JP2017026585A

JP2017026585A - 三次元形状測定装置

Info

Publication number: JP2017026585A
Application number: JP2015148760A
Authority: JP
Inventors: 悟吏宮瀬; Satoshi Miyase; 貴志大濱; Takashi Ohama
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2017-02-02

Abstract

【課題】測定対象物の表面形状が不明になる範囲を削減可能な三次元形状測定装置を提供すること。【解決手段】三次元形状測定装置１は、測定対象箇所に対して光を照射可能に構成された投光部１１，１２と、測定対象物の画像を撮像して、当該画像を表す画像データを出力可能な撮像部１３と、撮像部１３から出力される測定対象物の画像を表す画像データに基づくデータ処理を実行可能な処理部１０とを備える。処理部１０は、画像データが表す測定対象物の画像中から、複数の測定対象箇所全てを検出可能か否かを判断する判断処理を実行し、当該判断処理において複数の測定対象箇所全てを検出可能と判断された場合に、複数の測定対象箇所それぞれの三次元座標を算出するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元形状測定装置に関する。

投光器から測定対象物へ光を投射し、測定対象物をカメラで撮像し、投光器やカメラが既知の相対位置関係にあることに基づき、三角測量の要領で測定対象物表面の三次元座標値を算出する三次元形状測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

下記特許文献１に記載された三次元形状測定装置の場合、測定対象物はターンテーブル上に搭載され、ターンテーブルを回転させることにより、スリット光が照射される箇所の位置が順次変更される。

特開平５−６７１９６号公報

しかし、上記特許文献１に記載された三次元形状測定装置の場合、測定対象物の形状によっては、投光器から投射された光が照射されている測定対象箇所が、その測定対象箇所とカメラとの間にある突出箇所の裏に隠れてしまうことがあった。この場合、カメラ側ではスリット光が照射された箇所の位置を認識できないため、当該箇所については三次元座標値を算出することができず、測定対象物の表面形状が不明になる、という問題があった。

以上のような事情から、測定対象物の表面形状が不明になる範囲を削減可能な三次元形状測定装置を提供することが望ましい。

以下に説明する三次元形状測定装置は、複数の投光箇所から前記投光箇所毎に向きが異なる仮想面に沿った方向へ面状に光を投射することにより、前記仮想面と測定対象物の表面との交線に相当する測定対象箇所に対して光を照射可能に構成された投光部と、前記測定対象物の画像を撮像して、当該画像を表す画像データを出力可能な撮像部と、複数の前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとの相対的な位置関係を変更可能な変更部と、前記撮像部から出力される前記測定対象物の画像を表す画像データに基づくデータ処理を実行可能な処理部とを備え、前記変更部によって複数の前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとの相対的な位置関係が変更されるたびに、前記投光部によって複数の前記投光箇所全てから光が投射されて、前記撮像部によって前記測定対象物の画像が撮像されて前記撮像部から前記画像データが出力され、その際、前記処理部は、前記画像データが表す前記測定対象物の画像中から、複数の前記測定対象箇所全てを検出可能か否かを判断する判断処理を実行し、当該判断処理において複数の前記測定対象箇所全てを検出可能と判断された場合に、処理対象とされた画像中における複数の前記測定対象箇所それぞれの位置と複数の前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとに基づき、複数の前記測定対象箇所それぞれの三次元座標を算出するように構成されている。

このように構成された三次元形状測定装置によれば、測定対象物の画像を撮像するたびに、測定対象箇所を複数の投光箇所と同数検出することができる。そのため、単一の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、一度の撮像でより多くの三次元座標を算出することができる。

しかも、複数の投光箇所は投光箇所毎に向きが異なる仮想面に沿った方向へ光を投射するので、撮像部による撮像方向と複数の投光箇所それぞれの投光方向とがなす角度は互いに異なる角度となる。そのため、ある投光箇所からの投光では測定対象箇所が他の突出箇所の裏に隠れてしまう場合であっても、別の投光箇所からの投光であれば測定対象箇所が他の突出箇所の裏に隠れない可能性がある。したがって、単一の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、測定対象物の表面形状が不明となる箇所を削減することができる。

また、二以上の投光箇所のいずれから投光しても、同一の測定対象箇所が撮像できる場合には、それら二以上の投光箇所の中から、より信頼性が高いと考えられる投光箇所を選定して、三次元座標の算出を行うこともできる。したがって、単一の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、算出される三次元座標の精度を高めることができる。

図１は三次元形状測定装置の構成を示すブロック図である。図２はカメラ、第一投光器、第二投光器、及びターンテーブルの位置関係を示す説明図である。図３は三次元形状測定装置において実行される処理を示すフローチャートである。図４は初期処理を示すフローチャートである。図５はターンテーブルの回転に伴って測定対象箇所の位置が変化する様子を示す説明図である。

次に、上述の三次元形状測定装置について、例示的な実施形態を挙げて説明する。
［三次元形状測定装置の構成］
図１に示すように、以下に説明する三次元形状測定装置１は、ＰＣ等の外部機器２に接続して使用される周辺機器である。この三次元形状測定装置１は、制御装置１０、第一投光器１１、第二投光器１２、カメラ１３、入力部１４、表示部１５、通信部１６、ステッピングモータ１７、動力伝達機構１８、及びターンテーブル１９などを備えている。

制御装置１０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータと、第一投光器１１、第二投光器１２、カメラ１３、及びステッピングモータ１７それぞれとマイクロコンピュータとの間に介在するインターフェース回路等を有する。第一投光器１１、第二投光器１２、カメラ１３、及びステッピングモータ１７は、それぞれが制御装置１０によって制御されて作動する。また、カメラ１３によって撮像された画像の画像データは、カメラ１３から制御装置１０へと伝送され、画像データに対するデータ処理や三次元座標値の算出処理が制御装置１０において実行される。

第一投光器１１は、図２に示すように、第一投光器１１からの光の投射方向をターンテーブル１９の回転中心となる軸線Ｔ０（図２において紙面に直交する軸線。）に向けて配置されている。また、第一投光器１１は、第一投光箇所Ｐ１とターンテーブル１９の回転中心となる軸線Ｔ０とを通る第一の仮想面に沿った方向へ面状に光を投射可能に構成されている。これにより、第一投光器１１は、第一の仮想面と測定対象物２０の表面との交線に相当する第一の測定対象箇所Ｑ１に対してスリット光を照射することができる。

第二投光器１２は、第二投光器１２からの光の投射方向をターンテーブル１９の回転中心となる軸線Ｔ０に向けて配置されている。また、第二投光箇所Ｐ２とターンテーブル１９の回転中心となる軸線Ｔ０とを通る第二の仮想面に沿った方向へ面状に光を投射可能に構成されている。これにより、第二投光器１２は、第二の仮想面と測定対象物２０の表面との交線に相当する第二の測定対象箇所Ｑ２に対してスリット光を照射することができる。

カメラ１３は、撮像箇所Ｐ３において撮像方向をターンテーブル１９の回転中心となる軸線Ｔ０に向けて配置されている。第一投光器１１による投光方向とカメラ１３による撮像方向のなす角度は第一の角度θ１とされている。第二投光器１２による投光方向とカメラ１３による撮像方向のなす角度は第二の角度θ２とされ、第二の角度θ２は、上述の第一の角度θ１よりも小さい角度とされている。このカメラ１３により、第一投光器１１及び第二投光器１２それぞれから投射される光が測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２において散乱する状態にある測定対象物２０の画像を撮像して、その画像を表す画像データを制御装置１０へと出力することができる。

入力部１４は、タッチパネルやプッシュスイッチ等によって構成され、利用者が三次元形状測定装置１に対する指令を入力する際に利用者によって操作される。表示部１５は、液晶ディスプレイ等によって構成され、三次元形状測定装置１に関する各種情報が表示される。通信部１６は、ＰＣ等の外部機器２と三次元形状測定装置１との間でデータ通信を行う際に利用される通信インターフェースである。

ステッピングモータ１７は、ターンテーブル１９を回転駆動するための動力源である。ステッピングモータ１７を作動させると、その動力が動力伝達機構１８を介してターンテーブル１９に伝達されて、ターンテーブル１９が回転駆動される。ターンテーブル１９には測定対象物２０が搭載され、ターンテーブル１９とともに測定対象物２０を回転させることにより、複数の投光箇所の位置及び投光方向とカメラ１３の位置及び撮像方向と測定対象物２０の位置及び向きとの相対的な位置関係を変更することができる。

［三次元形状測定装置において実行される処理］
次に、三次元形状測定装置１において実行される処理について、図３及び図４に基づいて説明する。以下に説明する処理は、入力部１４において測定開始ボタンが押された際に、制御装置１０によって実行される。

この処理を開始すると、制御装置１０は、ターンテーブル１９が一回転したか否かを判断する（Ｓ１０）。Ｓ１０において、ターンテーブル１９がまだ一回転していなければ（Ｓ１０：ＮＯ）、制御装置１０は、複数の投光箇所から投光して測定対象物２０を撮像し（Ｓ２０）、撮像された画像中から測定対象箇所を検出する（Ｓ３０）。

Ｓ２０においては、第一投光器１１から光が照射された測定対象箇所Ｑ１、及び第二投光器１２から光が照射された測定対象箇所Ｑ２の双方が撮像され得る。ただし、測定対象物２０の形状によっては、測定対象箇所Ｑ１や測定対象箇所Ｑ２が撮像箇所Ｐ３からは見えない箇所（以下、このような箇所をアンダーカット部とも称する。）に位置することがある。その場合、測定対象箇所Ｑ１や測定対象箇所Ｑ２が撮像されないこともある。

以下、この点について具体例を交えて説明する。ここでは、ターンテーブル１９の回転角が図５（Ａ）に示す回転角から図５（Ｂ）に示す回転角に変化し、その後、更に図５（Ｃ）に示す回転角から図５（Ｄ）に示す回転角に変化する場合を想定する。この場合、ターンテーブル１９の回転角が、図５（Ａ），図５（Ｂ），及び図５（Ｃ）に示すような回転角であれば、第一投光器１１から光が照射された測定対象箇所Ｑ１、及び第二投光器１２から光が照射された測定対象箇所Ｑ２の双方が、撮像箇所Ｐ３において撮像される。

このとき、Ｓ３０では、撮影された画像中において輝度の高い領域（以下、高輝度領域とも称する。）が測定対象箇所Ｑ１や測定対象箇所Ｑ２として検出される。測定対象箇所Ｑ１及び測定対象箇所Ｑ２の双方が撮影されている場合、二つある高輝度領域のうち、どちらが測定対象箇所Ｑ１でどちらが測定対象箇所Ｑ２なのかは、第一投光器１１と第二投光器１２の配設位置及び投光方向との関係から、画像中において左側にある高輝度領域が測定対象箇所Ｑ１、右側にある高輝度領域が測定対象箇所Ｑ２と特定される。

一方、ターンテーブル１９の回転角が、図５（Ｄ）に示すような回転角になると、測定対象箇所Ｑ１が撮像箇所Ｐ３からは見えないアンダーカット部に位置することになる。この場合、Ｓ３０では、撮影された画像中において高輝度領域が一つだけ検出されるが、その一つの領域が測定対象箇所Ｑ１なのか、測定対象箇所Ｑ２なのかを推定することは困難になる。

そこで、制御装置１０は、撮像された画像中から投光箇所と同数の測定対象箇所を検出できたか否かを判断する（Ｓ４０）。Ｓ４０において、投光箇所と同数の測定対象箇所を検出できなかったと判断された場合（Ｓ４０：ＮＯ）、制御装置１０は、再検出処理を実行する（Ｓ４５）。この再検出処理は、図４に示すような処理となる。

再検出処理を開始すると、制御装置１０は、処理対象となる一つの投光箇所から投光して測定対象物を撮像する（Ｓ１１０）。最初にＳ１１０が実行される際には、処理対象となる一つの投光箇所として、例えば第一投光器１１が選ばれ、その場合、第一投光器１１から投光して測定対象物を撮像する。このとき、第二投光器１２からは投光されない。

そして、制御装置１０は、撮像された画像中から測定対象箇所を検出し（Ｓ１２０）、測定対象箇所を検出できたか否かを判断する（Ｓ１３０）。Ｓ１３０において測定対象箇所を検出できたと判断された場合は（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、検出した測定対象箇所と投光箇所とを対応付けて記憶する（Ｓ１４０）。例えば第一投光器１１から投光している場合であれば、検出した測定対象箇所が第一投光器１１に対応付けられ、その情報が制御装置１０のメモリに記憶される。ここで記憶された情報は、後述するＳ５０において三次元座標値を算出する際に利用される。なお、Ｓ１４０を終えたらＳ１５０へと進む。

一方、Ｓ１３０において測定対象箇所を検出できなかったと判断された場合は（Ｓ１３０：ＮＯ）、Ｓ１４０を実行することなくＳ１５０へと進む。そのため、例えば第一投光器１１から投光している場合であれば、制御装置１０のメモリには、第一投光器１１に対応する測定対象箇所Ｑ１に関する情報が記憶されないことになる。

Ｓ１５０へ進むと、制御装置１０は、未処理の投光箇所があるか否かを判断する（Ｓ１５０）。処理対象となる一つの投光箇所として、例えば第一投光器１１が選ばれ、まだ第二投光器１２が処理対象として選ばれていない場合であれば、未処理の投光箇所があると判断される（Ｓ１５０：ＹＥＳ）。この場合は、Ｓ１１０へと戻り、未処理の投光箇所の中から例えば第二投光器１２が選ばれて、Ｓ１１０〜Ｓ１５０の処理ステップが繰り返される。そして、Ｓ１１０〜Ｓ１５０の処理ステップが繰り返された結果、Ｓ１５０において、未処理の投光箇所がない判断された場合には（Ｓ１５０：ＮＯ）、再検出処理を終了する。

再検出処理を終了した場合は、図３に示すＳ５０へと進む。また、図３に示すＳ４０において、投光箇所と同数の測定対象箇所を検出できたと判断された場合も（Ｓ４０：ＹＥＳ）、Ｓ５０へと進む。Ｓ５０へ進むと、制御装置１０は、検出した測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の画像中での位置に基づいて、三次元座標値を算出する（Ｓ５０）。

三次元座標値の具体的な算出方法は、周知の光切断法による三次元座標値の算出方法と同様に、三角測量の仕組みを利用して、回転中心Ｔ０から測定対象箇所Ｑ１までの距離を算出し、回転中心Ｔ０を中心とする円柱座標系における三次元座標値を得る。また、必要があれば、得られた三次元座標値を直交座標系における三次元座標値に変換してもよい。なお、上述のＳ１３０において測定対象箇所を検出できなかったと判断された場合は（Ｓ１３０：ＮＯ）、Ｓ１４０が実行されず、測定対象箇所に関する情報がメモリに記憶されていない。そのため、そのような測定対象箇所については、Ｓ５０での処理対象から除外されることになる。

続いて、制御装置１０は、同一の測定対象箇所の座標値を算出済みか否かを判断する（Ｓ６０）。ここで、Ｓ６０で実行される判断の手法について、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）に示す具体例を交えて説明する。図５（Ｂ）に示すターンテーブル１９の回転角は、図５（Ａ）に示すターンテーブル１９の回転角から時計回りに角度θ３だけ回転している。また、第一投光器１１の投光方向と第二投光器１２の投光方向のなす角度は、図２に示すように、角度θ３となっている。

そのため、図５（Ａ）に示す測定対象箇所Ｑ２と図５（Ｂ）に示す測定対象箇所Ｑ１は、測定対象物２０表面における同一の箇所となる。したがって、図５（Ａ）に示す測定対象箇所Ｑ２に基づいて算出される三次元座標値と、図５（Ｂ）に示す測定対象箇所Ｑ１に基づいて算出される三次元座標値は、同一箇所の三次元座標値を算出していることになる。

ただし、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の三次元座標値を算出するに当たっては、撮像された画像中において、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の位置と回転中心Ｔ０があるべき位置との「ずれ」に基づいて、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２から回転中心Ｔ０までの距離を算出する。そのため、測定対象物２０表面の同一箇所が測定対象箇所Ｑ１になる場合と測定対象箇所Ｑ２になる場合とでは、測定対象箇所Ｑ１になる場合の方が上述の「ずれ」が大きくなる。したがって、そのような「ずれ」に基づいて測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の三次元座標値を算出する際には、測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いる方が、算出される三次元座標値の精度が上がる。

一方、ターンテーブル１９が更に回転駆動されると、ターンテーブル１９の回転角は図５（Ｃ）に示す回転角や図５（Ｄ）に示す回転角に変化する。図５（Ｄ）に示すターンテーブル１９の回転角は、図５（Ｃ）に示すターンテーブル１９の回転角から時計回りに角度θ３だけ回転している。また、第一投光器１１の投光方向と第二投光器１２の投光方向のなす角度は、上述の通り、角度θ３となっている。

そのため、図５（Ｃ）に示す測定対象箇所Ｑ２と図５（Ｄ）に示す測定対象箇所Ｑ１は、測定対象物２０表面における同一の箇所となる。ただし、図５（Ｃ）に示す測定対象箇所Ｑ２は撮像箇所Ｐ３にあるカメラ１３によって撮像することができるが、図５（Ｄ）に示す測定対象箇所Ｑ１を撮像箇所Ｐ３にあるカメラ１３によって撮像することはできない。そのため、図５（Ｃ）に示す測定対象箇所Ｑ２に基づいて三次元座標値を算出することはできるものの、図５（Ｄ）に示す測定対象箇所Ｑ１に基づいて三次元座標値を算出することはできない。

このようにカメラ１３による撮像ができるか否かが変わるのは、第一投光器１１と第二投光器１２とで、カメラ１３との相対位置及び投光方向が異なるためである。すなわち、第一投光器１１は投光方向とカメラ１３による撮像方向のなす角度が第一の角度θ１とされているのに対し、第二投光器１２は投光方向とカメラ１３による撮像方向のなす角度が第一の角度θ１よりも小さい第二の角度θ２とされている。そのため、よりカメラ１３に近い位置にある第二投光器１２から投光される測定対象箇所Ｑ２の方が、アンダーカット部に入り込みにくくなるのである。

つまり、第一投光器１１から投光される測定対象箇所Ｑ１の方が、より精度の高い三次元座標値を算出でき、第二投光器１２から投光される測定対象箇所Ｑ２の方が、三次元座標値を算出できる可能性を高めることができる。

以上のような事情から、上述のＳ６０においては、例えば、既に測定対象箇所Ｑ２での測定結果を用いて三次元座標値を算出済みで、新たに同一の箇所について測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いて三次元座標値を算出した場合に、同一の測定対象箇所の座標値を算出済みであると判断する（Ｓ６０：ＹＥＳ）。この場合、制御装置１０は、カメラ１３との間の角度が大きい投光器を利用して算出された座標値を採用する（Ｓ７０）。すなわち、既に測定対象箇所Ｑ２での測定結果を用いて三次元座標値を算出済みであっても、新たに同一の箇所について測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いて三次元座標値を算出したのであれば、その箇所の三次元座標値としては、測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いて算出された三次元座標値を採用する。

一方、Ｓ６０において、まだ測定対象箇所Ｑ２での測定結果を用いて三次元座標値を算出済みではない場合には、同一の測定対象箇所の座標値を算出済みではないと判断する（Ｓ６０：ＮＯ）。この場合、制御装置１０は、新たに算出された座標値を採用する（Ｓ７５）。すなわち、この時点では、測定対象箇所Ｑ２での測定結果を用いて三次元座標値を算出しているものの、測定対象箇所Ｑ１での測定結果は得られていないので、その箇所の三次元座標値としては、測定対象箇所Ｑ２での測定結果を用いて算出された三次元座標値を採用する。なお、測定対象箇所Ｑ２での測定結果が得られないまま、測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いて三次元座標値を算出できた場合には、その箇所の三次元座標値としては、測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いて算出された三次元座標値を採用する。

こうしてＳ７０又はＳ７５を終えたら、制御装置１０は、ターンテーブル１９を所定角度だけ回転駆動して（Ｓ８０）、Ｓ１０へと戻る。これにより、Ｓ１０において否定判断がなされる間は、Ｓ１０〜Ｓ８０が繰り返し実行されることになる。その結果、ターンテーブル１９の回転角を所定角度ずつ変更しながら、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２での測定結果を用いて三次元座標値が算出される。その際、これら双方の測定結果が得られた場合には、測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いて算出された三次元座標値が採用され、一方の測定結果しか得られない場合には、一方の測定結果を用いて算出された三次元座標値が採用される。そして、Ｓ１０において、ターンテーブル１９が一回転した場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、図３に示す処理を終了する。

なお、以上説明した実施形態において、制御装置１０は、本明細書でいう処理部の一例に相当する。第一投光器１１及び第二投光器１２は、本明細書でいう投光部の一例に相当する。カメラ１３は、本明細書でいう撮像部の一例に相当する。ステッピングモータ１７、動力伝達機構１８、及びターンテーブル１９は、本明細書でいう変更部の一例に相当する。また、上述のＳ４０は、本明細書でいう判断処理の一例に相当する。

［効果］
以上説明した通り、上記三次元形状測定装置１によれば、測定対象物２０の画像を撮像するたびに、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２を第一投光器１１及び第二投光器１２による投光箇所数と同数検出することができる。そのため、単一の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、一度の撮像でより多くの三次元座標を算出することができる。

しかも、第一投光器１１及び第二投光器１２はそれぞれで向きが異なる仮想面に沿った方向へ光を投射するので、カメラ１３による撮像方向と第一投光器１１及び第二投光器１２それぞれの投光方向とがなす角度は互いに異なる角度となる。そのため、第一投光器１１からの投光では測定対象箇所Ｑ１が突出箇所の裏に隠れてしまう場合であっても、第二投光器１２からの投光であれば測定対象箇所Ｑ２が突出箇所の裏に隠れない可能性がある。したがって、単一の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、測定対象物２０の表面形状が不明となる箇所を削減することができる。

また、第一投光器１１及び第二投光器１２のいずれから投光しても、同一の測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２が撮像できる場合には、それら第一投光器１１及び第二投光器１２の中から、より信頼性が高いと考えられる第一投光器１１を選定して、三次元座標の算出を行うこともできる。したがって、単一の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、算出される三次元座標の精度を高めることができる。

さらに、上記三次元形状測定装置１の場合、第一投光器１１及び第二投光器１２全てから投光したにもかかわらず、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２のうちの少なくとも一つを検出できない場合には、図４に示す再検出処理が実行され、Ｓ１１０においては、第一投光器１１及び第二投光器１２から互いに異なる投光タイミングで一箇所ずつ順に光が投射される。そして、投光タイミング毎に測定対象物２０の画像が撮像されてカメラ１３から画像データが出力され、それらの画像データが表す測定対象物２０の画像中から、撮像時に投光していた一つの投光器に対応する一つの測定対象箇所を検出可能か否かが判断される（Ｓ１３０）。その結果、一つの測定対象箇所を検出可能と判断された場合には、その情報がＳ１４０においてメモリに記憶され、Ｓ５０においては、その一つの測定対象箇所の三次元座標が算出される。したがって、第一投光器１１及び第二投光器１２のいずれから投光した際に測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の検出ができなくなるのかを適切に把握でき、そのような第一投光器１１及び第二投光器１２を除外して、残りの第一投光器１１及び第二投光器１２に対応する測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の三次元座標を適切に算出することができる。

［補足］
以上、三次元形状測定装置について、例示的な実施形態を挙げて説明したが、上述の実施形態は本発明の一態様として例示されるものに過ぎない。すなわち、本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な形態で実施することができる。

例えば、上記実施形態では、第一投光器１１及び第二投光器１２の双方から投光してカメラ１３による撮像を行い、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の双方を検出し、その検出に失敗した場合に、再検出処理を実行していたが、常に再検出処理と同等な処理を行ってもよい。すなわち、第一投光器１１及び第二投光器１２の双方から投光してカメラ１３による撮像を行うという処理は実行せず、その代わりに、常に再検出処理と同等な処理を行って、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２を常に個別に撮像し、画像中から検出するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、カメラ、及び各投光器を固定して、ターンテーブルを回転させることにより、測定対象物とカメラ及び各投光器との相対位置を変更していたが、他の手法で測定対象物とカメラ及び各投光器との相対位置を変更してもよい。例えば、測定対象物を固定し、その周囲でカメラ及び各投光器を変位させてもよい。あるいは、回転以外の方法で測定対象物とカメラ及び各投光器との相対位置を変更してもよく、例えば、測定対象物をベルトコンベヤ等に載せて一方向に直線的に変位させてもよい。さらに、投光器から投射される光の向きをミラーやプリズムなどで変更することにより、測定対象部表面における光の照射位置を変更してもよい。

なお、以上説明した例示的な実施形態から明らかなように、本明細書で説明した三次元形状測定装置は、更に以下に挙げるような構成を備えていてもよい。
まず、本明細書で説明した三次元形状測定装置は、前記判断処理において複数の前記測定対象箇所のうちの少なくとも一つを検出不能と判断された場合には、さらに、前記投光部によって複数の前記投光箇所から互いに異なる投光タイミングで一箇所ずつ順に光が投射されて、投光タイミング毎に前記撮像部によって前記測定対象物の画像が撮像されて前記撮像部から前記画像データが出力され、その際、前記処理部は、前記画像データが表す前記測定対象物の画像中から、撮像時に投光していた一つの前記投光箇所に対応する一つの前記測定対象箇所を検出可能か否かを判断し、当該判断の結果、一つの前記測定対象箇所を検出可能と判断された場合に、処理対象とされた画像中における一つの前記測定対象箇所の位置と撮像時に投光していた一つの前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとに基づき、一つの前記測定対象箇所の三次元座標を算出するように構成されていてもよい。

このように構成された三次元形状測定装置によれば、複数の投光箇所全てから投光したにもかかわらず、複数の測定対象箇所のうちの少なくとも一つを検出できない場合には、複数の投光箇所から互いに異なる投光タイミングで一箇所ずつ順に光が投射される。そして、投光タイミング毎に測定対象物の画像が撮像されて撮像部から画像データが出力され、それらの画像データが表す測定対象物の画像中から、撮像時に投光していた一つの投光箇所に対応する一つの測定対象箇所を検出可能か否かが判断される。その結果、一つの測定対象箇所を検出可能と判断された場合には、その一つの測定対象箇所の三次元座標が算出される。したがって、どの投光箇所から投光した際に測定対象箇所の検出ができなくなるのかを適切に把握でき、そのような投光箇所を除外して、残りの投光箇所に対応する測定対象箇所の三次元座標を適切に算出することができる。

また、本明細書で説明した三次元形状測定装置は、複数の投光箇所から前記投光箇所毎に向きが異なる仮想面に沿った方向へ面状に光を投射することにより、前記仮想面と測定対象物の表面との交線に相当する測定対象箇所に対して光を照射可能に構成された投光部と、前記測定対象物の画像を撮像して、当該画像を表す画像データを出力可能な撮像部と、複数の前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとの相対的な位置関係を変更可能な変更部と、前記撮像部から出力される前記測定対象物の画像を表す画像データに基づくデータ処理を実行可能な処理部とを備え、前記変更部によって複数の前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとの相対的な位置関係が変更されるたびに、前記投光部によって複数の前記投光箇所から互いに異なる投光タイミングで一箇所ずつ順に光が投射されて、投光タイミング毎に前記撮像部によって前記測定対象物の画像が撮像されて前記撮像部から前記画像データが出力され、その際、前記処理部は、前記画像データが表す前記測定対象物の画像中から、撮像時に投光していた一つの前記投光箇所に対応する一つの前記測定対象箇所を検出可能か否かを判断し、当該判断の結果、一つの前記測定対象箇所を検出可能と判断された場合に、処理対象とされた画像中における一つの前記測定対象箇所の位置と撮像時に投光していた一つの前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとに基づき、一つの前記測定対象箇所の三次元座標を算出するように構成されていてもよい。

このように構成された三次元形状測定装置によれば、複数の投光箇所から互いに異なる投光タイミングで一箇所ずつ順に光が投射される。そして、投光タイミング毎に測定対象物の画像が撮像されて撮像部から画像データが出力され、それらの画像データが表す測定対象物の画像中から、撮像時に投光していた一つの投光箇所に対応する一つの測定対象箇所を検出可能か否かが判断される。その結果、一つの測定対象箇所を検出可能と判断された場合には、その一つの測定対象箇所の三次元座標が算出される。

したがって、変更部によって複数の投光箇所の位置及び投光方向と撮像部の位置及び撮像方向と測定対象物の位置及び向きとの相対的な位置関係が変更されるたびに、複数の投光箇所それぞれに対応する測定対象箇所を検出することができる。そのため、単一の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、変更部による相対位置の変更をするたびにより多くの三次元座標を算出することができる。

１…三次元形状測定装置、２…外部機器、１０…制御装置、１１…第一投光器、１２…第二投光器、１３…カメラ、１４…入力部、１５…表示部、１６…通信部、１７…ステッピングモータ、１８…動力伝達機構、１９…ターンテーブル、２０…測定対象物、Ｐ１…第一投光箇所、Ｐ２…第二投光箇所、Ｐ３…撮像箇所、Ｑ１，Ｑ２…測定対象箇所、Ｔ０…回転中心。

Claims

複数の投光箇所から前記投光箇所毎に向きが異なる仮想面に沿った方向へ面状に光を投射することにより、前記仮想面と測定対象物の表面との交線に相当する測定対象箇所に対して光を照射可能に構成された投光部と、
前記測定対象物の画像を撮像して、当該画像を表す画像データを出力可能な撮像部と、
複数の前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとの相対的な位置関係を変更可能な変更部と、
前記撮像部から出力される前記測定対象物の画像を表す画像データに基づくデータ処理を実行可能な処理部と
を備え、
前記変更部によって複数の前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとの相対的な位置関係が変更されるたびに、前記投光部によって複数の前記投光箇所全てから光が投射されて、前記撮像部によって前記測定対象物の画像が撮像されて前記撮像部から前記画像データが出力され、その際、前記処理部は、前記画像データが表す前記測定対象物の画像中から、複数の前記測定対象箇所全てを検出可能か否かを判断する判断処理を実行し、当該判断処理において複数の前記測定対象箇所全てを検出可能と判断された場合に、処理対象とされた画像中における複数の前記測定対象箇所それぞれの位置と複数の前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとに基づき、複数の前記測定対象箇所それぞれの三次元座標を算出するように構成されている
三次元形状測定装置。
請求項１に記載の三次元形状測定装置であって、
前記判断処理において複数の前記測定対象箇所のうちの少なくとも一つを検出不能と判断された場合には、さらに、前記投光部によって複数の前記投光箇所から互いに異なる投光タイミングで一箇所ずつ順に光が投射されて、投光タイミング毎に前記撮像部によって前記測定対象物の画像が撮像されて前記撮像部から前記画像データが出力され、その際、前記処理部は、前記画像データが表す前記測定対象物の画像中から、撮像時に投光していた一つの前記投光箇所に対応する一つの前記測定対象箇所を検出可能か否かを判断し、当該判断の結果、一つの前記測定対象箇所を検出可能と判断された場合に、処理対象とされた画像中における一つの前記測定対象箇所の位置と撮像時に投光していた一つの前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとに基づき、一つの前記測定対象箇所の三次元座標を算出するように構成されている
三次元形状測定装置。
複数の投光箇所から前記投光箇所毎に向きが異なる仮想面に沿った方向へ面状に光を投射することにより、前記仮想面と測定対象物の表面との交線に相当する測定対象箇所に対して光を照射可能に構成された投光部と、
前記測定対象物の画像を撮像して、当該画像を表す画像データを出力可能な撮像部と、
複数の前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとの相対的な位置関係を変更可能な変更部と、
前記撮像部から出力される前記測定対象物の画像を表す画像データに基づくデータ処理を実行可能な処理部と
を備え、
前記変更部によって複数の前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとの相対的な位置関係が変更されるたびに、前記投光部によって複数の前記投光箇所から互いに異なる投光タイミングで一箇所ずつ順に光が投射されて、投光タイミング毎に前記撮像部によって前記測定対象物の画像が撮像されて前記撮像部から前記画像データが出力され、その際、前記処理部は、前記画像データが表す前記測定対象物の画像中から、撮像時に投光していた一つの前記投光箇所に対応する一つの前記測定対象箇所を検出可能か否かを判断し、当該判断の結果、一つの前記測定対象箇所を検出可能と判断された場合に、処理対象とされた画像中における一つの前記測定対象箇所の位置と撮像時に投光していた一つの前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとに基づき、一つの前記測定対象箇所の三次元座標を算出するように構成されている
三次元形状測定装置。