JP2009145231A - 三次元形状計測装置および三次元形状計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの影響を精度良く排除することができる三次元形状計測装置および三次元形状計測方法を提供する。
【解決手段】演算部４によって、走査位置Ｂ・Ｃにおける計測点ｂ・ｃよりも前に取得した計測点の集合たる積算計測点群Ｐを算出する積算計測点群演算工程と、演算部４によって、計測点ｂ・ｃと照射部２の先端位置２ｂ・２ｃの三次元座標と受光部３の先端位置３ｂ・３ｃの三次元座標とから計測対象物７が存在しない空白領域Ｓｂ・Ｓｃを求め計測点ｂ・ｃに対する空白領域Ｓｂ・Ｓｃを設定する空白領域設定工程と、演算部４によって、計測点ｂ・ｃよりも前に取得した計測点（例えば、計測点ａ）に対する空白領域の合計たる積算空白領域Ｓを算出する積算空白領域演算工程と、演算部４によって、計測点ｂ・ｃが積算空白領域Ｓに含まれるか否かに応じて計測点ｂ・ｃがノイズであるか否かを判定するノイズ判定工程と、を備える三次元形状計測方法とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、三次元形状計測装置および三次元形状計測方法の技術に関する。

従来、物品の三次元形状を非接触で計測する三次元形状計測装置および三次元形状計測方法の技術は公知となっている。三次元形状計測装置は、計測対象物たる物品に対して光源からスリット状のレーザー光を照射し、物品の表面で拡散反射するレーザー光をカメラ等で受光して、レーザー光の照射点の位置を把握することにより、物品表面の位置を光切断法および三角測量の原理によって求めるものである。

しかし、物品表面の角度によっては、レーザー光が物品表面で多重反射をするために、物品表面ではない位置に偽照射点が出現してしまう場合があった。この多重反射の影響により出現する偽照射点は異常点でありノイズと呼んでいる。従来、ノイズをいかにして排除するかということが三次元形状計測の計測精度を向上させるために必要とされる重要な課題となっていた。

そこで、三次元形状計測の分野においては、ノイズの影響を排除するための技術が種々開発されており、例えば、以下に示す特許文献１に、その技術が開示されている。
特許文献１に開示されている技術では、計測対象物の多重反射領域を所定の座標領域に位置決めし、計測対象物に向けてレーザー光を照射し、第一と第二の光位置検出素子による受光位置から、計測対象物の二つのレーザー光照射位置をそれぞれ演算し、該二つのレーザー光照射位置のうち原点に近いものを選択することにより、または、所定の座標領域外において、信号出力が大きい側のレーザー光照射位置を選択するようにしている。

しかしながら、係る従来技術は、計測対象物の形状が単純であり、多重反射を起こす領域が限定されている場合には有効であるが、計測対象物の表面に多数の凹凸があるような場合には、多重反射領域を所定の座標領域に位置決めすることは困難であり、そのような場合には適用することが困難であった。

また、以下に示す特許文献２にも、ノイズの影響を排除するための技術が開示されている。
特許文献２に開示されている技術では、計測対象物の表面に複数に分割した空間コードを設定し、計測対象物ごとに空間コードの増減を予め抽出しておき、計測した空間コードの増減が、予め抽出しておいた増加または減少の傾向とは逆向きの変化である減少または増加の傾向となったときに、その空間コードを多重反射による空間コードであると判定し、多重反射と判定された空間コードを削除することによりノイズの影響を排除するようにしている。

しかしながら、係る従来技術のように、予め抽出した空間コードの増減に対する空間コードの増加および減少傾向による判断だけでは、予め抽出した空間コードの増減と同じ傾向で出現するノイズについては完全に排除することができなかった。
つまり、多重反射の影響によるノイズを精度良く排除する方法は、未だ改善の余地が残された状態にあり、容易に精度良く多重反射の影響によるノイズを排除する技術の開発が望まれていた。
特開２００４−２５７８０３号公報 特開２０００−１９３４３８号公報

そこで本発明では、係る現状を鑑み、三次元形状の計測精度向上に寄与するために、ノイズの影響を精度良く排除することができる三次元形状計測装置および三次元形状計測方法を提供することを課題としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、計測対象物に対してスリット状のレーザー光を照射する照射部と、前記計測対象物に照射された前記レーザー光の照射点から反射する拡散反射光を撮像する受光部と、該受光部により撮像された画像に基づいて前記照射点の三次元座標を演算して計測点を得る演算部と、前記計測対象物に対する前記レーザー光の走査位置を調整する走査部と、を備える三次元形状計測装置を用いて行われ、前記走査部によって、前記照射部の光軸を所定間隔で移動し、前記計測対象物に対する前記レーザー光の走査位置を所定間隔で変更する走査位置変更工程と、前記照射部によって、任意の走査位置において前記計測対象物に対して前記レーザー光を照射するレーザー光照射工程と、前記受光部によって、前記任意の走査位置において前記計測対象物に照射される前記レーザー光の照射点から反射する拡散反射光を撮像する拡散反射光撮像工程と、前記演算部によって、前記任意の走査位置において前記受光部により撮像された画像に基づいて前記照射点の三次元座標を演算して前記任意の走査位置における計測点を得る計測点演算工程と、を備える三次元形状計測方法であって、前記演算部によって、前記任意の走査位置における計測点よりも前に取得した計測点の集合たる計測点群を算出する積算計測点群演算工程と、前記演算部によって、前記計測点演算工程にて得られた前記任意の走査位置における計測点と、前記照射部の先端位置の三次元座標と、前記受光部の先端位置の三次元座標とから、前記計測対象物が存在しない空白領域を求め、前記任意の走査位置における計測点に対する空白領域を設定する空白領域設定工程と、前記演算部によって、前記任意の走査位置における計測点よりも前に取得した計測点に対して設定した空白領域の合計たる積算空白領域を算出する積算空白領域演算工程と、前記演算部によって、前記任意の計測点が、前記積算空白領域に含まれるか否かに応じて、前記任意の計測点がノイズであるか否かを判定するノイズ判定工程と、を備えるものである。

請求項２においては、前記積算計測点群演算工程は、前記任意の計測点がノイズである場合には、前記積算計測点群に、前記任意の計測点を積算せず、かつ、前記任意の計測点がノイズでない場合には、前記積算計測点群に、前記任意の計測点を積算するものである。

請求項３においては、前記積算空白領域演算工程は、前記任意の計測点がノイズである場合には、前記積算空白領域に、前記任意の計測点に対して設定した空白領域を積算せず、かつ、前記任意の計測点がノイズでない場合には、前記積算空白領域に、前記任意の計測点に対して設定した空白領域を積算するものである。

請求項４においては、計測対象物に対してスリット状のレーザー光を照射する照射部と、前記計測対象物に照射された前記レーザー光の照射点から反射する拡散反射光を撮像する受光部と、該受光部により撮像された前記照射点の画像に基づいて該照射点の三次元座標を演算して計測点を得る演算部と、前記計測対象物に対する前記レーザー光の走査位置を調整する走査部と、を備え、前記計測点の三次元座標に基づいて前記計測対象物の表面形状を計測する三次元形状計測装置であって、前記演算部は、前記任意の走査位置における計測点よりも前に取得した計測点の集合たる計測点群を算出し、かつ、前記任意の走査位置における計測点と、前記照射部の先端位置の三次元座標と、前記受光部の先端位置の三次元座標とから、前記計測対象物が存在しない空白領域を求め、前記任意の走査位置における計測点に対する空白領域を設定し、かつ、前記任意の走査位置における計測点よりも前に取得した計測点に対して設定した空白領域の合計たる積算空白領域を算出し、かつ、前記任意の計測点が、前記積算空白領域に含まれるか否かに応じて、前記任意の計測点がノイズであるか否かを判定するものである。

請求項５においては、前記演算部は、前記任意の計測点がノイズである場合には、前記積算計測点群に、前記任意の計測点を積算せず、かつ、前記任意の計測点がノイズでない場合には、前記積算計測点群に、前記任意の計測点を積算するものである。

請求項６においては、前記演算部は、前記任意の計測点がノイズである場合には、前記積算空白領域に、前記任意の計測点に対して設定した空白領域を積算せず、かつ、前記任意の計測点がノイズでない場合には、前記積算空白領域に、前記任意の計測点に対して設定した空白領域を積算するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、容易に精度良く、多重反射の影響によるノイズを排除できる。

請求項２においては、ノイズである計測点をその都度破棄しながら、正常な計測点のみを取得していくことにより、精度良く三次元形状の計測をすることができる。

請求項３においては、正常な計測点に基づく空白領域のみを積算していくことにより、精度良くノイズの判定をすることができる。

請求項４においては、容易に精度良く、多重反射の影響によるノイズを排除できる。

請求項５においては、ノイズである計測点をその都度破棄しながら、正常な計測点のみを取得していくことにより、精度良く三次元形状の計測をすることができる。

請求項６においては、正常な計測点に基づく空白領域のみを積算していくことにより、精度良くノイズの判定をすることができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る三次元形状計測装置の全体構成を示す模式図、図２（ａ）は多重反射が発生していない場合の計測状況を示す模式図、図２（ｂ）は多重反射が発生している場合の計測状況を示す模式図、図３は本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法の計測フロー図、図４は本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による基準計測点ａにおける計測状況（レーザー光照射工程、拡散反射光撮像工程および計測点演算工程）を示す模式図、図５は本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による基準計測点ａにおける計測状況（空白領域設定工程）を示す模式図、図６は本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による基準計測点ａにおける計測状況（積算空白領域演算工程）を示す模式図、図７は本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｂにおける計測状況（レーザー光照射工程、拡散反射光撮像工程および計測点演算工程）を示す模式図、図８は本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｂにおける計測状況（ノイズ判定工程）を示す模式図、図９は本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｂにおける計測状況（空白領域設定工程および積算空白領域演算工程）を示す模式図、図１０は本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｃにおける計測状況（レーザー光照射工程、拡散反射光撮像工程および計測点演算工程）を示す模式図、図１１は本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｃにおける計測状況（ノイズ判定工程）を示す模式図、図１２は本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｃにおける計測状況（空白領域設定工程）を示す模式図、図１３は本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｃにおける計測状況（積算空白領域演算工程）を示す模式図である。

まず始めに、本発明の一実施例に係る三次元形状計測装置１の全体構成について説明をする。
図１に示す如く、本発明の一実施例に係る三次元形状計測装置１は、照射部２、受光部３、演算部４および走査部５等により構成している。
照射部２は、レーザー光の光源たるレーザー発信器により構成しており、計測対象物６に向けてスリット状のレーザー光を照射するものである。例えば図１では、計測対象物６上の照射点Ｑにレーザー光が照射されている状態を示している。

受光部３は、画像を撮像する手段であるカメラにより構成しており、照射部２から計測対象物６に向けて照射され、照射点Ｑにおいて拡散反射するレーザー光（以下、拡散反射光と呼ぶ）を受光して、該拡散反射光の画像を撮像するものである。

演算部４は、受光部３で撮像した拡散反射光の画像データに基づいて、照射部２の位置と拡散反射光の入射角度から照射点Ｑの三次元座標を三角測量の原理により演算して、計測対象物６の表面位置の三次元座標（即ち、計測値）を求めるものである。

走査部５は、照射部２および受光部３を計測対象物６に対して相対移動させて照射部２により照射するレーザー光の走査位置を調整するものであり、走査部５によって走査位置を所定間隔ごとに更新することによって、各走査位置における計測対象物６の表面位置の計測値を連続的に求めることが可能となる。

ここで、多重反射の影響によるノイズについて説明をする。
図２（ａ）・（ｂ）に示す如く、三次元形状計測装置１を用いて、表面に凹凸を有する計測対象物７に対して、照射部２からレーザー光を照射する場合を例に挙げて説明をする。
例えば、図２（ａ）に示す如く、三次元形状計測装置１が走査位置Ａにある状態では、計測対象物７の表面上の照射点ｇにレーザー光が照射されると、照射点ｇにおける拡散反射光を受光部３で撮像し、さらに演算部４によって、この画像データに基づいて照射点ｇの三次元座標を求めることにより、照射点ｇに等しい三次元座標が、走査位置Ａにおける計測点ａとして取得される。この計測点ａは、多重反射の影響を受けていないものである。

一方、図２（ｂ）に示す如く、三次元形状計測装置１が走査位置Ｂにある状態では、計測対象物７の表面上に位置する照射点ｈにレーザー光が照射されると、該照射点ｈで起こる拡散反射が多重反射を起こし、照射部２の光軸ｚと拡散反射光との交点上にノイズたる偽照射点ｋが出現する。

受光部３では偽照射点ｋを撮像し、さらに演算部４によって、この画像データに基づいて偽照射点ｋの三次元座標を求めることとなり、計測対象物７の表面上に位置する本来の照射点ｈの三次元座標ではなく、この偽照射点ｋの三次元座標を走査位置Ｂにおける計測点ｂとして誤って取得してしまうことになる。

ノイズたる偽照射点ｋ（即ち、計測点ｂ）は、計測対象物７の表面上に位置していない場合がほとんどであるため、係る計測点ｂが計測結果に混入することにより、三次元形状の計測精度が低下してしまう。即ち、多重反射に起因するノイズによって、正確に三次元形状を計測することができなくなってしまうのである。

次に、本発明の一実施例に係る三次元形状計測装置１による三次元形状計測方法について、工程ごとに順を追って説明をする。尚、各計測工程は、図３に示す本発明に係る三次元形状計測方法の計測フロー図に沿って進行する。

（レーザー光照射工程（その１））
図３および図４に示す如く、計測が開始されると、まず基準となる計測点を取得する。
基準となる計測点を得るためには、多重反射が発生しない三次元形状計測装置１の走査位置を選択する必要があり、本実施例では多重反射が発生しない走査位置として、走査位置Ａを選択するようにしている。そして、照射部２から計測対象物７に向けてレーザー光を照射する。この走査位置Ａにおける計測対象物７上のレーザー光が照射される点を照射点ｇとしている。

（拡散反射光撮像工程（その１））
次に、照射点ｇで反射する拡散反射光を受光部３で撮像し、照射点ｇで反射する拡散反射光の画像データを取得する。

（計測点演算工程（その１））
次に、演算部４で、取得した照射点ｇの画像データに基づいて、三角測量の原理によって、照射点ｇの三次元座標を演算し、走査位置Ａにおける照射点ｇの三次元座標の演算値から基準と成る計測点ａを取得する（Ｓｔｅｐ−１）。

（積算計測点群演算工程（その１））
図３および図４に示す如く、次に本発明に係る三次元形状計測方法では、演算部４によって、取得する計測点の集合である積算計測点群Ｐを求めるようにしている。そして積算計測点群Ｐの初期値として、基準と成る計測点ａのみを採用し、演算部４に初期値（即ち、Ｐ＝{ａ}）を設定する（Ｓｔｅｐ−２）。

（空白領域設定工程（その１））
図３および図５に示す如く、次に演算部４によって、取得した基準となる計測点ａ（即ち、照射点ｇ）、照射部２の走査位置Ａにおける先端位置の点２ａ、受光部３の走査位置Ａにおける先端位置の点３ａの３点から、計測点ａに対する空白領域Ｓａを定義する（Ｓｔｅｐ−３）。

空白領域Ｓａでは、計測対象物７の表面から遊離した位置に物体が存在しない限り、計測点が取得されることはない。本発明に係る三次元形状計測方法では、この原理を利用しており、空白領域に計測点が出現した場合に、その計測点をノイズであると判定するようにしている。

（積算空白領域演算工程（その１））
図３および図６に示す如く、本発明に係る三次元形状計測方法では、演算部４によって、計測点演算工程にて取得した計測点に対する空白領域の積算値として積算空白領域Ｓを求めるようにしている。そして、積算空白領域Ｓの初期値として、基準となる計測点ａに対する空白領域Ｓａを採用し、演算部４に初期値（即ち、Ｓ＝Ｓａ）を設定する（Ｓｔｅｐ−４）。

積算空白領域Ｓを求めることにより、空白領域（即ち、計測点が出現するはずのない領域）のデータを計測が進行するに従って拡大していくことができ、これにより、計測が進行するに従って計測値がノイズであるか否かを判定する判定精度を高めていくことができるのである。

（走査位置変更工程（その１））
図３に示す如く、積算計測点群Ｐと積算空白領域Ｓの初期値設定が完了すると、次に走査部５によって三次元形状計測装置１を走査し、任意の走査位置Ｎに調整する（Ｓｔｅｐ−５）。
尚、本実施例では、任意の走査位置Ｎの例として、三次元形状計測装置１の走査位置を走査位置Ｂとした場合について説明をする。

（レーザー光照射工程（その２））
図７に示す如く、走査位置Ｂへの調整が完了すると、また照射部２から計測対象物７に向けてレーザー光が照射される。ここでは、三次元形状計測装置１の走査位置が位置Ｂであるときの計測対象物７上のレーザー光が照射される点を照射点ｈとする。

（拡散反射光撮像工程（その２））
次に、照射点ｈで反射する拡散反射光を受光部３で撮像しようとするが、図７に示す走査位置Ｂでは、照射点ｈにおいては多重反射が起きているため、照射部２の光軸ｚと多重反射光の交点に偽照射点ｋが出現してしまう。

このため、受光部３では、偽照射点ｋから受ける光を撮像してしまい、実際の照射点ｈとは異なる偽照射点ｋの画像データを取得してしまう。

（計測点演算工程（その２））
次に、演算部４で、取得した偽照射点ｋの画像データに基づいて、三角測量の原理によって、偽照射点ｋの三次元座標を演算し、偽照射点ｋの三次元座標の演算値を、走査位置Ｂにおける計測点ｂ（即ち、図３中に示す計測値ｎの例）として取得する（Ｓｔｅｐ−６）。

（ノイズ判定工程（その１））
図３および図８に示す如く、次に、計測点ａに対する次の計測点である計測点ｂに応じた判定を行うようにしている（Ｓｔｅｐ−７）。
図８に示す如く、計測点ｂ（即ち、偽照射点ｋ）が積算空白領域Ｓ（即ち、Ｓ＝Ｓａ）に含まれている場合には、計測点ｂがノイズであると判定する。

（積算計測点群演算工程（その２））
そしてこの場合、計測値ｂを破棄するようにしている（Ｓｔｅｐ−８）。つまり、ノイズであると判定された計測点は積算計測点群Ｐには追加しないようにしている。

（空白領域設定工程（その２））
図９に示す如く、また計測点ｂがノイズであると判定した場合であっても、取得した計測点ｂ（即ち、偽照射点ｋ）、照射部２の走査位置Ｂにおける先端位置の点２ｂ、受光部３の走査位置Ｂにおける先端位置の点３ｂの３点から、計測点ｂに対する空白領域Ｓｂを定義することができる。

（積算空白領域演算工程（その２））
しかし、この場合には、空白領域Ｓｂを積算空白領域Ｓには積算しないようにしている。

図３に示す如く、計測点ｂに対するノイズの判定が終わると、走査位置の目標を、今の走査位置Ｎから次に走査位置Ｎ＋１に変更する（Ｓｔｅｐ−９）。

（走査位置変更工程（その２））
図３に示す如く、ここで、（Ｓｔｅｐ−５）に戻って、走査部５によって三次元形状計測装置１を走査し、次の走査位置Ｎ＋１に調整する（Ｓｔｅｐ−５）。
尚、本実施例では、走査位置Ｂ（即ち、走査位置Ｎの例）の次の目標走査位置を走査位置Ｃ（即ち、走査位置Ｎ＋１の例）としている。

（レーザー光照射工程（その３））
図１０に示す如く、次の走査位置Ｃへの調整が完了すると、再び照射部２から計測対象物７に向けてレーザー光が照射される。ここでは、三次元形状計測装置１の走査位置が位置Ｃであるときの計測対象物７上のレーザー光が照射される点を照射点ｍとする。

（拡散反射光撮像工程（その３））
次に、照射点ｍで反射する拡散反射光を受光部３で撮像し、照射点ｍで反射する拡散反射光の画像データを取得する。

（計測点演算工程（その３））
次に、演算部４で、取得した照射点ｍの画像データに基づいて、三角測量の原理によって、照射点ｍの三次元座標を演算し、走査位置Ｃにおける照射点ｍの三次元座標の演算値から計測点ｃ（即ち、図３中に示す計測値ｎの次に取得する計測値ｎ＋１の例）を取得する（Ｓｔｅｐ−６）。

（ノイズ判定工程（その２））
図３および図１１に示す如く、次に、計測点ｃに応じた判定を行うようにしている（Ｓｔｅｐ−７）。
図１１に示す如く、計測点ｃ（即ち、照射点ｍ）が積算空白領域Ｓ（即ち、Ｓ＝Ｓａ）に含まれていない場合には、計測点ｃをノイズではないと判定し、計測点ｃを採用する。

（積算計測点群演算工程（その３））
そして、積算計測点群Ｐに計測点ｃを追加する（Ｓｔｅｐ−１０）。つまり、ノイズではないと判定された計測点のみを積算計測点群Ｐに追加していくようにしている。

このように、積算計測点群演算工程は、計測点ｂがノイズである場合には、積算計測点群Ｐに、計測点ｂを積算せず、かつ、計測点ｃがノイズでない場合には、積算計測点群Ｐに、計測点ｃを積算するようにしている。
これにより、ノイズである計測点（例えば、計測点ｂ）をその都度破棄しながら、正常な計測点（例えば、計測点ｃ）のみを取得していくことにより、精度良く三次元形状の計測をすることができるのである。

（空白領域設定工程（その３））
図１２に示す如く、次に、取得した計測点ｃ（即ち、照射点ｍ）、照射部２の走査位置Ｃにおける先端位置の点２ｃ、受光部３の走査位置Ｃにおける先端位置の点３ｃの３点から、計測点ｃに対する空白領域Ｓｃを定義する（Ｓｔｅｐ−１１）。

（積算空白領域演算工程（その３））
そして、図１３に示す如く、計測点ｃに対する空白領域Ｓｃを積算空白領域Ｓに積算する（Ｓｔｅｐ−１２）。

このように、積算空白領域演算工程は、計測点ｂがノイズである場合には、積算空白領域Ｓに、計測点ｂに対して設定した空白領域Ｓｂを積算せず、かつ、計測点ｃがノイズでない場合には、積算空白領域Ｓに、計測点ｃに対して設定した空白領域Ｓｃを積算するようにしている。
これにより、正常な計測点（例えば、計測点ｃ）に基づく空白領域（例えば、空白領域Ｓｃ）のみを積算していくことにより、精度良くノイズの判定をすることができるのである。

図３に示す如く、計測点ｃに対するノイズの判定が終わると、走査位置の目標を、今の走査位置Ｎ＋１から次に走査位置Ｎ＋２に変更する（Ｓｔｅｐ−１３）。

図３に示す如く、ここで再び、（Ｓｔｅｐ−５）に戻って、走査部５によって三次元形状計測装置１を走査し、次の走査位置Ｎ＋２に調整する（Ｓｔｅｐ−５）。
この手順を、予定していた全ての走査範囲に対して三次元形状計測装置１を走査し終えるまで（Ｓｔｅｐ−５）〜（Ｓｔｅｐ−１３）を繰り返して実行し、予定していた全ての走査範囲を走査し終えた時点で三次元形状計測を終了するようにしている（Ｓｔｅｐ−１４）。

即ち、本発明に係る三次元形状計測方法は、計測対象物７に対してスリット状のレーザー光を照射する照射部２と、計測対象物７に照射された前記レーザー光の照射点ｇ・ｍ（あるいは偽照射点ｋ）から反射する拡散反射光を撮像する受光部３と、該受光部３により撮像された画像に基づいて照射点ｇ・ｍ（あるいは偽照射点ｋ）の三次元座標を演算して計測点ａ・ｂ・ｃを得る演算部４と、計測対象物７に対する前記レーザー光の走査位置（例えば、走査位置Ａ・Ｂ・Ｃ等）を調整する走査部５と、を備える三次元形状計測装置１を用いて行われ、走査部５によって、照射部２の光軸ｚを所定間隔で移動し、計測対象物７に対する前記レーザー光の走査位置を所定間隔で、例えば、走査位置Ａ・Ｂ・Ｃ等に変更する走査位置変更工程と、照射部２によって、任意の走査位置Ｂ・Ｃにおいて計測対象物７に対して前記レーザー光を照射するレーザー光照射工程と、受光部３によって、走査位置Ｂ・Ｃにおいて計測対象物７に照射される前記レーザー光の偽照射点ｋおよび照射点ｍから反射する拡散反射光を撮像する拡散反射光撮像工程と、演算部４によって、走査位置Ｂ・Ｃにおいて受光部３により撮像された画像に基づいて偽照射点ｋおよび照射点ｍの三次元座標を演算して走査位置Ｂ・Ｃにおける計測点ｂ・ｃを得る計測点演算工程と、を備えるものであって、演算部４によって、走査位置Ｂ・Ｃにおける計測点ｂ・ｃよりも前に取得した計測点（例えば、計測点ａ）の集合たる積算計測点群Ｐを算出する積算計測点群演算工程と、演算部４によって、計測点演算工程にて得られた走査位置Ｂ・Ｃにおける計測点ｂ・ｃと、照射部２の先端位置２ｂ・２ｃの三次元座標と、受光部３の先端位置３ｂ・３ｃの三次元座標とから、計測対象物７が存在しない空白領域Ｓｂ・Ｓｃを求め、走査位置Ｂ・Ｃにおける計測点ｂ・ｃに対する空白領域Ｓｂ・Ｓｃを設定する空白領域設定工程と、演算部４によって、走査位置Ｂ・Ｃにおける計測点ｂ・ｃよりも前に取得した計測点（例えば、計測点ａ）に対して設定した空白領域と、を積算した積算空白領域Ｓを算出する積算空白領域演算工程と、演算部４によって、計測点ｂ・ｃが、積算空白領域Ｓに含まれるか否かに応じて、計測点ｂ・ｃがノイズであるか否かを判定するノイズ判定工程と、を備えるものとしている。

また、本発明に係る三次元形状計測装置１は、計測対象物７に対してスリット状のレーザー光を照射する照射部２と、計測対象物７に照射された前記レーザー光の照射点ｇ・ｍ（あるいは偽照射点ｋ）から反射する拡散反射光を撮像する受光部３と、該受光部３により撮像された画像に基づいて照射点ｇ・ｍ（あるいは偽照射点ｋ）の三次元座標を演算して計測点ａ・ｂ・ｃを得る演算部４と、計測対象物７に対する前記レーザー光の走査位置Ａ・Ｂ・Ｃを調整する走査部５と、を備えるものであって、演算部４は、計測点ｂ・ｃよりも前に取得した計測点（例えば、計測点ａ）の集合たる積算計測点群Ｐを算出し、かつ、走査位置Ｂ・Ｃにおける計測点ｂ・ｃと、照射部２の先端位置２ｂ・２ｃの三次元座標と、受光部３の先端位置３ｂ・３ｃの三次元座標とから、計測対象物７が存在しない空白領域Ｓｂ・Ｓｃを求め、計測点ｂ・ｃに対する空白領域Ｓｂ・Ｓｃを設定し、かつ、計測点ｂ・ｃに対する空白領域Ｓｂ・Ｓｃと、計測点ｂ・ｃよりも前に取得した計測点（例えば、計測点ａ）に対して設定した空白領域の合計たる積算空白領域Ｓを算出し、かつ、計測点ｂ・ｃが、積算空白領域Ｓに含まれるか否かに応じて、計測点ｂ・ｃがノイズであるか否かを判定するものとしている。

つまり、本発明に係る三次元形状計測装置１をこのような構成とし、本発明に係る三次元形状計測方法を採用することにより、容易に精度良く、多重反射の影響によるノイズを排除でき、三次元形状計測の計測精度向上に寄与することができるのである。

尚、計測対象物７に照射されたスリット状のレーザー光は、本実施例による説明の如く、二次元のモデルによる説明では計測対象物７上の点に照射される照射点として表現しているが、三次元のモデルでは、計測対象物７に照射されたスリット状のレーザー光は線状に照射されて実際には照射線となっている。

照射線は照射点の集合であるため、本発明に係る三次元形状計測方法を、三次元のモデルに拡張して適用することが容易に可能である。
即ち、本実施例では、模式的に二次元のモデルによって、本発明に係る三次元形状計測方法について説明を行ったが、これに限定するものではなく、本発明に係る三次元形状計測方法を三次元計測に適用することが可能である。

本発明の一実施例に係る三次元形状計測装置の全体構成を示す模式図。 （ａ）多重反射が発生していない場合の計測状況を示す模式図、（ｂ）多重反射が発生している場合の計測状況を示す模式図。 本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法の計測フロー図。 本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による基準計測点ａにおける計測状況（レーザー光照射工程、拡散反射光撮像工程および計測点演算工程）を示す模式図。 本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による基準計測点ａにおける計測状況（空白領域設定工程）を示す模式図。 本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による基準計測点ａにおける計測状況（積算空白領域演算工程）を示す模式図。 本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｂにおける計測状況（レーザー光照射工程、拡散反射光撮像工程および計測点演算工程）を示す模式図。 本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｂにおける計測状況（ノイズ判定工程）を示す模式図。 本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｂにおける計測状況（空白領域設定工程および積算空白領域演算工程）を示す模式図。 本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｃにおける計測状況（レーザー光照射工程、拡散反射光撮像工程および計測点演算工程）を示す模式図。 本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｃにおける計測状況（ノイズ判定工程）を示す模式図。 本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｃにおける計測状況（空白領域設定工程）を示す模式図。 本発明の一実施例に係る三次元形状計測方法による計測点ｃにおける計測状況（積算空白領域演算工程）を示す模式図。

符号の説明

１ 三次元形状計測装置
２ 照射部
２ａ 先端位置
３ 受光部
３ａ 先端位置
４ 演算部
５ 走査部
７ 計測対象物

Claims (6)

1. 計測対象物に対してスリット状のレーザー光を照射する照射部と、
   前記計測対象物に照射された前記レーザー光の照射点から反射する拡散反射光を撮像する受光部と、
   該受光部により撮像された画像に基づいて前記照射点の三次元座標を演算して計測点を得る演算部と、
   前記計測対象物に対する前記レーザー光の走査位置を調整する走査部と、
   を備える三次元形状計測装置を用いて行われ、
   前記走査部によって、前記照射部の光軸を所定間隔で変更し、前記計測対象物に対する前記レーザー光の走査位置を所定間隔で変更する走査位置変更工程と、
   前記照射部によって、任意の走査位置において前記計測対象物に対して前記レーザー光を照射するレーザー光照射工程と、
   前記受光部によって、前記任意の走査位置において前記計測対象物に照射される前記レーザー光の照射点から反射する拡散反射光を撮像する拡散反射光撮像工程と、
   前記演算部によって、前記任意の走査位置において前記受光部により撮像された画像に基づいて前記照射点の三次元座標を演算して前記任意の走査位置における計測点を得る計測点演算工程と、
   を備える三次元形状計測方法であって、
   前記演算部によって、
   前記任意の走査位置における計測点よりも前に取得した計測点の集合たる計測点群を算出する積算計測点群演算工程と、
   前記演算部によって、
   前記計測点演算工程にて得られた前記任意の走査位置における計測点と、
   前記照射部の先端位置の三次元座標と、
   前記受光部の先端位置の三次元座標とから、
   前記計測対象物が存在しない空白領域を求め、
   前記任意の走査位置における計測点に対する空白領域を設定する空白領域設定工程と、
   前記演算部によって、
   前記任意の走査位置における計測点よりも前に取得した計測点に対して設定した空白領域の合計たる積算空白領域を算出する積算空白領域演算工程と、
   前記演算部によって、
   前記任意の計測点が、
   前記積算空白領域に含まれるか否かに応じて、
   前記任意の計測点がノイズであるか否かを判定するノイズ判定工程と、
   を備える、
   ことを特徴とする三次元形状計測方法。
2. 前記積算計測点群演算工程は、
   前記任意の計測点がノイズである場合には、
   前記積算計測点群に、
   前記任意の計測点を積算せず、かつ、
   前記任意の計測点がノイズでない場合には、
   前記積算計測点群に、
   前記任意の計測点を積算する、
   ことを特徴とする請求項１記載の三次元形状計測方法。
3. 前記積算空白領域演算工程は、
   前記任意の計測点がノイズである場合には、
   前記積算空白領域に、
   前記任意の計測点に対して設定した空白領域を積算せず、かつ、
   前記任意の計測点がノイズでない場合には、
   前記積算空白領域に、
   前記任意の計測点に対して設定した空白領域を積算する、
   ことを特徴とする請求項１記載の三次元形状計測方法。
4. 計測対象物に対してスリット状のレーザー光を照射する照射部と、
   前記計測対象物に照射された前記レーザー光の照射点から反射する拡散反射光を撮像する受光部と、
   該受光部により撮像された前記照射点の画像に基づいて該照射点の三次元座標を演算して計測点を得る演算部と、
   前記計測対象物に対する前記レーザー光の走査位置を調整する走査部と、
   を備え、
   前記計測点の三次元座標に基づいて前記計測対象物の表面形状を計測する三次元形状計測装置であって、
   前記演算部は、
   前記任意の走査位置における計測点よりも前に取得した計測点の集合たる計測点群を算出し、かつ、
   前記任意の走査位置における計測点と、
   前記照射部の先端位置の三次元座標と、
   前記受光部の先端位置の三次元座標とから、
   前記計測対象物が存在しない空白領域を求め、
   前記任意の走査位置における計測点に対する空白領域を設定し、かつ、
   前記任意の走査位置における計測点よりも前に取得した計測点に対して設定した空白領域の合計たる積算空白領域を算出し、かつ、
   前記任意の計測点が、
   前記積算空白領域に含まれるか否かに応じて、
   前記任意の計測点がノイズであるか否かを判定する、
   ことを特徴とする三次元形状計測装置。
5. 前記演算部は、
   前記任意の計測点がノイズである場合には、
   前記積算計測点群に、
   前記任意の計測点を積算せず、かつ、
   前記任意の計測点がノイズでない場合には、
   前記積算計測点群に、
   前記任意の計測点を積算する、
   ことを特徴とする請求項４記載の三次元形状計測方法。
6. 前記演算部は、
   前記任意の計測点がノイズである場合には、
   前記積算空白領域に、
   前記任意の計測点に対して設定した空白領域を積算せず、かつ、
   前記任意の計測点がノイズでない場合には、
   前記積算空白領域に、
   前記任意の計測点に対して設定した空白領域を積算する、
   ことを特徴とする請求項４記載の三次元形状計測装置。

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