチャートである。

【００９０】まず、ユーザは２平面８２，８３を備えて
構成される回転軸校正用対象物８０を回転ステージ３０
上に設置する（ステップＳ２００）。このとき回転軸校
正用対象物８０の被測定部８１が各三次元測定器１０，
２０に対向するように配置されるとともに、２平面８
２，８３の交線が回転ステージ３０の回転軸に一致する
ように配置される。

【００９１】データ処理装置５０は三次元測定器１０，
２０のうちから校正対象の三次元測定器を選択する（ス
テップＳ２０２）。例えば、最初は第１の三次元測定器
１０が校正対象として選択される。

【００９２】データ処理装置５０は、選択した三次元測
定器１０によって回転軸校正用対象物８０をスキャン
し、回転軸校正用対象物８０の表面形状の読み取り動作
を行う（ステップＳ２０４）。

【００９３】そしてデータ処理装置５０のデータ処理部
５２は、三次元測定器１０から得られる測定データをワ
ールド座標系の三次元座標値に変換する（ステップＳ２
０６）。このときも、三次元測定器が測定動作を行う際
に設定された測定倍率に基づいて三次元形状データの拡
大又は縮小処理が行われ、測定倍率が変更された状態で
測定が行われた場合でも適切な三次元形状データが生成
される。なお、第１の三次元測定器１０のローカル座標
系がワールド座標系であるため、第１の三次元測定器１
０で得られた測定データは第１の三次元測定器１０のロ
ーカル座標系で表現するだけで、ワールド座標系の座標
値となる。一方、校正対象が第２の三次元測定器２０で
ある場合には、第１のデータ校正処理によって得られた
第１の変換パラメータを用いて、第２の三次元測定器２
０から得られる測定データを変換することにより、ワー
ルド座標系の座標値に簡単に変換することができる。

【００９４】そして校正対象の三次元測定器から得られ
た測定データをワールド座標系での座標値に変換する
と、次に、そのワールド座標系での三次元座標値から回
転軸校正用対象物８０の２平面８２，８３を構成する点
群データの抽出が行われる（ステップＳ２０８）。すな
わち、平面８２に含まれる点群データ、平面８３に含ま
れる点群データのそれぞれが抽出される。

【００９５】データ処理部５２は各面８２，８３の点群
データから各面８２，８３の方程式を算出する（ステッ
プＳ２１０）。データ処理部５２は２平面８２，８３の
それぞれについて得られる方程式を連立させて解くこと
により、２平面の交線（すなわち回転ステージ３０の回
転軸）を示す回転軸方程式を算出する（ステップＳ２１
２）。この回転軸方程式により、ワールド座標系の三次
元空間における回転ステージ３０の回転軸の位置を特定
することができる。

【００９６】次に、データ処理部５２は回転ステージ３
０上面に関する面の方程式を算出する（ステップＳ２１
４）。例えば、第１のデータ校正処理（ステップＳ１）
を行う際に使用したデータ校正用対象物７０に関する既
知データ（既知の形状データ）がある場合、第１のデー
タ校正処理（ステップＳ１）で測定した頂点座標と、デ
ータ校正用対象物７０におけるその頂点の設計上の高さ
位置とに基づいて、回転ステージ３０の上面の位置を特
定すれば、その上面を示す方程式を求めることができ
る。なお、他の方法によって、回転ステージ３０の上面
に関する方程式を求めてもよい。

【００９７】次に、データ処理部５２は回転ステージ３
０を回転制御するために予め設定されている回転角度
（制御角度）を記憶部５３から読み取る（ステップＳ２
１６）。これにより、三次元形状測定システム１が測定
対象物の全方向から測定する際に、回転ステージ３０を
何度ごと回転させて測定対象物を測定するのかを識別す
ることができる。

【００９８】そして、データ処理部５２は回転角度ごと
に回転軸回りについての回転変換パラメータを求める
（ステップＳ２１８）。つまり、回転ステージ３０の回
転角度の符号を反転させた角度毎に、上記の回転軸方程
式によって規定される回転軸を中心とした回転変換を行
うための回転変換パラメータを求めるのである。この回
転変換パラメータを用いて測定データを変換することに
より、校正対象として選択された三次元測定器で測定対
象物を測定したときの回転ステージ３０の回転角度分だ
け、測定データから導かれる三次元形状を回転させるこ
とができる。

【００９９】データ処理部５２はステップＳ２１８で求
められる回転変換パラメータがどの三次元測定器に対応
するものかを示すために、校正対象の三次元測定器と、
回転角度毎の回転変換パラメータとを対応づけ、データ
処理装置５０の記憶部５３に保存する（ステップＳ２２
０）。

【０１００】そして、データ処理装置５０は全ての三次
元測定器１０，２０について回転変換パラメータの算出
が終了したか否かを判断し（ステップＳ２２２）、全て
について終了していれば、第２のデータ校正処理は終了
する。

【０１０１】一方、終了していない場合は、他の三次元
測定器について回転変換パラメータを求めるべく、ステ
ップＳ２０２に戻る。第１の三次元測定器１０について
回転変換パラメータが求められた場合は、次に第２の三
次元測定器２０についての回転変換パラメータを求める
ために、ステップＳ２０２〜Ｓ２２０の処理を繰り返
す。

【０１０２】第２の三次元測定器２０について回転変換
パラメータを求める際、ステップＳ２０６で第１のデー
タ校正処理によって得られた第１の変換パラメータを用
いて測定データがワールド座標系に変換され、そのワー
ルド座標系で表現された座標値に基づいて回転変換パラ
メータが求められる。第１の変換パラメータとステップ
Ｓ２１８で求められる回転変換パラメータとを合成する
ことによって、ワールド座標系変換と回転変換とを同時
に行うパラメータ（第２の変換パラメータ）が求められ
る。その時点で第１の変換パラメータは必要でなくな
る。

【０１０３】このような第２のデータ校正処理では、各
三次元測定器１０，２０が回転軸校正用対象物の２平面
を測定して回転ステージ３０の回転軸を求めるような処
理形態となっている。したがって、高精度な平面の測定
によって回転軸を高精度に求めることができるので、回
転変換パラメータ及び第２の変換パラメータも高精度に
求めることが可能である。その結果、三次元形状測定シ
ステム１で測定対象物の全周を測定して得られる三次元
形状データも正確なデータとなる。

【０１０４】また、各三次元測定器１０，２０の測定倍
率の影響を受けることがなく、どのような測定倍率で測
定しても高精度に平面を測定することができるので、高
精度なデータ校正が可能になる。

【０１０５】なお、第２のデータ校正処理は、三次元形
状測定システム１が回転ステージ３０を備えておらず、
測定対象物の正面側三次元形状のみを測定する場合に
は、必要な処理ではない。また、第２のデータ校正処理
において使用される回転軸校正用対象物も上述した内容
のものに限定されるものではない。

【０１０６】次に、第３のデータ校正処理について説明
する。図１８及び図１９は第３のデータ校正処理におい
て使用される高精度校正用対象物９０を示す図であり、
図１８は高精度校正用対象物９０を上方側から見た図、
図１９は高精度校正用対象物９０の正面図である。ま
た、図１８及び図１９はともに回転ステージ３０上に高
精度校正用対象物９０を設置した状態を示している。

【０１０７】図１８及び図１９に示すように、高精度校
正用対象物９０は、多面体構造の被測定部９１と、被測
定部９１を支持する支持部材９２とを備えて構成され、
被測定部９１の多面体構造は、ＣＡＤデータ等の既知デ
ータに基づいて高精度に作成された複数の平面を有す
る。また、支持部材９２が回転ステージ３０に設置され
る。

【０１０８】三次元形状測定システム１で実際に測定対
象物を測定し、測定対象物の三次元形状をデータ化する
場合、各三次元測定器１０，２０から得られる回転角度
ごとの測定データを合成して一の三次元形状データを生
成することが行われる。第３のデータ校正処理は、その
合成処理が高精度に行われるようにするための、各三次
元測定器１０，２０から得られる測定データの高精度変
換パラメータ（第３の変換パラメータ）を求めることが
行われる。

【０１０９】第３のデータ校正処理で高精度校正用対象
物９０を測定し、その測定データを既知データに近づけ
るような高精度変換パラメータを求めておくことで、測
定対象物を各三次元測定器１０，２０で測定した測定デ
ータを高精度に合成することが可能になる。

【０１１０】図２０は第３のデータ校正処理（ステップ
Ｓ３）の詳細を示すフローチャートである。

【０１１１】まず、ユーザは図１８及び図１９のような
高精度校正用対象物９０を回転ステージ３０上に設置す
る（ステップＳ３００）。このとき高精度校正用対象物
９０の被測定部９１の中心位置を回転ステージ３０の回
転軸が通るように配置することが好ましい。

【０１１２】データ処理部５２は回転ステージ３０を回
転制御するために予め設定されている回転角度（制御角
度）を記憶部５３から読み取る（ステップＳ３０２）。
これにより、三次元形状測定システム１が測定対象物を
全方向から測定する際に、回転ステージ３０を何度ごと
回転させて測定対象物を測定するのかを識別することが
できる。そして制御部５１は回転ステージ３０に対して
制御信号を与え、回転ステージ３０を読み取った回転角
度分だけ回転させる（ステップＳ３０４）。

【０１１３】次に、データ処理装置５０は三次元測定器
１０，２０のうちから校正対象となる三次元測定器を選
択する（ステップＳ３０６）。例えば、最初は第１の三
次元測定器１０が校正対象として選択される。

【０１１４】データ処理装置５０は、選択した三次元測
定器によって高精度校正用対象物９０をスキャンし、高
精度校正用対象物９０の表面形状の読み取り動作を行う
（ステップＳ３０８）。

【０１１５】データ処理部５２は三次元測定器から得ら
れる測定データをワールド座標系の三次元座標値に変換
して保存する（ステップＳ３１０）。具体的には、デー
タ処理部５２は、校正対象となっている三次元測定器
と、回転ステージ３０の現在の回転角度とに基づいて、
第２のデータ校正処理（ステップＳ２）で得られたワー
ルド座標系変換と回転変換とを行うパラメータを記憶部
５３から読み出し、その読み出した変換パラメータを用
いて測定データを変換することで、ワールド座標系での
座標値に変換することができる。なお、このときも、三
次元測定器が測定動作を行う際に設定された測定倍率に
基づいて三次元形状データの拡大又は縮小処理が行わ
れ、測定倍率が変更された状態で測定が行われた場合で
も適切な三次元形状データが生成される。

【０１１６】そして、データ処理装置５０は全ての三次
元測定器１０，２０で高精度校正用対象物９０を測定し
たか否かを判断し（ステップＳ３１２）、全ての三次元
測定器１０，２０で測定が終了した場合はステップＳ３
１４に進む。一方、第１の三次元測定器１０での測定が
終了しただけの段階では、続いて第２の三次元測定器２
０での測定を行うべく、ステップＳ３０６に戻り、校正
対象として第２の三次元測定器２０を選択して、高精度
校正用対象物のスキャン（ステップＳ３０８）と、それ
によって得られた測定データをワールド座標系の三次元
座標値に変換するための処理（ステップＳ３１０）とが
行われる。

【０１１７】したがって、ステップＳ３０６〜Ｓ３１２
のループ処理により、回転ステージ３０の回転角がある
角度に設定されている状態での高精度校正用対象物９０
を各三次元測定器１０，２０で測定することができ、そ
の結果、各三次元測定器１０，２０で測定した三次元座
標値（三次元形状データ）を生成することができる。

【０１１８】ステップＳ３１４においては、データ処理
装置５０は全ての角度で高精度校正用対象物９０を測定
したか否かの判断が行われ、全ての角度で高精度校正用
対象物９０を測定していない場合はステップＳ３０４に
戻って、回転ステージ３０を回転駆動し、各三次元測定
器１０，２０によってその状態の高精度校正用対象物９
０の測定が行われる。したがって、ステップＳ３０４〜
Ｓ３１４のループ処理により、高精度校正用対象物９０
を所定の回転角度ごとに回転させた状態での測定動作が
行われ、各三次元測定器１０，２０で所定の回転角度ご
とに測定された三次元形状データが生成される。

【０１１９】そして、全ての角度での測定が終了する
と、高精度校正用対象物９０の全周について測定したこ
とになるため、ステップＳ３１６に進み、回転角度ごと
に得られた高精度校正用対象物９０の三次元座標値と、
高精度校正用対象物９０の既知データとを比較し、測定
によって求められた三次元座標値を既知データに近づけ
るための変換情報が生成される。

【０１２０】図２１は、角度ごとに既知データと比較し
て変換情報を生成する処理（ステップＳ３１６）の詳細
を示す図である。データ処理部５２は高精度校正用対象
物９０の既知データを記憶部５３から読み出す（ステッ
プＳ３３０）。そしてデータ処理部５２は、ステップＳ
２１４で求めた回転ステージ３０上面に関する方程式と
ステップＳ２１２で求めた回転軸方程式とを用いて、そ
の読み出した既知データをワールド座標系の三次元空間
において回転ステージ３０上に位置するように配置し、
既知データに基づく三次元座標値を求める（ステップＳ
３３２）。そして、各三次元測定器１０，２０について
得られた回転角度ごとの三次元座標値と、既知データに
基づく三次元座標値とを比較する（ステップＳ３３
４）。ここでの比較は各三次元測定器１０，２０につい
て得られた回転角度ごとの三次元座標値における一点の
座標値と、それに対応する既知データに基づく三次元座
標値における座標値とを比較することにより行われる。

【０１２１】次に、データ処理部５２は、公知のＩＣＰ
（Iterative Closest Points）アルゴリズムに基づく演
算を、測定によって求められた三次元座標値の面と既知
データに基づく面との距離が次第に小さくなっていくよ
うに、所定回数反復して行う（ステップＳ３３６）。Ｉ
ＣＰアルゴリズムは反復演算を繰り返すことにより面と
面との距離が最小になるような座標変換情報を求めるア
ルゴリズムであるが、本システムにおいては予め形状及
びずれの程度が限定できるので反復回数を固定値として
いる。また、処理対象とする点数を反復計算回数に応じ
て変更してもよい。例えば、全部で６０回の反復演算を
行う場合、最小の１０回は４点を処理対象とし、次の２
０回は１０点を処理対象とし、残りの３０回は全点を処
理対象とするようにしてもよい。このような工夫によ
り、本システムでは、効率的な処理が実現されている。

【０１２２】そしてデータ処理部５２は、ステップＳ３
３６の反復演算の結果に基づいて、測定によって求めら
れた面と既知データに基づく面との距離を小さくするよ
うな座標変換情報を求める（ステップＳ３３８）。座標
変換情報には、回転移動を行うための回転移動行列と、
平行移動を行うための平行移動行列とが含まれる。この
座標変換情報を求めることにより、測定によって求めら
れた面の座標位置を理論的に正確な既知データに基づく
面の位置に近づけることが可能になる。

【０１２３】そして図２０のフローチャートに戻ってス
テップＳ３１８に進み、データ処理部５２はステップＳ
３１６の処理によって求められた変換情報が所定精度以
上の座標変換を行うためのものであるか否かを判断す
る。具体的には、ステップＳ３１６の処理において反復
演算が行われた結果、測定データと既知データとの対応
する面どうしの距離が所定の閾値以下となっているか否
かを判断することが行われ、例えば一つでも２面間の距
離が閾値を超えている場合にはエラー処理が行われる
（ステップＳ３２０）。

【０１２４】エラー処理では、例えばデータ処理装置５
０のディスプレイ上にエラー表示を行う等の処理が行わ
れ、それによってユーザは第３のデータ校正処理が正常
に終了されなかったことを知ることができる。この場合
は、第１のデータ校正処理（ステップＳ１）の手順から
再開することになる。

【０１２５】一方、ステップＳ３１８の判断によって所
定精度以上であると判断された場合はステップＳ３２２
に進み、データ処理部５２がステップＳ３１６において
求められた変換情報と、第２のデータ校正処理（ステッ
プＳ２）で求められた第２の変換パラメータとの合成変
換パラメータを求め、その合成変換パラメータを高精度
変換パラメータ（第３の変換パラメータ）として決定す
る。この高精度変換パラメータも各三次元測定器につい
て回転ステージ３０の回転角度ごとに定められる。

【０１２６】そして、三次元測定器及び回転角度を対応
づけて、高精度変換パラメータをデータ処理装置５０の
記憶部５３に保存し（ステップＳ３２４）、第３のデー
タ構成処理を終了する。

【０１２７】複数の三次元測定器で測定対象物を測定し
て三次元形状データを生成する場合、複数の三次元測定
器で測定対象物を測定して得られた測定データを上述の
ＩＣＰアルゴリズム等に基づいて合成処理を行うことが
一般的であるが、そのような処理形態では測定対象物を
測定する度に時間のかかる合成演算処理を行うことが必
要になるため、三次元形状データを求めるまでに多大な
時間がかかることになる。この実施の形態では、予め高
精度校正用対象物９０を測定し、各三次元測定器１０，
２０からの測定データを高精度に合成するための高精度
変換パラメータを求めておくため、測定対象物を測定す
る際にはＩＣＰアルゴリズム等による繰り返し演算が必
要でなく、高精度変換パラメータを用いて測定データを
変換するだけで各三次元測定器１０，２０から得られる
測定データの高精度な合成状態が実現されるため、測定
後、三次元形状データが生成されるまでの時間を短縮化
することができる。

【０１２８】また、２つの測定形状を位置合わせするＩ
ＣＰアルゴリズムでは、例えば２つの三次元形状データ
が得られた場合、重なり合っている部分を抽出し、それ
らのデータの差（点と対応点との距離）を小さくするよ
うな演算が行われる。しかし、この実施の形態では、各
三次元測定器１０，２０から得られる三次元形状を理想
的な既知データと比較し、それぞれの三次元形状を理想
的な既知データに近づけるような演算が行われるため、
一般的な場合に比べて理想的な状態に近づけるための高
精度な変換パラメータを求めることができる。換言すれ
ば、第３のデータ校正処理（ステップＳ３）では、各三
次元測定器１０，２０が複数の平面を有する高精度校正
用対象物９０を測定し、各三次元測定器１０，２０から
得られる測定データが高精度校正用対象物９０の既知デ
ータにより近くなるような合成処理を行い、その合成処
理の結果に基づいて高精度変換パラメータを求めること
が行われるため、測定結果を理論値に近づけるような高
精度変換パラメータが予め求められることになる。

【０１２９】また、各三次元測定器１０，２０からの測
定データには測定倍率に関する情報が含まれているた
め、各三次元測定器１０，２０が異なる測定倍率で高精
度校正用対象物９０及び測定対象物を測定したとして
も、測定倍率に応じて測定データの倍率を調整すること
ができるので、合成精度が低下することもない。

【０１３０】さらに、高精度変換パラメータは、第２の
データ校正処理で得られた第２の変換パラメータ（ワー
ルド座標系変換と回転変換との合成）を含むパラメータ
であるため、高精度変換パラメータが求められれば、第
１及び第２の変換パラメータは必要なものでなくなる。

【０１３１】なお、上記の説明における第３のデータ校
正処理（ステップＳ３）は第１及び第２のデータ校正処
理（ステップＳ１，Ｓ２）が行われることを前提とした
処理内容になっているが、それに限定されるものではな
い。例えば、各三次元測定器１０，２０の組み付け位置
及び姿勢等を測定装置２の既知データから求め、その既
知データに基づいて測定データをワールド座標系の三次
元座標値に変換し、その後、その三次元座標値を高精度
校正用対象物９０の設計値に近づけるための変換パラメ
ータを求めるようにしてもよい。ただし、第１及び第２
のデータ校正処理を行わない場合は各三次元測定器１
０，２０の組み付け位置や姿勢が設計値から大幅にずれ
ているような場合は、測定データの変換パラメータを正
確に求めることができない可能性が高くなるため、上述
したように第１及び第２のデータ校正処理（ステップＳ
１，Ｓ２）を行った後に、第３のデータ校正処理（ステ
ップＳ３）を行うことが好ましい。

【０１３２】以上で、三次元形状測定システム１によ
り、測定対象物を測定する前に予め行っておくデータ校
正処理（図８のフローチャート）が終了する。そして、
図８のフローチャートに示す全ての処理が終了すると、
回転ステージ３０を回転させつつ、測定対象物を測定し
て得られる測定データから三次元形状データを生成する
ための変換パラメータが導かれ、データ処理装置５０の
記憶部５３にその変換パラメータが格納されることにな
る。

【０１３３】測定対象物の測定の前に予めこのような変
換パラメータを求めておくことにより、三次元形状測定
システム１で測定対象物を測定して三次元形状データを
生成する際の処理の効率化が図られるとともに、生成さ
れる三次元形状データを正確なものにすることができ
る。

【０１３４】そして、三次元形状測定システム１の測定
装置２においては、測定対象物に影が生じて測定困難な
部分が少ないような状態に構成されているので、三次元
形状測定システム１で測定対象物を測定して得られる三
次元形状データは高精度かつ完全な三次元形状データと
なる。

【０１３５】＜３．測定対象物の測定動作＞次に、三次
元形状測定システム１における測定対象物の測定動作に
ついて説明する。なお、この測定動作に先立って上記の
データ校正処理が行われているものとする。

【０１３６】図２２は三次元形状測定システム１におけ
る測定処理の処理手順を示すフローチャートである。

【０１３７】まず、ユーザは任意の表面形状を有する測
定対象物を回転ステージ３０上に設置する（ステップＳ
４００）。続いて、ユーザによって測定動作の指示がな
されると、データ処理部５２は回転ステージ３０を回転
制御するために予め設定されている回転角度（制御角
度）を記憶部５３から読み取る（ステップＳ４０２）。
これにより、三次元形状測定システム１が測定対象物を
全方向から測定する際に、回転ステージ３０を何度ごと
回転させて測定対象物を測定するのかを識別することが
できる。そして制御部５１は回転ステージ３０に対して
制御信号を与え、回転ステージ３０を読み取った回転角
度分だけ回転させる（ステップＳ４０４）。

【０１３８】次に、データ処理装置５０は三次元測定器
１０，２０のうちから制御対象となる三次元測定器を選
択し、測定動作を行う三次元測定器を特定する（ステッ
プＳ４０６）。例えば、最初は第１の三次元測定器１０
が制御対象として選択される。

【０１３９】データ処理装置５０は、選択した三次元測
定器によって測定対象物をスキャンし、測定対象物の表
面形状の読み取り動作を行う（ステップＳ４０８）。デ
ータ処理部５２は三次元測定器から得られる測定データ
をワールド座標系の三次元座標値に変換する（ステップ
Ｓ４１０）。具体的には、データ処理部５２は、制御対
象となっている三次元測定器と、回転ステージ３０の現
在の回転角度とに基づいて、第３のデータ校正処理（ス
テップＳ３）で得られた高精度変換パラメータを記憶部
５３から読み出し、その高精度変換パラメータを用いて
測定データを変換することで、現在の回転角度に応じた
ワールド座標系での座標値に変換することができる。

【０１４０】そして、データ処理部５２は生成した三次
元座標値のうちから不要部分を削除する（ステップＳ４
１２）。各三次元測定器１０，２０はレーザスリット光
の照射される領域に物体があればその物体についての測
定データを生成する。このため三次元形状測定システム
１に含まれる回転ステージ３０等の三次元形状も測定デ
ータに含まれることになる。このようなデータは測定対
象物の形状ではないため、三次元座標値のうちから不要
部分として削除されることになる。不要部分の特定は、
例えば、図１７のフローチャートにおいてステップＳ２
１４で求めた回転ステージ３０上面の方程式から特定さ
れ、回転ステージ３０の上面よりも下側にある三次元座
標値を無効にすることで不要部分の削除が行われる。ま
た、測定装置２の設計値からワールド座標値における回
転ステージ３０の上面位置を推定し、その上面位置より
下側部分を削除するようにしてもよい。この結果、測定
データから求められた三次元座標値には測定対象物に関
するデータのみが含まれることになる。

【０１４１】そして不要部分の削除された三次元座標値
は、現在の回転角度での測定対象物のみに関する三次元
形状データとなり、その三次元形状データがデータ処理
装置５０の記憶部５３に保存される（ステップＳ４１
４）。

【０１４２】データ処理装置５０は回転ステージ３０が
現在の回転角度にある状態で全ての三次元測定器で測定
対象物を測定したか否かを判断する（ステップＳ４１
６）。そして第１の三次元測定器１０での測定が終了し
た段階では、次に第２の三次元測定器２０での測定動作
を行うべく、ステップＳ４０６に戻って第２の三次元測
定器２０を制御対象として選択する。第２の三次元測定
器２０による測定動作が終了し、三次元座標値から不要
部分が削除されて記憶部５３への保存が終了すると、ス
テップＳ４１６において「ＹＥＳ」と判断される。

【０１４３】次にデータ処理装置５０は全ての回転角度
で測定対象物を測定したか否かを判断する（ステップＳ
４１８）。つまり、測定対象物の全周につき三次元形状
データが生成されたか否かを判断し、「ＮＯ」であれば
ステップＳ４０４に戻って回転ステージ３０を回転さ
せ、各三次元測定器１０，２０で測定対象物を別の角度
から測定して三次元形状データを生成することになる
（ステップＳ４０６〜Ｓ４１６）。例えば、回転ステー
ジ３０を駆動制御する際の回転角度が９０°に設定され
ている場合は、ステップＳ４０４〜Ｓ４１８のループ処
理が４回繰り返されることにより、測定対象物のほぼ全
周がデータ化されることになる。

【０１４４】そして全ての回転角度での測定対象物の測
定動作が終了すると、データ処理部５２は、各三次元測
定器１０，２０から回転角度ごとに得られた三次元座標
値（部分的な三次元形状データ）を読み出し、それらを
加算することで測定対象物全体に関する三次元形状デー
タを生成し、記憶部５３に保存する（ステップＳ４２
０）。この結果、データ処理装置５０の記憶部５３には
測定対象物の表面形状に関する三次元形状データが記憶
され、必要に応じて他の外部機器に出力される。

【０１４５】以上で、三次元形状測定システム１におけ
る測定対象物の測定動作の処理が終了するが、測定動作
において測定データからワールド座標系の三次元座標値
に変換する際（ステップＳ４１０）、第３のデータ校正
処理（ステップＳ３）で得られた高精度変換パラメータ
を用いてデータ変換を行うだけで、高精度な三次元座標
値が得られる。また、高精度変換パラメータを用いるこ
とにより、各三次元測定器１０，２０で測定対象物を測
定した後に繰り返し演算等を行って形状の合わせ込み処
理を行う必要がなく、高速処理が可能である。

【０１４６】また、さらに測定動作の高速化を実現しよ
うとする場合には、データ処理装置５０が各三次元測定
器１０，２０と回転ステージ３０とを次に示すような形
態で動作制御すればよい。

【０１４７】図２３は、測定動作を高速化するための制
御形態を示すタイムチャートである。図２３に示すよう
に、三次元測定器１０，２０では最初に測定対象物を測
定する際に、プリ測光を行う。そして、測定準備動作が
行われた後、走査開始段階でレーザ光源の点灯が行われ
るとともに、走査手段の助走動作が開始される。助走動
作が完了して、走査範囲内でレーザスリット光の等速運
動が可能になると、測定動作が行われる。測定動作の間
は安定した走査が実現される。そして測定動作が終了す
ると、走査手段による走査運動を停止させるための惰走
動作が行われる。この段階でレーザ光源は消灯される。
そして各三次元測定器１０，２０での演算処理が行われ
た後、測定データがデータ処理装置５０へと出力される
ことになる。

【０１４８】回転ステージ３０を回転させて測定対象物
のほぼ全周を測定する場合には、データ処理装置５０は
回転ステージ３０の回転ステージ駆動を開始させ、所定
時間内に定められた回転角度分だけ回転させるように構
成されている。

【０１４９】そして、第１の三次元測定器１０から測定
動作を行う場合は、第１の三次元測定器１０が走査停止
段階に入ったときに、第２の三次元測定器２０の走査開
始を行うように制御する。このように構成すれば、第１
の三次元測定器１０からのデータ出力段階が終了した後
に第２の三次元測定器２０が測定準備を開始する場合に
比べて、測定動作の効率化を図ることができる。つま
り、第１の三次元測定器１０が測定動作（安定走査）の
段階を終了した直後に、第２の三次元測定器２０による
測定動作（安定走査）を行うことができるように、第１
の三次元測定器１０の動作を並列して第２の三次元測定
器２０も動作し、第１の三次元測定器１０が動作を行っ
ている間に、第２の三次元測定器２０において測定準備
動作（助走段階以前の動作）を完了させておくことで、
三次元形状測定システム１での測定動作を高速化するこ
とができるのである。

【０１５０】また、回転ステージ３０を回転させるタイ
ミングは、第２の三次元測定器２０での測定動作が終了
した直後であり、第２の三次元測定器２０が惰走段階に
ある間に回転ステージ３０を駆動開始し、回転ステージ
３０の回転動作が終了した直後に第１の三次元測定器１
０で次の測定動作（安定走査）を行うことができるよう
に準備しておく。

【０１５１】このようにデータ処理装置５０が第１の三
次元測定器１０と、第２の三次元測定器２０と、回転ス
テージ３０とを並列的に動作制御することにより、効率
的な測定動作が可能になる。

【０１５２】以上説明したように、この実施の形態に示
した三次元形状測定システム１は、測定装置２において
２台の三次元測定器１０，２０が設置され、それによっ
て回転ステージ３０上に設置される測定対象物に測定す
ることのできない部分が生じることを低減している。

【０１５３】また、測定対象物の測定動作を行う前に三
次元形状測定システム１におけるデータ校正処理を行う
ことで、２台の三次元測定器１０，２０で測定する測定
データのデータ校正を行い、ワールド座標系での三次元
形状データを求めることができるように構成されてい
る。このため、測定対象物を測定する際にはデータ処理
に時間を要することなく三次元形状データを求めること
が可能となっている。

【０１５４】そしてデータ校正処理を行う際には、各種
の校正用対象物を使用し、校正用対象物の平面を検出す
るように構成されているので、正確なデータ校正を行う
ことが可能である。また、データ校正処理において三次
元測定器１０，２０で得られる測定データを高精度に合
成するための高精度変換パラメータが求められるので、
測定対象物を測定した後に時間のかかる合成処理を行う
必要がなく、測定対象物を効率的に求めることが可能で
ある。

【０１５５】したがって、この実施の形態に説明した三
次元形状測定システム１を用いて測定対象物を測定する
ことにより、測定対象物の表面形状のほぼ全体を測定す
ることができ、高精度かつ高速に三次元形状データを求
めることが可能である。

【０１５６】＜４．変形例＞以上、この発明の実施の形
態について説明したが、この発明は上記説明した内容の
ものに限定されるものではない。

【０１５７】例えば、上記実施の形態においては、２台
の三次元測定器１０，２０を配置する例について説明し
たが、それに限定されるものではなく、３台以上の複数
の三次元測定器を配置するようにしてもよい。三次元測
定器の数が増加する程、測定対象物の測定不可能な部分
が減少することになり、より好ましい測定結果が得られ
る。

【０１５８】また、上記実施の形態においては、同様の
構成の三次元測定器を２台配置することについて説明し
たが、それに限定されるものでもない。例えば、図２４
に示すように、一の受光部１０２に対して二の投光部１
０３，１０４を配置し、受光部１０２が各投光部１０
３，１０４からの照射されたレーザスリット光の反射光
を検出するように構成してもよい。このように構成する
ことによって、受光部の数を１つにすることができるの
で低コストでシステム構築を行うことができる。ただ
し、この場合であっても、各投光部１０３，１０４と受
光部１０２とを結ぶ基線長の方向は異なる方向に設定さ
れることが好ましい。また、この場合の投光部の数も２
個に限定されるものではない。図２５は一の受光部１０
２に対して複数の投光部１０３〜１０６が配置された例
を示しているが、この場合においても各投光部１０３〜
１０６と受光部１０２とを結ぶ基線長の方向はそれぞれ
異なる方向に設定されることが好ましい。

【０１５９】また、複数台の三次元測定器ではなく、１
台の三次元測定器を用いてもよい。つまり、１台の三次
元測定器を第１の位置に設置し、校正用対象物や測定対
象物を第１の位置から測定した後に、第２の位置に移動
させ、続いて校正用対象物や測定対象物を第２の位置か
ら測定するように構成してもよい。この場合は、三次元
測定器を頻繁に移動させるため、第１の位置及び第２の
位置への取り付け精度を高くする必要がある。

【０１６０】なお、上記実施の形態においては、測定装
置２に回転ステージ３０が設けられ、測定対象物の全周
を測定する例について説明したが、測定対象物の正面側
だけを測定すればよいような場合には、回転ステージ３
０は必須のものではない。

【０１６１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、第１の投光手段が、第１のレーザ光を測
定対象物に照射して、測定対象物の表面上で第１の方向
に走査させるように構成され、第２の投光手段が、第２
のレーザ光を測定対象物に照射して、測定対象物の表面
上で第１の方向とは異なる第２の方向に走査させるよう
に構成されているため、第１のレーザ光の走査方向と第
２のレーザ光の走査方向が異なることにより、測定対象
物に影ができることを低減し、測定対象物の三次元形状
を正確に測定することができる。

【０１６２】請求項２に記載の発明によれば、第１の投
光手段と第２の投光手段とがそれぞれ異なる位置に設け
られ、測定対象物に対して第１のレーザ光と第２のレー
ザ光とのそれぞれを異なる位置から照射するように構成
されているため、走査方向の異なる第１のレーザ光と第
２のレーザ光とが異なる位置から照射されるので、測定
対象物に影ができることを低減し、測定対象物の三次元
形状をより正確に測定することができる。

【０１６３】請求項３に記載の発明によれば、第１の投
光手段と受光手段とを結ぶ第１の基線長の方向と、第２
の投光手段と受光手段とを結ぶ第２の基線長の方向と
が、非平行状態であるため、測定対象物に影ができるこ
とを低減し、測定対象物の三次元形状を正確に測定する
ことができる。

【０１６４】請求項４に記載の発明によれば、非平行状
態が直交する状態であるため、測定対象物に影ができる
ことを最も低減することができ、測定対象物の三次元形
状をより正確に測定することができる。

【０１６５】請求項５に記載の発明によれば、第１の投
光手段が第１のレーザ光を測定対象物の表面上で第１の
方向に走査させ、第２の投光手段が第２のレーザ光を測
定対象物の表面上で第１の方向とは異なる第２の方向に
走査させるように構成されるため、走査方向の異なる第
１のレーザ光と第２のレーザ光とにより、測定対象物に
影ができることをさらに低減することができ、測定対象
物の三次元形状をより正確に測定することができる。

【０１６６】請求項６に記載の発明によれば、第１のレ
ーザ光が第１の方向と直交する方向に分布するスリット
光であり、第２のレーザ光が第２の方向と直交する方向
に分布するスリット光であるため、走査方向に１回走査
すれば、第１のレーザ光と第２のレーザ光とのそれぞれ
によって測定対象物の測定が可能であり、効率的な三次
元測定ができる。

【０１６７】請求項７に記載の発明によれば、受光手段
が、第１の反射光を受光する第１の受光手段と、第２の
反射光を受光する第２の受光手段とを含んで構成される
ため、例えば同一構成の三次元測定器を少なくとも２台
使用すれば構成することができる。

【０１６８】請求項８に記載の発明によれば、測定対象
物を第１のレーザ光及び第２のレーザ光の照射範囲内で
支持し、所定の回転軸を中心に回動することによって測
定対象物を照射範囲内で回動させる回転ステージを備え
るため、測定対象物の全周についての三次元形状を正確
に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態における三次元形状測定
システムの概略構成を示す斜視図である。

【図２】三次元測定器を示す斜視図である。

【図３】三次元測定器が測定対象物を測定する状態を示
す図である。

【図４】三次元測定器が測定対象物を測定する状態を示
す図である。

【図５】測定対象物とレーザスリット光との関係を示す
図である。

【図６】測定対象物とレーザスリット光との関係を示す
図である。

【図７】三次元形状測定システムの内部構成を示すブロ
ック図である。

【図８】データ校正処理のフローチャートである。

【図９】第１のデータ校正処理において使用されるデー
タ校正用対象物を示す図である。

【図１０】第１のデータ校正処理において使用されるデ
ータ校正用対象物を示す図である。

【図１１】データ校正用対象物を三次元形状測定システ
ムに設置した状態を示す図である。

【図１２】第１のデータ校正処理の詳細を示すフローチ
ャートである。

【図１３】ステップＳ１０４の詳細な処理を示すフロー
チャートである。

【図１４】ステップＳ１０８の詳細な処理を示すフロー
チャートである。

【図１５】第２のデータ校正処理において使用される回
転軸校正用対象物を示す図である。

【図１６】第２のデータ校正処理において使用される回
転軸校正用対象物を示す図である。

【図１７】第２のデータ校正処理の詳細を示すフローチ
ャートである。

【図１８】第３のデータ校正処理において使用される高
精度校正用対象物を示す図である。

【図１９】第３のデータ校正処理において使用される高
精度校正用対象物を示す図である。

【図２０】第３のデータ校正処理の詳細を示すフローチ
ャートである。

【図２１】ステップＳ３１６の詳細な処理を示すフロー
チャートである。

【図２２】三次元形状測定システムにおける測定処理の
処理手順を示すフローチャートである。

【図２３】測定動作を高速化するための制御形態を示す
タイムチャートである。

【図２４】投光部及び受光部の構成の変形例を示す図で
ある。

【図２５】投光部及び受光部の構成の変形例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 三次元形状測定システム ２ 測定装置 ５ 測定対象物 ９ 記録媒体 １０，２０ 三次元測定器 １１，２１ 投光部 １２，２２ 受光部 ３０ 回転ステージ ４０ 基台 ５０ データ処理装置 ７０ データ校正用対象物 ７１ 被測定部 ８０ 回転軸校正用対象物 ９０ 高精度校正用対象物 Ｌ１，Ｌ２ レーザスリット光 ＳＣ 走査方向

フロントページの続き (72)発明者 有泉 昌弘 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 (72)発明者 松長 紀雄 大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号 大阪国際ビル ミノルタ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F065 AA06 AA53 BB05 DD03 FF01 FF09 GG04 GG22 HH05 HH12 JJ03 JJ26 LL62 PP13 PP22 QQ18 QQ31 RR05

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光切断法を用いて測定対象物の三次元形
   状を測定する三次元形状測定システムであって、 第１のレーザ光を前記測定対象物に照射して、前記第１
   のレーザ光を前記測定対象物の表面上で第１の方向に走
   査させる第１の投光手段と、 第２のレーザ光を前記測定対象物に照射して、前記第２
   のレーザ光を前記測定対象物の表面上で前記第１の方向
   とは異なる第２の方向に走査させる第２の投光手段と、 前記第１のレーザ光が前記測定対象物で反射する第１の
   反射光と、前記第２のレーザ光が前記測定対象物で反射
   する第２の反射光とを受光する受光手段と、 前記受光手段から得られるデータに基づいて前記測定対
   象物の三次元形状を求める演算手段と、を備えることを
   特徴とする三次元形状測定システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の三次元形状測定システ
   ムにおいて、 前記第１の投光手段と前記第２の投光手段とはそれぞれ
   異なる位置に設けられ、前記測定対象物に対して前記第
   １のレーザ光と前記第２のレーザ光とのそれぞれを異な
   る位置から照射することを特徴とする三次元形状測定シ
   ステム。
3. 【請求項３】 光切断法を用いて測定対象物の三次元形
   状を測定する三次元形状測定システムであって、 第１のレーザ光を前記測定対象物に照射して、前記測定
   対象物の表面上を走査させる第１の投光手段と、 第２のレーザ光を前記測定対象物に照射して、前記測定
   対象物の表面上を走査させる第２の投光手段と、 前記第１のレーザ光が前記測定対象物で反射する第１の
   反射光と、前記第２のレーザ光が前記測定対象物で反射
   する第２の反射光とを受光する受光手段と、 前記受光手段から得られるデータに基づいて前記測定対
   象物の三次元形状を求める演算手段と、を備え、 前記第１の投光手段と前記受光手段とを結ぶ第１の基線
   長の方向と、前記第２の投光手段と前記受光手段とを結
   ぶ第２の基線長の方向とが、非平行状態であることを特
   徴とする三次元形状測定システム。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の三次元形状測定システ
   ムにおいて、 前記非平行状態は、直交する状態であることを特徴とす
   る三次元形状測定システム。
5. 【請求項５】 請求項３又は４に記載の三次元形状測定
   システムにおいて、 前記第１の投光手段は、前記第１のレーザ光を前記測定
   対象物の表面上で第１の方向に走査させ、 前記第２の投光手段は、前記第２のレーザ光を前記測定
   対象物の表面上で前記第１の方向とは異なる第２の方向
   に走査させることを特徴とする三次元形状測定システ
   ム。
6. 【請求項６】 請求項１、２又は５に記載の三次元形状
   測定システムにおいて、 前記第１のレーザ光は前記第１の方向と直交する方向に
   分布するスリット光であり、前記第２のレーザ光は前記
   第２の方向と直交する方向に分布するスリット光である
   ことを特徴とする三次元形状測定システム。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載の三次
   元形状測定システムにおいて、 前記受光手段は、前記第１の反射光を受光する第１の受
   光手段と、前記第２の反射光を受光する第２の受光手段
   と、を含むことを特徴とする三次元形状測定システム。
8. 【請求項８】 請求項１乃至７のいずれかに記載の三次
   元形状測定システムにおいて、 前記測定対象物を前記第１のレーザ光及び前記第２のレ
   ーザ光の照射範囲内で支持し、所定の回転軸を中心に回
   動することによって前記測定対象物を前記照射範囲内で
   回動させる回転ステージ、をさらに備えることを特徴と
   する三次元形状測定システム。