JP2014126381A - 形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、及び形状測定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な形状の測定対象（被測定物）に対して精度を高めて測定できる形状測定装置を提供する。
【解決手段】本発明の形状測定装置は、測定光束を測定対象に投光する投光部と、測定光束が投光されている測定対象の表面を撮像する撮像部と、撮像された測定画像に含まれる、測定対象の表面に投光された測定光束による像の位置に基づいて、表面の形状を算出する形状算出部と、形状算出部から得られた情報に基づき表面の傾斜方向を示す傾斜情報を算出する傾斜情報算出部と、算出された傾斜情報に基づいて、測定画像の撮像条件または投光部の投光条件を設定し、撮像部又は投光部を制御する制御部とを有し、形状算出部は、制御部で設定された撮像条件で撮像された測定画像に基づいて、表面の形状を算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、測定対象（被測定物）の三次元形状を測定する形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、及び形状測定プログラムに関する。

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、例えば、被測定物にスリット光を照射して被測定物の断面形状に対応して形成される光切断線から被測定物の三次元形状を測定する光切断法が知られている（特許文献１を参照）。

また、関連する形状測定方法として、光切断プローブを手動で操作する際に、測定対象のＣＡＤモデルを画面に表示させて操作することにより、形状測定の効率化を図る形状測定方法がある（特許文献２を参照）。

特表２００９―５３４９６９号公報 米国特許出願公開第２０１１／０１２３０９７号明細書

ところで、上述の光切断法による形状測定装置では、光切断プローブを走査しながら、測定を行う。測定対象（被測定物）が複雑な形状である場合など、走査方向に測定対象の面の形状（面の傾き）が急峻に変化する場合には、連続的に撮像される撮像画像の明るさにムラが発生することがある。また、測定対象の面の単位面積あたりの取得画像の枚数が変化することがある。このため、測定対象の形状測定データの品質が低下し、形状測定データの検出精度が低下する可能性があった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、複雑な形状の測定対象（被測定物）に対して精度を高めて形状測定を行うことができる、形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、及び形状測定プログラムを提供することにある。

本発明の一実施形態は、測定光束を測定対象に投光する投光部と、前記測定光束が投光されている前記測定対象の表面を撮像する撮像部と、撮像された測定画像に含まれる、前記測定対象の表面に投光された測定光束による像の位置に基づいて、前記表面の形状を算出する形状算出部と、前記形状算出部から得られた情報に基づき前記表面の傾斜方向を示す傾斜情報を算出する傾斜情報算出部と、算出された前記傾斜情報に基づいて、前記測定画像の撮像条件または前記投光部の投光条件を設定し、前記撮像部又は前記投光部を制御する制御部とを有し、前記形状算出部は、前記制御部で設定された前記撮像条件で撮像された前記測定画像に基づいて、前記表面の形状を算出する形状測定装置である。

また、本発明の一実施形態は、構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する設計装置と、前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、作成された前記構造物の形状を、測定画像に基づいて測定する上述の形状測定装置と、前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較する検査装置と、を含む構造物製造システムである。

また、本発明の一実施形態は、測定光束を測定対象に投光する投光ステップと、前記測定光束が投光された前記測定対象の表面を撮像する撮像ステップと、撮像された測定画像に含まれる前記測定光束の当該測定画像内の位置に基づいて、前記表面の形状を算出する形状算出ステップと、前記形状算出ステップで得られた前記表面の形状から、前記表面の傾斜方向を示す傾斜情報を算出する傾斜算出ステップと、算出された前記傾斜情報に基づいて、前記撮像ステップにおいて測定画像を撮像させる撮像条件または前記投光する測定光束の投光条件を設定して、前記設定された撮影条件または投光条件となるように制御する制御ステップとを有し、前記形状算出ステップは、設定された前記撮像条件または投光条件で撮像された前記測定画像に基づいて、前記表面の形状を算出する形状測定方法である。

また、本発明の一実施形態は、構造物の形状に関する構造物設計情報を作製することと、前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、作成された前記構造物の形状を、上述の形状測定方法を用いて生成した測定画像に基づいて測定することと、前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法である。

また、本発明の一実施形態は、形状測定装置のコンピュータに、測定光束を測定対象に投光する投光ステップと、前記測定光束が投光された前記測定対象の表面を測定画像として撮像する撮像ステップと、撮像された前記測定画像に含まれる前記測定光束の当該測定画像内の位置に基づいて、前記表面の形状を算出する形状算出ステップと、前記形状算出ステップで得られた前記表面の形状から、前記表面の傾斜方向を示す傾斜情報を算出する算出ステップと、算出された前記傾斜情報に基づいて、前記撮像ステップにおいて測定画像を撮像させる撮像条件または前記測定対象に投光される前記測定光束の投光条件を設定して、前記設定された撮影条件または投光条件となるように制御する制御ステップとを有し、前記形状算出ステップは、設定された前記撮像条件または前記投光条件で撮像された前記測定画像に基づいて、前記表面の形状を算出することを実行させるための形状測定プログラムである。

本発明によれば、複雑な形状の測定対象（被測定物）に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。

本実施形態による形状測定装置の構成を示す図である。 本実施形態における回転機構の構成を示す図である。 本実施形態による形状測定装置の構成を示す概略ブロック図である。 本実施形態における状測定装置の測定手順を示す図である。 本実施形態におけるプローブ座標系を示すベクトル関連図である。 本実施形態における回転軸ベクトルを示すベクトル関連図である。 本実施形態における法線ベクトルの生成例を示す概念図である。 本実施形態における現画像取得位置と次画像取得位置との関係を示すベクトル関連図である。 円柱における法線検出の例を示す図である。 本実施形態における球体の測定例を示す図である。 本実施形態における複雑な形状の測定例を示す図である。 本実施形態の形状測定装置の変形例について説明するための図である。 本実施形態による形状測定装置を備えた構造物製造システムの構成を示すブロック図である。 構造物製造システムにおける処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態による形状測定装置について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態による形状測定装置の構成を示す図である。本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象（被測定物）３に光切断プローブ２からライン光を照射し、このライン光を撮像する。そして、形状測定装置１００は、ライン光の撮像画像から測定対象３の測定面の法線方向（面の傾斜情報）を示す法線ベクトルを算出し、この法線ベクトルとライン光の投影方向又は撮像方向との差に基づいて、撮像部２２（図２）のシャッタースピードや、投光部２１（図２）が投光（照射）するライン光の明るさや、撮像部２２における撮像頻度（単位時間当たりの測定画像の撮像回数）や、光切断プローブ２の移動速度（スキャン速度）等を設定する。なお、傾斜情報は、光切断プローブ２の撮像方向又はライン光の照射方向を基準にして、撮像部２２により撮影される測定対象の表面またはその近傍の法線とのなす角度を示す情報とするのが好ましい。しかしながら、撮像部２２により撮影される測定対象の表面が、仮に設定した基準面（例えば水平面）に対してどの程度傾いているかを示す情報としてしてもよい。測定する表面がどのような方向に傾斜しているが分かるものであればよい。例えば、光切断プローブ２の投影方向又は撮影方向が測定対象を保持する保持面の法線方向と常に一定の角度差を有する形状測定装置であれば、単に、測定対象の表面が基準とする面に対してどの程度傾いているかが分かればよい。

また、形状測定装置１００は、上記算出した法線ベクトルを、予め記憶した測定対象のＣＡＤデータに基づいて正常な法線ベクトルであるか否かを判定し、算出された法線ベクトルが、検出されるべきでない異常な法線ベクトルであると判定された場合に、この異常な法線ベクトルが検出された測定位置における点群データの生成を回避する。
これにより、形状測定装置１００は、複雑な形状の測定対象３に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。

また、以下に説明する形状測定装置１００では、上記算出した法線ベクトルに基づいて、画像取得条件を設定するととともに、光切断プローブ２から照射されるライン光の向きを法線ベクトルの方向に一致するように制御する例を示す。なお、測定対象３に対するライン光の照射方向と法線ベクトルの方向とを合わせるように制御する場合においても、測定対象３の測定面が急峻に変化する場合には、必ずしもライン光の照射方向と法線ベクトルの方向とを一致させることができない場合もあり、このような場合においても、形状測定装置１００では、画像取得条件を最適に設定することにより精度を高めて形状測定を行うことができる。

また、形状測定装置１００では、後述する変形例に示すように、測定対象３に対するライン光の照射方向を法線ベクトルの方向に合わせることなく固定（一定の角度）のままにして形状測定を行う場合においても、画像取得条件を最適に設定することにより精度を高めて形状測定を行うことができる。

［形状測定装置１００の全体構成］
この図１に示す形状測定装置１００は、測定対象３の三次元形状を検出する三次元形状計測装置（例えば、座標測定機（ＣＭＭ：Coordinate Measuring Machine））である。つまり、形状測定装置１００は、光切断法を用いることで、測定対象３の表面に一本のライン光（ライン状の測定光）からなるライン状投影パターンを投影し、測定対象３表面の全域を走査させて、測定位置がかわる毎に投影方向と異なる角度から測定対象３に投影されたライン状投影パターンを撮像する。そして、この形状測定装置１００は、撮像された測定対象３表面の撮像画像よりライン状投影パターンの短手方向の画素列毎に三角測量の原理等を用いて測定対象３表面の基準平面からの高さを算出し、測定対象３表面の三次元形状を求める装置である。

図１において、形状測定装置１００は、測定装置本体１及び制御装置４を備えている。後述する制御装置４は、制御線を介して測定装置本体１に接続されており、測定装置本体１を制御する。測定装置本体１は、回転機構１３及びヘッド駆動部１４を有する駆動部１１（図３）と、位置検出部１２（図３）と、ヘッド部１７と、定盤１８と、光切断プローブ２とを備えている。なお、ここでは、測定対象３は、一例として、球体を示しており、定盤１８の上に配置されている。定盤１８は、石製又は鋳鉄製からなるものであり、上面が水平に保たれたものとなっている。

ヘッド駆動部１４（移動部）は、制御装置４から供給される駆動信号に基づいて、互いが直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸の方向にヘッド部１７を移動させる。ヘッド駆動部１４は、Ｘ軸移動部１４１、Ｙ軸移動部１４２、及びＺ軸移動部１４３を備えている。ここで、本実施の形態における定盤１８の上面は、図１に示すＸＹ平面と平行な面となるように設定されている。すなわち、Ｘ軸方向とは、定盤１８上における一方向を規定するものであり、Ｙ軸方向とは、定盤１８の上面においてＸ軸方向に直交する方向を規定するものであり、Ｚ軸方向とは、定盤１８の上面に直交する方向を規定するものである。

Ｘ軸移動部１４１は、ヘッド部１７をＸ軸方向に駆動するＸ軸用モータを備え、定盤１８上の所定の範囲内でＸ軸方向にヘッド部１７を移動させる。Ｙ軸移動部１４２は、ヘッド部１７をＹ軸方向に駆動するＹ軸用モータを備え、定盤１８上の所定の範囲内でＹ軸方向にヘッド部１７を移動させる。また、Ｚ軸移動部１４３は、ヘッド部１７をＺ軸方向に駆動するＺ軸用モータを備え、所定の範囲内でＺ軸方向にヘッド部１７を移動させる。
なお、ヘッド部１７は、光切断プローブ２の上部に位置し、回転機構１３を介して光切断プローブ２（センサー部）を支持している。すなわち、ヘッド駆動部１４は、互いに直交する三次元座標系の座標軸方向それぞれに、光切断プローブ２を移動させる。

図２は、本実施形態における回転機構１３の構成を示す図である。
図２に示すように、回転機構１３は、ヘッド部１７と光切断プローブ２との間に配置され、ヘッド駆動部１４に対して光切断プローブ２を回転可能に支持する。すなわち、回転機構１３は、測定対象３の表面に対して光切断プローブ２によるライン光の投影方向および撮影方向を任意の角度に設定可能とする。
また、回転機構１３は、Ａ回転軸１３１、Ｂ回転軸１３２、及びＣ回転軸１３３を備えている。なお、回転機構１３は、Ａ回転軸１３１、Ｂ回転軸１３２、及びＣ回転軸１３３の各軸を回転させる駆動モータを備えており、制御装置４から供給される駆動信号に基づいて、光切断プローブ２を任意の角度に回転させる。

Ａ回転軸１３１は、Ａ回転軸１３１の下に取り付けられたＢ回転軸１３２及びＣ回転軸１３３を含めて光切断プローブ２を３６０度の範囲でＺ軸と平行な軸を中心に回転させる回転軸である。Ｂ回転軸１３２は、Ａ回転軸１３１下部に取り付けられ、Ｃ回転軸１３３を含めて光切断プローブ２をＸ軸方向及びＹ軸方向と平行な面内に含まれる軸を中心に回転することができる機構である。尚、その可動範囲は、上下方向に−９０〜＋９０度となっている。なお、０度はＺ軸と光切断プローブ２及びＣ回転軸１３３との中心を結ぶ線が平行となる方向としている。Ｃ回転軸１３３は、Ｂ回転軸１３２に取り付けられ、光切断プローブ２を３６０度の範囲で回転させる機構である。

光切断プローブ２（センサー部）は、測定対象３に光切断を行うためのライン光を照射する投光部２１と、ライン光の照射方向とは異なる方向から測定対象３に照射されたライン光を検出する撮像部２２とを有している。また、光切断プローブ２は、撮像部２２におけるシャッタースピードや、投光部２１における光源からの放射光量の設定を可能にするプローブ調整部２３（図３）を有している。

投光部２１は、光源と光源からの光を集光して、投光部２１から所定の距離離れた位置にライン状の強度分布を有するライン光の像が形成できるように、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と集光光学系等から構成される投影光学系を有する。この投影光学系により、光源からの光束は、ファン状に広がりながら測定対象に到達する。光源からの光束が測定対象に到達したときは、ラインの像が測定対象の表面に投影される。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。

撮像部２２は、投光部２１の光照射方向とは異なる方向から測定対象３の表面に投影されるライン光を撮像する。すなわち、撮像部２２は、ライン光が照射されることで光切断面（線）が現れた測定対象３の表面を検出する。
また、撮像部２２は、図示しない結像レンズやシャッター機構やＣＣＤやＣ−ＭＯＳセンサー等の撮像素子から構成され、後述のように駆動部１１を駆動させてライン光が所定間隔で走査される毎に測定対象３を撮像するようになっている。
撮像部２２に備えられた結像レンズは、シャインプルーグ光学系となっており、撮像部２２の撮像素子の共役な面は、投光部なお、投光部２１及び撮像部２２の位置は、測定対象３の表面上のライン光の撮像部２２に対する入射方向と、投光部２１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。なお、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。

次に、図３を参照して、形状測定装置１００の構成を詳細に説明する。
図３は、本実施形態による形状測定装置１００の構成を示す概略ブロック図である。なお、この図において、図１及び図２と同じ構成部分には、同じ符号を附す。

図３において、形状測定装置１００は、測定装置本体１と制御装置４とを備えている。
また、上述したように、測定装置本体１は、駆動部１１、位置検出部１２、及び光切断プローブ２を備えている。駆動部１１は、回転機構１３とヘッド駆動部１４とを備え、制御装置４から供給される駆動信号に基づいて、光切断プローブ２の位置及び姿勢を変更させる。すなわち、駆動部１１は、光切断プローブ２と測定対象３とを相対移動させる。

位置検出部１２は、回転位置検出部１５とヘッド位置検出部１６とを備えている。
ヘッド位置検出部１６は、ヘッド駆動部１４のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の位置をそれぞれ検出するＸ軸用エンコーダ、Ｙ軸用エンコーダ、及びＺ軸用エンコーダを備える。ヘッド位置検出部１６は、それらのエンコーダによってヘッド駆動部１４の位置を検出し、ヘッド駆動部１４の位置を示す信号を後述の座標検出部５１に供給する。

回転位置検出部１５は、Ａ回転軸１３１、Ｂ回転軸１３２、及びＣ回転軸１３３の回転位置をそれぞれ検出するエンコーダを備える。回転位置検出部１５は、それらのエンコーダを用いて、Ａ回転軸１３１、Ｂ回転軸１３２、及びＣ回転軸１３３の回転位置を検出し、検出した回転位置を示す信号を座標検出部５１に供給する。

光切断プローブ２は、上述したように、光切断方式により測定対象３の表面形状を検出するために、投光部２１及び撮像部２２を備えている。投光部２１は、後述の間隔調整部５２から供給される光の照射を制御する制御信号に基づき、測定対象３に直線上の光があたるように、測定対象３に直線状のスリット光（ライン状の光）を照射する。
撮像部２２は、投光部２１からの照射光により測定対象３の表面に形成される光切断線を撮像する。ここで、光切断線は、測定対象３の断面形状に応じて形成される。そして、撮像部２２は、測定対象３の表面に形成される陰影パターンを撮像し、撮像した画像情報を間隔調整部５２に供給する。これにより、制御装置４は、形状測定データを取得する。

また、光切断プローブ２は、プローブ調整部２３を備えており、このプローブ調整部２３は、後述する測定制御部５６内の画像取得条件設定部５９からの制御信号を、間隔調整部５２を介して受信し、撮像部２２のシャッター機構を制御することによりシャッタースピードを調整する。また、プローブ調整部２３は、投光部２１のＬＥＤ等の発光輝度を制御する。

続いて、制御装置４について説明する。
制御装置４は、演算処理部４１と、入力装置４２と、ジョイスティック４３と、モニタ
４４とを備えている。

入力装置４２は、ユーザが各種指示情報を入力するキーボードなどを備える。入力装置４２は、入力された指示情報を検出し、検出した指示情報を記憶部５５に記憶させる。
ジョイスティック４３は、ユーザの操作を受けて、その操作に応じて駆動部１１を駆動させる制御信号を生成して駆動制御部５４に供給する。このように、ジョイスティック４３は、光切断プローブ２を配置させる状態を示す情報を検出し、検出した情報に基づいて
光切断プローブ２を配置させる制御指令情報として、入力することができる。
モニタ４４は、データ出力部６０から供給された測定データ（全測定ポイントの座標値）等を受け取る。モニタ４４は、受け取った測定データ（全測定ポイントの座標値）等を表示する。また、モニタ４４は、計測画面、指示画面等を表示する。

演算処理部４１は、形状測定装置１００における測定対象３の形状を測定する処理の制御を行い、測定対象３表面の基準平面からの高さを算出し、測定対象３の三次元形状を求める演算処理を行う。また、演算処理部４１は、座標検出部５１、間隔調整部５２、座標算出部５３、駆動制御部５４、記憶部５５、測定制御部５６、データ出力部６０、及びハードディスク６１を備えている。

座標検出部５１は、回転位置検出部１５及びヘッド位置検出部１６から出力される６軸座標信号によって、光切断プローブ２の位置、及び光切断プローブ２の姿勢を検知する。
ここで、６軸座標信号とは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸、及びＡ回転軸１３１、Ｂ回転軸１３２、Ｃ回転軸１３３の３軸の座標を示す信号である。
つまり、座標検出部５１は、ヘッド位置検出部１６から出力される直交３軸の座標信号によって、光切断プローブ２の位置、すなわち水平方向における観察位置（光軸中心位置）と上下方向における観察位置とを検知する。また、座標検出部５１は、回転位置検出部１５から出力される回転位置を示す信号によって、光切断プローブ２の姿勢を検知する。

座標検出部５１は、光切断プローブ２の位置、及び光切断プローブ２の姿勢を示す情報として、６軸の座標情報を座標算出部５３に供給する。また、座標検出部５１は、光切断プローブ２の６軸の座標情報に基づいて、光切断プローブ２の移動経路、移動速度などを検出する。

間隔調整部５２は、予め定められた所定の撮像頻度（単位時間当たりの測定画像の撮像回数）で、或いは、画像取得条件設定部５９で設定された撮像頻度で、撮像部２２から画像情報を受け取る。そして、間隔調整部５２は、撮像部２２から受け取った画像情報を座標算出部５３に供給する。

座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給されたフレームが間引かれた画像情報を受け取る。座標算出部５３は、座標検出部５１から供給された光切断プローブ２の６軸の座標情報を受け取る。座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給された画像情報と、座標検出部５１から供給されたと６軸の座標情報とに基づき、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出する。すなわち、座標算出部５３は、撮像部２２からの検出結果（画像情報）に基づいて測定対象３の形状を検出（測定）する。

座標算出部５３におけるこの点群データの具体的な算出方法は、以下の通りである。まず、座標算出部５３は、受け取った光切断プローブ２の６軸の座標情報から、光切断プローブ２に固定された投光部２１の座標と、撮像部２２の座標とを算出する。
ここで、投光部２１は、光切断プローブ２に固定されているので、投光部２１の照射角度は、光切断プローブ２に対して固定である。また、撮像部２２も光切断プローブ２に固定されているので、撮像部２２の撮像角度は、光切断プローブ２に対して固定である。

座標算出部５３は、照射した光が測定対象３にあたった点の位置を、三角測量法に基づき算出する。ここで、照射した光が測定対象３にあたった点の座標は、投光部２１による当該位置へ照射した光の伝搬方向と、当該位置から撮像部２２の結像光学系の瞳の中心へ向かう方向とを含む平面内の座標として求める。ちなみに、光の伝搬方向は投光部２１の投影光学系の光軸に基づいて、光の伝搬方向を決めることができ、当該位置から撮像部２２の結像光学系の瞳の中心へ向かう方向は、照射した光により得られる測定光の像の位置を求めれば、当該位置から撮像部２２の結像光学系の瞳の中心へ向かう方向が決まる。この平面内で二つの方向が決まり、光切断センサーの投光部２１と撮像部２２の位置情報を取得すれば、三次元空間での位置が定まる。なお、上記の撮像された画像は、測定位置に配置された光切断プローブ２によって検出された画像を示す。
これによって、形状測定装置１００は、測定対象３に照射されるスリット光を所定の方向に走査させることにより、座標算出部５３により、光が照射された位置の座標を算出することができる。つまり、測定対象３の表面形状を求めることができる。座標算出部５３は、測定対象３の形状をライン光に基づいて検出された点群の位置情報である点群データとして検出する。
また、座標算出部５３は、算出した三次元座標値の点群データを記憶部５５に記憶させる。

記憶部５５は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリであり、入力装置４２から供給された各種指示情報を測定条件テーブルとして記憶する。ここで、測定条件テーブルには、測定条件や測定の終了条件、測定対象３の測定開始点（最初の測定ポイント）の座標値等、測定開始位置での測定目標方向、各測定ポイントの初期値を示すデータなどの項目が含まれる。また、記憶部５５は、座標算出部５３から供給された三次元座標値の点群データを測定データとして記憶する。また、記憶部５５は、座標検出部５１から供給された各測定ポイントの座標値データ（６軸の座標情報）を経路情報として記憶する。また、記憶部５５は、測定対象３のＣＡＤデータ（設計情報）を記憶する。

なお、記憶部５５は、形状記憶部５５１と、経路記憶部５５２と、ＣＡＤデータ記憶部５５３と、を備えている。形状記憶部５５１は、上述した座標算出部５３から供給された三次元座標値の点群データを測定データとして記憶する。つまり、形状記憶部５５１は、後述する測定制御部５６によって制御された相対位置に対応させて座標算出部５３が検出した検出値（形状）である点群データを記憶する。
ここで、相対位置とは、光切断プローブ２の測定位置及び姿勢（向き）のことであり、光切断プローブ２と測定対象３との相対的な位置を示し、測定対象３が固定されている場合には、光切断プローブ２の測定位置を示す。
経路記憶部５５２は、変更させた上述の相対位置（各測定ポイント）に対応する光切断プローブ２の座標値データ（６軸の座標情報）を相対位置の経路情報として記憶する。
ＣＡＤデータ記憶部５５３は、測定対象３のＣＡＤデータ（設計情報）を記憶する。

駆動制御部５４は、ジョイスティック４３からの操作信号に基づいて、又は、測定制御部５６の移動指令部５７からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部１４及び回転機構１３に駆動信号を出力して、駆動部１１を移動させる制御を行う。

測定制御部５６は、移動指令部５７と、法線算出部５８と、画像取得条件設定部５９とを含む。また、測定制御部５６は、座標算出部５３における測定（点群データの生成）動作を制御する。また、測定制御部５６は、記憶部５５から測定条件テーブルに登録された測定対象３の測定開始点（最初の測定ポイント）及び測定終了条件、等を読み出す。また、測定制御部５６は、移動指令部５７により、測定対象３の測定開始点、及び座標算出部５３によって算出（検出）された測定対象３の形状に応じて、測定対象３に対するスキャンの移動経路を算出する。
すなわち、移動指令部５７は、座標算出部５３によって算出（検出）された検出値（三次元座標値の点群データ）に基づいて、次にライン光を検出する位置になるように光切断プローブ２と測定対象３との相対位置を制御する。つまり、移動指令部５７は、検出値（三次元座標値の点群データ）に基づいて、撮像部２２によってライン光を検出可能な範囲内に収まるように、光切断プローブ２と測定対象３との距離を制御する。すなわち、移動指令部５７は、三次元座標値の点群データに基づいて、光切断プローブ２と測定対象３との測定可能距離を示すワーキングディスタンスを制御する。

また、測定制御部５６は、法線算出部５８により、検出値（三次元座標値の点群データ）に基づいて、ライン光における測定対象３の法線方向を示す法線ベクトルを算出し、算出した法線ベクトルに基づいて、移動指令部５７により、ライン光を照射する光切断プローブ２の向き（姿勢）を制御する。
この場合に、法線算出部５８は、形状記憶部５５１から読み出した、現在の相対位置に対する三次元座標値の点群データと現在より過去に検出された（例えば、１つ前の）相対位置に対する三次元座標値の点群データとに基づいて、現在の相対位置における法線ベクトルを算出する。すなわち、法線算出部５８は、連続する２枚のライン光の撮像画像から測定対象３の測定面の法線方向を示す法線ベクトルを算出する。

また、測定制御部５６は、画像取得条件設定部５９により、測定対象３の測定面の法線ベクトルと、測定対象の測定面と光切断プローブ２との相対位置を基に、光切断プローブ２内のプローブ調整部２３を制御することにより、次画像取得のための撮像部２２のシャッタースピードや、投光部２１のＬＥＤ等の光源輝度を制御する。また、測定制御部５６は、画像取得条件設定部５９により、間隔調整部５２を介して光切断プローブ２における撮像頻度（単位時間当たりの測定画像の撮像回数）を制御し、また、移動指令部５７を介してスキャン速度（光切断プローブ２の移動速度）をリアルタイムに設定する。

また、測定制御部５６は、法線算出部５８により、光切断プローブ２を測定方向に移動させる間に座標算出部５３によって得られた複数回の点群データの測定結果に基づいて、法線ベクトルを算出し、この法線ベクトルの方向に基づいて光切断プローブ２の姿勢を制御する。なお、本実施形態の形状測定装置１００では、移動指令部５７が、法線算出部５８により算出した法線ベクトルの向きと、ライン光の照射方向とが一致する向きになるように光切断プローブ２を制御をする（図１０を参照）。

また、測定制御部５６は、記憶部５５から読み出した測定終了条件に基づいて、測定対象３の形状の検出を終了させる。測定終了条件の詳細は、後述する。
また、測定制御部５６は、座標算出部５３によって点群データを繰り返し検出させる際に、変更させた相対位置（光切断プローブ２の測定位置及び姿勢）に対応する光切断プローブ２の座標値データ（６軸の座標情報）を経路記憶部５５２に記憶させる。測定制御部５６は、再び同じ測定対象３の形状を検出させる場合に、経路記憶部５５２から読み出した相対位置の経路に基づいて、光切断プローブ２の６軸の座標情報を変更させて、座標算出部５３に点群データを繰り返し検出させることができる。

画像取得条件設定部５９は、法線算出部５８により算出された法線ベクトルと光切断プローブ２と測定面の相対位置情報に基づいて、撮像画像に含まれる測定光の明るさに応じた画像取得条件を設定する。画像取得条件設定部５９は、例えば、法線算出部５８により算出された法線ベクトルと光切断プローブ２と測定面の相対位置情報に基づいて、シャッタースピード（測定画像を検出する時間幅）の算出を行い、このシャッタースピードを撮像状態として設定する。すなわち、被測定物の形状（面の傾き）が急峻に変化する場合に、撮像部２２で検出する散乱光の明るさが変化するので、画像取得条件設定部５９は、この散乱光の明るさに応じて測定画像を検出するシャッタースピードを設定する。また、画像取得条件設定部５９は、法線算出部５８により算出された法線ベクトルに基づいて、投光部２１のＬＥＤ等の発光輝度を撮像状態として設定する。

このように、画像取得条件設定部５９が撮像部２２のシャッタースピードや投光部２１の発光輝度を調整することにより、形状測定装置１００は、被測定物が複雑な形状である場合など、被測定物の形状（面の傾き）が急峻に変化する場合において、連続的に撮像する撮像画像の明るさにムラが発生することを回避し、点群データの品質を一定に保つことができる。

また、画像取得条件設定部５９は、法線算出部５８により算出された法線ベクトルと光切断プローブ２と測定面の相対位置情報に基づいて、測定画像の撮像頻度（単位時間当たりの測定画像の撮像回数）を撮像状態として設定し、座標算出部５３は、設定された撮像頻度に応じて撮像された測定画像に含まれる測定光の位置に基づいて、測定対象３の表面の形状を測定する。
これは、例えば、図１１に示すような複雑な形状測の測定対象３の形状測定を行う場合において、光切断プローブ２が一定間隔でＸ方向に移動し、かつ、測定画像の撮像頻度が一定である場合は、傾斜面上の測定位置Ｐ１１における単位面積当たりの撮像回数が、平面上の測定位置Ｐ１０における単位面積当たりの撮像回数よりも少なくなる可能性がある。このため、画像取得条件設定部５９は、測定対象３の測定面の法線ベクトルと光切断プローブ２と測定面の相対位置情報に基づいて、測定画像の撮像頻度を撮像状態として設定することにより、測定対象３の単位面積当たりの撮像頻度を一定にすることができる。すなわち形状測定装置１００は、測定面が急峻に変化する場合においても、測定面に対するデータ測定間隔（距離）を一定に保つことができる。

なお、上記の撮像頻度（単位時間当たりの測定画像の撮像回数）と、光切断プローブ２の移動速度とに応じて、データ測定間隔（距離）が決まり、この「データ測定間隔」を「データ取得ピッチ」とも呼ぶ。形状測定装置１００は、このデータ取得ピッチごとに、光切断プローブ２の移動先の座標位置を算出し、光切断プローブ２を移動させる。

また、画像取得条件設定部５９は、法線算出部５８により算出された法線ベクトル（と光切断プローブ２と測定面の相対位置情報に基づいて、測定対象３と撮像部２２との相対的な移動速度（スキャン速度）を撮像状態として設定し、この移動速度の情報を、測定制御部５６の移動指令部５７に通知する。移動指令部５７は、この移動速度（スキャン速度）の情報に基づいて、光切断プローブ２を移動させる。
これにより、形状測定装置１００では、例えば、撮像頻度（単位時間当たりの測定画像の撮像回数）が同じであっても、測定対象３の測定面の単位面積当たりの撮像頻度を一定にすることができる。すなわち形状測定装置１００は、測定面が急峻に変化する場合においても、測定面に対するデータ取得ピッチを一定に保つことができる。

また、画像取得条件設定部５９は、選択部５９Ａと、識別部５９Ｂとを備える。選択部５９Ａは、法線算出部５８により算出された法線ベクトルと、ＣＡＤデータに基づいて得られる法線ベクトルの情報とを比較し、法線算出部５８が算出する法線ベクトルの中から画像取得条件設定部５９が撮像状態を設定する際に用いることができる有効（正常）な法線ベクトルを選択する。

例えば、図９は、測定対象３が円柱である場合の法線ベクトルの検出の例を示している。この図９（ａ）に示すように、円柱の長手方向をＹ軸方向に設定し、このＹ軸方向にスキャン（光切断プローブ２を移動）したとすると、円柱上面を測定する場合の法線ベクトル分布は、図９（ｂ）に示すように、（ｘ，ｙ，ｚ）＝（−１〜＋１，０，０〜＋１）の範囲で変化する。従って、選択部５９Ａは、検出された法線ベクトルが、図９（ｂ）に示すように、（ｘ，ｙ，ｚ）＝（−１〜＋１，０，０〜＋１）の範囲にある場合に、検出された法線ベクトルが有効（正常）な法線ベクトルであると判定し、それ以外の範囲に有る場合に、検出された法線ベクトルが検出されるべきでない異常な法線ベクトルであると判定する。
これにより、形状測定装置１００は、法線算出部５８により算出（検出）した法線ベクトルを、ＣＡＤデータを基に正常な法線ベクトルであるか否かを判定することができ、異常な法線ベクトルを排除することができる。このため、形状測定装置１００は、複雑な形状の測定対象３の形状測定を行う場合に、精度を高めて形状測定を行うことができる。

また、識別部５９Ｂは、法線算出部５８が算出する法線ベクトルの中から選択部５９Ａが選択しなかった法線ベクトルを、異常な法線ベクトルの情報として識別し、記憶部５５に保存する。そして、形状測定装置１００は、この異常な法線ベクトを異常値として後処理で利用できるようにする。例えば、座標算出部５３は、この異常な法線ベクトルを用いて点群データを生成し、この点群データを、正常な法線ベクトルを基にして得られた点群データと色分けしてモニタ４４に表示することができる。

データ出力部６０は、記憶部５５から測定データ（全測定ポイントの座標値）等を読み出す。データ出力部６０は、その測定データ（全測定ポイントの座標値）等をモニタ４４に供給する。また、データ出力部６０は、測定データ（全測定ポイントの座標値）等をプリンタ（不図示）へ出力する。

ハードディスク６１は、磁気記憶装置などの不揮発性の記憶装置であり、記憶部５５に記憶されている情報を保存しておく目的のために記憶する。記憶部５５に記憶されている情報は、例えば、形状記憶部５５１に記憶されている点群データや、経路記憶部５５２に記憶されている経路情報や、ＣＡＤデータ記憶部５５３に記憶されている設計情報（ＣＡＤデータ）などである。これらの情報は、測定制御部５６によって、記憶部５５から読み出されて、ハードディスク６１に記憶される。また、ハードディスク６１に記憶されている情報は、測定制御部５６によって、ハードディスク６１から読み出され、記憶部５５に記憶されて、測定の際に使用されてもよい。

［形状データを作成するまでの手順］
次に、図４を参照して、形状測定装置１００が測定対象３を光切断プローブ２によりスキャンし形状データを作成するまでの手順を説明する。
図４は、本実施形態における形状測定装置１００の測定手順を示す図である。
この図において、まず、測定オブジェクト（被測定物）である測定対象３が、ユーザによって測定台に設置される（ステップＳ１０１）。つまり、測定対象３は、形状測定装置１００の定盤１８上における稼動範囲の測定有効空間に設置される。

次に、ユーザが、ヘッド駆動部１４及び回転機構１３を測定開始位置に移動させる（ステップＳ１０２）。つまり、光切断プローブ２が、測定開始位置に移動させられる。すなわち、光切断プローブ２から照射される光切断線（ライン光）が測定対象３の測定開始位置に照射されるように、例えば、移動ツマミ（入力装置４２の一部）、又はジョイスティック４３を用いて６軸座標を調整され、駆動制御部５４は、移動ツマミ又はジョイスティック４３からの操作信号に基づいて、ヘッド駆動部１４及び回転機構１３を移動及び回転させる。そして、駆動制御部５４は、移動ツマミ又はジョイスティック４３からの操作信号に基づいて、登録位置として設定された駆動部１１の測定開始位置を記憶部５５に記憶させる。これにより、形状測定装置１００は、測定開始位置が設定される。

ヘッド駆動部１４及び回転機構１３を測定開始位置に移動させる場合、光切断線は、光切断プローブ２内の撮像部２２によりモニタされ、画像中心位置に撮像されるように微調整されてもよい。なお、光切断プローブ２は、形状測定装置１００に取り付け前に単体校正が実施され、ライン光が計測カメラの中心位置にある場合が、ワーキングディスタンスの中心となるように予め校正されている。

次に、光切断線の照射方向（測定目標方向）が、ユーザによって指定される（ステップＳ１０３）。つまり、ユーザによって、Ｃ回転軸１３３を移動ツマミ又はジョイスティック４３により光切断線の長手方向を測定対象３に合わせて、光切断線の照射方向が、調整される。この場合、スキャン方向（光切断プローブ２の移動方向）は、光切断線の長手方向と垂直な方向となる。
ここで、駆動制御部５４は、移動ツマミ又はジョイスティック４３からの操作信号に基づいて、回転機構１３のＣ回転軸１３３を回転させるとともに、登録位置として設定された測定開始位置での測定目標方向を記憶部５５に記憶させる。

次に、形状測定装置１００では、測定データ取得距離、又は測定終了条件が、ユーザによって指定される（ステップＳ１０４）。つまり、入力装置４２又はジョイスティック４３により、測定データ取得距離、又は測定終了条件が指定され、入力装置４２又はジョイスティック４３は、指定された測定データ取得距離、又は測定終了条件を記憶部５５に記憶させる。

本実施形態では、自動追従動作を終了させる測定終了条件として、以下に示す条件の設定が可能である。なお、測定制御部５６は、指定された測定終了条件に到達するまで、光切断プローブ２の位置及び姿勢（上述の相対位置）を変更させて、座標算出部５３に点群の位置情報である点群データを繰り返し検出させる。

（１）測定距離によって測定を終了する。
この場合、形状測定装置１００では、例えば、ｍｍ（ミリメートル）単位によって、測定対象３の測定開始位置から測定を行う距離が指定される。また、その距離の指定においては、頻繁に利用する距離を予めメニュー化しておいて、そのメニューの内から指定する方式でもよい。
また、この測定終了条件が指定された場合に、測定制御部５６は、光切断プローブ２の位置が測定対象３の測定開始位置から上述の指定された距離以上離れた位置になった場合に測定対象３の形状の検出を終了させる。

（２）同一位置点群の検出によって測定を終了する。
この測定終了条件が指定された場合、座標算出部５３によって検出された点群データが、既に取得済みのデータと一致（同一位置点群）、又は近距離で重なる場合に、形状測定装置１００は、測定を終了する。すなわち、測定制御部５６は、上述の相対位置を変更させて、座標算出部５３に点群データを繰り返し検出させ、新しく検出された点群データ（点群の位置情報）が、既に検出された点群データの値を含む予め定められた範囲内である場合に、測定対象３の形状の検出を終了させる。例えば、球面を連続的に測定（スキャン）し、３６０度測定の結果、近距離の点群が重なる場合に、測定制御部５６は、測定対象３の形状の検出を終了させる。

（３）法線角度の範囲によって測定を終了する。
この測定終了条件が指定された場合、形状測定装置１００は、後述する法線ベクトルの向きが予め定められた範囲内にあるかをモニタし、法線ベクトルの向きがこの範囲から外れた場合に測定を終了する。つまり、測定制御部５６は、法線ベクトルの向きが予め定められた範囲内にあるかをモニタし、後述する法線ベクトルの向きが、予め定められた範囲外である場合に、測定対象３の形状の検出を終了させる。

（４）画像毎点群数の下限値によって測定を終了する。
この測定終了条件が指定され、形状測定装置１００は、例えば、１０２４を最大とする画像取得毎の点群数が、規定値を下回った場合に、測定を終了する。つまり、測定制御部５６は、上述の相対位置を変更させて座標算出部５３に１回に検出させた点群の数が、予め定められた値以下である場合に、測定対象３の形状の検出を終了させる。

（５）点群数の上限値によって測定を終了する。
この測定終了条件が指定され、形状測定装置１００は、測定開始から取得された点群データの総数が上限値を越えた場合に、測定を終了する。つまり、測定制御部５６は、上述の相対位置を変更させて座標算出部５３に検出させた点群の数をカウントして、カウントした点群データの総数が、予め定められた上限値を越えたら場合に、測定対象３の形状の検出を終了させる。

（６）空間座標範囲によって測定を終了する。
この測定終了条件が指定された場合、形状測定装置１００は、後述するワールド座標の指定された範囲内に到達した場合に、測定を終了する。つまり、測定制御部５６は、上述の相対位置を変更させて座標算出部５３に検出させた点群データが、ワールド座標の指定された範囲内に到達した場合に、測定対象３の形状の検出を終了させる。
このように、形状測定装置１００では、以上の（１）から（６）の測定終了条件を単体、及び組み合わせ条件として指定する。

次に、形状測定装置１００では、測定対象３の表面のデータ取得ピッチの初期値がユーザによって指定される（ステップＳ１０５）。つまり、入力装置４２又はジョイスティック４３を用いて、データ測定ピッチが指定され、入力装置４２又はジョイスティック４３は、指定されたデータ測定ピッチを記憶部５５に記憶させる。なお、このデータ取得ピッチは、後述するように、被測定面の形状に応じて画像取得条件設定部５９により変更されるものである。

以上により、形状測定装置１００において、測定対象３の形状を測定するための設定が完了する。

次に、形状測定装置１００は、測定対象３の形状の測定を開始する（ステップＳ１０６）。つまり、測定制御部５６は、上述で設定された測定条件テーブルを記憶部５５から読み出して、測定条件テーブルに基づいて測定対象３の形状の測定を開始する。形状測定装置１００は、以下のように、光切断プローブ２の位置及び姿勢（上述の相対位置）を変更させて、座標算出部５３に点群の位置情報である点群データを繰り返し検出させる。

測定対象３の形状の測定において、まず、形状測定装置１００は、測定終了条件に達したかを判定する（ステップＳ１０７）。つまり、測定制御部５６は、ステップＳ１０４の処理において指定された測定終了条件に達したか否かを判定する。測定制御部５６は、測定終了条件に達したと判定した場合に、ステップＳ１２１に処理を進める。また、測定制御部５６は、測定終了条件に達していないと判定した場合に、ステップＳ１０８に処理を進める。

次に、ステップＳ１０８において、形状測定装置１００は、６軸の現座標情報、光切断の画像を取得する。つまり、測定制御部５６は、測定条件テーブルに基づいて測定開始位置に光切断プローブ２の位置を移動及び姿勢を変更させる。そして、測定制御部５６は、座標検出部５１に６軸の現座標情報を検出させるとともに、間隔調整部５２を介して撮像部２２に光切断の画像を取得させる。
なお、撮像部２２によって光切断プローブ２の画像を取得されるのと同期して、座標検出部５１は、位置検出部１２が検出した移動後の（現在の）６軸の座標情報をラッチし、座標算出部５３に供給する。また、撮像部２２によって取得された画像は、間隔調整部５２を介して座標算出部５３に供給される。

次に、形状測定装置１００は、６軸の座標情報と画像内の輝度ピーク位置から１画像分の点群データを生成する（ステップＳ１０９）。つまり、座標算出部５３は、座標検出部５１から供給された６軸の座標情報と、間隔調整部５２から供給された画像とに基づいて、１画像分の点群データを生成する。座標算出部５３は、生成した点群データを形状記憶部５５１に記憶させる。
なお、座標算出部５３は、点群データを生成する際に、後述するプローブ座標から後述するワールド座標に変換する。以下、座標算出部５３が、プローブ座標からワールド座標に変換して、点群データを生成する一例を説明する。

（プローブ座標系について）
まず、本実施形態におけるプローブ座標系について説明する。
図５は、本実施形態におけるプローブ座標系を示すベクトル関連図である。
この図において、プローブ座標系は、光切断プローブ２単体において、照明光軸Ｌ１と撮像光軸Ｌ２が交わる点を原点とし、投光部２１の方向をＺ軸のプラス方向、Ｚ軸と直交する紙面右に向かう方向をＸ軸のプラス方向、紙面奥に向かう方向をＹ軸のプラス方向として示される。本実施形態では、例えば、撮像部２２は、１０２４×１０２４画素のＣＣＤカメラを使用し、光切断線の長手方向を垂直方向として撮像する。そのため、座標算出部５３は、最大輝度位置の検出を水平方向に行うことにより、最大１０２４個のピーク位置を検出することが可能である。

これにより、予め光切断プローブ２単体の校正がされた状態では、座標算出部５３は、撮像された画像内の精密な水平画素位置から、校正データを基にした補正演算により、光切断面内のプローブ座標系での三次元座標を生成することが可能である。
なお、本実施形態において、光切断プローブ２単体校正が完了しているものとし、補正演算内容の詳細に関しては、説明を省略する。

（ワールド座標系について）
次に、本実施形態におけるワールド座標系について説明する。
ワールド座標系は、例えば、図１に示された形状測定装置１００の定盤１８上における左手前を原点としてＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向での測定空間内の三次元位置を示す座標系である。なお、座標算出部５３は、点群データをこのワールド座標系の位置情報（座標情報）として生成する。

（プローブ座標からワールド座標への変換）
次に、座標算出部５３における、プローブ座標からワールド座標に変換して、点群データを生成する処理について説明する。座標算出部５３は、プローブ座標系として生成された点群座標に６軸の座標情報を加味した演算を行い、ワールド座標系に変換する。
ここで、プローブ座標系によって示される点の三次元座標を式（１）として示す。

図６は、本実施形態における回転軸ベクトルを示すベクトル関連図である。
この図において、Ａ回転軸１３１及びＢ回転軸１３２の回転中心をポイントＰ１とし、Ｃ回転軸１３３の回転中心（プローブ座標原点でもある）をポイントＰ２として示す。また、光切断プローブ２によって画像が取得される際のＡ回転軸１３１の角度を角度ａとし、Ｂ回転軸１３２の角度を角度ｂとし、Ｃ回転軸１３３の角度を角度ｃとして示す。
ここで、Ａ回転軸１３１、Ｂ回転軸１３２、及びＣ回転軸１３３の各回転軸に対応する回転行列をそれぞれＭａ、Ｍｂ、及びＭｃとすると、ワールド座標への変換は、式（２）として示される。

ここで、Ｏ（オー）は、Ａ回転軸１３１及びＢ回転軸１３２の回転中心におけるワールド座標を示すベクトルであり、座標検出部５１が検出した形状測定装置１００のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の座標情報と一致させるように校正されている。
また、Ｌは、（ａ＝ｂ＝０）である場合のＡ回転軸１３１及びＡ回転軸１３２の回転中心を基点として、Ｃ回転軸１３３の回転中心に向けてのベクトルを示す。ベクトルＬのノルムをｌ（エル）とすると、ベクトルＬは、式（３）として示される。

式（３）として示される演算処理により、座標算出部５３は、ベクトルＬの先端、即ち、プローブ座標系の原点ポイントＰ２を、ワールド座標系に変換することができる。つまり、座標算出部５３は、光切断プローブ２によって検出された測定対象３の表面の位置情報（点群データ）をワールド座標系に変換することができることを示している。
また、座標算出部５３は、生成した点群データを形状記憶部５５１に記憶させる。

図４に戻り、次に、形状測定装置１００は、前画像、現画像の点群位置から測定対象３の表面の法線を検出する（ステップＳ１１０）。つまり、測定制御部５６内の法線算出部５８は、形状記憶部５５１から１つ前の測定位置（相対位置）に対する検出値（形状）である前画像の点群データと、現在の測定位置（相対位置）に対する検出値（形状）である現画像の点群データとを読み出す。そして、測定制御部５６は、形状記憶部５５１から読み出した、前画像の点群データと現画像の点群データとに基づいて、現在の測定位置（相対位置）における法線ベクトルを算出する。

（法線ベクトルの算出例）
ここで、法線算出部５８における法線ベクトルの算出の一例を説明する。
図７は、本実施形態における法線ベクトルの生成例を示す概念図である。
図７（ａ）において、点群データＤ２は、現在の測定位置において取得された画像ｎ（現画像）に基づいて、生成されたワールド座標系による点群データを示している。点群データＤ１は、画像ｎ（現画像）の１つ前の測定位置において取得された画像（ｎ−１）（前画像）に基づいて、生成されたワールド座標系による点群データを示している。この点群データＤ１及びＤ２において、四角で囲まれた１〜１０２４の数字は、点群の番号を示している。
法線算出部５８は、現画像ｎから生成された点群から選定された最大１０２４点に対応した法線ベクトル計算を行う。

なお、ここでは、一例として、現画像ｎの５番目の走査線位置から生成された三次元座標における法線ベクトルの計算例を示す。
図７（ｂ）は、図７の現画像ｎ及び前画像（ｎ−１）における５番目近傍の点群データＤ３を示している。この図において、ベクトルＶ０は、現画像ｎの５番目の点を基点として、現画像ｎの４番目に向かう三次元ベクトルを示し、ベクトルＶ１は、現画像ｎの５番目の点を基点として、前画像（ｎ−１）の４番目に向かう三次元ベクトルを示す。また、ベクトルＶ２は、現画像ｎの５番目の点を基点として、前画像（ｎ−１）の５番目に向かう三次元ベクトルを示す。さらに、ベクトルＶ３は、現画像ｎの５番目の点を基点として、現画像ｎの６番目に向かう三次元ベクトルを示し、ベクトルＶ４は、現画像ｎの５番目の点を基点として、前画像（ｎ−１）の６番目に向かう三次元ベクトルを示す。

上述のように、ベクトルＶ０〜Ｖ４を定義した場合、この現画像ｎの５番目の点における法線ベクトルＮは、式（４）として示される。

この式（４）において、「×」は外積を示し、「ｕｎｉｔ」は単位ベクトル化関数を示す。また、「＋」はベクトル加算を示す。
なお、式（４）の方式では、周辺４ベクトルを平均化して求める方式であるため、測定制御部５６は、安定した法線ベクトルＮを算出することができる。
また、この現画像ｎの５番目の周辺点群に欠落がある場合には、平均数は３以下として対応してもよい。

測定制御部５６内の法線算出部５８は、上述の式（４）として示される演算方法によって、１画像から最大１０２４点に対応した法線ベクトルを算出するが、ここでは、プローブ座標系で、Ｚ軸の座標が最大となる位置における法線ベクトルの算出を行う。即ちプローブと被測定物の距離が最短となる被測定物面の近傍を対象に、法線ベクトルの算出を行う。

図４に戻り、ステップＳ１１０の処理において法線ベクトルが算出されると、測定制御部５６内の画像取得条件設定部５９は、ステップＳ１１１〜Ｓ１１８に示す画像取得条件の設定処理を開始する。この画像取得条件の設定処理において、画像取得条件設定部５９は、まず最初に、選択部５９Ａにより、ステップＳ１１０において検出（算出）された法線ベクトルが有効な法線ベクトル線であるか否かを判定する（ステップＳ１１１）。例えば、選択部５９Ａは、ステップＳ１１０において算出された法線ベクトルを、予め記憶部５５に記憶した測定対象３のＣＡＤデータ（設計情報）から得られる法線ベクトルと比較する。そして、選択部５９Ａは、この算出された法線ベクトルがＣＡＤデータから得られる法線ベクトルの方向から所定の範囲内の方向にある場合に、有効な法線ベクトルと判定する。

そして、画像取得条件設定部５９は、ステップＳ１１１の処理において、算出された法線ベクトルが有効な法線でないと判定された場に（ステップＳ１１２）、この法線ベクトルを異常値としリジェクト（無効に）し、この異常な法線ベクトルが算出された測定点において生成された点群データを無効にしてスキップし（ステップＳ１１３）、ステップＳ１１９の処理に移行する。

一方、ステップＳ１１１の処理において、算出された法線が有効な法線であると判定された場合に（ステップＳ１１４）、画像取得条件設定部５９は、ステップＳ１１５〜Ｓ１１８に示す画像取得条件の設定処理を行う。
この画像取得条件の設定処理において、画像取得条件設定部５９は、最初に、得られた法線ベクトルの情報から、シャッタースピードの算出を行う（ステップＳ１１５）。例えば、画像取得条件設定部５９は、照明光軸に対する法線角度θを求め、シャッタースピードＳＳを式（５）により、拡散光の反射強度に合わせ算出する。

ここで、ＳＳ０は、「照明光軸との法線角度θ＝０」の場合のシャッタースピードである。

続いて、形状測定装置１００は、投光部２１における光源輝度の調整値の算出を行う（ステップＳ１１６）。例えば、画像取得条件設定部５９は、照明光軸に対する法線角度θを求め、光源輝度の調整値ＰＬを式（６）により、拡散光の反射強度に合わせ算出する。

ここで、Ｐ０は、「照明光軸との法線角度θ＝０」の場合の光源輝度調整値である。

次に、形状測定装置１００は、データ取得ピッチの算出を行う（ステップＳ１１７）。例えば、画像取得条件設定部５９は、撮像光軸に対する法線角度φを求め、被測定面上のデータ取得ピッチが均等になるように、データ取得ピッチｔを式（７）により算出する。

ここで、ｔ０は、「撮像光軸との法線角度φ＝０」の場合のデータ取得ピッチである。

続いて、形状測定装置１００は、スキャン速度（光切断プローブ２の移動速度）の算出を行う（ステップＳ１１８）。例えば、画像取得条件設定部５９は、撮像光軸に対する法線角度φを求め、被測定面上のデータ取得ピッチが均等になるようにスキャン速度Ｖを算出する。

ここで、Ｖ０は、「撮像光軸との法線角度φ＝０」の場合の移動速度である。

このように、形状測定装置１００は、光切断法による測定において、連続的に得られる画像から法線ベクトルの算出を行い、その法線ベクトルの情報を基に次画像取得のためのシャッタースピード、光源輝度、データ取得ピッチ、スキャン速度をリアルタイムに設定することで、最適な撮像条件で画像を取得することが可能となる。
また、形状測定装置１００は、法線ベクトルの算出時に、予めＣＡＤデータ（設計情報）を基に得られる法線ベクトル方向から所定の範囲内の方向にある法線情報のみを使用することで、画像取得条件を設定する際の信頼性を保つことが可能となる。

そして、上記のステップＳ１１５からＳ１１８までの画像取得条件の設定処理が完了すると、次に、ステップＳ１１９に移行し、形状測定装置１００は、ステップＳ１１７により設定したデータ取得ピッチに応じて、次画像取得の６軸の座標情報を計算する（ステップＳ１１９）。

このステップＳ１１９における６軸の座標情報の計算処理において、測定制御部５６は、移動指令部５７により、式（４）に示される演算方法によって算出された法線ベクトルＮと、ベクトルＶ０及びＶ４とに基づいて、次の測定位置である次画像取得位置に向かう方向ベクトルＤを算出する。
この方向ベクトルＤは、式（９）として示される。

また、記憶部５５から読み出した、上述のステップＳ１１７において設定したデータ取得ピッチを測定対象３の表面のデータ取得ピッチｔとすると、移動ベクトルＭは、式（１０）として示される。

ここで、次画像を取得する位置を示す次画像取得位置ベクトルＳを式（１１）として示す。

また、現在の画像取得位置のワールド座標を示す現画像取得位置のワールド座標位置ベクトルＷを式（１２）として示す。

この現画像取得位置のワールド座標位置ベクトルＷを式（１２）として示す場合、次画像取得位置Ｓは、式（１３）として示される。

この場合におけるベクトル関連図を図８に示す。
図８では、本実施形態における現画像取得位置のワールド座標位置ベクトルＷと次画像取得位置Ｓとの関係を示している。

また、ワールド座標における次画像取得位置Ｓでの６軸の座標Ｐ＝［ｘ ｙ ｚ ａ ｂ ｃ］の各成分は、測定制御部５６によって次のように演算される。法線ベクトルＮの各成分をＮ＝［ＸＮ ＹＮ ＺＮ］Ｔ（Ｔは転置ベクトルを示す）とすると、法線方向に光切断プローブ２を向けるための角度ａ及びｂは、それぞれ式（１４）及び式（１５）として示される。

なお、Ａ回転軸１３１及びＢ回転軸１３２における各回転軸の回転行列をそれぞれＭａ、Ｍｂとすると、Ａ回転軸１３１及びＢ回転軸１３２の回転中心座標Ｏは、式（１６）として示される。

ここで、Ｌは、（ａ＝ｂ＝０）である場合のＡ回転軸１３１及びＢ回転軸１３２の回転中心を基点として、Ｃ回転軸１３３の回転中心に向けてのベクトルを示し、ベクトルＬのノルムをｌ（エル）とすると、ベクトルＬは、式（１７）として示される。

したがって、測定制御部５６は、次画像取得位置Ｓにおける６軸の座標Ｐを式（１４）〜式（１６）により算出することができる。

図４に戻り、次に、形状測定装置１００は、移動指令部５７により６軸を制御して、次画像取得位置に駆動部１１を移動させる（ステップＳ１２０）。つまり、移動指令部５７は、算出された６軸の座標Ｐを指令値として、駆動制御部５４により駆動部１１を移動させる。これにより、駆動制御部５４は、駆動部１１を検出値に応じて６軸の座標に移動させ、光切断プローブ２を次画像取得位置に移動させる。
また、測定制御部５６は、移動させた次画像取得位置に対応する座標情報（光切断プローブ２の座標情報）を経路記憶部５５２に記憶させる。すなわち、測定制御部５６は、座標算出部５３に点群の位置情報を繰り返し検出させる際に、変更させた測定位置（相対位置）に対応する光切断プローブ２の座標情報を経路記憶部５５２に記憶させる。

次に、形状測定装置１００は、ステップＳ１０７において、測定終了条件に達するまで、上述のステップＳ１０８〜Ｓ１２０を繰り返し処理させる。

そして、形状測定装置１００は、ステップＳ１０７の処理において、測定終了条件に達したと判定された場合に、ステップＳ１２１の処理に移行し、形状測定装置１００は、測定制御部５６により、点群データをハードディスク６１にセーブする（記憶させる）。つまり、測定制御部５６は、形状記憶部５５１に記憶されている測定対象３の形状情報である点群データをハードディスク６１に記憶させる。
なお、測定制御部５６は、経路記憶部５５２に記憶されている経路情報（上述の相対位置の経路）をハードディスク６１に記憶させてもよい。

また、測定制御部５６は、再び座標算出部５３に測定対象３の形状を検出させる場合に、経路記憶部５５２から読み出した経路情報に基づいて光切断プローブ２の座標情報を変更させて、座標算出部５３に点群の位置情報を繰り返し検出させてもよい。この場合、測定制御部５６は、ハードディスク６１に記憶されている経路情報を読み出して使用してもよいし、ハードディスク６１に記憶されている経路情報を経路記憶部５５２に記憶させて、使用してもよい。

次に、本実施形態による形状測定装置１００が、測定対象３としての球体の形状を測定する場合の一例について説明する。
図１０は、本実施形態の形状測定装置１００における球体の測定例を示す図である。
この図において、形状測定装置１００は、測定制御部５６が測定位置Ｐ３から測定位置Ｐ６まで光切断プローブ２を移動して、測定対象３（球体）の形状を測定する。なお、測定経路Ｒ１は、測定位置Ｐ３から測定位置Ｐ６までの測定を行う際の経路を示す。

この図に示すように、ユーザによって、測定位置Ｐ３（測定開始位置）に光切断プローブ２が移動され、光切断線の照射方向が指定された場合、測定制御部５６は、測定対象３（球体）の法線方向を算出する。次に、測定制御部５６は、算出した法線方向、光切断線の照射方向、及びデータ取得ピッチに基づいてプローブ角度を含む次画像取得位置を計算して、測定経路Ｒ１に示すように、連続的に計測を実行させる。また、測定制御部５６は、画像取得条件設定部５９により、最適な画像が得られるようにシャッタースピード等の画像取得条件を制御する。
そして、測定制御部５６は、測定終了条件に達した場合（測定位置Ｐ６）に、測定動作を終了させる。

ここで、図９に示すように、測定位置Ｐ３から測定位置Ｐ６の各測定位置において、測定制御部５６は、光切断プローブ２の最適な相対位置（測定位置及び姿勢（向き））を維持するともともに、最適な画像が得られるように画像取得条件を制御しながら、光切断プローブ２を移動させる。つまり、測定制御部５６は、最適なワーキングディスタンスと、最適な光切断プローブ２の向きと、最適な画像取得条件の設定と、を維持させながら、光切断プローブ２を移動させる。なお、光切断線を法線方向から照射する場合、光切断線の短手方向幅が、最も狭くなるため、最も精度よく測定することができる。

（複雑な形状の測定対象３を測定する場合の一例）
次に、本実施形態による形状測定装置１００が、複雑な形状の測定対象３を測定する場合の一例について説明する。

図１１は、本実施形態における複雑な形状の測定例を示す図である。
この図において、形状測定装置１００は、測定制御部５６が測定位置Ｐ１０から測定位置Ｐ１５まで光切断プローブ２をＸ方向に移動して測定する。なお、測定経路Ｒ２は、測定位置Ｐ１０から測定位置Ｐ１５までの測定を行う際の経路を示す。ここで、本実施形態による形状測定装置１００では、測定制御部５６は、測定位置Ｐ１０から測定位置Ｐ１５まで光切断線を測定対象３の法線に近い角度で照射するように光切断プローブ２の制御をする。

例えば、測定位置Ｐ１１において、測定制御部５６は、光切断線を測定対象３の法線に近い角度で照射するように、光切断プローブ２の位置及び姿勢を駆動部１１により変更させる。また、測定制御部５６は、測定位置Ｐ１２から測定位置Ｐ１５においても、測定位置Ｐ１１と同様に、最適なワーキングディスタンスと、最適な光切断プローブ２の向きとを維持させながら、光切断プローブ２を移動させる。また、測定制御部５６は、画像取得条件設定部５９により、測定位置Ｐ１０から測定位置Ｐ１５において、光切断プローブ２による画像取得条件を最適に設定する。

例えば、測定位置Ｐ１２と測定位置Ｐ１３に示すように、面の傾き（法線ベクトルの方向）が急峻に変化する場合においては、撮像部２２により受光する光量が変化することがあり、また、同じスキャン間隔（データ取得ピッチ）で撮像を行うと撮像面の広さに応じて、単位面積あたりの撮像画像のスキャン間隔が変化することがある。このような場合に、本実施形態の形状測定装置１００では、撮像面の状態に応じて、画像取得条件（例えばシャッタースピードや、データ取得ピッチ）を最適に設定することができる。

以上のように、本実施形態による形状測定装置１００は、測定対象（被測定物）３に光切断プローブ２からライン光を照射し、このライン光を撮像する。そして、形状測定装置１００は、ライン光の撮像画像から測定対象３の測定面の法線方向（面の傾斜情報）を示す法線ベクトルを算出し、この法線ベクトルの情報に基づいて、測定時の光切断プローブ２の姿勢を制御する。また、形状測定装置１００は、上記法線ベクトルとライン光の撮像方向とに基づいて、撮像部２２のシャッタースピードや、投光部２１が射影するライン光の明るさや、撮像部２２における撮像頻度（単位時間当たりの測定画像の撮像回数）や、光切断プローブ２の移動速度（スキャン速度）等を設定する。
このように、測定制御部５６が光切断プローブ２の光切断プローブ２の位置と画像取得条件とを最適な状態になるように制御するので、本実施形態による形状測定装置１００は、複雑な形状の測定対象３に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。

［本実施形態の形状測定装置１００の変形例］
上述した形状測定装置１００では、法線ベクトルを算出し、この法線ベクトルの向きとライン光の照射方向とが一致するように光切断プローブ２の姿勢を制御するとともに、法線ベクトルの向きに応じて画像取得条件を制御する例について説明した。しかしながら、本発明の形状測定装置は、これに限定されず、例えば、図１２に示すように、照明光軸Ｌ１の照射方向（照射角度）と法線ベクトル方向とを一致させることなく、一定の照射角度まま照明光軸Ｌ１を測定面に照射して撮像を行う場合においても効果的に適用できるものである。
例えば、形状測定装置１００が、図１２に示すような複雑な形状の測定対象３を測定する場合、次のような問題が発生する場合がある。

例えば、光切断プローブ２における画像取得条件を測定位置Ｐ１０のような平面形状を測定する場合に合わせて設定すると、測定位置Ｐ８のような傾斜形状を測定する場合には、図１２（ａ）に示すように、照明光軸Ｌ１と撮像光軸Ｌ２とを２分する角度に測定対象３の表面の法線ベクトルが位置するため、撮像部２２で撮像される表面から投光部からの正反射光が撮像部２２に入射するため、極端に強い光が入射してしまい、正しい形状測定が行えない場合がある。また、測定位置Ｐ９のような形状を測定する場合、図１２（ｂ）に示すように、光切断線の撮像角度が大きく平坦な波形として捉えられ、撮像画像が暗くなる場合がある。また、測定位置Ｐ９のような形状を測定する場合、測定面の面積が広くなり、同じスキャン間隔（データ取得ピッチ）で撮像を行うと、測定面の単位面積あたりの撮像画像の枚数が少なくなることがある。

すなわち、法線ベクトルに基づいて、ライン光の照射方向を制御しない場合においては、面の傾き（法線ベクトルの方向）に応じてライン光の照射方向が変化することにより、撮像部２２により受光する光量が大きく変化する。また、測定面に対して同じスキャン間隔（データ取得ピッチ）で撮像を行うと撮像面の広さに応じて、測定面の単位面積あたりの撮像画像のデータ取得間隔（データ取得ピッチ）が変化することになる。このような場合においても、本実施形態の形状測定装置１００では、画像取得条件設定部５９により、撮像面の法線ベクトル（傾斜情報）に応じて、シャッタースピードや、発光輝度や、データ取得ピッチや、スキャン速度（移動速度）等を制御することにより、複雑な形状の被測定物に対して精度を高めて測定することが可能になる。

以上説明したように、本実施形態の形状測定装置１００では、撮像される被測定物の表面の傾きを法線ベクトルにより検出し、この傾きに応じて、シャッタースピードやデータ取得ピッチ等の画像取得条件を調整することができる。これにより、本実施形態の形状測定装置１００では、明るさにムラのない撮像画像を得ることができるとともに、撮像面の単位面積当たりデータ取得ピッチ（サンプリング密度）を均一にすることができる。このため、本実施形態の形状測定装置１００では、複雑な形状の被測定物に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。

また、本実施形態の形状測定装置１００では、画像取得条件をリアルタイムで設定することが可能であり、測定対象３の撮像面が急峻に変化する場合においても、撮像面の状態に応じてシャッタースピードやデータ取得ピッチ等をリアルタイムに変更することにより、ムラのない均一の撮像画像を取得することができる。
なお、上述した形状測定装置１００では、測定対象３の面の傾きを測定位置での法線ベクトルを算出することにより検出しているが、例えば、測定位置での接線を算出することにより検出するようにしてもよい。

［構造物製造システムの例］
次に、上述した形状測定装置１００を備えた構造物製造システムについて説明する。
図１３は、本発明の実施形態による形状測定装置１００を備える構造物製造システム２００の構成を示すブロック図である。構造物製造システム２００は、上述した形状測定装置１００と、設計装置１１０と、成形装置１２０と、制御装置（検査装置）１５０と、リペア装置１４０とを備える。

設計装置１１０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１２０に送信する。また、設計装置１１０は、作成した設計情報を制御装置１５０の後述する座標記憶部１５１に記憶させる。ここで、設計情報とは、構造物の各位置の座標を示す情報である。

成形装置１２０は、設計装置１１０から入力された設計情報に基づいて上記構造物を作製する。成形装置１２０の成形工程には、鋳造、鍛造、または切削等が含まれる。
形状測定装置１００は、作製された構造物（測定対象３）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１５０へ送信する。

制御装置１５０は、座標記憶部１５１と、検査部１５２とを備える。座標記憶部１５１には、前述の通り、設計装置１１０により設計情報が記憶される。検査部１５２は、座標記憶部１５１から設計情報を読み出す。検査部１５２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１５１から読み出した設計情報とを比較する。

検査部１５２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１５２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１５２は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合、修復可能であるか否か判定する。修復できる場合、検査部１５２は、比較結果に基づき、不良部位と修復量を算出し、リペア装置１４０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１４０は、制御装置１５０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１４は、構造物製造システム２００による処理の流れを示したフローチャートである。

まず、設計装置１１０が、構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ２０１）。次に、成形装置１２０は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する（ステップＳ２０２）。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Ｓ２０３）。次に、制御装置１５０の検査部１５２は、形状測定装置１００で得られた形状情報と、上記設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作成されたか否か検査する（ステップＳ２０４）。

次に、制御装置１５０の検査部１５２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Ｓ２０５）。作成された構造物が良品である場合（ステップＳ２０５；ＹＥＳ）、構造物製造システム２００はその処理を終了する。一方、作成された構造物が良品でない場合（ステップＳ２０５；ＮＯ）、制御装置１５０の検査部１５２は、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Ｓ２０６）。

作成された構造物が修復できると検査部１５２が判断した場合（ステップＳ２０６；ＹＥＳ）、リペア装置１４０は、構造物の再加工を実施し（ステップＳ２０７）、ステップＳ２０３の処理に戻る。一方、作成された構造物が修復できないと検査部１５２が判断した場合（ステップＳ２０６；ＮＯ）、構造物製造システム２００はその処理を終了する。以上で、本フローチャートの処理を終了する。

以上により、上記の実施形態における形状測定装置１００が複雑な形状の被測定物に対して精度を高めて測定することができるので、構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であるか否かを正確に判定することができる。また、構造物製造システム２００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。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明と上述した実施形態との対応関係について補足して説明する。すなわち、本発明における形状測定装置は、形状測定装置１００が対応し、本発明における投光部は、光切断プローブ２の投光部２１が対応し、本発明における撮像部は、光切断プローブ２の撮像部２２が対応する。また、本発明における算出部は、測定制御部５６内の法線算出部５８が対応し、本発明における設定部は、測定制御部５６内の画像取得条件設定部５９が対応する。
また、本発明における測定部は、座標算出部（点群データ算出部）５３が対応し、本発明における移動部は、測定制御部５６の移動指令部５７が対応する。また、本発明における選択部は、画像取得条件設定部５９内の選択部５９Ａが対応し、本発明における識別部は、画像取得条件設定部５９内の識別部５９Ｂが対応する。また、本発明における測定対象は、測定対象３が対応する。
また、本発明における光束は、投光部２１が測定対象（被測定物）３に投光（照射）するライン光が対応する。本発明における測定光は、光束が測定対象３表面に投光されて生じる反射光（例えば、散乱光）が対応する。

（１）そして、上記実施形態において、形状測定装置１００は、光束を測定対象に投光する投光部２１と、光束が投光されている測定対象３の表面を測定画像として撮像する撮像部２２と、撮像された測定画像に含まれる、測定対象３の表面に生じた測定光の当該測定画像内の位置に基づいて、表面の傾斜情報を算出する算出部（法線算出部５８）と、算出された傾斜情報に基づいて、測定画像に含まれる測定光の明るさに応じた撮像状態を設定する設定部（画像取得条件設定部５９）と、設定された撮像状態に応じて撮像され測定画像に含まれる測定光の前記位置に基づいて、表面の形状を測定する測定部（座標算出部５３）と、を備える。
このような構成で形状測定装置１００では、投光部２１により、測定対象３に光束（ライン光）を投光し、撮像部２２により、ライン光が投光されている測定対象３の表面を測定画像として撮像する。そして、法線算出部５８は、連続する２枚のライン光の撮像画像から測定対象３の測定面の法線方向（面の傾斜情報）を示す法線ベクトルを算出し、画像取得条件設定部５９は、この法線ベクトルに基づいて、シャッタースピードやデータ取得ピッチ等の画像取得条件や投光部２１による光束の明るさを設定する。
これにより、形状測定装置１００は、複雑な形状の測定対象３に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。

（２）また、上記実施形態において、設定部（画像取得条件設定部５９）は、算出された傾斜情報に基づいて、測定画像を検出する時間幅を撮像状態として設定し、測定部（座標算出部５３）は、設定された時間幅に応じて撮像された測定画像に含まれる測定光の位置に基づいて、表面の形状を測定する。
このような構成の形状測定装置１００では、算出部（法線算出部５８）が、連続的に得られる画像から法線ベクトルの算出（面の傾斜情報の検出）を行い、設定部（画像取得条件設定部５９）が、その傾斜情報を基に測定画像を検出する時間幅（例えば、シャッタースピード)を設定する。すなわち、被測定物の形状（面の傾き）が急峻に変化する場合に、撮像部２２で検出する散乱光の明るさが変化するので、この散乱光の明るさに応じて測定画像を検出する時間幅（例えば、シャッタースピード)を設定する。
これにより、形状測定装置１００は、被測定物が複雑な形状である場合など、被測定物の形状（面の傾き）が急峻に変化する場合においても、連続的に撮像する撮像画像の明るさにムラが発生することを回避することができる。このため、形状測定装置１００は、複雑な形状の測定対象３に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。

（３）また、上記実施形態において、設定部（画像取得条件設定部５９）は、算出された傾斜情報に基づいて、測定光の明るさを撮像状態として設定し、測定部（座標算出部５３）は、撮像された測定画像に含まれる測定光の位置に基づいて、表面の形状を測定する。
このような構成の形状測定装置１００では、算出部（法線算出部５８）が、連続的に得られる画像から法線ベクトルの算出（面の傾斜情報の検出）を行い、設定部（画像取得条件設定部５９）が、その傾斜情報を基に、投光部２１の光源輝度値を設定する。
これにより、形状測定装置１００は、被測定物が複雑な形状である場合など、被測定物の形状（面の傾き）が急峻に変化する場合に、連続的に撮像する撮像画像の明るさにムラが発生することを回避することができる。このため、形状測定装置１００は、複雑な形状の測定対象３に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。

（４）また、上記実施形態において、設定部（画像取得条件設定部５９）は、算出された傾斜情報に基づいて、測定画像の撮像頻度を撮像状態として設定し、測定部（座標算出部５３）は、設定された撮像頻度に応じて撮像された測定画像に含まれる測定光の位置に基づいて、表面の形状を測定する。
このような構成の形状測定装置１００では、算出部（法線算出部５８）が、連続的に得られる画像から法線ベクトルの算出（面の傾斜情報の検出）を行い、設定部（画像取得条件設定部５９）が、その傾斜情報を基に、画像取得のための撮像頻度（単位時間当たりの測定画像の撮像回数）を設定する。
これにより、形状測定装置１００は、被測定物が複雑な形状である場合など、被測定物の形状（面の傾き）が急峻に変化する場合においても、測定対象の面の単位面積あたりの取得画像の枚数を一定に保つことができる。このため、形状測定装置１００は、複雑な形状の測定対象３に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。

（５）また、上記実施形態において、形状測定装置１００は、測定対象３と撮像部２２との相対位置を変える移動部（移動指令部５７）を備え、設定部（画像取得条件設定部５９）は、算出された傾斜情報に基づいて、測定対象３と撮像部２２との相対的な移動速度を撮像状態として設定し、測定部（座標算出部５３）は、設定された移動速度に従って移動部（移動指令部５７）が上記相対位置を変える上記測定対象３が撮像された測定画像に含まれる測定光の位置に基づいて、表面の形状を測定する。
このような構成の形状測定装置１００では、算出部（法線算出部５８）が、連続的に得られる画像から法線ベクトルの算出（面の傾斜情報の検出）を行い、設定部（画像取得条件設定部５９）が、その傾斜情報を基に、測定対象３と撮像部２２との相対的な移動速度を設定する。
これにより、形状測定装置１００は、被測定物が複雑な形状である場合など、被測定物の形状（面の傾き）が急峻に変化する場合に、測定対象３の測定面の単位面積あたりの取得画像の枚数を一定に保つことができる。このため、形状測定装置１００は、複雑な形状の測定対象３に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。

（６）また、上記実施形態において、形状測定装置１００は、測定対象３の形状を示す形状情報に基づいて、算出部（法線算出部５８）が算出する傾斜情報の中から設定部（画像取得条件設定部５９）が上記撮像状態の設定の基にする傾斜情報を選択する選択部５９Ａを備え、設定部（画像取得条件設定部５９）は、算出された傾斜情報の中から選択部５９Ａが選択した傾斜情報に基づいて、撮像部２２が撮像する測定画像の撮像状態を設定する。
このような構成の形状測定装置１００では、画像取得条件設定部５９が、選択部５９Ａを備える。この選択部５９Ａは、法線算出部５８により算出された法線ベクトル（傾斜情報）と、測定対象３のＣＡＤデータ（設計情報）に基づいて得られる法線ベクトルの情報とを比較し、法線算出部５８が算出する法線ベクトルの中から画像取得条件設定部５９が撮像状態を設定する際に使用する有効（正常）な法線ベクトル（傾斜情報）を選択する。すなわち、画像取得条件設定部５９は、法線ベクトルの算出時に、この算出した法線ベクトルの方向が、測定対象３のＣＡＤデータから得られる法線ベクトルの方向から所定の範囲内の方向にあるか否かを比較し、所定の範囲内の方向にある法線ベクトルのみを使用する。
これにより、形状測定装置１００は、法線算出部５８により算出（検出）した法線ベクトルを、ＣＡＤデータを基に正常な法線ベクトルであるか否かを判定することができる。このため、形状測定装置１００は、異常な法線ベクトルを基に画像取得条件が設定されることを回避することができる。このため、形状測定装置１００は、複雑な形状の測定対象３の形状測定を行う場合に、精度を高めて形状測定を行うことができる。

（７）また、上記実施形態において、形状測定装置１００は、算出部（法線算出部５８）が算出する傾斜情報の中から選択部５９Ａが選択しなかった傾斜情報を、設定部（画像取得条件設定部５９）が上記撮像状態の設定の基にしない情報として識別する識別部５９Ｂを備える。
このような構成の形状測定装置１００では、画像取得条件設定部５９が、識別部５９Ｂを備える。この識別部５９Ｂは、法線算出部５８が算出する法線ベクトル（傾斜情報）の中から選択部５９Ａが選択しなかった法線ベクトル（傾斜情報）を、異常な法線ベクトルの情報として識別する。そして、形状測定装置１００は、この異常な法線ベクトを異常値として特有の後処理を行う。例えば、形状測定装置１００は、異常な法線ベクトが検出された位置における点群データを生成するが、点群データの情報に法線ベクトル異常の情報を付加する。例えば、形状測定装置１００は、異常な法線ベクトルが検出された位置で得られた点群データを、正常な法線ベクトル検出された位置で得られた点群データと色分けしてモニタ４４に表示する。

（８）また、上記実施形態において、構造物製造システム２００は、構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する設計装置１１０と、構造物設計情報に基づいて構造物を作製する成形装置１２０と、作成された構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する形状測定装置１００と、測定によって得られた形状情報と、構造物設計情報とを比較する検査装置（制御装置１５０）とを含む。
これにより、構造物製造システム２００は、形状測定装置１００が複雑な形状の測定対象３に対して精度を高めて形状測定を行うことができるので、構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であるか否かを正確に判定することができる。

以上、本発明の実施形態について、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。

また、上記の実施形態の形状測定装置１００において、演算処理部４１の各部は専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えて、プログラムによって実現されてもよい。

また、上述の形状測定装置１００は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した測定対象３の形状を測定する処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の形状測定装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

２…光切断プローブ、３…測定対象、１３…回転機構、１４…ヘッド駆動部、２１…投光部、２２…撮像部、５１…座標検出部、５２…間隔調整部、５３…座標算出部（測定部）、５４…駆動制御部、５５…記憶部、５６…測定制御部、５７…移動指令部（移動部）、５８…法線算出部（算出部）、５９…画像取得条件設定部（設定部）、５９Ａ…選択部、５９Ｂ…識別部、１００…形状測定装置、５５１…形状記憶部、５５２…経路記憶部、５５３…ＣＡＤデータ記憶部

Claims (11)

1. 測定光束を測定対象に投光する投光部と、
   前記測定光束が投光されている前記測定対象の表面を撮像する撮像部と、
   撮像された測定画像に含まれる、前記測定対象の表面に投光された測定光束による像の位置に基づいて、前記表面の形状を算出する形状算出部と、
   前記形状算出部から得られた情報に基づき前記表面の傾斜方向を示す傾斜情報を算出する傾斜情報算出部と、
   算出された前記傾斜情報に基づいて、前記測定画像の撮像条件または前記投光部の投光条件を設定し、前記撮像部又は前記投光部を制御する制御部と
   を有し、
   前記形状算出部は、前記制御部で設定された前記撮像条件で撮像された前記測定画像に基づいて、前記表面の形状を算出する
   形状測定装置。
2. 前記制御部は、
   算出された前記傾斜情報に基づいて、前記測定画像を検出する露出時間幅を前記撮像条件として設定し、
   前記形状算出部は、
   設定された前記露出時間幅に応じて撮像された前記測定画像に含まれる前記測定光束による像の位置に基づいて、前記表面の形状を算出する
   請求項１に記載の形状測定装置。
3. 前記制御部は、
   算出された前記傾斜情報に基づいて、前記測定光束の明るさを前記投光部の投光条件として設定し、
   前記形状算出部は、
   前記制御部で設定された前記測定光束の明るさを有する前記測定光束による像の位置に基づいて、前記表面の形状を測定する
   請求項１または請求項２に記載の形状測定装置。
4. 前記測定対象と前記撮像部との相対位置を変える移動部
   を備え、
   前記制御部は、
   算出された前記傾斜情報に基づいて、前記測定対象の測定間隔を前記撮像条件として設定し、前記移動部の移動制御とともに前記撮像部の撮影タイミングを制御する
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の形状測定装置。
5. 前記測定対象と前記撮像部との相対位置を変える移動部
   を備え、
   前記移動部により前記撮像部で撮像される測定対象の表面の位置が変わる毎に、前記傾斜情報算出部により、前回までの前記形状算出部による形状算出結果に基づき、前記表面の傾斜方向を示す傾斜情報を算出し、
   前記制御部は、前記傾斜情報算出部で取得された傾斜情報を基に、前記撮像部の撮影条件及び前記投光部の投光条件を制御し、
   前記撮像部は、前記制御部で設定された撮影条件又は投光条件で、今回の測定される表面の測定画像を取得し、
   前記形状算出部は、前記今回の測定される表面の形状データを、前記今回の測定画像に基づき、算出する
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の形状測定装置。
6. 前記測定対象の形状を示す形状情報に基づいて、前記傾斜情報算出部が算出する前記傾斜情報の中から前記制御部が前記撮像条件の設定の基にする前記傾斜情報を選択する選択部
   を備え、
   前記制御部は、
   算出された前記傾斜情報の中から前記選択部が選択した前記傾斜情報に基づいて、前記撮像部が撮像する前記測定画像の撮像条件を設定する
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の形状測定装置。
7. 前記傾斜情報算出部が算出する前記傾斜情報の中から前記選択部が選択しなかった前記傾斜情報を、前記制御部が前記撮像条件の設定の基にしない情報として識別する識別部
   を備える請求項６に記載の形状測定装置。
8. 構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する設計装置と、
   前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
   作成された前記構造物の形状を、測定画像に基づいて測定する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の形状測定装置と、
   前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較する検査装置と、
   を含む構造物製造システム。
9. 測定光束を測定対象に投光する投光ステップと、
   前記測定光束が投光された前記測定対象の表面を撮像する撮像ステップと、
   撮像された測定画像に含まれる前記測定光束の当該測定画像内の位置に基づいて、前記表面の形状を算出する形状算出ステップと、
   前記形状算出ステップで得られた前記表面の形状から、前記表面の傾斜方向を示す傾斜情報を算出する傾斜算出ステップと、
   算出された前記傾斜情報に基づいて、前記撮像ステップにおいて測定画像を撮像させる撮像条件または前記投光する測定光束の投光条件を設定して、前記設定された撮影条件または投光条件となるように制御する制御ステップとを有し、
   前記形状算出ステップは、設定された前記撮像条件または投光条件で撮像された前記測定画像に基づいて、前記表面の形状を算出する形状測定方法。
10. 構造物の形状に関する構造物設計情報を作製することと、
    前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、
    作成された前記構造物の形状を、請求項９に記載の形状測定方法を用いて生成した測定画像に基づいて測定することと、
    前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較することと、
    を含む構造物製造方法。
11. 形状測定装置のコンピュータに、
    測定光束を測定対象に投光する投光ステップと、
    前記測定光束が投光された前記測定対象の表面を測定画像として撮像する撮像ステップと、
    撮像された前記測定画像に含まれる前記測定光束の当該測定画像内の位置に基づいて、前記表面の形状を算出する形状算出ステップと、
    前記形状算出ステップで得られた前記表面の形状から、前記表面の傾斜方向を示す傾斜情報を算出する算出ステップと、
    算出された前記傾斜情報に基づいて、前記撮像ステップにおいて測定画像を撮像させる撮像条件または前記測定対象に投光される前記測定光束の投光条件を設定して、前記設定された撮影条件または投光条件となるように制御する制御ステップとを有し、
    前記形状算出ステップは、設定された前記撮像条件または前記投光条件で撮像された前記測定画像に基づいて、前記表面の形状を算出すること
    を実行させるための形状測定プログラム。

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