JP2015212673A - 三次元測定システム、三次元測定方法、および、被測定体 - Google Patents

Abstract

【課題】測定用光源の消費電力を抑制できる三次元測定システムを提供すること。
【解決手段】三次元測定システム１は、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９が配置されたプローブ２と、プローブ２の位置を検出する撮像装置５および演算制御装置７とを備え、プローブ２は、当該プローブ２から撮像装置５までの距離情報を取得する距離取得部３３２と、距離情報で表される距離に基づいて、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の点灯時間を制御する点灯制御部３３３とを備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、三次元測定システム、三次元測定方法、および、被測定体に関する。

従来、被測定物の三次元座標を測定する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の装置は、物体表面のオブジェクトデータを取得するスキャナと、スキャナの位置および向きを決定し、スキャナの位置データを取得するトラッキングシステムと、オブジェクトデータおよび位置データから物体表面の三次元座標を決定するコントローラとを備えている。

スキャナおよびコントローラには、それぞれトランシーバが設けられている。スキャナは、トランシーバを介して、オブジェクトデータをコントローラに無線送信する。
スキャナには、複数のＩＲ検出器（赤外線検出器）が設けられている。トラッキングシステムには、それぞれ光学装置とＣＣＤセンサとを含む３つのＩＲセンサ（赤外線センサ）が設けられている。トラッキングシステムは、交互に活性化されたＩＲ検出器からの信号をＩＲセンサでピックアップし、ＩＲ検出器の各位置を決定する。そして、トラッキングシステムは、ＩＲ検出器の各位置からスキャナの位置および向きを決定し、位置データをコントローラに送信する。
なお、スキャナおよびトランシーバへのエネルギ供給は、人が持ち運び可能なバッテリにより行われている。

特開２０１１−２３７４３０号公報

ところで、特許文献１に記載のような構成では、ＩＲセンサにおけるＩＲ検出器からの信号（赤外線）の受信強度（受光強度）は、ＩＲ検出器からＩＲセンサまでの距離が短いほど強くなる。また、スキャナの位置などを決定するために必要な赤外線の受光量は、予め設定されている。
このため、ＩＲ検出器からＩＲセンサまでの距離が短い場合、位置などを決定するために必要な量の赤外線をＩＲセンサが受光した後も、ＩＲ検出器が赤外線を発光し続けてしまい、無駄な電力が消費されてしまう。

本発明の目的は、測定用光源の消費電力を抑制できる三次元測定システム、三次元測定方法、および、被測定体を提供することにある。

本発明の三次元測定システムは、測定用光源が配置され、任意の位置に移動可能な被測定体と、前記測定用光源からの光を受光し、前記被測定体の位置を検出する位置検出装置とを備えた三次元測定システムであって、前記位置検出装置は、撮像装置と、演算制御装置とを備え、前記撮像装置は、互いに離間して設けられ、前記測定用光源からの光を第１軸上に集光する一対の第１光学系と、この一対の第１光学系によって前記第１軸上に集光された光を受光し、前記第１軸上における第１輝度分布を検出する一対の第１ラインセンサと、前記測定用光源からの光を前記第１軸と直交する第２軸上に集光する第２光学系と、この第２光学系によって前記第２軸上に集光された光を受光し、前記第２軸上における第２輝度分布を検出する第２ラインセンサとを備え、前記演算制御装置は、前記第１輝度分布および前記第２輝度分布に基づいて、前記被測定体の位置を表す位置情報を演算する位置演算部を備え、前記被測定体または前記演算制御装置は、前記被測定体から前記撮像装置までの距離情報を取得する距離取得部と、前記距離情報で表される距離に基づいて、前記測定用光源の点灯時間を制御する点灯制御部とを備えていることを特徴とする。

本発明の三次元測定方法は、測定用光源が配置され、任意の位置に移動可能な被測定体と、前記測定用光源からの光を受光し、前記被測定体の位置を検出する位置検出装置とを用いた三次元測定方法であって、前記位置検出装置を、撮像装置と、演算制御装置とで構成し、前記撮像装置に、互いに離間して設けられ、前記測定用光源からの光を第１軸上に集光する一対の第１光学系と、この一対の第１光学系によって前記第１軸上に集光された光を受光し、前記第１軸上における第１輝度分布を検出する一対の第１ラインセンサと、前記測定用光源からの光を前記第１軸と直交する第２軸上に集光する第２光学系と、この第２光学系によって前記第２軸上に集光された光を受光し、前記第２軸上における第２輝度分布を検出する第２ラインセンサとを設け、前記被測定体または前記演算制御装置が、前記被測定体から前記撮像装置までの距離情報を取得する工程と、前記距離情報で表される距離に基づいて、前記測定用光源の点灯時間を制御する工程と、前記第１輝度分布および前記第２輝度分布に基づいて、前記被測定体の位置を表す位置情報を演算する工程とを実行することを特徴とする。

このような構成によれば、被測定体または演算制御装置は、被測定体から撮像装置までの距離情報を取得し、この距離情報で表される距離に基づいて測定用光源の点灯時間を制御する。そして、撮像装置の第１，第２ラインセンサが、被測定体の測定用光源からの光を受光して第１，第２輝度分布を検出し、演算制御装置が、第１，第２輝度分布に基づいて、被測定体の位置情報を演算する。
このため、被測定体から撮像装置までの距離が所定距離より短く、当該所定距離の場合よりも第１，第２ラインセンサにおける光の受光強度が強い場合には、当該所定距離の場合よりも測定用光源の点灯時間を短くすることで、第１，第２ラインセンサが位置情報の演算に必要な量の光を受光した後に、測定用光源を消灯させることができる。したがって、測定用光源の消費電力を抑制することができる。

本発明の三次元測定システムにおいて、前記演算制御装置は、第１無線通信部と、前記測定用光源の基準点灯時間を表す基準点灯時間情報を、前記第１無線通信部を介して送信する基準時間送信部とを備え、前記被測定体は、第２無線通信部と、任意の位置に移動可能な電力供給部と、前記距離取得部と、前記点灯制御部とを備え、前記電力供給部は、前記測定用光源、前記第２無線通信部、前記距離取得部および前記点灯制御部に電力を供給し、前記点灯制御部は、前記基準点灯時間情報を前記第２無線通信部を介して取得し、前記距離情報で表される距離に基づいて前記基準点灯時間を補正し、この補正結果に基づいて前記測定用光源の点灯時間を制御することが好ましい。

このような構成によれば、被測定体の構成要素には、任意の位置に移動可能な電力供給部によって電力が供給される。そして、被測定体は、演算制御装置との無線通信によって基準点灯時間情報を取得し、距離情報で表される距離に基づいて、基準点灯時間情報で表される基準点灯時間を補正する。この後、被測定体は、この補正結果に基づいて測定用光源の点灯時間を制御する。
このように、被測定体において基準点灯時間を補正することで、演算制御装置の処理負荷を低減できる。また、移動可能な電力供給部で被測定体の構成要素に電力を供給するとともに、演算制御装置と被測定体との間で、基準点灯時間情報を無線通信によって送受信するため、無線通信可能な範囲において、演算制御装置に対する被測定体の位置を自由に調整することができ、様々な形状や大きさのワークを測定することができる。さらに、電力供給部の消費電力を抑制でき、電力供給部の交換や充電の頻度を少なくすることができる。

本発明の三次元測定システムにおいて、前記撮像装置は、第３無線通信部と、測定信号を前記第３無線通信部を介して送信する測定信号送信部とを備え、前記被測定体は、前記第２無線通信部における前記測定信号の受信強度に基づいて、前記被測定体から前記撮像装置までの距離を測定し、前記距離情報を生成する距離測定部を備えていることが好ましい。

このような構成によれば、被測定体と撮像装置との間で送受信される測定信号の受信強度に基づいて、被測定体から撮像装置までの距離を測定するため、正確な測定結果に基づいて測定用光源の点灯時間を適切に制御することができる。また、基準点灯時間情報の受信に用いる第２無線通信部を測定信号の受信にも用いることで、第２無線通信部を有効活用することができる。さらに、測定者が被測定体から撮像装置までの距離を測定する必要がなく、測定者の作業不可を低減することができる。

本発明の被測定体は、測定用光源が配置され、任意の位置に移動可能な被測定体と、前記測定用光源からの光を受光し、前記被測定体の位置を検出する位置検出装置とを備え、前記位置検出装置が撮像装置と、演算制御装置とで構成された三次元測定システムに用いられる被測定体であって、前記演算制御装置に設けられた第１無線通信部と無線通信可能な第２無線通信部と、任意の位置に移動可能な電力供給部と、前記被測定体から前記撮像装置までの距離情報を取得する距離取得部と、前記距離情報で表される距離に基づいて、前記測定用光源の点灯時間を制御する点灯制御部とを備え、前記電力供給部は、前記測定用光源、前記第２無線通信部、前記距離取得部および前記点灯制御部に電力を供給し、前記点灯制御部は、前記第１無線通信部から送信される前記測定用光源の基準点灯時間を表す基準点灯時間情報を、前記第２無線通信部を介して取得し、前記距離情報で表される距離に基づいて前記基準点灯時間を補正し、この補正結果に基づいて前記測定用光源の点灯時間を制御することを特徴とする。

このような構成によれば、上述の三次元システムに好適な被測定体を提供できる。

本発明の一実施形態に係る三次元測定システムを示す斜視図。 前記三次元測定システムを構成するプローブを示す斜視図。 前記三次元測定システムを示すブロック図。 前記三次元測定システムを構成するプローブから撮像装置までの距離とプローブにおける測定信号の受信強度との関係を示すグラフ。 前記三次元測定システムを構成する検出部の要部を示す斜視図。 前記三次元測定システムを用いたワーク測定処理を示すフローチャート。 前記ワーク測定処理において演算制御装置から送信されるパルス信号を示す図。 前記ワーク測定処理の補正点灯信号の生成に用いるプローブから撮像装置までの距離と点灯時間との関係を示すグラフ。 本発明の変形例に係るプローブを示す斜視図。

＜三次元測定システムの構成＞
図１に示すように、本実施形態の三次元測定システム１は、被測定体としてのプローブ２と、位置検出装置４とを備えている。位置検出装置４は、撮像装置５と、演算制御装置７と、表示装置８とを備えている。

プローブ２は、図２に示すように、測定者が持って任意の位置に移動可能なプローブ本体２１と、このプローブ本体２１に一体的に設けられたスタイラス２７とを備えている。
プローブ本体２１は、一端が結合され、他端が次第に離れるように弓状に湾曲したのち再び結合した２本のアーム２２，２３を有し、測定者が両手で掴めるように構成されている。また、プローブ本体２１の正面において、アーム２２，２３の一端結合部２４と、アーム２２，２３の他端結合部２５を挟んだ両側部とには、測定用光源としての３個ずつの第１〜第３赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）２６１〜２６３と、第４〜第６赤外ＬＥＤ２６４〜２６６と、第７〜第９赤外ＬＥＤ２６７〜２６９とがそれぞれ配置されている。つまり、プローブ本体２１には、合計９個の第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９が配置されている。
スタイラス２７は、プローブ本体２１のアーム２２，２３の他端結合部２５から一端結合部２４とは反対側に突出して設けられ、先端に球状の接触子２８を有している。このように、プローブ本体２１に対して第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９と接触子２８とが所定の位置関係で配置されているため、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の座標を求めることにより、これらの座標から接触子２８の座標を求めることができる。

また、プローブ２は、図２および図３に示すように、プローブ本体２１の内部に設けられた点灯装置２９と、プローブ本体２１にケーブル１００を介して接続された第１ＲＦ（Radio Frequency）モバイルユニット３０と、第１ＲＦモバイルユニット３０にケーブル１０１を介して接続された電力供給部としてのバッテリ３４とを備えている。

第１ＲＦモバイルユニット３０は、第２無線通信部３１と、プローブ記憶部３２と、プローブ制御部３３とを備えている。
第２無線通信部３１は、撮像装置５に設けられた後述する第３無線通信部６１、および、演算制御装置７に設けられた後述する第１無線通信部７１１との間で、無線通信可能に構成されている。
プローブ制御部３３は、プローブ記憶部３２に記憶されたプログラムおよびデータをＣＰＵ（Central Processing Unit）が処理することにより構成されている。プローブ制御部３３は、距離測定部３３１と、距離取得部３３２と、点灯制御部３３３とを備えている。

距離測定部３３１は、第２無線通信部３１における撮像装置５からの測定信号の受信強度を検出する。そして、距離測定部３３１は、この受信強度に基づいて、プローブ２から撮像装置５までの距離、具体的にはプローブ２のプローブ本体２１から撮像装置５のケース５２までの距離を測定し、この測定結果を表す距離情報を生成する。ここで、本実施形態で用いる測定信号の第２無線通信部３１における受信強度は、例えば図４に示すように、プローブ２から撮像装置５までの距離が短いほど強くなり、距離が長いほど弱くなる。距離測定部３３１は、この図４に示すような関係と、第２無線通信部３１における測定信号の受信強度とに基づいて、プローブ２から撮像装置５までの距離を測定する。
距離取得部３３２は、距離測定部３３１で生成された距離情報を取得する。

点灯制御部３３３は、演算制御装置７から発信されるパルス信号に基づいて、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９を順番に点灯させる。具体的には、点灯制御部３３３は、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の基準点灯時間を表す基準点灯時間情報としての基準点灯信号を、第２無線通信部３１を介して演算制御装置７から取得する。そして、点灯制御部３３３は、距離取得部３３２で取得された距離情報の距離に基づいて、基準時間情報を補正する。さらに、点灯制御部３３３は、この補正結果をケーブル１００を介して点灯装置２９へ送信し、この補正結果に基づき点灯装置２９に第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の点灯時間を制御する。なお、点灯制御部３３３の処理の詳細については後述する。

バッテリ３４は、プローブ本体２１および第１ＲＦモバイルユニット３０とともに、任意の位置に移動可能に構成されている。バッテリ３４は、第２無線通信部３１およびプローブ制御部３３を含む第１ＲＦモバイルユニット３０の構成要素に電力を供給し、当該構成要素を駆動する。また、バッテリ３４は、ケーブル１００，１０１を介して、点灯装置２９および第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９を含むプローブ本体２１内の構成要素に電力を供給し、当該構成要素を駆動する。なお、バッテリ３４は、充電可能であってもよいし、充電不可能であってもよい。

撮像装置５は、図１および図３に示すように、三脚５１と、この三脚５１によって略水平に支持された横長箱状のケース５２と、３つの検出部５３１，５３２，５３３と、フレームグラバ５７と、測定信号送信部としても機能する撮像制御部５８と、第２ＲＦ（Radio Frequency）モバイルユニット６０とを備えている。
ケース５２には、ケーブル１０２を介して演算制御装置７の後述する制御装置７２に接続されるとともに、ケーブル１０３を介して第２ＲＦモバイルユニット６０に接続されている。
３つの検出部５３１，５３２，５３３は、図５にも示すように、ケース５２の正面３箇所、つまり、左右および中央に配置されている。検出部５３１〜５３３は、集光領域５９から入射した光を１軸上に集光させるシリンドリカルレンズ５４１〜５４３と、このシリンドリカルレンズ５４１〜５４３によって集光された光を受光し、１軸上における輝度分布を表す輝度分布信号を出力するラインセンサ５５１〜５５３と、シリンドリカルレンズ５４１〜５４３への光の入射を制御するシャッタ５６１〜５６３を備えている。ラインセンサ５５１〜５５３は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）を一列に配列した構成である。なお、シャッタ５６１〜５６３としては、電子シャッタを用いてもよい。

ここで、検出部５３１，５３３において、ラインセンサ５５１，５５３は、互いに離間して配置された第１ラインセンサを構成している。ラインセンサ５５１，５５３は、集光領域５９のＸ軸（第１軸）と直交するＹ軸に対して直交し、かつ、Ｘ軸に対して僅か内向きに傾斜して配置されている。
シリンドリカルレンズ５４１，５４３は、第１光学系を構成している。シリンドリカルレンズ５４１，５４３は、ラインセンサ５５１，５５３の略中央位置でラインセンサ５５１，５５３に対して直交して（Ｙ軸と平行に）配置されている。つまり、検出部５３１，５３３は、その向きが中央の検出部５３２側に僅かに向くように、内向きに傾斜して配置されている。これにより、集光領域５９から入射した光は、ラインセンサ５５１，５５３によってＸ軸上の第１輝度分布として検出される。
また、検出部５３２において、ラインセンサ５５２は、第２ラインセンサを構成している。ラインセンサ５５２は、集光領域５９のＹ軸と平行に配置されている。
シリンドリカルレンズ５４２は、第２光学系を構成している。シリンドリカルレンズ５４２は、ラインセンサ５５２の略中央位置でラインセンサ５５２に対して直交して（Ｘ軸と平行に）配置されている。これにより、集光領域５９から入射した光は、ラインセンサ５５２によってＹ軸上の第２輝度分布として検出される。
各シャッタ５６１〜５６３は、各シリンドリカルレンズ５４１〜５４３に対し、各ラインセンサ５５１〜５５３と反対側に設けられている。
フレームグラバ５７は、ＣＣＤ素子から光強度プロファイル（Ｘ軸：ピクセル、Ｙ軸：光強度）を取得する。

撮像制御部５８は、図示しない記憶部に記憶されたプログラムおよびデータをＣＰＵが処理することにより構成されている。撮像制御部５８は、演算制御装置７から発信されるパルス信号をケーブル１０２を介して取得し、このパルス信号に同期して、検出部５３１〜５３３のシャッタ５６１〜５６３の開閉を制御する。そして、撮像制御部５８は、フレームグラバ５７を介して、シャッタ５６１〜５６３が開いているラインセンサ５５１〜５５３からの画像を取り込み、輝度分布信号としてケーブル１０２を介して演算制御装置７へ送信する。このように、ケーブル１０２を介して輝度信号を演算制御装置７に送信するため、無線通信で送信する構成と比べて、送信速度を速くすることができる。
また、撮像制御部５８は、測定信号を第２ＲＦモバイルユニット６０を介して第２無線通信部３１へ送信する。

第２ＲＦモバイルユニット６０は、第３無線通信部６１を備えている。第３無線通信部６１は、プローブ２に設けられた第２無線通信部３１との間で、無線通信可能に構成されている。

なお、ケース５２内の構成要素を駆動するための電力は、ケーブル１０２を介して演算制御装置７の制御装置７２から供給される。また、第２ＲＦモバイルユニット６０の構成要素を駆動するための電力も、ケーブル１０２，１０３を介して制御装置７２から供給される。

演算制御装置７は、ＲＦ（Radio Frequency）ベースステーション７１と、このＲＦベースステーション７１にケーブル１０４を介して接続された制御装置７２とを備えている。
ＲＦベースステーション７１は、第１無線通信部７１１と、通信制御部７１２とを備えている。
第１無線通信部７１１は、プローブ２に設けられた第２無線通信部３１との間で、無線通信可能に構成されている。
通信制御部７１２は、制御装置７２から出力される各種信号や情報を処理して、第１無線通信部７１１を介して第２無線通信部３１へ送信する。
なお、ＲＦベースステーション７１の構成要素を駆動するための電力は、ケーブル１０４を介して制御装置７２から供給される。

制御装置７２は、演算記憶部７２１と、演算制御部７２２とを備えている。
演算制御部７２２は、演算記憶部７２１に記憶されたプログラムおよびデータをＣＰＵが処理することにより構成されている。演算制御部７２２は、基準時間送信部としてのタイミング制御部７２３と、位置演算部７２４とを備えている。
なお、制御装置７２の構成要素を駆動するための電力は、図示しないケーブルを介して商用電源から供給される。

タイミング制御部７２３は、プローブ２の第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９を順番に点灯させる基準点灯信号を、ＲＦベースステーション７１を介して発信すると同時に、これに同期して、撮像装置５に対してもラインセンサ５５１〜５５３の輝度分布信号の取り込みを制御するパルス信号を、ケーブル１０２を介して発信する。

位置演算部７２４は、撮像装置５からの輝度分布信号に基づいて、三次元測定システム１における接触子２８の三次元座標を演算する。具体的には、位置演算部７２４は、三角測量法を用いて、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の三次元座標を演算する。なお、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の三次元座標は、特開２００５−２３３７５９号公報に開示された公知の方法によって求めることができる。そして、位置演算部７２４は、プローブ２の位置（第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の三次元座標）と、プローブ２の第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９に対する接触子２８の位置とから、接触子２８の三次元座標を演算する。なお、接触子２８の三次元座標は、本発明の位置情報に該当する。
そして、位置演算部７２４は、接触子２８の三次元座標の測定結果を表示装置８に表示させる。

＜ワーク測定処理＞
次に、三次元測定システム１を用いたワークの測定処理について説明する。
なお、以下において、第１ＲＦモバイルユニット３０がプローブ本体２１に固定されるとともに、第２ＲＦモバイルユニット６０がケース５２に固定され、第１ＲＦモバイルユニット３０の第２無線通信部３１から第２ＲＦモバイルユニット６０の第３無線通信部６１までの距離が、プローブ２から撮像装置５までの距離と略等しい場合を例示して説明する。

まず、図６に示すように、測定者が図示しないコンピュータ等を用いて、演算制御装置７の制御装置７２に測定条件をセットする（ステップＳ１）。測定条件としては、例えば第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の点灯サイクル、点灯時間、点灯数（制御対象により異なる場合がある）、撮像装置５の撮像タイミングが例示できる。
その後、測定者がプローブ２の接触子２８をワークの測定部位に接触させた状態において、プローブ２に設けられた図示省略の測定スイッチを押す。すると、制御装置７２のタイミング制御部７２３は、測定条件に基づくパルス信号の出力を開始する（ステップＳ２）。
具体的には、タイミング制御部７２３は、図７（Ａ）に示すような、測定サイクルを表すパルス信号（サイクル信号）と、図７（Ｂ）に示すような、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９を順番に点灯（オンオフ）させるためのパルス信号（基準点灯信号）を、ケーブル１０４を介してＲＦベースステーション７１へ出力する。さらに、タイミング制御部７２３は、サイクル信号と、撮像装置５のシャッタ５６１〜５６３を開閉させるためのパルス信号（開閉信号）とをケーブル１０２を介して撮像装置５へ出力する。

ここで、図７（Ｂ）に示す基準点灯信号における第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の点灯時間Ｔ２は、プローブ２のプローブ本体２１から撮像装置５のケース５２までの距離が最大測定距離（例えば、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９からの光を、撮像装置５の検出部５３１〜５３３で受光可能な最大距離）の場合でも、検出部５３１〜５３３において光を十分に蓄積できるように長めに設定されている。
なお、タイミング制御部７２３は、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９から撮像装置５に入射される光量が閾値未満の場合、図７（Ｃ）に示すように、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の点灯時間と同じ時間だけ、シャッタ５６１〜５６３を開くような開閉信号を送信してもよい。一方、タイミング制御部７２３は、撮像装置５に入射される光量が閾値以上の場合、図７（Ｄ）に示すように、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の点灯時間より短い時間だけ、シャッタ５６１〜５６３を開くような開閉信号を送信してもよい。
また、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９から撮像装置５に入射される光量が閾値未満か否かを判断する構成としては、図示しない光量計からの測定結果に基づきタイミング制御部７２３が判断してもよいし、図示しないコンピュータ等を用いた測定者の設定入力によりタイミング制御部７２３が判断してもよい。

この後、ＲＦベースステーション７１の通信制御部７１２は、タイミング制御部７２３から取得したサイクル信号と基準点灯信号とを標本化する（ステップＳ３）。具体的には、通信制御部７１２は、図７（Ａ）に示すような１つの測定サイクルのサイクル時間Ｔ１と、図７（Ｂ）に示すような第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９のそれぞれの点灯時間Ｔ２と、所定の赤外ＬＥＤが点灯してから次の赤外ＬＥＤが点灯するまでの点灯間隔Ｔ３とを計測し、これらの計測結果に関する標本化情報を生成する。
そして、通信制御部７１２は、ステップＳ３で標本化して得られた標本化情報を、第１無線通信部７１１を介した無線通信によって、第１ＲＦモバイルユニット３０へ送信する（ステップＳ４）。

この後、第１ＲＦモバイルユニット３０の点灯制御部３３３は、第２無線通信部３１を介して標本化情報を受信すると、この標本化情報に基づいて、図７（Ａ）に示すサイクル信号と、図７（Ｂ）に示す基準点灯信号とを復元し（ステップＳ５）、プローブ記憶部３２に記憶させる。
そして、第１ＲＦモバイルユニット３０の距離測定部３３１は、プローブ２から撮像装置５までの距離を測定し（ステップＳ６）、距離情報を距離取得部３３２へ出力する。このステップＳ６の処理に際し、例えば、撮像制御部５８は、制御装置７２からサイクル信号および開閉信号を取得したことをトリガとして、測定信号を第３無線通信部６１を介した無線通信によって、第１ＲＦモバイルユニット３０へ送信する。そして、距離測定部３３１は、第２無線通信部３１における測定信号の受信強度と図４に示す関係とに基づいて、プローブ２から撮像装置５までの距離を測定する。

次に、第１ＲＦモバイルユニット３０の点灯制御部３３３は、プローブ記憶部３２に記憶された基準点灯信号の点灯時間Ｔ２を、距離情報の距離に基づいて補正し（ステップＳ７）、その補正結果を表す補正点灯信号をプローブ記憶部３２に記憶させる。例えば、点灯制御部３３３は、プローブ２から撮像装置５までの距離が閾値よりも長い場合には、点灯時間Ｔ２を補正せずに、基準点灯信号を補正点灯信号としてプローブ記憶部３２に記憶させる。一方、点灯制御部３３３は、距離が閾値よりも短い場合には、基準点灯信号を点灯時間Ｔ２が短くなるように補正して、補正点灯信号を生成する。そして、点灯制御部３３３は、例えば、図７（Ｅ）に示すような補正点灯信号をプローブ記憶部３２に記憶させる。
なお、点灯時間Ｔ２を短くする場合における距離と点灯時間Ｔ２との関係は、図８に示す直線Ａ１、折れ線Ａ２、曲線Ａ３、曲線Ａ４のような、いずれの関係であってもよい。

この後、点灯制御部３３３は、ケーブル１００を介して補正点灯信号を点灯装置２９へ出力し、この補正点灯信号に同期させて、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９を順番に点灯させる（ステップＳ８）。
また、撮像制御部５８は、サイクル信号に基づいて、このステップＳ８と略等しいタイミングで、開閉信号に同期して、シャッタ５６１〜５６３を同時に開閉し、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９からの光を撮像する（ステップＳ９）。このような処理により、撮像装置５の検出部５３１〜５３３において、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９からの光に基づいて、輝度分布信号が検出される。そして、撮像制御部５８は、ケーブル１０２を介して輝度分布信号を演算制御装置７の制御装置７２へ送信する。

制御装置７２の位置演算部７２４は、輝度分布信号を受信すると、接触子２８の三次元座標を演算する（ステップＳ１０）。これにより、プローブ２の接触子２８が接触したワークの測定部位の座標を求めることができる。なお、ステップＳ１０で得られた三次元座標に対し、空間精度補正と温度補正（例えば、温度によるラインセンサ５５１〜５５３の熱膨張や移動の影響を、排除するための補正）とのうち、少なくとも一方の補正を行ってもよい。
その後、点灯制御部３３３は、サイクル信号に基づいて次サイクルがあるか否かを判断し（ステップＳ１１）、次サイクルがあると判断した場合、ステップＳ６の処理を行い、次サイクルがないと判断した場合、処理を終了する。

＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、プローブ２は、当該プローブ２（第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９）から撮像装置５での距離情報を取得し、この距離情報で表される距離に基づいて第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の点灯時間Ｔ２を制御する。そして、演算制御装置７は、撮像装置５で検出された第１，第２輝度分布に基づいて、プローブ２の位置情報を演算する。
このため、プローブ２から撮像装置５までの距離が閾値より短く、当該閾値以上の場合よりも撮像装置５における光の受光強度が強い場合には、当該閾値以上の場合よりも第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の点灯時間Ｔ２を短くすることで、撮像装置５が位置情報の演算に必要な量の光を受光した後に、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９を消灯させることができる。したがって、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の消費電力を抑制することができる。

また、プローブ２の構成要素には、任意の位置に移動可能なバッテリ３４によって電力が供給される。また、プローブ２は、距離情報で表される距離に基づいて、無線通信によって演算制御装置７から受信した基準点灯信号を補正し、この補正結果に基づいて第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の点灯時間を制御する。
このため、プローブ２において基準点灯信号を補正することで、演算制御装置７の処理負荷を低減できる。また、移動可能なバッテリ３４でプローブ２に電力を供給するとともに、演算制御装置７とプローブ２との間で基準点灯信号を無線通信によって送受信するため、無線通信可能な範囲において、演算制御装置７に対するプローブ２の位置を自由に調整することができ、様々な形状や大きさのワークを測定することができる。さらに、バッテリ３４の消費電力を抑制でき、バッテリ３４の交換や充電の頻度を少なくすることができる。

さらに、プローブ２は、当該プローブ２と撮像装置５との間で送受信される測定信号の受信強度に基づいて、プローブ２から撮像装置５までの距離を測定する。このため、正確な測定結果に基づいて、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の点灯時間Ｔ２を適切に制御することができる。また、基準点灯信号の受信に用いる第２無線通信部３１を測定信号の受信にも用いることで、第２無線通信部３１を有効活用することができる上、プローブ２の構成を簡略にすることができる。さらに、測定者がプローブ２から撮像装置５までの距離を測定する必要がなく、測定者の作業不可を低減することができる。

＜変形例＞
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれる。

すなわち、本発明の被測定体として、接触子２８を先端に有する接触式のプローブ２を例に説明したが、これに限らず、非接触式のプローブであってもよい。
例えば、図９に示すように、非接触式のプローブ２Ａは、プローブ本体２１Ａに、光をワークに向けて射出する発光器３６１Ａと、ワークからの反射光を受光する受光器３６２Ａと、この受光器３６２Ａにおいて光を受光した位置からプローブ本体２１Ａに対するワークの位置情報を演算する演算器（図示省略）とを備えた非接触測定器３６Ａとを内蔵させた構成を有している。また、プローブ２Ａには、点灯装置２９と、第１ＲＦモバイルユニット３０（図示省略）と、４０個の赤外ＬＥＤ９０１，９０２，９０３…と、プローブ２Ａの構成要素に電力を供給するバッテリ３４（図示省略）と、が設けられている。
この場合、演算制御装置７の位置演算部７２４は、撮像装置５による赤外ＬＥＤの撮像
結果に基づき求められたプローブ２Ａの位置と、非接触測定器３６Ａによって求められた測定点の位置とから、非接触測定器３６Ａの光照射位置の座標を求める。
なお、非接触式のプローブ２Ａでは、ワークに接触させる必要がないため、より複雑な形状をもつワークを測定することが可能となるが、そのためにプローブ２Ａの様々な姿勢を検出できるように、より多くの赤外ＬＥＤ、例えば、４０個の赤外ＬＥＤ９０１，９０２，９０３…が搭載されている。ただ、プローブ２Ａの姿勢を検出するためには、必ずしも全ての赤外ＬＥＤが検出できなくてもよく、少なくとも３個の赤外ＬＥＤが検出できればプローブ２Ａの姿勢を求めることができる。
さらに、本発明の被測定体としては、プローブに限らず、測定の対象となる公知の装置や公知の物体等を採用することができる。

本発明の距離取得部および点灯制御部をプローブ２に設けた構成を例示したが、演算制御装置７に設けてもよい。
例えば、距離取得部３３２を演算制御装置７の制御装置７２に設けるとともに、タイミング制御部７２３に補正点灯信号を生成する本発明の点灯制御部としての機能を持たせる。そして、ワーク測定処理の際には、まず、制御装置７２の距離取得部３３２は、プローブ２の距離測定部３３１から距離情報を取得する。そして、タイミング制御部７２３は、距離情報と図８に示す関係とに基づいて、補正点灯信号を生成してプローブ２へ送信する。この後、プローブ２は、補正点灯信号に基づいて、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の点灯時間Ｔ２を制御してもよい。

プローブ２と撮像装置５との間で送受信される測定信号の受信強度に基づいて、プローブ２から撮像装置５までの距離を測定したが、以下のような構成としてもよい。
例えば、撮像装置５に第２ＲＦモバイルユニット６０を設けずに、演算制御装置７の制御装置７２に、ＲＦベースステーション７１を介して測定信号を第１ＲＦモバイルユニット３０へ送信する測定信号送信部を設ける。そして、このような構成において、まず、プローブ２と演算制御装置７との間で送受信される測定信号の受信強度に基づいて、プローブ２が当該プローブ２から演算制御装置７までの距離を測定する。この後、プローブ２の距離測定部３３１は、当該距離測定部３３１に予め入力された演算制御装置７と撮像装置５との位置関係と、プローブ２から演算制御装置７までの距離の測定結果とに基づいて、プローブ２から撮像装置５までの距離を求める。そして、点灯制御部３３３は、この距離の測定結果に基づいて、補正点灯信号を生成してもよい。
なお、この構成においても、本発明の距離取得部（距離情報を取得する機能）と、点灯制御部（補正点灯信号を生成する機能）とを演算制御装置７に設け、当該演算制御装置７が、プローブ２で生成された測定情報を取得して補正点灯信号を生成し、当該補正点灯信号をプローブ２へ送信してもよいし、さらに距離測定部（プローブ２と演算制御装置７との間で送受信される測定信号の受信強度に基づいて、距離情報を生成する機能）を演算制御装置７に設けてもよい。

点灯時間Ｔ２が基準点灯信号より短くなるような補正点灯信号が、プローブ２または演算制御装置７で生成された場合、撮像装置５のシャッタ５６１〜５６３を開く時間を、点灯時間Ｔ２にあわせて短くするようにしてもよい。この場合、点灯時間Ｔ２が短くなるように第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９が制御される旨の補正通知信号を、撮像装置５の撮像制御部５８が取得し、当該撮像制御部５８がシャッタ５６１〜５６３を開く時間を短くしてもよい。また、上記補正通知信号を取得した演算制御装置７のタイミング制御部７２３が開閉信号を補正して、シャッタ５６１〜５６３を開く時間が短くなるような補正開閉信号を生成し、この補正開閉信号を撮像装置５へ送信し、この補正開閉信号に基づいて撮像制御部５８がシャッタ５６１〜５６３を開く時間を短くしてもよい。

プローブ２と演算制御装置７との間で基準点灯信号を送受信する際に無線通信を用いるとともに、プローブ２の構成要素に電力を供給するためのバッテリ３４を設けたが、プローブ２と演算制御装置７とに接続されたケーブルを介して、基準点灯信号の送受信と、プローブ２の構成要素への電力供給とを行ってもよい。このような構成でも、第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９の消費電力を抑制することができる。

第１，第２ＲＦモバイルユニット３０，６０を、プローブ本体２１、ケース５２から離れた位置に配置してもよい。この場合、測定信号の受信強度に基づいて測定された距離を、この離れた位置関係に基づき補正し、プローブ２から撮像装置５までの距離を求めればよい。
第１ＲＦモバイルユニット３０をプローブ本体２１内に配置してもよいし、第２ＲＦモバイルユニット６０をケース５２内に配置してもよいし、ＲＦベースステーション７１を制御装置７２内に配置してもよい。
撮像制御部５８と制御装置７２との各種信号の送受信を、ケーブル１０２を介して行わずに、第１無線通信部７１１と第３無線通信部６１との無線通信を利用して行ってもよい。なお、この場合、ケース５２内の構成要素を駆動するための電力を供給するバッテリや商用電源が必要となる。
測定信号の受信強度に基づき得られた距離情報を距離取得部３３２が取得したが、例えば、測定者が設定入力した距離情報や、超音波での測定結果に基づく距離情報を、距離取得部３３２が取得するようにしてもよい。
本発明の電力供給部は、太陽電池であってもよい。

本発明の測定用光源として９個の第１〜第９赤外ＬＥＤ２６１〜２６９を配置したが、少なくとも３個あればよい。
本発明の測定用光源としては、ＬＥＤ以外の公知の光源を採用することができ、発光する光も赤外線以外の光を採用することができる。
検出部５３１〜５３３の構成としては、シリンドリカルレンズ５４１〜５４３とラインセンサ５５１〜５５３とを含んで構成したが、集光領域５９からの光を１軸方向へ集光できる光学素子であれば、シリンドリカルレンズでなくてもよい。

１…三次元測定システム
２，２Ａ…プローブ（被測定体）
４…位置検出装置
５…撮像装置
７…演算制御装置
３１…第２無線通信部
３４…バッテリ（電力供給部）
５８…撮像制御部（測定信号送信部）
６１…第３無線通信部
２６１〜２６９…第１〜第９赤外ＬＥＤ（測定用光源）
３３１…距離測定部
３３２…距離取得部
３３３…点灯制御部
５４１，５４３…シリンドリカルレンズ（第１光学系）
５４２…シリンドリカルレンズ（第２光学系）
５５１，５５３…ラインセンサ（第１ラインセンサ）
５５２…ラインセンサ（第２ラインセンサ）
７１１…第１無線通信部
７２３…タイミング制御部（基準時間送信部）
７２４…位置演算部
９０１，９０２，９０３…赤外ＬＥＤ（測定用光源）

Claims (5)

1. 測定用光源が配置され、任意の位置に移動可能な被測定体と、前記測定用光源からの光を受光し、前記被測定体の位置を検出する位置検出装置とを備えた三次元測定システムであって、
   前記位置検出装置は、撮像装置と、演算制御装置とを備え、
   前記撮像装置は、互いに離間して設けられ、前記測定用光源からの光を第１軸上に集光する一対の第１光学系と、
   この一対の第１光学系によって前記第１軸上に集光された光を受光し、前記第１軸上における第１輝度分布を検出する一対の第１ラインセンサと、
   前記測定用光源からの光を前記第１軸と直交する第２軸上に集光する第２光学系と、
   この第２光学系によって前記第２軸上に集光された光を受光し、前記第２軸上における第２輝度分布を検出する第２ラインセンサとを備え、
   前記演算制御装置は、前記第１輝度分布および前記第２輝度分布に基づいて、前記被測定体の位置を表す位置情報を演算する位置演算部を備え、
   前記被測定体または前記演算制御装置は、
   前記被測定体から前記撮像装置までの距離情報を取得する距離取得部と、
   前記距離情報で表される距離に基づいて、前記測定用光源の点灯時間を制御する点灯制御部とを備えていることを特徴とする三次元測定システム。
2. 請求項１に記載の三次元測定システムにおいて、
   前記演算制御装置は、第１無線通信部と、前記測定用光源の基準点灯時間を表す基準点灯時間情報を、前記第１無線通信部を介して送信する基準時間送信部とを備え、
   前記被測定体は、第２無線通信部と、任意の位置に移動可能な電力供給部と、前記距離取得部と、前記点灯制御部とを備え、
   前記電力供給部は、前記測定用光源、前記第２無線通信部、前記距離取得部および前記点灯制御部に電力を供給し、
   前記点灯制御部は、前記基準点灯時間情報を前記第２無線通信部を介して取得し、前記距離情報で表される距離に基づいて前記基準点灯時間を補正し、この補正結果に基づいて前記測定用光源の点灯時間を制御することを特徴とする三次元測定システム。
3. 請求項２に記載の三次元測定システムにおいて、
   前記撮像装置は、第３無線通信部と、測定信号を前記第３無線通信部を介して送信する測定信号送信部とを備え、
   前記被測定体は、前記第２無線通信部における前記測定信号の受信強度に基づいて、前記被測定体から前記撮像装置までの距離を測定し、前記距離情報を生成する距離測定部を備えていることを特徴とする三次元測定システム。
4. 測定用光源が配置され、任意の位置に移動可能な被測定体と、前記測定用光源からの光を受光し、前記被測定体の位置を検出する位置検出装置とを用いた三次元測定方法であって、
   前記位置検出装置を、撮像装置と、演算制御装置とで構成し、
   前記撮像装置に、互いに離間して設けられ、前記測定用光源からの光を第１軸上に集光する一対の第１光学系と、
   この一対の第１光学系によって前記第１軸上に集光された光を受光し、前記第１軸上における第１輝度分布を検出する一対の第１ラインセンサと、
   前記測定用光源からの光を前記第１軸と直交する第２軸上に集光する第２光学系と、
   この第２光学系によって前記第２軸上に集光された光を受光し、前記第２軸上における第２輝度分布を検出する第２ラインセンサとを設け、
   前記被測定体または前記演算制御装置が、
   前記被測定体から前記撮像装置までの距離情報を取得する工程と、
   前記距離情報で表される距離に基づいて、前記測定用光源の点灯時間を制御する工程と、
   前記第１輝度分布および前記第２輝度分布に基づいて、前記被測定体の位置を表す位置情報を演算する工程とを実行することを特徴とする三次元測定方法。
5. 測定用光源が配置され、任意の位置に移動可能な被測定体と、前記測定用光源からの光を受光し、前記被測定体の位置を検出する位置検出装置とを備え、前記位置検出装置が撮像装置と、演算制御装置とで構成された三次元測定システムに用いられる被測定体であって、
   前記演算制御装置に設けられた第１無線通信部と無線通信可能な第２無線通信部と、
   任意の位置に移動可能な電力供給部と、
   前記被測定体から前記撮像装置までの距離情報を取得する距離取得部と、
   前記距離情報で表される距離に基づいて、前記測定用光源の点灯時間を制御する点灯制御部とを備え、
   前記電力供給部は、前記測定用光源、前記第２無線通信部、前記距離取得部および前記点灯制御部に電力を供給し、
   前記点灯制御部は、前記第１無線通信部から送信される前記測定用光源の基準点灯時間を表す基準点灯時間情報を、前記第２無線通信部を介して取得し、前記距離情報で表される距離に基づいて前記基準点灯時間を補正し、この補正結果に基づいて前記測定用光源の点灯時間を制御することを特徴とする被測定体。

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