JP2018031747A - 三次元測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 略同一形状の複数の測定対象物について寸法測定を繰り返す際の操作性を向上させることができる三次元測定装置を提供する。
【解決手段】 表示中の雛型立体形状画像について寸法測定を行う寸法値算出手段と、表示中の雛型立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第１幾何要素を特定し、表示中の測定立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第２幾何要素を特定する幾何要素抽出手段と、雛型立体形状データ、及び、雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順をテンプレートとして記憶するテンプレート記憶手段と、雛型立体形状データ及び測定立体形状データの相対的な位置関係を特定する位置関係特定手段により構成される。幾何要素抽出手段は、相対的な位置関係及びテンプレートに基づいて、測定立体形状上の幾何要素を特定し、寸法値算出手段は、相対的な位置関係及びテンプレートに基づいて、測定立体形状の寸法測定を行う。
【選択図】 図３０

Description

本発明は、三次元測定装置に係り、さらに詳しくは、測定対象物の立体形状を測定する三次元測定装置の改良に関する。

三次元測定装置は、測定対象物の形状や寸法を三次元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、三次元空間における多数の測定点の位置情報を測定し、測定対象物の立体形状を表す立体形状データを取得することができる。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。

この様にして取得した立体形状データに基づいて、測定対象物の立体形状が画面に表示される。寸法測定は、例えば、測定箇所の幾何要素やその形状を指定して幾何要素を抽出し、幾何要素間の距離や角度を求めることによって行われる。

上述した様な従来の三次元測定装置では、略同一形状の複数の測定対象物を順次に測定して複数の立体形状データを取得した後、これらの立体形状データに基づいて寸法測定を行う場合、測定対象物ごとに、測定箇所の幾何要素やその形状、寸法種別等を指定する必要があった。このため、同じような操作手順を繰り返さなければならず、煩雑であるという問題があった。また、測定回数が増えれば、操作ミスが生じる可能も考えられる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、略同一形状の複数の測定対象物について寸法測定を繰り返す際の操作性を向上させ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。

本発明の第１の態様による三次元測定装置は、略同一形状の複数の測定対象物について寸法測定を繰り返す際の雛型とする雛型立体形状データを保持する形状データ記憶手段と、三次元空間における複数の測定点の位置情報を測定し、測定対象物の立体形状を表す測定立体形状データを生成する形状データ生成手段と、上記雛型立体形状データに対応する雛型立体形状画像、及び、上記測定立体形状データに対応する測定立体形状画像を表示する立体形状表示手段と、表示中の上記雛型立体形状画像について寸法測定を行い、寸法値を求める寸法値算出手段と、表示中の上記雛型立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第１幾何要素を特定し、表示中の上記測定立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第２幾何要素を特定する幾何要素抽出手段と、上記雛型立体形状データ、及び、上記雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順をテンプレートとして記憶するテンプレート記憶手段と、上記第１幾何要素及び上記第２幾何要素に基づいて、上記雛型立体形状データ及び上記測定立体形状データの相対的な位置関係を特定する位置関係特定手段とを備える。上記幾何要素抽出手段は、上記相対的な位置関係及び上記テンプレートに基づいて、測定立体形状上の幾何要素を特定し、上記寸法値算出手段は、上記相対的な位置関係及び上記テンプレートに基づいて、上記測定立体形状の寸法測定を行う。

この様な構成によれば、雛型立体形状データと雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順とがテンプレートとして記憶されるため、測定対象物ごとに、測定箇所の幾何要素や寸法種別を指定する手間を省くことができる。また、表示中の雛型立体形状画像及び測定立体形状画像に対して位置を指定することにより、第１幾何要素及び第２幾何要素を特定して雛型立体形状データ及び測定立体形状データの相対的な位置関係が特定されるため、測定立体形状から測定箇所の幾何要素を正確に特定して寸法測定を行うことができる。

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、上記立体形状表示手段が、上記相対的な位置関係に基づいて、上記第１幾何要素及び上記第２幾何要素が一致するように、上記雛型立体形状画像及び上記測定立体形状画像を重ねて表示し、上記寸法値算出手段が、計測開始の指示に基づいて、上記テンプレートに基づく上記測定立体形状の寸法測定を開始するように構成される。

この様な構成によれば、雛型立体形状画像及び測定立体形状画像が重ねて表示されるため、第１幾何要素及び第２幾何要素による位置合わせの適否を容易に識別することができる。また、計測開始の指示に基づいて、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定が開始されるため、第１幾何要素及び第２幾何要素による位置合わせが適切でないにもかかわらず、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定が行われるのを防止することができる。

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、上記雛型立体形状画像に対し、基準平面を指定する基準平面指定手段と、表示画面内における切断線の指定を受け付ける切断線指定手段と、上記雛型立体形状データに基づいて、上記切断線を含んで上記表示画面に垂直な切断面により雛型立体形状を切断した場合の断面形状を表す雛型断面プロファイルを取得するプロファイル取得手段とを更に備え、上記立体形状表示手段が、上記基準平面の法線が上記表示画面と直交し、或いは、上記表示画面の縦方向又は横方向と平行になるように、上記雛型立体形状を回転させ、上記プロファイル取得手段が、回転後の上記雛型立体形状を上記切断面により切断して上記雛型断面プロファイルを取得し、上記寸法値算出手段が、上記雛型断面プロファイルに基づいて、寸法測定を行うように構成される。

この様な構成によれば、基準平面が表示画面に対して特定の姿勢になるため、雛型立体形状を切断線により切断した場合の切断面として所望の切断面を得るには、どの様な切断線でどこを切断すればよいのかを直感的に理解することができる。また、切断線は、表示画面内における一次元の幾何学図形であり、切断面が表示画面に垂直であることから、三次元空間内で二次元の切断面を直接に指定する場合に比べ、切断面の指定を容易化することができる。さらに、所望の切断面による雛型断面プロファイルに基づいて寸法測定を行うため、測定箇所、測定要素の形状及び寸法種別の指定を直感的に行うことができる。ここで、一次元の幾何学図形には、直線、折れ線、曲線及びその組み合わせ等の線が含まれる。

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、上記寸法値算出手段が、上記テンプレートに基づく上記測定立体形状の寸法測定の後、幾何要素が指定されれば、該当する測定箇所について、上記測定立体形状の寸法測定を行い、寸法値を求めるように構成される。この様な構成によれば、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定の後、測定箇所を新たに追加して寸法値を取得し、或いは、特定の測定箇所について寸法測定をやり直すことができる。

本発明によれば、雛型立体形状データと雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順とがテンプレートとして記憶され、測定対象物ごとに、測定箇所の幾何要素や寸法種別を指定しなくてもよいため、略同一形状の複数の測定対象物について寸法測定を繰り返す際の操作性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１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における基準平面の設定時の動作の一例を示した図である。 図７の情報処理端末５における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、表示中の立体形状から基準平面８を抽出した後の計測画面６が示されている。 図７の情報処理端末５における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、基準平面８を正対させた後の計測画面６が示されている。 図７の情報処理端末５における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、基準平面８を横方向に向けた場合の計測画面６が示されている。 図７の情報処理端末５における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、基準平面８を縦方向に向けた場合の計測画面６が示されている。 図７の情報処理端末５における断面計測時の動作の一例を示した図である。 図７の情報処理端末５における断面計測時の動作の一例を示した図であり、立体形状から抽出した幾何要素を利用して切断線９３を指定する場合が示されている。 図７の情報処理端末５におけるレポートファイル出力時の動作の一例を示した図である。 図７の情報処理端末５における断面計測時の動作の一例を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態２による三次元測定装置１の一構成例を示したブロック図であり、断面比較機能を有する情報処理端末５００が示されている。 図１７の情報処理端末５００における位置合わせ時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される位置合わせ画面３００が示されている。 図１７の情報処理端末５００における位置合わせ時の動作の一例を示した図であり、測定データから第１幾何要素３１０を抽出した後の状態が示されている。 図１７の情報処理端末５００における位置合わせ時の動作の一例を示した図であり、基準データから第２幾何要素３１１を抽出した後の状態が示されている。 図１７の情報処理端末５００における位置合わせ時の動作の一例を示した図であり、１組目の幾何要素による位置合わせ完了後の状態が示されている。 図１７の情報処理端末５００における断面比較時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される計測画面３２０が示されている。 図１７の情報処理端末５００における断面比較時の動作の一例を示した図であり、計測画面３２０上に表示されたプロファイル選択画面３２８が示されている。 図１７の情報処理端末５００における断面比較時の動作の一例を示した図であり、プロファイル３１２に対して注目領域３１４を指定した場合が示されている。 図１７の情報処理端末５００における断面比較時の動作の一例を示した図であり、プロファイル３１２の表示倍率を増大させた場合が示されている。 図１７の情報処理端末５００における断面比較時の動作の一例を示した図であり、差分値に応じて変化するグラフを表示させた場合が示されている。 図１７の情報処理端末５００におけるレポートファイル出力時の動作の一例を示した図である。 図１７の情報処理端末５００における断面比較時の動作の一例を示したフローチャートである。 図１７の情報処理端末５００における断面比較時の動作の一例を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態３による三次元測定装置１の一構成例を示したブロック図であり、テンプレート機能を有する情報処理端末５２０が示されている。 図３０の情報処理端末５２０における位置合わせ時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される位置合わせ画面４００が示されている。 図３０の情報処理端末５２０におけるテンプレート適用時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される計測画面４１０が示されている。 図３０の情報処理端末５２０におけるテンプレート適用時の動作の一例を示したフローチャートである。 図３０の情報処理端末５２０におけるテンプレート適用時の動作の一例を示したフローチャートである。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１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１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に可視光からなる測定光を照射し、測定対象物Ｗにより反射された測定光を受光して撮影画像を生成する計測ユニットであり、ヘッド部２０、ステージ２１、ステージ保持部２２、回転駆動部２３及び制御基板２７により構成される。

ヘッド部２０は、測定対象物Ｗにパターンを有する測定光を照射する投光部２４と、測定対象物Ｗにより反射された測定光を受光して受光量を表す受光信号を生成する受光部２５と、テクスチャ照明出射部２６とにより構成される。

ステージ２１は、測定対象物Ｗが載置される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を受光部２５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。ステージ保持部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、ステージ２１を回転可能に保持する。回転駆動部２３は、ステージ２１を回転させることにより、撮像アングルを切り替える。

受光部２５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２５１及び撮像素子２５２により構成される。撮像素子２５２は、受光レンズ２５１を介して測定対象物Ｗからの測定光を受光して受光量を表す受光信号を生成する多数の受光素子からなり、受光信号から撮影画像が生成される。撮像素子２５２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２５２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に測定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、波長は短い方が形状測定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２５２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、例えば、青色の投光用光源２４１を使用する場合、撮像素子２５２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２５２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から出射された測定光は、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、均一な測定光と、二次元パターンからなる測定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二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、縞パターンの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、受光部２５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、受光部２５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２６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２６は、投光軸が受光部２５の受光軸Ｊ１と略平行であり、受光部２５の受光レンズ２５１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２７は、回転駆動部２３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、受光部２５の撮像素子２５２からの受光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＞
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２５２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２５２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２６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２７に接続されている。

＜情報処理端末５＞
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、三次元形状データの生成、測定対象物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２７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２５ａ及び２５ｂを備えるヘッド部２０と、上下方向の回転軸Ｊ４を中心としてステージ２１を回転可能に保持するステージ保持部２２と、ヘッド部２０及びステージ保持部２２を連結する連結部２８とにより構成される。

連結部２８は、投光部２４の投光軸Ｊ２及びＪ３と、撮像部２５ａ及び２５ｂの受光軸Ｊ１１及びＪ１２とが回転軸Ｊ４に対して傾斜する状態で、ヘッド部２０とステージ保持部２２とを固定的に連結する。このため、ステージ２１と撮像部２５ａ及び２５ｂとの相対的な位置関係が一定であり、ステージ２１の回転角が互いに異なる複数の撮像アングルについて、点群データの連結合成が容易である。

撮像部２５ａは、低倍率の受光部２５である。撮像部２５ｂは、撮像部２５ａよりも高倍率の受光部２５である。撮像部２５ａ及び２５ｂ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の回転軸Ｊ４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、回転軸Ｊ４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２５ｂ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２５ａの焦点位置ＦＰよりも下側となるように、撮像部２５ａ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２５ａの測定可能領域Ｒ１と撮像部２５ｂ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を受光部２５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から均一な測定光を照射し、或いは、パターン光からなる測定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２６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と受光部２５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２５ａ又は２５ｂ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抽出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、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、円、面、球、円筒、円錐等がある。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、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、点群に基本形状をフィッティングさせることによって幾何要素を特定し、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、本発明の実施の形態１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１６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、測定制御部１０、形状データ生成部１１、形状データ記憶部１２、表示制御部１３、基準平面抽出部１４、姿勢変更部１５、切断線指定部１６、断面プロファイル取得部１７、断面計測部１８、幾何要素抽出部１９ａ及びエッジ抽出部１９ｂにより構成される。

測定制御部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、回転駆動部２３を制御して撮像アングルを調整し、投光部２４による測定光の照射を制御する。

形状データ生成部１１は、受光部２５からの受光信号に基づいて、測定対象物Ｗの立体形状を表す立体形状データを生成し、形状データ記憶部１２内に格納する。立体形状データは、三次元空間における複数の測定点の位置情報からなり、測定対象物Ｗに測定光として投影される縞パターンを移動させるごとに取得した複数のパターン画像から作成される。形状データ記憶部１２には、過去に測定された立体形状データが保持される。

表示制御部１３は、形状データ記憶部１２内の立体形状データに基づいて、表示部５１を制御し、測定対象物Ｗの立体形状を計測画面に表示する。例えば、多数の測定点が三次元的に配置されたオブジェクト体を所定の視点から眺めるように、立体形状が計測画面に表示される。計測画面内における立体形状（オブジェクト体）の位置、視点及び表示倍率は、任意に指定することができる。

基準平面抽出部１４は、表示中の立体形状に対する位置の指定に基づいて、立体形状を切断する際の基準とする平面を特定し、基準平面とする。位置の指定は、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行われ、幾何要素としての平面を抽出するための点群が選択される。点群は、２以上の測定点からなり、マウス操作などにより、計測画面上で所望の点群を取り囲む図形、例えば、多角形を指定することにより、当該点群が選択される。また、マウス操作などにより、計測画面上で立体形状上の１つの位置を指定することにより、当該位置を含み、かつ、平面にフィットする点群が選択される。そして、選択された点群にフィッティングさせた基本形状として、基準平面が特定される。

基本形状を点群にフィッティングさせる方法には、従来から知られている統計的手法を利用することができる。例えば、点群を構成する測定点と基本形状との距離に基づく最小二乗法により、幾何要素の三次元位置、姿勢及びサイズが特定される。基準平面の位置情報は、形状データ記憶部１２内に格納される。

また、基準平面抽出部１４は、基準平面の形状に基づいて、当該基準平面内に基準軸及び回転中心を定める。抽出される基準平面は、点群が有限であることから有限の端を持つ平面形状である。例えば、基準平面が略長方形状である場合に、長辺に平行な直線が基準軸に指定され、対角線の交点が回転中心に指定される。また、基準平面抽出部１４は、立体形状に対して予め指定された座標平面を基準平面とする。同様に、例えば、抽出された基準平面が長方形状以外であっても、基準平面の法線、基準軸として抽出された基準平面の慣性主軸、回転中心として基準平面形状の重心が指定された座標平面を基準平面とする。

姿勢変更部１５は、基準平面を正対させるために、基準平面の法線が計測画面と直交するように、立体形状を回転させる。また、姿勢変更部１５は、基準平面を縦方向又は横方向に向けるために、基準平面の法線が計測画面の縦方向又は横方向と平行になるように、立体形状を回転させる。

この姿勢変更部１５は、基準平面内に定められた基準軸が計測画面の縦方向又は横方向と一致するように、立体形状を回転させる。また、姿勢変更部１５は、基準平面を正対させている場合に、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、基準平面内に定められた回転中心を通って計測画面に垂直な直線を中心として立体形状を回転させる。また、姿勢変更部１５は、基準平面を縦方向又は横方向に向けている場合に、基準平面内に定められた回転中心を通って計測画面に垂直な直線を中心として立体形状を回転させる。

切断線指定部１６は、計測画面内における切断線の指定を受け付ける。切断線の位置情報は、形状データ記憶部１２内に格納される。切断線指定部１６は、例えば、回転させることによって姿勢が変更された後の立体形状に対する位置の指定に基づいて、切断線を決定する。位置の指定は、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行われ、例えば、ユーザが画面上で指定した２つの位置を結ぶ線分が切断線として指定される。

断面プロファイル取得部１７は、形状データ記憶部１２内の立体形状データから断面プロファイルを取得し、形状データ記憶部１２内に格納する。断面プロファイルは、回転させることによって姿勢が変更された後の立体形状を切断線により切断した場合の切断面の形状を表す形状データからなる。切断面は、計測画面に垂直な平面又は曲面からなる。

断面計測部１８は、断面プロファイル取得部１７により取得された断面プロファイルに基づいて、寸法測定を行う。この寸法測定は、例えば、計測画面に表示された断面プロファイルに対し、測定箇所、測定要素の形状及び寸法種別を指定することによって行われる。寸法値の計測結果は、計測画面に表示中の断面プロファイル上に重畳させて表示される。

幾何要素抽出部１９ａは、表示中の立体形状に対する位置の指定に基づいて、幾何要素を特定する。位置の指定は、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行われる。幾何要素は、位置の指定によって点群を選択し、選択された点群に予め指定された基本形状をフィッティングさせることによって特定される。

切断線指定部１６は、幾何要素抽出部１９ａにより抽出された幾何要素を計測画面に投影した投影図形に基づいて、切断線を決定する。具体的には、幾何要素が平面であれば、この平面と計測画面との交線が切断線として指定される。また、幾何要素が円筒であれば、円筒の中心軸を計測画面に投影した投影図形、すなわち、直線が切断線として指定される。また、円筒の中心軸と基準平面（計測画面）との交点を点として再利用し、さらに別の１点を指定することで作成した直線を切断線として利用することもできる。

エッジ抽出部１９ｂは、計測画面上での位置の指定に基づいて、立体形状を計測画面に投影した投影画像からエッジを抽出する。エッジは、輝度に基づいて抽出される。ここで、投影画像は、投影方向に沿って最表面に相当する立体形状データの投影方向に沿った位置、つまり、計測画面に垂直な方向の距離を輝度情報に置き換えた距離画像であってもよく、投影方向に沿って最表面に相当する立体形状データのテクスチャ情報に対応したテクスチャ画像であってもよい。切断線指定部１６は、エッジ抽出部１９ｂにより抽出されたエッジに基づいて、切断線を決定する。例えば、複数のエッジ点にフィッティングさせた直線に対し、垂直な直線又は所定の距離だけ離間した平行な直線が切断線に指定される。また、複数のエッジ点にフィッティングさせた円に対し、所定の距離だけ離間した同心円が切断線に指定される。

＜計測画面６＞
図８は、図７の情報処理端末５における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される計測画面６が示されている。計測画面６は、立体形状を切断した切断面について寸法測定を行うための操作画面であり、基準平面の設定時に表示部５１に表示される。

この計測画面６には、測定対象物Ｗの立体形状を表示するための立体形状表示欄６０と、基準平面を指定するための操作欄６１とが設けられている。操作欄６１は、立体形状表示欄６０よりも右側に配置されている。操作欄６１には、プルダウンメニュー６２、作成ボタン６３及び詳細設定ボタン６４が配置されている。

プルダウンメニュー６２は、過去に抽出された幾何要素を利用して基準平面を指定するための操作オブジェクトである。このプルダウンメニュー６２を操作することにより、表示中の立体形状からこれまでに抽出された幾何要素が一覧表示される。プルダウンメニュー６２から選択した幾何要素を基準平面に指定することができる。

作成ボタン６３は、基準平面を新たに作成するための操作アイコンである。マウスポインタ７を作成ボタン６３上に移動させた状態でクリック操作を行えば、作成ボタン６３を操作することができる。詳細設定ボタン６４は、基準平面が計測画面６に対して特定の姿勢になるように立体形状を回転させ、或いは、立体形状に対して予め指定された座標平面を基準平面に指定するための操作アイコンである。

図９は、図７の情報処理端末５における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、表示中の立体形状から基準平面８を抽出した後の計測画面６が示されている。この計測画面６は、作成ボタン６３を操作した場合に表示される基準平面の作成画面であり、操作欄６１には、要素名の入力欄、表示設定ボタン、指定方法の入力欄６５、ＯＫボタン６６及びキャンセルボタンが配置されている。

新たに作成された基準平面８には、要素名が自動的に割り当てられる。また、表示設定ボタンを操作すれば、基準平面８の表示形態、例えば、表示色を変更することができる。入力欄６５は、基準平面を抽出させる領域の指定方法を選択するための操作オブジェクトであり、選択可能な指定方法がプルダウンメニューとして一覧表示される。

領域の指定方法には、クリック操作で指定する方法、キー操作とクリック操作との組み合わせで指定する方法、複数の点で指定する方法、ドラッグ操作で指定する方法等がある。クリック操作で指定する方法では、立体形状上の位置をマウスポインタ７で指定した状態でクリック操作を行うことにより、当該位置の平面が基準平面８として自動的に抽出される。

立体形状から抽出された基準平面８は、抽出元の立体形状とは識別可能に表示される。例えば、基準平面８は、赤色に色付けされ、立体形状上に重畳させて表示される。また、基準平面８は、矩形領域からなる。ＯＫボタン６６を操作すれば、立体形状から抽出された基準平面８が確定され、基準平面８が計測画面６に対して特定の姿勢になるように立体形状を回転させる姿勢変更処理が行われる。

図１０は、図７の情報処理端末５における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、基準平面８を正対させた後の計測画面６が示されている。この計測画面６は、基準平面８を指定した場合に表示される基準平面の設定画面であり、立体形状表示欄６０には、基準平面８が計測画面６に正対するように回転させた後の立体形状が表示されている。基準平面８の計測画面６に対する正対とは、基準平面８の法線が計測画面６と直交することである。

この基準平面８は、長辺８ａ及び短辺８ｂを有する長方形状であり、長辺８ａが基準軸に指定され、対角線の交点８ｃが回転中心に指定される。立体形状表示欄６０の立体形状は、基準平面８が計測画面６に正対し、かつ、基準平面８の基準軸が計測画面６の横方向と一致するように、配置される。また、立体形状は、基準平面８の回転中心が立体形状表示欄６０の概ね中央に位置するように、配置される。この様な構成を採用することにより、基準平面８が計測画面６に対して特定の姿勢になるように立体形状を回転させた際の見栄えを良くすることができる。

操作欄６１には、指定面の入力欄６７と、反転ボックス、回転角度の入力欄、座標平面の指定欄が設けられている。入力欄６７は、基準平面８の姿勢を指定するための操作オブジェクトであり、プルダウンメニューからｘｙ平面、ｙｚ平面又はｚｘ平面のいずれかを選択することができる。

ここでは、計測画面６がｘｙ平面に指定されており、横方向がｘ軸、縦方向がｙ軸である。ｙｚ平面を指定面に指定すれば、基準平面８がｙｚ平面と平行になるように立体形状が回転する。また、ｚｘ平面を指定面に指定すれば、基準平面８がｚｘ平面と平行になるように立体形状が回転する。

反転ボックスは、基準平面８を反転させるための入力欄であり、チェックマークを入力することにより、基準平面８の表裏が反転するように立体形状を回転させることができる。回転角度の入力欄は、計測画面６に垂直な直線を中心として立体形状を回転させるための入力欄であり、数値をインクリメント又はデクリメントし、或いは、スライダーを移動させることによって回転角度を指定する。

ｘｙ平面を指定面に指定した場合、基準平面８の回転中心を通って計測画面６に垂直な直線を中心として立体形状を回転させることができる。この様な構成を採用することにより、基準平面８が計測画面６に対して特定の姿勢になるように立体形状を回転させた際の見栄えを良くすることができる。

図１１は、図７の情報処理端末５における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、基準平面８を横方向に向けた場合の計測画面６が示されている。この計測画面６は、ｙｚ平面を指定面に指定した場合の設定画面であり、立体形状表示欄６０には、基準平面８の法線が計測画面６の横方向と平行になるように回転させた後の立体形状が表示されている。

この場合、基準平面８の長辺８ａが基準軸に指定される。立体形状表示欄６０の立体形状は、基準平面８の法線が計測画面６の横方向と平行になり、かつ、基準平面８の基準軸が計測画面６の縦方向と一致するように、配置される。また、立体形状は、基準平面８の交点８ｃが立体形状表示欄６０の概ね中央に位置するように、配置される。回転角度を指定すれば、交点８ｃを通って計測画面６に垂直な直線を中心として立体形状を回転させることができる。

図１２は、図７の情報処理端末５における基準平面の設定時の動作の一例を示した図であり、基準平面８を縦方向に向けた場合の計測画面６が示されている。この計測画面６は、ｚｘ平面を指定面に指定した場合の設定画面であり、立体形状表示欄６０には、基準平面８の法線が計測画面６の縦方向と平行になるように回転させた後の立体形状が表示されている。

この場合にも、基準平面８の長辺８ａが基準軸に指定される。立体形状表示欄６０の立体形状は、基準平面８の法線が計測画面６の縦方向と平行になり、かつ、基準平面８の基準軸が計測画面６の横方向と一致するように、配置される。また、立体形状は、基準平面８の交点８ｃが立体形状表示欄６０の概ね中央に位置するように、配置される。回転角度を指定すれば、交点８ｃを通って計測画面６に垂直な直線を中心として立体形状を回転させることができる。

図１３は、図７の情報処理端末５における断面計測時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される計測画面９が示されている。計測画面９は、立体形状を切断した切断面について寸法測定を行うための操作画面であり、断面計測時に表示部５１に表示される。

この計測画面９には、立体形状の表示欄９１と、投影画像の表示欄９２と、断面プロファイルの表示欄９５と、操作欄９６及び９７とが設けられている。表示欄９１，９２及び操作欄９６は、計測画面９の上段に配置され、表示欄９５及び操作欄９７は、下段に配置されている。表示欄９１は、表示欄９２よりも左側に配置され、操作欄９６は、表示欄９２よりも右側に配置されている。操作欄９７は、表示欄９５よりも右側に配置されている。

表示欄９１には、測定対象物Ｗの立体形状が表示される。例えば、基準平面８を抽出した後の立体形状が表示される。表示欄９２は、立体形状を計測画面９に投影した投影画像を表示するための表示欄であり、投影画像は、基準平面８が計測画面９に対して特定の姿勢になるように回転させた後の立体形状から作成される。例えば、基準平面８の法線が計測画面６の縦方向と平行になるように回転させた後の立体形状に対応する投影画像が表示される。

操作欄９６には、切断線９３を指定するためのツールボタンと、切断線９３を削除するための削除ボタンとが配置されている。ツールボタンを操作することにより、表示欄９２に表示中の投影画像に対し、断面プロファイルを取得するための切断線９３を指定することができる。切断線９３は、計測画面９内における一次元の幾何学図形である。

ツールボタンによって選択可能な指定方法には、線分、垂直線、水平線、直線、垂線、平行線、円、同心円、角、円弧及び折れ線がある。例えば、線分による指定方法では、投影画像上で２つの点を指定することにより、これらの２点を直線で結ぶ線分が切断線９３に指定される。垂直線による指定方法では、投影画像上で１つの点を指定することにより、この点を通る縦方向（ｙ方向）の直線が切断線９３に指定される。

表示欄９１の立体形状には、立体形状を切断線９３により切断した場合の切断面の位置を示す形状線９４が表示されている。表示欄９５は、立体形状を切断線９３により切断した場合の切断面の形状を表す断面プロファイルを表示するための表示欄である。表示欄９５の縦方向は、切断線９３に沿う方向に対応しており、表示欄９５の横方向は、計測画面９に垂直な方向に対応している。切断線９３として線分が指定されると、指定された線分を含み計測画面９に垂直な方向に広がる平面が切断面となる。また、切断線９３として円が指定されると、指定された円を含み計測画面９に垂直な方向に広がる円筒面が切断面となる。この場合、表示欄９５の縦方向は、切断線９３に沿う方向、つまり、指定された円の円周方向に対応する。切断線９３として折れ線が指定されると、表示欄９５の縦方向は、切断線９３に沿う方向、つまり、指定された折れ線に沿う方向に対応する。ここで、表示欄９５の縦方向が切断線９３に沿う方向に対応し、表示欄９５の横方向が計測画面９に垂直な方向に対応する例を説明したが、縦方向と横方向の対応関係が入れ替わっていてもよいし、切断線９３に沿う方向と計測画面９に垂直な方向とが表示欄９５内の任意の方向に対応させてもよい。

基準平面８を計測画面９に正対させた場合の投影画像に対して切断線９３を指定することにより、基準平面８に垂直な平面及び／又は曲面で立体形状を切断することになる。一方、基準平面８を計測画面９の縦方向又は横方向に向けた場合の投影画像に対して切断線９３を指定することにより、基準平面８に平行な平面で立体形状を切断することができる。

操作欄９７には、寸法種別を指定するためのツールボタンと、寸法値や寸法線を削除するための削除ボタンとが配置されている。ツールボタンを操作することにより、寸法種別を指定することができ、表示欄９５に表示中の断面プロファイルに対し、寸法測定を行うことができる。

ツールボタンによって選択可能な寸法種別には、線−線、線−点、点−点、高さ、円−円、円−線、円−点、円弧、角度、曲率、面積、長さ及び円がある。例えば、線−線では、２つの線分を測定要素に指定することにより、これらの線分間の距離が寸法値として求められる。角度では、２つの線分を測定要素に指定することにより、これらの線分がなす角度が寸法値として求められる。

断面プロファイルについて寸法測定を行うことによって得られた計測値は、測定箇所に対応づけて表示される。この例では、３つの測定箇所について寸法測定が行われ、計測値がそれぞれ表示されている。

図１４は、図７の情報処理端末５における断面計測時の動作の一例を示した図であり、立体形状から抽出した幾何要素を利用して切断線９３を指定する場合が示されている。この計測画面９の操作欄９６には、幾何要素リスト９８が表示されている。この幾何要素リスト９８は、立体形状から抽出された１又は２以上の幾何要素からなり、幾何要素を利用して切断線９３を指定することができる。切断線９３は、幾何要素を計測画面９に投影した投影図形に基づいて、決定される。

例えば、円錐面と円筒面とが幾何要素として抽出されていれば、円錐面の中心軸が計測画面９に交差する点と、円筒面の中心軸が計測画面９に交差する点とを結ぶ直線が切断線９３に指定される。表示欄９５には、立体形状を切断線９３により切断した場合の切断面の形状が断面プロファイルとして表示されている。立体形状から抽出された幾何要素を利用して切断線９３を指定すれば、投影画像では見えない面やエッジ抽出が困難な部位を利用した立体形状の切断が可能になる。

図１５は、図７の情報処理端末５におけるレポートファイル出力時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示されるレポート画面１００が示されている。レポート画面１００は、断面計測の結果をレポートファイルとして記録し、或いは、印刷するための編集画面であり、３Ｄ画像の表示欄、２Ｄ画像の表示欄、断面プロファイルの表示欄及び計測結果の表示欄が設けられている。

３Ｄ画像の表示欄には、測定対象物Ｗの立体形状が表示され、２Ｄ画像の表示欄には、立体形状を計測画面９に投影した投影画像が表示される。断面プロファイルの表示欄には、立体形状を切断線９３により切断した場合の切断面の形状が断面プロファイルとして表示される。計測結果の表示欄には、断面プロファイルに対する寸法測定の結果が一覧表示される。

図１６のステップＳ５０１〜Ｓ５１２は、図７の情報処理端末５における断面計測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、計測画面９に３Ｄ画像として表示中の立体形状に対し、基準平面８を指定し（ステップＳ５０１）、この基準平面８が計測画面９に対して特定の姿勢になるように、立体形状を回転させる（ステップＳ５０２）。

次に、情報処理端末５は、回転後の立体形状を計測画面９に投影して投影画像を取得し、計測画面９に２Ｄ画像として表示する（ステップＳ５０３）。情報処理端末５は、指定面を変更するユーザ操作が行われれば、ステップＳ５０２及びＳ５０３の処理手順を繰り返す（ステップＳ５０４）。指定面を変更するユーザ操作が行われた場合、当該ユーザ操作に基づいて、基準平面８の姿勢が変更される。一方、指定面を変更するユーザ操作が行われなかった場合は、ｘｙ平面が指定面に自動的に指定され、基準平面８が計測画面９に正対するように、立体形状が回転される。

次に、情報処理端末５は、回転角度を変更するユーザ操作が行われれば（ステップＳ５０５）、当該ユーザ操作に基づいて、投影画像をｚ軸周りに、つまり、計測画面９に垂直な軸周りに回転させることにより、角度調整を行う（ステップＳ５０６）。

次に、情報処理端末５は、計測画面９上で切断線９３が指定されれば（ステップＳ５０７）、切断線９３により立体形状を切断した場合の切断面の形状を表す断面プロファイルを取得し（ステップＳ５０８）、平面に展開して計測画面９に表示する（ステップＳ５０９）。情報処理端末５は、断面プロファイルに対して寸法測定を行い（ステップＳ５１０）、計測結果を断面プロファイル上に重畳させて表示する（ステップＳ５１１）。情報処理端末５は、他に測定箇所が指定されていれば、ステップＳ５１０及びＳ５１１の処理手順を繰り返し、全ての測定箇所について寸法測定が完了すれば、この処理を終了する（ステップＳ５１２）。

本実施の形態によれば、基準平面８が計測画面９に対して特定の姿勢になるため、立体形状を切断線９３により切断した場合の切断面として所望の切断面を得るには、どの様な切断線でどこを切断すればよいのかを直感的に理解することができる。また、切断線９３は、計測画面９内における一次元の幾何学図形であり、切断面が計測画面９に垂直になることから、三次元空間内で二次元の切断面を直接に指定する場合に比べ、切断面の指定を容易化することができる。さらに、所望の切断面による断面プロファイルに基づいて寸法測定を行うため、測定箇所、測定要素の形状及び寸法種別の指定を直感的に行うことができる。また、設計図面に記載された箇所の寸法測定を容易に行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、情報処理端末５が立体形状データから断面プロファイルを取得して寸法測定を行うという断面計測の機能を有する場合の例について説明した。本実施の形態では、情報処理端末が断面比較機能を有する場合について説明する。

図１７は、本発明の実施の形態２による三次元測定装置１の一構成例を示したブロック図であり、断面比較機能を有する情報処理端末５００が示されている。断面比較機能は、２つの断面プロファイルを比較し、ずれの程度や位置を求めて計測画面に表示する機能である。

この情報処理端末５００は、形状データ生成部５０１、形状データ記憶部５０２、立体形状表示部５０３、幾何要素抽出部５０４、相対位置変更部５０５、プロファイル取得部５０６、プロファイル記憶部５０７、プロファイル表示部５０８、プロファイル比較部５０９、注目領域指定部５１０、基準平面指定部５１１、姿勢変更部５１２、切断線指定部５１３及び断面計測部５１４により構成される。

形状データ生成部５０１は、測定対象物Ｗの立体形状を測定して測定立体形状データを生成し、形状データ記憶部５０２内に格納する。形状データ記憶部５０２には、形状を比較する際の基準とする基準立体形状データが保持されている。基準立体形状データには、例えば、ＣＡＤを用いて作成されたＣＡＤデータが用いることができる。なお、基準立体形状データには、マスターピースを測定して取得された立体形状データ、或いは、過去に測定された立体形状データを用いてもよい。

立体形状表示部５０３は、形状データ記憶部５０２から測定立体形状データ及び基準立体形状データを読み出して表示部５１を制御し、測定立体形状を表す測定立体形状画像と、基準立体形状を表す基準立体形状画像とを計測画面に表示する。測定立体形状画像は、測定立体形状データに基づいて作成される。一方、基準立体形状画像は、基準立体形状データに基づいて作成される。

幾何要素抽出部５０４は、位置合わせに用いるための第１幾何要素及び第２幾何要素を測定立体形状及び基準立体形状からそれぞれ抽出する。第１幾何要素は、表示中の測定立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、特定される。一方、第２幾何要素は、表示中の基準立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、特定される。位置の指定は、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行われる。

相対位置変更部５０５は、第１幾何要素と第２幾何要素とが一致するように、測定立体形状データ及び基準立体形状データの相対位置を変更する。すなわち、測定立体形状上の第１幾何要素と基準立体形状上の第２幾何要素とが、空間内において重なり、位置及び姿勢が一致するように、位置情報が変換される。例えば、形状データ記憶部５０２内の測定立体形状データ又は基準立体形状データのいずれかについて、座標変換が行われる。なお、測定立体形状データ及び基準立体形状データの双方について座標変換を行ってもよい。

相対位置変更部５０５は、順次に特定された第１幾何要素及び第２幾何要素を位置合わせ用の幾何要素として対応づけ、これらの幾何要素が一致するように相対位置の変更を行う。そして、相対位置変更部５０５は、相対位置の変更後に再度、第１幾何要素及び第２幾何要素が順次に特定されれば、これらの幾何要素も一致するように相対位置の変更を行う。

プロファイル取得部５０６は、相対位置の変更後の測定立体形状データ及び基準立体形状データに基づいて、測定立体形状を切断面により切断した場合の断面形状を表す測定断面プロファイルと、基準立体形状を切断面により切断した場合の断面形状を表す基準断面プロファイルとを取得する。測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルは、プロファイル記憶部５０７内に格納される。

プロファイル表示部５０８は、プロファイル記憶部５０７からプロファイルデータを読み出して表示部５１を制御し、測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルを重ねて計測画面に表示する。

プロファイル比較部５０９は、プロファイル記憶部５０７から測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルを読み出して比較し、測定断面プロファイルと基準断面プロファイルとの間の差分値を算出する。差分値は、測定断面プロファイル及び基準断面プロファイル間のずれを表し、例えば、基準断面プロファイルの法線方向に基準断面プロファイルから測定断面プロファイルまでの距離として求められる。

注目領域指定部５１０は、表示中の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルに対し、差分値を表示し、或いは、ずれを強調させるための注目領域を指定する。注目領域は、測定断面プロファイル及び基準断面プロファイル上の位置をマウス操作などによって指定することにより、指定することができる。

差分値は、注目領域内の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルについて算出される。例えば、最大差分値又は平均差分値が算出される。最大差分値は、注目領域内における差分値の最大値である。平均差分値は、注目領域内における差分値の平均値である。

プロファイル表示部５０８は、測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルに対応づけて差分値を表示する。また、プロファイル表示部５０８は、差分値の極性に応じて、測定断面プロファイル及び基準断面プロファイル間の領域を色付けする。例えば、差分値が正極性である領域と負極性である領域とで領域の表示色を異ならせる。差分値の表示や断面プロファイル間の色付けは、注目領域内の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルについて行われる。また、プロファイル表示部５０８は、差分値に応じて変化するグラフを注目領域内の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルに重畳させて表示する。

基準平面指定部５１１は、相対位置の変更後の測定立体形状又は基準立体形状に対し、立体形状を切断する際の基準とする平面を基準平面として指定する。基準平面には、例えば、測定立体形状から第１幾何要素として抽出された平面、又は、基準立体形状から第２幾何要素として抽出された平面が指定される。なお、基準平面には、測定立体形状又は基準立体形状から平面を新たに抽出して指定してもよい。

姿勢変更部５１２は、基準平面を正対させるために、基準平面の法線が計測画面と直交するように、測定立体形状及び基準立体形状の姿勢を変更する。また、姿勢変更部５１２は、基準平面を縦方向又は横方向に向けるために、基準平面の法線が計測画面の縦方向又は横方向と平行になるように、測定立体形状及び基準立体形状の姿勢を変更する。切断線指定部５１３は、計測画面内における切断線の指定を受け付ける。

プロファイル取得部５０６は、切断線を含んで計測画面に垂直な面を切断面とし、姿勢変更後の測定立体形状及び基準立体形状を当該切断面により切断して測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルを取得する。

断面計測部５１４は、表示中の測定断面プロファイルに対する位置の指定に基づいて、寸法測定を行う。位置の指定は、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行われる。プロファイル表示部５０８は、寸法測定の結果を測定断面プロファイルに対応づけて表示する。

＜位置合わせ画面３００＞
図１８〜図２１は、図１７の情報処理端末５００における位置合わせ時の動作の一例を示した図である。図１８には、表示部５１に表示される位置合わせ画面３００が示されている。位置合わせ画面３００は、２つの形状データ間で位置合わせを行うための操作画面である。

この位置合わせ画面３００には、測定データを表示するための表示欄３０１と、基準データを表示するための表示欄３０２と、測定データ及び基準データを共通の座標系で表示するためのプレビュー欄３０３と、幾何要素を指定するための操作欄３０４とが設けられている。表示欄３０１及び３０２は、プレビュー欄３０３よりも左側に配置され、操作欄３０４は、プレビュー欄３０３よりも右側に配置されている。

表示欄３０１には、測定立体形状が表示され、表示欄３０２には、基準立体形状が表示されている。立体形状は、三次元的に表示され、マウス操作などにより、表示位置、視点の位置、姿勢等を調整することができる。

操作欄３０４には、位置合わせに用いる幾何要素の形状を指定するための形状ボタン３０５と、幾何要素の向きを逆向きにするための逆向きボックス３０６と、位置合わせ要素リスト３０７とが配置されている。形状ボタン３０５は、平面、円筒及び点の３つの形状種別ごとに設けられている。

例えば、「平面」の形状ボタン３０５上にマウスポインタ７を移動させ、クリック操作によって当該形状ボタン３０５を操作すれば、測定立体形状や基準立体形状から平面を抽出して位置合わせ用の幾何要素に指定することができる。

図１９には、測定データから第１幾何要素３１０を抽出した後の状態が示されている。第１幾何要素３１０は、表示欄３０１内の測定立体形状について、所望の幾何要素上にマウスポインタ７を移動させた状態で、クリック操作を行うことにより、測定立体形状から抽出される。この第１幾何要素３１０は、平面形状であり、色付けして表示されている。

図２０には、基準データから第２幾何要素３１１を抽出した後の状態が示されている。第２幾何要素３１１は、表示欄３０２内の基準立体形状について、第１幾何要素３１０に対応する幾何要素上にマウスポインタ７を移動させた状態で、クリック操作を行うことにより、基準立体形状から抽出される。この第２幾何要素３１１は、平面形状であり、色付けして表示されている。

図２１には、１組目の幾何要素３１０及び３１１による位置合わせ完了後の状態が示されている。第１幾何要素３１０及び第２幾何要素３１１を測定立体形状及び基準立体形状から順次に抽出し、ＯＫボタン３０８を操作することにより、これらの幾何要素が１組目の幾何要素として対応づけられ、位置合わせが行われる。プレビュー欄３０３には、位置合わせ後の測定立体形状と基準立体形状とが重ねた状態で表示される。

平面同士の位置合わせでは、平面に平行な方向の移動と、平面に垂直な軸を中心とする回転との自由度が残る。そこで、２組目の幾何要素、さらに、３組目の幾何要素を指定して位置合わせを繰り返すことにより、位置合わせの精度を向上させることができる。

１組目の幾何要素が平面形状である場合、２組目の幾何要素による位置合わせは、１組目の平面に平行な方向の移動と、当該平面に垂直な軸を中心とする回転との２自由度に制限される。つまり、２組目の幾何要素による位置合わせは、１組目の幾何要素による位置合わせの制限のもとに行われる。具体的には、２組目の幾何要素による位置合わせは、１組目の平面同士の法線を一致させるという制限のもとに行われる。２組目の幾何要素も平面形状である場合、同様に、３組目の幾何要素による位置合わせは、１組目の幾何要素と２組目の幾何要素とによる位置合わせの制限のもとに行われる。具体的には、３組目の幾何要素による位置合わせは、１組目の平面同士の法線を一致させ、かつ、２組目の平面同士の法線を一致させるという制限のもとに行われる。

なお、１組目の幾何要素による位置合わせで十分な精度が得られれば、２組目や３組目の幾何要素を指定する必要はない。１組目の幾何要素が平面形状である場合、幾何的特徴として平面の法線を利用したが、抽出される幾何要素は有限の端を持つ平面形状であるため、平面の法線に加え端の位置や形状を利用して位置合わせを行うことで、１組目の幾何要素の複数の幾何的特徴による位置合わせで十分な精度が得られる場合がある。１組目の幾何要素の複数の幾何的特徴による位置合わせで十分な精度が得られない場合は、２組目の幾何要素による位置合わせを実施することができ、この場合、１組目の平面の法線は２組目の幾何要素による位置合わせを制限する幾何的特徴となるが、１組目の平面の法線以外の特徴は２組目の幾何要素による位置合わせでは利用されない、または、制限の重み付けの低い幾何的特徴となる。また、４組目の幾何要素を指定すれば、ベストフィット位置合わせを行うことができる。ベストフィット位置合わせは、幾何要素同士の幾何的特徴を利用して直接位置合わせするのではなく、指定された幾何要素に対応する立体形状データ同士の偏差を利用して、立体形状を微小量だけずらして最適解を求める処理である。ベストフィット位置合わせには、１組目の幾何要素を指定することができる。なお、幾何要素が円筒や円錐である場合は、幾何的特徴として中心軸を用いてもよい。

また、平面同士の位置合わせの場合、幾何要素が１８０°逆向きに位置決めされることがある。この様な場合には、逆向きボックス３０６にチェックマークを入力することにより、幾何要素の向きを逆向きにし、或いは、反転させることができる。

＜計測画面３２０＞
図２２〜図２６は、図１７の情報処理端末５００における断面比較時の動作の一例を示した図である。図２２には、表示部５１に表示される計測画面３２０が示されている。この計測画面３２０は、２つの断面プロファイルを比較するための操作画面であり、測定立体形状と基準立体形状との位置合わせが完了した後に表示部５１に表示される。

この計測画面３２０には、立体形状の表示欄３２１と、投影画像の表示欄３２２と、断面プロファイルの表示欄３２３と、操作欄３２４及び３２５とが設けられている。表示欄３２１には、位置合わせ後の測定立体形状及び基準立体形状が重ねて表示されている。表示欄３２２は、測定立体形状及び基準立体形状を計測画面３２０に投影した投影画像が表示されている。

表示欄３２２内の投影画像は、基準平面が計測画面３２０に対して特定の姿勢になるように回転させた後の測定立体形状及び基準立体形状から作成される。例えば、位置合わせの１組目の幾何要素が基準平面に指定され、この基準平面の法線が計測画面３２０の縦方向と平行になるように回転させた後の測定立体形状及び基準立体形状に対応する投影画像が表示される。

操作欄３２４には、切断線９３を指定するための各種のツールボタンと、切断線９３を削除するための削除ボタンとが配置されている。表示欄３２３には、測定立体形状及び基準立体形状を切断線９３により切断した場合の切断面の形状を表す測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルが重ねて表示されている。操作欄３２５には、寸法種別を指定するための各種のツールボタンと、寸法値や寸法線を削除するための削除ボタンと、各種の差分ボタン３２６と、差分強調欄３２７とが配置されている。

ツールボタンによって選択可能な寸法種別には、線−線、線−点、点−点及び角度がある。また、差分ボタン３２６には、最大差分、平均差分及び差分面積がある。差分面積の差分ボタン３２６は、測定断面プロファイルと基準断面プロファイルとの間の領域の面積を求めるための操作アイコンである。

差分強調欄３２７は、差分値に応じて変化するグラフを断面プロファイルに重畳させて表示するための入力欄である。チェックボックスにチェックマークを入力すれば、注目領域内の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルに対応づけてグラフが表示され、ずれ具合を強調することができる。また、スライダーを移動させることにより、差分値の拡大倍率を調整することができる。

図２３には、計測画面３２０上に表示されたプロファイル選択画面３２８が示されている。断面プロファイル３１２に対し、矩形領域３１３を指定して直線を抽出する場合、抽出元の断面プロファイル３１２は、測定データ（測定立体形状データ）から取得された断面プロファイルであるのか、或いは、基準データ（基準立体形状データ）から取得された基準断面プロファイルであるのかを選択する必要がある。この様な場合にプロファイル選択画面３２８が表示され、測定断面プロファイル又は基準断面プロファイルのいずれかを選択することができる。

測定断面プロファイル又は基準断面プロファイルから直線を抽出することにより、２直線間の距離、点と直線との距離、２直線のなす角度等を測定することができる。また、測定断面プロファイル又は基準断面プロファイル上の点を指定すれば、２点間の距離等を測定することができる。

図２４には、断面プロファイル３１２に対して注目領域３１４を指定した場合が示されている。断面プロファイル３１２に対して注目領域３１４を指定することにより、注目領域３１４内の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルについて、最大差分値、平均差分値又は差分面積を求め、計測結果として重畳させて表示することができる。

例えば、最大差分値「−０．１９８ｍｍ」が測定箇所に対応づけて表示される。この様な構成を採用することにより、立体形状間に生じているずれの程度、位置及びずれの極性をより客観的に理解することができる。

図２５には、断面プロファイル３１２の表示倍率を増大させた場合が示されている。表示欄３２３に表示される測定断面プロファイル３１２ａ及び基準断面プロファイル３１２ｂの表示倍率は、マウス操作等によって適宜変更することができる。

測定断面プロファイル３１２ａ及び基準断面プロファイル３１２ｂ間の領域は、差分値の極性に応じて色付けされる。例えば、基準断面プロファイル３１２ｂの法線方向に関し、測定断面プロファイル３１２ａが基準断面プロファイル３１２ｂよりも高い領域は、赤色で表示され、測定断面プロファイル３１２ａが基準断面プロファイル３１２ｂよりも低い領域は、青色で表示される。この様な構成を採用することにより、立体形状間に生じているずれの極性に対する視認性を向上させることができる。

図２６には、差分値に応じて変化するグラフを表示させた場合が示されている。注目領域３１４内の断面プロファイル３１２に対し、差分値に応じて変化するグラフを表示することにより、ずれ具合を容易に識別することができる。グラフは、例えば、基準断面プロファイルの法線方向にずれを増大させることによって作成される。この様な構成を採用することにより、グラフにより注目領域３１４内のずれが強調されるため、断面プロファイル３１２の表示倍率によってずれの程度が判別できなくなるのを防止することができる。

＜レポート画面３３０＞
図２７は、図１７の情報処理端末５００におけるレポートファイル出力時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示されるレポート画面３３０が示されている。このレポート画面３３０は、断面比較の結果をレポートファイルとして記録し、或いは、印刷するための編集画面であり、３Ｄ画像の表示欄、２Ｄ画像（基準データ）の表示欄、２Ｄ画像（測定データ）の表示欄、断面プロファイルの表示欄及び計測結果の表示欄が設けられている。

３Ｄ画像の表示欄には、測定立体形状及び基準立体形状が重ねて表示される。２Ｄ画像（基準データ）の表示欄には、基準立体形状を計測画面３２０に投影した投影画像が表示され、２Ｄ画像（測定データ）の表示欄には、測定立体形状を計測画面３２０に投影した投影画像が表示される。断面プロファイルの表示欄には、測定立体形状及び基準立体形状を切断線９３により切断した場合の切断面の形状が断面プロファイルとして表示される。計測結果の表示欄には、断面プロファイルに対する寸法測定の結果が一覧表示される。

図２８及び図２９のステップＳ６０１〜Ｓ６１４は、図１７の情報処理端末５００における断面比較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、形状を比較する際の基準とする基準立体形状データを指定し（ステップＳ６０１）、測定データ（測定立体形状データ）とともに位置合わせ画面３００に表示する（ステップＳ６０２）。

次に、情報処理端末５は、表示中の測定立体形状画像に対し、位置が指定されれば（ステップＳ６０３）、第１幾何要素を特定する（ステップＳ６０４）。次に、情報処理端末５は、表示中の基準立体形状画像に対し、位置が指定されれば（ステップＳ６０５）、第２幾何要素を特定する（ステップＳ６０６）。

情報処理端末５は、特定した第１幾何要素及び第２幾何要素を位置合わせ用の幾何要素として対応づけ、これらの幾何要素が一致するように、測定立体形状データ及び基準立体形状データの相対位置を変更する（ステップＳ６０７）。他の幾何要素も指定して位置合わせを繰り返す場合は、ステップＳ６０３からステップＳ６０７までの処理手順が繰り返される（ステップＳ６０８）。

次に、情報処理端末５は、切断面を指定する処理を行う（ステップＳ６０９）。この処理は、図１６のステップＳ５０１からステップＳ５０７までの処理手順と同様に行われ、切断線９３を含んで計測画面３２０に垂直な面が切断面に指定される。

次に、情報処理端末５は、測定立体形状及び基準立体形状を切断面により切断して測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルを取得し（ステップＳ６１０）、平面に展開して計測画面３２０に表示する（ステップＳ６１１）。

情報処理端末５は、注目領域の指定があれば（ステップＳ６１２）、注目領域内の測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルについて、差分値を算出し（ステップＳ６１３）、グラフを重畳させて表示する（ステップＳ６１４）。

本実施の形態によれば、表示中の測定立体形状画像及び基準立体形状画像に対して位置を指定することにより、第１幾何要素及び第２幾何要素をそれぞれ特定して相対位置の変更が行われるため、測定立体形状及び基準立体形状の位置及び姿勢を一致させることができる。このため、表示直後に位置や姿勢が異なる立体形状であっても、同じように切断して断面形状を取得することができる。また、測定立体形状及び基準立体形状がそれぞれ測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルとして二次元の幾何学図形により表されるため、立体形状間に生じているずれの程度や位置を客観的に理解することができる。

実施の形態３．
本実施の形態では、情報処理端末が、テンプレートに基づいて立体形状の寸法測定を自動的に行うテンプレート機能を有する場合について説明する。

図３０は、本発明の実施の形態３による三次元測定装置１の一構成例を示したブロック図であり、テンプレート機能を有する情報処理端末５２０が示されている。この情報処理端末５２０は、形状データ生成部５２１、形状データ記憶部５２２、立体形状表示部５２３、幾何要素抽出部５２４、寸法種別指定部５２５、寸法値算出部５２６、テンプレート記憶部５２７、位置関係特定部５２８、姿勢変更部５２９、基準平面指定部５３０、切断線指定部５３１及びプロファイル取得部５３２により構成される。

形状データ生成部５２１は、測定対象物Ｗの立体形状を測定して測定立体形状データを生成し、形状データ記憶部５２２内に格納する。形状データ記憶部５２２は、略同一形状の複数の測定対象物Ｗについて寸法測定を繰り返す際の雛型とする雛型立体形状データを保持している。雛型立体形状データには、例えば、ＣＡＤを用いて作成されたＣＡＤデータが用いることができる。なお、雛型立体形状データには、マスターピースを測定して取得された立体形状データ、或いは、過去に測定された立体形状データを用いてもよい。

立体形状表示部５２３は、形状データ記憶部５２２から雛型立体形状データ及び測定立体形状データを読み出して表示部５１を制御し、雛型立体形状画像及び測定立体形状画像を位置合わせ画面に表示する。雛型立体形状画像は、雛型立体形状データに基づいて作成され、測定立体形状画像は、測定立体形状データに基づいて作成される。

幾何要素抽出部５２４は、表示中の雛型立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第１幾何要素を特定する。位置の指定は、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行われる。また、幾何要素抽出部５２４は、表示中の測定立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第２幾何要素を特定する。

寸法種別指定部５２５は、寸法種別の指定を受け付ける。寸法値算出部５２６は、表示中の雛型立体形状画像について寸法測定を行い、寸法値を求め、計測結果として出力する。

テンプレート記憶部５２７は、雛型立体形状データと、雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順とをテンプレートとして記憶する。操作手順には、雛型立体形状のどこをどのようにして測定するのかという情報が含まれ、例えば、測定箇所、幾何要素の形状、寸法種別のセットが操作順に保持される。

位置関係特定部５２８は、テンプレート適用対象の測定立体形状データが取得されれば、雛型立体形状データ及び測定立体形状データの相対的な位置関係を特定する。この相対的な位置関係は、第１幾何要素及び第２幾何要素に基づいて特定される。つまり、雛形立体形状上の第１幾何要素と測定立体形状上の第２幾何要素とを空間内において重ね、位置及び姿勢を一致させるための条件として、相対的な位置関係が特定される。

幾何要素抽出部５２４は、位置関係特定部５２８により特定された相対的な位置関係とテンプレート記憶部５２７内のテンプレートとに基づいて、測定立体形状上の幾何要素を特定する。寸法値算出部５２６は、位置関係特定部５２８により特定された相対的な位置関係とテンプレート記憶部５２７内のテンプレートとに基づいて、測定立体形状の寸法測定を行う。

姿勢変更部５２９は、位置関係特定部５２８により特定された相対的な位置関係に基づいて、第１幾何要素及び第２幾何要素が一致するように、雛型立体形状及び測定立体形状の表示姿勢を相対的に変更する。例えば、雛型立体形状又は測定立体形状のいずれかの表示姿勢が変更される。なお、雛型立体形状及び測定立体形状の双方について表示姿勢を変更してもよい。立体形状表示部５２３は、表示姿勢変更後の雛型立体形状及び測定立体形状を重ねて表示する。寸法値算出部５２６は、計測開始の指示に基づいて、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定を開始する。

基準平面指定部５３０は、雛型立体形状に対し、立体形状を切断する際の基準とする平面を基準平面として指定する。姿勢変更部５２９は、基準平面を正対させるために、基準平面の法線が計測画面と直交するように、雛型立体形状を回転させる。また、姿勢変更部５２９は、基準平面を縦方向又は横方向に向けるために、基準平面の法線が計測画面の縦方向又は横方向と平行になるように、雛型立体形状を回転させる。

切断線指定部５３１は、計測画面内における切断線の指定を受け付ける。プロファイル取得部５３２は、雛型立体形状データに基づいて、切断線を含んで計測画面に垂直な切断面により雛型立体形状を切断した場合の断面形状を表す雛型断面プロファイルを取得する。プロファイル取得部５３２は、回転後の雛型立体形状を切断面により切断して雛型断面プロファイルを取得する。寸法値算出部５２６は、この様な雛型断面プロファイルに基づいて、寸法測定を行う。

寸法値算出部５２６は、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定の後、幾何要素が指定されれば、該当する測定箇所について、測定立体形状の寸法測定を行い、寸法値を求める。

＜位置合わせ画面４００＞
図３１は、図３０の情報処理端末５２０における位置合わせ時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される位置合わせ画面４００が示されている。この位置合わせ画面４００は、測定データ（測定立体形状データ）と雛型データ（雛型立体形状データ）との間で位置合わせを行うための操作画面である。

位置合わせ画面４００には、測定データを表示するための表示欄４０１と、雛型データを表示するための表示欄４０２と、測定データ及び雛型データを共通の座標系で表示するためのプレビュー欄４０３等が設けられている。

測定データ及び雛型データの位置合わせは、測定立体形状上の位置を指定して第２幾何要素を抽出させ、雛型立体形状上の位置を指定して第１幾何要素を抽出させた後、ＯＫボタン４０４を操作することによって行われる。幾何要素による位置合わせが完了した後、計測開始を指示すれば、テンプレートに基づく寸法測定が開始される。

＜計測画面４１０＞
図３２は、図３０の情報処理端末５２０におけるテンプレート適用時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される計測画面４１０が示されている。この計測画面４１０は、テンプレートに基づく寸法測定の後に表示される操作画面であり、メニュー欄４１１には、計測種別を指定するための種別ボタン４１２が設けられ、選択された計測種別に応じたタブ４１３が配置されている。

計測種別には、３Ｄ計測、幾何公差、３Ｄ比較、断面比較、断面計測及び平面計測がある。３Ｄ計測では、立体形状について、幾何要素を特定し、幾何要素間の距離や角度が測定される。断面比較では、測定立体形状及び基準立体形状から測定断面プロファイル及び基準断面プロファイルをそれぞれ取得して断面プロファイル同士が比較される。断面計測では、立体形状から断面プロファイルを取得して寸法測定が行われる。

同一種別の計測は、タブ４１３によって管理され、タブ４１３を切り替えれば、計測内容も切り替えられる。なお、同一種別の計測であっても、新たに種別ボタン４１２を操作すれば、タブ４１３が新たに作成される。その他の構成は、図１３に示した計測画面９と同様である。

図３３及び図３４のステップＳ７０１〜Ｓ７１４は、図３０の情報処理端末５２０におけるテンプレート適用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５２０は、テンプレートを読み込み（ステップＳ７０１）、測定データ（測定立体形状データ）とともに位置合わせ画面４００に表示する（ステップＳ７０２）。

次に、情報処理端末５２０は、表示中の雛型立体形状に対し、位置が指定されれば（ステップＳ７０３）、第１幾何要素を特定する（ステップＳ７０４）。次に、情報処理端末５は、表示中の測定立体形状に対し、位置が指定されれば（ステップＳ７０５）、第２幾何要素を特定する（ステップＳ７０６）。

情報処理端末５２０は、特定した第１幾何要素及び第２幾何要素に基づいて、雛型立体形状及び測定立体形状間の相対的な位置関係を特定する（ステップＳ７０７）。次に、情報処理端末５は、第１幾何要素及び第２幾何要素が一致するように、雛型立体形状及び測定立体形状の表示姿勢を相対的に変更する（ステップＳ７０８）。なお、治具などを用いて測定対象物Ｗを設置する位置を毎回完全に一致させる場合は、この相対位置合わせの手順をスキップすることができる。

情報処理端末５２０は、計測開始が指示されるまで、ステップＳ７０３からステップＳ７０８までの処理手順を繰り返す（ステップＳ７０９）。次に、情報処理端末５２０は、計測開始が指示されれば、テンプレート及び相対的な位置関係に基づいて、寸法測定を行い（ステップＳ７１０）、計測結果を計測画面４１０に表示する（ステップＳ７１１）。

次に、情報処理端末５２０は、データ欠損等による測定エラーがあれば（ステップＳ７１２）、該当箇所について再度測定を行い（ステップＳ７１４）、計測結果を計測画面４１０に表示する（ステップＳ７１１）。また、情報処理端末５２０は、測定箇所の追加が指示されれば（ステップＳ７１３）、再度測定を行い（ステップＳ７１４）、計測結果を計測画面４１０に表示する（ステップＳ７１１）。

本実施の形態によれば、雛型立体形状データと雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順とがテンプレートとして記憶されるため、測定対象物Ｗごとに、測定箇所の幾何要素や寸法種別を指定する手間を省くことができる。また、表示中の雛型立体形状画像及び測定立体形状画像に対して位置を指定することにより、第１幾何要素及び第２幾何要素を特定して雛型立体形状データ及び測定立体形状データの相対的な位置関係が特定されるため、測定立体形状から測定箇所の幾何要素を正確に特定して寸法測定を行うことができる。

また、雛型立体形状及び測定立体形状が重ねて表示されるため、第１幾何要素及び第２幾何要素による位置合わせの適否を容易に識別することができる。また、計測開始の指示に基づいて、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定が開始されるため、第１幾何要素及び第２幾何要素による位置合わせが適切でないにもかかわらず、テンプレートに基づく測定立体形状の寸法測定が行われるのを防止することができる。

なお、本実施の形態では、ヘッド部２０が１つの受光部２５と２つの投光部２４とを備える場合の例について説明したが、本発明は、ヘッド部２０の構成をこれに限定するものではない。例えば、ヘッド部が１つの受光部２５と１つの投光部２４とを備え、或いは、ヘッド部が２つの受光部２５と１つの投光部２４とを備える場合にも本発明は適用可能である。

また、本実施の形態では、ヘッド部２０とステージ保持部２２とが固定的に連結される場合の例について説明したが、ヘッド部２０とステージ保持部２２とが分離可能であってもよい。

１ 三次元測定装置
２ 測定部
２０ ヘッド部
２１ ステージ
２１１ ステージプレート
２１２ ステージベース
２２ ステージ保持部
２３ 回転駆動部
２４ 投光部
２５ 受光部
２５ａ，２５ｂ 撮像部
２６ テクスチャ照明出射部
２７ 制御基板
２８ 連結部
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
６，９ 計測画面
７ マウスポインタ
８ 基準平面
１０ 測定制御部
１１ 形状データ生成部
１２ 形状データ記憶部
１３ 表示制御部
１４ 基準平面抽出部
１５ 姿勢変更部
１６ 切断線指定部
１７ 断面プロファイル取得部
１８ 断面計測部
１９ａ 幾何要素抽出部
１９ｂ エッジ抽出部
５００ 情報処理端末
５０１ 形状データ生成部
５０２ 形状データ記憶部
５０３ 立体形状表示部
５０４ 幾何要素抽出部
５０５ 相対位置変更部
５０６ プロファイル取得部
５０７ プロファイル記憶部
５０８ プロファイル表示部
５０９ プロファイル比較部
５１０ 注目領域指定部
５１１ 基準平面指定部
５１２ 姿勢変更部
５１３ 切断線指定部
５１４ 断面計測部
５２０ 情報処理端末
５２１ 形状データ生成部
５２２ 形状データ記憶部
５２３ 立体形状表示部
５２４ 幾何要素抽出部
５２５ 寸法種別指定部
５２６ 寸法値算出部
５２７ テンプレート記憶部
５２８ 位置関係特定部
５２９ 姿勢変更部
５３０ 基準平面指定部
５３１ 切断線指定部
５３２ プロファイル取得部
Ｊ１，Ｊ１１，Ｊ１２ 受光軸
Ｊ２，Ｊ３ 投光軸
Ｊ４ 回転軸
Ｗ 測定対象物

Claims (4)

1. 略同一形状の複数の測定対象物について寸法測定を繰り返す際の雛型とする雛型立体形状データを保持する形状データ記憶手段と、
   三次元空間における複数の測定点の位置情報を測定し、測定対象物の立体形状を表す測定立体形状データを生成する形状データ生成手段と、
   上記雛型立体形状データに対応する雛型立体形状画像、及び、上記測定立体形状データに対応する測定立体形状画像を表示する立体形状表示手段と、
   表示中の上記雛型立体形状画像について寸法測定を行い、寸法値を求める寸法値算出手段と、
   表示中の上記雛型立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第１幾何要素を特定し、表示中の上記測定立体形状画像に対する位置の指定に基づいて、第２幾何要素を特定する幾何要素抽出手段と、
   上記雛型立体形状データ、及び、上記雛型立体形状画像に対して行われた寸法測定のための操作手順をテンプレートとして記憶するテンプレート記憶手段と、
   上記第１幾何要素及び上記第２幾何要素に基づいて、上記雛型立体形状データ及び上記測定立体形状データの相対的な位置関係を特定する位置関係特定手段とを備え、
   上記幾何要素抽出手段は、上記相対的な位置関係及び上記テンプレートに基づいて、測定立体形状上の幾何要素を特定し、
   上記寸法値算出手段は、上記相対的な位置関係及び上記テンプレートに基づいて、上記測定立体形状の寸法測定を行うことを特徴とする三次元測定装置。
2. 上記立体形状表示手段は、上記相対的な位置関係に基づいて、上記第１幾何要素及び上記第２幾何要素が一致するように、上記雛型立体形状画像及び上記測定立体形状画像を重ねて表示し、
   上記寸法値算出手段は、計測開始の指示に基づいて、上記テンプレートに基づく上記測定立体形状の寸法測定を開始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. 上記雛型立体形状画像に対し、基準平面を指定する基準平面指定手段と、
   表示画面内における切断線の指定を受け付ける切断線指定手段と、
   上記雛型立体形状データに基づいて、上記切断線を含んで上記表示画面に垂直な切断面により雛型立体形状を切断した場合の断面形状を表す雛型断面プロファイルを取得するプロファイル取得手段とを更に備え、
   上記立体形状表示手段は、上記基準平面の法線が上記表示画面と直交し、或いは、上記表示画面の縦方向又は横方向と平行になるように、上記雛型立体形状を回転させ、
   上記プロファイル取得手段は、回転後の上記雛型立体形状を上記切断面により切断して上記雛型断面プロファイルを取得し、
   上記寸法値算出手段は、上記雛型断面プロファイルに基づいて、寸法測定を行うことを特徴とする請求項２に記載の三次元測定装置。
4. 上記寸法値算出手段は、上記テンプレートに基づく上記測定立体形状の寸法測定の後、幾何要素が指定されれば、該当する測定箇所について、上記測定立体形状の寸法測定を行い、寸法値を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元測定装置。

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