JP2013542401A - 形状測定装置、構造物の製造方法及び構造物製造システム - Google Patents

Abstract

門柱状のフレーム部に光学式の測定プローブを備えた構造においても種々の被検物に対して最適な測定を行うことができる形状測定装置を提供する。
被検物にパターンを投影する投影部と、前記投影部による前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記パターンの像を撮像し、前記撮像して得られた撮像データから前記被検物の表面上の位置を測定する測定部と、前記被検物を、２方向に回転可能な被検物回転機構と、前記パターンを回転するパターン回転機構を有することを特徴とする形状測定装置を提供する。

Description

本発明は、形状測定装置と、それを用いた構造物の製造方法及び構造物製造システムに関する。

工業製品等の物体の表面形状を測定する技術は従来から種々提案されており、接触式の測定プローブを用いて被検物の形状を三次元で測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に係る形状測定装置においては、門柱状のフレーム部に保持された測定プローブが被検物に対してＸＹＺ方向に移動可能な構成とされている。

特開２０１０−１６００８４号公報

ところで、測定プローブとしては、上述の接触式のものの他に、光切断方式を用いた非接触プローブがある。このような光学式の測定プローブは、被検物に所定の投影パターン（スリット光や、縞模様）を投影して被検物を撮像し、その撮像画像から各画像位置（各画素）の基準面からの高さを算出し、被検物の三次元表面形状を測定するようになっている。そこで、上述した上記特許文献１に開示された門柱状のフレーム部に光学式の測定プローブを組み合わせる場合において、種々の被検物に対して最適な測定を行うことが可能な新たな装置の提供が望まれている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、門柱状のフレーム部に光学式の測定プローブを備えた構造においても種々の被検物に対して最適な測定を行うことができる形状測定装置を提供すること、及び、そのような形状測定装置を用いた構造物の製造方法及び構造物製造システムを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、被検物にパターンを投影する投影部と、前記投影部による前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記パターンの像を撮像し、前記撮像して得られた撮像データから前記被検物の表面上の位置を測定する測定部と、前記被検物を、２方向に回転可能な被検物回転機構と、前記パターンを回転するパターン回転機構を有する形状測定装置が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、構造物の製造方法であって、設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、作製された前記構造物を２方向に回転可能な回転機構の上に載置して、前記構造物にパターンを投影しながら、前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記パターンの像を撮影することで前記構造物の形状情報を取得することと、前記測定により得られた前記形状情報と前記設計情報とを比較することとを含み、前記構造物の形状を測定する際に、前記構造物の形状に応じて前記構造物に投影されたパターンの向きを回転させて前記構造物の形状を測定する構造物の製造方法が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、構造物を製造する構造物製造システムであって、前記構造物を作製する加工装置と、前記加工装置によって作製された前記構造物の形状を測定して前記構造物の形状情報を取得する本発明の第１の態様に従う形状測定装置とを備える構造物製造システムが提供される。

本発明の第４の態様に従えば、被検物の形状を測定する形状測定装置であって、投影方向から被検物にパターンを投影する投影部と、前記投影方向とは異なる方向から前記パターンの像を撮像し、前記撮像して得られた撮像データから前記被検物の表面上の位置を測定する測定部と、前記被検物を、２方向に回転可能な被検物回転機構と、被検物の形状情報を取得する形状情報取得部と、前記形状情報取得部によって取得された前記形状情報に基づいて前記被検物回転機構に相対して前記パターンを回転させる自動パターン回転部とを備えることを特徴とする形状測定装置が提供される。

本発明によれば、門柱状のフレーム部に光学式の測定プローブを備えた構造においても種々の被検物に対して最適な測定を行うことができる。

図１は、形状測定装置の構成を示す斜視図である。 図２は、形状測定装置の構成を示す側面図である。 図３Ａ、３Ｂは、回転機構の要部構成を示す図である。 図４Ａ、４Ｂは、ロック状態判定部の要部構成を示す図である。 図５は、回転機構の要部構成を示す図である。 図６は、構造物製造システム７００のブロック構成図である。 図７は、構造物製造システム７００による処理の流れを示したフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の形状測定装置の一実施形態に係る構成について説明する。なお、本実施形態は、発明の要旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各要請要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１は、本発明の形状測定装置に係る一実施形態の構成例を示す斜視図であり、図２は側面図である。本実施形態に係る形状測定装置は、光切断法を用いることで、被検物の表面に一本のライン光からなるライン状投影パターンを投影し、ライン状投影パターンを被検物表面の全域を走査させる毎に投影方向と異なる角度から被検物に投影されたライン状投影パターンを撮像する。そして、撮像された被検物表面の撮像画像よりライン状投影パターンの長手方向の画素毎に三角測量の原理等を用いて被検物表面の基準平面からの高さを算出し、被検物表面の三次元形状を求める装置である。

図１、２に示すように、形状測定装置１００は、本体部１１と、傾斜回転テーブル１４と、被検物の形状を測定するためのセンサー部２０と、センサー部２０を移動させる移動部３０と、センサー部２０を移動部３０に対して回転させる回転機構４０と、を有している。

本体部１１は、架台１２と、該架台１２上に載置される定盤１３とを含む。架台１２は、形状測定装置１００全体の水平度を調整するためのものである。定盤１３は、石製または鋳鉄製からなるものであり、上面が架台１２により水平に保たれたものとなっている。この定盤１３の上面には、傾斜回転テーブル１４が載置されている。

以下、互いが直交する３方向により規定されるＸＹＺ座標系を用いて形状測定装置１００の構成について説明する。ここで、ＸＹ平面とは定盤１３の上面と平行な面を規定するものである。すなわち、Ｘ方向とは定盤１３上における一方向を規定するものであり、Ｙ方向とは定盤１３の上面においてＸ方向に直交する方向を規定するものであり、Ｚ方向とは定盤１３の上面に直交する方向を規定するものである。

傾斜回転テーブル１４は、被検物２００が上面に載置される回転テーブル２１、回転テーブル２１の上面に対して垂直なＺ軸方向（センサー２０から被検物２００に向かう方向）に延びる回転軸Ｌ１を中心として回転テーブル２１が回転可能に装着される傾斜テーブル２２、並びに、Ｘ軸方向（回転軸Ｌ１と交差する方向）に延びる傾斜軸Ｌ２を中心に傾斜テーブル２２を回転可能に支持する支持部２３および２４を備えて構成される。回転テーブル２１は円形の板状の部材であり、上面の平面度が高精度に規定されている。

傾斜テーブル２２は、回転軸駆動モータ２２ａを内蔵しており、回転軸駆動モータ２２ａは、回転軸Ｌ１を中心として回転テーブル２１を回転駆動する。回転テーブル２１は、中央部分に形成されている複数の貫通穴（不図示）を介して、複数のボルトにより回転軸駆動モータ２２ａのシャフトに連結されている。

また、支持部２３は、傾斜軸駆動モータ２３ａを内蔵しており、傾斜軸駆動モータ２３ａは、傾斜軸Ｌ２を中心として傾斜テーブル２２を回転駆動することで、回転テーブル２１を水平面に対して所定の傾斜角度で傾斜させる。

このように、傾斜回転テーブル１４では、回転テーブル２１を回転させ、傾斜テーブル２２を傾斜させることで、回転テーブル２１に載置される被検物２００を任意の姿勢で保持できるようになっている。なお、回転テーブル２１は、傾斜テーブル２２の傾斜角度が急勾配になっても被検物２００がずれないように、被検物２００を固定することができるように構成されている。

センサー部２０は、傾斜回転テーブル１４に載置される被検物２００に光切断を行うためのライン光を照射する照射部９１と、ライン光が照射されることで光切断面（線）が現れた被検物２００の表面を検出する検出部９２と、を主体に構成される。また、センサー部２０には、検出部９２により検出された画像データに基づいて被検物の形状を測定する演算処理部３００が接続されている。演算処理部３００は、形状測定装置１００における全体の駆動を制御するための制御部５００に含まれる。

照射部９１は、図示しないシリンドリカルレンズや細い帯状の切り欠きを有したスリット板等から構成され、光源からの照明光を受けて扇状のライン光９１ａを生じさせるものである。光源としては、ＬＥＤやレーザー光源・ＳＬＤ（super luminescent diode）等を用いることができる。ＬＥＤを用いた場合は安価に光源を形成することができる。また、レーザー光源を用いた場合、点光源であるため収差の少ないライン光を作ることができ、波長安定性に優れ半値幅が小さいため、迷光カットに半値幅の小さいフィルターが使えるため、外乱の影響を少なくすることができる。また、ＳＬＤ（super luminescent diode）を用いた場合は、レーザー光源の特性に加え可干渉性がレーザー光よりも低いため被検物面でのスペックルの発生を抑えることができる。検出部９２は、照射部９１の光照射方向とは異なる方向から被検物２００の表面に投影されるライン光９１ａを撮像するためのものである。また、検出部９２は、図示しない結像レンズやＣＣＤ等から構成され、後述のように移動部３０を駆動させてライン光９１ａが所定間隔走査される毎に被検物２００を撮像するようになっている。なお、照射部９１および検出部９２の位置は、被検物２００の表面上のライン光９１ａの検出部９２に対する入射方向と、照射部９１の光照射方向とが、所定角度θをなすように規定されている。本実施形態では、上記所定角度θが例えば４５度に設定されている。

検出部９２で撮像された被検物２００の画像データは、演算処理部３００に送られ、ここで所定の画像演算処理がなされて被検物２００の表面の高さが算出され、被検物２００の三次元形状（表面形状）が求められるようになっている。演算処理部３００は、被検物２００の画像において、被検物２００の凹凸に応じて変形したライン光９１ａによる光切断面（線）の位置情報に基づき、光切断面（線）（ライン光９１ａ）が延びる長手方向の画素毎に三角測量の原理を用いて被検物２００表面の基準平面からの高さを算出し、被検物２００の三次元形状を求める演算処理を行う。

移動部３０は、被検物２００に投影されたライン光９１ａの長手方向と略直角な方向にセンサー部２０（照射部９１）を移動させることで、ライン光９１ａを被検物２００の表面に走査させるためのものである。本実施形態に係る形状測定装置１００では、後述のように形状測定者により指定された方向にセンサー部２０が移動部３０により移動されるようになっている。なお、センサー部２０の回転角度を検出し、該検出結果に基づいて移動部３０の移動方向を自動的に算出する構成であっても構わない。

移動部３０は門型フレーム１５を主体として構成されている。なお、定盤１３は、端部（図２では右側の端部）が、定盤１３上をＹ軸方向に門型フレーム１５を駆動させるＹ軸ガイドを兼ねるように構成されている。

門型フレーム１５は、Ｘ軸方向に延びるＸ軸ガイド１５ａ、定盤１３のＹ軸ガイドに沿って駆動する駆動側柱１５ｂ、および駆動側柱１５ｂの駆動に従って定盤１３の上面を滑動する従動側柱１５ｃにより構成されている。

ヘッド部１６は、門型フレーム１５のＸ軸ガイド１５ａに沿ってＸ軸方向に沿って駆動可能とされている。ヘッド部１６には、該ヘッド部１６に対してＺ軸方向に駆動可能なＺ軸ガイド１７が装着されている。Ｚ軸ガイド１７の下端部にはセンサー部２０が装着されている。

ところで、本実施形態に係る形状測定装置１００のように光切断法を用いる場合、センサー部２０の照射部９１から被検物２００に照射されるライン光９１ａが、センサー部２０の移動方向（以下、スキャン方向と称す。）と直交する方向に配置させるのが望ましい。例えば、図２において、被検物２００に対するセンサー部２０のスキャン方向をＹ軸方向に設定した場合、ライン光９１ａをＸ軸方向に沿って配置するのが望ましい。センサー部２０とライン光９１ａの出射方向とをこのような関係に設定すると、測定時にライン光９１ａの全域を有効に利用したスキャンを行うことができ、被検物２００の形状を最適に測定できるためである。

本実施形態に係る形状測定装置１００は、上述したように、センサー部２０が移動部３０により被検物２００に対して移動可能とされている。移動部３０は上述した門型フレーム１５を主体として構成されるため、移動部３０に取り付けられたセンサー部２０の照射部９１から照射されるライン光９１ａのスキャン方向は、被検物２００に対し、原則としてＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向のいずれかに制約される。

そこで、本実施形態に係る形状測定装置１００では、Ｚ軸ガイド１７とセンサー部２０との間に上記回転機構４０を配置し、センサー部２０を移動部３０に対して回転可能な構成としている。これにより、形状測定装置１００は、上述のようにセンサー部２０のスキャン方向と直交方向にライン光９１ａを配置可能となっている。

図３は回転機構４０の要部構成を示す図であり、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は側面図である。回転機構４０は、図３に示すように、取付部４１と、回転部４２と、ロック部４３と、ロック状態判定部４４と、を有している。センサー部２０は回転部に設けられる回転軸４２ａの一端側に取り付けられている。本実施形態では回転軸４２ａにおける回転中心軸Ｃ１が照射部９１から照射されるライン光９１ａの中心軸Ｃ２と一致するようにセンサー部２０が回転軸４２ａに取り付けられている。

回転部４２は、センサー部２０を移動部３０に対して回転可能に保持する回転軸４２ａと、回転軸４２ａが所定角度だけ回転する毎に当該回転軸４２ａの回転動作を一時的に規制する回転規制部６０と、を有している。

回転規制部６０は、回転軸４２ａの外周に形成された歯型溝６１と、取付部４１に設けられるボールプランジャ６２と、を含む。歯型溝６１は、回転軸４２ａの外周に例えば７．５°おきに形成されている。このような構成に基づき、回転軸４２ａは、７．５°回転する毎にボールプランジャ６２が歯型溝６１に係合するため、回転軸４２ａの回転動作に負荷がかかるようになり、作業者の手にクリック感を感じさせることができるようになっている。よって、作業者は、手に感じたクリック感の回数に応じて、回転軸４２ａの回転角度を容易に把握することが可能となっている。

なお、取付部４１には、回転軸４２ａの回転角度を示す回転指標部４５が設けられている。回転指標部４５には、例えば目盛りが設けられており、回転軸４２ａが上述のように７．５°回転する毎に、７．５°、１５°、２２．５°…等のように回転角度の値を表示するようになっている。これにより、形状測定者は、回転指標部４５の目盛りを目視することで、回転軸４２ａの回転角度を所定値に簡便且つ確実に設定することが可能となっている。

回転機構４０は、図３（ａ）に示すように、回転軸４２ａの回転によりセンサー部２０が０°〜１２０°の範囲で移動するようになっている。センサー部２０が０°位置に配置されると、照射部９１及び検出部９２がＸ軸方向に沿って配置される。また、センサー部２０が９０°位置に配置されると、照射部９１及び検出部９２がＹ軸方向に配置される。センサー部２０が回転すると、同図に示されるように被検物２００の表面上に照射されるライン光９１ａの向きが変化する。

本実施形態に係る形状測定装置１００は、回転軸４２ａにおける回転中心軸と、照射部９１から照射されるライン光９１ａの中心軸とが一致した状態となっているので、回転後に被検物２００に対するライン光９１ａの測定開始位置（測定中心位置）がＸＹ平面内でずれることが防止されている。このように回転後に被検物２００に対するライン光９１ａの測定開始位置がＸＹ平面内でずれないため、被検物２００の端部においてセンサー部２０の向きを変更した場合であっても、ライン光９１ａが被検物２００の表面から外れた位置に照射されてしまうことが防止されている。なお、本実施形態の係る形状測定装置１００はライン光９１ａが被検物２００の測定面の垂線方向から照射されているため、測定精度が向上するとともにライン光９１ａの中心軸と回転機構４０の回転中心軸とを一致させることで、スキャン方向と直交する方向とライン光９１ａの延在方向を合わせることができる。また、被検物の測定対象の幅が広い場合など、ライン光９１ａの中心以外を測定対象に合わせたい場合がある。そのような場合は、回転に加えてＸ方向とＹ方向とに平行移動する変位機構を設け、被検物に照射されているライン光９１ａの一部の照射位置を保ちながらライン光９１ａの延在方向が変わるようにセンサー部２０を変位することにより所望の位置と方向にライン光９１ａを合わせることができる。

ロック部４３は、取付部４１に取り付けられ、回転軸４２ａを挿通させる固定部７１と、該固定部７１に取り付けられたロックレバー７２と、を含む。回転軸４２ａは軸受け部５０により取付部４１に対して滑らかに回転可能とされている。固定部７１には、回転軸４２ａを挿通させる貫通孔７１ａと、貫通孔７１ａの、図３（ａ）における下端からＹ方向に延在する切れ込み７１ｂとが形成されている。例えばロックレバー７２が下方（−Ｚ方向）に移動された場合に、固定部７１に切れ込み７１ｂの幅が狭くなる向きの力が加えられて、貫通孔７１ａの径が小さくなる。それに伴って回転軸４２ａが締め付けられる。このようにして、固定部７１は、回転軸４２ａが取付部４１に対して回転しないように固定する。一方、固定部７１は、ロックレバー７２が上方（＋Ｚ方向）に移動された場合には、固定部７１に加えられていた、切れ込み７１ｂの幅が狭くなる向きの力が取り除かれる。それに伴って、貫通孔７１ａの径が元に戻るため、回転軸４２ａを締め付けることがなく、回転軸４２ａが取付部４１に対して回転可能とされる。

図４はロック状態判定部４４の要部構成を示す図であり、図４（ａ）はロック状態判定部４４によるロック非検出状態を示す図であり、図４（ｂ）はロック状態判定部４４によるロック検出状態を示す図である。ロック状態判定部４４は、図４（ａ）に示すようにロックレバー７２の先端に取り付けられたセンサー検出用板部４４ａと、該センサー検出用板部４４ａに接触するタッチセンサー４４ｂとを含む。センサー検出用板部４４ａは、ロックレバー７２が回転軸４２ａを良好に締め付け可能な位置に移動した際、タッチセンサー４４ｂに接触するようになっている。タッチセンサー４４ｂは、形状測定装置１００の全体の駆動の制御を行う制御部５００に電気的に接続されている。

タッチセンサー４４ｂは、所定位置に配置されたセンサー検出用板部４４ａに接触可能な接触部４４ｃを有している。接触部４４ｃは、センサー検出用板部４４ａにより押圧可能な構成とされている。

接触部４４ｃは、図４（ｂ）に示すように所定の位置まで押圧された時にＯＮ信号を制御部５００に通知するようになっている。一方、接触部４４ｃは、所定の位置まで押圧されていない時にＯＦＦ信号を制御部５００に通知するようになっている。ここで、ＯＮ信号が通知される場合とは、ロックレバー７２による回転軸４２ａの締め付けが十分であることを意味し、ＯＦＦ信号が通知される場合とは、ロックレバー７２による回転軸４２ａの締め付けが不十分であることを意味する。

制御部５００は、ＯＮ信号が通知されると、形状測定装置１００の表示部（不図示）に回転軸４２ａのロック状態が良好（例えば、ＯＫ等）である旨を表示するようになっている。一方、制御部５００は、ＯＦＦ信号が通知されると、形状測定装置１００の表示部（不図示）に回転軸４２ａのロック状態が不良（例えば、ＮＯ等）である旨を表示するようになっている。これにより、回転軸４２ａのロック状態が不良のままで、被検物２００の形状測定が開始されるといった不具合の発生が防止されたものとなっている。

このような構成に基づき、形状測定装置１００は、センサー部２０にガタツキが生じることなく、照射部９１からライン光９１ａを被検物２００の所定方向に向けて照射できるようになっている。

続いて、形状測定装置１００の動作として、被検物２００の形状を測定する方法について以下に説明する。
はじめに、形状測定者は、回転テーブル２１に被検物２００を載置し、被検物２００に照射されるライン光９１ａが所定方向を向くように回転機構４０によりセンサー部２０を移動部３０に対して回転させる。

形状測定者は、回転規制部６０のクリック感の回数及び回転機構４０に設けられた上記回転指標部４５の目盛りの少なくともいずれかを参照して、回転軸４２ａ（センサー部２０）の回転角度を所定値に容易に設定することができる。

なお、センサー部２０を回転させる際、照射部９１から被検物２００に対してライン光９１ａを照射した状態のまま行うようにしても構わない。この場合、形状測定者は、被検物２００に投影されるライン光を目安として、センサー部２０における回転角度の設定をより容易に行うことが可能となる。

形状測定者は、回転軸４２ａを所定角度回転させた後、ロック部４３を用いて回転軸４２ａを固定する。具体的には、形状測定者は、ロックレバー７２を下方に移動することで回転軸４２ａを締め付け、回転軸４２ａを確実に固定することができる。これにより、後述の形状測定時にセンサー部２０が移動部３０により移動する途中に、回転軸４２ａが動くことでセンサー部２０の照射部９１から被検物２００に照射されるライン光の位置がずれるといった不具合の発生を防止できる。

本実施形態では、形状測定者は、上述のようにして設定した回転軸４２ａの回転角度を不図示の入力部を用いて入力する。形状測定装置１００は、被検物２００に照射されたライン光９１ａの長手方向と略直角な方向にセンサー部２０（照射部９１）を移動させるように移動部３０を駆動し、ライン光９１ａにより被検物２００の表面に走査させる。

被検物２００にライン光９１ａが照射されると、被検物２００の表面にライン光９１ａによる光切断面（線）が現れるため、検出部９２により、ライン光９１ａが所定間隔走査される毎に（光切断面が現れた）被検物２００を撮像する。このとき、検出部９２で撮像された被検物２００の画像データは、演算処理部３００に送られる。

このようにして得られた被検物２００の画像データから、演算処理部３００は被検物２００の凹凸に応じて変形したライン光９１ａによる光切断面（線）の位置情報に基づいて、光切断面（線）（ライン光９１ａ）が延びる長手方向の画素毎に、三角測量の原理を用いて被検物２００表面の基準平面からの高さを算出し、被検物２００の三次元形状を測定することができる。

本実施形態に係る形状測定装置１００によれば、上記回転機構４０を用いてセンサー部２０を回転させることで、センサー部２０のスキャン方向がＸ方向とＹ方向を組み合わせた斜め方向であってもスキャン方向と直交する方向にライン光９１ａを配置できるので、種々の被検物２００においても最適な範囲を測定できる。

また、センサー部２０がライン光９１ａの長さ方向と直交する方向にスキャンを行うので、ライン光９１ａの全域を有効に利用することができ、測定領域におけるスキャン回数を少なくすることができ、短時間で形状測定を行うことができる。

また、回転軸４２ａにおける回転中心軸と、照射部９１から照射されるライン光９１ａの中心軸とが一致しているため、回転後のライン光９１ａの中心座標が変化することがない。よって、回転後のライン光９１ａの座標値を回転角度のみから算出することができる。よって、回転後のライン光９１ａを用いた形状測定を行う際、座標補正が容易に行うことで演算処理を簡略化できる。

また、回転軸４２ａにおける回転中心軸Ｃ１と、照射部９１から照射されるライン光９１ａの中心軸Ｃ２とが一致しているため、回転後に被検物２００に対するライン光９１ａの測定開始位置がＸＹ平面内でずれることがない。よって、センサー部２０を種々な方向に回転させることで被検物２００の形状を最適な範囲で、且つ様々な方向から短時間で測定できる。

また、回転後に被検物２００に対するライン光９１ａの測定開始位置がＸＹ平面内でずれないため、被検物２００の端部においてセンサー部２０を回転させた場合であっても、ライン光９１ａが被検物２００の表面から外れてしまい、被検物２００に対するセンサー部２０の位置を再調整する必要が生じることがない。また、非常に安定した定盤１３を介してセンサー部２０の回転機構と傾斜回転テーブル１４を切り分けている。そのため、被検物を傾斜および回転させる際の誤差にセンサー部２０の回転誤差が重畳することがなく高精度な測定が達成できる。

以上、本発明の一実施形態に係る構成について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、回転機構４０におけるセンサー部２０の移動範囲が０°〜１２０°の場合を例に挙げて説明したが、センサー部２０の移動範囲を０°〜１８０°に設定しても構わない。この構成によれば、ライン光９１ａの向きが０°〜１８０°の範囲で変化するため、より広い範囲で被検物２００の形状を測定することができる。

また、上記実施形態では、形状測定者が、被検物２００に照射されるライン光９１ａが所定方向を向くように回転機構４０によりセンサー部２０を移動部３０に対して回転させていた。しかしながら、本発明はこのような構成には限られない。例えば、図５に示すように、本教示に係る形状測定装置１００Ａは、手動による回転機構４０に代えて、被検物２００の形状に応じてライン光９１ａの向きを変更する自動回転機構１４０を有していてもよい。ここで、自動回転機構１４０は、上記実施形態の回転機構４０と同様に取付部４１と、ロック部４３と、ロック状態判定部４４を有しており、これらの構成については説明を省略する。さらに自動回転機構１４０は、センサー部２０を移動部３０に対して回転可能に保持する回転軸４２ａを有し、回転軸４２ａを中心としてセンサー部２０を移動部３０に対して回転させる駆動部１４２と、駆動部１４２の動作を制御する駆動制御部１４３とを有する。駆動部１４２は例えばステッピングモーター等のモータにより構成されてもよい。駆動制御部１４３は、被検物２００の形状に関する形状情報を取得し保持する形状情報取得部１４４を有している。形状情報取得部１４４は、例えば、被検物２００のＣＡＤデータから被検物２００の形状情報を取得してもよく、あるいは、いわゆるティーチング作業において用いられる被検物２００の形状情報を取得してもよい。ここで、駆動制御部１４３は、形状情報取得部１４４により取得された被検物２００の形状情報に基づいて、測定に好適なライン光９１ａの向きを算出する。そして、駆動制御部１４３は駆動部１４２を駆動して、算出されたライン光９１ａの向きを実現するようにセンサー部２０を移動部３０に対して回転させる。このように、形状測定装置１００Ａが、上記実施形態の形状測定装置１００の回転機構４０に代えて、自動回転機構１４０を有している場合には、形状測定者が被検物２００の形状に応じてライン光９１ａの向きを変更する必要がなく、形状情報取得部１４４により取得された被検物２００の形状情報に基づいて自動的にライン光９１ａの向きを調整することができる。そのため、ライン光９１ａの向きの調整にかかる時間を短縮することができ、形状測定にかかる時間を短縮することができる。

上述の形状測定装置１００Ａは、手動の回転機構４０に代えて自動回転機構１４０を有していたが、本教示はこのような構成には限られない。例えば本教示に係る形状測定装置は手動の回転機構４０と自動回転機構１４０とを両方有していてもよい。また、形状測定装置１００Ａは、必ずしも回転規制部６０、回転指標部４５等を備えていなくてもよい。また、形状測定装置１００Ａは、必ずしも形状測定装置１００のようなロック部４３及び、ロック状態判定部４４を備えていなくてもよい。例えば、駆動部１４２が電磁ブレーキを備えている場合、駆動部１４２に設けられた電磁ブレーキがロック部４３と同様の機能を果たすことができる。また、電磁ブレーキの制御を行う駆動制御部１４３がロック状態判定部４４と同様の機能を果たすことができる。

なお、上述の説明において、照射部９１は、光源から照射された光を不図示のスリット板などを通すことによりライン光９１ａを生成していた。しかしながら本教示はこのような構成には限られない。例えば、照射部９１は、不図示のスリット板に代えて、二次元マトリクス状に配置された複数の液晶素子を備える液晶パネルを用いてライン光９１ａを発生させることができる。この場合においては、各液晶素子に印加する電圧を制御することにより、液晶パネル上に任意のスリットパターンを形成することができる。この場合には、液晶パネル上に形成するスリットパターンの向きを変更することにより、ライン光９１ａの向きを変更することができる。そして、本教示に係る形状測定装置は、上述のような液晶パネルを用いてライン光９１ａを発生させる照射部９１を備えてもよく、その場合において、被検物２００の形状情報に基づいてライン光９１ａの向きを変更してもよい。

次に、上述した測定装置（形状測定装置）を備えた構造物製造システムについて説明する。

図５は、構造物製造システム７００のブロック構成図である。構造物製造システム７００は、少なくとも１つの材料部材からギア、回転タービン翼等のような少なくとも１つの構造物を製造するためのものであり、形状測定装置１００により構造物を検査するためのものである。本実施形態の構造物製造システム７００は、上記の実施形態において説明したような形状測定装置１００と、設計装置６１０と、成形装置６２０と、制御装置（検査装置）６３０と、リペア装置６４０とを備える。制御装置６３０は、座標記憶部６３１及び検査部６３２を備える。

設計装置６１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作成した設計情報を成形装置６２０に送信する。また、設計装置６１０は、作成した設計情報を制御装置６３０の座標記憶部６３１に記憶させる。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報を含む。

成形装置６２０は、設計装置６１０から入力された設計情報に基づいて、上記の構造物を作製する。成形装置６２０の成形は、例えば鋳造、鍛造、切削等が含まれる。形状測定装置１００は、作製された構造物（測定対象物）の座標を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置６３０へ送信する。

制御装置６３０の座標記憶部６３１は、設計情報を記憶する。制御装置６３０の検査部６３２は、座標記憶部６３１から設計情報を読み出す。検査部６３２は、形状測定装置１００から受信した座標を示す情報（形状情報）と、座標記憶部６３１から読み出した設計情報とを比較する。検査部６３２は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部６３２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。検査部６３２は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合に、構造物が修復可能であるか否か判定する。検査部６３２は、構造物が修復できる場合、比較
結果に基づいて不良部位と修復量を算出し、リペア装置６４０に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。

リペア装置６４０は、制御装置６３０から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。

図６は、構造物製造システム７００による処理の流れを示したフローチャートである。構造物製造システム７００は、まず、設計装置６１０が構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ１０１）。次に、成形装置６２０は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する（ステップＳ１０２）。次に、形状測定装置１００は、作製された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ１０３）。作製された構造物は傾斜回転テーブル１４に載置され、前記構造物にパターンを投影しながら、前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記パターンの像を撮影される。なお、構造物の形状を測定する際に、前記構造物の形状に応じて前記構造物に投影されたパターンの向きを回転させて前記構造物の形状を測定する。次に、制御装置６３０の検査部６３２は、形状測定装置１００で得られた形状情報と上記の設計情報とを比較することにより、構造物が誠設計情報通りに作成されたか否か検査する（ステップＳ１０４）。

次に、制御装置６３０の検査部６３２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。構造物製造システム７００は、作成された構造物が良品であると検査部６３２が判定した場合（ステップＳ１０５ ＹＥＳ）、その処理を終了する。また、検査部６３２は、作成された構造物が良品でないと判定した場合（ステップＳ１０５ ＮＯ）、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ１０６）。

構造物製造システム７００は、作成された構造物が修復できると検査部６３２が判定した場合（ステップＳ１０６ ＹＥＳ）、リペア装置６４０が構造物の再加工を実施し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０３の処理に戻る。構造物製造システム７００は、作成された構造物が修復できないと検査部６３２が判定した場合（ステップＳ１０６ Ｎｏ）、その処理を終了する。以上で、構造物製造システム７００は、図２７に示すフローチャートの処理を終了する。

本実施形態の構造物製造システム７００は、上記の実施形態における形状測定装置１００が構造物の座標を正確に測定することができるので、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム７００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。

なお、本実施形態におけるリペア装置６４０が実行するリペア工程は、成形装置６２０が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置６３０の検査部６３２が修復できると判定した場合、成形装置６２０は、成形工程（鍛造、切削等）を再実行する。具体的には、例えば、成形装置６２０は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム７００は、構造物を正確に作成することができる。

上記実施形態において、構造物製造システム７００は形状測定装置１００、設計装置６１０、加工装置６２０、制御装置６３０（検査部６３２）及びリペア装置６４０を含んでいた。しかしながら本教示はこのような構成には限られない。例えば、本教示に係る構造物製造システムは少なくとも加工装置及び形状測定装置を持っていればよい。

本発明は、製造された構造物が良品であるか否かを判定できる構造物製造システムに適用することができる。

Ｃ１…回転中心軸、Ｃ２…中心軸、１４…傾斜回転テーブル、１５…門型フレーム、２０…センサー部、３０…移動部、４０…回転機構、４３…ロック部、４４…ロック状態判定部、４５…回転指標部、６０…回転規制部、９１…照射部、９２…検出部、９１ａ…ライン光、１００…形状測定装置、２００…被検物

Claims (21)

1. 被検物の形状を測定する形状測定装置であって、
   被検物にパターンを投影する投影部と、
   前記投影部による前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記パターンの像を撮像し、前記撮像して得られた撮像データから前記被検物の表面上の位置を測定する測定部と、
   前記被検物を、２方向に回転可能な被検物回転機構と、
   前記パターンを回転するパターン回転機構を有することを特徴とする形状測定装置。
2. 請求項１に記載の形状測定装置において、
   前記被検物回転機構は、所定の方向に設定された傾斜軸を中心に、前記パターンの投影方向に対する前記被検物の傾斜角度を変更可能な傾斜機構と、
   前記傾斜軸とは交差する方向に回転軸を有し、前記回転軸を中心に前記被検物を前記投影部に対して回転させる回転機構とを有することを特徴とする形状測定装置。
3. 請求項２に記載の形状測定装置において、
   前記投影部から投影されたパターンの投影位置を移動させる移動部を有し、
   前記測定部は、前記パターンの投影位置が変わる毎に、前記投影部による前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記パターンの像を撮像し、前記撮像データから前記パターンが投影された部位における前記被検物の位置を測定することを特徴とする形状測定装置。
4. 請求項１から３のうち、いずれか一項に記載の形状測定装置において、
   前記パターン回転機構は、前記被検物に投影されている前記パターンの一部の照射位置を保ちながら、前記パターンの向きが変わるように前記投影部を回転させることを特徴とする形状測定装置。
5. 請求項１から４のうちいずれか一項に記載の形状測定装置において、
   前記測定部は、前記パターンの像を撮像して前記被検物に照射されたパターンを検出するための撮像データを取得する検出部と、
   前記検出部から取得される撮像データに基づいて被検物の形状を測定する演算処理部を有し、
   前記パターン回転機構は、前記投影部と前記検出部とを合わせて回転することにより、前記パターンを回転させることを特徴とする形状測定装置。
6. 請求項１から５のうちいずれか一項に記載の形状測定装置において、
   前記投影部から投影されるパターンは、ラインパターンであり、
   前記パターン回転機構は、前記投影部を前記ラインパターンの中心軸を回転中心として回転することを特徴とする形状測定装置。
7. 請求項１から６のうちいずれか一項に記載の形状測定装置において、
   前記パターン回転機構は、前記パターンの回転角度を示す回転指標部を有することを特徴とする形状測定装置。
8. 請求項４又は５に記載の形状測定装置において
   前記パターン回転機構は、前記投影部の回転を所定角度ピッチ毎に係止する回転規制部を有することを特徴とする形状測定装置。
9. 請求項２に記載の形状測定装置において、
   前記移動部は、前記傾斜機構及び前記回転機構を跨ぐ門柱型構造の移動機構を有することを特徴とする形状測定装置。
10. 請求項５又は８に記載の形状測定装置において、
    前記パターン回転機構は、前記投影部及び検出部の回転をロックするロック部を有することを特徴とする形状測定装置。
11. 前記パターン回転機構は、前記ロック部のロック状態を判定する判定部を有することを特徴とする請求項１０に記載の形状測定装置。
12. 構造物の製造方法であって、
    設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、
    作製された前記構造物を２方向に回転可能な回転機構の上に載置して、前記構造物にパターンを投影しながら、前記パターンの投影方向とは異なる方向から前記パターンの像を撮影することで前記構造物の形状情報を取得することと、
    前記測定により得られた前記形状情報と前記設計情報とを比較することとを含み、
    前記構造物の形状を測定する際に、前記構造物の形状に応じて前記構造物に投影されたパターンの向きを回転させて前記構造物の形状を測定する構造物の製造方法。
13. 前記パターンの向きを回転させる際には、前記パターンを投影するための投影部と、前記パターンの像を撮影して前記構造物に照射されたパターンを検出するための撮像データを取得する検出部とを合わせて回転させる請求項１２に記載の構造物の製造方法。
14. 前記比較の結果に基づいて、前記構造物の再加工を実施することを含む請求項１３に記載の構造物の製造方法。
15. 前記再加工は、前記構造物を作製することを再実行することを含む請求項１４に記載の構造物の製造方法。
16. 構造物を製造する構造物製造システムであって、
    前記構造物を作製する加工装置と、
    前記加工装置によって作製された前記構造物の形状を測定して前記構造物の形状情報を取得する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の形状測定装置とを備える構造物製造システム。
17. さらに、前記形状測定装置によって測定された前記構造物の前記形状情報を記憶する記憶部を有する制御装置を備える請求項１６に記載の構造物製造システム。
18. さらに、前記構造物に関する設計情報を作製する設計装置を備え、
    前記加工装置は、前記設計装置によって作製された前記設計情報に基づいて前記構造物を作製し、
    前記制御装置は、前記設計情報と前記形状情報とを比較して、前記構造物が前記設計情報通りに加工されたかどうかを判定する検査部を有する請求項１７に記載の構造物製造システム。
19. 前記検査部は、前記構造物が前記設計情報通りに加工されていないと判断したときに、さらに、前記構造物が修復可能かどうかを判断し、
    前記構造物製造システムは、さらに、前記検査部が、前記構造物が修復可能であると判断したときに、前記構造物を修復するリペア装置を備える請求項１８に記載の構造物製造システム。
20. 前記検査部は、前記構造物が修復可能であると判断したときに、前記設計情報と前記形状情報との比較に基づいて、前記構造物の不良部位及び修復量を示す修復情報を作製し、前記リペア装置は前記修復情報に基づいて前記構造物を修復する請求項１９に記載の構造物製造システム。
21. 被検物の形状を測定する形状測定装置であって、
    投影方向から被検物にパターンを投影する投影部と、
    前記投影方向とは異なる方向から前記パターンの像を撮像し、前記撮像して得られた撮像データから前記被検物の表面上の位置を測定する測定部と、
    前記被検物を、２方向に回転可能な被検物回転機構と、
    被検物の形状情報を取得する形状情報取得部と、
    前記形状情報取得部によって取得された前記形状情報に基づいて前記被検物回転機構に相対して前記パターンを回転させる自動パターン回転部とを備えることを特徴とする形状測定装置。

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