JP2008139071A - ３次元形状測定システム、３次元形状測定装置、立体測定物、及び位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に且つ高精度に位置合わせすることが可能な３次元形状測定システム、３次元形状測定装置、立体測定物、及び位置合わせ方法を提供する。
【解決手段】立体的な測定対象物である立体測定物を非接触に３次元測定する３次元形状測定装置と立体測定物とを、所定の位置関係で測定する３次元形状測定システムにおいて、３次元形状測定装置は、立体測定物に光を照射する照射部を備え、立体測定物は、３次元形状測定装置と立体測定物との位置合わせの基準となる指標部を備え、指標部は、３次元形状測定装置と立体測定物とが所定の位置関係を満たすように配置された際に、照射部からの光が立体測定物に入射する位置に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、３次元形状測定システム、３次元形状測定装置、立体測定物、及び位置合わせ方法に関し、特に相対する測定装置と測定対象物との２者間の位置合わせを行う３次元形状測定システム、３次元形状測定装置、立体測定物、及び位置合わせ方法に関する。

従来、３次元形状測定装置（以下、「測定装置」とも表記する）によって測定対象物である立体測定物を非接触に３次元計測すなわち３次元形状を計測する方法は、ＣＧ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ）、デザイン、或いは自動車等の工業向け等様々な用途に活用されている。この３次元計測の測定原理としては、レーザスリット光等を用いた光切断法、パターン光を用いたパターン投影法、同一の測定対象物を異なる複数の視線方向からカメラによって撮影した画像に基づくステレオ法、或いはモアレを用いたモアレ法等を用いて得られた測定データから、ポリゴン等からなる３次元データを得るというものが知られている。

３次元形状測定装置では、測定確度（寸法の確からしさの意味）の確保が重要であり、工場等で測定装置を校正し、確度検査を行った上で出荷する。しかしながら、ユーザの測定環境においては、当該校正や検査を行っていてもなお、以下の要因等により測定装置の確度誤差が発生し得る。
・温度や湿度の環境変化に起因するメカ部材の膨張や収縮、或いは電気特性の変化。
・測定装置の姿勢変化に起因するメカ部材や光学系の歪み。
・レンズ交換（レンズが着脱可能な測定装置の場合）すなわちレンズを着脱することによる光学系のずれ。

そのため、ユーザの測定環境においてこれらによる確度誤差を補正する為の校正を行う必要がある。この校正はユーザ校正と呼ばれている。一般的に、ユーザ校正を行うには校正チャートの測定を行う。校正チャートとは、寸法が既知の校正用測定対象物である立体基準物のことである。ユーザ校正では、実際に測定して得られた校正チャートの寸法とこの校正チャートの既知の寸法との誤差が最小となる様に各種校正パラメータを最適化する。

前述のユーザ校正における測定に際しては、測定装置と校正チャート（校正用測定対象物）との位置関係を決める（位置決めを行う）必要がある。

測定装置と校正チャートとの位置決めに関し、従来、図１４に示す様に、所定の指示部材（校正フレーム）に校正チャートと測定装置とを設置（固定）することで位置決めする方法、つまり治具を用いた位置決め方法が知られている。

また、特許文献１には、測定装置により測定対象物の２次元画像（モニタ画像）を取得し、ユーザがこの２次元画像上における或るポイントつまり基準点を指定すると、この基準点が測定装置の座標系の原点（中心）に来る様に、位置調整機構、及び確度調整機構によって測定対象物に対する測定装置の位置、及び角度が自動制御される技術が開示されている。

また、ユーザ校正を実行した後、実際に３次元形状計測装置で立体測定物を測定する場合、その立体測定物が凹部を含む外形形状をしていると、３次元形状測定装置と立体測定物との位置関係を正しく設置しないと、凹部形状を正確に測定できなくなる。周知技術として、立体測定物を位置決め用ステージに置くことで所望の位置関係を得る方法が知られている。
特開２０００−９７６３６号公報

しかしながら、従来の治具を用いた位置決め方法においては、以下に示す様な問題が考えられる。
・校正チャートの設置場所に凸凹があると、校正フレームが歪み、結果的に設置位置がずれて校正精度が悪くなる場合がある。
・測定装置をスタンド等に取り付けている場合、測定装置を該スタンドから一旦取り外してフレームに設置するのに手間がかかるとともに、落下等による破損の恐れもある。また、測定装置が重い場合には、当該測定装置の取り外しや設置に際して作業者に一層の負担をかけることになる。
・或る特定の姿勢（例えば正対姿勢）のみでの校正となるため、実際に測定するときと同じ姿勢で校正できない。すなわち姿勢が違うことによる装置各部材の撓みや歪みによる測定誤差が生じる。
・フレームが長い場合には、広い保管スペースが必要となる。

また、特許文献１に開示されている技術においては、以下に示す様な問題が考えられる。
・複数の位置関係（斜め方向等）で校正するとき、校正チャートの周囲で測定装置を動かす、つまり測定装置の場所を移動させたり、姿勢や向きを変えなければならず、当該校正用に広いスペース（設置スペース或いは移動スペース）が必要になってしまう。
・複数の位置関係で校正するとき、測定装置を前述の様に動かす為、実際に測定するときと同じ姿勢で校正できない（姿勢差が生じる）場合がある。
・２次元座標にポイントを指示する方法では、大まかな位置合わせは可能であっても、位置や角度を高精度で合わせることは難しい。
・測定対象物が例えば凹部形状や孔部分を含み、３次元形状測定装置を正しい位置に配置しないと凹部の内側面が測定できない場合がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたもので、装置の複雑化や高価格化を招くことなく、装置の姿勢差に係らず容易に且つ高精度に位置合わせすることが可能であるとともに、広いスペースを必要とせず位置合わせすることが可能な３次元形状測定システム、３次元形状測定装置、立体測定物、及び位置合わせ方法を提供することを目的とする。

上記目的は、下記の１乃至９のいずれか１項に記載の発明によって達成される。

１．立体的な測定対象物である立体測定物を非接触に３次元測定する３次元形状測定装置と前記立体測定物とを、所定の位置関係で測定する３次元形状測定システムにおいて、
前記３次元形状測定装置は、前記立体測定物に光を照射する照射部を備え、
前記立体測定物は、前記３次元形状測定装置と該立体測定物との位置合わせの基準となる指標部を備え、
前記指標部は、前記３次元形状測定装置と前記立体測定物とが所定の位置関係を満たすように配置された際に、前記照射部からの光が前記立体測定物に入射する位置に設けられていることを特徴とする３次元形状測定システム。

２．前記立体測定物は、形状が既知である立体基準物であって、
前記所定の位置関係は、前記立体基準物を測定することで前記３次元形状測定装置の校正を行うための相対位置関係であることを特徴とする前記１に記載の３次元形状測定システム。

３．前記照射部は、前記立体測定物に対して、光軸がそれぞれねじれの位置関係になるように配置された少なくとも３つのビーム光を照射し、
前記立体測定物は、少なくとも３つの前記指標部を備え、
前記指標部は、前記３次元形状測定装置と前記立体測定物とが所定の位置関係を満たすように配置された際に、前記少なくとも３つのビーム光が前記立体測定物に入射する位置それぞれに設けられていることを特徴とする前記１または２に記載の３次元形状測定システム。

４．前記少なくとも３つのビーム光は、それぞれ異なる位置から照射するように配置されていることを特徴とする前記３に記載の３次元形状測定システム。

５．前記少なくとも３つのビーム光は、いずれも同じ位置から照射するように構成されていることを特徴とする前記３に記載の３次元形状測定システム。

６．前記照射部は、前記立体測定物に発散光を照射する光源を備え、
前記立体測定物は、少なくとも３つの前記指標部を備え、
前記指標部は、前記３次元形状測定装置と前記立体測定物とが所定の位置関係を満たすように配置された際に、前記光源からの発散光の光束断面周縁の同一直線上にない少なくとも３つの点それぞれを通る光が前記立体測定物に入射する位置それぞれに設けられていることを特徴とする前記１または２に記載の３次元形状測定システム。

７．立体的な測定対象物である立体測定物を非接触に３次元測定する３次元形状測定装置において、
前記３次元形状測定装置は、前記立体測定物との位置合わせを行うための光を、該立体測定物に照射する照射部を備え、
前記照射部は、前記３次元形状測定装置と前記立体測定物とが所定の位置関係を満たすように配置された際に、該照射部からの光が前記立体測定物に配置された指標部に入射するように配置されていることを特徴とする３次元形状測定装置。

８．３次元形状測定装置の測定対象物である立体測定物において、
前記立体測定物は、前記３次元形状測定装置と該立体測定物との位置合わせの基準となる指標部を備え、
前記指標部は、前記３次元形状測定装置と前記立体測定物とが所定の位置関係を満たすように配置された際に、前記３次元形状測定装置から照射される所定の光が前記立体測定物に入射する位置に設けられていることを特徴とする立体測定物。

９．立体的な測定対象物である立体測定物を非接触に３次元測定する３次元形状測定装置と、前記立体測定物との位置合わせ方法であって、
前記３次元形状測定装置または前記立体測定物のいずれか一方から、それぞれの光軸が所定のねじれの関係にある、少なくとも３つのビーム光を照射し、
前記３次元形状測定装置または前記立体測定物の他方の表面上に少なくとも３つの指標部を配置し、
前記少なくとも３つのビーム光が、前記指標部にそれぞれ入射するように、前記３次元形状測定装置と前記立体測定物との相対位置を調整して位置合わせを行うことを特徴とする位置合わせ方法。

本発明によれば、３次元形状測定装置と立体測定物とが所定の位置関係を満たすように配置された際に、照射部からの光が立体測定物に入射する位置に指標部を配置する様にした。したがって、照射部からの光が指標部に入射する様に３次元形状測定装置と立体測定物との相対位置を合わせることにより、３次元形状測定装置と立体測定物の位置決めを行うことができる。これにより簡単な構成で容易に且つ高精度に位置合わせすることが可能となる。

また、或る特定の姿勢（例えば正対姿勢）のみでなく、実際に測定するときと同じ姿勢で位置合わせすることができる。したがって、姿勢により発生する装置各部材の撓みや歪みによる測定誤差を加味した校正を行うことができる。

また、広いスペース（設置スペース或いは移動スペース）を必要とせず位置合わせすることができる。

以下図面に基づいて、本発明に係る、３次元形状測定システム。３次元形状測定装置、及び立体測定物の実施の形態を説明する。尚、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。

〔実施形態１〕
最初に、実施形態１による３次元形状測定システム１について図１を用いて説明する。図１は、本発明に係る３次元形状測定システムの実施形態１による概略構成を示す模式図である。

３次元形状測定システム１は、図１に示す様に、３次元形状測定装置１０、及び校正チャート２０等を備えている。

３次元形状測定装置１０（以下、「測定装置１０」とも表記する）は、測定対象物を接触することなく３次元測定する所謂非接触３次元測定装置である。

測定装置１０は、所定の支持台例えばスタンド５０に固定されている。スタンド５０は、測定装置１０を支持するフレーム体５０１、及びフレーム体５０１を矢印Ｑ方向並びに矢印Ｙ方向にそれぞれ回動並びに移動可能に支持するスタンド本体５０２等を備え、測定装置１０の矢印Ｙ方向の位置や矢印Ｑ方向の向きを調整する。

校正チャート２０は、本発明における立体基準物に該当し、測定装置１０の校正を行う為の寸法が既知の校正用測定対象物である。

校正チャート２０は、所定の支持台例えばスタンド７０に固定されている。スタンド７０は、校正チャート２０を矢印Ｑ方向に回動可能に支持するフレーム体７０１、及びフレーム体７０１を矢印Ｐ方向並びに矢印Ｙ方向にそれぞれ回動並びに移動可能に支持するスタンド本体７０２、及びスタンド７０を矢印Ｘ方向に移動する車輪７０３等を備え、校正チャート２０の矢印Ｙ方向の位置や矢印Ｐ方向、矢印Ｑ方向の向き、及び矢印Ｘ方向の位置すなわち測定装置１０との距離等を調整する。

測定装置１０の校正を行う際には、測定装置１０、校正チャート２０がそれぞれ固定されたスタンド５０、スタンド７０を操作することにより、測定装置１０と校正チャート２０の相対位置を調整することができる。

次に、測定装置１０の構成を図２を用いて説明する。図２は、測定装置１０の構成を示す外観斜視図である。

図２に示す様に、測定装置１０の正面側には投光部１０１と受光部１０２とが設けられている。

投光部１０１は、投光窓１０１ａと走査光学系１０１ｂ等を有する。走査光学系１０１ｂ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ＬＳ（以下、「レーザスリット光ＬＳ」と表記する）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ＬＳ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１０１より照射されるレーザスリット光ＬＳ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ＬＳ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１０１ｂ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ＬＳを走査させるように構成されている。

受光部１０２は、受光窓１０２ａと受光光学系１０２ｂ等を有し、投光部１０１から照射されるレーザスリット光ＬＳが測定対象物で反射する反射光を、受光窓１０２ａを介して受光光学系１０２ｂで受光するように構成される。受光光学系１０２ｂには受光素子として例えばＣＣＤ撮像素子が配置され、投光部１０１における走査光学系１０１ｂと同期して受光光学系１０２ｂが制御されることにより、レーザスリット光ＬＳの走査位置に対応した測定データが得られる。

投光部１０１と受光部１０２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ＬＳ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ＬＳ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。

また、測定装置１０の正面側には、本発明における照射部に該当し、測定装置１０と校正チャート２０との位置合わせを行う為のビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３をそれぞれ射出するレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３が設けられている。レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３は、その光軸がそれぞれねじれの位置になる様に配置され、校正チャート２０にビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を照射する。尚、照射部としては、高輝度ＬＥＤや集光レンズを備えたランプ等の光源を用いても良い。また、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３は、それぞれからのビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の照射方向を調整できるような構成にしても良い。

また、測定装置１０の背面側には、図示しない外部のデータ処理装置とケーブル接続するためのインタフェース、測定装置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ている。

次に、校正チャート２０の構成を図３を用いて説明する。図３（ａ）は、校正チャート２０の正面図、図３（ｂ）は、側面図である。

校正チャート２０は、図３に示す様に、プレート２０１、台形体２０２、及び指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３等から構成され、測定装置１０の校正を行う為の寸法が既知の校正用測定対象物である。

台形体２０２は、プレート２０１の一方の面に設けられ、角錐（ここでは４角錐）の頭が切り欠かれてなる所謂角錐台の形状をなすもの、すなわち、平面視が四角形である台形状の立体である。

指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は、プレート２０１の一方の面に設けられ、測定装置１０を校正する際の測定装置１０と校正チャート２０の位置合わせの基準となる指標である。指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は、測定装置１０と校正チャート２０とが所定の位置関係を満たす様配置された際に、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３それぞれからのビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が校正チャート２０にそれぞれ入射する位置に配置されている。尚、校正チャート２０における指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の位置を決定する方法については後述する。

ここで、指標部Ｍ１の詳細を図４乃至図７を用いて説明する。図４（ａ）は、一例による指標部Ｍ１の正面図、図４（ｂ）は、側断面図である。図５（ａ）、図５（ｂ）乃至図７（ａ）、図７（ｂ）は、それぞれ別例による指標部Ｍ１の正面図、及び側断面図である。尚、指標部Ｍ２，Ｍ３の構成は指標部Ｍ１と同様なのでその説明は省略する。

図４に示す指標部Ｍ１は、平面視が円形であるマークであり校正チャート２０の所定の位置に接着されている。指標部Ｍ１の中心部Ｍ１ａは高反射率（例えば、白色、蛍光色、光沢等）の表面状態に、また、その周辺部Ｍ１ｂは低反射率（例えば、黒色、シボ、非光沢等）の表面状態に処理されている。これにより、レーザ光源ＬＤ１からのビーム光Ｌ１が指標部Ｍ１の中心部Ｍ１ａに入射したか否かを、入射位置の輝度変化により容易に確認できる。

図５に示す指標部Ｍ１は、その中心に凹部Ｍ１ｃが形成され、凹部Ｍ１ｃの周辺部Ｍ１ｂは高反射率の表面状態に処理されたマークが設けられている。これにより、図４に示した指標部Ｍ１の場合と同様に、レーザ光源ＬＤ１からのビーム光Ｌ１が指標部Ｍ１の中心部Ｍ１ａに入射したか否かを、入射位置の輝度変化により容易に確認できる。

図６に示す指標部Ｍ１は、その中心に光センサＭ１ｓが設けられている。同様に、図示しない指標部Ｍ２、Ｍ３にも光センサＭ２ｓ，Ｍ３ｓが設けられている。この様な構成の指標部Ｍ１、Ｍ２，Ｍ３において、光センサＭ１ｓ，Ｍ２ｓ，Ｍ３ｓそれぞれが同時にレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３それぞれからのビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を検知した場合、すなわち、ビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３がそれぞれに対応する光センサＭ１ｓ，Ｍ２ｓ，Ｍ３ｓに同時に入射した場合、測定装置１０と校正チャート２０の相対位置が適正化されたことを知らせる表示等を行う様にしても良い。

図７に示す指標部Ｍ１は、その中心にビーム光Ｌ１の光軸に沿って孔部Ｍ１ｈが形成され、孔部Ｍ１ｈの終端には光センサＭ１ｓが設けられている。これによりビーム光Ｌ１の入射位置のみならず入射角度の良否も判定することができるので位置合わせの確度を高めることができる。

ここで、校正チャート２０における指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の位置を決定する方法について図８を用いて説明する。図８は、指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の位置を決定する動作の流れを示すフローチャートである。尚、通常この動作は工場等の製造工程で行われ、指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は所定の位置に配置された状態で出荷される。

最初に測定装置１０と校正チャート２０を校正を行う為の基準位置に正対させて配置する（ステップＳ１）。次に、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３を駆動し、校正チャート２０に向けてビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を射出する（ステップＳ２）。校正チャート２０がビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３によって照射されると、ビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３それぞれが校正チャート２０に入射する位置に指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３（例えば、マーク）を貼り付ける（ステップＳ３）。指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の貼り付けが終了すると、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３の駆動を停止し（ステップＳ４）、指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の位置を決定動作を終了する。

尚、指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は、校正時におけるレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３の位置、及びそれぞれからのビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の射出方向と校正チャート２０との位置関係から設計上求まる校正チャート２０上の位置に、刻印、プレス成型、塗装、印刷等により予め設けておくようにしても良い。

次に、測定装置１０と校正チャート２０の位置合わせ、及び校正動作の流れを、図９、図１０、及び図１を用いて説明する。図９は、位置合わせ・校正動作の流れを示すフローチャートである。図１０（ａ）は、測定装置１０と校正チャート２０の位置合わせ時の平面模式図、図１０（ｂ）は、側面模式図、図１０（ｃ）は、校正チャート２０の正面図、図１０（ｄ）は、測定装置１０と校正チャート２０の位置合わせ時の斜視図である。

最初に、図１に示す様に、測定装置１０をスタンド５０に固定し、スタンド５０を操作して実際に測定対象物を測定する時の位置や姿勢に配置する。同様に、校正チャート２０をスタンド７０に固定し、スタンド７０を操作して校正を行う時の基準位置及び姿勢に概ね配置する（ステップＳ１）。次に、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３を駆動し、校正チャート２０に向けてビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を射出する（ステップＳ２）。校正チャート２０がビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３によって照射されると、スタンド７０を操作して、ビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３それぞれが校正チャート２０の指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に入射する様に、校正チャート２０の位置や姿勢を調整する（ステップＳ３）。図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）に示す様に、校正チャート２０の位置や姿勢を調整して、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３からのビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３がそれぞれに対応する指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に入射すると（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３の駆動を停止し（ステップＳ５）、位置合わせ動作を終了する。

位置合わせ動作が終了すると、校正チャート２０の３次元形状を測定する（ステップＳ６）。測定が終了し校正データの取得を完了すると（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、取得した校正データを演算し（ステップＳ８）、演算結果を記録して（ステップＳ９）校正動作を終了する。

この様に、本発明の実施形態１に係る３次元形状測定システム１においては、測定装置１０と校正チャート２０とが所定の位置関係を満たすように配置された際に、測定装置１０に設けられたレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３それぞれからのビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が校正チャート２０に入射する位置それぞれに位置合わせの基準となる指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を配置する様にした。したがって、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３からのビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３がそれぞれに対応する指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に入射する様に測定装置１０と校正チャート２０との相対位置を合わせることにより、測定装置１０と校正チャート２０の位置決めを行うことができる。これにより簡単な構成で容易に且つ高精度に位置合わせすることが可能となる。

また、或る特定の姿勢（例えば正対姿勢）のみでなく、実際に測定するときと同じ姿勢で位置合わせすることができる。したがって、姿勢により発生する装置各部材の撓みや歪みによる測定誤差を加味した校正を行うことができる。

また、ねじれの位置にある少なくとも３本のビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３がそれぞれに対応する指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に入射する様に位置合わせを行うので、位置合わせの確度を高めることができる。

〔実施形態２〕
次に、実施形態２による３次元形状測定システム１について説明する。その要部構成は、前述の実施形態１と略同様なので詳細な説明は省略し、構成の異なる照射部について説明する。

最初に、実施形態２による３次元形状測定システム１の概略構成を図１１を用いて説明する。図１１（ａ）は、実施形態２による３次元形状測定システム１の平面模式図、図１１（ｂ）は、側面模式図、図１０（ｃ）は、校正チャート２０の正面図、図１０（ｄ）は、実施形態２による３次元形状測定システム１の斜視図である。

図１１（ｄ）に示す様に、実施形態２による３次元形状測定システム１は、前述の実施形態１と同様に、測定装置１０、校正チャート２０等を備えている。

この様な構成の３次元形状測定システム１において、本発明における照射部に該当するレーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３は、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示す様に、測定装置１０の正面側上部の一箇所に集めて設けられている。

レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３は、その光軸が互いに発散する様に配置されている。測定装置１０と校正チャート２０とが所定の位置関係を満たす様配置された際、図１１（ｄ）に示す様に、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３それぞれからのビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、校正チャート２０に設けられた指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３それぞれ入射する。

この様に、レーザ光源ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３を一箇所に集めることにより、測定装置１０の構成を簡素化することができる。

尚、１箇所から３本のビーム光を照射する方法としては、１つのレーザ光源の直前にプリズムなどの光学部材を設置し、ビーム光を３つに分岐して照射するようにしてもよい。あるいは、ビーム光を反射するミラーを回転させて、３方向に時系列で照射するようにしてもよい。

〔実施形態３〕
次に、実施形態３による３次元形状測定システム１について説明する。その要部構成は、前述の実施形態１と同様なので詳細な説明は省略し、構成の異なる照射部について説明する。

最初に、実施形態３による３次元形状測定システム１の概略構成を図１２を用いて説明する。図１２（ａ）は、実施形態３による３次元形状測定システム１の平面模式図、図１２（ｂ）は、側面模式図、図１２（ｃ）は、校正チャート２０の正面図、図１２（ｄ）は、実施形態３による３次元形状測定システム１の斜視図である。

図１２（ｄ）に示す様に、実施形態３による３次元形状測定システム１は、前述の実施形態１と同様に、測定装置１０、校正チャート２０等を備えている。

この様な構成の３次元形状測定システム１において、本発明における照射部に該当する光源ＨＬは、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示す様に、測定装置１０の正面側上部に設けられている。

光源ＨＬは、図１２（ｄ）に示す様に、その光束断面Ｓが多角形状（ここでは三角形状）をなす発散光ＬＦを射出する。光源ＨＬは、例えばハロゲンランプ等の電球と、集光レンズ、及びマスクからなる。マスクは、発散光ＬＦの断面形状を決定する透過窓である。測定装置１０と校正チャート２０とが所定の位置関係を満たす様配置された際、図１２（ｄ）に示す様に、光源ＨＬからの発散光ＬＦの断面の頂点を通る光線ＬＦ１，ＬＦ２，ＬＦ３は、校正チャート２０に設けられた指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３それぞれ入射する。

これにより、位置合わせする際、指標部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を合わせる対象が平面図形（ここでは３角形）となることから、位置を合わせるのに必要な移動量や方向を掴み易くなり、容易に位置合わせをできる。

〔実施形態４〕
次に、実施形態４による位置合わせ方法について説明する。

図１３に、建造物（構造物）３０の中央部に凹み部のある比較的大きな測定対象物３０１を、測定装置１０で測定する様子を示す。測定対象物３０が大きいため、測定装置１０を固定して測定対象物３０１を所望の位置に移動させることが困難である。

ここで、図１３に示す様に、凹部は内面が四角錐形状をしており、凹部の正面から測定しない場合、内面が凹部のエッジの影になり形状測定ができなくなる。そこで、測定対象物３０１の凹部の周囲に、凹部を囲むようにして３箇所の指標Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を貼り付けておき、前述の実施形態２で示した測定装置１０から照射される３本のビーム光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３が、それぞれ３つの指標Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に入射するように測定装置１０を配置することで、測定可能な位置に位置合わせすることができる。

以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は前述の実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、適宜変更、改良が可能であることは勿論である。例えば、前述の実施の形態においては、照射部は測定装置に設け、指標部は校正チャートに設けたが、測定装置に指標部を設け、校正チャートに照射部を設ける様な構成にしても良い。

本発明に係る３次元形状測定システムの実施形態１による概略構成を示す模式図である。 実施形態１による３次元形状測定装置の構成を示す外観斜視図である。 校正チャートの構成を示す模式図である。 指標部の一例を示す模式図である。 指標部の別例を示す模式図である。 指標部の別例を示す模式図である。 指標部の別例を示す模式図である。 指標部の位置を決定する動作の流れを示すフローチャートである。 位置合わせ・校正動作の流れを示すフローチャートである。 実施形態１による３次元形状測定システムの位置合わせ動作を示す模式図である。 本発明に係る３次元形状測定システムの実施形態２による概略構成を示す模式図である。 本発明に係る３次元形状測定システムの実施形態３による概略構成を示す模式図である。 本発明に係る３次元形状測定システムの実施形態４による位置合わせ方法を示す模式図である。 従来の位置合わせ動作を示す模式図である。

符号の説明

１ ３次元形状測定システム
１０ ３次元形状測定装置（測定装置）
１０１ 投光部
１０１ａ 投光窓
１０１ｂ 走査光学系
１０２ 受光部
１０２ａ 受光窓
１０２ｂ 受光光学系
２０ 校正チャート（立体基準物）
２０１ プレート
２０２ 台形体
３０ 建造物（構造物）
３０１ 測定対象物
５０，７０ スタンド
５０１，７０１ フレーム体
５０２，７０２ スタンド本体
７０３ 車輪
ＨＬ 光源（ハロゲンランプ）
ＬＳ レーザスリット光
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ レーザビーム光
ＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３ レーザ光源
ＬＦ レーザ発散光
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３ 指標部

Claims (9)

1. 立体的な測定対象物である立体測定物を非接触に３次元測定する３次元形状測定装置と前記立体測定物とを、所定の位置関係で測定する３次元形状測定システムにおいて、
   前記３次元形状測定装置は、前記立体測定物に光を照射する照射部を備え、
   前記立体測定物は、前記３次元形状測定装置と該立体測定物との位置合わせの基準となる指標部を備え、
   前記指標部は、前記３次元形状測定装置と前記立体測定物とが所定の位置関係を満たすように配置された際に、前記照射部からの光が前記立体測定物に入射する位置に設けられていることを特徴とする３次元形状測定システム。
2. 前記立体測定物は、形状が既知である立体基準物であって、
   前記所定の位置関係は、前記立体基準物を測定することで前記３次元形状測定装置の校正を行うための相対位置関係であることを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定システム。
3. 前記照射部は、前記立体測定物に対して、光軸がそれぞれねじれの位置関係になるように配置された少なくとも３つのビーム光を照射し、
   前記立体測定物は、少なくとも３つの前記指標部を備え、
   前記指標部は、前記３次元形状測定装置と前記立体測定物とが所定の位置関係を満たすように配置された際に、前記少なくとも３つのビーム光が前記立体測定物に入射する位置それぞれに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元形状測定システム。
4. 前記少なくとも３つのビーム光は、それぞれ異なる位置から照射するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の３次元形状測定システム。
5. 前記少なくとも３つのビーム光は、いずれも同じ位置から照射するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の３次元形状測定システム。
6. 前記照射部は、前記立体測定物に発散光を照射する光源を備え、
   前記立体測定物は、少なくとも３つの前記指標部を備え、
   前記指標部は、前記３次元形状測定装置と前記立体測定物とが所定の位置関係を満たすように配置された際に、前記光源からの発散光の光束断面周縁の同一直線上にない少なくとも３つの点それぞれを通る光が前記立体測定物に入射する位置それぞれに設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の３次元形状測定システム。
7. 立体的な測定対象物である立体測定物を非接触に３次元測定する３次元形状測定装置において、
   前記３次元形状測定装置は、前記立体測定物との位置合わせを行うための光を、該立体測定物に照射する照射部を備え、
   前記照射部は、前記３次元形状測定装置と前記立体測定物とが所定の位置関係を満たすように配置された際に、該照射部からの光が前記立体測定物に配置された指標部に入射するように配置されていることを特徴とする３次元形状測定装置。
8. ３次元形状測定装置の測定対象物である立体測定物において、
   前記立体測定物は、前記３次元形状測定装置と該立体測定物との位置合わせの基準となる指標部を備え、
   前記指標部は、前記３次元形状測定装置と前記立体測定物とが所定の位置関係を満たすように配置された際に、前記３次元形状測定装置から照射される所定の光が前記立体測定物に入射する位置に設けられていることを特徴とする立体測定物。
9. 立体的な測定対象物である立体測定物を非接触に３次元測定する３次元形状測定装置と、前記立体測定物との位置合わせ方法であって、
   前記３次元形状測定装置または前記立体測定物のいずれか一方から、それぞれの光軸が所定のねじれの関係にある、少なくとも３つのビーム光を照射し、
   前記３次元形状測定装置または前記立体測定物の他方の表面上に少なくとも３つの指標部を配置し、
   前記少なくとも３つのビーム光が、前記指標部にそれぞれ入射するように、前記３次元形状測定装置と前記立体測定物との相対位置を調整して位置合わせを行うことを特徴とする位置合わせ方法。

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