JP2017227609A - 三次元測定装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 連結測定のための設定作業を簡素化することができる三次元測定装置を提供する。【解決手段】 ステージ上の測定対象物により反射された検出光を受光して撮影画像を生成する撮像手段と、鉛直方向の回転軸を中心としてステージを回転させる回転駆動手段と、撮影画像に基づいて、測定対象物の三次元形状データを求める形状データ算出手段と、複数の撮像アングルを決定し、回転駆動手段を制御してステージをいずれかの撮像アングルに切り替えた後、撮影画像を取得して画面表示するプレビュー制御手段と、回転駆動手段を制御してステージを複数の撮像アングルに順次に切り替え、各撮像アングルにおける撮影画像から求められた三次元形状データを連結し、連結形状データを求める測定制御手段と、連結形状データに対する位置の指定を受け付けて幾何学的特徴を抽出し、抽出された幾何学的特徴に基づいて、測定対象物の形状を測定する形状測定手段により構成される。【選択図】 図７

Description

本発明は、三次元測定装置及びその制御方法に係り、さらに詳しくは、データ取得時の撮像アングルが互いに異なる複数の三次元形状データを連結してより死角の少ない三次元形状データを生成する三次元測定装置の改良に関する。

三次元測定装置は、測定対象物の立体形状を光学的に測定する測定器であり、三角測距の原理等を利用して三次元形状データが取得される。例えば、ステージ上に載置された測定対象物に対し、縞状のパターン光を投影し、この状態でステージ上の測定対象物がカメラにより撮影される。測定対象物の高さ情報は、撮影画像を解析し、パターンのずれやゆがみ具合から求められる。

上述した三次元測定装置では、撮影画像に基づいて三次元形状データを取得することから、測定対象物の側面や背面のような死角になっている領域の形状データを取得することができない。また、測定対象物の表面の法線方向とカメラの受光軸とのなす角度が大きくなるほど測定精度が低下する。この様な問題を解決する測定方法として、連結測定法が知られている。連結測定法では、撮像アングルが異なる複数の撮影画像のそれぞれから三次元形状データを求め、これらの三次元形状データを合成することによってより死角の少ない三次元形状データが求められる。

撮像アングルは、カメラと測定対象物との相対的な位置関係に対応し、例えば、ステージを回転させることによって切り替えられ、ステージの回転角としてユーザにより個別に指定される。

上述した様な従来の三次元測定装置では、複数の撮像アングルを個別に指定しなければならず、連結測定のための設定作業が煩雑であるという問題があった。

また、熟練したオペレータでなければ、連結測定のための各撮像アングルを適切に指定することが容易ではないという問題があった。例えば、連結測定では、隣接する２つの撮影画像間に適切な重複領域が生じている必要があり、この様な重複領域が確保されるように複数の撮像アングルを指定する必要がある。また、測定対象物の一部領域が高精度で測定したい重要領域である場合、複数の撮像アングルの中に、当該重要領域がカメラに略正対するような撮像アングルが含まれている必要がある。この様な条件を満たすように複数の撮像アングルをユーザが指定することは容易ではないという問題があった。

さらに、この様な設定作業を自動化しようとした場合にも、同様の理由により、適切な撮像アングルを指定することが容易ではないという問題があった。例えば、自動的に指定された複数の撮像アングルに、ユーザが希望する重要領域を精度良く測定できる撮像アングルが含まれているか否かが判別できないという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、連結測定のための設定作業を簡素化することができる三次元測定装置を提供することを目的とする。特に、連結測定のための撮像アングルを個別に指定することなく、連結測定を行うことができる三次元測定装置を提供することを目的とする。また、自動的に決定された撮像アングルの中に、重要領域を高精度で測定可能な撮像アングルが含まれていることを容易に確認することができる三次元測定装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、上述した様な三次元測定装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による三次元測定装置は、データ取得時の撮像アングルが互いに異なる複数の三次元形状データを連結して連結形状データを生成する三次元測定装置であって、測定対象物が載置されるステージと、上記ステージ上の上記測定対象物に検出光を照射する投光手段と、上記ステージに対して受光軸が傾斜するように配置され、上記測定対象物により反射された上記検出光を受光して撮影画像を生成する撮像手段と、鉛直方向の回転軸を中心として上記ステージを回転させることにより、上記撮像アングルを切り替える回転駆動手段と、上記撮影画像に基づいて、上記測定対象物の上記三次元形状データを求める形状データ算出手段と、複数の上記撮像アングルを決定し、上記回転駆動手段を制御して上記ステージをいずれかの上記撮像アングルに切り替えた後、上記撮影画像を取得して画面表示するプレビュー制御手段と、上記回転駆動手段を制御して上記ステージを上記複数の撮像アングルに順次に切り替え、各撮像アングルにおける上記撮影画像から求められた上記三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて連結し、上記連結形状データを求める測定制御手段と、上記連結形状データに対する位置の指定を受け付けて幾何学的特徴を抽出し、抽出された幾何学的特徴に基づいて、上記測定対象物の形状を測定する形状測定手段とを備える。

この様な構成によれば、複数の撮像アングルが自動的に決定されるため、連結測定のための撮像アングルを個別に指定することなく、連結測定を行うことができる。従って、各撮像アングルをユーザがそれぞれ指定する煩雑な作業が不要になり、連結測定のための設定作業を簡素化することができる。

また、自動的に決定された撮像アングルのいずれかにステージを切り替えて撮影画像が画面表示されるため、自動的に決定された撮像アングルの中に、重要領域を高精度で測定可能な撮像アングルが含まれていることを容易に確認することができる。

本発明の第２の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、撮像アングル範囲の指定を受け付けるアングル情報指定手段を更に備え、上記プレビュー制御手段が、上記撮像アングル範囲内で上記複数の撮像アングルを決定するように構成される。この様な構成によれば、撮像アングル範囲を指定することにより、連結測定を行うことができる。

本発明の第３の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記アングル情報指定手段が、複数の注目アングルの指定を受け付け、上記プレビュー制御手段が、上記注目アングル間の回転角に基づいて、補間アングルを指定し、上記複数の注目アングル及び上記補間アングルを含むように上記複数の撮像アングルを決定するように構成される。この様な構成によれば、複数の注目アングルを指定することにより、連結測定を行うことができる。また、撮影画像間に適切な重複領域が生じるように補間アングルを自動的に追加して連結測定が行われるため、三次元形状データに抜けが生じるのを抑制することができる。

本発明の第４の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記アングル情報指定手段が、上記撮像アングルの変更を受け付け、上記測定制御手段が、変更後の上記撮像アングルに基づいて、上記ステージの切替を行うように構成される。この様な構成によれば、自動的に決定された撮像アングルを撮影画像の画面表示によって確認した後、ユーザは、重要領域が高精度で測定されるように撮像アングルを変更することができる。

本発明の第５の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記アングル情報指定手段が、上記複数の撮像アングルの中からプレビューアングルの指定を受け付け、上記プレビュー制御手段が、上記プレビューアングルとして指定された撮像アングルに切り替えて上記撮影画像を取得するように構成される。この様な構成によれば、ユーザは、連結測定のための複数の撮像アングルの中からプレビューアングルを任意に指定して撮影画像を確認することができる。

本発明の第６の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記投光手段が、上記撮像手段の上記受光軸に対して投光軸が傾斜するように配置された２以上の照明装置からなり、上記プレビュー制御手段が、上記照明装置を順次に点灯させて複数の上記撮影画像を取得し、これらの撮影画像を合成した合成画像を画面表示するとともに、上記複数の撮影画像に基づいて、影領域を検出し、上記合成画像上に重畳して表示するように構成される。この様な構成によれば、ユーザは、高精度で測定したい重要領域について、三次元形状データが得られるか否かを容易に確認することができる。

本発明の第７の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記プレビュー制御手段が、受光量が飽和している飽和領域を上記合成画像上に重畳して表示するように構成される。この様な構成によれば、ユーザは、高精度で測定したい重要領域について、三次元形状データが得られるか否かを容易に確認することができる。

本発明の第８の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、ワンショット測定モード及び連結測定モードのいずれかを指定するユーザ操作を受け付ける測定モード指定手段と、測定開始の指示を受け付ける測定指示受付手段とを更に備え、上記測定制御手段が、上記ワンショット測定モードが指定された場合に、上記測定開始の指示受付時における上記ステージの回転位置に対応する撮像アングルで撮像された上記撮影画像を取得して上記三次元形状データを求め、上記連結測定モードが指定された場合に、上記測定開始の指示受付前に決定された上記複数の撮像アングルに順次に切り替え、各撮像アングルで撮像された上記撮影画像を取得して上記連結形状データを求めるように構成される。この様な構成によれば、ユーザは、ワンショット測定モードと連結測定モードとのいずれかを任意に指定して測定を行うことができる。

本発明の第９の態様による三次元測定装置は、データ取得時の撮像アングルが互いに異なる複数の三次元形状データを連結して連結形状データを生成する三次元測定装置であって、測定対象物が載置されるステージと、上記ステージ上の上記測定対象物に検出光を照射する投光手段と、上記測定対象物により反射された上記検出光を受光して撮影画像を生成する撮像手段と、上記ステージを水平方向又は鉛直方向に移動させることにより、上記撮像アングルを切り替えるステージ駆動手段と、上記撮影画像に基づいて、上記測定対象物の上記三次元形状データを求める形状データ算出手段と、複数の上記撮像アングルを決定し、上記ステージ駆動手段を制御して上記ステージをいずれかの上記撮像アングルに切り替えた後、上記撮影画像を取得して画面表示するプレビュー制御手段と、上記ステージ駆動手段を制御して上記ステージを上記複数の撮像アングルに順次に切り替え、各撮像アングルにおける上記撮影画像から求められた上記三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて連結し、上記連結形状データを求める測定制御手段と、上記連結形状データに対する位置の指定を受け付けて幾何学的特徴を抽出し、抽出された幾何学的特徴に基づいて、上記測定対象物の形状を測定する形状測定手段とを備える。

本発明の第１０の態様による三次元測定装置の制御方法は、データ取得時の撮像アングルが互いに異なる複数の三次元形状データを連結して連結形状データを生成する三次元測定装置の制御方法であって、ステージ上に載置された測定対象物に検出光を照射する投光ステップと、上記測定対象物により反射された上記検出光を受光して撮影画像を生成する撮像ステップと、鉛直方向の回転軸を中心として上記ステージを回転させることにより、上記撮像アングルを切り替えるアングル切替ステップと、上記撮影画像に基づいて、上記測定対象物の上記三次元形状データを求める形状データ算出ステップと、複数の上記撮像アングルを決定し、上記ステージをいずれかの上記撮像アングルに切り替えた後、上記撮影画像を取得して画面表示するプレビューステップと、上記ステージを上記複数の撮像アングルに順次に切り替え、各撮像アングルにおける上記撮影画像から求められた上記三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて連結し、上記連結形状データを求める測定制御ステップと、上記連結形状データに対する位置の指定を受け付けて幾何学的特徴を抽出し、抽出された幾何学的特徴に基づいて、上記測定対象物の形状を測定する形状測定ステップとを備える。

本発明によれば、連結測定のための設定作業を簡素化することができる。特に、複数の撮像アングルが自動的に決定されるため、連結測定のための撮像アングルを個別に指定することなく、連結測定を行うことができる。また、自動的に決定された撮像アングルのいずれかにステージを切り替えて撮影画像が画面表示されるため、自動的に決定された撮像アングルの中に、重要領域を高精度で測定可能な撮像アングルが含まれていることを容易に確認することができる。

本発明の実施の形態による三次元測定装置１の一構成例を示したシステム図である。 図１の測定部２の一構成例を模式的に示した説明図である。 三次元測定装置１における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。 図３のステップＳ１０１（投光照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。 図３のステップＳ１０２（テクスチャ照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。 図３のステップＳ１１３（データ解析）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。 図１の情報処理端末５内の機能構成の一例を示したブロック図である。 図７の情報処理端末５の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される測定設定画面６が示されている。 図７の情報処理端末５の動作の一例を示した図であり、撮像アングル範囲ＲＫをアングル設定円６８上で指定する場合が示されている。 図７の情報処理端末５の動作の一例を示した図であり、補間アングルＣＡが終了アングル（終了位置ＥＰ）に近い場合が示されている。 図７の情報処理端末５の動作の一例を示した図であり、注目アングルをアングル設定円６８上で指定する場合が示されている。 図７の情報処理端末５における連結測定時の動作の一例を示したフローチャートである。

まず、本発明による三次元測定装置の概略構成について、図１〜図６を用いて以下に説明する。

＜三次元測定装置１＞
図１は、本発明の実施の形態による三次元測定装置１の一構成例を示したシステム図である。この三次元測定装置１は、測定対象物Ｗの立体形状を光学的に測定する測定器であり、測定部２、コントローラ４及び情報処理端末５により構成される。

＜測定部２＞
測定部２は、ステージ２１上の測定対象物Ｗに可視光からなる検出光を照射し、測定対象物Ｗにより反射された検出光を受光して撮影画像を生成するヘッドユニットであり、ステージ２１、回転駆動部２２、撮像部２３、投光部２４、テクスチャ照明出射部２５及び制御基板２６により構成される。この測定部２は、ステージ２１、撮像部２３、投光部２４及びテクスチャ照明出射部２５が一体型の筐体に搭載される。

ステージ２１は、測定対象物Ｗを載置するための水平かつ平坦な載置面を有する作業台である。このステージ２１は、円板状のステージプレート２１１と、ステージプレート２１１を支持するステージベース２１２とにより構成される。

ステージプレート２１１は、中央付近で折り曲げて固定することができ、測定対象物Ｗを撮像部２３に正対させるための傾斜台として機能させることができる。回転駆動部２２は、ステージ２１上の測定対象物Ｗに対する撮像アングルを調整するために、鉛直方向の回転軸を中心としてステージ２１を回転させる。

撮像部２３は、ステージ２１上の測定対象物Ｗを撮影する固定倍率のカメラであり、受光レンズ２３１及び撮像素子２３２により構成される。撮像素子２３２は、受光レンズ２３１を介して測定対象物Ｗからの検出光を受光し、撮影画像を生成する。撮像素子２３２には、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）などのイメージセンサが用いられる。この撮像素子２３２は、例えば、モノクロイメージセンサである。

投光部２４は、ステージ２１上の測定対象物Ｗに検出光を照射する照明装置であり、投光用光源２４１、コレクタレンズ２４２、パターン生成ユニット２４３及び投光レンズ２４４により構成される。投光用光源２４１には、例えば、単色の検出光を生成するＬＥＤ（発光ダイオード）又はハロゲンランプが用いられる。色収差補正等が容易であることから、白色光源を用いる場合に比べ、単色の投光用光源２４１を用いる方が有利である。また、波長は短い方が三次元形状データの解像度を上げるのに有利であることから、青色の光源、例えば、青色ＬＥＤを投光用光源２４１として用いることが好ましい。ただし、撮像素子２３２が良好なＳ／Ｎで受光することができる波長が選択される。

なお、単色の投光用光源２４１を使用する場合、撮像素子２３２がカラーイメージセンサであれば、ＲＧの受光素子が利用できないため、Ｂの受光素子のみの利用となり、利用できる画素数が減ることになる。従って、画素サイズや画素数をそろえた場合、撮像素子２３２には、モノクロイメージセンサを用いる方が有利である。

投光用光源２４１から出射された検出光は、コレクタレンズ２４２を介してパターン生成ユニット２４３に入射する。そして、パターン生成ユニット２４３から出射された検出光は、投光レンズ２４４を介してステージ２１上の測定対象物Ｗに照射される。

パターン生成ユニット２４３は、構造化照明用のパターン光を生成するための装置であり、均一な検出光と、二次元パターンからなる検出光とを切り替えることができる。パターン生成ユニット２４３には、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）又は液晶パネルが用いられる。ＤＭＤは、多数の微小なミラーが２次元状に整列配置され、各ミラーの傾きを制御することにより、画素ごとに明状態と暗状態とを切り替えることができる表示素子である。

三角測距の原理を利用して測定対象物Ｗの立体形状を測定するための構造化照明法には、正弦波位相シフト法、マルチスリット法、空間コード法等がある。正弦波位相シフト法は、測定対象物Ｗに正弦波状の縞パターンを投影し、正弦波の周期よりも短いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における位相値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。

マルチスリット法は、測定対象物Ｗに細線状の縞パターンを投影し、縞と縞との間隔よりも狭いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における最大輝度の撮影タイミングを求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。

空間コード法は、測定対象物Ｗに対し、白黒のデューティ比が５０％であり、パターン幅が異なる複数の縞パターンを順次に投影し、撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素におけるコード値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。

パターン生成ユニット２４３では、上述した縞パターンを二次元パターンとして生成することができる。この三次元測定装置１では、マルチスリット法と空間コード法とを組み合わせることにより、高分解能かつ高精度に三次元形状データが取得される。

また、この三次元測定装置１では、撮像部２３を挟んで２つの投光部２４が左右対称に配置されている。各投光部２４の投光軸Ｊ２及びＪ３は、三角測距の原理を利用するために、撮像部２３の受光軸Ｊ１に対して傾斜している。この投光部２４では、投光用光源２４１、コレクタレンズ２４２及びパターン生成ユニット２４３の光軸に対し、投光レンズ２４４を受光軸Ｊ１側にオフセットさせることにより、投光軸Ｊ２及びＪ３を傾斜させている。この様な構成を採用することにより、投光部２４全体を傾斜させる場合に比べ、測定部２を小型化することができる。

テクスチャ照明出射部２５は、測定対象物Ｗの色や模様を表面テクスチャ情報として検知するための可視光からなる均一な照明光をステージ２１上の測定対象物Ｗに向けて出射する。このテクスチャ照明出射部２５は、投光軸が撮像部２３の受光軸Ｊ１と略平行であり、撮像部２３の受光レンズ２３１を取り囲むように配置される。このため、投光部２４からの照明と比べて測定対象物Ｗ上での影ができにくく、撮影時の死角が少なくなる。

制御基板２６は、回転駆動部２２を制御する制御回路、投光部２４の投光用光源２４１及びパターン生成ユニット２４３を駆動する駆動回路、撮像部２３の撮像素子２３２からの検出信号を処理する処理回路等が設けられた回路基板である。

コントローラ４は、測定部２用の制御装置であり、テクスチャ照明用の照明光を生成するテクスチャ光源４１と、テクスチャ光源４１用の駆動回路等が設けられた制御基板４２と、測定部２内の各デバイスに電力を供給する電源４３とにより構成される。テクスチャ光源４１は、撮影画像からカラーのテクスチャ画像が得られるようにするために、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の照明光を順次に点灯する。撮像素子２３２がモノクロイメージセンサであることから、テクスチャ光源４１に白色光源を用いてテクスチャ情報を取得する場合、カラー情報を取得することができない。このため、テクスチャ光源４１ではＲＧＢを切り替えて照明している。

なお、モノクロのテクスチャ画像で十分な場合は、テクスチャ光源４１に白色光源、例えば、白色ＬＥＤを用い、或いは、ＲＧＢの単色光を同時に照射する光源を用いても良い。また、測定精度の低下をある程度許容する場合には、撮像素子２３２にカラーイメージセンサを用いても良い。照明光は、ライトガイド３を介して測定部２のテクスチャ照明出射部２５に伝送される。制御基板４２及び電源４３は、測定部２の制御基板２６に接続されている。

情報処理端末５は、測定部２を制御し、撮影画像の画面表示、寸法測定のための設定情報の登録、三次元形状テータの生成、測定対象部Ｗの寸法算出等を行う端末装置であり、表示部５１、キーボード５２及びマウス５３が接続されている。表示部５１は、撮影画像や設定情報を画面に表示するモニタ装置である。キーボード５２及びマウス５３は、ユーザが操作入力を行う入力装置である。この情報処理端末は、例えば、パーソナルコンピュータであり、測定部２の制御基板２６に接続されている。

図２は、図１の測定部２の一構成例を模式的に示した説明図である。この測定部２は、撮影倍率が互いに異なる２つの撮像部２３ａ及び２３ｂを備え、ステージ２１と撮像部２３ａ及び２３ｂとの相対的な位置関係が変化しないようにベース筐体２７に取り付けられている。このため、ステージ２１の回転角が互いに異なる複数の撮影画像の連結合成が容易である。

撮像部２３ａは、低倍率の撮像部２３である。撮像部２３ｂは、撮像部２３ａよりも高倍率の撮像部２３である。撮像部２３ａ及び２３ｂは、測定対象物全体の三次元形状データが得られるようにするために、いずれもステージ２１に対して受光軸Ｊ１１及びＪ１２が傾斜するように配置されている。

例えば、ステージ２１に対する受光軸Ｊ１１及びＪ１２の傾斜角は、４５°程度である。また、撮像部２３ｂは、焦点位置ＦＰがステージ２１の回転軸Ｊ４上において撮像部２３ａの焦点位置ＦＰよりも下側となるように、撮像部２３ａの下方に配置され、受光軸Ｊ１２は、受光軸Ｊ１１と略平行である。

この様な構成を採用することにより、撮像部２３ａの測定可能領域Ｒ１と撮像部２３ｂの測定可能領域Ｒ２とをステージ２１上に適切に形成することができる。測定可能領域Ｒ１及びＲ２は、いずれもステージ２１の回転軸Ｊ４を中心とする円柱状の領域であり、測定可能領域Ｒ２は、測定可能領域Ｒ１内に形成される。

図３のステップＳ１０１〜Ｓ１１３は、三次元測定装置１における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、三次元測定装置１は、ステージ２１上に載置された測定対象物Ｗを撮像部２３により撮影して撮影画像を表示部５１に表示し、投光照明の明るさ調整を行う（ステップＳ１０１）。この明るさ調整は、投光部２４から均一な検出光を照射し、或いは、パターン光を照射して行われる。

次に、三次元測定装置１は、テクスチャ照明に切り替えて撮影画像を取得し、表示部５１に表示してテクスチャ照明の明るさ調整を行う（ステップＳ１０２）。この明るさ調整は、テクスチャ照明出射部２５からＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の照明光を順次に照射し、或いは、同時に照射して行われる。ステップＳ１０１とステップＳ１０２とは、順序を入れ替えても良い。

三次元測定装置１は、照明条件が確定されるまで、ステップＳ１０１及びＳ１０２の処理手順を繰り返し、照明条件の確定後、ユーザにより測定開始が指示されれば（ステップＳ１０３）、投光部２４からパターン光を投影し（ステップＳ１０４）、パターン画像を取得する（ステップＳ１０５）。このパターン画像は、ステージ２１上の測定対象物Ｗが撮影された撮影画像である。パターン光の投影及び撮影画像の取得は、パターン生成ユニット２４３と撮像部２３とを同期させて行われる。

次に、三次元測定装置１は、テクスチャ照明に切り替えてテクスチャ画像を取得する（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。このテクスチャ画像は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の照明光を順次に照射させて取得された複数の撮影画像を合成することによって得られる。連結測定時には、ステージ２１を予め指定された複数の撮像アングルに順次に切り替えながら、ステップＳ１０４からステップＳ１０７までの処理手順が繰り返される（ステップＳ１０８）。

次に、三次元測定装置１は、ステップＳ１０５において取得されたパターン画像を所定の計測アルゴリズムにより解析し、三次元形状データを生成する（ステップＳ１０９）。この三次元形状データの生成ステップでは、撮像アングルが異なる複数の撮影画像から求めた三次元形状データが必要に応じて合成される。そして、三次元測定装置１は、生成された三次元形状データにテクスチャ画像をマッピングし（ステップＳ１１０）、測定対象物Ｗの立体形状として表示部５１に表示する（ステップＳ１１１）。

三次元測定装置１は、所望の測定箇所について、三次元形状データが得られるまで、撮像アングルや撮影条件等を変更しながらステップＳ１０１からステップＳ１１１までの処理手順を繰り返し（ステップＳ１１２）、所望のデータが得られ、ユーザによりデータ解析が指示されれば、寸法測定用のアプリケーションプログラムにより、三次元形状データのデータ解析を行い、測定対象物Ｗの寸法を算出する（ステップＳ１１３）。

図４のステップＳ２０１〜Ｓ２１１は、図３のステップＳ１０１（投光照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置１の動作が示されている。まず、三次元測定装置１は、左側の投光部２４を点灯し（ステップＳ２０１）、ユーザによる明るさの調整を受け付ける（ステップＳ２０２）。

次に、三次元測定装置１は、ユーザによる撮影倍率の選択を受け付け、撮影倍率が変更されれば、対応する撮像部２３に切り替える（ステップＳ２０３）。このとき、三次元測定装置１は、所望の測定箇所に照明が当たっていなければ、ユーザ操作に基づいてステージ２１を回転させることにより、測定対象物Ｗの位置及び姿勢の調整を行う（ステップＳ２０４，Ｓ２０５）。位置及び姿勢の調整は、左右の投光部２４を同時に点灯させて行っても良い。

そして、三次元測定装置１は、測定箇所の明るさが適切でなければ、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける（ステップＳ２０６，Ｓ２０７）。三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップＳ２０３からステップＳ２０７までの処理手順を繰り返す（ステップＳ２０８）。

次に、三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、右側の投光部２４に切り替えて（ステップＳ２０９）、ユーザによる明るさの調整を受け付ける（ステップＳ２１０）。三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップＳ２１０の処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、この処理を終了する（ステップＳ２１１）。

図５のステップＳ３０１〜Ｓ３１３は、図３のステップＳ１０２（テクスチャ照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置１の動作が示されている。まず、三次元測定装置１は、テクスチャ照明を点灯し（ステップＳ３０１）、ユーザによる明るさの調整を受け付ける（ステップＳ３０２）。三次元測定装置１は、測定箇所の明るさが適切でなければ（ステップＳ３０３）、ステップＳ３０２の処理手順を繰り返し、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける。

次に、三次元測定装置１は、ユーザによるテクスチャ画像の画質の選択を受け付け（ステップＳ３０４）、通常画質が選択されれば、通常画質を指定し、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する（ステップＳ３１３）。

一方、三次元測定装置１は、ユーザによりフルフォーカス画質が選択されれば、フルフォーカス画質を指定する（ステップＳ３０５，Ｓ３０６）。フルフォーカス画質は、深度合成処理により得られる画質であり、焦点位置を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、画像全体においてピントの合った画像が得られる。

そして、三次元測定装置１は、ユーザによりＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）画質が選択されれば、ＨＤＲ画質を指定する（ステップＳ３０７，Ｓ３０８）。ＨＤＲ画質は、露光時間を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、ダイナミックレンジの広い画像が得られる。

次に、三次元測定装置１は、ユーザによりテクスチャ画像の確認が指示されれば（ステップＳ３０９）、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件に基づいて、撮影画像を取得し（ステップＳ３１０）、テクスチャ画像を作成して表示部５１に表示する（ステップＳ３１１）。

三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップＳ３０５からステップＳ３１１までの処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する（ステップＳ３１２）。

図６のステップＳ４０１〜Ｓ４１３は、図３のステップＳ１１３（データ解析）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置１の動作が示されている。まず、三次元測定装置１は、ユーザ操作に基づいて、三次元形状データを所定のデータ形式で読み込み、測定対象物Ｗの立体形状を表示部５１に表示する（ステップＳ４０１，Ｓ４０２）。

次に、三次元測定装置１は、ノイズの除去、穴埋め、不要データの削除等の前処理を行い（ステップＳ４０３）、ユーザによる表示倍率及び姿勢の調整を受け付ける（ステップＳ４０４）。

次に、三次元測定装置１は、表示中の立体形状上において、測定箇所の幾何要素を特定するための点群の指定を受け付ける（ステップＳ４０５）。そして、三次元測定装置１は、測定対象の幾何要素について、形状種別の指定を受け付ける（ステップＳ４０６）。形状種別には、点、線、面、球面、円筒面、円錐面等がある。ステップＳ４０５とステップＳ４０６とは、順序を入れ替えても良い。

三次元測定装置１は、測定対象の全ての幾何要素について、点群及び形状種別の指定が完了するまで、ステップＳ４０５及びＳ４０６の処理手順を繰り返し（ステップＳ４０７）、点群及び形状種別の指定が完了すれば、ユーザによる幾何要素の選択を受け付ける（ステップＳ４０８）。そして、三次元測定装置１は、選択された幾何要素について、寸法種別の選択を受け付ける（ステップＳ４０９）。寸法種別には、距離、角度、幾何公差、直径等がある。ステップＳ４０８とステップＳ４０９とは、順序を入れ替えても良い。

次に、三次元測定装置１は、選択された幾何要素について、点群にユーザにより指定された形状種別の基本立体をフィッティングさせることによって幾何要素の位置を特定し、幾何要素間の寸法値を算出する（ステップＳ４１０）。次に、三次元測定装置１は、寸法値を測定対象物Ｗの立体形状上の測定箇所に対応づけて表示する（ステップＳ４１１）。三次元測定装置１は、所望の測定箇所が他にもあれば、ステップＳ４０８からステップＳ４１１までの処理手順を繰り返し（ステップＳ４１２）、所望の測定箇所が他になければ、測定結果を出力してこの処理を終了する（ステップＳ４１３）。

次に、本発明による三次元測定装置１のさらに詳細な構成について、図７〜図１２を用いて以下に説明する。

＜情報処理端末５＞
図７は、図１の情報処理端末５内の機能構成の一例を示したブロック図である。この情報処理端末５は、アングル情報指定部１０、測定設定記憶部１１、プレビュー制御部１２、測定制御部１３、撮影画像記憶部１４、形状データ算出部１５、形状データ記憶部１６、測定モード指定部１７、測定指示受付部１８及び形状測定部１９により構成される。

アングル情報指定部１０は、キーボード５２又はマウス５３によるユーザ操作に基づいて、立体形状の測定を行うためのアングル指定情報の指定を受け付け、指定されたアングル指定情報を測定設定記憶部１１内に格納する。三次元測定装置１では、ワンショット測定モード及び連結測定モードのいずれかを指定することができる。

ワンショット測定モードは、ユーザにより測定開始が指示された際の撮像アングルに基づいて、三次元形状データを求める測定モードである。撮像アングルは、撮像部２３の撮像視野内における測定対象物Ｗの位置及び姿勢であり、ステージ２１を回転させることによって切り替えられる。

一方、連結測定モードは、ステージ２１を複数の撮像アングルに順次に切り替えながら撮影画像を取得して三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを連結合成することにより、より死角が少ない三次元形状データを求める測定モードである。

アングル情報指定部１０は、撮像アングル範囲の指定を受け付ける。撮像アングル範囲は、連結測定のための回転角度の範囲であり、例えば、開始アングル及び終了アングルによって規定される。開始アングル及び終了アングルは、ユーザにより指定される注目アングルである。連結測定のための撮像アングル範囲や撮像アングルは、測定設定情報として測定設定記憶部１１に登録される。

連結測定モードには、以下の（１）〜（３）に示す３つの方式があり、いずれかを任意に指定することができる。（１）撮像アングル範囲が３６０°に自動的に指定され、現在のステージ２１の回転位置に対応する撮像アングルを基準にして、一定の回転角、例えば、６０°ごとに複数の補間アングルが指定される。（２）撮像アングル範囲がユーザにより指定されれば、この撮像アングル範囲内に補間アングルが指定される。（３）ユーザが連結測定のための複数の撮像アングルを全て指定する。

プレビュー制御部１２は、測定設定記憶部１１内の測定設定情報に基づいて、測定部２の回転駆動部２２及び投光部２４を制御し、撮像部２３から撮影画像を取得して表示部５１に表示する。すなわち、プレビュー制御部１２は、撮像アングル範囲内で複数の撮像アングルを決定し、回転駆動部２２を制御してステージ２１をいずれかの撮像アングルに切り替えた後、撮影画像を取得して画面表示する。

具体的には、開始アングルから終了アングルまでの回転角度範囲内に１又は２以上の補間アングルが自動的に指定される。補間アングルは、刻み角ρ又は分割数ｎ（ｎは２以上の整数）に基づいて、指定される。例えば、開始アングルから終了アングルまでの間において、刻み角ρごとに補間アングルが指定される。また、開始アングルから終了アングルまでの間を分割数ｎで分割することによって補間アングルが指定される。分割方法、刻み角ρ及び分割数ｎは、測定設定情報としてデフォルトで指定されているが、ユーザが指定することもできる。なお、開始アングルから終了アングルまでの回転角度範囲が小さい場合は、補間アングルを指定せず、開始アングル及び終了アングルの２つの撮像アングルで撮影画像が取得される。

開始アングル、補間アングル及び終了アングルの各撮像アングルでは、左右の投光部２４を順次に点灯させて撮影画像がそれぞれ取得される。すなわち、左側の投光部２４から均一な検出光を照射させて撮影画像を取得した後、右側の投光部２４から均一な検出光を照射させて撮影画像が取得される。表示部５１には、これらの撮影画像を合成した合成画像がプレビュー画像として表示される。なお、テクスチャ照明により取得したテクスチャ画像をプレビュー画像として表示しても良い。

アングル情報指定部１０は、複数の撮像アングルの中からプレビューアングルの指定を受け付ける。プレビュー制御部１２は、プレビューアングルとして指定された撮像アングルに切り替えて撮影画像を取得し、画面表示する。ユーザは、連結測定のための複数の撮像アングルの中からプレビューアングルを任意に指定して撮影画像を確認することができる。

測定指示受付部１８は、キーボード５２又はマウス５３によるユーザ操作に基づいて、測定開始の指示を受け付ける。測定制御部１３は、測定開始が指示されれば、測定設定記憶部１１内の測定設定情報に基づいて、回転駆動部２２及び投光部２４を制御し、撮像部２３から撮影画像を取得して撮影画像記憶部１４内に格納する。すなわち、測定制御部１３は、回転駆動部２２を制御してステージ２１をプレビュー制御部１２より決定された複数の撮像アングルに順次に切り替え、撮影画像をそれぞれ取得する。

開始アングル、補間アングル及び終了アングルの各撮像アングルでは、左右の投光部２４を順次に点灯させて撮影画像がそれぞれ取得される。すなわち、左側の投光部２４からパターン光を照射させて撮影画像を取得した後、右側の投光部２４からパターン光を照射させて撮影画像が取得される。

形状データ算出部１５は、撮影画像記憶部１４内の撮影画像に基づいて、測定対象物Ｗの三次元形状データを求め、形状データ記憶部１６内に格納する。三次元形状データは、多数の測定点の三次元位置情報からなる。この形状データ算出部１５は、１つの撮像アングルについて、左右の投光部２４を順次に点灯させて取得された複数の撮影画像から三次元形状データを算出する。このため、左側又は右側の投光部２４だけでは影になるような測定箇所についても、三次元形状データを取得することができる。

測定制御部１３は、各撮像アングルにおける撮影画像から求められた三次元形状データを撮像アングルに基づいて連結し、より死角が少ない三次元形状データとして連結形状データを求め、形状データ記憶部１６内に格納する。

形状測定部１９は、連結形状データに対する位置の指定を受け付けて幾何学的特徴を抽出し、抽出された幾何学的特徴に基づいて、測定対象物Ｗの形状を測定し、測定結果を出力する。ユーザにより測定箇所の位置が指定されれば、２以上の測定点からなる点群を選択し、点群に基本立体をフィッティングさせることにより、幾何要素が特定される。この様にして特定される幾何要素間の寸法、角度、平面度等が測定結果として出力される。

アングル情報指定部１０は、撮像アングルの変更を受け付け、測定設定記憶部１１内の測定設定情報を更新する。測定制御部１３は、変更後の撮像アングルに基づいて、ステージ２１の切替を行う。この様な構成を採用することにより、プレビュー制御部１２により自動指定された撮像アングルを撮影画像の画面表示によって確認した後、ユーザは、重要領域が高精度で測定されるように撮像アングルを変更することができる。重要領域とは、測定対象物Ｗの一部の領域であって、ユーザが高精度で測定することを希望する領域をいう。

また、アングル情報指定部１０は、複数の注目アングルの指定を受け付ける。プレビュー制御部１２は、注目アングル間の回転角に基づいて、補間アングルを指定し、複数の注目アングル及び補間アングルを含むように複数の撮像アングルを決定する。例えば、開始アングルと終了アングルとで撮像アングル範囲が指定され、この撮像アングル範囲を分割する１又は２以上の注目アングルが指定されている場合に、これらの注目アングル間に補間アングルが自動的に指定される。

複数の注目アングルがユーザにより指定されれば、撮影画像間に適切な重複領域が生じるように補間アングルを自動的に追加して連結測定が行われるため、三次元形状データに抜けが生じるのを防止することができる。

プレビュー制御部１２は、左右の投光部２４を順次に点灯させて取得された複数の撮影画像に基づいて、影領域を検出し、合成画像上に重畳して表示する。また、プレビュー制御部１２は、受光量が飽和している飽和領域を合成画像上に重畳して表示する。例えば、影領域及び飽和領域は、互いに異なる表示色によって色付けして表示される。影領域及び飽和領域を合成画像上に重畳して表示することにより、ユーザは、高精度で測定したい重要領域について、三次元形状データが得られるか否かを容易に確認することができる。

測定モード指定部１７は、ワンショット測定モード及び連結測定モードのいずれかを指定するユーザ操作を受け付け、測定設定記憶部１１内のモード指定情報を更新する。測定制御部１３は、ワンショット測定モードが指定された場合に、測定開始の指示受付時におけるステージ２１の回転位置に対応する撮像アングルで撮像された撮影画像を取得して三次元形状データを求める。一方、測定制御部１３は、連結測定モードが指定された場合に、測定開始の指示受付前に決定された複数の撮像アングルに順次に切り替え、各撮像アングルで撮像された撮影画像を取得して連結形状データを求める。ユーザは、ワンショット測定モードと連結測定モードとのいずれかを任意に指定して測定を行うことができる。

図８は、図７の情報処理端末５の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される測定設定画面６が示されている。測定設定画面６は、測定設定情報を編集するための編集画面であり、測定設定情報を新たに作成して登録し、或いは、既に登録されている測定設定情報を変更することができる。

この測定設定画面６には、撮影画像が表示される表示欄６１と、測定モードや撮影条件を指定するための入力欄６５とが設けられている。表示欄６１の上段には、撮影倍率を指定するための入力欄６２と、表示倍率を指定するための入力欄６３とが設けられている。撮影倍率は、低倍率又は高倍率のいずれかを選択することができる。

また、表示欄６１内には、ステージ２１を回転させて撮像アングルを切り替えるためのアングル調整ボタン６４ａ〜６４ｃが配置されている。アングル調整ボタン６４ａは、ステージ２１を現在の位置から１８０°回転させるための操作アイコンである。

アングル調整ボタン６４ｂは、ステージ２１を反時計回り又は時計回りに回転させるための操作アイコンである。アングル調整ボタン６４ｃは、ステージ２１を基準位置まで回転させるための操作アイコンである。これらのアングル調整ボタン６４ａ〜６４ｃは、マウスポインタ７をアングル調整ボタン６４ａ〜６４ｃ上に移動させることによって操作することができる。

入力欄６５には、測定モードを指定するためのモード選択ボタン６６と、投光方向を指定するためのメニューボタン６７と、撮像アングル範囲や注目アングルを指定するためのアングル設定円６８等が設けられている。モード選択ボタン６６を操作することにより、ワンショット測定モード又は連結測定モードのいずれかを測定モードに指定することができる。

メニューボタン６７を操作することにより、両側、左側又は右側のいずれかを投光方向として指定することができる。投光方向「両側」では、左右の投光部２４を順次に点灯させて撮影画像がそれぞれ取得される。投光方向「左側」では、左側の投光部２４を点灯させて撮影画像が取得され、投光方向「右側」では、右側の投光部２４を点灯させて撮影画像が取得される。

アングル設定円６８は、ステージ２１に対応する円周上の位置をマウスポインタ７で指示することによって撮像アングルを指定することができる表示オブジェクトである。例えば、開始アングルに対応する開始位置ＳＰと終了アングルに対応する終了位置ＥＰとをアングル設定円６８上で指定すれば、撮像アングル範囲が決定される。

図９は、図７の情報処理端末５の動作の一例を示した図であり、撮像アングル範囲ＲＫをアングル設定円６８上で指定する場合が示されている。開始位置ＳＰ及び終了位置ＥＰがユーザにより指定されれば、開始位置ＳＰから反時計回り又は時計回りに終了位置ＥＰまでの角度範囲が撮像アングル範囲ＲＫとして登録される。また、刻み角ρに基づいて、撮像アングル範囲ＲＫを分割することにより、１又は２以上の補間アングルＣＡが自動的に指定される。ただし、撮像アングル範囲ＲＫによっては補間アングルＣＡが生成されないこともある。

刻み角ρは、撮像アングル範囲ＲＫを分割するためのステージ２１の回転角であり、予め定められた値（デフォルト値）を使用しても良いし、ユーザが指定した値を使用することもできる。例えば、刻み角ρは、４５°又は６０°である。

補間アングルＣＡは、開始位置ＳＰから刻み角ρごとに指定される。つまり、開始位置ＳＰと１番目の補間アングルＣＡとの間の回転角と、ｋ番目の補間アングルＣＡと（ｋ＋１）番目の補間アングルＣＡとの間の回転角とは、刻み角ρと一致する。

また、開始位置ＳＰと終了位置ＥＰとでは、刻み角ρの値にかかわらず三次元形状データが取得される。なお、終了位置ＥＰを超えず、終了位置ＥＰに最も近い補間アングルＣＡが終了位置ＥＰに対して所定の角度差以下である場合、当該補間アングルＣＡを終了アングルとみなすことにより、三次元形状データの取得数を削減し、連結測定に要する時間を短縮する方法を選択することもできる。

測定対象物Ｗの特定部分の形状は、当該特定部分と正対する撮像アングルで撮像されたときに最も正確に測定することができる。連結測定のための撮像アングルを連結測定の前にプレビュー画像によって確認することにより、重要な部分に正対する撮像アングルが含まれているか否かを容易に確認することができる。

また、各撮像アングルにおいて複数のパターン光を順次に照射して撮影画像をそれぞれ取得する必要があることから、連結測定に要する時間は、プレビュー画像の取得に要する時間よりも長い。この様な連結測定を行う前に、プレビュー画像によって撮像アングルを確認し、必要に応じて撮像アングルを微調整することにより、高精度の三次元形状データが取得されるまでの時間を短縮することができる。

図１０は、図７の情報処理端末５の動作の一例を示した図であり、補間アングルＣＡが終了アングル（終了位置ＥＰ）に近い場合が示されている。刻み角ρに基づいて撮像アングル範囲ＲＫを分割することにより、複数の補間アングルＣＡが自動指定される。

これらの補間アングルＣＡのうち、終了位置ＥＰに最も近い補間アングルＣＡが終了位置ＥＰに対して角度差Δρが所定値以下である場合、当該補間アングルと終了位置ＥＰとの両撮像アングルにおいて三次元形状データを取得するのか、或いは、いずれかの撮像アングルにおいて三次元形状データの取得を行わないのかを選択することができる。

一方、終了位置ＥＰに最も近い補間アングルＣＡが終了位置ＥＰに対して角度差Δρが所定値を超える場合には、当該補間アングルと終了位置ＥＰとの両撮像アングルにおいて三次元形状データが取得される。

なお、分割数ｎに基づいて、撮像アングル範囲ＲＫを分割することにより、１又は２以上の補間アングルＣＡを自動指定する場合には、撮像アングル範囲ＲＫを分割数ｎで除算した際の商を刻み角ρとして撮像アングル範囲ＲＫが等分割される。

アングル設定円６８上にマウスポインタ７を移動させ、いずれかの撮像アングルをプレビューアングルとして指定することにより、ステージ２１が対応する撮像アングルに切り替えられ、撮影画像を取得してプレビュー画像が測定設定画面６に表示される。このため、ユーザは、撮像アングル範囲ＲＫを分割して自動指定された任意の補間アングルＣＡについて、測定対象物Ｗの位置や姿勢が適切であるか否かをプレビュー画像によって確認することができる。

なお、ユーザがプレビューアングルを指定しなくても、撮像アングルを順次に切り替えながら撮影画像を取得し、プレビュー画像として測定設定画面６に一覧表示することもできる。

図１１は、図７の情報処理端末５の動作の一例を示した図であり、注目アングルをアングル設定円６８上で指定する場合が示されている。開始位置ＳＰ及び終了位置ＥＰと、注目アングルに対応する注目位置ＡＰとがユーザにより指定されれば、開始位置ＳＰから反時計回り又は時計回りに終了位置ＥＰまでの角度範囲が撮像アングル範囲ＲＫとして登録される。また、隣り合う２つの注目アングル間の回転角に基づいて、１又は２以上の補間アングルＣＡが自動的に指定される。従って、注目アングル間の回転角によっては補間アングルＣＡが生成されないこともある。

注目位置ＡＰは、開始位置ＳＰから終了位置ＥＰまでの撮像アングル範囲ＲＫ内において指定される。補間アングルＣＡは、開始位置ＳＰと注目位置ＡＰとの間、２つの注目位置ＡＰの間、又は、注目位置ＡＰと終了位置ＥＰとの間の角度差が所定の閾値以上である場合、１又は２以上の補間アングルＣＡが自動的に指定される。

例えば、角度差に応じた分割数ｎにより、アングル間を等分割して補間アングルＣＡが指定される。一方、角度差が所定の閾値未満であるアングル間には、補間アングルは指定されない。

測定精度を確保するには、撮影画像間に一定の重複領域が生じている必要がある。アングル間の角度差に応じて補間アングルを自動的に指定することにより、撮像アングルの間隔が広くなり過ぎて三次元形状データに抜けが生じ、或いは、測定精度の低下を防止することができる。

図１１に示した例では、３つの注目位置ＡＰがアングル設定円６８上でユーザにより指定され、３つの補間アングルＣＡが自動指定されている。開始位置ＳＰと１番目の注目位置ＡＰとの間の角度差と、１番目の注目位置ＡＰと２番目の注目位置ＡＰとの間の角度差とは、閾値未満である。これに対し、２番目の注目位置ＡＰと３番目の注目位置ＡＰとの間の角度差と、３番目の注目位置ＡＰと終了位置ＥＰとの間の角度差とは、閾値以上であり、補間アングルＣＡがアングル間に指定されている。

２番目の注目位置ＡＰと３番目の注目位置ＡＰとの間は刻み角ρ_１で２つに等分割され、１つの補間アングルＣＡが指定されている。また、３番目の注目位置ＡＰと終了位置ＥＰとの間は刻み角ρ_２で３つに等分割され、２つの補間アングルＣＡが指定されている。

なお、刻み角ρに基づいて、アングル間を分割して補間アングルＣＡを指定しても良い。分割数ｎや刻み角ρは、予め定められた値（デフォルト値）を使用しても良いし、ユーザが指定した値を使用することもできる。

アングル設定円６８上にマウスポインタ７を移動させ、いずれかの補間アングルＣＡをプレビューアングルとして指定することにより、ステージ２１が対応する撮像アングルに切り替えられ、撮影画像を取得してプレビュー画像が測定設定画面６に表示される。このため、ユーザは、自動指定された任意の補間アングルＣＡについて、測定対象物Ｗの位置や姿勢が適切であるか否かをプレビュー画像によって確認することができる。

図１２のステップＳ５０１〜Ｓ５１４は、図７の情報処理端末５における連結測定時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、情報処理端末５は、ユーザにより撮像アングル範囲ＲＫが指定されれば（ステップＳ５０１）、撮像アングル範囲ＲＫを分割して補間アングルＣＡを指定することにより、複数の撮像アングルを決定する（ステップＳ５０２）。

次に、情報処理端末５は、ユーザによりプレビューアングルが指定されれば（ステップＳ５０３）、測定部２のステージ２１を回転させてプレビューアングルに切り替える（ステップＳ５０４）。そして、情報処理端末５は、測定部２の撮像部２３から撮影画像を取得し（ステップＳ５０５）、プレビュー画像として測定設定画面６上に表示する（ステップＳ５０６）。

一方、情報処理端末５は、ユーザによるプレビューアングルの指定がなければ、いずれかの撮像アングルをプレビューアングルに指定し、ステージ２１をプレビューアングルに切り替えて撮影画像を取得し（ステップＳ５０３，Ｓ５０５）、プレビュー画像として測定設定画面６上に表示する（ステップＳ５０６）。

次に、情報処理端末５は、ユーザにより所望の撮像アングルが存在しないと判断されれば（ステップＳ５０７）、開始アングル、終了アングル、注目アングル、補間アングル、刻み角ρ及び分割数ｎからなるアングル設定情報の変更を受け付ける（ステップＳ５０８）。情報処理端末５は、変更後のアングル設定情報に基づいて、撮像アングルを再度決定し（ステップＳ５０９）、ステップＳ５０３以降の処理手順を繰り返す。

情報処理端末５は、ユーザにより所望の撮像アングルが全て存在すると判断されれば（ステップＳ５０７）、測定部２の回転駆動部２２を制御してステージ２１をいずれかの撮像アングルに切り替える（ステップＳ５１０）。次に、情報処理端末５は、撮影画像を取得し（ステップＳ５１１）、三次元形状データを算出する（ステップＳ５１２）。

情報処理端末５は、全ての撮像アングルについて、測定が終了するまで、撮像アングルを順次に切り替えながらステップＳ５１０からステップＳ５１２までの処理手順を繰り返す（ステップＳ５１３）。そして、情報処理端末５は、全ての撮像アングルについて、測定が終了すれば、各撮像アングルにおける撮影画像から求められた複数の三次元形状データを撮像アングルに基づいて合成し、連結形状データを求める（ステップＳ５１４）。

本実施の形態によれば、複数の撮像アングルが自動的に決定されるため、連結測定のための撮像アングルを個別に指定することなく、連結測定を行うことができる。従って、各撮像アングルをユーザがそれぞれ指定する煩雑な作業が不要になり、連結測定のための設定作業を簡素化することができる。また、自動的に決定された撮像アングルのいずれかにステージ２１を切り替えて撮影画像が表示部５１に画面表示されるため、自動的に決定された撮像アングルの中に、重要領域を高精度で測定可能な撮像アングルが含まれていることを容易に確認することができる。

また、撮影画像間に適切な重複領域が生じるように補間アングルを自動的に追加して連結測定が行われるため、三次元形状データに抜けが生じるのを抑制することができる。

なお、本実施の形態では、鉛直方向の回転軸Ｊ４を中心としてステージ２１を回転させることによって撮像アングルが切り替えられる場合の例について説明したが、本発明は、撮像アングルの切替方法をこれに限定するものではない。例えば、ステージ２１を水平方向又は鉛直方向に移動させることによって撮像アングルを切り替える装置にも本発明は適用可能である。また、鉛直方向以外の回転軸を中心としてステージ２１を回転させることによって撮像アングルを切り替えるような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、マルチスリット法と空間コード法とを組み合わせた投影法により三次元形状データが取得される場合の例について説明したが、本発明は、構造化のための投影法をこれに限定するものではない。例えば、正弦波位相シフト法、ライン状のパターン光を投影して一方向にスキャンする光切断法、或いは、縞状のパターン光を投影して一方向にスキャンする縞投影法によって、三次元形状データを取得するような構成であっても良い。

また、本実施の形態では、撮像部２３を挟むように２つの投光部２４が配置される場合の例について説明したが、本発明は、撮像部２３及び投光部２４の構成をこれに限定するものではない。撮像部２３及び投光部２４をそれぞれ１つずつ備えるものや、１つの投光部２４を挟むように２つの撮像部２３が配置されるようなものにも本発明は適用可能である。

１ 三次元測定装置
２ 測定部
２１ ステージ
２２ 回転駆動部
２３，２３ａ，２３ｂ 撮像部
２４ 投光部
２５ テクスチャ照明出射部
２６ 制御基板
２７ ベース筐体
３ ライトガイド
４ コントローラ
４１ テクスチャ光源
４２ 制御基板
４３ 電源
５ 情報処理端末
５１ 表示部
５２ キーボード
５３ マウス
１０ アングル情報指定部
１１ 測定設定記憶部
１２ プレビュー制御部
１３ 測定制御部
１４ 撮影画像記憶部
１５ 形状データ算出部
１６ 形状データ記憶部
１７ 測定モード指定部
１８ 測定指示受付部
１９ 形状測定部
６ 測定設定画面
Ｊ１，Ｊ１１，Ｊ１２ 受光軸
Ｊ２，Ｊ３ 投光軸
Ｊ４ 回転軸
Ｗ 測定対象物

Claims (10)

1. データ取得時の撮像アングルが互いに異なる複数の三次元形状データを連結して連結形状データを生成する三次元測定装置において、
   測定対象物が載置されるステージと、
   上記ステージ上の上記測定対象物に検出光を照射する投光手段と、
   上記ステージに対して受光軸が傾斜するように配置され、上記測定対象物により反射された上記検出光を受光して撮影画像を生成する撮像手段と、
   鉛直方向の回転軸を中心として上記ステージを回転させることにより、上記撮像アングルを切り替える回転駆動手段と、
   上記撮影画像に基づいて、上記測定対象物の上記三次元形状データを求める形状データ算出手段と、
   複数の上記撮像アングルを決定し、上記回転駆動手段を制御して上記ステージをいずれかの上記撮像アングルに切り替えた後、上記撮影画像を取得して画面表示するプレビュー制御手段と、
   上記回転駆動手段を制御して上記ステージを上記複数の撮像アングルに順次に切り替え、各撮像アングルにおける上記撮影画像から求められた上記三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて連結し、上記連結形状データを求める測定制御手段と、
   上記連結形状データに対する位置の指定を受け付けて幾何学的特徴を抽出し、抽出された幾何学的特徴に基づいて、上記測定対象物の形状を測定する形状測定手段とを備えることを特徴とする三次元測定装置。
2. 撮像アングル範囲の指定を受け付けるアングル情報指定手段を更に備え、
   上記プレビュー制御手段は、上記撮像アングル範囲内で上記複数の撮像アングルを決定することを特徴とする請求項１に記載の三次元測定装置。
3. 上記アングル情報指定手段は、複数の注目アングルの指定を受け付け、
   上記プレビュー制御手段は、上記注目アングル間の回転角に基づいて、補間アングルを指定し、上記複数の注目アングル及び上記補間アングルを含むように上記複数の撮像アングルを決定することを特徴とする請求項２に記載の三次元測定装置。
4. 上記アングル情報指定手段は、上記撮像アングルの変更を受け付け、
   上記測定制御手段は、変更後の上記撮像アングルに基づいて、上記ステージの切替を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の三次元測定装置。
5. 上記アングル情報指定手段は、上記複数の撮像アングルの中からプレビューアングルの指定を受け付け、
   上記プレビュー制御手段は、上記プレビューアングルとして指定された撮像アングルに切り替えて上記撮影画像を取得することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の三次元測定装置。
6. 上記投光手段は、上記撮像手段の上記受光軸に対して投光軸が傾斜するように配置された２以上の照明装置からなり、
   上記プレビュー制御手段は、上記照明装置を順次に点灯させて複数の上記撮影画像を取得し、これらの撮影画像を合成した合成画像を画面表示するとともに、上記複数の撮影画像に基づいて、影領域を検出し、上記合成画像上に重畳して表示することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の三次元測定装置。
7. 上記プレビュー制御手段は、受光量が飽和している飽和領域を上記合成画像上に重畳して表示することを特徴とする請求項６に記載の三次元測定装置。
8. ワンショット測定モード及び連結測定モードのいずれかを指定するユーザ操作を受け付ける測定モード指定手段と、
   測定開始の指示を受け付ける測定指示受付手段とを更に備え、
   上記測定制御手段は、上記ワンショット測定モードが指定された場合に、上記測定開始の指示受付時における上記ステージの回転位置に対応する撮像アングルで撮像された上記撮影画像を取得して上記三次元形状データを求め、上記連結測定モードが指定された場合に、上記測定開始の指示受付前に決定された上記複数の撮像アングルに順次に切り替え、各撮像アングルで撮像された上記撮影画像を取得して上記連結形状データを求めることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の三次元測定装置。
9. データ取得時の撮像アングルが互いに異なる複数の三次元形状データを連結して連結形状データを生成する三次元測定装置において、
   測定対象物が載置されるステージと、
   上記ステージ上の上記測定対象物に検出光を照射する投光手段と、
   上記測定対象物により反射された上記検出光を受光して撮影画像を生成する撮像手段と、
   上記ステージを水平方向又は鉛直方向に移動させることにより、上記撮像アングルを切り替えるステージ駆動手段と、
   上記撮影画像に基づいて、上記測定対象物の上記三次元形状データを求める形状データ算出手段と、
   複数の上記撮像アングルを決定し、上記ステージ駆動手段を制御して上記ステージをいずれかの上記撮像アングルに切り替えた後、上記撮影画像を取得して画面表示するプレビュー制御手段と、
   上記ステージ駆動手段を制御して上記ステージを上記複数の撮像アングルに順次に切り替え、各撮像アングルにおける上記撮影画像から求められた上記三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて連結し、上記連結形状データを求める測定制御手段と、
   上記連結形状データに対する位置の指定を受け付けて幾何学的特徴を抽出し、抽出された幾何学的特徴に基づいて、上記測定対象物の形状を測定する形状測定手段とを備えることを特徴とする三次元測定装置。
10. データ取得時の撮像アングルが互いに異なる複数の三次元形状データを連結して連結形状データを生成する三次元測定装置の制御方法であって、
    ステージ上に載置された測定対象物に検出光を照射する投光ステップと、
    上記測定対象物により反射された上記検出光を受光して撮影画像を生成する撮像ステップと、
    鉛直方向の回転軸を中心として上記ステージを回転させることにより、上記撮像アングルを切り替えるアングル切替ステップと、
    上記撮影画像に基づいて、上記測定対象物の上記三次元形状データを求める形状データ算出ステップと、
    複数の上記撮像アングルを決定し、上記ステージをいずれかの上記撮像アングルに切り替えた後、上記撮影画像を取得して画面表示するプレビューステップと、
    上記ステージを上記複数の撮像アングルに順次に切り替え、各撮像アングルにおける上記撮影画像から求められた上記三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて連結し、上記連結形状データを求める測定制御ステップと、
    上記連結形状データに対する位置の指定を受け付けて幾何学的特徴を抽出し、抽出された幾何学的特徴に基づいて、上記測定対象物の形状を測定する形状測定ステップとを備えることを特徴とする三次元測定装置の制御方法。

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