JP4743771B2 - 断面データ取得方法、システム、及び断面検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、対象物の三次元形状に関するデータである三次元データから、任意の断面データを取得するための方法、システム、及びこれを用いた断面検査方法に関する。

測定対象物の三次元データは、例えば光切断法とも呼ばれる光投影法が採用された、非接触型の三次元デジタイザにより求めることができる。これは、測定対象物にスリット状の検出光を投光し、その反射光を受光して得られた撮像データに基づいて、その測定対象物の三次元データを取得するものである（例えば特許文献１参照）。

三次元デジタイザは、測定対象物の設計検証や品質検査等のためにしばしば用いられる。例えば、測定対象物の断面形状が設計通りに仕上げられているかを検査する用途に用いられる。この場合、三次元デジタイザにより取得された三次元データの任意の断面データが取得される。従来、かかる断面データの取得に際しては、三次元デジタイザによる三次元データを、測定対象物の三次元設計データ（例えば三次元ＣＡＤデータ）に座標移動させる方法が取られている。例えば、前記ＣＡＤデータに基づく形状に、測定した三次元データに基づく形状をベストフィットさせる処理を行って当該三次元データをＣＡＤ座標系に移動させた上で、三次元ＣＡＤデータ上の任意の座標位置で断面を切ることにより断面データが取得されていた。
特開２００５−３２１２７８号公報

従来の断面データ取得方法では、測定に係る三次元データに、その断面に関する明示的な情報が含まれていないことに起因して、ＣＡＤデータのような三次元設計データとの座標位置合わせの作業が必要となる。このため、任意の断面データを取得するまでの処理が煩雑になるという不都合があった。

本発明の目的は、測定対象物の任意断面に相当する三次元データの任意断面データを、座標位置合わせ等を行うことなく簡易に取得することができる断面データ取得方法、システム、及びこれを用いた断面検査方法を提供することにある。

本発明の請求項１に係る断面データ取得方法は、基準平面上に測定対象物を載置し、前記基準平面上に、前記測定対象物を挟んで少なくとも３つのマーカーを配置するステップと、前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、前記基準平面上に載置された前記測定対象物に所定の検出光を投光手段により投光し、その反射光を撮像手段により撮像して、前記測定対象物及び前記マーカーの画像データを取得するステップと、前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値に基づいて、第１の平面π０を求めるステップと、前記少なくとも３つのマーカーのうち、２つのマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を決定するステップと、前記第２の平面π１を決定づける平面データと、前記画像データから得られる前記測定対象物の三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを取得するステップとを含むことを特徴とする。

上記各ステップを含む方法によれば、基準平面上に配置された少なくとも３つのマーカーの三次元座標値を利用して第１の平面π０を求め、さらに、２つのマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を求める手法が採用されている。この第２の平面π１は、前記２つのマーカーにより座標位置が把握されている平面である。つまり、第２の平面π１が測定対象物を縦断している場合、その断面は位置関係が明示的なものとなる。一方、測定対象物の三次元データは、前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能に取得されている。従って、第２の平面π１を決定づける平面データ（例えば平面方程式）と測定対象物の三次元データとの交点から前記三次元データの断面データを取得することで、測定対象物において位置情報が明示化された断面データを取得することができる。

また、前記測定対象物の三次元データは、前記測定対象物に所定の検出光を投光手段により投光し、その反射光を撮像手段により撮像して得られた画像データに基づいて求められる。従って、いわゆる非接触型の三次元デジタイザのような測定手段を用いて、測定対象物及び前記マーカーの三次元データが取得されるようになる。

また、本発明の請求項２に係る断面データ取得方法は、基準平面上に測定対象物を載置し、前記基準平面上に、前記測定対象物を挟んで４つ以上のマーカーを配置するステップと、前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、前記基準平面上に載置された前記測定対象物に所定の検出光を投光手段により投光し、その反射光を撮像手段により撮像して、前記測定対象物及び前記マーカーの画像データを取得するステップと、前記４つ以上のマーカーから、その短絡線が前記測定対象物を横断する第１のマーカー及び第２のマーカーと、これらマーカーとは異なる第３のマーカーとの少なくとも３つのマーカーを選択するステップと、前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値を求めるステップと、前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値に基づいて、第１の平面π０を求めるステップと、前記第１のマーカー及び第２のマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を決定するステップと、前記第２の平面π１を決定づける平面データと、前記画像データから得られる前記測定対象物の三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを取得するステップとを含むことを特徴とする。

上記各ステップを含む方法によれば、基準平面上に、測定対象物を挟んで配置された４つ以上のマーカーから、少なくとも３つのマーカーを選択するステップが含まれる。そして、選択された少なくとも３つのマーカーの三次元座標値を利用して第１の平面π０を求め、さらに、２つのマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を求める手法が採用されている。この第２の平面π１は、前記２つのマーカーにより座標位置が把握されている平面である。つまり、第２の平面π１が測定対象物を縦断している場合、その断面は位置関係が明示的なものとなる。このような第２の平面π１は、マーカーを適宜選択することで複数得ることができる。一方、測定対象物の三次元データは、前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能に取得されている。従って、第２の平面π１を決定づける平面データ（例えば平面方程式）と測定対象物の三次元データとの交点から前記三次元データの断面データを取得することで、測定対象物において位置情報が明示化された断面データを１個若しくは複数個だけ取得することができる。

上記いずれかの方法において、前記第２の平面π１を決定づける平面データが平面方程式で定められるデータであり、前記三次元データがポリゴンメッシュデータであって、前記断面データは、前記平面方程式とポリゴンメッシュとの交点を結ぶポリラインとして取得することが望ましい（請求項３）。この方法によれば、第２の平面π１を決定づける平面方程式と、測定対象物の三次元形状を決定づけるポリゴンメッシュデータとの交点を求めるという、比較的演算が容易な手法で断面データが取得されるようになる。

また、上記いずれかの方法において、前記マーカーとして、ポイント位置が特定可能な平面状マーカーが用いられ、前記マーカーの三次元座標値は、写真測量により求められることが望ましい（請求項４）。この方法によれば、例えばポイント位置が特定可能な円（中心点）、三角形（重心）、四角形（対角線の交点）のような平面状マーカーを、例えばデジタルカメラ等で撮像することで実現される写真測量にて、マーカーの三次元座標値が取得されるようになる。

また、前記マーカーとして、球面を備える球マーカーが用いられ、前記球マーカーが配置された前記基準平面を含めて前記検出光の投受光を行い、これにより得られた画像データに基づき前記球マーカーの三次元座標値を求めるように構成することもできる（請求項５）。この方法によれば、球マーカーを用いることにより、写真測量を行うことなく、例えば上記の三次元デジタイザのような測定手段により球マーカーの三次元座標値を求めることが可能となる。

上記いずれかの方法において、前記マーカーとして、各マーカーの個体識別を可能とする識別パターンが付与されたマーカーが用いられることが望ましい（請求項６）。この方法によれば、各マーカーの個体識別が可能となるので、マーカーの特定が容易となり、例えばマーカーの選択ステップの容易化を図ることができる。

また、球マーカーを用いる場合には、その球マーカーとして、前記球面の球径が異なる２種以上の球マーカーを用いられることが望ましい（請求項７）。この方法によれば、球マーカーの個体識別を、そのサイズに基づいて行うことができる。

本発明の請求項８に係る断面データ取得システムは、基準平面上に測定対象物を載置し、前記基準平面上に、前記測定対象物を挟んで少なくとも３つのマーカーが配置された状態において、前記測定対象物に所定の検出光を投光する投光手段と、前記検出光の反射光を受光する撮像手段とを備え、前記検出光の投受光により前記測定対象物及び前記マーカーの画像データを取得する測定手段と、
前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値を求める座標値検出手段と、前記測定手段により取得された三次元データを、前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせする統合手段と、前記３つのマーカーの三次元座標値に基づいて第１の平面π０を求めると共に、前記少なくとも３つのマーカーのうち、２つのマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を求める平面抽出手段と、前記第２の平面π１を決定づける平面データと、前記画像データから得られる前記測定対象物の三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを求める断面演算手段とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、座標値検出手段により、基準平面上に配置された少なくとも３つのマーカーの三次元座標値が求められる。また、平面抽出手段により、３つのマーカーの三次元座標値を利用して、第１の平面π０及び第２の平面π１が求められる。この第２の平面π１は、２つのマーカーにより座標位置が把握されている平面である。つまり、第２の平面π１が測定対象物を縦断している場合、その断面は位置関係が明示的なものとなる。一方、測定対象物の三次元データは、統合手段により前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせされる。従って、断面演算手段により求められる断面データ、すなわち第２の平面π１を決定づける平面データと測定対象物の三次元データとの交点から求められる前記三次元データの断面データは、測定対象物において位置情報が明示化された断面データとなる。

また、前記測定対象物の三次元データは、前記測定対象物に所定の検出光を投光手段により投光し、その反射光を撮像手段により撮像して求められる。従って、いわゆる非接触型の三次元デジタイザのような測定手段を用いて、測定対象物及び前記マーカーの三次元データが取得されるようになる。

また、本発明の請求項９に係る断面データ取得システムは、基準平面上に測定対象物を載置し、前記基準平面上に、前記測定対象物を挟んで少なくとも４つのマーカーが配置された状態において、前記測定対象物に所定の検出光を投光する投光手段と、前記検出光の反射光を受光する撮像手段とを備え、前記検出光の投受光により前記測定対象物及び前記マーカーの画像データを取得する測定手段と、前記４つ以上のマーカーから、その短絡線が前記測定対象物を横断する第１のマーカー及び第２のマーカーと、これらマーカーとは異なる第３のマーカーとの少なくとも３つのマーカーを選択する選択手段と、前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値を求める座標値検出手段と、前記測定手段により取得された三次元データを、前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせする統合手段と、前記３つのマーカーの三次元座標値に基づいて第１の平面π０を求めると共に、前記少なくとも３つのマーカーのうち、２つのマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を求める平面抽出手段と、前記第２の平面π１を決定づける平面データと、前記画像データから得られる前記測定対象物の三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを求める断面演算手段とを備えることを特徴とする。

この構成によれば、選択手段により、基準平面上に配置された４つ以上のマーカーから、少なくとも３つのマーカーが選択される。また、座標値検出手段により、基準平面上に配置された少なくとも３つのマーカーの三次元座標値が求められる。そして、平面抽出手段により、３つのマーカーの三次元座標値を利用して、第１の平面π０及び第２の平面π１が求められる。この第２の平面π１は、２つのマーカーにより座標位置が把握されている平面である。つまり、第２の平面π１が測定対象物を縦断している場合、その断面は位置関係が明示的なものとなる。このような第２の平面π１は、選択手段においてマーカーを適宜選択することで複数得ることができる。一方、測定対象物の三次元データは、統合手段により前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせされる。従って、断面演算手段により求められる断面データ、すなわち第２の平面π１を決定づける１若しくは複数の平面データと測定対象物の三次元データとの交点から求められる前記三次元データの断面データは、測定対象物において位置情報が明示化された断面データとなる。

上記いずれかのシステムにおいて、前記座標値検出手段は、前記基準平面上に配置されたマーカーを含んだ画像を撮像する撮像手段と、前記画像に基づき写真測量に関する演算を行う写真測量演算手段とを含む構成とすることができる（請求項１０）。この構成によれば、撮像手段により撮像される画像に基づいた写真測量にて、マーカーの三次元座標値を取得できるようになる。

この場合、前記マーカーとして、球面を備える球マーカーが用いられ、前記球マーカーが配置された前記基準平面を含めて前記検出光の投受光を行い、これにより得られた画像データに基づき前記球マーカーの三次元座標値を求める座標値検出部を備えることが望ましい（請求項１１）。この構成によれば、写真測量を行うことなく、例えば三次元デジタイザのような測定手段により球マーカーの三次元座標値を求めることが可能となる。

本発明の請求項１２に係る断面検査方法は、基準平面上に所定の基準位置を提供する基準ブロックと検査対象物とを離間して固定するステップと、前記基準平面上に、前記基準ブロック及び検査対象物を挟んで少なくとも３つのマーカーを配置するステップと、前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、前記基準平面上に固定された前記基準ブロック及び前記測定対象物に所定の検出光を投光手段により投光し、その反射光を撮像手段により撮像して、前記基準ブロック、前記測定対象物及び前記マーカーの画像データを取得するステップと、前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値に基づいて、第１の平面π０を求めるステップと、前記少なくとも３つのマーカーのうち、２つのマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を決定するステップと、前記第２の平面π１を決定づける平面データと、前記画像データから得られる前記測定対象物の三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを取得するステップと、前記断面データから導出された検査対象物と基準ブロックの基準位置との位置関係が、予め定められた公差の範囲内であるか否かを判定するステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明の請求項１３に係る断面検査方法は、基準平面上に所定の基準位置を提供する基準ブロックと検査対象物とを離間して固定するステップと、前記基準平面上に、前記基準ブロック及び検査対象物を挟んで４つ以上のマーカーを配置するステップと、前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、前記基準平面上に固定された前記基準ブロック及び前記測定対象物に所定の検出光を投光手段により投光し、その反射光を撮像手段により撮像して、前記基準ブロック、前記測定対象物及び前記マーカーの画像データを取得するステップと、前記４つ以上のマーカーから、その短絡線が前記測定対象物を横断する第１のマーカー及び第２のマーカーと、これらマーカーとは異なる第３のマーカーとの少なくとも３つのマーカーを選択するステップと、前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値を求めるステップと、前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値に基づいて、第１の平面π０を求めるステップと、前記第１のマーカー及び第２のマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を決定するステップと、前記第２の平面π１を決定づける平面データと、前記画像データから得られる前記測定対象物の三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを取得するステップと、前記断面データから導出された検査対象物と基準ブロックの基準位置との位置関係が、予め定められた公差の範囲内であるか否かを判定するステップとを含むことを特徴とする。

これらの検査方法によれば、断面位置が明示された状態で、検査対象物及び基準ブロックの断面データを取得できる。従って、マーカーの配置位置を所望の箇所とすることで、検査対象物の基準ブロック（基準位置）に対するズレ量を正確に把握することができる。

上記いずれかの検査方法において、前記基準ブロックが、前記検査対象物に対する高さ比較の基準となる第１基準位置、及び／又は、前記検査対象物に対する隙間測定の基準となる第２基準位置を含むことが望ましい（請求項１４）。この検査方法によれば、第１基準位置に基づき検査対象物の仕上がりが段差公差の範囲内にあるか否か、また第２基準位置に基づき隙間公差の範囲内にあるか否かを判定することができる。

本発明によれば、基準平面上に配置された少なくとも３つのマーカーの三次元座標値に基づく第１の平面π０から導出される第２の平面π１は、２つのマーカーにより座標位置が把握されている平面であることから、第２の平面π１が測定対象物を縦断している場合、その断面は位置関係が明示的なものとなる。このため、第２の平面π１を決定づける平面データと測定対象物の三次元データとの交点から求められる三次元データの断面データは、位置情報が明示化された断面データとなる。従って、測定対象物の任意断面に相当する三次元データの任意断面データを、座標位置合わせ等を行うことなく所定の演算手法を用いて自動的に取得することができる。また、この方法を、測定対象物の基準ブロック（基準位置）に対するズレ量検知に適用すれば、例えば測定対象物の隙間段差検査を自動化することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態につき詳細に説明する。
図１は、本発明に係る断面データの取得方法を説明するための模式図である。ここでは、平坦な基準平面１１Ｐを提供する固定ゲージ１１の前記基準平面１１Ｐ上に、飲料容器の形態を備える測定対象物１２ａが載置固定され、この測定対象物１２ａについての任意断面データを取得する例を示している。

先ず、基準平面１１Ｐの上に、測定対象物１２ａが位置決め固定される。また、基準平面１１Ｐには、３つのマーカー１３ａが配置される。マーカー１３ａは、例えば円形の平面状シールからなる。ここでは、測定対象物１２ａを挟んで配置された第１マーカー１３１及び第２マーカー１３２と、これらマーカーを結ぶ線を底辺とする三角形の頂点位置に配置された第３マーカー１３３とが配置されている例を示している。

その後、第１〜第３マーカー１３１〜１３３の三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、測定対象物１２ａの三次元データが取得される。かかる三次元データは、例えば非接触型の三次元デジタイザにより求めることができる。なお、マーカーの三次元座標値は、例えば写真測量の手法を用いて求めることができる。この場合、三次元デジタイザにより、測定対象物１２ａだけでなく基準平面１１Ｐ上のマーカー１３ａを含めて測定しておくことで、マーカー１３ａの三次元座標値への三次元データの位置合わせが可能となる。また、測定対象物１２ａにも別のマーカーを貼付しておき、このマーカーを写真測量の対象とすると共に三次元デジタイザの測定対象としておけば、上記マーカー１３ａを必ずしも三次元デジタイザの測定対象とせずとも、マーカー１３ａの三次元座標値への三次元データの位置合わせが可能となる。或いは、写真測量等を行わずとも、マーカー１３ａとして立体的な球マーカーを用いれば、マーカー１３ａの三次元座標値と測定対象物１２ａの三次元データとの位置合わせが可能となる。これらの点については、後記の実施形態で詳述する。

３つのマーカー１３ａは、基準平面１１Ｐを利用して１つの平面を求めるために用いられる。すなわち、次のステップとして第１〜第３マーカー１３１〜１３３の各三次元座標値に基づいて、第１の平面π０が求められる。基準平面１１Ｐは、第１の平面π０を定めるために３つのマーカー１３ａの貼付基台を提供するものであり、必ずしも平面でなくとも良い。

一方、第１マーカー１３１及び第２マーカー１３２は、測定対象物１２ａにおいて断面を求めるべき断面線上に配置される。そして、さらに次のステップとして、この断面位置を定める第１マーカー１３１及び第２マーカー１３２を通り、第１の平面π０に垂直な面をなす第２の平面π１が決定される。この第２の平面π１は、測定対象物１２ａの所望箇所について断面を成す面であって、しかも三次元座標値が定かな第１マーカー１３１及び第２マーカー１３２に基づいているため、位置関係が把握されている平面である。なお、測定対象物１２ａの三次元データを求めるステップは、平面π０、π１を求めるステップの後、或いはその中間に行うようにしても良い。

しかる後、第２の平面π１を決定づける平面データと測定対象物１２ａの三次元データとの交点から、第１マーカー１３１及び第２マーカー１３２（の中心）の短絡線上における測定対象物１２ａ（三次元データ）の断面データが取得される。ここで、前記平面データは、例えば第２の平面π１を決定づける平面方程式として保持することができる。また前記三次元データは、ポリゴンメッシュデータとして保持することができる。この場合、断面データは、前記平面方程式とポリゴンメッシュデータとの交点を結ぶポリラインとして取得される。

このような断面データの取得方法によれば、基準平面上に配置された３つのマーカー１３ａの三次元座標値を利用して第１の平面π０を求め、さらに、第１マーカー１３１及び第２マーカー１３２を通り、第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を求める手法が採用されている。この第２の平面π１は、第１マーカー１３１及び第２マーカー１３２により座標位置が把握されている平面であるので、測定対象物１２ａにおける断面位置が明示的なものとなる。一方、測定対象物１２ａの三次元データは、マーカー１３ａの三次元座標値に対して位置合わせが可能に取得されている。従って、例えば第２の平面π１を決定づける平面方程式と測定対象物１２ａのポリゴンメッシュデータとの交点から断面データを取得することで、位置情報が明示化された測定対象物１２ａの断面データを取得することができる。

図２は、本発明に係る断面データの取得方法の、他の実施形態を説明するための模式図である。ここでは、固定ゲージ１１の前記基準平面１１Ｐ上に、円柱状の測定対象物１２ｂが載置固定され、この測定対象物１２ｂについての任意断面データを取得する例を示している。

先ず、基準平面１１Ｐの上に、測定対象物１２ｂが位置決め固定される。また、基準平面１１Ｐには、円形の平面状シールからなる６つのマーカー１３ｂが配置される。ここでは、測定対象物１２ｂを挟んで配置された第１マーカー１３４及び第２マーカー１３５、第３マーカー１３６及び第４マーカー１３７、並びに第５マーカー１３８及び第６マーカー１３９が配置されている例を示している。

その後、先に説明した実施形態と同様にして、マーカー１３ｂの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、測定対象物１２ｂの三次元データが取得される。これに続き、前記６つのマーカー１３ｂから、その短絡線が測定対象物１２ｂを横断する２つのマーカーと、これらマーカーとは異なる１つ以上のマーカーが選択される。例えば測定対象物１２ｂを横断する２つのマーカーとして、第１マーカー１３４及び第２マーカー１３５が選択され、これらマーカーとは異なるマーカーとして第４マーカー１３７及び第５マーカー１３８が選択される。ここでは、第１マーカー１３４及び第２マーカー１３５が断面を定めるマーカーである。

これらのマーカーは、基準平面１１Ｐを利用して１つの平面を求めるために用いられる。すなわち、次のステップとして第１、第２、第４、第５マーカー１３４、１３５、１３７、１３８の各三次元座標値に基づいて、第１の平面π０が求められる。次いで、第１マーカー１３４及び第２マーカー１３５を通り、第１の平面π０に垂直な面をなす第２の平面π１１が決定される。以下、断面を定めるマーカーとして第３マーカー１３６及び第４マーカー１３７が選択されて第３の平面π１２が決定され、また断面を定めるマーカーとして第５マーカー１３８及び第６マーカー１３９が選択されて第４の平面π１３が決定される。

しかる後、第２の平面π１を決定づける平面データと測定対象物１２ｂの三次元データとの交点から、第１マーカー１３４及び第２マーカー１３５（の中心）の短絡線上における測定対象物１２ｂ（三次元データ）の断面データが取得される。上記と同様に断面データ、例えば第２の平面π１を決定づける平面方程式と、測定対象物１２ｂのポリゴンメッシュデータとの交点を結ぶポリラインとして取得される。同様にして、第３の平面π１２を決定づける平面方程式と測定対象物１２ｂのポリゴンメッシュデータとの交点、第４の平面π１３を決定づける平面方程式と測定対象物１２ｂのポリゴンメッシュデータとの交点を求めることで、各々のマーカーの短絡線上における断面データがそれぞれ取得されるものである。

このような断面データの取得方法によれば、基準平面上に配置された６つのマーカーから、少なくとも３つのマーカーを選択するステップが含まれる。そして、選択された少なくとも３つのマーカーの三次元座標値を利用して第１の平面π０を求め、さらに、２つのマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１１、第３の平面π１２及び第４の平面π１３を求める手法が採用されている。この第２〜第４の平面π１１〜π１３は、第１マーカー１３４〜第６マーカー１３９により各々座標位置が把握されている平面であるので、測定対象物１２ｂにおける断面位置が明示的なものとなる。一方、測定対象物１２ｂの三次元データは、マーカー１３ｂの三次元座標値に対して位置合わせが可能に取得されている。従って、例えば第２の第２〜第４の平面π１１〜π１３を決定づける平面方程式と測定対象物１２ｂのポリゴンメッシュデータとの交点から断面データを取得することで、位置情報が明示化された測定対象物１２ｂの断面データを複数個取得することができる。

次に、上記で説明した断面データの取得方法を実現するための断面データ取得システムについて説明する。図３は、本発明に係る断面データ取得システムＳの一実施形態を示す構成図である。この断面データ取得システムＳは、測定ステージ１０上の測定対象物１２（ここでは自動車のドア部分を例示している）についての断面データを取得するためのものであって、非接触型の三次元デジタイザ２０（三次元形状測定装置）と、デジタルカメラ３０（撮像手段）と、パーソナルコンピュータ４０とを含んで構成されている。

測定ステージ１０は、基準平面１１Ｐを提供する固定ゲージ１１と、基準平面１１Ｐの上に載置固定される測定対象物１２と、測定対象物１２を挟んで配置されるマーカー１３とを有している。マーカー１３としては、形状的特徴に基づきポイント位置が特定可能な平面状マーカーが用いられる。ポイント位置は、例えば円マーカーの場合は中心点であり、三角形マーカーの場合は重心であり、四角形マーカーの場合は対角線の交点である。このようなポイント位置が、マーカーの三次元座標値を求めるポイントとなる。また、マーカー１３には、各マーカーの個体識別を可能とする識別パターンが付与されていることが望ましい。このようなマーカーを用いれば、マーカーを画像情報からパターン識別することが可能となり、例えばマーカーの選択ステップの容易化を図ることができる。

三次元デジタイザ２０は、光切断法と呼ばれる方式を用いて測定対象物１２の三次元データを求めるものである。この三次元デジタイザ２０は、所定の発光手段と受光手段とを含む光学ユニットが内蔵された略直方体形状のハウジングに、投光窓を備えた投光部２１と、受光窓を備えた受光部２２とが設けられてなる。投光部２１は、受光部２２の上側の、基線長に応じた所定距離だけ離れた位置に設けられている。

図４は、三次元デジタイザ２０による投受光動作を示す説明図である。投光部２１からは、水平方向に拡がるレーザビームであるスリット光２１Ｅが射出される。このスリット光２１Ｅは、水平方向に放射角度φで拡がり（扇形）、垂直方向に幅Ｗを有する平面状の光である。スリット光２１Ｅは、測定対象物１２に向けて照射される。スリット光２１Ｅは測定対象物１２の表面で反射し、その反射光２２Ｒの一部が受光部２２に入射するようになっている。

図５は、三次元デジタイザ２０の基本的な内部構成を示す模式図、図６は、三次元デジタイザ２０による三次元計測方法の原理を示す説明図である。図５に示すように、投光部２１（投光手段）は、光源となるレーザ光を発生するレーザ光源２１１と、前記レーザ光を投光窓に導く投光光学系２１２と、面回転するガルバノミラー２１３とを含んでいる。また受光部２２は、反射光２２Ｒが入射される受光レンズ２２１と、該受光レンズ２２１の光路上に配置されるＣＣＤ（Charge Coupled Device）等からなる撮像素子２２２（撮像手段）とを含んでいる。

投光部２１からは、測定対象物１２０に向けて所定のガルバノ回転角でガルバノミラー２１３を回転させつつ、順次スリット光２１Ｅ−１、２１Ｅ−２、２１Ｅ−３が投光される。かかる投光は、測定対象物１２０の全域を走査するように行われる。このときの反射光は、受光レンズ２２１を介して撮像素子２２２で受光される。撮像素子２２２で受光される画像２２２Ｄは、測定対象物１２０の立体形状に応じたスリット像１２０Ｅ−１、１２０Ｅ−２、１２０Ｅ−３を含むものとなる。そして、スリット光２１Ｅ−１、２１Ｅ−２、２１Ｅ−３の投光角と、撮像素子２２２の受光エリアにおけるスリット像１２０Ｅ−１、１２０Ｅ−２、１２０Ｅ−３の位置とから、三次元デジタイザ２０に内蔵されているデータ処理手段により、三次元デジタイザ２０から測定対象物１２０までの距離が三角測量の原理で算出される。

図６に基づき測定原理を説明する。先ず、投光点からのレーザ光Ｆの投光角θは、ガルバノミラー２１３のガルバノ回転角から求められる。レーザ光Ｆがある測定面１２０Ａ上の点Ｐ１で反射され、その反射光Ｒ１が受光部２２に入射したとすると、撮像素子２２２の受光面で検出される反射光Ｒ１の像位置ｙｉから、反射光Ｒ１の受光角φが算出される。そして、投光点と受光点との間の基線長Ｌと投光角θ、受光角φより、測定物面上の点Ｐ１までの距離Ｚ１が求められる。これは、別の測定面１２０Ｂ上の点Ｐ２で反射された反射光Ｒ２でも同様であり、この場合は、距離Ｚ２が求められる。

図３に戻って、デジタルカメラ３０は、写真測量を行うためのデジタル画像を取得するためのものである。このデジタルカメラ３０は、一眼レフレックス型のデジタルカメラが好適に用いられる。デジタルカメラ３０により、基準平面１１Ｐの上に載置固定された測定対象物１２と、マーカー１３と、図略のスケールバー（図１１参照）とを含んだ画像が複数枚撮像される。

パーソナルコンピュータ４０は、三次元デジタイザ２０により取得された三次元形状の測定データ、デジタルカメラ３０により取得された画像データを取り込んで、測定対象物１２についての断面データを求めるための各種演算を行う。

図７は、パーソナルコンピュータ４０の概略構成を示すブロック図である。パーソナルコンピュータ４０には、前記三次元形状の測定データ及び画像データを取得するために、三次元デジタイザ２０及びデジタルカメラ３０との通信を可能とするためのインターフェイス４１、前記三次元形状の測定データ及び画像データ、さらに演算処理や制御処理などのデータを一時的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）４２、種々の制御プログラム等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）４３、各種の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）４４及び液晶ディスプレイ等からなる表示部４５が備えられている。

図８は、ＣＰＵ４４の機能構成を示す機能ブロック図である。ＣＰＵ４４は、ＲＯＭ４３に格納された制御プログラムを実行することにより、写真測量処理部４４１（座標値検出手段）、三次元形状演算部４４２、平面抽出部４４３（平面抽出手段）、マーカー選択部４４４（選択手段）、統合処理部４４５（統合手段）、断面演算部４４６（断面演算手段）及び表示制御部４４７を具備するように機能する。

写真測量処理部４４１は、デジタルカメラ３０により視線方向を変えて複数枚取得された測定対象物１２、マーカー１３及びスケールバーについてのデジタル画像データを解析する。具体的には写真測量処理部４４１は、画像データからマーカー１３を認識し、視差を利用した写真測量の一般的手法に基づいて、マーカー１３の中心位置（全円の中心位置）の三次元座標値を求める演算を行う。

三次元形状演算部４４２は、三次元デジタイザ２０により取得された測定対象物１２についての測定データ（三次元形状の測定データ（ｘ，ｙ，ｚ））に基づいて、測定対象物１２の三次元形状を表わす三次元データを求める演算を行う。例えば三次元形状演算部４４２は、三次元形状の測定データ（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて、測定対象物１２のポリゴンモデル（ポリゴンメッシュ）を生成する。

平面抽出部４４３は、写真測量処理部４４１により求められた各マーカー１３の三次元座標値のうち、３つ以上のマーカー１３の三次元座標値を使用して、先に図１、図２で説明したような第１の平面π０を求める演算を行う。ここでは、マーカー１３は固定ゲージ１１の基準平面１１Ｐに貼付されているので、第１の平面π０は基準平面１１Ｐに沿う面となる。さらに平面抽出部４４３は、第１の平面π０の抽出に用いられた３つ以上のマーカーのうち２つのマーカーを通り、第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を求める演算を行う。なお、第１の平面π０及び第２の平面π１は、例えば平面方程式として求められる。

マーカー選択部４４４は、マーカー１３が多数（４つ以上）存在する場合において、第１の平面π０及び第２の平面π１を定める少なくとも３つのマーカーを選択指定する動作を行う。３つのマーカーとしては、その短絡線が測定対象物１２を横断する第１のマーカー及び第２のマーカー（第２の平面π１を定めるマーカー）と、これらマーカーとは異なる第３のマーカーとが選択される。マーカー選択部４４４によるマーカー選択動作は、ユーザからの手動指定を受け付けるものであっても良いが、予め識別パターンが付与されているマーカー１３を使用し、その識別パターンを照合して、ユーザが選択により意図されたマーカー１３を自動選択させるようにすることが望ましい。

統合処理部４４５は、三次元形状演算部４４２により求められた三次元データを、写真測量処理部４４１により求められたマーカー１３の三次元座標値に対して位置合わせする処理を行う。この統合位置合わせは、測定対象物１２の表面に所定のマーカーを貼付しておき、三次元デジタイザ２０による測定で導出された前記マーカーの三次元座標値を、デジタルカメラ３０による写真測量で求められた前記マーカーの三次元座標値に座標変換する方法を用いて行うことができる。

断面演算部４４６は、第２の平面π１を決定づける平面方程式と前記三次元データを構成するポリゴンメッシュのポリゴンエッジとの交点を求める演算を行う。そして、求められた交点をポリラインで結ぶことで、第２の平面π１により切断された箇所における測定対象物１２の断面データを求める。

表示制御部４４７は、断面演算部４４６により求められた断面データを、適宜な画像情報として表示部４５（図７）へ表示させるためのデータ処理を行う。なお、取得された断面データに基づき所定の検査判定処理（例えば段差隙間検査）が行われる場合は、図略の検査判定処理部に当該断面データが送信される。

以上の通り構成された断面データ取得システムＳを、自動車のアウターボディを構成するプレス部品の段差隙間検査（断面検査の一例）に適用する場合の検査手順並びに動作について説明する。図９は、段差隙間検査方法の第１実施形態に係る工程フローを示すフローチャートである。以下、図９のフローチャートに示すステップ＃１１〜＃１８の順に従い、各ステップの詳細、並びにそのときの断面データ取得システムＳの動作について順次説明する。

［ステップ＃１１］
まず図１０に示すように、測定ステージ６０を構成する固定ゲージ６１の基準平面上６１Ｐ上に、測定対象物５１が固定される。ここでは測定対象物５１は、自動車の前輪付近のアウターボディを構成するプレス部品を例示している。固定ゲージ６１の基準平面上６１Ｐ上には、予め所定の基準位置を提供する帯状の基準ブロック６２（段差隙間検査のための治具）が支柱６３を用いて複数立設されている。

基準ブロック６２は、測定対象物５１の周囲を取り囲むように、精度よく隙間検査並びに高さ検査が行いうる間隔が取れる位置に各々立設されている。基準ブロック６２には、測定対象物５１に対する高さ比較の基準となる第１基準位置と、測定対象物５１に対する隙間測定の基準となる第２基準位置とが備えられている（図１７に基づき後記で説明する）。測定対象物５１は、このような複数の基準ブロック６２で囲まれた空間内に、その外周縁部が基準ブロック６２の内周側の縁部と離間した状態で据え付け固定される。

［ステップ＃１２］
次に、図１１に示すように、基準平面上６１Ｐ、測定対象物５１及び基準ブロック６２の表面に、写真測量用のマーカーが貼付される。本実施形態では、前記マーカーとして、所定個数のコードマーカー７１（特許請求の範囲における「マーカー」に相当する）と無地マーカー７２とが用いられている例を示している。コードマーカー７１は、薄い円板状の基材の表面に、個体識別が可能な識別パターンが各々印刷されてなる。コードマーカー７１（７１１〜７１７）は、基準平面上６１Ｐに、測定対象物５１及び基準ブロック６２を挟むように、測定対象物５１についての段差隙間検査の検査位置Ｓ１〜Ｓ４にワンペアずつ配置される。すなわち、検査位置Ｓ１には測定対象物５１及び基準ブロック６２を挟んで一対のコードマーカー７１１、７１２が貼付されており、このコードマーカー７１１、７１２（の中心）同士を結ぶ短絡線が、測定対象物５１について断面データが取得される切断線となる。他の検査位置Ｓ２〜Ｓ４にも同様に、各々コードマーカー７１３、７１５、７１７のペア（これらについては、ペアの他方は図には表れていない）が配置される。なお、コードマーカー７１１〜７１７のペアの対応付けは、段差隙間検査の位置等に応じて、予めオペレータにより行われる。

無地マーカー７２は、単色の薄い円板状のマーカー（識別パターンが付されているものを用いても良い）である。無地マーカー７２は、基準平面上６１Ｐ上だけでなく、測定対象物５１の表面及び基準ブロック６２の表面に、適宜な間隔を置いて所要枚数だけ貼付される。さらに、写真測量における測定領域全体の縮尺を決定するために、スケールバー５２が固定ゲージ６１の傍らに配置される。スケールバー５２は、その両端にコードマーカーを備え、そのコードマーカーの中心点間距離が予め値付けされたものが用いられる。

［ステップ＃１３］
図１１に示したようなセッティングが完了したら、デジタルカメラ３０により測定対象物５１の撮影が行われる。この撮影は、基準平面上６１Ｐ、測定対象物５１及び基準ブロック６２に貼付された全てのコードマーカー７１及び無地マーカー７２、さらにスケールバー５２を含むように行われ、様々な位置、姿勢において複数枚のデジタル画像が取得される。撮影されたデジタル画像は、上述の写真測量処理部４４１（図８）へ送信され、コードマーカー７１及び無地マーカー７２の所在が画像処理により認識されると共に、これらマーカーの全円中心位置が視差を利用した写真測量の一般的手法に基づいて各々求められる。求められた位置情報は、各々のマーカーの三次元座標値としてＲＡＭ４２（図７）に格納される。

［ステップ＃１４］
続いて、コードマーカー７１（７１１〜７１７）の三次元座標値を用いて、平面抽出部４４３により測定対象物５１の断面を成す平面である第２の平面π１を求める演算が行われる。図１２を参照して、この演算の手法を説明する。先ず、最初の検査位置Ｓ１を決定づけるコードマーカー７１１、７１２及び他のコードマーカー７１３〜７１７の一部又は全部（マーカー選択部４４４により選択されているマーカー）の三次元座標値を用いて、これらの座標を含む第１の平面π０が最小自乗近似法により求められる。つまり、第１の平面π０に最も近似する平面方程式のパラメータが求められる。

そして、図１２に示すように、コードマーカー７１１、７１２を通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１が求められる。つまり、コードマーカー７１１、７１２の三次元座標値を含み第１の平面π０と直交する第２の平面π１の平面方程式のパラメータが求められる。同様にして、コードマーカー７１３とそのペアを含む第３の平面、コードマーカー７１５とそのペアを含む第４の平面及びコードマーカー７１７とそのペアを含む第５の平面についての平面方程式のパラメータが求められる。これら平面方程式のパラメータは、ＲＡＭ４２に格納される。

［ステップ＃１５］
次に、三次元デジタイザ２０により、測定対象物５１及び基準ブロック６２の三次元形状が測定される。通常、三次元デジタイザ２０の測定エリアはさほど広くなく、測定対象物５１が自動車のプレス部品のように大型のものである場合は、測定エリアを漸次シフトさせて複数回の測定を行い、測定対象物５１の全域をカバーする。

図１３は、三次元デジタイザ２０による測定態様を示す斜視図である。図示するように、測定にあたり三次元デジタイザ２０は三脚２３に取り付けられ、１つの測定エリアについての測定が完了したら、所定角度だけ首振りさせて次の測定エリアについての測定を行うという手法が取られる。各々の測定エリアは、互いに重複する部分を有するように設定される。

図１４は、三次元デジタイザ２０による１回の測定範囲である測定エリアＣ１を示した平面図である。図１４に示すように、測定エリアＣ１は、少なくとも３つ以上の無地マーカー７２が含まれるように設定される。これは、次のステップ＃１６で３つのマーカーを頂点とする三角形の特徴比較で、写真測量座標値との位置統合を行うからである。三次元デジタイザ２０は、先に図５、図６に示した測定原理に基づいて、測定エリアＣ１内の分解能に応じた各ポイントの三次元形状の測定データ（ｘ，ｙ，ｚ）を取得する。この測定データは三次元形状演算部４４２へ送信される。三次元形状演算部４４２により、この三次元形状の測定データ（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて三次元座標値が求められ、さらに測定対象物５１及び基準ブロック６２のポリゴンメッシュ（三次元データ）が生成される。これにより、無地マーカー７２の中心点の三次元座標値も明示されるようになる。

［ステップ＃１６］
続いて、統合処理部４４５により、三次元デジタイザ２０による測定データを、写真測量により求められた無地マーカー７２の三次元座標値を目標にして位置合わせすることで、座標値がマッチングされた統合データが生成される。統合処理部４４５により実行される処理の概要は次の通りである。先ず、三次元デジタイザ２０による測定データにおいて、測定エリアＣ１内に存在する複数の無地マーカー７２の中から３つの無地マーカー７２が選択される。ここで選択される無地マーカー７２は、可及的に真円度が高いもの、或いは円の直径が無地マーカー７２の設計値により近いものである。すなわち、三次元デジタイザ２０に正対した状態で測定された無地マーカー７２が選択される。これは、無地マーカー７２の中心点を求める演算が一層正確に行えるようにするためである。

そして、選択された３つの無地マーカー７２の中心点座標をつなぎ、三角形（Ａ）が作成される。図１４に示す例では、測定対象物５１に貼付された無地マーカー７２ａと、基準ブロック６２に貼付された２つの無地マーカー７２ｂ，７２ｃが選択され、これらマーカーの中心点をつなぐ三角形Ｔ１が作成されている例を示している。

次に、写真測量により検出された複数の無地マーカー７２から３つの無地マーカー７２が選択され、この３つの無地マーカー７２の中心点座標をつないで三角形（Ｂ）が作成される。ここでは、写真測量で三次元座標値が求められた全ての無地マーカー７２から３つを組み合わせて作成可能な三角形（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ３）・・・が作成される。そして、これらの三角形群の中から、上記三角形（Ａ）と最も合同に近い三角形（Ｂｎ）が求められる。この合同判定は、例えば三角形（Ａ）に対して三角形（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ３）・・・を重ね合わせた状態で、３つの頂点間の距離が最小となるように最小自乗近似を行う演算を順次行い、求められた３つの頂点間距離の和が最小となる三角形を三角形群の中から選び出すという手法を取ることができる。

図１５を参照して、以上のような操作は、先に図１４に示した測定エリアＣ１内に存在する三角形Ｔ１が、写真測量で求められた無地マーカー７２の三次元座標値群のどの位置
に存在しているのかを探し出す操作となる。上記合同判定で、図示する三角形Ｔ２が三角形Ｔ１と「合同」と判定された場合、三角形Ｔ１、Ｔ２を重畳させたその写真測量上の座標位置に、三次元デジタイザ２０の１つの測定エリアＣ１が存在することとなる。

三角形（Ａ）と最も合同に近い三角形（Ｂｎ）が求められたなら、三角形（Ａ）が三角形（Ｂｎ）に一致する座標変換行列が求められる。この座標変換行列を用いて、測定エリアＣ１についての測定データの三次元座標値が座標変換される。これにより、測定エリアＣ１の部分について統合データが生成されたこととなる。引き続き、他の測定エリアにおいて上記の「三角形（Ａ）」に相当する三角形を選定し、三角形（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｂ３）・・・群の中から合同に近い「三角形（Ｂｎ）」を選定し、その測定エリアに応じた座標変換行列を求めるという処理を全測定エリアについて行い、各々座標変換することで全ての領域について統合データが生成されるものである。

［ステップ＃１７］
その後、測定対象物５１及び基準ブロック６２の断面を成す平面である第２の平面π１を決定づける平面方程式と、測定対象物５１及び基準ブロック６２のポリゴンメッシュデータ（三次元データ）との交点が、断面演算部４４６により求められる。図１６は、コードマーカー７１１、７１２の位置（図１１、図１２参照）において、測定対象物５１及び基準ブロック６２（実際はこれらのポリゴンメッシュ）に対して張られている第２の平面π１を模式的に示した斜視図である。そして、求められた交点をポリラインで結ぶことで、第２の平面π１により切断された箇所における測定対象物５１の断面データが求められる。同様にして、第３〜第５の平面についても、先にステップ＃１４で求められＲＡＭ４２に格納されている平面方程式を読み出して断面データが求められる。

［ステップ＃１８］
しかる後、求められた断面データを用いて隙間段差検査が行われる。図１７は、その検査方法を説明するための断面説明図である。いま、検査位置Ｓ１で張られた第２の平面π１において、測定対象物５１の断面データ５１Ｓ１と、左右の基準ブロック６２の断面データ６２Ｓ１１，６２Ｓ１２とが取得されたものとする。基準ブロック６２には、予め測定対象物５１に対する高さ比較の基準となる第１基準位置ｆ１２，ｆ２２と、隙間測定の基準となる第２基準位置ｆ１４，ｆ２４とがそれぞれ準備されている。

第１基準位置ｆ１２，ｆ２２の三次元座標値と、測定対象物５１の断面データ５１Ｓ１に指定されている段差比較対象ポイントｆ１２，ｆ２２の三次元座標値とが比較され、両者間の段差ｄ１，ｄ２が左右それぞれで求められる。また、第２基準位置ｆ１４，ｆ２４の三次元座標値と、測定対象物５１の断面データ５１Ｓ１に指定されている隙間比較対象ポイントｆ１３，ｆ２３の三次元座標値とが比較され、両者間の隙間ｈ１，ｈ２が左右それぞれで求められる。そして、上記段差ｄ１，ｄ２及び隙間ｈ１，ｈ２が、定められた公差の範囲内であるか否かの検査が行われる。実際の処理では、パーソナルコンピュータ４０に予め公差を与えておき、該公差と測定により検出された段差、隙間との比較処理を実行させることで、自動的に検査処理させることができる。

以上説明した検査方法によれば、基準平面上６１Ｐに配置された少なくとも３つのコードマーカー７１の三次元座標値に基づく第１の平面π０から導出される第２の平面π１は、２つのコードマーカー７１１，７１２により座標位置が把握されている平面であることから、その断面は位置関係が明示的なものとなる。このため、第２の平面π１を決定づける平面方程式と測定対象物５１及び基準ブロック６２のポリゴンメッシュとの交点から求められる断面データは、位置情報が明示化された断面データとなる。このため、測定対象物５１及び基準ブロック６２の任意断面に相当する任意断面データを、手動で座標位置合わせ等を行うことなく自動的に取得することができる。従って、測定対象物５１の隙間段差検査を自動化することができる。

次に、段差隙間検査方法（断面データ取得方法）の他の実施形態について説明する。図１８は、段差隙間検査方法の第２実施形態に係る工程フローを示すフローチャートである。この第２実施形態は、デジタルカメラ３０による写真測量を行わない点で、上述の第１実施形態とは相違する。以下、図１８のフローチャートに示すステップ＃２１〜＃２８の順に従い、各ステップの詳細、並びにそのときの断面データ取得システムＳの動作について順次説明する。なお、ステップ＃２１は図９に示したステップ＃１１と、ステップ＃２８、＃２９はステップ＃１７、＃１８と同様であるので、これらのステップについてはここでは説明を省略乃至は簡略化する。

［ステップ＃２２］
ステップ＃２１で図９に示したステップ＃１１と同様にして、測定対象物５１及び基準ブロック６２の基準平面上６１Ｐへの据え付けが完了したら、続いて図１９に示すようにマーカーが適所に配置される。本実施形態では、写真測量を行わない代わりに、三次元デジタイザ２０により三次元形状が測定可能な球マーカーが使用される。この球マーカーは、球体若しくは半球体の形状を有し、磁石などの接着部材が付設されてなる。

本実施形態では、球マーカーとして、段差隙間検査の検査位置Ｓ１〜Ｓ４に配置される断面位置用球マーカー７３（特許請求の範囲における「マーカー」に相当する）と、位置合わせ用球マーカー７４とが用いられている例を示している。第１実施形態と同様に、断面位置用球マーカー７３（７３１〜７３７）は、段差隙間検査の検査位置Ｓ１〜Ｓ４に合わせて、基準平面上６１Ｐ上にワンペアずつ配置される。すなわち、検査位置Ｓ１には測定対象物５１及び基準ブロック６２を挟んで一対の断面位置用球マーカー７３１、７３２が配置されている。また、他の検査位置Ｓ２〜Ｓ４にも同様に、各々断面位置用球マーカー７３１、７３５、７３７のペア（これらについては、ペアの他方は図には表れていない）が配置される。なお、この時点では、断面位置用球マーカー７３１〜７３７のペアの電子データ上の対応付けは行われていない。位置合わせ用球マーカー７４は、基準平面上６１Ｐ上だけでなく、測定対象物５１の表面及び基準ブロック６２の表面に、適宜な間隔を置いて所要個数だけ配置される。

球マーカー７３、７４としては、その表面が無地のものを用いても良いが、表面に各マーカーの個体識別を可能とする識別パターン（凹凸）が形成されているものを用いても良い。或いは、球体若しくは半球体とされた球面の球径が異なる２種以上の球マーカーを用いる用にしても良い。このようにすれば、球マーカーのサイズによってマーカーの個体識別が行えるという利点がある。少なくとも、断面位置用球マーカー７３の球径と位置合わせ用球マーカー７４の球径とは異ならせることが望ましい。

［ステップ＃２３］
続いて、三次元デジタイザにより、測定対象物５１及び基準ブロック６２と、断面位置用球マーカー７３及び位置合わせ用球マーカー７４の三次元形状が測定される。三次元デジタイザ２０による測定態様は、図１３に示したものと同様である。この測定は、図２０に示すように、測定エリアを順次シフトしながら、測定対象物５１及び基準ブロック６２を含む基準平面上６１Ｐの略全域をカバーするように複数回行われる。この際、測定エリアＣ１１とＣ１２、Ｃ１２とＣ１３は、それぞれ一部測定エリアが重複するように測定が行われるが、この重複部に少なくとも断面位置用球マーカー７３若しくは位置合わせ用球マーカー７４が３個以上含まれるように各々の測定エリアが設定される。これは、後述する統合データの生成のためである。

［ステップ＃２４、＃２５］
三次元デジタイザ２０によるステップ＃２３の測定により、測定エリアＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３・・・の三次元形状の測定データ（ｘ，ｙ，ｚ）が各々取得される。これにより、断面位置用球マーカー７３及び位置合わせ用球マーカー７４を含んだ、測定対象物５１及び基準ブロック６２のポリゴンメッシュ（三次元データ）が生成される。また、断面位置用球マーカー７３及び位置合わせ用球マーカー７４の中心点の三次元座標値も取得される。

この測定データに基づいて、断面を成す平面を求める位置に配置されている断面位置用球マーカー７３（７３１〜７３７）が手動で検出される。そして、検出された断面位置用球マーカー７３１〜７３７について、断面を成す位置を定める２つ１組のペアが手動で対応付けられる。この場合は、検査位置Ｓ１に配置された断面位置用球マーカー７３１、７３２のペア、他の検査位置Ｓ２〜Ｓ４に配置された断面位置用球マーカー７３１、７３５、７３７の各ペアが対応付けられる。なお、断面位置用球マーカー７３１〜７３７の球径をそれぞれのペア毎に異なるものとしておく、その球形に基づきマーカーのペアを自動的に対応付けるようにしても良い。

［ステップ＃２６］
続いて、測定対象物５１及び基準ブロック６２の断面を成す平面が求められる。断面を成す平面は、断面位置用球マーカー７３１〜７３７のうち、３つ以上のマーカーの三次元座標値に基づいて第１の平面π０を求め、例えば検査位置Ｓ１に配置された断面位置用球マーカー７３１、７３２を通り前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１（平面方程式）として求められる。同様にして、他の検査位置Ｓ２〜Ｓ４についても断面を成す平面の平面方程式が求められる。

［ステップ＃２７］
そして、測定エリアＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３・・・についての複数の三次元データを、特徴形状の一致度合いに基づいて一体に統合する処理が行われる。図２１は、この統合処理を説明するための模式図である。図２１（ａ）に示すように、例えば測定エリアＣ１１と測定エリアＣ１２とは、ステップ＃２３で説明した通り、少なくとも３つのマーカー（ここでは位置合わせ用球マーカー７４）が重複するように測定領域が定められている。

ここで、測定エリアの重複部に含まれている位置合わせ用球マーカー７４を通る直線ｘに注目する。この直線ｘに沿った三次元形状は、図２１（ｂ）に示すように、測定エリアＣ１１及び測定エリアＣ１２の双方で検出される。測定エリアＣ１１における、直線ｘに沿った三次元形状ｘ１は、位置合わせ用球マーカー７４の突出した球形状に応じた凸曲線部ｘ１１と、測定対象物５１の平坦面に応じた平坦部ｘ１２とからなる。同様に、測定エリアＣ１２における、直線ｘに沿った三次元形状ｘ２は、凸曲線部ｘ２１と平坦部ｘ２２とからなる。このように同じ領域を重複して三次元計測した場合、特徴形状が一致する部分が存在することとなる。

従って、互いに重複する部分を測定エリアに含む測定エリアＣ１１及び測定エリアＣ１２の三次元データについて、例えば位置合わせ用球マーカー７４を含む直線領域を互いに抜き出して比較し、両者のずれが最小となるポイントを探し出すベストフィット処理を行うことで、測定エリアＣ１１の三次元データと測定エリアＣ１２の三次元データとの統合位置合わせが行うことができる。このような処理を取得された測定エリアＣ１１、Ｃ１２、Ｃ１３・・・の全てで行うことで、測定対象物５１及び基準ブロック６２全体の統合された三次元データ（ポリゴンメッシュ）が取得されるようになる。

このようにして取得された三次元データは、先に求められている断面位置用球マーカー７３の三次元座標値と座標系が同一であるため、座標変換処理等は不要である。以下、第１実施形態で説明したステップ＃１７、＃１８と同様にして、測定対象物５１及び基準ブロック６２の断面を成す平面の平面方程式と、測定対象物５１及び基準ブロック６２のポリゴンメッシュデータ（三次元データ）との交点から断面データが求められ（ステップ＃２８）、求められた断面データを用いて隙間段差検査が行われる（ステップ＃２９）。

以上説明した第２実施形態に係る検査方法によれば、球マーカーを用いることで、デジタルカメラを用いた写真測量を行うことなく、測定対象物５１及び基準ブロック６２について断面位置が特定された断面データを取得することができる。従って、測定対象物５１の隙間段差検査の省力化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば次のような変形実施形態を取ることができる。

（１）上記実施形態では、写真測量を行う手法と、球マーカーを用いる手法について例示した。これ以外にも、断面データを取得する位置を指定するマーカーの三次元座標値を求めることができ、且つ、測定対象物の三次元データの三次元座標値を前記マーカーの三次元座標値を目標にして位置合わせさえできる手法であれば、どのような手法を採用しても良い。

（２）上記実施形態では、パーソナルコンピュータ４０を、データ解析を行うための手段として用いる例を示したが、例えば三次元デジタイザ２０にデータ解析機能を具備させるようにしても良く、断面データ取得システムのハード構成は適宜に設定して良い。

（３）上記実施形態では、本発明に係る断面データ取得方法を、段差隙間検査に適用する例を示したが、リバースエンジニアリングのための形状データの取得、金属やプラスチック成型品の寸法管理や各種形状評価等、様々な用途に適用することができる。

本発明に係る断面データの取得方法を説明するための模式図である。 本発明に係る断面データの取得方法の、他の実施形態を説明するための模式図である。 本発明に係る断面データ取得システムＳの一実施形態を示す構成図である。 三次元デジタイザによる投受光動作を示す説明図である。 三次元デジタイザの基本的な内部構成を示す模式図である。 三次元デジタイザによる三次元計測方法の原理を示す説明図である。 パーソナルコンピュータの概略構成を示すブロック図である。 ＣＰＵの機能構成を示す機能ブロック図である。 段差隙間検査方法の第１実施形態に係る工程フローを示すフローチャートである。 測定対象物（自動車の前輪付近のアウターボディを構成するプレス部品）５１の固定ゲージ６１への取り付け状態を示す斜視図である。 測定対象物５１へのマーカーの取り付け状況を示す斜視図である。 第１の平面π０及び第２の平面π１を説明するための模式的な斜視図である。 三次元デジタイザによる測定態様を示す斜視図である。 三次元デジタイザによる１回の測定範囲である測定エリアＣ１を示した平面図である。 三次元デジタイザによる測定データを、写真測量により求められたマーカーの三次元座標値を目標にして位置合わせする手法を説明するための説明図である。 第１の平面π０及び第２の平面π１を説明するための模式的な斜視図である。 隙間段差検査の検査方法を説明するための断面説明図である。 段差隙間検査方法の第２実施形態に係る工程フローを示すフローチャートである。 測定対象物５１へのマーカーの取り付け状況を示す斜視図である。 三次元デジタイザによる測定データを、マーカーの三次元座標値を目標にして位置合わせする手法を説明するための説明図である。 複数の三次元データを、特徴形状の一致度合いに基づいて一体に統合する統合処理を説明するための模式図である。

π０ 第１の平面
π１ 第２の平面
１１、６１ 固定ゲージ
１１Ｐ、６１Ｐ 基準平面
１２、１２ａ、１２ｂ、５１ 測定対象物
１３、１３ａ、１３ｂ マーカー
２０ 三次元デジタイザ（測定手段／三次元形状測定装置）
３０ デジタルカメラ（撮像手段）
４０ パーソナルコンピュータ
４４１ 写真測量処理部（座標値検出手段）
４４２ 三次元形状演算部
４４３ 平面抽出部（平面抽出手段）
４４４ マーカー選択部（選択手段）
４４５ 統合処理部（統合手段）
４４６ 断面演算部（断面演算手段）
４４７ 表示制御部
６２ 基準ブロック
７１ コードマーカー（マーカー）
７２ 無地マーカー
７３、７４ 球マーカー

Claims (14)

1. 基準平面上に測定対象物を載置し、前記基準平面上に、前記測定対象物を挟んで少なくとも３つのマーカーを配置するステップと、
   前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、前記基準平面上に載置された前記測定対象物に所定の検出光を投光手段により投光し、その反射光を撮像手段により撮像して、前記測定対象物及び前記マーカーの画像データを取得するステップと、
   前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値に基づいて、第１の平面π０を求めるステップと、
   前記少なくとも３つのマーカーのうち、２つのマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を決定するステップと、
   前記第２の平面π１を決定づける平面データと、前記画像データから得られる前記測定対象物の三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを取得するステップと
   を含むことを特徴とする断面データ取得方法。
2. 基準平面上に測定対象物を載置し、前記基準平面上に、前記測定対象物を挟んで４つ以上のマーカーを配置するステップと、
   前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、前記基準平面上に載置された前記測定対象物に所定の検出光を投光手段により投光し、その反射光を撮像手段により撮像して、前記測定対象物及び前記マーカーの画像データを取得するステップと、
   前記４つ以上のマーカーから、その短絡線が前記測定対象物を横断する第１のマーカー及び第２のマーカーと、これらマーカーとは異なる第３のマーカーとの少なくとも３つのマーカーを選択するステップと、
   前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値を求めるステップと、
   前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値に基づいて、第１の平面π０を求めるステップと、
   前記第１のマーカー及び第２のマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を決定するステップと、
   前記第２の平面π１を決定づける平面データと、前記画像データから得られる前記測定対象物の三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを取得するステップと
   を含むことを特徴とする断面データ取得方法。
3. 前記第２の平面π１を決定づける平面データが平面方程式で定められるデータであり、前記三次元データがポリゴンメッシュデータであって、
   前記断面データは、前記平面方程式とポリゴンメッシュとの交点を結ぶポリラインとして取得されることを特徴とする請求項１又は２に記載の断面データ取得方法。
4. 前記マーカーとして、ポイント位置が特定可能な平面状マーカーが用いられ、
   前記マーカーの三次元座標値は、写真測量により求められることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の断面データ取得方法。
5. 前記マーカーとして、球面を備える球マーカーが用いられ、
   前記球マーカーが配置された前記基準平面を含めて前記検出光の投受光を行い、これにより得られた画像データに基づき前記球マーカーの三次元座標値が求められることを特徴とする請求項１又は２に記載の断面データ取得方法。
6. 前記マーカーとして、各マーカーの個体識別を可能とする識別パターンが付与されたマーカーが用いられることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の断面データ取得方法。
7. 前記球マーカーとして、前記球面の球径が異なる２種以上の球マーカーが用いられることを特徴とする請求項５に記載の断面データ取得方法。
8. 基準平面上に測定対象物を載置し、前記基準平面上に、前記測定対象物を挟んで少なくとも３つのマーカーが配置された状態において、前記測定対象物に所定の検出光を投光する投光手段と、前記検出光の反射光を受光する撮像手段とを備え、前記検出光の投受光により前記測定対象物及び前記マーカーの画像データを取得する測定手段と、
   前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値を求める座標値検出手段と、
   前記測定手段により取得された三次元データを、前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせする統合手段と、
   前記３つのマーカーの三次元座標値に基づいて第１の平面π０を求めると共に、前記少なくとも３つのマーカーのうち、２つのマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を求める平面抽出手段と、
   前記第２の平面π１を決定づける平面データと、前記画像データから得られる前記測定対象物の三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを求める断面演算手段と
   を備えることを特徴とする断面データ取得システム。
9. 基準平面上に測定対象物を載置し、前記基準平面上に、前記測定対象物を挟んで４つ以上のマーカーが配置された状態において、前記測定対象物に所定の検出光を投光する投光手段と、前記検出光の反射光を受光する撮像手段とを備え、前記検出光の投受光により前記測定対象物及び前記マーカーの画像データを取得する測定手段と、
   前記４つ以上のマーカーから、その短絡線が前記測定対象物を横断する第１のマーカー及び第２のマーカーと、これらマーカーとは異なる第３のマーカーとの少なくとも３つのマーカーを選択する選択手段と、
   前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値を求める座標値検出手段と、
   前記測定手段により取得された三次元データを、前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせする統合手段と、
   前記３つのマーカーの三次元座標値に基づいて第１の平面π０を求めると共に、前記少なくとも３つのマーカーのうち、２つのマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を求める平面抽出手段と、
   前記第２の平面π１を決定づける平面データと、前記画像データから得られる前記測定対象物の三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを求める断面演算手段と
   を備えることを特徴とする断面データ取得システム。
10. 前記座標値検出手段は、
    前記基準平面上に配置されたマーカーを含んだ画像を撮像する撮像手段と、
    前記画像に基づき写真測量に関する演算を行う写真測量演算手段とを含むことを特徴とする請求項８又は９に記載の断面データ取得システム。
11. 前記マーカーとして、球面を備える球マーカーが用いられ、
    前記球マーカーが配置された前記基準平面を含めて前記検出光の投受光を行い、これにより得られた画像データに基づき前記球マーカーの三次元座標値を求める座標値検出部を備えることを特徴とする請求項８又は９に記載の断面データ取得システム。
12. 基準平面上に所定の基準位置を提供する基準ブロックと検査対象物とを離間して固定するステップと、
    前記基準平面上に、前記基準ブロック及び検査対象物を挟んで少なくとも３つのマーカーを配置するステップと、
    前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、前記基準平面上に固定された前記基準ブロック及び前記測定対象物に所定の検出光を投光手段により投光し、その反射光を撮像手段により撮像して、前記基準ブロック、前記測定対象物及び前記マーカーの画像データを取得するステップと、
    前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値に基づいて、第１の平面π０を求めるステップと、
    前記少なくとも３つのマーカーのうち、２つのマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を決定するステップと、
    前記第２の平面π１を決定づける平面データと、前記画像データから得られる前記測定対象物の三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを取得するステップと、
    前記断面データから導出された検査対象物と基準ブロックの基準位置との位置関係が、予め定められた公差の範囲内であるか否かを判定するステップと
    を含むことを特徴とする断面検査方法。
13. 基準平面上に所定の基準位置を提供する基準ブロックと検査対象物とを離間して固定するステップと、
    前記基準平面上に、前記基準ブロック及び検査対象物を挟んで４つ以上のマーカーを配置するステップと、
    前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、前記基準平面上に固定された前記基準ブロック及び前記測定対象物に所定の検出光を投光手段により投光し、その反射光を撮像手段により撮像して、前記基準ブロック、前記測定対象物及び前記マーカーの画像データを取得するステップと、
    前記４つ以上のマーカーから、その短絡線が前記測定対象物を横断する第１のマーカー及び第２のマーカーと、これらマーカーとは異なる第３のマーカーとの少なくとも３つのマーカーを選択するステップと、
    前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値を求めるステップと、
    前記少なくとも３つのマーカーの三次元座標値に基づいて、第１の平面π０を求めるステップと、
    前記第１のマーカー及び第２のマーカーを通り、前記第１の平面π０に垂直な第２の平面π１を決定するステップと、
    前記第２の平面π１を決定づける平面データと、前記画像データから得られる前記測定対象物の前記三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを取得するステップと、
    前記断面データから導出された検査対象物と基準ブロックの基準位置との位置関係が、予め定められた公差の範囲内であるか否かを判定するステップと
    を含むことを特徴とする断面検査方法。
14. 前記基準ブロックが、前記検査対象物に対する高さ比較の基準となる第１基準位置、及び／又は、前記検査対象物に対する隙間測定の基準となる第２基準位置を含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の断面検査方法。
    

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