JP2020046326A - 三次元形状計測装置、三次元形状計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物の三次元形状の計測においてデータ欠落点が生じた場合に対応可能な三次元形状装置を提供する。【解決手段】撮像範囲を撮像ユニットに撮像させた結果に基づき撮像範囲における三次元形状を示すデータを取得する計測処理が、撮像ユニットの撮像範囲を対象物Ｊに重ねつつ実行される。対象物Ｊのうち、計測処理でデータを取得できなかったデータ欠落点が存在する欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を探索する探索処理が実行され、探索処理で探索された欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を撮像範囲に収めつつ計測処理が再実行される。したがって、１回の計測処理ではデータ欠落点が発生する場合であっても、探索処理によって探索された欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４に対して計測処理を再実行して、データ欠落点のデータを補うことができる。【選択図】図６

Description

この発明は、対象物の三次元形状を計測する技術に関する。

特許文献１では、プロジェクタから対象物にパターンを投影しつつカメラで対象物を撮像することで、対象物の三次元形状を示す点群データを取得する技術が記載されている。

特開２０１８−４２８０号公報

ただし、このような三次元形状の計測においては、例えばカメラの死角となる範囲あるいは対象物の影となる範囲等については対象物のデータが取得できない。そのため、これらの範囲でデータが欠落する場合があった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、対象物の三次元形状の計測においてデータ欠落点が生じた場合に対応可能な技術の提供を目的とする。

本発明に係る三次元形状計測装置は、対象物を支持する支持部と、撮像範囲を撮像する撮像ユニットと、撮像ユニットを対象物に対して相対的に移動させる駆動部と、撮像範囲を撮像ユニットに撮像させた結果に基づき撮像範囲における三次元形状を示すデータを取得する計測処理を、撮像範囲が対象物に重なるように駆動部を制御しつつ実行することで、対象物の三次元形状を示すデータを取得する制御部とを備え、制御部は、対象物のうち、計測処理でデータを取得できなかったデータ欠落点が存在する欠落範囲を探索する探索処理を実行し、探索処理で探索された欠落範囲が撮像範囲に収まるように駆動部を制御しつつ、計測処理を再実行する。

本発明に係る三次元形状計測方法は、撮像範囲を撮像ユニットに撮像させた結果に基づき撮像範囲における三次元形状を示すデータを取得する計測処理を、撮像範囲を対象物に重ねつつ実行することで、対象物の三次元形状を示すデータを取得する工程と、対象物のうち、計測処理でデータを取得できなかったデータ欠落点が存在する欠落範囲を探索する探索処理を実行する工程と、探索処理で探索された欠落範囲を撮像範囲に収めつつ、計測処理を再実行する工程とを備える。

このように構成された本発明（三次元形状計測装置、三次元形状計測方法）では、撮像範囲を撮像ユニットに撮像させた結果に基づき撮像範囲における三次元形状を示すデータを取得する計測処理が、撮像ユニットの撮像範囲を対象物に重ねつつ実行される。そして、対象物のうち、計測処理でデータを取得できなかったデータ欠落点が存在する欠落範囲を探索する探索処理が実行され、探索処理で探索された欠落範囲を撮像範囲に収めつつ計測処理が再実行される。したがって、１回の計測処理ではデータ欠落点が発生する場合であっても、探索処理によって探索された欠落範囲に対して計測処理を再実行して、データ欠落点のデータを補うことができる。こうして、対象物の三次元形状の計測においてデータ欠落点が生じた場合に対応することが可能となっている。

また、データ欠落点を有さない対象物の三次元形状を示す基準データを記憶する記憶部をさらに備え、制御部は、探索処理において、計測処理で取得されたデータと基準データとを比較した結果に基づき欠落範囲を探索するように、三次元形状計測装置を構成しても良い。このようにデータ欠落点を有さない対象物の三次元形状を示す基準データを探索処理で利用することで、欠落範囲を的確に探索することができる。

また、撮像ユニットは、カメラによって撮像範囲を撮像し、制御部は、欠落範囲を平面で近似し、平面の幾何重心を通る平面の単位法線ベクトルとカメラの光軸が所定の位置関係を満たすように駆動部を制御することで、探索処理で探索された欠落範囲を撮像範囲に収めるように、三次元形状計測装置を構成しても良い。かかる構成では、カメラの撮像範囲に欠落範囲を的確に収めつつ計測処理を再実行することができる。

また、制御部は、カメラの光軸が単位法線ベクトルに重なるように駆動部を制御することで、探索処理で探索された欠落範囲を撮像範囲に収めるように、三次元形状計測装置を構成しても良い。かかる構成では、カメラの撮像範囲に欠落範囲を的確に収めつつ計測処理を再実行することができる。

また、制御部は、それぞれ異なる方向を向く単位法線ベクトルを有して相互に接続された２個の平面で欠落範囲を近似した場合には、２個の平面それぞれの単位法線ベクトルを合成した合成ベクトルにカメラの光軸が重なるように駆動部を制御することで、探索処理で探索された欠落範囲を撮像範囲に収めるように、三次元形状計測装置を構成しても良い。かかる構成では、カメラの撮像範囲に欠落範囲を的確に収めつつ計測処理を再実行することができる。

以上のように、本発明によれば、対象物の三次元形状の計測においてデータ欠落点が生じた場合に対応することが可能となっている。

本発明に係る三次元形状計測装置の一例を模式的に示す図。 図１に示す三次元形状計測装置が備える電気的構成の一例を示すブロック図。 図１の三次元形状計測装置が実行する三次元形状計測の一例を示すフローチャート。 図３の三次元形状計測で実行される計測処理の一例を示すフローチャート。 図３の三次元形状計測で使用される基準データが示す三次元形状の一例を模式的に示す図。 図３の三次元形状計測での計測データが示す三次元形状の一例を模式的に示す図。

図１は本発明に係る三次元形状計測装置の一例を模式的に示す図であり、図２は図１に示す三次元形状計測装置が備える電気的構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、三次元形状計測装置１は、制御部１１、記憶部１２および通信部１３を有するコントローラ１０を備える。制御部１１はＣＰＵ(Central Processing Unit)やＲＡＭ(Random Access Memory)等で構成されたコンピュータであり、装置全体の制御を統括する。記憶部１２は、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)で構成され、後述する三次元形状計測で用いられる基準データＤｒおよび計測データＤｍ等を含む各種データを記憶する。また、通信部１３は、外部装置との通信機能を担当する。

図１に示すように、三次元形状計測装置１は、対象物Ｊを支持する支持テーブル２と、支持テーブル２を駆動するα軸駆動機構３と、支持テーブル２上の対象物Ｊの三次元形状を計測して点群データを取得する撮像ユニット４と、撮像ユニット４を駆動するβ軸駆動機構５とを備える。

対象物Ｊが鉄等を含んで磁力により保持できる場合には、支持テーブル２として電磁石テーブルを用いることができる。また、対象物Ｊが樹脂等の磁力により保持できないものである場合には、エアー吸着あるいはチャック機構によって対象物Ｊを支持するテーブルを支持テーブル２として用いることができる。

α軸駆動機構３は、鉛直方向Ｚに平行な回転軸Ｃαを中心とする回転方向αに支持テーブル２を回転（自転）させる。一方、β軸駆動機構５は、支持テーブル２の回転軸Ｃαに直交する、水平方向Ｘに平行な回転軸Ｃβを中心とする回転方向βに撮像ユニット４を回転（公転）させる。つまり、撮像ユニット４は、β軸駆動機構５による駆動力を受けて、支持テーブル２上の対象物Ｊの周りを回転する。

撮像ユニット４は、カメラ４１とプロジェクタ４２とを有する（図２）。カメラ４１は、撮像範囲Ｆ（換言すれば、視野）内からそのレンズに入射した光を固体撮像素子に結像することで、撮像範囲Ｆの画像を撮像する。また、カメラ４１の光軸Ａ（換言すれば、レンズの光軸Ａ）が回転方向βの中心軸Ｃβと直交しつつ、回転方向αの回転軸Ｃαと交差するように、カメラ４１はβ軸駆動機構５に支持される。したがって、回転方向βにおけるカメラ４１の回転位置に依らずに、カメラ４１は支持テーブル２に対向する。プロジェクタ４２は、光源からの光をＤＭＤ(Digital Mirror Device)等で変調することで、撮像範囲Ｆに対して光のパターンを射出する。

かかる構成では、制御部１１は撮像ユニット４に撮像範囲Ｆを撮像させることで、対象物Ｊの三次元形状を計測する。つまり、制御部１１は、プロジェクタ４２から支持テーブル２上の対象物Ｊへ向けてパターンを照射しつつ対象物Ｊをカメラ４１により撮像することで、対象物Ｊの三次元形状に応じて変形したパターンを撮像する。そして、制御部１１は、パターンが照射された対象物Ｊを撮像した画像に基づき、対象物Ｊの三次元形状を示す点群データを取得する。なお、パターンを照射しつつ対象物Ｊを撮像した画像に基づき対象物Ｊの三次元形状を計測する具体的手法は、位相シフト法および空間コード化法等の種々の方法を用いることができる。

この際、制御部１１は、α軸駆動機構３によって回転方向αにおける支持テーブル２の回転位置を制御しつつ、β軸駆動機構５によって撮像ユニット４の回転方向βにおける回転位置を制御することで、支持テーブル２上の対象物Ｊに対する撮像ユニット４の相対的な位置関係を調整できる。つまり、制御部１１は、対象物Ｊと撮像ユニット４との相対的な位置関係を適宜変更しつつ、対象物Ｊの三次元形状を計測することができる。

図３は図１の三次元形状計測装置が実行する三次元形状計測の一例を示すフローチャートであり、図４は図３の三次元形状計測で実行される計測処理の一例を示すフローチャートである。図３および図４の各ステップは、制御部１１の演算に基づき実行される。

図３のステップＳ１０１では、撮像範囲Ｆを撮像ユニット４に撮像させた結果に基づき撮像範囲Ｆにおける三次元形状を示すデータを取得する計測処理が、対象物Ｊに対して実行される。図４に示すように、計測処理では、カメラ４１の光軸Ａの方向から見て、撮像ユニット４の撮像範囲Ｆに支持テーブル２上の対象物Ｊを収めた状態で、プロジェクタ４２から支持テーブル２上の対象物Ｊにパターンが投影され（ステップＳ２０１）、パターンが投影された対象物Ｊがカメラ４１により撮像される（ステップＳ２０２）。そして、互いに異なる複数のパターンの全てについて撮像が完了したかが確認される（ステップＳ２０３）。全パターンの撮像が完了していない場合（ステップＳ２０３で「ＮＯ」の場合）には、対象物Ｊに投影するパターンを変更しつつ、ステップＳ２０１、Ｓ２０２が再実行される。一方、全パターンの撮像が完了している場合（ステップＳ２０３で「ＹＥＳ」の場合）には、全パターンを撮像した画像に基づき、対象物Ｊの三次元形状を示す点群データが作成され（ステップＳ２０４）、計測データＤｍとして記憶部１２に記憶される。

図３に示すように、ステップＳ１０１での計測処理が完了すると、基準データＤｒと計測データＤｍとのマッチングが実行される（ステップＳ１０２）。かかるマッチングについて、図５および図６を用いて説明する。

図５は図３の三次元形状計測で使用される基準データが示す三次元形状の一例を模式的に示す図であり、図６は図３の三次元形状計測での計測データが示す三次元形状の一例を模式的に示す図である。基準データＤｒは、データ欠落点を有さない対象物Ｊの点群データであり、図５の対象物Ｊの三次元形状を示す。かかる基準データＤｒは、対象物ＪのＣＡＤ (Computer-Aided Design)データから求めても良いし、作業者が対象物Ｊの三次元形状をマニュアル作業で計測することで求めても良い。

計測データＤｍは、ステップＳ１０１での計測処理で取得された点群データであり、図６の対象物Ｊの三次元形状を示す。同図において、破線で表された部分は、ステップＳ１０１での計測処理でデータを取得できなかったデータ欠落点が存在する欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４に相当する。ステップＳ１０２のデータマッチングでは、基準データＤｒと計測データＤｍとの比較に基づき、欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４が抽出される。具体的には、基準データＤｒと計測データＤｍとを比較して、基準データＤｒにデータが存在する一方で、計測データＤｍにデータが存在しない各座標を抽出することで、欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を抽出できる。なお、図６は、実施形態の説明のために欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を模式的に例示したものであり、現実の計測における欠落範囲の表れ方は図６の例と異なる場合があることは言うまでもない。

ステップＳ１０３では、ステップＳ１０２でのデータマッチングの結果、欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４が存在するか否かが判断される。ここでは、欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４が存在するため、ステップＳ１０３で「ＹＥＳ」と判断され、ステップＳ１０４〜Ｓ１１０が実行される。ステップＳ１０４では、欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を識別する識別番号Ｉがゼロにリセットされ、ステップＳ１０５では、識別番号Ｉがインクリメントされる。これによって、識別番号Ｉが「１」である欠落範囲Ｒ１がステップＳ１０６〜Ｓ１１０の実行対象に選定される。

ステップＳ１０６では、欠落範囲Ｒ１の形状が判定される。これによって、欠落範囲Ｒ１は、鉛直方向Ｚに直交する長方形で構成されると判定される。そして、欠落範囲Ｒ１を構成する長方形を平面で近似した欠落平面Ｐ１が欠落範囲Ｒ１に対して設定される（ステップＳ１０７）。この際、データが取得された範囲と欠落範囲Ｒ１との境界上の任意の３点を通る平面を欠落平面Ｐ１として設定しても良いし、当該境界に対する最小二乗平面を欠落平面Ｐ１として設定しても良い。こうして、長方形状の欠落平面Ｐ１により欠落範囲Ｒ１が近似されると、欠落平面Ｐ１の幾何重心を通って対象物Ｊの外側を向く、欠落平面Ｐ１の単位法線ベクトルＶｅ１が設定される（ステップＳ１０８）。ここで、単位法線ベクトルとは、ノルムが１の法線ベクトルである。

ステップＳ１０９では、支持テーブル２上の対象物Ｊと撮像ユニット４との位置関係が調整されて、撮像ユニット４のカメラ４１の光軸Ａと、欠落平面Ｐ１の単位法線ベクトルＶｅ１とが相互に重なる。ここで、光軸がベクトルと重なるとは、光軸とベクトルとが互いに平行であり、光軸がベクトルを含む状態を示す。これによって、撮像ユニット４のカメラ４１は、単位法線ベクトルＶｅ１の方向から欠落範囲Ｒ１に対向し、単位法線ベクトルＶｅ１の方向から見て欠落範囲Ｒ１が撮像範囲Ｆに収まる。そして、この状態で、計測処理が実行されて、欠落範囲Ｒ１における対象物Ｊの三次元形状を示す点群データが取得される（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１１では、識別番号Ｉが最大値Ｉｘ（＝４）に一致するか否かが判断される。ここでは、識別番号Ｉが「１」であるため、ステップＳ１１１で「ＮＯ」と判断されて、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、識別番号Ｉがインクリメントされる。これによって、識別番号Ｉが「２」である欠落範囲Ｒ２がステップＳ１０６〜Ｓ１１０の実行対象に選定される。

ステップＳ１０６では、欠落範囲Ｒ２の形状が判定される。これによって、欠落範囲Ｒ２は、鉛直方向Ｚに傾斜する長方形で構成されると判定される。そして、欠落範囲Ｒ２を構成する長方形を平面で近似した欠落平面Ｐ２が欠落範囲Ｒ２に対して設定される（ステップＳ１０７）。この際の欠落平面Ｐ２の設定方法は、上記の欠落平面Ｐ１のそれと同様である。こうして、長方形状の欠落平面Ｐ２により欠落範囲Ｒ２が近似されると、欠落平面Ｐ２の幾何重心を通って対象物Ｊの外側を向く、欠落平面Ｐ２の単位法線ベクトルＶｅ２が設定される（ステップＳ１０８）。

ステップＳ１０９では、支持テーブル２上の対象物Ｊと撮像ユニット４との位置関係が調整されて、撮像ユニット４のカメラ４１の光軸Ａと、欠落平面Ｐ２の単位法線ベクトルＶｅ２とが相互に重なる。これによって、撮像ユニット４のカメラ４１は、単位法線ベクトルＶｅ２の方向から欠落範囲Ｒ２に対向し、単位法線ベクトルＶｅ２の方向から見て欠落範囲Ｒ２は撮像範囲Ｆに収まる。そして、この状態で、計測処理が実行されて、欠落範囲Ｒ２における対象物Ｊの三次元形状を示す点群データが取得される（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１１では、識別番号Ｉが最大値Ｉｘ（＝４）に一致するか否かが判断される。ここでは、識別番号Ｉが「２」であるため、ステップＳ１１１で「ＮＯ」と判断されて、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、識別番号Ｉがインクリメントされる。これによって、識別番号Ｉが「３」である欠落範囲Ｒ３がステップＳ１０６〜Ｓ１１０の実行対象に選定される。

ステップＳ１０６では、欠落範囲Ｒ３の形状が判定される。これによって、欠落範囲Ｒ３は、鉛直方向Ｚに平行な長方形と鉛直方向Ｚに直交する長方形とで構成されると判定される。そして、これら２個の長方形のうち、一方の長方形を平面で近似した欠落平面Ｐ３１と、他方の長方形を平面で近似した欠落平面Ｐ３２とが欠落範囲Ｒ３に対して設定される（ステップＳ１０７）。この際の欠落平面Ｐ３１、３２の設定方法は、上記の欠落平面Ｐ１のそれと同様である。

こうして、長方形状の欠落平面Ｐ３１、３２により欠落範囲Ｒ３が近似されると、欠落平面Ｐ３１の幾何重心を通って対象物Ｊの外側を向く、欠落平面Ｐ３１の単位法線ベクトルＶｅ３１と、欠落平面Ｐ３２の幾何重心を通って対象物Ｊの外側を向く、欠落平面Ｐ３２の単位法線ベクトルＶｅ３２とがそれぞれが設定される（ステップＳ１０８）。つまり、それぞれ異なる方向を向く単位法線ベクトルＶｅ３１、Ｖ３２を有して相互に接続された２個の欠落平面Ｐ３１、Ｐ３２で欠落範囲Ｒが近似される。

ステップＳ１０９では、支持テーブル２上の対象物Ｊと撮像ユニット４との位置関係が調整されて、撮像ユニット４のカメラ４１の光軸Ａと、欠落平面Ｐ３１、Ｐ３２それぞれの単位法線ベクトルＶｅ３１、Ｖｅ３２を合成した合成ベクトルＶｃ３とが相互に重なる。これによって、撮像ユニット４のカメラ４１は、合成ベクトルＶｃ３の方向から欠落範囲Ｒ３に対向し、合成ベクトルＶｃ３の方向から見て欠落範囲Ｒ３は撮像範囲Ｆに収まる。そして、この状態で、計測処理が実行されて、欠落範囲Ｒ３における対象物Ｊの三次元形状を示す点群データが取得される（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１１では、識別番号Ｉが最大値Ｉｘ（＝４）に一致するか否かが判断される。ここでは、識別番号Ｉが「３」であるため、ステップＳ１１１で「ＮＯ」と判断されて、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、識別番号Ｉがインクリメントされる。これによって、識別番号Ｉが「４」である欠落範囲Ｒ４がステップＳ１０６〜Ｓ１１０の実行対象に選定される。

ステップＳ１０６では、欠落範囲Ｒ４の形状が判定される。これによって、欠落範囲Ｒ４は、鉛直方向Ｚに傾斜する三角形で構成されると判定される。そして、欠落範囲Ｒ４を構成する三角形を平面で近似した欠落平面Ｐ４が欠落範囲Ｒ４に対して設定される（ステップＳ１０７）。この際の欠落平面Ｐ４の設定方法は、上記の欠落平面Ｐ１のそれと同様である。こうして、三角形状の欠落平面Ｐ４により欠落範囲Ｒ４が近似されると、欠落平面Ｐ４の幾何重心を通って対象物Ｊの外側を向く、欠落平面Ｐ４の単位法線ベクトルＶｅ４が設定される（ステップＳ１０８）。

ステップＳ１０９では、支持テーブル２上の対象物Ｊと撮像ユニット４との位置関係が調整されて、撮像ユニット４のカメラ４１の光軸Ａと、欠落平面Ｐ４の単位法線ベクトルＶｅ４とが相互に重なる。これによって、撮像ユニット４のカメラ４１は、単位法線ベクトルＶｅ４の方向から欠落範囲Ｒ４に対向し、単位法線ベクトルＶｅ４の方向から見て欠落範囲Ｒ４は撮像範囲Ｆに収まる。そして、この状態で、計測処理が実行されて、欠落範囲Ｒ４における対象物Ｊの三次元形状を示す点群データが取得される（ステップＳ１１０）。

ステップＳ１１１では、識別番号Ｉが最大値Ｉｘ（＝４）に一致するか否かが判断される。ここでは、識別番号Ｉが「４」であるため、ステップＳ１１１で「ＹＥＳ」と判断されて、ステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１およびステップＳ１１０の各計測処理で取得された点群データを合成した合成点群データに計測データＤｍを更新して、マッチングが実行される。そして、ステップＳ１０３で欠落範囲が存在しないと判断されるまで、ステップＳ１０４〜Ｓ１１１、Ｓ１０２が繰り返される。

以上のように構成された実施形態では、撮像範囲Ｆを撮像ユニット４に撮像させた結果に基づき撮像範囲Ｆにおける三次元形状を示すデータを取得する計測処理が、撮像ユニット４の撮像範囲Ｆを対象物Ｊに重ねつつ実行される（ステップＳ１０１）。そして、対象物Ｊのうち、計測処理でデータを取得できなかったデータ欠落点が存在する欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を探索する探索処理が実行され（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）、探索処理で探索された欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を撮像範囲Ｆに収めつつ計測処理が再実行される（ステップＳ１０９、Ｓ１１０）。したがって、１回の計測処理（ステップＳ１０１）ではデータ欠落点が発生する場合であっても、探索処理によって探索された欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４に対して計測処理を再実行して（ステップＳ１１０）、データ欠落点のデータを補うことができる。こうして、対象物Ｊの三次元形状の計測においてデータ欠落点が生じた場合に対応することが可能となっている。

また、データ欠落点を有さない対象物の三次元形状を示す基準データＤｒが記憶部１２に記憶され、制御部１１は、探索処理において、計測処理（ステップＳ１０１）で取得された計測データＤｍと基準データＤｒとを比較した結果に基づき欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を探索する。このようにデータ欠落点を有さない対象物Ｊの三次元形状を示す基準データＤｒを探索処理で利用することで、欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を的確に探索することができる。

また、撮像ユニット４は、カメラ４１によって撮像範囲Ｆを撮像する。そして、制御部１１は、欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を欠落平面Ｐ１〜Ｐ４で近似し、欠落平面Ｐ１〜Ｐ４の幾何重心を通る欠落平面Ｐ１〜Ｐ４の単位法線ベクトルＶｅ１〜Ｖｅ４とカメラ４１の光軸Ａが所定の位置関係を満たすようにα軸駆動機構３およびβ軸駆動機構５を制御する。これによって、探索処理（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）で探索された欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４が撮像範囲Ｆに収められる。かかる構成では、カメラ４１の撮像範囲Ｆに欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を的確に収めつつ計測処理（ステップＳ１１０）を再実行することができる。

また、制御部１１は、カメラ４１の光軸Ａが単位法線ベクトルＶｅ１、Ｖｅ２、Ｖｅ４に重なるようにα軸駆動機構３およびβ軸駆動機構５を制御することで、探索処理（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）で探索された欠落範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４を撮像範囲Ｆに収める。かかる構成では、カメラの撮像範囲Ｆに欠落範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４を的確に収めつつ計測処理（ステップＳ１１０）を再実行することができる。

また、制御部１１は、それぞれ異なる方向を向く単位法線ベクトルＶｅ３１、Ｖｅ３２を有して相互に接続された２個の欠落平面Ｐ３１、Ｐ３２で欠落範囲Ｒ３を近似した場合には、これら単位法線ベクトルＶｅ３１、Ｖｅ３２を合成した合成ベクトルＶｃ３にカメラ４１の光軸Ａが重なるようにα軸駆動機構３およびβ軸駆動機構５制御することで、探索処理（ステップＳ１０２、Ｓ１０３）で探索された欠落範囲Ｒ３を撮像範囲Ｆに収める。かかる構成では、カメラ４１の撮像範囲Ｆに欠落範囲Ｒ３を的確に収めつつ計測処理（ステップＳ１１０）を再実行することができる。

以上に説明した実施形態では、三次元形状計測装置１が本発明の「三次元形状計測装置」の一例に相当し、支持テーブル２が本発明の「支持部」の一例に相当し、撮像ユニット４が本発明の「撮像ユニット」の一例に相当し、カメラ４１が本発明の「カメラ」の一例に相当し、α軸駆動機構３およびβ軸駆動機構５が協働して本発明の「駆動部」の一例として機能し、制御部１１が本発明の「制御部」の一例に相当し、記憶部１２が本発明の「記憶部」の一例に相当し、対象物Ｊが本発明の「対象物」の一例に相当し、ステップＳ１０１、Ｓ１１０が本発明の「計測処理」の一例に相当し、ステップＳ１０２、Ｓ１０３が本発明の「探索処理」の一例に相当し、欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４が本発明の「欠落範囲」の一例に相当し、基準データＤｒが本発明の「基準データ」の一例に相当し、撮像範囲Ｆが本発明の「撮像範囲」の一例に相当し、光軸Ａが本発明の「光軸」の一例に相当し、欠落平面Ｐ１〜Ｐ４が本発明の「平面」の一例に相当し、単位法線ベクトルＶｅ１〜Ｖｅ４が本発明の「単位法線ベクトル」の一例に相当し、合成ベクトルＶｃ３が本発明の「合成ベクトル」の一例に相当する。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば上記の実施形態では、基準データＤｒと計測データＤｍとの比較により、欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を抽出する。しかしながら、基準データＤｒとの比較によらず、計測データＤｍのうちから欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を抽出するように構成しても良い。

また、ステップＳ１０９で調整される欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４と撮像ユニット４との位置関係は、上記の例に限られない。したがって、上記と異なる方向から、欠落範囲Ｒ１〜Ｒ４を撮像範囲Ｆに収めるようにしても良い。

また、撮像ユニット４の具体的構成、すなわちカメラ４１あるいはプロジェクタ４２の個数や配置には種々の態様がありうる。

また、撮像ユニット４は、パターンが投影された対象物Ｊを撮像するものに限られない。したがって、レーザ光を対象物Ｊに照射しつつ、対象物Ｊで反射されたレーザ光を固体撮像素子で検出した結果に基づき対象物Ｊの距離画像を撮像するように、撮像ユニット４を構成しても良い。

また、対象物Ｊと撮像ユニット４との相対的な位置関係を調整する機構は、上記のα軸駆動機構３およびβ軸駆動機構５の例に限られない。したがって、ロボットアームによって、対象物Ｊあるいは撮像ユニット４を動かすことで、これらの位置関係を調整しても良い。

本発明は、対象物の三次元形状を計測する技術の全般に適用可能である。

１…三次元形状計測装置
２…支持テーブル（支持部）
３…α軸駆動機構（駆動部）
４…撮像ユニット
４１…カメラ
５…β軸駆動機構（駆動部）
１１…制御部
１２…記憶部
Ｓ１０１、Ｓ１１０…計測処理
Ａ…光軸
Ｄｒ…基準データ
Ｆ…撮像範囲
Ｊ…対象物
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３１、Ｐ３２、Ｐ４…欠落平面（平面）
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４…欠落範囲
Ｖｃ３…合成ベクトル
Ｖｅ１、Ｖｅ２、Ｖｅ３１、Ｖｅ３２、Ｖｅ４…単位法線ベクトル
Ｓ１０２、Ｓ１０３…探索処理

Claims (6)

1. 対象物を支持する支持部と、
   撮像範囲を撮像する撮像ユニットと、
   前記撮像ユニットを前記対象物に対して相対的に移動させる駆動部と、
   前記撮像範囲を前記撮像ユニットに撮像させた結果に基づき前記撮像範囲における三次元形状を示すデータを取得する計測処理を、前記撮像範囲が前記対象物に重なるように前記駆動部を制御しつつ実行することで、前記対象物の三次元形状を示すデータを取得する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、前記対象物のうち、前記計測処理でデータを取得できなかったデータ欠落点が存在する欠落範囲を探索する探索処理を実行し、前記探索処理で探索された前記欠落範囲が前記撮像範囲に収まるように前記駆動部を制御しつつ、前記計測処理を再実行する三次元形状計測装置。
2. 前記データ欠落点を有さない前記対象物の三次元形状を示す基準データを記憶する記憶部をさらに備え、
   前記制御部は、前記探索処理において、前記計測処理で取得されたデータと前記基準データとを比較した結果に基づき前記欠落範囲を探索する請求項１に記載の三次元形状計測装置。
3. 前記撮像ユニットは、カメラによって前記撮像範囲を撮像し、
   前記制御部は、前記欠落範囲を平面で近似し、前記平面の幾何重心を通る前記平面の単位法線ベクトルと前記カメラの光軸が所定の位置関係を満たすように前記駆動部を制御することで、前記探索処理で探索された前記欠落範囲を前記撮像範囲に収める請求項１または２に記載の三次元形状計測装置。
4. 前記制御部は、前記カメラの光軸が前記単位法線ベクトルに重なるように前記駆動部を制御することで、前記探索処理で探索された前記欠落範囲を前記撮像範囲に収める請求項３に記載の三次元形状計測装置。
5. 前記制御部は、それぞれ異なる方向を向く前記単位法線ベクトルを有して相互に接続された２個の平面で前記欠落範囲を近似した場合には、前記２個の平面それぞれの前記単位法線ベクトルを合成した合成ベクトルに前記カメラの光軸が重なるように前記駆動部を制御することで、前記探索処理で探索された前記欠落範囲を前記撮像範囲に収める請求項３に記載の三次元形状計測装置。
6. 撮像範囲を撮像ユニットに撮像させた結果に基づき前記撮像範囲における三次元形状を示すデータを取得する計測処理を、前記撮像範囲を前記対象物に重ねつつ実行することで、前記対象物の三次元形状を示すデータを取得する工程と、
   前記対象物のうち、前記計測処理でデータを取得できなかったデータ欠落点が存在する欠落範囲を探索する探索処理を実行する工程と、
   前記探索処理で探索された前記欠落範囲を前記撮像範囲に収めつつ、前記計測処理を再実行する工程と
   を備える三次元形状計測方法。
   

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