JP2023004476A - 三次元座標測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者の熟練を要することなく測定対象物の広い範囲にわたって物理量を測定することが可能であるとともに、高い利便性を有する三次元座標測定装置を提供する。【解決手段】プローブ２００は、複数の測定マーカを有するとともに測定点を指示するために測定対象物に接触する接触部２１１ａを有する。設置部８１０は、設置面上に設けられ、一方向に延びるように形成されている。設置部８１０の両端部に載置台８２０およびヘッド台座８３０が設けられている。載置台８２０には、測定対象物Ｓが載置される。撮像ヘッド１００のヘッド底部１０１は、ヘッド台座８３０上に取り付け可能かつ取り外し可能に構成されている。撮像ヘッド１００は、ヘッド底部１０１に対して相対的に回転可能に設けられた可動カメラ１２０を備える。可動カメラ１２０により撮像された複数の測定マーカの画像に基づいて、指示された測定点の座標が算出される。【選択図】図１

Description

本発明は、接触式のプローブを用いる三次元座標測定装置に関する。

接触式の三次元座標測定装置には、接触部を有するプローブが用いられる。測定対象物にプローブの接触部が接触され、測定対象物と接触部との接触位置が算出される。測定対象物上の複数の位置が算出されることにより、測定対象物の所望の部分の寸法が測定される。

特許文献１に記載された三次元座標測定装置は、載置台、プローブおよび撮像部を備える。載置台上に載置された測定対象物にプローブの接触部が接触される。プローブに設けられた複数のマーカが撮像部によって撮像されることにより、画像データが生成される。その画像データに基づいて測定対象物と接触部との接触位置の座標が算出される。

特開２０１５－１９４４５２号公報

上記の三次元座標測定装置においては、載置台の上方の領域が撮像部により撮像されるように、載置台と撮像部とが保持部により一体的に保持される。さらに、撮像部は、載置台の斜め上方に配置され、撮像領域が載置台に向かって斜め下方を向くように固定されている。この構成によれば、載置台上に載置される測定対象物と撮像部との位置関係が安定する。

載置台上に測定対象物が載置されている状態で、測定対象物の複数の部分のうち座標の測定が可能な部分は、撮像部がプローブの複数のマーカを撮像する状態で接触部を接触可能な範囲に限られる。そのため、測定対象物の形状およびサイズによっては、測定対象物における測定可能な部分の範囲が使用者の熟練度に応じて大きく異なる可能性がある。

また、上記の三次元座標測定装置においては、載置台と撮像部とが保持部により一体的に保持される。そのため、測定対象物は、載置台に載置される必要がある。しかしながら、載置台に載置不可能な対象物についても各部の座標を測定することができれば、三次元座標測定装置の利便性が向上する。

本発明の目的は、使用者の熟練を要することなく測定対象物の広い範囲にわたって物理量を測定することが可能であるとともに、高い利便性を有する三次元座標測定装置を提供することである。

（１）本発明に係る三次元座標測定装置は、複数の測定マーカを有するとともに測定点を指示するために測定対象物に接触する接触部を有するプローブと、測定対象物が載置される載置台と、載置台と接続されかつ載置台から水平面内で一方向に延びるように形成された設置部と、設置部上に取り付け可能かつ取り外し可能に構成された基準ベースと、基準ベースに対して相対的に回転可能に設けられ、プローブの複数の測定マーカを撮像する可動撮像部と、可動撮像部により撮像された複数の測定マーカの画像を示す測定画像データに基づいて、接触部により指示された測定点の座標を算出する算出部とを備える。

上記の三次元座標測定装置においては、載置台から一方向に延びる設置部上に基準ベースを取り付けることおよび設置部上から基準ベースを取り外すことが可能である。設置部上に基準ベースが取り付けられた状態で、載置台から予め定められた距離離間した位置に可動撮像部が固定される。したがって、載置台上に載置される測定対象物と可動撮像部との位置関係が安定し、高い精度で測定点の座標を算出することが可能になる。

可動撮像部は、基準ベースに対して相対的に回転可能である。この場合、可動撮像部を回転させることにより、可動撮像部の撮像視野を拡大することなく可動撮像部による撮像可能な範囲が拡大される。それにより、複数の測定マーカを撮像するために要求されるプローブの位置および姿勢の自由度が拡大される。したがって、プローブの操作性が向上する。

また、上記の基準ベースは、設置部から取り外すことができる。この場合、基準ベースを設置部とは異なる位置に配置することにより、載置台に載置されていない測定対象物についても、プローブを用いて各部の座標を算出することが可能になる。

これらの結果、使用者の熟練を要することなく測定対象物の広い範囲にわたって物理量を測定することが可能になるとともに、三次元座標測定装置の利便性が向上する。

（２）三次元座標測定装置は、台座を有し、台座を設置面上に固定することが可能に構成された基準スタンドをさらに備え、基準ベースは、さらに台座上に取り付けることが可能かつ取り外すことが可能に構成されてもよい。

この場合、設置部から取り外された基準ベースを基準スタンドの台座上に取り付けることにより、載置台に載置されていない測定対象物に対して可動撮像部を容易に固定することができる。それにより、載置台に載置されていない測定対象物について、高い精度で各部の座標を算出することが可能になる。

（３）三次元座標測定装置は、第１の熱量で発熱する第１の素子が実装された１または複数の第１の基板と、第１の熱量よりも高い第２の熱量で発熱する第２の素子が実装された１または複数の第２の基板と、可動撮像部、１または複数の第１の基板、および１または複数の第２の基板を収容するケーシングとをさらに備え、ケーシングは、可動撮像部および１または複数の第１の基板を収容し、１または複数の第２の基板を収容しない第１のケーシング部分と、１または複数の第２の基板を収容する第２のケーシング部分とを含んでもよい。

この場合、第１のケーシング部分に１または複数の第２の基板が収容されないので、可動撮像部は第２の素子から発生される熱の影響を受けにくい。一方、第１のケーシング部分には、可動撮像部とともに１または複数の第１の基板が収容されるので、可動撮像部は、第１の素子から発生される熱の影響を受ける可能性がある。しかしながら、第１の素子から発生される熱の量は第２の素子から発生される熱の量に比べて小さい。それにより、可動撮像部が熱の影響を受けることによる座標の算出精度の低下が低減される。

（４）第１のケーシング部分の内部空間と前記第２のケーシング部分の内部空間とは互いに連通していなくてもよい。この場合、第２のケーシング部分の内部空間において第２の素子により加熱された雰囲気が第１のケーシング部分の内部空間に進入することが抑制される。それにより、可動撮像部が熱の影響を受けることによる座標の算出精度の低下がさらに低減される。

（５）第１のケーシング部分は、第１のケーシング部分の外部から第１のケーシング部分の内部に気体を導入する第１の吸気部と、第１のケーシング部分の外部へ第１のケーシング部分の内部の気体を排出する第１の排気部とを備え、第１の排気部は、第１の吸気部よりも上方に位置してもよい。

この場合、第１のケーシング部分の内部では、第１の吸気部から第１の排気部に向かって下方から上方に向かう気体の流れが形成される。それにより、１または複数の第１の基板から発生される熱が第１のケーシング部材の内部空間から円滑に排出される。その結果、可動撮像部が熱の影響を受けることによる座標の算出精度の低下が低減される。

（６）第１のケーシング部分は、第１のケーシング部分の外部へ第１のケーシング部分の内部の気体を排出する第１の排気部を備え、第２のケーシング部分に収容される１または複数の第２の基板は、平面視で第１の排気部に比べて基準ベースから離間した位置に配置されてもよい。この場合、１または複数の第２の基板から発生される熱が第１のケーシング部分の内部空間に進入しにくい。

（７）第２のケーシング部分は、第１のケーシング部分の下方に位置する第３のケーシング部分と、第３のケーシング部分の側方に位置する第４のケーシング部分と、第３のケーシング部分に設けられ、第２のケーシング部分の外部から第２のケーシング部分の内部に気体を導入する第２の吸気部と、第４のケーシング部分に設けられ、第２のケーシング部分の外部へ第２のケーシング部分の内部の気体を排出する第２の排気部とを備え、１または複数の第２の基板は、第４のケーシング部分に収容されてもよい。

この場合、第２のケーシング部分の内部では、第３のケーシング部分の第２の吸気部から第４のケーシング部分の第２の排気部に向かって気体の流れが形成される。この気体の流れにおいて、１または複数の第２の基板は、第３のケーシング部分よりも下流に位置する。したがって、１または複数の第２の基板に実装された第２の素子から発生される熱が、第３のケーシング部分の内部空間に進入することが低減される。その結果、第２の素子から発生された熱が、第１のケーシング部分の内部空間に伝達されることが抑制される。

（８）三次元座標測定装置は、基準ベースに対して固定され、複数の測定マーカの少なくとも一部を撮像する固定撮像部と、固定撮像部により撮像された複数の測定マーカの少なくとも一部の画像を示す固定画像データに基づいて可動撮像部の位置および姿勢を調整する調整駆動部とをさらに備え、固定撮像部は、第３のケーシング部分に収容され、第４のケーシング部分は、固定撮像部の撮像視野から外れるように第３のケーシング部分の側面に接続されてもよい。

この場合、１または複数の第２の基板に実装された第２の素子から発生される熱が、第３のケーシング部分の内部空間に進入することが低減されているので、固定撮像部が第２の素子から発生される熱の影響を受けにくい。

また、上記の構成によれば、第４のケーシング部分が固定撮像部の撮像視野から外れているので、固定撮像部により撮像可能な複数の測定マーカの範囲が制限されない。したがって、測定対象物の広い範囲にわたって物理量を測定することが可能になる。

（９）ケーシングは、平面視で載置台が存在する方向から当該ケーシングの内部に気体を吸気し、平面視で載置台が存在する方向とは反対の方向に当該ケーシングの内部の気体を排気するように構成されてもよい。

この場合、ケーシング内で発生する熱により加熱された気体が、載置台の存在する領域に流れることが防止される。したがって、熱に起因する測定精度の低下が抑制される。

（１０）第２の素子は、駆動回路、制御回路および通信回路のうち少なくとも１つを構成する素子であり、第１の素子は、駆動回路、制御回路および通信回路を構成する素子を含まなくてもよい。これにより、第１の基板の周辺に発生する熱の量を第２の基板の周辺に発生する熱の量に比べて小さくすることができる。

（１１）三次元座標測定装置は、可動撮像部に固定された複数の参照マーカと、基準ベースに固定されかつ複数の参照マーカを撮像する基準撮像部と、複数の参照マーカの配置に関する情報を参照マーカ情報として記憶する記憶部とをさらに備え、算出部は、可動撮像部により撮像された複数の測定マーカの画像に加えて、基準撮像部により撮像された複数の参照マーカの画像を示す基準画像データと、記憶部に記憶された参照マーカ情報とに基づいて、接触部により指示された測定点の座標を算出してもよい。このような構成により、高い精度で測定対象物の各部について座標を算出することができる。

（１２）三次元座標測定装置は、可動撮像部および基準ベースを含む撮像ヘッドをさらに備え、撮像ヘッドの重心は、平面視で基準ベースの内側に位置してもよい。これにより、撮像ヘッドを設置部上に安定して載置することができる。

（１３）三次元座標測定装置は、基準ベースと設置部との位置関係を予め定められた位置関係に固定する位置決め機構をさらに備えてもよい。これにより、設置部と基準ベースとの位置関係を予め定められた位置関係に容易に固定することができる。

本発明によれば、使用者の熟練を要することなく測定対象物の広い範囲にわたって物理量を測定することが可能になるとともに、三次元座標測定装置の利便性が向上する。

本発明の一実施の形態に係る三次元座標測定装置の一使用例を示す模式図である。 本発明の一実施の形態に係る三次元座標測定装置の他の使用例を示す模式図である。 撮像ヘッドおよび処理装置の構成を示すブロック図である。 撮像ヘッドの正面図である。 撮像ヘッドの背面図である。 撮像ヘッドの一方側面図である。 撮像ヘッドの平面図である。 ケーシングが取り除かれた状態を示す撮像ヘッドの外観斜視図である。 図４のＡ－Ａ線における撮像ヘッドの模式的断面図である。 （ａ）は図９の参照部材の模式的縦断面図であり、（ｂ）は参照部材の下面図である。 ヘッド底部の下面図および側面図である。 図１のヘッド台座の平面図および側面図である。 プローブの基本構成を示すブロック図である。 プローブを一の方向に見た外観斜視図である。 プローブを他の方向に見た外観斜視図である。 把持部が第２の状態にあるプローブを一の方向に見た外観斜視図である。 把持部が第２の状態にあるプローブを他の方向に見た外観斜視図である。 把持部が第１の状態にあるプローブを用いて使用者が測定対象物を測定する状態を示す模式図である。 把持部が第２の状態にあるプローブを用いて使用者が測定対象物を測定する状態を示す模式図である。 本体部の内部構造を示すプローブの一部切り欠き断面図である。 本体部の内部構造の概略を説明するためのプローブの分解斜視図である。 図３の本体制御回路による測定処理の流れを示すフローチャートである。 測定点座標算出処理の流れを示すフローチャートである。 図３の本体制御回路による追跡処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る三次元座標測定システムの一構成例を示す模式図である。 図２５のプローブの基本構成を示すブロック図である。 図２５の撮像ヘッドおよび処理装置の構成を示すブロック図である。 他の実施の形態に係るプローブの外観斜視図である。 図２８のプローブの状態から把持部が９０°回転されたときのプローブの外観斜視図である。

［１］三次元座標測定装置の基本構成および使用例
図１は、本発明の一実施の形態に係る三次元座標測定装置の一使用例を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態に係る三次元座標測定装置１は、主として撮像ヘッド１００、プローブ２００、処理装置３００および保持部８００から構成される。

保持部８００は、設置部８１０、載置台８２０およびヘッド台座８３０を含む。設置部８１０は、一方向に延びるように形成された平板形状を有し、テーブルの上面等の設置面上に設置される。また、設置部８１０は、アルミニウム、鉄またはそれらの合金等により構成され、高い剛性を有する。設置部８１０の一端部には、載置台８２０が設けられている。本例の載置台８２０は、略長方形状を有する光学定盤であり、短辺が設置部８１０の長手方向（設置部８１０が延びる方向）と平行になるように設置部８１０の上面に接続されている。載置台８２０の長辺の長さＬ１は例えば４５０ｍｍ程度であり、載置台８２０の短辺の長さＬ２は例えば３００ｍｍ程度である。載置台８２０は、正方形状を有してもよいし、円形状を有してもよいし、楕円形状を有してもよい。載置台８２０には、測定対象物Ｓが載置される。

設置部８１０の他端部には、ヘッド台座８３０が設けられている。本例のヘッド台座８３０は、撮像ヘッド１００の底部（以下、ヘッド底部と呼ぶ。）１０１を取り付け可能かつ取り外し可能に構成されている。ヘッド底部１０１がヘッド台座８３０上に取り付けられた状態で、撮像ヘッド１００は設置部８１０および載置台８２０に対して固定される。一方、ヘッド底部１０１がヘッド台座８３０から取り外された状態で、図１に点線の白抜き矢印で示すように、撮像ヘッド１００は設置部８１０および載置台８２０から分離する。

プローブ２００は、使用者により携行可能に構成されている。プローブ２００には、接触部２１１ａが設けられている。使用者は、測定点を指示するために、測定対象物Ｓの所望の部分にプローブ２００の接触部２１１ａを接触させる。これにより、接触部２１１ａが測定点を指示し、測定対象物Ｓにおける接触部２１１ａとの接触部分が測定点として指示される。

撮像ヘッド１００の内部には、可動カメラ１２０が設けられている。可動カメラ１２０によりプローブ２００に設けられた後述する複数のマーカｅｑ（図１４等）が撮像される。また、撮像ヘッド１００は、ケーブルＣＡを介して処理装置３００に接続されている。処理装置３００は、例えばパーソナルコンピュータであり、本体表示部３１０および本体操作部３２０が接続されている。処理装置３００においては、可動カメラ１２０がプローブ２００を撮像することにより得られる画像データ（以下、測定画像データと呼ぶ。）と後述する基準画像データとに基づいて測定対象物Ｓ上の測定点の座標が算出される。測定対象物Ｓにおける１または複数の測定点の座標が算出されることにより、それらの算出結果に基づいて測定対象物Ｓの物理量が測定される。

使用者がプローブ２００を移動させる場合には、図１に太い実線の矢印ａ１，ａ２に示すように、可動カメラ１２０の撮像視野の向きはプローブ２００の移動に追従する。すなわち、可動カメラ１２０の向きは、プローブ２００が移動するときに、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内に位置するように変化する。本実施の形態に係る可動カメラ１２０は、撮像視野が載置台８２０に向けられた状態で、少なくとも載置台８２０上の空間をカバーする被写界深度を有する。換言すれば、可動カメラ１２０は、載置台８２０上の空間であって、当該撮像ヘッド１００の頂部（後述するケーシング９０の頂部）よりも低い位置にある空間をカバーする被写界深度を有する。

そのため、三次元座標測定装置１は、載置台８２０上の空間を含む広い測定可能領域を有する。したがって、測定対象物Ｓの物理量を測定するために要求されるプローブ２００の位置および姿勢の範囲が拡大される。測定可能領域は、可動カメラ１２０の撮像視野内に収まっている。

上記のように、本実施の形態に係る三次元座標測定装置１によれば、撮像ヘッド１００がヘッド台座８３０上に取り付けられた状態で、載置台８２０上に載置された測定対象物Ｓの物理量を測定することができる。一方、載置台８２０に載置されていない測定対象物Ｓについても物理量を測定することができれば、三次元座標測定装置１の利便性が向上する。そこで、本実施の形態に係る三次元座標測定装置１は、上記の構成に加えて、撮像ヘッド１００を床面等の設置面上に固定するための基準スタンドをさらに備える。基準スタンドを用いた三次元座標測定装置１の使用例を説明する。

図２は、本発明の一実施の形態に係る三次元座標測定装置１の他の使用例を示す模式図である。図２に示すように、三次元座標測定装置１は、基準スタンド９００をさらに含む。その基準スタンド９００は、三脚であり、ヘッド台座９１１および脚部９１２からなる。ヘッド台座９１１は、脚部９１２の上端部に設けられ、図１の保持部８００のヘッド台座８３０と同様に、撮像ヘッド１００のヘッド底部１０１を取り付け可能かつ取り外し可能に構成されている。本例では、図１の保持部８００から取り外された撮像ヘッド１００が基準スタンド９００のヘッド台座９１１上に取り付けられている。

上記の基準スタンド９００によれば、使用者Ｕは、加工機９にセットされた測定対象物Ｓが可動カメラ１２０の被写界深度の範囲内に位置するように、撮像ヘッド１００を例えば床面上に固定することができる。加工機９は、例えば旋盤、フライス盤または放電加工機等の加工装置である。あるいは、使用者Ｕは、床面上に置かれた測定対象物Ｓが可動カメラ１２０の被写界深度の範囲内に位置するように、撮像ヘッド１００を例えば床面上に固定することができる。したがって、使用者Ｕは、携行するプローブ２００の接触部２１１ａを測定対象物Ｓの所望の部分に接触させることにより、図１の載置台８２０に載置されない測定対象物Ｓについても物理量の測定を行うことができる。なお、本例においても、使用者Ｕがプローブ２００を携行して移動する場合には、図１の例と同様に、可動カメラ１２０の撮像視野の向きはプローブ２００の移動に追従する。以下、三次元座標測定装置１の各部の構成について詳細を説明する。

［２］撮像ヘッド１００および処理装置３００の構成
図３は、撮像ヘッド１００および処理装置３００の構成を示すブロック図である。図４は撮像ヘッド１００の正面図であり、図５は、撮像ヘッド１００の背面図である。また、図６は撮像ヘッド１００の一方側面図であり、図７は撮像ヘッド１００の平面図である。図４～図７に示すように、撮像ヘッド１００は、複数の構成要素がケーシング９０内に収容された構成を有する。図８はケーシング９０が取り除かれた状態を示す撮像ヘッド１００の外観斜視図であり、図９は図４のＡ－Ａ線における撮像ヘッド１００の模式的断面図である。

（１）撮像ヘッド１００
まず、撮像ヘッド１００の構成について説明する。図３に示すように、撮像ヘッド１００は、電気的な構成として基準カメラ１１０、可動カメラ１２０、マーカ駆動回路１３０、回転駆動回路１４０、ヘッド制御回路１５０、無線通信回路１６０、通信回路１７０、俯瞰カメラ１８０および参照部材１９０を含む。これらの構成は、図３に二点鎖線で示される固定連結部２０、支持部材３０および可動部材４０のいずれかにより支持された状態で、図４～図７に示すケーシング９０内に収容される。

基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０の各々は、撮像素子として、赤外線を検出可能なＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサを含む。基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０には、ＣＭＯＳイメージセンサが実装された基板１１１，１２１，１８１がそれぞれ設けられる。図３において、太い点線で取り囲まれる複数の回路（１４０，１５０，１６０，１７０）は、作動時に基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０の基板１１１，１２１，１８１に実装される各種素子に比べて高い発熱量を有する。以下の説明では、回転駆動回路１４０、ヘッド制御回路１５０、無線通信回路１６０および通信回路１７０が実装される１または複数の基板を、適宜、発熱基板ＧＳと総称する。

図４～図７に示すように、ケーシング９０は、下部ケーシング９１、上部ケーシング９２および基板ケーシング９３から構成される。下部ケーシング９１は、略円筒形状を有し、撮像ヘッド１００のヘッド底部１０１に固定され、ヘッド底部１０１から一定距離上方に延びる。下部ケーシング９１の上方の位置に上部ケーシング９２が設けられている。上部ケーシング９２は、略釣鐘形状を有し、後述する支持部材３０（図８）とともに水平面内で回転可能に設けられている。

図４の正面図に示すように、上部ケーシング９２の一部には、上部ケーシング９２の上端部近傍から中央部にかけて上下方向に延びる矩形開口９２Ｓが形成されている。矩形開口９２Ｓは、可動カメラ１２０の撮像視野をケーシング９０の外部へ導く。また、上部ケーシング９２には、矩形開口９２Ｓの両側部でかつ上部ケーシング９２の下端部近傍に２つの吸気部ＨＡ１が形成されている。

下部ケーシング９１の外周面の一部には、俯瞰カメラ用窓９１Ｗが形成されている。俯瞰カメラ用窓９１Ｗは、俯瞰カメラ１８０の撮像視野をケーシング９０の外部へ導く。以下の説明では、俯瞰カメラ用窓９１Ｗが向く一の方向を撮像ヘッド１００の前方と呼ぶ。また、撮像ヘッド１００を基準として上記の一の方向とは逆の方向を撮像ヘッド１００の後方と呼ぶ。下部ケーシング９１の前部かつ下端部近傍には、俯瞰カメラ用窓９１Ｗに加えて、２つの吸気部ＬＡ１が形成されている。

図５および図６に示すように、下部ケーシング９１の外周面のうち後方を向く部分（後半部分）に、基板ケーシング９３が接続されている。基板ケーシング９３は、第１の収容部９３ａおよび第２の収容部９３ｂを含む。第１の収容部９３ａは、下部ケーシング９１の後半部から撮像ヘッド１００の後方に延びる箱形状を有する。第２の収容部９３ｂは、第１の収容部９３ａの上面の一部から上方に突出するように形成されている。

図９に示すように、基板ケーシング９３において第１の収容部９３ａの内部空間と第２の収容部９３ｂの内部空間とは互いに連通している。また、第１の収容部９３ａの内部空間と下部ケーシング９１の内部空間とは互いに連通している。一方、下部ケーシング９１の内部空間と上部ケーシング９２の内部空間とは、後述する上固定板２２により区画されているため、互いに連通していない。

図５、図６および図９に太い点線または実線で示すように、基板ケーシング９３の内部には、第１の収容部９３ａの下部から第２の収容部９３ｂの上部にかけて発熱基板ＧＳが収容される。一方、発熱基板ＧＳに比べて低い発熱性を有する複数の基板（基板１１１，１２１，１８１等）は、下部ケーシング９１または上部ケーシング９２内に収容される。

図５に示すように、基板ケーシング９３の第１の収容部９３ａの後端下部には、排気部ＬＡ２が形成されている。第１の収容部９３ａの内部には、排気部ＬＡ２に隣り合うように、排気ファンＬＦが設けられている。排気ファンＬＦは、下部ケーシング９１および基板ケーシング９３内の雰囲気を、排気部ＬＡ２を通して撮像ヘッド１００の外部に排出する。このとき、図４の２つの吸気部ＬＡ１から下部ケーシング９１の内部に撮像ヘッド１００の外部の空気が流入する。それにより、図６に複数の白抜き矢印ｆ１で示すように、撮像ヘッド１００の前方から下部ケーシング９１および基板ケーシング９３の内部空間を通して撮像ヘッド１００の後方に向かう円滑な空気の流れが発生する。この場合、基板ケーシング９３に収容される発熱基板ＧＳは、下部ケーシング９１および基板ケーシング９３内の空気の流れにおいて、下部ケーシング９１よりも下流に位置する。それにより、発熱基板ＧＳで発生する熱が下部ケーシング９１の内部空間に進入することが低減される。さらに、発熱基板ＧＳで発生する熱が下部ケーシング９１の内部空間に滞留しないので、発熱基板ＧＳで発生する熱が下部ケーシング９１の内部空間を通じて上部ケーシング９２の内部空間に伝達されることが抑制される。

図７に示すように、上部ケーシング９２の上部には、平面視で上部ケーシング９２の中心を基準として矩形開口９２Ｓと反対側の部分に排気部ＨＡ２が形成されている。上部ケーシング９２の内部には、排気部ＨＡ２に隣り合うように、排気ファンＨＦが設けられている。排気ファンＨＦは、下部ケーシング９１内の雰囲気を排気部ＨＡ２を通して撮像ヘッド１００の外部に排出する。このとき、図４の２つの吸気部ＨＡ１から上部ケーシング９２の内部に撮像ヘッド１００の外部の空気が流入する。それにより、図６に複数の白抜き矢印ｆ２で示すように、下部ケーシング９１の２つの吸気部ＨＡ１から上部ケーシング９２の内部空間を通して上部ケーシング９２の下部から斜め上方に向かう円滑な空気の流れが発生する。この場合、後述するように上部ケーシング９２内に収容される可動カメラ１２０またはマーカ駆動回路１３０が実装された基板４３において発生される熱が、下部ケーシング９１内で下方から上方に向かって円滑に流れ、下部ケーシング９１の外部に排出される。

図８および図９に示すように、固定連結部２０は、下固定板２１、上固定板２２、複数（例えば４本）の支柱２３および中空支持軸２４を含む。下固定板２１は、円板形状を有し、ヘッド底部１０１の上面上に、ねじを用いて固定されている。下固定板２１の上方には、複数の支柱２３を介して上固定板２２が設けられている。上固定板２２は、下固定板２１と同様に円板形状を有する。上固定板２２の中央部には、円形の開口が形成されている。上固定板２２の上面上には、上固定板２２の中央部の開口を取り囲むように中空支持軸２４がねじを用いて固定されている。下部ケーシング９１は、固定連結部２０を構成するいずれかの部材に取り付けられている。

固定連結部２０においては、下固定板２１と上固定板２２との間の空間に、発熱基板ＧＳを除く各種基板（発熱基板ＧＳよりも発熱性が低い基板）とともに、俯瞰カメラ１８０が設けられている。また、下固定板２１上には、図９に示すように、下部ケーシング９１の略中央から上固定板２２の開口を通して中空支持軸２４の内部まで延びるように基準カメラ１１０が設けられている。この状態で、基準カメラ１１０の撮像視野は上方を向いている。本実施の形態では、基準カメラ１１０の光学系の光軸１１０ｃは、中空支持軸２４の中心軸に一致している。

下固定板２１上および上固定板２２上には、上記の各種基板および基準カメラ１１０に加えて、後述する支持部材３０を中空支持軸２４の中心軸の周りで回転させるため（ヘッド底部１０１の上面に平行な面内で回転させるため）の水平回転機構１４１が設けられている。水平回転機構１４１は、例えばモータおよび各種動力伝達部材を含む。

図８に示すように、固定連結部２０の中空支持軸２４上には、支持部材３０が設けられている。支持部材３０は、回転台座３１および一対の支持フレーム３２，３３を含む。回転台座３１は、中央部に開口を有し、支持部材３０が中空支持軸２４の中心軸の周りで回転可能となるように、クロスローラベアリングＣＢ（図９）を介して中空支持軸２４の上端部に取り付けられている。上部ケーシング９２は、支持部材３０を構成するいずれかの部材に取り付けられている。中空支持軸２４に対する支持部材３０の回転時には、上部ケーシング９２は支持部材３０とともに下部ケーシング９１に対して相対的に回転する（図７の太い一点鎖線の矢印参照）。

一対の支持フレーム３２，３３は、回転台座３１の一側部および他側部から互いに対向しつつ上方に延びるように形成されている。一対の支持フレーム３２，３３の間には、回転台座３１から所定距離離間した位置に可動部材４０が設けられている。

可動部材４０は、一対の支持フレーム３２，３３の互いに対向する部分を通る回転軸３０ｃの周りで回転可能（水平面に対してチルト可能）となるように、支持フレーム３２，３３により支持されている。本実施の形態では、回転軸３０ｃは、基準カメラ１１０（図９）の光軸１１０ｃおよび中空支持軸２４の中心軸に直交する。

支持フレーム３３の上端部近傍には、可動部材４０とは反対側で回転軸３０ｃ上に位置する部分にチルト回転機構１４３が取り付けられている。チルト回転機構１４３は、例えばモータおよび各種動力伝達部材を含む。チルト回転機構１４３は、可動部材４０を回転軸３０ｃの周りで回転させる。

可動部材４０は、略正方形の扁平な筒状に形成され、上面４１および下面４２を有する。可動部材４０上には、可動カメラ１２０およびその可動カメラ１２０に付随する各種基板が固定される。この状態で、可動カメラ１２０の光学系の光軸１２０ｃ（図９）は可動部材４０の上面４１に平行となっている。可動部材４０の上端部には、その中央部の開口を塞ぐように図３のマーカ駆動回路１３０が実装された基板４３が設けられている。

図９に示すように、可動部材４０の内部には、複数のマーカｅｐ（図３）を有する参照部材１９０が設けられている。図１０（ａ）は図９の参照部材１９０の模式的縦断面図であり、図１０（ｂ）は参照部材１９０の下面図である。

図１０（ａ），（ｂ）に示すように、参照部材１９０は、発光基板１９１、拡散板１９２、ガラス板１９３および拡散反射シート１９５を含む。発光基板１９１、拡散板１９２およびガラス板１９３は、この順で上方から下方に向かって並ぶように積層されている。その積層体の外周部を取り囲むように拡散反射シート１９５が設けられている。

発光基板１９１の下面には、全体に渡って複数の発光素子Ｌが実装されている。各発光素子Ｌは、例えば赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）である。マーカ駆動回路１３０が発光基板１９１上の複数の発光素子Ｌを駆動する。それにより、複数の発光素子Ｌが発光する。

拡散板１９２は、例えば樹脂からなる板部材であり、複数の発光素子Ｌから発生される光を拡散させつつ下方へ透過する。拡散反射シート１９５は、例えば樹脂からなる帯状のシート部材であり、複数の発光素子Ｌから参照部材１９０の側方（外方）に向かう光を拡散させつつその内方に反射する。

ガラス板１９３は、例えば石英ガラスまたはソーダガラスにより形成された板部材である。ガラス板１９３の下面には、複数の円形開口を有するマスク１９４が設けられている。マスク１９４は、例えばガラス板１９３の下面にスパッタ法または蒸着法により形成されるクロムマスクである。

上記の構成により、複数の発光素子Ｌから発生されて拡散板１９２および拡散反射シート１９５により拡散された光が、ガラス板１９３およびマスク１９４の複数の円形開口を通して参照部材１９０の下方に放出される。このようにして、複数の円形開口にそれぞれ対応する自発光型の複数のマーカｅｐが形成される。

本実施の形態においては、図１０（ｂ）に示すように、複数のマーカｅｐは、参照部材１９０の下面（平面）上でマトリクス状に等間隔で並んでいる。複数のマーカｅｐのうち、中央部に位置するマーカｅｐおよびその中央部のマーカｅｐから所定距離離間した一のマーカｅｐには、他のマーカｅｐから識別するための識別マーク（本例では点）が付されている。これらの識別マークは、マスク１９４の一部により形成される。以下の説明では、複数のマーカｅｐから識別マークが付された２つのマーカｅｐを区別する場合に、識別マークを含む中央部のマーカｅｐを第１のマーカｅｐ１と呼ぶ。また、識別マークを含む他方のマーカｅｐを第２のマーカｅｐ２と呼ぶ。

上記の構成においては、参照部材１９０は、下方に向く複数のマーカｅｐが基準カメラ１１０の撮像視野の範囲内に位置するように可動部材４０に取り付けられている。さらに、参照部材１９０は、可動部材４０の上面４１および下面４２が基準カメラ１１０の光軸１１０ｃの方向に対して垂直となるときに、第１のマーカｅｐ１が光軸１１０ｃ上に位置するように可動部材４０に取り付けられている。

支持部材３０が固定連結部２０上で回転する際、および可動部材４０が回転軸３０ｃの周りで回転する際には、基準カメラ１１０が参照部材１９０を撮像することにより得られる複数のマーカｅｐの画像が変化する。したがって、例えば、支持部材３０および可動部材４０が予め定められた基準姿勢にあるときに得られる画像が変化した場合を想定する。この場合、画像内の第１のマーカｅｐ１と第２のマーカｅｐ２との位置関係に基づいて、支持部材３０が基準姿勢からどれだけ回転しているのかを求めることができる。また、画像内の複数のマーカｅｐの配列に生じる歪に基づいて、可動部材４０が基準姿勢からどれだけ回転しているのかを求めることができる。

上記のように、可動部材４０には、可動カメラ１２０および参照部材１９０が一体的に固定されている。それにより、基準カメラ１１０が参照部材１９０の複数のマーカｅｐを撮像することにより得られる画像データ（以下、基準画像データと呼ぶ。）に基づいて、基準カメラ１１０に対する可動カメラ１２０の位置および姿勢を算出することが可能である。

可動部材４０と回転台座３１との間には、基準カメラ１１０から参照部材１９０までの基準カメラ１１０の撮像視野を含む撮像空間ｒｓ（図９）を当該撮像空間ｒｓの外部から光学的かつ空間的に遮断する蛇腹５０が設けられている。

本例の蛇腹５０の上端部は可動部材４０の下面４２に接合され、蛇腹５０の下端部は回転台座３１の上面に接合されている。それにより、支持部材３０が水平面内で回転する際には、支持部材３０とともに蛇腹５０も回転する。

また、本例の蛇腹５０は、略正方形の筒形状を有し、チルト回転機構１４３による可動部材４０の回転時にその回転に追従して変形することにより撮像空間ｒｓの光学的かつ空間的な遮断状態を維持可能に構成される。さらに、蛇腹５０は、可動部材４０の回転に追従して変形する際に、その蛇腹５０が基準カメラ１１０の撮像視野に干渉しないように設けられる。

このような構成により、撮像空間ｒｓ内に、撮像空間ｒｓの外部から光が進入することが防止される。また、撮像空間ｒｓの周囲でモータ等が発熱する場合でも、発生された熱が撮像空間ｒｓ内に進入することが防止される。それにより、撮像空間ｒｓの雰囲気に揺らぎが生じることが防止される。したがって、高い精度で複数のマーカｅｐが撮像されるので、基準カメラ１１０に対する可動カメラ１２０の位置および姿勢を高い精度で算出することができる。また、上記の構成によれば、蛇腹５０の内部空間が外部空間から空間的に遮断されることにより蛇腹５０の内部空間の雰囲気が安定する。

撮像ヘッド１００においては、図８に示すように、一対の支持フレーム３２，３３の間に設けられる部分（主として可動部材４０および可動カメラ１２０を含む構成）の重心は、回転軸３０ｃ上に位置することが望ましい。これにより、回転軸３０ｃを中心とする可動部材４０の回転が安定する。また、撮像ヘッド１００においては、固定連結部２０に対して回転する部分（主として支持部材３０、可動部材４０および可動カメラ１２０を含む構成）の重心は、基準カメラ１１０の光軸１１０ｃ上に位置することが望ましい。これにより、光軸１１０ｃを中心とする支持部材３０の回転が安定する。また、支持部材３０および可動部材４０を回転させるために必要となる駆動力を低減することができる。それにより、モータ等の駆動部に加わる負担が低減される。本例では、支持部材３０の一対の支持フレーム３２，３３に、固定連結部２０に対して回転する部分の重心位置を調整するためのウェイトＷａ，Ｗｂが取り付けられている。

固定連結部２０に設けられる俯瞰カメラ１８０は、その撮像視野が撮像ヘッド１００の前方を向くように固定連結部２０に設けられる。俯瞰カメラ１８０の画角は、基準カメラ１１０および可動カメラ１２０の画角に比べて大きい。そのため、俯瞰カメラ１８０の撮像視野は、基準カメラ１１０および可動カメラ１２０の撮像視野に比べて大きい。

後述する追跡処理において、俯瞰カメラ１８０は、広い範囲に渡ってプローブ２００を撮像するために用いられる。この場合、例えばプローブ２００が移動することにより可動カメラ１２０の撮像視野からプローブ２００が外れる場合でも、当該プローブ２００が俯瞰カメラ１８０で撮像されることにより、撮像により得られる画像データ（以下、俯瞰画像データと呼ぶ。）に基づいてプローブ２００の大まかな位置を特定することができる。特定された位置に基づいて、可動カメラ１２０の撮像視野内にプローブ２００が位置するように、可動カメラ１２０の位置および姿勢が調整される。

また、本例では、基板ケーシング９３は、俯瞰カメラ１８０の撮像視野から外れるように、下部ケーシング９１に接続されている。それにより、俯瞰カメラ１８０により撮像可能な範囲が基板ケーシング９３により制限されることが防止される。

図１１はヘッド底部１０１の下面図および側面図であり、図１２は図１のヘッド台座８３０の平面図および側面図である。図１１に示すように、ヘッド底部１０１は、円環形状を有する環状底面１０２および環状傾斜面１０３を有する。環状傾斜面１０３は、環状底面１０２の内縁からその内側に向かって一定距離上方に向かって傾斜している。環状傾斜面１０３の内側には、開口部１０４が形成されている。環状底面１０２における所定の部分には、下方に向かって開口する縦孔１０５が形成されている。

一方、図１２に示すように、ヘッド台座８３０は、円環形状を有する環状支持面８３１および環状傾斜面８３２を有する。環状支持面８３１は、ヘッド底部１０１の環状底面１０２と同じ形状を有し、環状底面１０２に対して摺動可能に構成されている。また、環状傾斜面８３２は、ヘッド底部１０１の環状傾斜面１０３に対応し、環状傾斜面８３２の内縁からその内側に向かって一定距離上方に向かって傾斜している。さらに、環状傾斜面８３２は、環状傾斜面１０３に対して摺動可能に構成されている。

このような構成により、ヘッド台座８３０上にヘッド底部１０１が取り付けられる際には、ヘッド台座８３０上にヘッド底部１０１が載置される。この状態で、ヘッド底部１０１の環状底面１０２および環状傾斜面１０３と、ヘッド台座８３０の環状支持面８３１および環状傾斜面８３２とが接触する。次に、使用者は、ヘッド底部１０１をヘッド台座８３０上で周方向に摺動させることにより、ヘッド底部１０１の向きを回転させる。

ここで、ヘッド台座８３０の環状支持面８３１には、上方に向かって開口する縦孔８３３が形成されている。縦孔８３３は、ヘッド底部１０１の縦孔１０５に対応し、ヘッド底部１０１とヘッド台座８３０とが予め定められた位置関係にある場合に重なり合う。そのため、例えば２つの縦孔１０５，８３３のうち一方には、伸縮可能なピン部材（図示せず）が挿入される。この場合、ヘッド台座８３０上でヘッド底部１０１を回転させることにより、ヘッド底部１０１とヘッド台座８３０とが予め定められた位置関係になったときにピン部材が２つの縦孔１０５，８３３に共に差し込まれる。それにより、ヘッド底部１０１とヘッド台座８３０とが予め定められた位置関係で固定される。これにより、ヘッド台座８３０へのヘッド底部１０１の取り付けが完了する。

図２の基準スタンド９００のヘッド台座９１１は、上記のヘッド台座８３０と同様に、環状支持面８３１および環状傾斜面８３２を有する。それにより、撮像ヘッド１００のヘッド底部１０１は、ヘッド台座８３０の例と同様に、ヘッド台座９１１上に取り付けることができる。

撮像ヘッド１００全体の重心は、平面視でヘッド底部１０１の外縁よりも内側の領域内に位置することが望ましい。図７では、撮像ヘッド１００を平面視したときのヘッド底部１０１の外縁が太い二点鎖線で示される。撮像ヘッド１００全体の重心が平面視でヘッド底部１０１の外縁よりも内側に位置する場合には、ヘッド台座８３０，９１１上に撮像ヘッド１００が取り付けられた状態で、撮像ヘッド１００の支持状態が安定する。

図３に示すように、基準カメラ１１０、可動カメラ１２０、マーカ駆動回路１３０、回転駆動回路１４０、無線通信回路１６０および通信回路１７０は、ヘッド制御回路１５０に接続されている。ヘッド制御回路１５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）およびメモリ、またはマイクロコンピュータを含み、基準カメラ１１０、可動カメラ１２０、マーカ駆動回路１３０、回転駆動回路１４０および俯瞰カメラ１８０を制御する。

上記のように、基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０の各々は、赤外線を検出可能なＣＭＯＳイメージセンサを含む。また、基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０の各々は、図示しない複数のレンズ（光学系）を含む。基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０の各画素からは、検出量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ）がヘッド制御回路１５０に出力される。

ヘッド制御回路１５０には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）およびＦＩＦＯ（First In First Out）メモリが実装されている。基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０からそれぞれ出力される受光信号は、ヘッド制御回路１５０のＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は、画素データとして順次処理装置３００に転送される。

マーカ駆動回路１３０は、ヘッド制御回路１５０の制御に基づいて、図１０（ａ）の発光基板１９１を駆動する。それにより、発光基板１９１上の複数の発光素子Ｌが発光し、参照部材１９０の複数のマーカｅｐから光が放出される。なお、この発光タイミングと基準カメラ１１０の撮像タイミングとは同期される。

回転駆動回路１４０は、ヘッド制御回路１５０の制御に基づいて図８の水平回転機構１４１を駆動する。それにより、図８の支持部材３０が固定連結部２０上で回転し、可動部材４０および上部ケーシング９２（図４）が回転する。このとき、支持部材３０が回転することにより、矩形開口９２Ｓ（図４）を通って上部ケーシング９２の内部から外部に導かれる可動カメラ１２０の撮像視野が図１のヘッド台座８３０または図２のヘッド台座９１１の上で水平方向に回転する。

また、回転駆動回路１４０は、ヘッド制御回路１５０の制御に基づいて図８のチルト回転機構１４３を駆動する。それにより、図８の可動部材４０が一対の支持フレーム３２，３３間で回転軸３０ｃを中心として回転する。このとき、矩形開口９２Ｓ（図４）を通る可動カメラ１２０の撮像視野が図１のヘッド台座８３０または図２のヘッド台座９１１の上で矩形開口９２Ｓに沿って上下方向に回転する。これらの回転駆動回路１４０による可動カメラ１２０の撮像視野の回転は、処理装置３００における後述する追跡処理に基づいて行われる。

ヘッド制御回路１５０は、無線通信回路１６０を介してプローブ２００との間で無線通信を行う。また、ヘッド制御回路１５０は、通信回路１７０およびケーブルＣＡ（図１および図２）を介して処理装置３００との間で有線通信を行う。

（２）処理装置３００
図３に示すように、処理装置３００は、通信回路３０１、本体制御回路３０２および本体メモリ３０３を含む。通信回路３０１および本体メモリ３０３は、本体制御回路３０２に接続されている。また、本体制御回路３０２には、本体操作部３２０および本体表示部３１０が接続されている。

本体メモリ３０３は、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）およびハードディスクを含む。本体メモリ３０３には、システムプログラムとともに、後述する測定処理プログラムおよび追跡処理プログラムが記憶される。また、本体メモリ３０３は、種々のデータの処理および撮像ヘッド１００から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。

本体制御回路３０２は、ＣＰＵを含む。本実施の形態においては、本体制御回路３０２および本体メモリ３０３は、パーソナルコンピュータにより実現される。本体制御回路３０２は、撮像ヘッド１００からケーブルＣＡ（図１および図２）および通信回路３０１を介して与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。画像データは複数の画素データの集合である。

本実施の形態では、撮像ヘッド１００に設けられる基準カメラ１１０、可動カメラ１２０および俯瞰カメラ１８０にそれぞれ対応する基準画像データ、測定画像データおよび俯瞰画像データが生成される。また、プローブ２００に設けられる後述するプローブカメラ２０８に対応する画像データが生成される。本体制御回路３０２は、基準画像データおよび測定画像データに基づいて、プローブ２００の接触部２１１ａ（図１および図２）の位置を算出する。

本体表示部３１０は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。本体表示部３１０には、本体制御回路３０２による制御に基づいて、測定対象物Ｓ上の測定点の座標および測定対象物Ｓの各部の測定結果等が表示される。また、本体表示部３１０には、測定に関する種々の設定を行うための設定画面が表示される。

本体操作部３２０は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスは、マウスまたはジョイスティック等を含む。本体操作部３２０は、使用者Ｕにより操作される。

［３］プローブ２００の構成
（１）プローブ２００の基本構成
図１３はプローブ２００の基本構成を示すブロック図である。図１３に示すように、プローブ２００は、電気的な構成としてプローブ制御部２０１、表示灯２０２、バッテリ２０３、マーカ駆動回路２０４、プローブメモリ２０５、無線通信回路２０６、モーションセンサ２０７、プローブカメラ２０８、プローブ操作部２２１および複数（本例では３つ）の目標部材２９０を含む。

また、図１３に太い二点鎖線で示すように、プローブ２００は、上記の各構成要素を収容、支持、または保持するための構成として、保持部２１０、プローブケーシング２２０および把持部２３０を有する。保持部２１０は、複数の目標部材２９０を保持する。また、保持部２１０には、指示部としてのスタイラス２１１が接続される。スタイラス２１１は、複数の目標部材２９０に対して予め定められた位置関係で、保持部２１０に取り付けられる。スタイラス２１１は、先端部に上記の接触部２１１ａを有する棒状の部材である。プローブケーシング２２０は、保持部２１０の大部分を収容するとともに、プローブ制御部２０１、表示灯２０２、マーカ駆動回路２０４、プローブメモリ２０５、無線通信回路２０６およびモーションセンサ２０７を収容する。把持部２３０は、バッテリ２０３を内蔵する。把持部２３０には、さらにプローブ操作部２２１が設けられている。プローブ操作部２２１は使用者Ｕによる、測定に関する操作入力を受け付ける。プローブ操作部２２１は、トリガスイッチおよび複数の押しボタンを含む。プローブ操作部２２１の詳細は後述する。

バッテリ２０３は、充放電可能に構成された蓄電池であり、プローブ２００に設けられた他の構成要素に電力を供給する。より具体的には、バッテリ２０３は、少なくとも目標部材２９０に電力を供給する。プローブ制御部２０１は、ＣＰＵおよびメモリ、またはマイクロコンピュータを含み、表示灯２０２、マーカ駆動回路２０４およびプローブカメラ２０８を制御する。また、プローブ制御部２０１は、使用者Ｕによるプローブ操作部２２１の操作に応答して、各種処理を行う。

表示灯２０２は、例えば１または複数のＬＥＤを含み、その発光部がプローブケーシング２２０の外部に露出するように設けられている。表示灯２０２は、プローブ制御部２０１の制御に基づいてプローブ２００の状態に応じた発光動作を行う。

３つの目標部材２９０の各々は、基本的に図１０（ａ），（ｂ）の参照部材１９０と同じ構成を有する。マーカ駆動回路２０４は、複数の目標部材２９０に接続され、プローブ制御部２０１の制御に基づいて各目標部材２９０が含む複数の発光素子を駆動する。

プローブメモリ２０５は、不揮発性メモリまたはハードディスク等の記録媒体を含む。プローブメモリ２０５は、種々のデータを処理するためまたは保存するために用いられる。モーションセンサ２０７は、３軸加速度センサおよび３軸ジャイロセンサを含み、例えば使用者Ｕがプローブ２００を携行して移動する際に、そのプローブ２００の動きを検出する。具体的には、モーションセンサ２０７は、プローブ２００の移動時に、そのプローブ２００の移動方向、加速度および姿勢等を検出する。プローブカメラ２０８は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。

プローブ制御部２０１には、上記のＣＰＵおよびメモリ、またはマイクロコンピュータに加えて、図示しないＡ／Ｄ変換器およびＦＩＦＯメモリが実装されている。それにより、プローブ制御部２０１においては、モーションセンサ２０７により検出されたプローブ２００の動きを示す信号がデジタル信号形式のデータ（以下、動きデータと呼ぶ。）に変換される。プローブ制御部２０１は、デジタル形式の動きデータを、無線通信回路２０６を通して図３の撮像ヘッド１００に無線通信により送信する。この場合、動きデータは、さらに撮像ヘッド１００から処理装置３００に転送される。

また、プローブ制御部２０１においては、プローブカメラ２０８の各画素から出力される受光信号がデジタル信号形式の複数の画素データに変換される。プローブ制御部２０１は、デジタル形式の動きデータおよび複数の画素データを、無線通信回路２０６を通して図３の撮像ヘッド１００に無線通信により送信する。この場合、画素データは、さらに撮像ヘッド１００から処理装置３００に転送される。

（２）プローブ２００の外観構造
図１４はプローブ２００を一の方向に見た外観斜視図であり、図１５はプローブ２００を他の方向に見た外観斜視図である。以下の説明では、図１３のプローブケーシング２２０に収容される複数の構成要素と保持部２１０からなる構造体を、プローブ２００の本体部２５０と呼ぶ。図１４および図１５に示すように、本体部２５０は、一方向に延びるように形成され、前端部２５１、後端部２５２、上面部２５３、底面部２５４、一方側面部２５５および他方側面部２５６を有する。以下の説明では、プローブ２００において、本体部２５０の前端部２５１および後端部２５２が並ぶ方向に平行な方向を第１の方向ｄｒ１と呼ぶ。

前端部２５１には、スタイラス２１１を取り付け可能な複数の取付部が設けられている。複数の取付部は、互いに異なる方向を向くように構成されている。使用者Ｕは、複数の取付部のうち所望の一の取付部にスタイラス２１１を取り付けることができる。それにより、前端部２５１には、複数の取付部にそれぞれ対応する複数の姿勢のうちいずれか一の姿勢でスタイラス２１１が取り付けられる。図１４および図１５の例では、スタイラス２１１は、第１の方向ｄｒ１に延びるように、前端部２５１に取り付けられている。前端部２５１には、さらにプローブカメラ２０８が設けられている。

図１４に示すように、本体部２５０の上面部２５３には、前端部２５１から後端部２５２にかけて並ぶように３つの目標部材２９０および無線通信回路２０６がこの順で設けられている。本例の３つの目標部材２９０のうち前端部２５１に最も近い目標部材２９０は、３つのマーカｅｑを有する。残りの２つの目標部材２９０の各々は、２つのマーカｅｑを有する。目標部材２９０のうち、マーカｅｑが設けられるマーカ面はいずれも、本体部２５０の上面部２５３に設けられ、同じ方向に面する。各マーカｅｑは、赤外光を放出する自発光型のマーカである。なお、これらの複数のマーカｅｑの発光タイミングと撮像ヘッド１００の可動カメラ１２０の撮像タイミングとは同期される。

図１５に示すように、本体部２５０の底面部２５４には、後端部２５２よりもやや前端部２５１に近い部分に、把持部２３０を接続するための接続部２５４ｊが形成されている。本体部２５０において、マーカｅｑが設けられる上面部２５３と接続部２５４ｊが設けられる底面部２５４と、は反対側に位置する。したがって、マーカｅｑが設けられるマーカ面と反対側に接続部２５４ｊが設けられる。把持部２３０は、使用者Ｕが片手で把持可能な棒形状を有する。使用者Ｕはプローブ２００を携行するとき、把持部２３０を把持する。把持部２３０は、使用者Ｕがプローブ２００を携行するときの取り扱いのしやすさに基づいて、例えば使用者マニュアルで把持姿勢が規定される。本実施形態の把持部２３０は、図１４に示すように、スタイラス２１１側が窪んだ形状であり、使用者Ｕが当該窪みに手指を合わせて把持することが想定される。したがって、把持部２３０の形状によっても使用者Ｕが把持部２３０を把持するときの把持姿勢が規定されると言える。把持部２３０の一端部は、後述するヒンジ２５４ｈ（図２０）を介して接続部２５４ｊに接続されている。この状態で、把持部２３０は、接続部２５４ｊを通りかつ第１の方向ｄｒ１に平行な回転軸ＲＡの周りで回転可能となっている。回転軸ＲＡはマーカｅｑが設けられるマーカ面に沿うため、回転軸ＲＡの周りを把持部２３０が回転することにより、マーカ面に対して、把持部２３０を把持姿勢に従って把持する使用者Ｕの位置が変更される。把持部２３０は、接続部２５４ｊに接続されることで、本体部２５０に対する回転の回転軸ＲＡが規定されるため、予め定められた回転軸としての回転軸ＲＡの周りを回転可能である。

図１４および図１５の例では、把持部２３０は、接続部２５４ｊから第１の方向ｄｒ１に交差する第２の方向ｄｒ２に延びている。把持部２３０の一端部のうち後端部２５２側を向く部分には、図１３のプローブ操作部２２１の一部として、操作面２２１ａが設けられている。操作面２２１ａは、複数（本例では４つ）の押しボタン２２１ｂを含み、把持部２３０を把持する使用者が例えば親指で複数の押しボタン２２１ｂを操作可能に構成されている。また、把持部２３０の一端部のうち前端部２５１側を向く部分には、図１３のプローブ操作部２２１の一部として、トリガスイッチ２２１ｃが設けられている。把持部２３０を把持する使用者が、例えば人差し指でトリガスイッチ２２１ｃを操作可能に構成されている。このように、把持部２３０には、想定される使用者Ｕによる把持姿勢に基づいて、操作面２２１ａの押しボタン２２１ｂやトリガスイッチ２２１ｃが設けられている。換言すれば、プローブ操作部２２１の配置によっても、使用者Ｕが把持部２３０を把持するときの把持姿勢が規定される。

把持部２３０の他端部には、バッテリ２０３の充電を行うためのコネクタが設けられている。バッテリ２０３の充電時には、把持部２３０のコネクタにプローブ２００の外部から電源ケーブルＥＣが接続される。バッテリ２０３の充電が完了すると、電源ケーブルＥＣは、把持部２３０のコネクタから引き抜かれる。なお、電源ケーブルＥＣは、プローブ２００と処理装置３００との通信を可能にするケーブルであってもよい。また、電源ケーブルＥＣが接続されるコネクタと別にコネクタが設けられ、当該コネクタに、プローブ２００と処理装置３００との通信を可能にするケーブルが接続されてもよい。例えば、電源ケーブルＥＣが接続されるコネクタと別にＵＳＢコネクタが設けられてもよい。このように、電源ケーブルＥＣが接続されるコネクタと別にコネクタが設けられる場合も、把持部２３０に設けられることが好ましい。使用者Ｕがプローブ２００を携行するときに、ケーブルが使用者Ｕの手元に位置するため、ケーブルがマーカｅｑの撮像を妨げにくい。

ここで、接続部２５４ｊと把持部２３０との接続に用いられるヒンジ２５４ｈ（図２０）は、いわゆるクリック機構を有する。それにより、回転軸ＲＡ周りの把持部２３０の回転角度が予め定められた複数の回転角度のいずれかにある場合、ヒンジ２５４ｈには、把持部２３０を当該回転角度に保持するための保持力が発生する。したがって、回転軸ＲＡ周りの把持部２３０の回転角度が予め定められた複数の回転角度のいずれかにある場合、使用者Ｕは、把持部２３０を把持しつつ安定した測定対象物Ｓの測定を行うことができる。本実施の形態においては、ヒンジ２５４ｈがクリック機構を有するが、予め定められた複数の回転角度以外の回転角度に把持部２３０が保持されることを妨げない。これにより、使用者Ｕは、把持部２３０の回転角度範囲内の好適な位置に把持部２３０が保持されるように把持部２３０を回動させた状態で、プローブ２００を携行することができる。

本実施の形態においては、予め定められた複数の回転角度の一部として、第１の回転角度および第２の回転角度が設定されている。この場合、把持部２３０は、把持部２３０の回転角度が第１の回転角度にある第１の状態と、把持部２３０の回転角度が第２の回転角度にある第２の状態とに移行可能である。図１４および図１５に示される把持部２３０の状態を、第１の状態とする。なお、本実施の形態において回転角度は、回転軸ＲＡ周りにおける任意の基準回転位置に対する把持部２３０の回転位置を示す。すなわち、把持部２３０の回転角度が第１の回転角度にある状態とは、任意の基準回転位置に対して第１の角度分、把持部２３０が回転した状態を示す。

図１６は、把持部２３０が第２の状態にあるプローブ２００を一の方向に見た外観斜視図であり、図１７は把持部２３０が第２の状態にあるプローブ２００を他の方向に見た外観斜視図である。図１６および図１７に示される把持部２３０の回転角度（第２の回転角度）は、図１４および図１５に示される把持部２３０の回転角度（第１の回転角度）に対して約９０°異なる。図１６および図１７に示すように、第２の状態にある把持部２３０は、接続部２５４ｊ（図１４および図１５）から第２の方向ｄｒ２とは異なる第３の方向ｄｒ３に延びている。

本実施の形態においては、予め定められた複数の回転角度の一部として、上記の第１および第２の回転角度に加えて、第１の回転角度に対して約－９０°異なる第３の回転角度も設定されている。この場合、把持部２３０の回転角度を第３の回転角度とすることにより、把持部２３０の状態を、第１および第２の状態とは異なる第３の状態とすることもできる。

図１５に示される状態では、複数の押しボタン２２１ｂは、第２の方向ｄｒ２において本体部２５０に近い位置に略長方形の押しボタン２２１ｂが位置し、第２の方向ｄｒ２において本体部２５０から遠い位置に当該略長方形の押しボタン２２１ｂの長辺に略平行な辺を有する略三角形の押しボタン２２１ｂが位置するような配列関係である。これに対して図１７に示される状態では、複数の押しボタン２２１ｂは、第２の方向ｄｒ２において本体部２５０に近い位置に略長方形の押しボタン２２１ｂと、当該略長方形の押しボタン２２１ｂの短辺に略平行な辺を有する略三角形の押しボタン２２１ｂが位置するような配列関係である。したがって、本体部２５０に対する複数の押しボタン２２１ｂの配列の関係は、把持部２３０が図１５に示される第１の回転角度から図１７に示される第２の回転角度に回転する前後で変化する。

なお、上記実施の形態におけるプローブ操作部２２１の操作面２２１ａには複数の押しボタン２２１ｂが設けられる構成であるが、本発明はこれに限定されない。操作面２２１ａに、複数のグラフィカルインタフェースを表示可能でありかつ、当該グラフィカルユーザインタフェースに対する使用者の操作を受け付け可能な表示画面が設けられる構成であってもよい。この場合、表示画面に表示される複数のグラフィカルユーザインタフェースが複数の押しボタンに相当する。この構成においても、把持部２３０の回転の前後で操作面２２１ａに対する複数のグラフィカルユーザインタフェースの配列関係が同じであれば、把持部２３０の回転の前後で、本体部２５０に対する複数のグラフィカルユーザインタフェースの配列関係が変化する。

使用者Ｕは、本体部２５０の上面部２５３が撮像ヘッド１００に向くように把持部２３０を把持する。その上で、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの所望の部分に接触部２１１ａを接触させながら、プローブ操作部２２１を操作する。

図１８は把持部２３０が第１の状態にあるプローブ２００を用いて使用者Ｕが測定対象物Ｓを測定する状態を示す模式図であり、図１９は把持部２３０が第２の状態にあるプローブ２００を用いて使用者Ｕが測定対象物Ｓを測定する状態を示す模式図である。図１４および図１５に示されるように、第１の状態において把持部２３０が沿う第２の方向ｄｒ２は、マーカ面が設けられる本体部２５０の上面部２５３と交差する方向である。このため、図１８のように、使用者Ｕが、第１の回転角度である把持部２３０を規定された把持姿勢に従って把持するとき、使用者Ｕは自身の正対する方向に位置する可動カメラ１２０に、複数のマーカ面を向けることができる。また、図１６および図１７に示されるように、第１の回転角度に対して異なる第２の回転角度において把持部２３０が沿う第３の方向ｄｒ３は、マーカ面が設けられる本体部２５０の上面部２５３に沿う方向であり、かつ第１の方向ｄｒ１に交差する方向である。このため、図１９のように、使用者Ｕが、第２の回転角度である把持部２３０を規定された把持姿勢に従って把持するとき、使用者Ｕは自身の側方に位置する可動カメラ１２０に、複数のマーカ面を向けることができる。したがって、規定された把持姿勢に従って使用者Ｕが把持部２３０を把持する場合に、使用者Ｕから見て、第１の状態でマーカ面が面する方向と、第２の状態でマーカ面が面する方向とは異なる。以上より、規定された把持姿勢に従って使用者Ｕが把持部２３０を把持する場合であっても、把持部２３０が第１の状態であるときと、把持部２３０が第２の状態であるときとで、複数のマーカｅｑは異なる向きに配置される。したがって、使用者Ｕは、把持部２３０を第１の状態と第２の状態との間で切り替えることにより、本体部２５０の上面部２５３を、可動カメラ１２０を有する撮像ヘッド１００に向けた状態で、測定対象物Ｓおよび、可動カメラ１２０を有する撮像ヘッド１００に対する相対的な位置および姿勢を変更することができる。

ここで、図１４～図１７に示すように、本体部２５０の一方側面部２５５には、第１の方向ｄｒ１における前端部２５１と接続部２５４ｊとの間の部分に、図１３の表示灯２０２を構成する第１の表示部２０２ａが設けられている。また、本体部２５０の他方側面部２５６には、第１の方向ｄｒ１における前端部２５１と接続部２５４ｊとの間の部分に、図１３の表示灯２０２を構成する第２の表示部２０２ｂが設けられている。

第１の表示部２０２ａおよび第２の表示部２０２ｂの各々は、複数の緑色ＬＥＤおよび複数の赤色ＬＥＤを含む。プローブ２００の上面部２５３に設けられた複数のマーカｅｑが可動カメラ１２０（図３）の撮像視野内に存在する場合には、第１の表示部２０２ａおよび第２の表示部２０２ｂは緑色に発光する。一方、複数のマーカｅｑが可動カメラ１２０の撮像視野内に存在しない場合には、第１の表示部２０２ａおよび第２の表示部２０２ｂは赤色に発光する。

本体部２５０においては、第１の表示部２０２ａおよび第２の表示部２０２ｂは、把持部２３０とスタイラス２１１との間に位置する。それにより、使用者Ｕは、第１の表示部２０２ａおよび第２の表示部２０２ｂを視認しつつ、接触部２１１ａを測定対象物Ｓの所望の部分に接触させて測定点を指示することができる。

また、第１の表示部２０２ａが設けられる一方側面部２５５と、第２の表示部２０２ｂが設けられる他方側面部２５６とは、本体部２５０のうち互いに逆の方向に向く面である。第１の表示部２０２ａが向く方向と第２の表示部２０２ｂが向く方向とが異なるため、使用者Ｕがこれらの表示部を視認できる角度範囲が異なる。そのため、使用者Ｕは、プローブ２００の操作時に第１の表示部２０２ａを視認することが困難な場合でも、第２の表示部２０２ｂを視認することができれば複数のマーカｅｑが可動カメラ１２０の撮像視野内に存在するか否かを容易に把握することができる。また、使用者Ｕは、プローブ２００の操作時に第２の表示部２０２ｂを視認することが困難な場合でも、第１の表示部２０２ａを視認することができれば複数のマーカｅｑが保持部２１０の撮像視野内に存在するか否かを容易に把握することができる。したがって、測定点を指示する際のプローブ２００の操作性が向上する。

（３）プローブ２００における本体部２５０の内部構造
図２０は、本体部２５０の内部構造を示すプローブ２００の一部切り欠き断面図である。図２１は、本体部２５０の内部構造の概略を説明するためのプローブ２００の分解斜視図である。

図２０に示すように、保持部２１０は、主としてスタイラス取付部２１０ａおよび目標部材保持部２１０ｂから構成される。上記のスタイラス２１１を取り付け可能な複数の取付部は、スタイラス取付部２１０ａに設けられている。目標部材保持部２１０ｂは、複数の目標部材２９０を保持する。スタイラス取付部２１０ａおよび目標部材保持部２１０ｂは、互いの位置関係が変化しないように連結されている。これにより、スタイラス取付部２１０ａにスタイラス２１１が取り付けられた状態で、スタイラス２１１の接触部２１１ａと複数の目標部材２９０との位置関係が、予め定められた位置関係に固定される。

一方、プローブケーシング２２０は、主として上部ケーシング２２０ａおよび下部ケーシング２２０ｂから構成される。図２１に示すように、プローブ２００の組み立て時には、保持部２１０および複数のゴムブッシュｒｂを挟み込むように上部ケーシング２２０ａおよび下部ケーシング２２０ｂが配置される。

ここで、上部ケーシング２２０ａには、図２０に示すように、目標部材２９０に対応する位置に開口部２９９が形成されている。開口部２９９には、可動カメラ１２０による目標部材２９０の撮像を妨げない透光部材が配置されてもよい。この構成によれば、目標部材２９０が上部ケーシング２２０ａの外部に露出しないので、目標部材２９０が汚染する可能性が低減される。また、本実施の形態においては、目標部材２９０に対応する位置に開口部２９９が形成される構成であるが、上部ケーシング２２０ａ自体が、可動カメラ１２０による目標部材２９０の撮像を妨げない透光部材で構成されてもよい。なお、図２１においては、開口部２９９の図示を省略している。

ここで、上部ケーシング２２０ａには、３つのねじｓｃの軸部を挿入可能な３つの貫通孔ｈ１が形成されている。また、保持部２１０の目標部材保持部２１０ｂには、上部ケーシング２２０ａの３つの貫通孔ｈ１にそれぞれ対応する３つの貫通孔ｈ２が形成されている。さらに、下部ケーシング２２０ｂは、目標部材保持部２１０ｂを支持する支持部を有する。その支持部には、上部ケーシング２２０ａの３つの貫通孔ｈ１および目標部材保持部２１０ｂの３つの貫通孔ｈ２にそれぞれ対応する３つの貫通孔ｈ３（図２０）が形成されている。

上部ケーシング２２０ａおよび下部ケーシング２２０ｂは、３つのねじｓｃを用いて連結される。３つのねじｓｃを用いて連結される３つの連結部のうち一の連結部の状態が図２０の吹き出し内に示される。

図２０の吹き出し内でより詳細に示すように、各連結部においては、目標部材保持部２１０ｂの貫通孔ｈ２内に、例えば金属製のカラーｃａが挿入される。上部ケーシング２２０ａの貫通孔ｈ１、カラーｃａおよび下部ケーシング２２０ｂの貫通孔ｈ３を通してねじｓｃが挿入され、ねじｓｃの先端部にナットｎｔが取り付けられる。上部ケーシング２２０ａの上面とねじｓｃの頭部との間にワッシャｗａが配置され、下部ケーシング２２０ｂの支持部とナットｎｔとの間にワッシャｗａが配置されている。

さらに、上部ケーシング２２０ａと目標部材保持部２１０ｂとの間には、柔軟性を有するゴムブッシュｒｂが配置されている。また、目標部材保持部２１０ｂと下部ケーシング２２０ｂとの間には、柔軟性を有するゴムブッシュｒｂが配置されている。

このような構成により、保持部２１０は、複数のゴムブッシュｒｂによりプローブケーシング２２０内で移動可能に保持される。すなわち、保持部２１０は、プローブケーシング２２０の内部で浮動状態で保持される。具体的には、保持部２１０は、例えば本体部２５０の上下方向（上面部２５３および底面部２５４が並ぶ方向）において、プローブケーシング２２０に対して３ｍｍ程度移動可能に保持される。また、保持部２１０は、本体部２５０の左右方向（一方側面部２５５および他方側面部２５６が並ぶ方向）において、プローブケーシング２２０に対して３ｍｍ程度移動可能に保持される。

この場合、例えばスタイラス２１１の接触部２１１ａが測定対象物Ｓに接触する状態で、把持部２３０に測定対象物Ｓに向かうような負荷が加えられた場合でも、複数のゴムブッシュｒｂが緩衝部材として機能する。それにより、保持部２１０の変形が抑制され、スタイラス２１１と複数の目標部材２９０との位置関係がずれることに起因する測定精度の低下が抑制される。

また、上記の構成によれば、プローブ２００の落下または衝突等によってプローブケーシング２２０に衝撃が加わる場合でも、プローブケーシング２２０から保持部２１０に伝わる衝撃が複数のゴムブッシュｒｂによって緩和される。それにより、保持部２１０の破損が防止される。

本実施の形態では、プローブ２００における第１の方向ｄｒ１は、本体部２５０の前端部２５１および後端部２５２が並ぶ方向に平行な方向と定義している。一方、上記のように、保持部２１０はプローブケーシング２２０内で複数のゴムブッシュｒｂを介して保持されている。そのため、スタイラス２１１を測定対象物Ｓに接触させる場合等、保持部２１０とプローブケーシング２２０との間に相対的な負荷が加わる場合には、本体部２５０の前端部２５１と後端部２５２との位置関係が変化する。したがって、本実施の形態においては、第１の方向ｄｒ１は、保持部２１０とプローブケーシング２２０との間に相対的な負荷が加わらずかつプローブ２００が予め定められた姿勢にある状態で定義されたものとする。

図２０では、本体部２５０の断面に加えて、本体部２５０と把持部２３０との接続部分の断面も示される。図２０に示すように、本体部２５０と接続部２５４ｊとは、ヒンジ２５４ｈにより回転可能に接続されている。本例のヒンジ２５４ｈは、把持部２３０の内部空間と本体部２５０の内部空間との間でケーブル等を導く中空部材ｈｉ１と、接続部２５４ｊに対して把持部２３０を支持する軸部材ｈｉ２とを含む。

［４］測定点の座標の算出方法
本実施の形態に係る三次元座標測定装置１においては、基準カメラ１１０に対して予め定められた関係を有する三次元座標系（以下、装置座標系と呼ぶ。）が予め定義されている。また、処理装置３００の本体メモリ３０３には、予め参照部材１９０における複数のマーカｅｐの相対的な位置関係が記憶されている。

上記のように、基準カメラ１１０は、参照部材１９０の複数のマーカｅｐを撮像する。この場合、図３の本体制御回路３０２は、撮像により得られる基準画像データと、本体メモリ３０３に記憶されている複数のマーカｅｐの位置関係とに基づいて、装置座標系における各マーカｅｐの各座標を算出する。このとき、参照部材１９０の複数のマーカｅｐの各々は、第１および第２のマーカｅｐ１，ｅｐ２に基づいて識別される。

その後、本体制御回路３０２は、算出された複数のマーカｅｐの座標に基づいて、参照部材１９０上に固定された可動カメラ１２０の位置および姿勢を装置座標系により示す情報を第１の位置姿勢情報として生成する。

本実施の形態に係る三次元座標測定装置１においては、上記の装置座標系に加えて、可動カメラ１２０に対して予め定められた関係を有する三次元座標系（以下、可動座標系と呼ぶ。）が予め定義されている。また、処理装置３００の本体メモリ３０３には、予めプローブ２００における複数のマーカｅｑの相対的な位置関係が記憶されている。

上記のように、可動カメラ１２０は、プローブ２００の複数のマーカｅｑを撮像する。この場合、図３の本体制御回路３０２は、撮像により得られる測定画像データと、本体メモリ３０３に記憶されている複数のマーカｅｑの位置関係とに基づいて、可動座標系における各マーカｅｑの各座標を算出する。

その後、本体制御回路３０２は、算出された複数のマーカｅｑの座標に基づいて、プローブ２００の位置および姿勢を可動座標系により示す情報を第２の位置姿勢情報として生成する。

基準カメラ１１０はヘッド底部１０１上に固定されている。そのため、測定対象物Ｓの測定時に装置座標系は変化しない。一方、可動カメラ１２０は、撮像視野がプローブ２００の移動に追従するように、回転可能に設けられている。そのため、装置座標系と可動座標系との間の関係は、可動カメラ１２０の回転とともに変化する。

そこで、本実施の形態では、本体制御回路３０２は、第１および第２の位置姿勢情報に基づいて、プローブ２００の位置および姿勢を装置座標系で表す第３の位置姿勢情報を生成する。すなわち、本体制御回路３０２は、第１の位置姿勢情報に基づいて装置座標系に対する可動座標系の相対的な関係を算出するとともに、算出された関係に基づいて第２の位置姿勢情報を装置座標系に従う情報に変換する。それにより、第３の位置姿勢情報が生成される。

その後、本体制御回路３０２は、生成された第３の位置姿勢情報と、プローブ２００における複数のマーカｅｑおよび接触部２１１ａ間の位置関係とに基づいてプローブ２００により指示された測定点の座標を算出する。

[５]測定例
図１３のプローブ操作部２２１は、測定点の座標を算出するために使用者Ｕにより押下操作される。例えば、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの所望の部分に接触部２１１ａが接触された状態で、プローブ操作部２２１の複数の押しボタン２２１ｂおよびトリガスイッチ２２１ｃのいずれかを操作する。この場合、測定対象物Ｓにおける接触部２１１ａとの接触部分の座標が、測定点の座標として算出される。算出された測定点の座標は、測定結果として本体メモリ３０３に記憶されるとともに、本体表示部３１０に表示される。

三次元座標測定装置１においては、使用者Ｕは、図３の本体操作部３２０を操作することにより、あるいは図１３のプローブ操作部２２１を操作することにより、測定対象物Ｓに対して所望の測定条件を設定することができる。

具体的には、使用者Ｕは、測定対象物Ｓについて、幾何要素および測定項目の選択を行う。幾何要素は、測定対象物Ｓにおいて測定すべき部分の形状を示す幾何学形状の種類である。幾何学形状の種類には、点、直線、平面、円、円筒および球等が含まれる。また、測定項目は、測定対象物Ｓに対して何を測定すべきかを示すものであり、距離、角度および平面度等の種々の物理量が含まれる。

幾何要素および測定項目の選択後、使用者Ｕは、選択された幾何要素についてプローブ２００を用いた１または複数の測定点の指示を行う。それにより、選択された幾何要素であって、測定対象物Ｓ上で１または複数の測定点により特定される幾何要素を装置座標系で示す情報（以下、要素特定情報と呼ぶ。）が生成される。その後、生成された要素特定情報に関して選択された測定項目の値が算出される。

例えば、使用者Ｕは、互いに平行かつ反対側の第１および第２の面を有する測定対象物Ｓの第１の面と第２の面との間の距離を測定したい場合には、幾何要素「平面１」および「平面２」を選択する。また、使用者Ｕは、測定項目「距離」を選択する。

この場合、使用者Ｕは、幾何要素「平面１」に対応する測定対象物Ｓ上の平面（第１の面）を特定するために、プローブ２００を用いて測定対象物Ｓの第１の面の複数（本例では３点以上）の部分を測定点として指示する。これにより、幾何要素「平面１」に対応する要素特定情報が生成される。

さらに、使用者Ｕは、幾何要素「平面２」に対応する測定対象物Ｓ上の平面（第２の面）を特定するために、プローブ２００を用いて測定対象物Ｓの第２の面の複数（本例では３点以上）の部分を測定点として指示する。これにより、幾何要素「平面２」に対応する要素特定情報が生成される。

その後、幾何要素「平面１」および「平面２」にそれぞれ対応する２つの要素特定情報に基づいて、測定項目「距離」に対応する測定対象物Ｓの第１の面と第２の面との間の距離が算出される。算出された測定結果は、本体メモリ３０３に記憶されるとともに、本体表示部３１０に表示される。

[６]測定処理
図２２は、図３の本体制御回路３０２による測定処理の流れを示すフローチャートである。図２２の測定処理は、図３の本体制御回路３０２のＣＰＵが本体メモリ３０３に記憶された測定処理プログラムを実行することにより所定周期で繰り返して行われる。また、測定処理の開始時には、本体制御回路３０２に内蔵されたタイマがリセットされるとともにスタートされる。

まず、本体制御回路３０２は、使用者Ｕによる図３の本体操作部３２０の操作の有無に基づいて、幾何要素および測定項目の選択が行われたか否かを判定する（ステップＳ１１）。

幾何要素および測定項目の選択が行われた場合、本体制御回路３０２は、選択された幾何要素および測定項目を図３の本体メモリ３０３に記憶させることにより測定条件として幾何要素および測定項目の設定を行う（ステップＳ１２）。その後、本体制御回路３０２は、ステップＳ１１の処理に戻る。

ステップＳ１１において、幾何要素および測定項目の選択が行われない場合、本体制御回路３０２は、幾何要素および測定項目が設定されているか否かを判定する（ステップＳ１３）。幾何要素および測定項目が設定されている場合、本体制御回路３０２は、測定対象物Ｓの測定を開始すべき指令を受けたか否かを判定する（ステップＳ１４）。この判定は、例えば使用者Ｕによる本体操作部３２０の操作の有無に基づいて行われる。

測定対象物Ｓの測定を開始すべき指令を受けた場合、本体制御回路３０２は、測定点座標算出処理を行う（ステップＳ１５）。測定点座標算出処理の詳細は後述する。この処理により、本体制御回路３０２は、使用者によるプローブ２００の操作に基づいて、選択された幾何要素を特定するための測定点の座標を算出する。

また、本体制御回路３０２は、ステップＳ１５の測定点座標算出処理により算出される１または複数の測定点の座標を本体メモリ３０３に記憶させる（ステップＳ１６）。

次に、本体制御回路３０２は、測定対象物Ｓの測定を終了すべき指令を受けたか否かを判定する（ステップＳ１７）。この判定は、例えば使用者Ｕによる本体操作部３２０の操作の有無に基づいて行われる。

測定の終了指令を受けない場合、本体制御回路３０２は、上記のステップＳ１５の処理に戻る。一方、測定の終了指令を受けると、本体制御回路３０２は、直前のステップＳ１６の処理で本体メモリ３０３に記憶された１または複数の測定点の座標から設定された幾何要素について要素特定情報を生成する（ステップＳ１８）。

その後、本体制御回路３０２は、ステップＳ１８の処理で生成された要素特定情報に基づいて設定された測定項目の値を算出し（ステップＳ１９）、測定処理を終了する。なお、ステップＳ１３の判定時において、複数の幾何要素（例えば、２つの平面等）が設定されている場合には、設定された幾何要素ごとに上記のステップＳ１４～Ｓ１８の処理が行われる。

ステップＳ１３において幾何要素および測定項目が設定されていない場合およびステップＳ１４において測定対象物Ｓの測定を開始すべき指令を受けない場合、本体制御回路３０２は、内蔵のタイマによる計測時間に基づいて、当該測定処理が開始された後予め定められた時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０）。

予め定められた時間が経過していない場合、本体制御回路３０２は、ステップＳ１１の処理に戻る。一方、予め定められた時間が経過した場合、本体制御回路３０２は、ステップＳ１５の処理と同様に、後述する測定点座標算出処理を行う（ステップＳ２１）。その後、本体制御回路３０２は、測定処理を終了する。

なお、ステップＳ２１の処理は、例えば後述する追跡処理においてプローブ２００が可動カメラ１２０または俯瞰カメラ１８０の撮像視野内にあるか否かを判定するために行われる。

図２３は、測定点座標算出処理の流れを示すフローチャートである。まず、本体制御回路３０２は、プローブ２００のプローブ制御部２０１に対して複数のマーカｅｑ(図１４）の発光を指令するとともに、撮像ヘッド１００のヘッド制御回路１５０に対して参照部材１９０の複数のマーカｅｐ(図１０（ｂ））の発光を指令する（ステップＳ１０１）。

次に、本体制御回路３０２は、ヘッド制御回路１５０により基準カメラ１１０を用いて参照部材１９０の複数のマーカｅｐを撮像させることにより基準画像データを生成する（ステップＳ１０２）。また、本体制御回路３０２は、生成された基準画像データに基づいて、可動カメラ１２０の位置および姿勢を装置座標系により示す第１の位置姿勢情報を生成する（ステップＳ１０３）。

次に、本体制御回路３０２は、可動カメラ１２０を用いてプローブ２００の複数のマーカｅｑを撮像することにより測定画像データを生成する（ステップＳ１０４）。また、本体制御回路３０２は、生成された測定画像データに基づいて、プローブ２００の位置および姿勢を可動座標系により示す第２の位置姿勢情報を生成する（ステップＳ１０５）。

その後、本体制御回路３０２は、第１および第２の位置姿勢情報に基づいて、プローブ２００の位置および姿勢を装置座標系で表す第３の位置姿勢情報を生成する（ステップＳ１０６）。また、本体制御回路３０２は、生成された第３の位置姿勢情報に基づいてプローブ２００により指示された測定点の座標を算出する。

なお、上記のステップＳ１０２，Ｓ１０３の処理とステップＳ１０４，Ｓ１０５の処理とは、逆の順に行われてもよい。

上記の測定処理によれば、使用者Ｕは、予め定められた複数の幾何要素および予め定められた複数の測定項目から所望の幾何要素および測定項目を選択することにより、測定対象物Ｓにおける所望の物理量を容易に測定することができる。

[７]追跡処理
図２４は、図３の本体制御回路３０２による追跡処理の流れを示すフローチャートである。図２４の追跡処理は、図３の本体制御回路３０２のＣＰＵが本体メモリ３０３に記憶された追跡処理プログラムを実行することにより所定周期で繰り返して行われる。

まず、本体制御回路３０２は、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内にあるか否かを判定する（ステップＳ３１）。この判定は、測定処理におけるステップＳ１５，Ｓ２１の処理中に生成される測定画像データに、複数のマーカｅｑに対応する画像データが含まれているか否かを判定することにより行われる。

プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内にある場合、本体制御回路３０２は、後述するステップＳ３６の処理に進む。一方、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内にない場合、本体制御回路３０２は、プローブ２００が俯瞰カメラ１８０の撮像視野内にあるか否かを判定する（ステップＳ３２）。この判定は、上記の測定処理におけるステップＳ１５，Ｓ２１の処理中に生成される俯瞰画像データに、複数のマーカｅｑに対応する画像データが含まれているか否かを判定することにより行われる。

プローブ２００が俯瞰カメラ１８０の撮像視野内にある場合、本体制御回路３０２は、後述するステップＳ３５の処理に進む。一方、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内にない場合、本体制御回路３０２は、プローブ２００から転送される動きデータに基づいてプローブ２００の座標推定を行うことが可能か否かを判定する（ステップＳ３３）。この判定は、例えば動きデータが異常な値を示しているか否かまたは動きデータの示す値が０であるか否か等に基づいて行われる。動きデータが異常な値を示す場合、または動きデータが０である場合、プローブ２００の座標推定は不可能である。

プローブ２００の座標推定は不可能である場合、本体制御回路３０２は、ステップＳ３１の処理に戻る。一方、プローブ２００の座標推定が可能である場合、本体制御回路３０２は、動きデータに基づいてプローブ２００の位置を推定する。また、本体制御回路３０２は、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内に位置するように、可動カメラ１２０の位置および姿勢の調整を指令する（ステップＳ３４）。その後、本体制御回路３０２は、ステップＳ３１の処理に戻る。

ステップＳ３２において、プローブ２００が俯瞰カメラ１８０の撮像視野内にある場合、本体制御回路３０２は、俯瞰画像データに基づいてプローブ２００の位置を算出する。また、本体制御回路３０２は、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内に位置するように可動カメラ１２０の位置および姿勢の調整をヘッド制御回路１５０に指令する（ステップＳ３５）。

次に、本体制御回路３０２は、プローブ２００が可動カメラ１２０の撮像視野内に位置することになると、プローブ２００の複数のマーカｅｑの重心が可動カメラ１２０の撮像視野の中心に位置するように可動カメラ１２０の位置および姿勢の調整をヘッド制御回路１５０に指令する（ステップＳ３６）。その後、本体制御回路３０２は、追跡処理を終了する。

上記の追跡処理によれば、プローブ２００が移動する場合でも、可動カメラ１２０の撮像視野がプローブ２００の複数のマーカｅｑに追従する。それにより、使用者Ｕは、可動カメラ１２０の撮像視野を手動で調整する必要がない。したがって、煩雑な調整作業を要することなく広い範囲で測定対象物Ｓの所望の測定点の座標を測定することが可能になる。

［９］効果
（１）上記の三次元座標測定装置１においては、設置部８１０に設けられたヘッド台座８３０上に撮像ヘッド１００のヘッド底部１０１を取り付けることが可能である。設置部８１０上に撮像ヘッド１００が取り付けられた状態で、載置台８２０から予め定められた距離離間した位置に可動カメラ１２０が固定される。したがって、載置台８２０上に載置される測定対象物Ｓと可動カメラ１２０との位置関係が安定し、高い精度で測定点の座標を算出することが可能になる。

可動カメラ１２０は、ヘッド底部１０１に対して相対的に回転可能である。この場合、可動カメラ１２０を回転させることにより、可動カメラ１２０の撮像視野を拡大することなく可動カメラ１２０による撮像可能な範囲が拡大される。それにより、複数のマーカｅｑを撮像するために要求されるプローブ２００の位置および姿勢の自由度が拡大される。したがって、プローブ２００の操作性が向上する。

また、上記の三次元座標測定装置１においては、設置部８１０に設けられたヘッド台座８３０から撮像ヘッド１００のヘッド底部１０１を取り外すことが可能である。この場合、撮像ヘッド１００を設置部８１０とは異なる位置に配置することにより、載置台８２０に載置されていない測定対象物Ｓについても、プローブ２００を用いて各部の座標を算出することが可能になる。

これらの結果、使用者の熟練を要することなく測定対象物Ｓの広い範囲にわたって物理量を測定することが可能になるとともに、三次元座標測定装置１の利便性が向上する。

（２）上記の三次元座標測定装置１は、基準スタンド９００をさらに含む。設置部８１０に設けられたヘッド台座８３０から取り外された撮像ヘッド１００を基準スタンド９００のヘッド台座９１１上に取り付けることにより、載置台８２０に載置されていない測定対象物Ｓに対して可動カメラ１２０を容易に固定することができる。それにより、載置台８２０に載置されていない測定対象物Ｓについても、プローブ２００を用いて各部の座標を算出することが可能になる。

（３）上記のように、ケーシング９０においては、基板ケーシング９３の内部空間と下部ケーシング９１の内部空間とは互いに連通している。一方、下部ケーシング９１の内部空間と上部ケーシング９２の内部空間とは、互いに連通していない。また、基板ケーシング９３には、高い発熱性を有する複数の発熱基板ＧＳが収容されている。一方、上部ケーシング９２には、複数の発熱基板ＧＳよりも低い発熱性を有する複数の基板１１１，１２１，１８１が収容され、発熱基板ＧＳは収容されていない。

このような構成によれば、上部ケーシング９２に発熱基板ＧＳが収容されないので、可動カメラ１２０は発熱基板ＧＳから発生される熱の影響を受けにくい。上部ケーシング９２には、可動カメラ１２０とともに複数の基板１１１，１２１，１８１が収容されるが、これらの基板から発生される熱は、発熱基板ＧＳから発生される熱に比べて小さい。それにより、可動カメラ１２０が各種基板から発生される熱の影響を受けることによる座標の算出精度の低下が低減される。

［１０］プローブカメラ２０８の使用例
図１３のプローブカメラ２０８によって測定対象物Ｓを撮像することにより、測定対象物Ｓの画像を図３の本体表示部３１０に表示させることができる。以下、プローブカメラ２０８により得られる画像を撮像画像と呼ぶ。

プローブ２００の複数のマーカｅｑとプローブカメラ２０８との位置関係、およびプローブカメラ２０８の特性（画角およびディストーション等）は、例えば図３の本体メモリ３０３に撮像情報として予め記憶される。そのため、複数のマーカｅｑが可動カメラ１２０の撮像視野内にある場合、プローブカメラ２０８により撮像される領域が図３の本体制御回路３０２により認識される。すなわち、撮像画像に対応する３次元空間が本体制御回路３０２により認識される。この場合、本体表示部３１０に撮像画像を表示させつつ、測定対象物Ｓの測定時に設定された幾何要素および測定項目を重畳表示させることができる。

［１１］三次元座標測定装置１を備える三次元座標測定システム
図２５は、本発明の一実施の形態に係る三次元座標測定システムの一構成例を示す模式図である。図２５に示すように、本実施の形態に係る三次元座標測定システム７００は、三次元座標測定装置１に加えて、プローブ操作ロボット６００を備える。なお、図２５では、撮像ヘッド１００を床面上に固定するための基準スタンド９００の図示が省略されている。

その三次元座標測定システム７００においては、撮像ヘッド１００は、可動カメラ１２０の撮像視野が、例えば床面上に載置された測定対象物Ｓおよびその周辺の領域を少なくともカバーするように配置される。

プローブ操作ロボット６００は、ロボット動作部６１０およびロボット本体部６２０を含む。ロボット動作部６１０は、主として多関節アーム６１１およびプローブ把持機構６１２から構成されている。多関節アーム６１１は、ロボット本体部６２０から延びるように設けられている。多関節アーム６１１の先端部にプローブ把持機構６１２が設けられている。プローブ把持機構６１２は、プローブ２００に接続される。

図２６は、図２５のプローブ２００の基本構成を示すブロック図である。図２６に示すように、本例では、プローブケーシング２２０にロボット用接続部２５７が接続される。ロボット用接続部２５７にはプローブ把持機構６１２とロボット用接続部２５７とを固定するための固定要素２５７ａが設けられる。固定要素２５７ａは、例えば雌ねじであり、ねじでプローブ把持機構６１２とロボット用接続部２５７とが固定される。また、本例では、使用者Ｕはプローブ２００を携行しないため、把持部２３０はプローブケーシング２２０に対して着脱可能であることが好ましい。図２５の例では、プローブケーシング２２０から把持部２３０が取り外された状態のプローブ２００が示される。把持部２３０がプローブケーシング２２０から取り外されない場合、少なくとも把持部２３０が、プローブ把持機構６１２とロボット用接続部２５７との固定に干渉しないように、把持部２３０とロボット用接続部２５７とが配置されることが好ましい。また、把持部２３０が回転軸ＲＡ（図１４等）の周りを回転し、ロボット用接続部２５７とプローブ把持機構との固定に干渉しない位置に移動してもよい。

また、本実施の形態のプローブ２００は、プローブケーシング２２０にプローブ通信回路２５８を収容する。図２５に示すように、プローブ２００と処理装置３００とは、通信用のケーブルＣＡａで接続されている。プローブ通信回路２５８とケーブルＣＡａとを介して、プローブ２００と処理装置２００とが通信する。

本実施の形態に係るプローブ制御部２０１は、モーションセンサ２０７により検出される動き量等に基づいてプローブ２００が測定点の座標を算出するために適切な状態にあるか否かを判定する。その上で、プローブ制御部２０１は、プローブ２００が測定点の座標を算出するために適切な状態にあると判定した場合に、測定点の座標の算出を許可することを示す信号（以下、接触トリガと呼ぶ。）を出力する。プローブ制御部２０１が出力する接触トリガは、プローブ通信回路２５８からケーブルＣＡａを通して処理装置３００に送信される。この場合、処理装置３００においては、プローブ２００からの接触トリガに基づいて測定点の指示を受け付け、測定点の算出を行う。ケーブルＣＡａは例えばＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）ケーブルである。把持部２３０がプローブケーシング２２０から取り外される場合、ケーブルＣＡａを介して、プローブ２００に電力が供給されてもよい。

図２５の吹き出し内に示すように、ロボット本体部６２０には、ロボット駆動部６２１、通信部６２２およびロボット制御部６２３が内蔵されている。ロボット駆動部６２１は、複数のモータ等を含み、多関節アーム６１１を駆動する。ロボット制御部６２３は、例えばＣＰＵおよびメモリ、またはマイクロコンピュータを含み、ロボット駆動部６２１を制御する。ロボット本体部６２０は、通信用のケーブルＣＡｂを介して撮像ヘッド１００に接続されている。ロボット制御部６２３は、通信部６２２およびケーブルＣＡｂを通して撮像ヘッド１００、プローブ２００および処理装置３００との間で種々のデータのやり取りが可能となっている。

多関節アーム６１１の各関節部分には、図示しないエンコーダが設けられている。ロボット制御部６２３は、例えば予め定められた測定対象物Ｓ上の座標情報と多関節アーム６１１の各関節部分のエンコーダの出力とに基づいてロボット駆動部６２１を制御する。それにより、例えば測定対象物Ｓの所望の部分にプローブ２００の接触部２１１ａを接触させる。

図２７は、図２５の撮像ヘッド１００および処理装置３００の構成を示すブロック図である。図２７に示すように、撮像ヘッド１００は、通信回路１７０に接続され、外部機器に信号を出力するための外部Ｉ／Ｏ１７５を備える。外部Ｉ／Ｏ１７５は例えば端子台であり、図２５のケーブルＣＡｂが接続される。外部Ｉ／Ｏ１７５からケーブルＣＡｂを介してロボット制御部６２３に出力される信号として、例えば、プローブ２００から出力される接触トリガに基づく信号がある。この構成によれば、撮像ヘッド１００からロボット制御部６２３にＨｉｇｈ出力とＬｏｗ出力とを有する二値信号が出力されるため、撮像ヘッド１００は、プローブ２００から出力される接触トリガを当該二値信号の立上りや立下りに対応させた信号を、ロボット制御部６２３に出力することができる。したがって、本実施形態の撮像ヘッド１００によれば、ロボット制御部６２３によるロボット駆動部６２１の制御の応答性が高い三次元座標測定システム７００を構築することができる。

上述の通り、プローブ２００から出力される接触トリガは、ケーブルＣＡａを通して処理装置３００に送信される。さらに、接触トリガ、もしくは接触トリガに基づく信号は、処理装置３００からケーブルＣＡ、撮像ヘッド１００およびケーブルＣＡｂを通してプローブ操作ロボット６００に送信される。この場合、ロボット制御部６２３は、プローブ２００から出力される接触トリガに応答して、ロボット動作部６１０の動作が一時的に停止するようにロボット駆動部６２１を制御する。さらに、処理装置３００の本体制御回路３０２は、接触トリガに応答してプローブ２００および撮像ヘッド１００の複数のマーカｅｑ(図１４），ｅｐ(図１０（ｂ））の発光を指令する。

上記の動作によれば、測定対象物Ｓに接触するプローブ２００が一時的に停止した状態で、プローブ２００の複数のマーカｅｑ(図１４）が撮像ヘッド１００の可動カメラ１２０により撮像される。したがって、プローブ２００により指示される測定点の座標を高い精度で算出することが可能になる。

上記の三次元座標測定システム７００においては、プローブ２００から出力される接触トリガに基づいてプローブ操作ロボット６００がスタイラス２１１およびプローブ保持部２１０に過剰な歪が生じないように動作する。また、測定点を指示するタイミングが適切に定められる。それにより、プローブ操作ロボット６００により指示される測定点の座標が高い精度で算出される。

［１２］他の実施の形態
（１）上記実施の形態に係る撮像ヘッド１００においては、基板ケーシング９３に複数の発熱基板ＧＳが収容されるが、複数の発熱基板ＧＳのうちの一部が下部ケーシング９１に収容されてもよい。また、基板ケーシング９３には、複数の発熱基板ＧＳに加えて、発熱基板ＧＳよりも低い発熱性を有する他の基板が収容されてもよい。

（２）上記実施の形態に係る撮像ヘッド１００においては、下部ケーシング９１内に俯瞰カメラ１８０が設けられるが、本発明はこれに限定されない。俯瞰カメラ１８０は、上部ケーシング９２内に収容されてもよい。この場合、例えば俯瞰カメラ１８０は、支持部材３０に取り付けられる。

（３）上記実施の形態に係るプローブ２００においては、把持部２３０は、接続部２５４ｊから第１の方向ｄｒ１に交差する方向に延びるようにかつ回転軸ＲＡの周りで回転可能に設けられているが、本発明はこれに限定されない。

図２８は、他の実施の形態に係るプローブ２００の外観斜視図である。図２８のプローブ２００について、上記実施の形態に係るプローブ２００と異なる点を説明する。このプローブ２００においては、接続部２５４ｊが底面部２５４から第１の方向ｄｒ１に直交する方向に一定長さ延びるように形成されている。その接続部２５４ｊの先端部には、本体部２５０の後端部２５２側に向かって第１の方向ｄｒ１に平行に延びるように、棒状の把持部２３０ｘが取り付けられている。

把持部２３０ｘの一端部は、図２８に太い二点鎖線の矢印で示すように、第１の方向ｄｒ１に平行または略平行な回転軸ＲＡの周りで回転可能に接続部２５４ｊに接続されている。把持部２３０ｘの他端部には、回転軸ＲＡに直交または略直交するようにプローブ操作部２２１の操作面２２１ａが設けられている。操作面２２１ａにおいては、予め定められた配列で複数の押しボタン２２１ｂが設けられている。

把持部２３０ｘの外周面のうち他端部近傍に位置する部分には、トリガスイッチ２２１ｃが設けられている。これにより、使用者Ｕは、親指および人差し指がプローブ操作部２２１の近傍に位置し、小指が接続部２５４ｊの近傍に位置するように把持部２３０ｘを把持することにより、プローブ２００を用いた測定点の指示を行うことができる。

上記のように、把持部２３０ｘは、回転軸ＲＡの周りで回転可能となっている。この場合、把持部２３０ｘが回転軸ＲＡの周りで回転しても、プローブ２００における把持部２３０ｘの位置は変化しない。しかしながら、本体部２５０に対する複数の押しボタン２２１ｂおよびトリガスイッチ２２１ｃの配列の関係は、把持部２３０ｘの回転の前後で変化する。

図２９は、図２８のプローブ２００の状態から把持部２３０ｘが９０°回転されたときのプローブ２００の外観斜視図である。図２９の例では、本体部２５０に対する複数の押しボタン２２１ｂの配列と、複数の押しボタン２２１ｂおよびトリガスイッチ２２１ｃの配列が図２８の例と異なっている。それにより、使用者Ｕは、必要に応じて把持部２３０ｘを回転させることにより、プローブ操作部２２１の操作性を確保しつつ測定対象物Ｓの測定点の指示を容易に行うことができる。

［１３］請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。

上記実施の形態においては、プローブ２００の複数のマーカｅｑが複数の測定マーカの例であり、接触部２１１ａが接触部の例であり、プローブ２００がプローブの例であり、載置台８２０が載置台の例であり、設置部８１０およびヘッド台座８３０が設置部の例であり、ヘッド底部１０１が基準ベースの例である。

また、可動カメラ１２０が可動撮像部の例であり、本体制御回路３０２が算出部の例であり、三次元座標測定装置１が三次元座標測定装置の例であり、ヘッド台座９１１が台座の例であり、基準スタンド９００が基準スタンドの例であり、基準カメラ１１０の基板１１１、可動カメラ１２０の基板１２１および俯瞰カメラ１８０の基板１８１が１または複数の第１の基板の例であり、複数の発熱基板ＧＳが１または複数の第２の基板の例である。

また、ケーシング９０がケーシングの例であり、上部ケーシング９２が第１のケーシング部分の例であり、下部ケーシング９１および基板ケーシング９３が第２のケーシング部分の例であり、吸気部ＨＡ１が第１の吸気部の例であり、排気部ＨＡ２および排気ファンＨＦが第１の排気部の例であり、下部ケーシング９１が第３のケーシング部分の例であり、基板ケーシング９３が第４のケーシング部分の例である。

また、吸気部ＬＡ１が第２の吸気部の例であり、排気部ＬＡ２および排気ファンＬＦが第２の排気部の例であり、俯瞰カメラ１８０が固定撮像部の例であり、支持部材３０、可動部材４０および回転駆動回路１４０が調整駆動部の例であり、複数のマーカｅｐが複数の参照マーカの例であり、基準カメラ１１０が基準撮像部の例であり、本体メモリ３０３が記憶部の例であり、ヘッド底部１０１およびヘッド台座８３０の２つの縦孔１０５，８３３と図示しないピン部材とが位置決め機構の例である。

請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。

１…三次元座標測定装置，９…加工機，９００…基準スタンド，２０…固定連結部，２１…下固定板，２２…上固定板，２３…支柱，２４…中空支持軸，３０…支持部材，３０ｃ，ＲＡ…回転軸，３１…回転台座，３２，３３…支持フレーム，４０…可動部材，４１…上面，４２…下面，４３，１１１，１２１，１８１…基板，５０…蛇腹，９０…ケーシング，９１，２２０ｂ…下部ケーシング，９１Ｗ…俯瞰カメラ用窓，９２，２２０ａ…上部ケーシング，９２Ｓ…矩形開口，９３…基板ケーシング，９３ａ，９３ｂ…収容部，１００…撮像ヘッド，１０１…ヘッド底部，１０２…環状底面，１０３，８３２…環状傾斜面，１０４…開口部，１０５，８３３…縦孔，１１０…基準カメラ，１１０ｃ，１２０ｃ…光軸，１２０…可動カメラ，１３０，２０４…マーカ駆動回路，１４０…回転駆動回路，１４１…水平回転機構，１４３…チルト回転機構，１５０…ヘッド制御回路，１６０，２０６…無線通信回路，１７０，３０１…通信回路，１７５…外部Ｉ／Ｏ，１８０…俯瞰カメラ，１９０…参照部材，１９１…発光基板，１９２…拡散板，１９３…ガラス板，１９４…マスク，１９５…拡散反射シート，２００…プローブ，２０１…プローブ制御部，２０２…表示灯，２０２ａ…第１の表示部，２０２ｂ…第２の表示部，２０３…バッテリ，２０５…プローブメモリ，２０７…モーションセンサ，２０８…プローブカメラ，２１０，８００…保持部，２１０ａ…スタイラス取付部，２１０ｂ…目標部材保持部，２１１…スタイラス，２１１ａ…接触部，２２０…プローブケーシング，２２１…プローブ操作部，２２１ａ…操作面，２２１ｂ…押しボタン，２２１ｃ…トリガスイッチ，２３０，２３０ｘ…把持部，２５０…本体部，２５１…前端部，２５２…後端部，２５３…上面部，２５４…底面部，２５４ｈ…ヒンジ，２５４ｊ…接続部，２５５…一方側面部，２５６…他方側面部，２５７…ロボット用接続部，２５７ａ…固定要素，２５８…プローブ通信回路，２９０…目標部材，２９９…開口部，３００…処理装置，３０２…本体制御回路，３０３…本体メモリ，３１０…本体表示部，３２０…本体操作部，６００…プローブ操作ロボット，６１０…ロボット動作部，６１１…多関節アーム，６１２…プローブ把持機構，６２０…ロボット本体部，６２１…ロボット駆動部，６２２…通信部，６２３…ロボット制御部，７００…三次元座標測定システム，８１０…設置部，８２０…載置台，８３０，９１１…ヘッド台座，８３１…環状支持面，９１２…脚部，ｃａ…カラー，ＣＡ，ＣＡａ，ＣＡｂ…ケーブル，ＣＢ…クロスローラベアリング，ＥＣ…電源ケーブル，ｅｐ，ｅｐ１，ｅｐ２，ｅｑ…マーカ，ＧＳ…発熱基板，ｈ１，ｈ２，ｈ３…貫通孔，ＨＡ１，ＬＡ１…吸気部，ＨＡ２，ＬＡ２…排気部，ＨＦ，ＬＦ…排気ファン，ｈｉ１…中空部材，ｈｉ２…軸部材，ｒｂ…ゴムブッシュ，ｒｓ…撮像空間，Ｓ…測定対象物，ｓｃ…ねじ，Ｕ…使用者，Ｗａ，Ｗｂ…ウェイト

Claims (13)

1. 複数の測定マーカを有するとともに測定点を指示するために測定対象物に接触する接触部を有するプローブと、
   測定対象物が載置される載置台と、
   前記載置台と接続されかつ前記載置台から水平面内で一方向に延びるように形成された設置部と、
   前記設置部上に取り付け可能かつ取り外し可能に構成された基準ベースと、
   前記基準ベースに対して相対的に回転可能に設けられ、前記プローブの複数の測定マーカを撮像する可動撮像部と、
   前記可動撮像部により撮像された前記複数の測定マーカの画像を示す測定画像データに基づいて、前記接触部により指示された前記測定点の座標を算出する算出部とを備える、三次元座標測定装置。
2. 台座を有し、前記台座を設置面上に固定することが可能に構成された基準スタンドをさらに備え、
   前記基準ベースは、さらに前記台座上に取り付けることが可能かつ取り外すことが可能に構成された、請求項１記載の三次元座標測定装置。
3. 第１の熱量で発熱する第１の素子が実装された１または複数の第１の基板と、
   前記第１の熱量よりも高い第２の熱量で発熱する第２の素子が実装された１または複数の第２の基板と、
   前記可動撮像部、前記１または複数の第１の基板、および前記１または複数の第２の基板を収容するケーシングとをさらに備え、
   前記ケーシングは、
   前記可動撮像部および前記１または複数の第１の基板を収容し、前記１または複数の第２の基板を収容しない第１のケーシング部分と、
   前記１または複数の第２の基板を収容する第２のケーシング部分とを含む、請求項１または２記載の三次元座標測定装置。
4. 前記第１のケーシング部分の内部空間と前記第２のケーシング部分の内部空間とは互いに連通していない、請求項３記載の三次元座標測定装置。
5. 前記第１のケーシング部分は、
   前記第１のケーシング部分の外部から前記第１のケーシング部分の内部に気体を導入する第１の吸気部と、
   前記第１のケーシング部分の外部へ前記第１のケーシング部分の内部の気体を排出する第１の排気部とを備え、
   前記第１の排気部は、前記第１の吸気部よりも上方に位置する、請求項３または４記載の三次元座標測定装置。
6. 前記第１のケーシング部分は、前記第１のケーシング部分の外部へ前記第１のケーシング部分の内部の気体を排出する第１の排気部を備え、
   前記第２のケーシング部分に収容される前記１または複数の第２の基板は、平面視で前記第１の排気部に比べて前記基準ベースから離間した位置に配置された、請求項３または４記載の三次元座標測定装置。
7. 前記第２のケーシング部分は、
   前記第１のケーシング部分の下方に位置する第３のケーシング部分と、
   前記第３のケーシング部分の側方に位置する第４のケーシング部分と、
   前記第３のケーシング部分に設けられ、前記第２のケーシング部分の外部から前記第２のケーシング部分の内部に気体を導入する第２の吸気部と、
   前記第４のケーシング部分に設けられ、前記第２のケーシング部分の外部へ前記第２のケーシング部分の内部の気体を排出する第２の排気部とを備え、
   前記１または複数の第２の基板は、前記第４のケーシング部分に収容された、請求項３～６のいずれか一項に記載の三次元座標測定装置。
8. 前記基準ベースに対して固定され、前記複数の測定マーカの少なくとも一部を撮像する固定撮像部と、
   前記固定撮像部により撮像された前記複数の測定マーカの少なくとも一部の画像を示す固定画像データに基づいて前記可動撮像部の位置および姿勢を調整する調整駆動部とをさらに備え、
   前記固定撮像部は、前記第３のケーシング部分に収容され、
   前記第４のケーシング部分は、前記固定撮像部の撮像視野から外れるように前記第３のケーシング部分の側面に接続された、請求項７記載の三次元座標測定装置。
9. 前記ケーシングは、平面視で前記載置台が存在する方向から当該ケーシングの内部に気体を吸気し、平面視で前記載置台が存在する方向とは反対の方向に当該ケーシングの内部の気体を排気するように構成された、請求項３～８のいずれか一項に記載の三次元座標測定装置。
10. 前記第２の素子は、駆動回路、制御回路および通信回路のうち少なくとも１つを構成する素子であり、
    前記第１の素子は、前記駆動回路、前記制御回路および前記通信回路を構成する素子を含まない、請求項３～８のいずれか一項に記載の三次元座標測定装置。
11. 前記可動撮像部に固定された複数の参照マーカと、
    前記基準ベースに固定されかつ前記複数の参照マーカを撮像する基準撮像部と、
    前記複数の参照マーカの配置に関する情報を参照マーカ情報として記憶する記憶部とをさらに備え、
    前記算出部は、前記可動撮像部により撮像された前記複数の測定マーカの画像に加えて、前記基準撮像部により撮像された前記複数の参照マーカの画像を示す基準画像データと、前記記憶部に記憶された前記参照マーカ情報とに基づいて、前記接触部により指示された前記測定点の座標を算出する、請求項１～１０のいずれか一項に記載の三次元座標測定装置。
12. 前記可動撮像部および前記基準ベースを含む撮像ヘッドをさらに備え、
    前記撮像ヘッドの重心は、平面視で前記基準ベースの内側に位置する、請求項１～１１のいずれか一項に記載の三次元座標測定装置。
13. 前記基準ベースと前記設置部との位置関係を予め定められた位置関係に固定する位置決め機構をさらに備える、請求項１～１２のいずれか一項に記載の三次元座標測定装置。

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