JP6194996B2 - 形状測定装置、形状測定方法、構造物の製造方法、及び形状測定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、形状測定装置、形状測定方法、構造物の製造方法、及び形状測定プログラムに関する。

従来、形状測定装置には、例えば歯車やタービンなど複雑な形状を有する測定対象の表面形状を接触センサによって測定するものが知られている。このような形状測定装置は、接触センサを測定対象の表面に接触させた状態の接触センサの位置を、測定対象の表面の空間座標に変換して測定対象の表面形状を測定している（例えば、特許文献１を参照）。

特公平０８―０２５０９２号公報

しかしながら、上述のような形状測定装置は、測定時間を短くすることが望まれるが、接触センサを測定対象の表面に接触させる動作を繰り返すことから、測定時間が長くなるために測定点の数を多くすることができないことがある。このような場合、上述のような形状測定装置は、測定時間を短くするために測定点の数を減らして測定している。つまり、上述のような形状測定装置は、形状を正確に測定することができないという問題があった。

本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、形状を正確に測定することができる形状測定装置、形状測定方法、構造物の製造方法、及び形状測定プログラムを提供することにある。

本発明の態様に従えば、
繰り返しの凹凸形状を有する測定対象の形状を測定する形状測定装置であって、
前記測定対象の前記繰り返しの凹凸形状を含む測定領域にライン状に測定光を照射する照射部と、
前記照射部により照射された位置を含む前記測定領域の像を取得する撮像部と、
前記測定対象を載置するテーブルと、
前記撮像部に対して前記テーブルに載置された前記測定対象を回転する回転移動部とを有し、
前記照射部は前記測定光の前記ラインの向きが、前記回転移動部の回転方向及び前記凹凸形状の稜線方向の両方に対して傾くように前記測定光を照射する形状測定装置が提供される。

本発明によれば、形状測定装置は、形状を正確に測定することができる。

本発明の第１の実施形態に係る形状測定装置の構成の一例を示す構成図である。 本実施形態における形状測定装置の構成の一例を示すブロック図である。 本実施形態における測定対象（平歯車）の形状測定方向の一例を示す構成図である。 本実施形態における測定対象（はすば歯車）の形状測定方向の一例を示す構成図である。 本実施形態における測定対象（かさ歯車）の形状測定方向の一例を示す構成図である。 本実施形態における測定対象（曲りばかさ歯車）の形状測定方向の一例を示す構成図である。 本実施形態における測定対象（ウォーム歯車）の形状測定方向の一例を示す構成図である。 本実施形態における制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 本実施形態に係る形状測定方法を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る形状測定装置の構成の一例を示す構成図である。 本実施形態における測定対象（はすば歯車）への照射方向の一例を示す構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る構造物製造システムの構成の一例を示す構成図である。 本実施形態における構造物製造システムの動作の一例を示すフローチャートである。

［第１の実施形態］
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による形状測定装置１００の概略構成を示す模式図である。
形状測定装置１００は、測定機本体１と制御ユニット４０（図２を参照）とを備えている。
図２は、本発明の一実施形態による測定機本体１と制御ユニット４０とのブロック図である。

図１に示されるように、測定機本体１は、水平な上面（基準面）を備えている基台２と、この基台２上に設けられ、測定ヘッド１３を支持して移動させる移動部１０と、基台２上に設けられ測定対象３を載置する支持装置３０とを備えている。ここで、本実施形態の形状測定装置１００は、例えば、歯車やタービンなど円周方向に周期的に配列されかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状の表面を有する測定対象３の表面形状を測定する。特に、歯車やタービンなどは、円周方向を含む面に対して垂直方向から射影した形状について、当該円周方向に中心に対して、放射状に凸部の稜線又は凹部の谷線が形成されている。したがって、凹凸形状が延在した方向の一例として、このような凸部の稜線や凹部の谷線が対応する。
ここで、この基台２の基準面を基準とする直交座標系を定義する。互いに直交するＸ軸とＹ軸とが基準面に対して平行に定められ、Ｚ軸が基準面に対して直交する方向に定められている。また、基台２には、Ｙ方向（紙面に垂直な方向でこれを前後方向とする）に延びるガイドレール（不図示）が設けられている。

移動部１０（第２移動部）は、そのガイドレール上をＹ方向に移動自在に設けられ、支柱１０ａと、支柱１０ａと対をなす支柱１０ｂとの間で水平に延びるように架け渡された水平フレーム１０ｃとを備え、門型の構造体を形成している。また、移動部１０は、水平フレーム１０ｃにおいて、Ｘ方向（左右方向）に移動自在に設けられたキャリッジ（不図示）を備えており、そのキャリッジに対してＺ方向（上下方向）に移動自在に設けられた測定ヘッド１３を備えている。

測定ヘッド１３の下部には、測定対象３の形状を検出する検出部２０（保持部）が設けられている。この検出部２０は、検出部２０の下方に配置される測定対象３との距離を検出するように、測定ヘッド１３に支持されている。測定ヘッド１３の位置を制御することにより、検出部２０の位置を移動させることができる。また、検出部２０とキャリッジとの間には、Z軸方向と平行な軸に対して検出部２０を回転するヘッド回転機構１３ａを有
している。

また、移動部１０の内部には、入力される駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させるヘッド駆動部１４（図２を参照）と、測定ヘッド１３の座標を検出し測定ヘッド１３の座標値を示す信号を出力するヘッド位置検出部１５（図２を参照）と、が設けられている。

基台２上には、支持装置３０が設けられている。支持装置３０は、ステージ３１と、支持テーブル３２とを備えている。
ステージ３１は、測定対象３を載置して把持する。
支持テーブル３２は、直交する２方向の回転軸周りにステージ３１を回転可能に支持することによりステージ３１を基準面に対して傾斜または水平回転させる。本実施形態の支持テーブル３２は、例えば、垂直（Ｚ軸方向）に延びる回転軸θを中心として水平面内で図１に示すＡ方向に回転可能、かつ、水平（Ｘ軸方向）に延びる回転軸φを中心として図１に示すＢ方向に回転可能にステージ３１を支持している。

また、支持装置３０には、入力される駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ及び回転軸φ回りに電動でそれぞれ回転駆動させるステージ駆動部３３（移動部、第１移動部）（図２を参照）と、ステージ３１の座標を検出し、ステージ座標値を示す信号を出力するステージ位置検出部３４（図２を参照）とが設けられている。

制御ユニット４０は、制御部４１と、入力装置４２と、モニタ４４とを備える。
制御部４１は、測定機本体１を制御する。その詳細は後述する。入力装置４２は、各種指示情報を入力するキーボードなどである。モニタ４４は、計測画面、指示画面、計測結果等を表示する。

続いて、図２を参照し、測定機本体１の構成について説明する。
測定機本体１は、駆動部１６と、位置検出部１７と、検出部２０（保持部）とを備えている。

駆動部１６は、前述のヘッド駆動部１４と、ステージ駆動部３３（移動部）とを備えている。
ヘッド駆動部１４は、支柱１０ａ、１０ｂをＹ方向に駆動するＹ軸用モータ、キャリッジをＸ方向に駆動するＸ軸用モータ、測定ヘッド１３をＺ方向に駆動するＺ軸用モータ及び検出部２０をZ軸方向と平行な軸に回転するヘッド回転用モータを備えている。ヘッド
駆動部１４は、後述の駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ヘッド駆動部１４は、その駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させる。
ステージ駆動部３３（移動部）は、ステージ３１を回転軸θ回りに回転駆動するロータリ軸用モータ及び回転軸φ回りに回転駆動するチルト軸用モータを備える。また、ステージ駆動部３３は、駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取り、受け取った駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ及び回転軸φ回りに、電動でそれぞれ回転させる。また、ステージ駆動部３３は、測定光が照射される測定対象３の位置を、円周方向に対応して定められる検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる。また、ステージ駆動部３３は、検出部２０を、測定対象３に対して検出部２０の移動方向ＤＲ３に相対的に移動させる。また、ステージ駆動部３３は、測定対象３の中心軸ＡＸと回転移動の回転軸θとを一致させて測定対象３を回転移動させる。

ここで、例えば、測定対象３としての歯車の形状を測定する場合、ステージ駆動部３３（移動部、第１移動部）は、測定光が照射される測定対象３の位置を、歯の歯幅の方向に対応して定められる検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる。

位置検出部１７は、前述のヘッド位置検出部１５と、ステージ位置検出部３４とを備えている。
ヘッド位置検出部１５は、測定ヘッド１３のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の位置及びヘッドの設置角度をそれぞれ検出するＸ軸用エンコーダ、Ｙ軸用エンコーダ、Ｚ軸用エンコーダ、及びヘッド回転用エンコーダを備えている。また、ヘッド位置検出部１５は、それらのエンコーダによって測定ヘッド１３の座標を検出し、測定ヘッド１３の座標値を示す信号を後述の座標検出部５１へ供給する。
ステージ位置検出部３４は、ステージ３１の回転軸θ及び回転軸φ回りの回転位置をそれぞれ検出するロータリ軸用エンコーダ及びチルト軸用エンコーダを備えている。また、ステージ位置検出部３４は、それらのエンコーダを用いて、ステージ３１の回転軸θ及び回転軸φ回りの回転位置を検出し、検出した回転位置を表す信号を座標検出部５１へ供給する。

検出部２０（保持部）は、照射部２１と、撮像部２２とを有する光プローブ２０Ａを備えており、光切断方式により測定対象３の表面形状を検出する。つまり、検出部２０（保持部）は、照射部２１と撮像部２２との間の相対的な位置が変化しないように、照射部２１と撮像部２２とを保持している。
照射部２１は、後述の間隔調整部５２から供給される光の照射を制御する制御信号に基づき、所定の光量分布を有する測定光を、測定対象３の表面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１（第１方向）によって測定対象の測定領域（測定対象の表面）に照射する。この測定光は、例えば、平面に照射された場合にライン状に形成される光量分布を有している。この場合、測定対象３に照射された測定光は、測定対象３の凹凸形状に応じて長手方向が設定されたたライン状の投影パターンを測定対象３に投影することでに形成される。この長手方向が前述のような方向になるように、ヘッド回転機構１３ａを駆動制御している。このような測定光は、例えば、点光源から発せられた光が屈折または掃引されてライン状に形成されてもよい。このライン状に形成された測定光によって、測定対象３の表面に光切断線ＰＣＬが形成される。つまり、光切断線ＰＣＬは、測定対象３の表面形状に応じて形成される。

ここで、例えば、測定対象３としての歯車の形状を測定する場合、照射部２１は、測定対象３の歯車が有する歯の表面にある形状に応じた光量分布を有する測定光を、歯の歯面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１（第１方向）によって歯面に照射する。この場合、光切断線ＰＣＬは、測定対象３の表面形状（例えば、歯車の歯面の形状）に応じて形成される。

撮像部２２は、測定光が照射された表面の所定の方向（測定対象３の円周方向とは異なる方向）に対応して定められる撮像方向ＤＲ２（第２方向）から測定光が撮像された撮像画像を生成する。例えば、本実施形態の撮像部２２は、測定対象３の凹凸形状が延在する方向を撮像方向ＤＲ２にして、測定光が撮像された撮像画像を生成する。ここで、測定対象３が歯車である場合には、測定対象３の凹凸形状（つまり歯車の歯）が延在する方向は、例えば歯車の歯すじの方向である。この場合、本実施形態の撮像部２２は、測定対象３としての歯車の歯すじの方向から測定光が投影された歯面の像を撮像画像として生成する。このように、撮像部２２は、照射部２１からの照射光により測定対象３の表面に形成される光切断線ＰＣＬを撮像する。
なお、測定対象３の凹凸形状が延在する方向に対応して撮像方向ＤＲ２が設定されているが、必ずしも凹凸形状が延在する方向と一致する必要は無く、延在方向を中心に、測定部位の凸部又は凹部が、隣接する凸部により撮像部２２から見て隠れない方向であればよい。

また、撮像部２２は、測定対象３の表面に形成される陰影パターンを撮像し、撮像した画像情報を間隔調整部５２へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。撮像部２２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、Ｃ−ＭＯＳ（Complementary
Metal Oxide Semiconductor）センサなどの個体撮像素子を備えている。

ここで、例えば、測定対象３としての歯車の形状を測定する場合、撮像部２２は、測定光が照射された歯面の歯すじの向きに対応して定められる撮像方向ＤＲ２（第２方向）から光切断線が撮像された撮像画像を生成する。

続いて、制御ユニット４０について説明する。上述したように、制御ユニット４０は、制御部４１と、入力装置４２と、モニタ４４とを備える。
入力装置４２は、ユーザが各種指示情報を入力するキーボードを備えており、例えばキーボードに入力された指示情報を検出し、検出した指示情報を記憶部５５に書き込み記憶させる。本実施形態の入力装置４２には、例えば、測定対象３の種類が指示情報として入力される。例えば、測定対象３が歯車である場合に、入力装置４２には、測定対象３の種類としては、歯車の種類（例えば、平歯車ＳＧ、はすば歯車ＨＧ、かさ歯車ＢＧ、曲りばかさ歯車ＳＢＧ、ウォーム歯車ＷＧなど）が指示情報として入力される。

モニタ４４は、データ出力部５７から供給された測定データ（全測定ポイントの座標値）等を受け取る。モニタ４４は、受け取った測定データ（全測定ポイントの座標値）等を表示する。また、モニタ４４は、計測画面、指示画面等を表示する。

制御部４１は、座標検出部５１と、間隔調整部５２と、座標算出部５３（測定部）と、駆動制御部５４と、記憶部５５と、移動指令部５６と、データ出力部５７と、位置設定部５８とを備えている。

記憶部５５には、測定対象３の種類ごとに、測定対象３の凹凸形状が延在する方向の位置と、凹凸形状が延在する方向の位置毎に凹凸形状が延在する方向を示す情報とが関連付けられて予め記憶されている。本実施形態の記憶部５５には、例えば、歯車の種類ごとに、歯車の歯すじ方向の位置と、歯すじ方向の位置毎に歯すじの方向を示す情報とが関連付けられて予め記憶されている。つまり、記憶部５５には、測定ポイントの移動方向が、歯車の種類に関連付けられて予め記憶されている。また、記憶部５５には、測定対象３の種類ごとに、測定対象３の測定開始位置（最初の測定ポイント）の座標値と測定終了位置（最後の測定ポイント）の座標値、及び各測定ポイントの距離間隔が、測定対象３の種類に関連付けられて予め記憶されている。また、記憶部５５には、座標算出部５３から供給された三次元座標値の点群データが測定データとして保持される。また、記憶部５５には、座標検出部５１から供給された各測定ポイントの座標情報が保持される。また、記憶部５５には、設計データ（ＣＡＤデータ）が保持される。位置設定部５８は、後述のように、記憶部５５に保持された測定対象３の設計データ等の形状情報から、歯すじ方向を特定し、歯すじ方向に関する情報を移動指令部５６に出力する。

座標検出部５１は、ヘッド位置検出部１５から出力される座標信号により、ヘッド位置検出部１５に支持されている光プローブ２０Ａの位置、すなわち水平方向における観察位置と上下方向における観察位置と、光プローブ２０Ａの撮像方向を検知する。また、座標検出部５１は、ステージ位置検出部３４から出力される回転位置を示す信号により、ステージ３１の回転軸θ及び回転軸φ回りの回転位置を検知する。座標検出部５１は、それぞれ検知された水平方向における観察位置と上下方向における観察位置の情報と、ステージ位置検出部３４から出力される回転位置を示す情報（ステージ３１の回転位置情報）とから、座標情報を検出する。そして、座標検出部５１は、光プローブ２０Ａの座標情報、撮像方向とステージ３１の回転位置情報とを座標算出部５３へ供給する。また、座標検出部５１は、光プローブ２０Ａの座標情報、撮像方向とステージ３１の回転位置情報とに基づいて、光プローブ２０Ａとステージ３１との相対的な移動経路、移動速度、移動が停止しているか否かなどの情報を検出し、検出した情報を移動指令部５６へ供給する。

間隔調整部５２は、座標計測開始前に記憶部５５からサンプリング周波数を指定するデータを読み出す。間隔調整部５２は、そのサンプリング周波数で、撮像部２２から画像情報を受け取る。そして、間隔調整部５２は、該画像情報から測定対象３の表面の形状データを算出するためのフレームを間引いた画像情報を、座標算出部５３に供給する。

また、間隔調整部５２は、撮像部制御部５２Ａを備えている。
撮像部制御部５２Ａは、測定光が照射されている測定対象３の回転移動の半径方向の位置に応じて、撮像部２２の撮影間隔を可変する。例えば、撮像部制御部５２Ａは、測定光が照射されている測定対象３の回転移動の半径方向の位置が最外周に近い場合は、当該位置が回転中心に近い場合に比べて、撮像部２２の撮影間隔（つまり、撮像部２２が測定対象３を撮像する時間の間隔）を短くする。このように、撮像部制御部５２Ａは、撮像部２２の露光時間が、測定光が照射されている測定対象３の回転移動の半径方向の位置が最外周を撮像しても、撮像した画像にぶれが生じない程度に十分早い場合には、撮影間隔を可変する。これにより、形状測定装置１００は、測定対象３の回転移動の速度を変化させることなく形状を測定することができる。なお、特に、撮影間隔については、測定光が測定対象３に照射された場合における、測定光の長手方向の長さ(或いは、測定光の半径方向に射影したときの長さ)と、測定位置における回転線速度とに基づいて、撮影間隔を可変することが好ましい。

駆動制御部５４は、移動指令部５６からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部１４に駆動信号を出力して、測定ヘッド１３の駆動制御を行う。また、駆動制御部５４は、移動制御部５４Ａと、速度制御部５４Ｂとを備えている。
移動制御部５４Ａは、測定対象３を、測定対象３の円周方向に対応して定められる検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に回転移動させて、測定光が照射される位置を移動させる。本実施形態の移動制御部５４Ａは、例えば、測定対象３としての歯車を、歯車の円周方向に一致するように定められる移動方向ＤＲ３（つまり歯車の円周方向）に回転移動させて、測定光が照射される位置を移動させる。すなわち、移動制御部５４Ａは、歯車を検出部２０の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に回転移動させて、測定光が照射される位置を検出部２０の移動方向ＤＲ３に相対的に移動させる。このようにして、本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象３の円周方向に周期的に配列されかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状（例えば、測定対象３としての歯車の歯やタービンのブレード）に対して順に測定光を照射して、測定対象３の表面形状を測定する。

速度制御部５４Ｂは、測定光が照射されている測定対象３の回転移動のステージ半径ｒｓ方向（半径方向）の位置に応じて、測定対象３を相対的に回転移動させる移動速度を制御する。例えば、測定対象３としての、かさ歯車ＢＧの形状を測定する場合、本実施形態の速度制御部５４Ｂは、測定光が照射されているステージ半径ｒｓ方向の位置が、かさ歯車ＢＧの回転中心部から外周部に移動するに従って遅くするようにステージ３１の回転移動速度を制御する。つまり、速度制御部５４Ｂは、かさ歯車ＢＧに測定光が照射されている位置が、かさ歯車ＢＧの内周部では速く、外周部では遅くするようにステージ３１の回転移動速度を制御する。

座標算出部５３（測定部）は、光プローブ２０Ａにより検出された測定対象３の表面の形状に基づいて、測定対象３の表面の形状データ、すなわち三次元形状データを算出する。つまり、座標算出部５３（測定部）は、撮像部２２からの撮像画像から、撮像部２２の撮像面上での測定光が検出された位置に基づいて、表面の形状を測定する。また、座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給されたフレームが間引かれた画像情報を受け取る。座標算出部５３は、座標検出部５１から供給された光プローブ２０Ａの座標情報、撮像方向と、ステージ３１の回転位置情報とを受け取る。また、座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給された画像情報と、光プローブ２０Ａの座標情報、撮像方向と、ステージ３１の回転位置情報とに基づき、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出する。

ここで、例えば、測定対象３としての歯車の形状を測定する場合、座標算出部５３（測定部）は、撮像部２２からの撮像画像に撮像されている像の測定光の位置に基づいて、歯の形状を測定する。

具体的な算出方法は以下の通りである。まず、座標算出部５３は、受け取った光プローブ２０Ａの座標から、光プローブ２０Ａに固定された照射部２１の座標と、撮像部２２の座標を算出する。
ここで、照射部２１は光プローブ２０Ａに固定されているので、照射部２１の照射角度は、光プローブ２０Ａに対して固定である。また、撮像部２２も光プローブ２０Ａに固定されているので、撮像部２２の撮像角度は、光プローブ２０Ａに対して固定である。

座標算出部５３は、照射した光が測定対象３にあたった点の座標を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。ここで、照射した光が測定対象３にあたった点の座標は、照射部２１の座標から照射部２１の照射角度で描画される直線と、撮像部２２の座標から撮像部２２の撮像角度で描画される直線（光軸）とが交わる点の座標である。なお、上記の撮像された画像は、測定位置に配置された光プローブ２０Ａによって検出された画像を示す。
このようにして、座標算出部５３（測定部）は撮像部２２からの撮像画像に撮像されている像の測定光の位置に基づいて、表面の形状を測定する。

また、測定対象３は、ステージ３１に支持されている。測定対象３は、支持テーブル３２によって、ステージ３１が回転軸θ周りに回転することにより、ステージ３１の回転軸θを中心にステージ３１と一緒に回転する。また、測定対象３は、ステージ３１が回転軸φ周りに回転することにより、ステージ３１の回転軸φを中心にステージ３１と一緒に回転する。つまり、算出された光が照射された位置の座標は、ステージ３１の回転軸θ及び回転軸φを中心に回転したことによって姿勢が傾けられた測定対象３の表面の位置を示す情報である。このようにして、座標算出部５３は、光が照射された位置の座標を、ステージ３１の傾き、即ち回転軸θ及び回転軸φ周りの回転位置情報に基づいて、ステージ３１の傾きを補正することにより、実際の測定対象３の表面形状データを算出する。
また、座標算出部５３は、算出した測定対象３の表面形状データである三次元座標値の点群データを記憶部５５に記憶させる。

駆動制御部５４は、移動指令部５６からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部１４及びステージ駆動部３３（移動部）に駆動信号を出力して、測定ヘッド１３及びステージ３１の駆動制御を行う。

移動指令部５６は、記憶部５５から、入力装置４２によって記憶された指示情報（つまり測定対象３の種類）を読み出す。また、移動指令部５６は、読み出した測定対象３の種類に関連付けられた測定対象３の測定範囲を示す測定ポイントの座標値、測定対象３の測定開始位置（最初の測定ポイント）の座標値、測定終了位置（最後の測定ポイント）の座標値、測定ポイントの移動方向、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータ等を記憶部５５から読み出す。移動指令部５６は、記憶部５５から読み出した情報のうち、測定対象３の形状に関する情報を位置設定部５８に送る。位置設定部５８は、測定対象３の形状に関する情報から、測定対象３の歯すじ方向を特定し、移動指令部５６に送る。移動指令部５６は、上記読み出したデータ及び位置設定部５８から送られた歯すじ方向に関するデータに基づいて、測定対象３に対するスキャンの移動経路を算出する。そして、移動指令部５６は、算出した移動経路及び記憶部５５から読み出した各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）等に従って、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３（移動部）とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる。

例えば、移動指令部５６は、移動経路及び測定ピッチに従って、測定ヘッド１３の移動または移動の停止と、ステージ３１の回転または回転の停止を駆動させる指令信号を供給して、光プローブ２０Ａとステージ３１との相対的な位置を移動させて測定ポイント毎に停止させる。また、移動指令部５６は、この指令信号を間隔調整部５２に供給する。

データ出力部５７は、記憶部５５から測定データ（全測定ポイントの座標値）等を読み出す。データ出力部５７は、その測定データ等をモニタ４４に供給する。また、データ出力部５７は、測定データ等をプリンタやCADシステムなど設計システム（不図示）へ出力する。

例えば、間隔調整部５２は、所定のサンプリング周波数で光プローブ２０Ａにより測定対象３の表面に照射される計測光によって形成される陰影パターンを撮像した画像情報を受け取る。座標算出部５３は、この画像情報に基づいて、照射した光が測定対象３にあたった点（陰影パターン上の点）の座標を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。そして、座標算出部５３は、所定のサンプリング周波数で撮像される画像情報毎に、陰影パターンの座標値の点群データを算出する。

次に、本実施形態の形状測定装置１００が測定対象３である歯車の形状を測定する場合の、照射方向ＤＲ１、撮像方向ＤＲ２、移動方向ＤＲ３及び移動方向ＤＲ４の各方向について、平歯車ＳＧ、はすば歯車ＨＧ、かさ歯車ＢＧ、曲がりばかさ歯車ＳＢＧ及びウォーム歯車ＷＧの形状を測定する場合を例にして説明する。

［平歯車の測定］
本実施形態の形状測定装置１００は、例えば、図３に示すように、平歯車ＳＧを測定対象３にして測定対象３の形状を測定することができる。
図３は、平歯車ＳＧの形状を測定する形状測定装置１００の構成を示す図である。
形状測定装置１００によって平歯車ＳＧの形状を測定する場合、測定対象３である平歯車ＳＧは、例えば、平歯車ＳＧの回転軸の中心とステージ３１の回転軸θの中心とを一致させてステージ３１上に載置される。つまり、ステージ駆動部３３（移動部）は、平歯車ＳＧの回転軸と回転移動の回転軸とを一致させて、平歯車ＳＧを回転移動させる。

ここで、照射部２１は、図３（ａ）に示すように、測定光を、平歯車ＳＧの歯面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１（第１方向）によって平歯車ＳＧの歯面に照射する。具体的には、各歯の頭頂部の包絡面を想定し、測定領域における包絡面に対して垂直な方向となる。この場合、撮像部２２は、測定光が照射された平歯車ＳＧの歯面（表面）の歯すじの方向（円周方向とは異なる方向）に対応して定められる撮像方向ＤＲ２（第２方向）から測定光を撮像する。つまり、撮像部２２は、図３（ｂ）に示すように、平歯車ＳＧの歯すじの方向、つまりＺ軸方向を撮像方向ＤＲ２にして、光切断線ＰＣＬを撮像する。また、この場合、移動制御部５４Ａは、図３（ｂ）に示すように、回転軸θを中心にした移動方向ＤＲ３の方向に支持テーブル３２を回転させる。すなわち、移動制御部５４Ａは、測定光が照射される測定対象３の位置を、円周方向に対応して定められる検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる。このようにして、形状測定装置１００は、平歯車ＳＧの形状を測定する。

また、本実施形態の形状測定装置１００は、測定光が照射される測定領域の位置を、円周方向に対応した移動方向ＤＲ３（第３方向）に移動させるように照射部２１と測定対象３とを相対的に移動する移動部１０を備えている。また、撮像部２２は、第３方向に測定領域が変位する毎に撮像画像を生成し、座標算出部５３（測定部）は、撮像画像に基づいて、複数の凹凸形状を測定する。また、移動部１０は、更に凹凸形状が延在する方向に対応して定められる移動方向ＤＲ４（第４方向）に移動させるように照射部２１と測定対象３とを相対的に移動する。
具体的には、形状測定装置１００は、測定領域を平歯車ＳＧの歯の配列方向（例えば、図３（ａ）の回転軸θの回転方向）に沿って移動させながら、歯すじの方向（例えば、図３（ａ）の回転軸θの軸線方向）に沿って順次移動させる。例えば、形状測定装置１００は、平歯車ＳＧを回転軸θの回転方向（例えば、図３（ｂ）の移動方向ＤＲ３（第３方向））に回転させて、各々の歯が測定領域になるように測定領域を移動させる。これとともに、形状測定装置１００は、照射部２１及び撮像部２２を平歯車ＳＧの回転軸θの軸線方向（例えば、図３（ｂ）の移動方向ＤＲ４（第４方向））に移動させて、歯面のそれぞれの位置が測定領域になるように測定領域を移動させる。このようにして、本実施形態の形状測定装置１００は、平歯車ＳＧの各々の歯の形状を順次測定することができる。これにより、本実施形態の形状測定装置１００は、歯車の歯面の形状の測定速度を向上することができる。

また、このとき、照射部２１は、測定対象３の凹凸形状の最凸部と最凹部とにライン（光切断線ＰＣＬ）が形成される測定光の照射方向である照射方向ＤＲ１（第１方向）によって、測定光を照射する。つまり、照射部２１は、測定対象３としての歯車の歯先と歯底とに光切断線ＰＣＬが形成される照射方向ＤＲ１によって、測定光を照射する。これにより、形状測定装置１００は、歯車の歯面の形状の測定速度を向上することができる。

このようにして、撮像部２２は、測定対象３表面の凹凸形状の円周方向の長さと、表面に照射されている測定光が撮像される長さとに応じて撮像した複数の撮像画像を生成する。また、座標算出部５３（測定部）は、撮像部２２によって撮像された撮像画像に基づいて、複数の凹凸形状を測定する。ここで、測定対象３が歯車である場合には、歯車の円周方向における測定対象３の凹凸形状（つまり歯車の歯）の寸法は、歯車の歯厚の方向である。また、表面に照射されている測定光が撮像される長さとは、例えば、測定対象３の表面に形成される光切断線ＰＣＬの撮像方向ＤＲ２から見た長さのうちの、撮像部２２によって撮像される長さである。つまり、測定対象３が歯車である場合には、撮像部２２は、歯の歯幅の長さと歯面に照射されている測定光が撮像される長さとに応じて撮像した複数の撮像画像を生成する。すなわち、撮像部２２は、歯車が有する複数の歯をそれぞれ撮像した複数の撮像画像を生成する。この場合、座標算出部５３（測定部）は、これら複数の撮像画像に基づいて、複数の歯の形状を測定する。

なお、照射部２１は、測定対象３の円周方向に交差する方向を光切断線ＰＣＬ（ライン）の方向にして測定光を照射してもよい。つまり、照射部２１は、光切断線ＰＣＬが、例えば、平歯車ＳＧの円周方向から歯すじの方向に傾いて形成されるように測定光を照射してもよい。また、歯すじに対して左右のどちらか一方の面を測定したい場合には、測定光を測定したい歯の面に対して垂直に近くなるように設定しても良い。

また、本実施形態の形状測定装置１００は、測定光が照射される測定領域の位置が、円周方向に対応した移動方向ＤＲ３（第３方向）に移動するように照射部２１と測定対象３とを相対的に移動させる移動部１０を備えていてもよい。また、撮像部２２は、第３方向に測定領域が変位する毎に測定対象を撮像して撮像画像を生成し、座標算出部５３（測定部）は、撮像部２２によって生成された撮像画像に基づいて、複数の凹凸形状を測定してもよい。また、移動部１０は、更に凹凸形状が延在する方向に対応して定められる移動方向ＤＲ４（第４方向）に移動するように照射部２１と測定対象３とを相対的に移動させてもよい。このようにして、本実施形態の形状測定装置１００は、平歯車ＳＧの各々の歯の形状を順次測定することができる。これにより、本実施形態の形状測定装置１００は、歯車の歯面の形状の測定速度を向上することができる。

また、本実施形態の形状測定装置１００が備える移動部１０は、移動制御部５４Ａにより制御されてもよい。また、移動制御部５４Ａは、移動方向ＤＲ３（第３方向）への角度変位量は、１回転を１とし、かつ移動方向ＤＲ４（第４方向）への凹凸形状が延在する方向への寸法を１としたときに、移動方向ＤＲ３（第３方向）の角度変位量に対する移動方向ＤＲ４（第４方向）の移動量は、１よりも大きい値となるように制御してもよい。例えば、移動制御部５４Ａは、移動方向ＤＲ３（第３方向）への角度変位量を回転軸θ周りの１回転を１として正規化し、移動方向ＤＲ４（第４方向）への凹凸形状が延在する方向への測定光が照射される測定領域の寸法を１として正規化した場合において、移動方向ＤＲ３（第３方向）の角度変位量に対する移動方向ＤＲ４（第４方向）の移動量は、１よりも大きい値となるように制御してもよい。これにより、本実施形態の形状測定装置１００は、回転軸θ周りに１回転する毎に回転軸θの半径方向に測定領域を移動させることができるため、測定領域を重複させずに測定対象３の形状を測定することができる。つまり、本実施形態の形状測定装置１００は、凹凸形状（例えば、歯車の歯面の形状）の測定速度を向上することができる。

また、この場合において、本実施形態の形状測定装置１００が備える移動制御部５４Ａは、移動方向ＤＲ３（第３方向）への角度変位量に応じた連続した移動量によって、移動方向ＤＲ４（第４方向）への凹凸形状が延在する方向に移動部１０を移動させてもよい。また、本実施形態の形状測定装置１００が備える移動制御部５４Ａは、移動方向ＤＲ３（第３方向）への角度変位量に応じた段階的な移動量（例えば、移動方向ＤＲ３（第３方向）への角度変位量が回転軸θ周りに１回転する毎に段階的に増加する移動量）によって、移動方向ＤＲ４（第４方向）への凹凸形状が延在する方向に移動部１０を移動させてもよい。また、本実施形態の形状測定装置１００が備える移動制御部５４Ａは、移動方向ＤＲ３（第３方向）への角度変位量に応じた段階的な移動量（例えば、移動方向ＤＲ３（第３方向）への角度変位量が回転軸θ周りに所定の角度だけ変位する毎に段階的に増加する移動量）によって、移動方向ＤＲ４（第４方向）への凹凸形状が延在する方向に移動部１０を移動させてもよい。

［はすば歯車の測定］
本実施形態の形状測定装置１００は、例えば、図４に示すように、はすば歯車ＨＧを測定対象３にして測定対象３の形状を測定することができる。
図４は、はすば歯車ＨＧの形状を測定する形状測定装置１００の構成を示す図である。
形状測定装置１００によってはすば歯車ＨＧの形状を測定する場合、測定対象３であるはすば歯車ＨＧは、例えば、はすば歯車ＨＧの回転軸の中心とステージ３１の回転軸θの中心とを一致させてステージ３１上に載置される。つまり、ステージ駆動部３３（移動部）は、はすば歯車ＨＧの回転軸と回転移動の回転軸θとを一致させてはすば歯車ＨＧを回転移動させる。

形状測定装置１００は、はすば歯車ＨＧを測定する場合には、上述した平歯車ＳＧの場合と同様に、各方向を設定する。例えば、照射部２１は、図４（ａ）に示すように、測定光を、はすば歯車ＨＧの歯面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１（第１方向）によってはすば歯車ＨＧの歯面に照射する。この場合、撮像部２２は、測定光が照射されたはすば歯車ＨＧの歯面（表面）の歯すじの方向（円周方向とは異なる方向）に対応して定められる撮像方向ＤＲ２（第２方向）から測定光を撮像する。つまり、撮像部２２は、図４（ｂ）に示すように、はすば歯車ＨＧの歯すじの方向を撮像方向ＤＲ２にして、光切断線ＰＣＬを撮像する。また、この場合、移動制御部５４Ａは、図４（ｂ）に示すように、回転軸θを中心にした移動方向ＤＲ３の方向に支持テーブル３２を回転させる。すなわち、移動制御部５４Ａは、測定光が照射される測定対象３の位置を、円周方向に対応して定められる検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる。このようにして、形状測定装置１００は、はすば歯車ＨＧの形状を測定する。

また、形状測定装置１００は、測定領域をはすば歯車ＨＧの歯の配列方向（例えば、図４（ａ）の回転軸θの回転方向）に沿って移動させながら、歯すじの方向（例えば、図４（ａ）の回転軸θの軸線方向）に沿って順次移動させる。例えば、形状測定装置１００は、はすば歯車ＨＧを回転軸θの回転方向（例えば、図４（ｂ）の移動方向ＤＲ３（第３方向））に回転させて、各々の歯が測定領域になるように測定領域を移動させる。これとともに、形状測定装置１００は、照射部２１及び撮像部２２をはすば歯車ＨＧの回転軸θの軸線方向（例えば、図４（ｂ）の移動方向ＤＲ４（第４方向））に移動させて、歯面のそれぞれの位置が測定領域になるように測定領域を移動させる。このようにして、本実施形態の形状測定装置１００は、はすば歯車ＨＧの各々の歯の形状を順次測定することができる。これにより、本実施形態の形状測定装置１００は、歯車の歯面の形状の測定速度を向上することができる。

［かさ歯車の測定］
本実施形態の形状測定装置１００は、例えば、図５に示すように、かさ歯車ＢＧを測定対象３にして測定対象３の形状を測定することができる。
図５は、かさ歯車ＢＧの形状を測定する形状測定装置１００の構成を示す図である。
形状測定装置１００によってかさ歯車ＢＧの形状を測定する場合、測定対象３であるかさ歯車ＢＧは、例えば、かさ歯車ＢＧの回転軸の中心とステージ３１の回転軸θの中心とを一致させてステージ３１上に載置される。つまり、ステージ駆動部３３（移動部）は、かさ歯車ＢＧの回転軸と回転移動の回転軸θとを一致させてかさ歯車ＢＧを回転移動させる。

ここで、照射部２１は、図５（ａ）に示すように、測定光を、かさ歯車ＢＧの歯面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１（第１方向）によってかさ歯車ＢＧの歯面に照射する。この場合、撮像部２２は、測定光が照射されたかさ歯車ＢＧの歯面（表面）の歯すじの方向（円周方向とは異なる方向）に対応して定められる撮像方向ＤＲ２（第２方向）から測定光を撮像する。つまり、撮像部２２は、図５（ｂ）に示すように、かさ歯車ＢＧの歯すじの方向を撮像方向ＤＲ２にして、光切断線ＰＣＬを撮像する。また、この場合、移動制御部５４Ａは、図５（ｂ）に示すように、回転軸θを中心にした移動方向ＤＲ３の方向に支持テーブル３２を回転させる。すなわち、移動制御部５４Ａは、測定光が照射される測定対象３の位置を、円周方向に対応して定められる検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる。このようにして、形状測定装置１００は、かさ歯車ＢＧの形状を測定する。

また、形状測定装置１００は、測定領域をかさ歯車ＢＧの歯の配列方向（例えば、図５（ａ）の回転軸θの回転方向）に沿って移動させながら、歯すじの方向（例えば、図５（ａ）の回転軸θの軸線方向に交わる方向）に沿って順次移動させる。例えば、形状測定装置１００は、かさ歯車ＢＧを回転軸θの回転方向（例えば、図５（ｂ）の移動方向ＤＲ３（第３方向））に回転させて、各々の歯が測定領域になるように測定領域を移動させる。これとともに、形状測定装置１００は、照射部２１及び撮像部２２をかさ歯車ＢＧの回転軸θの軸線方向に交わる方向（例えば、図５（ｂ）の移動方向ＤＲ４（第４方向））に移動させて、歯面のそれぞれの位置が測定領域になるように測定領域を移動させる。このようにして、本実施形態の形状測定装置１００は、かさ歯車ＢＧの各々の歯の形状を順次測定することができる。これにより、本実施形態の形状測定装置１００は、歯車の歯面の形状の測定速度を向上することができる。

［曲がりばかさ歯車の測定］
本実施形態の形状測定装置１００は、例えば、図６に示すように、曲りばかさ歯車ＳＢＧを測定対象３にして測定対象３の形状を測定することができる。
図６は、曲りばかさ歯車ＳＢＧの形状を測定する形状測定装置１００の構成を示す図である。
形状測定装置１００によって曲りばかさ歯車ＳＢＧの形状を測定する場合、測定対象３である曲りばかさ歯車ＳＢＧは、例えば、曲りばかさ歯車ＳＢＧの回転軸の中心とステージ３１の回転軸θの中心とを一致させてステージ３１上に載置される。つまり、ステージ駆動部３３（移動部）は、曲りばかさ歯車ＳＢＧの回転軸と回転移動の回転軸θとを一致させて曲りばかさ歯車ＳＢＧを回転移動させる。

ここで、照射部２１は、図６（ａ）に示すように、測定光を、曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１（第１方向）によって曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯面に照射する。この場合、撮像部２２は、測定光が照射された曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯面（表面）の歯すじの方向（円周方向とは異なる方向）に対応して定められる撮像方向ＤＲ２（第２方向）から測定光を撮像する。つまり、撮像部２２は、図６（ｂ）に示すように、曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯すじの方向を撮像方向ＤＲ２にして、光切断線ＰＣＬを撮像する。なお、曲がりかさば歯車ＳＢＧは、径の位置に応じて歯すじの方向が変わるので、測定領域が曲がりかさば歯車ＳＢＧの径方向の位置でどの位置に該当するかによって、光プローブ２０Ａの向きをヘッド回転機構１３ａによって変えている。これにより、ライン状の投影パターンを撮像する方向が変えられる。また、この場合、移動制御部５４Ａは、図６（ｂ）に示すように、回転軸θを中心にした移動方向ＤＲ３の方向に支持テーブル３２を回転させる。すなわち、移動制御部５４Ａは、測定光が照射される測定対象３の位置を、円周方向に対応して定められる検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる。このようにして、形状測定装置１００は、曲りばかさ歯車ＳＢＧの形状を測定する。

また、形状測定装置１００は、測定領域を曲がりかさば歯車ＳＢＧの歯の配列方向（例えば、図６（ａ）の回転軸θの回転方向）に沿って移動させながら、歯すじの方向（例えば、図６（ａ）の回転軸θの軸線方向とねじれの位置になる方向）に沿って順次移動させる。例えば、形状測定装置１００は、曲がりかさば歯車ＳＢＧを回転軸θの回転方向（例えば、図６（ｂ）の移動方向ＤＲ３（第３方向））に回転させて、各々の歯が測定領域になるように測定領域を移動させる。これとともに、形状測定装置１００は、照射部２１及び撮像部２２を曲がりかさば歯車ＳＢＧの回転軸θの軸線方向とねじれの位置になる方向（例えば、図６（ｂ）の移動方向ＤＲ４（第４方向））に移動させて、歯面のそれぞれの位置が測定領域になるように測定領域を移動させる。このようにして、本実施形態の形状測定装置１００は、曲がりかさば歯車ＳＢＧの各々の歯の形状を順次測定することができる。これにより、本実施形態の形状測定装置１００は、歯車の歯面の形状の測定速度を向上することができる。

［ウォーム歯車の測定］
本実施形態の形状測定装置１００は、例えば、図７に示すように、ウォーム歯車ＷＧを測定対象３にして測定対象３の形状を測定することができる。
図７は、ウォーム歯車ＷＧの形状を測定する形状測定装置１００の構成を示す図である。
形状測定装置１００によってウォーム歯車ＷＧの形状を測定する場合、測定対象３であるウォーム歯車ＷＧは、例えば、ウォーム歯車ＷＧの回転軸の中心とステージ３１の回転軸θの中心とを一致させてステージ３１上に載置される。つまり、ステージ駆動部３３（移動部）は、ウォーム歯車ＷＧの回転軸と回転移動の回転軸θとを一致させてウォーム歯車ＷＧを回転移動させる。なお、照射部２１及び撮像部２２は、互いの相対位置を維持しつつ、不図示の回転移動機構により、ｚ軸の周り（θｚ方向）に回転させることができる。

ここで、照射部２１は、図７（ａ）に示すように、測定光を、ウォーム歯車ＷＧの歯面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１（第１方向）によってウォーム歯車ＷＧの歯面に照射する。具体的には、各歯の頭頂部の包絡面を想定し、測定領域における包絡面に対して垂直な方向となる。この場合、撮像部２２は、測定光が照射されたウォーム歯車ＷＧの歯面（表面）の歯すじの方向（円周方向とは異なる方向）に対応して定められる撮像方向ＤＲ２（第２方向）から測定光を撮像する。つまり、撮像部２２は、図７（ｂ）に示すように、ウォーム歯車ＷＧの歯すじの方向を撮像方向ＤＲ２にして、光切断線ＰＣＬを撮像する。また、この場合、移動制御部５４Ａは、図７（ｂ）に示すように、回転軸θを中心にした移動方向ＤＲ３の方向に支持テーブル３２を回転させる。すなわち、移動制御部５４Ａは、測定光が照射される測定対象３の位置を、円周方向に対応して定められる検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる。このようにして、形状測定装置１００は、ウォーム歯車ＷＧの形状を測定する。歯すじに対して左右のどちらか一方の面を測定したい場合には、測定光を測定したい歯の面に対して垂直に近くなるように設定しても良い。

また、形状測定装置１００は、測定領域をウォーム歯車ＷＧの歯の配列方向（例えば、図７（ａ）の回転軸θの軸線方向）に沿って移動させながら、歯すじの方向（例えば、図７（ａ）の回転軸θの回転方向）に沿って順次移動させる。例えば、形状測定装置１００は、ウォーム歯車ＷＧを回転軸θの回転方向（例えば、図７（ｂ）の移動方向ＤＲ３（第３方向））に回転させて、歯面のそれぞれの位置が測定領域になるように測定領域を移動させる。これとともに、形状測定装置１００は、照射部２１及び撮像部２２をウォーム歯車ＷＧの回転軸θの軸線方向（例えば、図７（ｂ）の移動方向ＤＲ４（第４方向））に移動させて、各々の歯が測定領域になるように測定領域を移動させる。このようにして、本実施形態の形状測定装置１００は、ウォーム歯車ＷＧの各々の歯の形状を順次測定することができる。これにより、本実施形態の形状測定装置１００は、歯車の歯面の形状の測定速度を向上することができる。

次に、図８が示すフローチャートを用いて、形状測定装置１００が測定対象３の形状測定を実行する処理について説明する。
図８は、本実施形態における形状測定処理の一例を示すフローチャートである。

最初に、ユーザは、測定対象３の測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を入力装置４２から入力して設定する。入力装置４２は、入力された測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を記憶部５５に記憶させる（ステップＳ１）。また、ユーザは、測定対象３の測定ポイントの距離間隔を入力装置４２から入力して設定する。入力装置４２は、入力された測定ポイントの距離間隔を記憶部５５に記憶させる（ステップＳ２）。次に、測定対象３の測定ポイントにおける歯車の緒元データを基に、測定光の投影方向及び撮像方向を設定する。具体的には、歯車の歯面の方向に応じて、投影方向が設定され、歯車の歯すじの方向に沿って、撮影方向が設定される。なお、上述のように、歯車の歯すじの方向は、位置設定部５８により導出されて、移動司令部５６に送られる。移動指令部５６は、記憶部５５から入力されて設定された情報である測定開始位置（最初の測定ポイント）と測定終了位置（最後の測定ポイント）との座標値、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータや、予め設定された情報である測定範囲を示す測定ポイントの座標値、及び測定ポイントの移動方向等を読み出す。移動指令部５６は、上記読み出したデータ及び位置設定部５８が算出したデータに基づいて、測定対象３に対するスキャンの移動経路を算出する。

次に、移動指令部５６は、算出した移動経路に基づいて、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３（移動部）とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる。これにより、移動指令部５６は、測定ヘッド１３とステージ３１との相対的な位置を移動させて光プローブ２０Ａを測定対象３の測定開始位置（最初の測定ポイント）に移動させる（ステップＳ３）。

次に、間隔調整部５２は、光プローブ２０Ａを介して測定対象３の表面の形状を検出し、検出した画像情報を座標算出部５３へ供給する。また、座標検出部５１は、位置検出部１７より光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とを検出し、検出した情報を座標算出部５３へ供給する（ステップＳ６）。

座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給された画像情報、及び座標検出部５１から供給された光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とに基づき、測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出して記憶部５５に保存する（ステップＳ７）。

次に、移動指令部５６は、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
ステップＳ８において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）でない（測定終了位置以外の測定ポイントである）と判定された場合、移動指令部５６は、次の測定ポイントに光プローブ２０Ａを移動させた後停止させる。例えば、移動指令部５６は、移動経路に従って次の測定ポイントへ移動させるために、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３（移動部）とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる（ステップＳ９）。そして、移動指令部５６は、ステップＳ６に制御を戻す。

一方、ステップＳ８において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であると判定された場合、座標算出部５３は、各測定ポイントにおいて算出した測定ポイント毎の座標値（三次元座標値）の点群データに基づいて、測定対象３の表面形状データを算出する。例えば、座標算出部５３は、間隔調整部５２を介して光プローブ２０Ａにより検出された画像情報、及び座標検出部５１により検出された光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とに基づいて測定ポイントことに算出された座標値（三次元座標値）の点群データを、記憶部５５から読み出して測定対象３の表面形状データである三次元座標値の点群データを算出して記憶部５５に保存する（ステップＳ１０）。

以上説明したように、本実施形態の形状測定装置１００は、円周方向に周期的に配列されかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状の表面を有する測定対象３の凹凸形状に応じた光量分布を有する測定光を、表面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１（第１方向）によって表面に照射する照射部２１を備えている。また、形状測定装置１００は、測定光が照射された表面の異なる方向に対応して定められる撮像方向ＤＲ２（第２方向）から測定光が撮像された撮像画像を生成する撮像部２２を備えている。また、形状測定装置１００は、撮像部２２からの撮像画像に撮像されている像の測定光の位置に基づいて、表面の形状を測定する座標算出部５３（測定部）を備えている。これにより、形状測定装置１００は、測定対象３の表面形状の測定精度を、測定光を撮像する撮像部２２の解像度に応じた精度にすることができる。つまり、本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象３の表面形状を正確に測定することができる。

本実施形態の形状測定装置１００を用いて測定対象３の表面形状を測定する場合、図９に示すように、円周方向に周期的に配列されかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状の表面を有する測定対象３の凹凸形状に応じた光量分布を有する測定光を、表面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１（第１方向）によって表面に照射する
（ステップＳＳ１）。そして、測定光が照射された表面の異なる方向に対応して定められる撮像方向ＤＲ２（第２方向）から測定光が撮像された撮像画像を生成す（ステップＳＳ２）。そして、撮像画像に撮像されている像の測定光の位置に基づいて、表面の形状を測定する（ステップＳＳ３）。

また、本実施形態の形状測定装置１００は、測定光が照射される測定対象３の位置を、円周方向に対応して定められる検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させるステージ駆動部３３（移動部）を備えている。また、撮像部２２は、凹凸形状の円周方向の長さと、表面に照射されている測定光が撮像される長さとに応じて撮像した複数の撮像画像を生成し、座標算出部５３（測定部）は、撮像画像に基づいて、複数の凹凸形状を測定する。これにより、本実施形態の形状測定装置１００は、複数の凹凸形状（例えば歯車の歯）の表面形状を連続して測定することができる。つまり、本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象３の表面形状を測定する時間を短縮することができる。

また、本実施形態の形状測定装置１００は、更に、照射部２１と撮像部２２とを保持する検出部２０（保持部）を備え、ステージ駆動部３３（移動部）は、検出部２０（保持部）を、測定対象３に対して検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる。これにより、本実施形態の形状測定装置１００は、複数の凹凸形状（例えば歯車の歯）の表面形状を連続して測定することができる。つまり、本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象３の表面形状を測定する時間を短縮することができる。

また、本実施形態の形状測定装置１００は、更に、測定対象３を検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に回転移動させて、測定光が照射される位置を検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる移動制御部５４Ａを備えている。これにより、形状測定装置１００は、円周方向に周期的に配列されかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状の表面を有する測定対象３の表面形状を連続した動作によって測定することができる。つまり、本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象３の表面形状を測定する時間を短縮することができる。

また、本実施形態の形状測定装置１００は、更に、測定光が照射されている測定対象３の回転移動のステージ半径ｒｓ（半径）方向の位置に応じて、測定対象３を相対的に回転移動させる移動速度を制御する速度制御部５４Ｂを備えている。例えば、本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象３の内周部を測定する回転速度よりも遅い回転速度によって外周部を測定する。これにより、形状測定装置１００は、円周方向に周期的に配列されかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状の表面を有する測定対象３の内周部の測定点数の密度と外周部の測定点数の密度とを揃えて測定することができる。

また、本実施形態の形状測定装置１００のステージ駆動部３３（移動部）は、測定対象３の中心軸ＡＸと回転移動の回転軸θとを一致させて測定対象３を回転移動させる。これにより、形状測定装置１００は、測定光が照射される位置を検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる際に、移動する距離を短くすることができる。つまり、形状測定装置１００は、測定光が照射される位置を安定させて移動させることができる。

また、本実施形態の形状測定装置１００は、凹凸形状が延在する方向の位置と、凹凸形状が延在する方向の位置毎に凹凸形状が延在する方向を示す情報とが関連付けられて予め記憶されている記憶部５５を備えている。これにより、形状測定装置１００は、測定光が照射される測定対象３の位置を、移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる動作を自動化することができる。つまり、本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象３の表面形状の測定作業を行う作業者の負担を軽減することができる。

また、本実施形態の形状測定装置１００の測定光は、平面に照射された場合にライン状に形成される光量分布を有する。これにより、形状測定装置１００は、測定対象３の連続する複数の部分の形状を同時に測定することができる。つまり、形状測定装置１００は、測定対象３の表面形状を測定する時間を短縮することができる。

また、本実施形態の形状測定装置１００の照射部２１は、測定対象３の円周方向に交差する方向をライン（光切断線ＰＣＬ）の方向にして測定光を照射する。これにより、撮像部２２は、光切断線ＰＣＬを傾けない場合に比べて、測定対象３の表面形状の情報がより多く含まれている測定光を撮像することができる。つまり、形状測定装置１００は、光切断線ＰＣＬを傾けない場合に比べて、測定対象３の形状をより短時間に測定することができる。

また、本実施形態の形状測定装置１００の照射方向ＤＲ１（第１方向）は、測定対象３の凹凸形状の最凸部と最凹部とにラインが形成される測定光の照射方向である。測定対象３の連続する複数の部分の形状を同時に測定することができる。つまり、形状測定装置１００は、測定対象３の表面形状を測定する時間を短縮することができる。

また、本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象３の歯車が有する歯の表面にある形状に応じた光量分布を有する測定光を、歯の歯面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１（第１方向）によって歯面に照射する照射部２１を備えている。また、本実施形態の形状測定装置１００は、測定光が照射された歯面の歯すじの向きに対応して定められる撮像方向ＤＲ２（第２方向）から光切断線が撮像された撮像画像を生成する撮像部２２を備えている。また、本実施形態の形状測定装置１００は、撮像部２２からの撮像画像に撮像されている像の測定光の位置に基づいて、歯の形状を測定する座標算出部５３（測定部）を備えている。これにより、形状測定装置１００は、測定対象３としての歯車（タービンなど歯車状のものを含む）の表面形状の測定精度を、測定光を撮像する撮像部２２の解像度に応じた精度にすることができる。つまり、本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象３の表面形状を正確に測定することができる。

また、本実施形態の形状測定装置１００は、測定光が照射される測定対象３の位置を、歯の歯幅の方向に対応して定められる検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させるステージ駆動部３３（移動部）を備えている。また、撮像部２２は、歯の歯幅の長さと歯面に照射されている測定光が撮像される長さとに応じて撮像した複数の撮像画像を生成し、座標算出部５３（測定部）は、撮像画像に基づいて、歯車が有する複数の歯の形状を測定する。これにより、本実施形態の形状測定装置１００は、複数の歯車の歯の表面形状を連続して測定することができる。つまり、本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象３の表面形状を測定する時間を短縮することができる。

また、本実施形態の形状測定装置１００は、更に、歯車を検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に回転移動させて、測定光が照射される位置を検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる移動制御部５４Ａを備えている。これにより、形状測定装置１００は、測定対象３の歯車の表面形状を連続した動作によって測定することができる。つまり、本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象３の表面形状を測定する時間を短縮することができる。

なお、上述の実施形態においては、ステージ駆動部３３（移動部）がステージ３１を移動させる構成を説明したが、これに限られない。例えば、形状測定装置１００は、検出部２０（保持部）を、測定対象３に対して検出部２０（保持部）の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動できればよい。つまり、形状測定装置１００は、移動部１０が検出部２０（保持部）を移動方向ＤＲ３（第３方向）に移動させてもよい。これにより、形状測定装置１００は、測定対象３が例えば重量物である場合には、測定対象３を移動させずに、測定対象３の表面形状を測定することができる。
また、上述の実施形態においては、ステージ３１に傾斜角度を調整する傾斜機構を設けており、これにより測定光の投影方向を測定対象３の凹凸形状の測定対象面に応じて調整できるようにし、かつ光プローブ２０ＡをＺ軸と平行な軸に回転させる回転機構を備え、これにより撮影方向を凹凸形状の延在方向に沿うことができるようにした。しかしながら、本願発明はこれだけにかぎられず、光プローブをＸ軸周り又はＹ軸周り傾斜させる関節機構を設け、その関節機構と光プローブの間に光プローブを回転する回転機構を設けるようにして、所望の方向に測定光を投影させつつ、所望の方向で測定光が投影された部位を撮影できるように構成しても良い。あるいは、照射部２１及び撮像部２２は、互いの相対位置を維持しつつ、ｚ軸の周り（θｚ方向）、ｘ軸の周り（θｘ方向）、ｙ軸の周り（θｙ方向）の少なくとも一つの方向に回転させることができるように構成することができる。

なお、照射部２１の照射方向ＤＲ１（第１方向）は、凹凸形状の稜部と谷部を結ぶ方向よりも歯の高さ方向であってもよい。例えば、照射方向ＤＲ１（第１方向）は、測定対象３の凹凸形状のうち、稜部（例えば、最凸部）と谷部（例えば、最凹部）とに測定光が照射されるような方向であってもよい。これにより、形状測定装置１００は、測定光が測定対象３によってさえぎられることを低減できるため、測定対象３の谷部（例えば、最凹部）までの形状を測定することができる。

なお、照射部２１の照射方向ＤＲ１（第１方向）は、測定領域に含まれる面の法線に対応した方向であってもよい。例えば、照射方向ＤＲ１（第１方向）は、測定領域に含まれる面の法線に一致させた方向であってもよい。これにより、形状測定装置１００は、測定領域に含まれる面（測定面）に対してライン状に照射される測定光の測定面上のライン幅を、測定光が法線方向に対応しない方向から照射された場合に比べて小さくすることができる。ここで、測定光の測定面上のライン幅が小さいほど、測定対象３の形状を正確に測定することができる。つまり、形状測定装置１００は、測定対象３の形状の測定精度を向上させることができる。

[第２の実施形態]
次に、図１０及び図１１を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。なお、
上述した第１の実施形態と同様である構成については、説明を省略する。
図１１は、本実施形態における形状測定装置１００の概略構成の一例を示す模式図である。

本実施形態の形状測定装置１００が備える駆動部１６は、照射駆動部１４Ａを備えている。
照射駆動部１４Ａは、撮像部２２とは独立して照射部２１が移動可能なように、照射部２１を駆動する。本実施形態の形状測定装置１００の照射駆動部１４Ａは、例えば、検出部２０（保持部）に備えられており、照射部２１を駆動する。

また、本実施形態の形状測定装置１００が備える位置検出部１７は、照射位置検出部１５Ａとを備えている。
照射位置検出部１５Ａは、照射部２１のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の位置をそれぞれ検出するＸ軸用エンコーダ、Ｙ軸用エンコーダ、及びＺ軸用エンコーダを備えている。照射位置検出部１５Ａは、それらのエンコーダによって照射部２１の座標を検出し、照射部２１の座標値を示す信号を後述の座標検出部５１へ供給する。本実施形態の形状測定装置１００の照射位置検出部１５Ａは、例えば、検出部２０（保持部）に備えられており、照射部２１の位置を検出する。また、本実施形態の座標算出部５３（測定部）は、照射位置検出部１５Ａによって検出された照射部２１の位置に基づいて、測定対象３の座標を算出する。

また、本実施形態の形状測定装置１００が備える記憶部５５には、測定対象３の種類ごとに、測定対象３の凹凸形状が延在する方向の位置と、凹凸形状が延在する方向の位置毎に凹凸形状が延在する方向を示す情報とが関連付けられて予め記憶されている。本実施形態の記憶部５５には、例えば、歯車の種類ごとに、歯車の歯すじ方向の位置と、歯すじ方向の位置毎に歯すじの方向を示す情報とが関連付けられて予め記憶されている。

また、本実施形態の形状測定装置１００が備える駆動制御部５４は、照射移動制御部５４Ｃ（第２移動制御部）を備えている。
照射移動制御部５４Ｃ（第２移動制御部）は、記憶部５５に記憶されている複数の凹凸形状が延在する方向を示す情報から、測定光が照射されている凹凸形状が延在する方向の現在の位置に関連付けられている凹凸形状が延在する方向を示す情報を、測定光が照射される位置の移動方向ＤＲ４（第４方向）に対応する凹凸形状が延在する方向を示す情報として読み出す。本実施形態の移動制御部５４Ａは、例えば歯車の形状を測定する場合には、記憶部５５に記憶されている複数の歯車の歯すじの方向を示す情報から、測定光が照射されている歯の歯すじの方向の現在の位置に関連付けられている歯すじの方向を示す情報を光プローブ２０Ａの移動方向ＤＲ４に対応する方向を示す情報として読み出す。つまり、本実施形態の移動制御部５４Ａは、ヘッド位置検出部１５が検出した光プローブ２０Ａの現在の位置に基づいて、光プローブ２０Ａの移動方向ＤＲ４を記憶部５５から読み出す。

また、この場合、照射移動制御部５４Ｃ（第２移動制御部）は、図１１に示すように、測定光が照射される位置を、凹凸形状が延在する方向に対応して定められる測定光が照射される位置の移動方向ＤＲ４（第４方向）に移動させる。
図１１は、照射移動制御部５４Ｃ（第２移動制御部）が測定光が照射される位置を移動させる方向の一例を示す構成図である。つまり、照射移動制御部５４Ｃ（第２移動制御部）は、はすば歯車ＨＧの歯すじの方向の方向に照射部２１を移動させて、測定光が照射される位置を移動させる。

以上説明したように、本実施形態の形状測定装置１００は、照射部２１を撮像部２２と独立させて位置を移動させることができる。これにより、形状測定装置１００は、測定対象３の表面形状に応じて測定光が照射される位置を移動させて形状を測定することができる。つまり、形状測定装置１００は、測定対象３の形状を正確に測定することができる。

[第３の実施形態]
次に、本発明の第３の実施形態として、上述した第１の実施形態及び第２の実施形態のいずれかの形状測定装置１００を備えた構造物製造システムについて説明する。
図１２は、構造物製造システム２００のブロック構成図である。構造物製造システム２００は、上述した形状測定装置１００と、設計装置１１０と、成形装置１２０と、制御装置（検査装置）１３０と、リペア装置１４０とを備える。

設計装置１１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作成した設計情報を成形装置１２０に送信する。また、設計装置１１０は、作成した設計情報を制御装置１５０の後述する座標記憶部１５１に記憶させる。ここで、設計情報とは、構造物の各位置の座標を示す情報である。
成形装置１２０は、設計装置１１０から入力された設計情報に基づいて上記構造物を作製する。成形装置１２０の成形工程には、鋳造、鍛造、または切削等が含まれる。
形状測定装置１００は、作製された構造物（測定対象３）の座標を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置１５０へ送信する。

制御装置１５０は、座標記憶部１５１と、検査部１５２とを備える。座標記憶部１５１には、前述の通り、設計装置１１０により設計情報が記憶される。検査部１５２は、座標記憶部１５１から設計情報を読み出す。検査部１５２は、形状測定装置１００から受信した座標を示す情報（形状情報）と座標記憶部１５１から読み出した設計情報とを比較する。

検査部１５２は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部１５２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。検査部１５２は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合、修復可能であるか否か判定する。修復できる場合、検査部１５２は、比較結果に基づき、不良部位と修復量を算出し、リペア装置１４０に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。

リペア装置１４０は、制御装置１５０から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。

図１３は、構造物製造システム２００による処理の流れを示したフローチャートである。
まず、設計装置１１０が、構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ２０１）。次に、成形装置１２０は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する（ステップＳ２０２）。次に、形状測定装置１００は、作製された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ２０３）。次に、制御装置１５０の検査部１５２は、形状測定装置１００で得られた形状情報と、上記設計情報とを比較することにより、構造物が誠設計情報通りに作成されたか否か検査する（ステップＳ２０４）。

次に、制御装置１５０の検査部１５２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ２０５）。作成された構造物が良品である場合（ステップＳ２０５；ＹＥＳ）、構造物製造システム２００はその処理を終了する。一方、作成された構造物が良品でない場合（ステップＳ２０５；ＮＯ）、制御装置１５０の検査部１５２は、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ２０６）。

作成された構造物が修復できると検査部１５２が判断した場合（ステップＳ２０６；ＹＥＳ）、リペア装置１４０は、構造物の再加工を実施し（ステップＳ２０７）、ステップＳ１０３の処理に戻る。一方、作成された構造物が修復できないと検査部１５２が判断した場合（ステップＳ２０６；ＮＯ）、構造物製造システム２００はその処理を終了する。以上で、本フローチャートの処理を終了する。

以上により、上記の実施形態における形状測定装置１００が構造物の座標（３次元形状）を正確に測定することができるので、構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であるか否か判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。

なお、上記の各実施形態における制御ユニット４０及び各装置が備える制御部（以下、これらを総称して制御部ＣＯＮＴと記載する）又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。

なお、この制御部ＣＯＮＴ又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、この制御部ＣＯＮＴ又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部はメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、制御部ＣＯＮＴ、又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。

また、制御部ＣＯＮＴ又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、制御部ＣＯＮＴ又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部による処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「一時的でないコンピュータ読み取り媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「一時的でないコンピュータ読み取り媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

本開示の第１の態様に従えば、測定対象の形状を測定する測定形状装置であって、
測定対象の測定領域に測定光を照射する照射部と、
前記照射部により照射された位置を含む前記測定領域の像を取得する撮像部と、
前記測定対象を載置するテーブルと、
前記検出部で検出された像から、前記測定領域の位置を算出する座標算出部と 、
前記撮像部と前記テーブルとを相対的に駆動制御する位置決め機構とを有し、
前記位置決め機構は、前記測定対象が繰り返しの凹凸形状における前記測定領域の凸部の稜線方向または凹部が連なる方向の情報に基づき、前記撮像部と前記テーブルとの相対位置を算出し
、前記テーブルと前記撮像部とを相対的に移動する形状測定装置が提供される。

本開示に係る形状測定装置において、前記位置決め機構は、前記測定領域に前記測定光を第１の方向から照射してもよく、前記測定領域における像を前記凸部の稜線方向に対応した第２の方向から撮影するように前記照射部と前記撮像部の前記測定対象に対する相対的な位置を設定してもよい。

本開示に係る形状測定装置において、前記位置決め機構は、前記２の方向が前記複数の稜線を含め面へ射影されたときに、前記測定領域及びその近傍において、前記稜線と前記撮像部の撮像方向とが交わらないような方向となるように、前記テーブルに対する前記撮像部の位置を設定してもよい。

本開示に係る形状測定装置において、前記照射部は、ライン状の光量分布を有する測定光を照射してもよく、
前記位置決め機構は、前記第１の方向が前記測定光の光束の中に前記測定領域の法線が含まれるような方向となるように、前記テーブルに対する前記照明部の位置を設定してもよい。

本開示に係る形状測定装置において、前記位置決め機構は、前記測定対象が有する周方向の繰り返し形状の測定時に、前記測定光が照射される前記測定領域の位置を、周方向に対応した第３方向に移動させるように前記照射部と前記測定対象とを相対的に移動する回転移動部
を備えてもよく、
前記撮像部は、前記回転移動部による生ずる前記第３の方向へ前記測定領域が変位する毎に撮像画像を生成してもよく、
前記座標算出部は、前記撮像画像に基づいて、複数の前記凹凸形状を測定してもよい。
さらに、前記位置決め機構部は、更に前記凹凸形状の稜線方向に対応して定められる第４方向に移動させるように前記照射部と前記測定対象とを相対的に移動する相対移動部を有してもよい。
更に、前記照射部と前記撮像部とを保持する保持部
を備えてもよく、
前記回転移動部は、前記保持部と前記測定対象とを相対的に移動してもよい。

本開示に係る形状測定装置において、前記回転移動部は、移動制御部により制御されてもよく、
前記移動制御部は、前記第３方向への角度変位量は、１回転を１とし、かつ前記第４方向への前記凹凸形状の稜線方向への寸法を１としたときに、前記第３方向の角度変位量に対する前記第４方向の移動量は、１よりも大きい値となるように制御してもよい。
更に、前記移動制御部は、測定対象を前記第３方向に相対的に回転移動させて、前記測定光が照射される位置を前記第３方向に相対的に移動させるように制御してもよい。
更に、前記測定光が照射されている前記測定対象の前記回転移動の半径方向の位置に応じて、前記測定対象を相対的に回転移動させる移動速度を制御する速度制御部を備えてもよい。

本開示に係る形状測定装置において、更に、前記測定光が照射されている前記測定対象の前記回転移動の半径方向の位置に応じて、前記撮像部の撮影間隔を可変する撮像部制御部を備えてもよい。
また、前記回転移動部は、前記測定対象の中心軸と前記回転移動の回転軸とを一致させて前記測定対象を回転移動させてもよい。
また、前記回転移動部は、前記測定対象に対して前記第３方向に移動させる第１移動部と、前記第１移動部に対して前記撮像部を前記第４方向に移動させる第２移動部とを有してもよい。

本開示に係る形状測定装置において、前記撮像部には、照射部移動部によって前記照射部が設けられてもよく、前記照射部の移動により前記測定光が前記測定対象に上前記第４方向のそれぞれの位置に照射される毎に、前記測定対象を撮像することで、複数の撮像画像を生成してもよく、
前記座標算出部は、前記撮像画像に応じて、前記凹凸形状の稜線方向の前記表面の形状を測定してもよい。
また、前記凹凸形状の稜線方向の位置と、前記凹凸形状の稜線方向の位置毎に前記凹凸形状の稜線方向を示す情報とが関連付けられて予め記憶されている記憶部と、
前記撮像部の第４方向に沿った位置を検出する位置検出部を備えてもよく、
前記位置検出部から前記第４方向における前記測定光が照射されている位置情報を取得してもよく、
前記記憶部から前記位置検出部から検出された位置と関連付けられている前記凹凸形状の稜線方向を示す情報を取得し、前記記憶部から取得された前記凹凸形状の稜線方向に沿って、前記第４方向を設定する移動制御部を有してもよい。
さらに、前記凹凸形状の稜線方向の位置と、前記凹凸形状の稜線方向の位置毎に前記凹凸形状の稜線方向を示す情報とが関連付けられて予め記憶されている記憶部と、
前記記憶部に記憶されている複数の前記凹凸形状の稜線方向を示す情報と、前記測定光が照射されている前記凹凸形状の稜線方向の現在の位置に関連付けられている前記凹凸形状の稜線方向を示す情報から、前記第４方向を設定する第２移動制御部と
を備えてもよい。

本開示に係る形状測定装置において、
前記第１方向は、前記凹凸形状の稜部と谷部を結ぶ方向よりも歯の高さ方向に向かって傾いていてもよい。
また、前記第１方向は、前記測定領域に含まれる面の法線に対応した方向であってもよい。
また、前記測定光は、平面に照射された場合にライン状に形成される光量分布を有してもよい。
また、前記照射部は、前記測定対象の前記円周方向に交差する方向を前記ラインの方向にして前記測定光を照射してもよい。
また、前記第１方向は、前記測定対象の前記凹凸形状の最凸部と最凹部とに前記ラインが形成される前記測定光の照射方向であってもよい。

本開示の第２の態様に従えば、測定対象の形状を測定する形状測定装置であって、
円周方向に繰り返し形状を有しかつ前記円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状を有する測定対象の測定領域に測定光を、第１方向から前記測定領域に照射する照射部と、
前記測定光が照射された表面の前記凹凸形状が延在した方向に対応して定められる第２方向から前記測定対象を撮像する撮像部と、
前記撮像部で取得された前記測定光の位置に基づいて、前記表面の形状を測定する測定部と、
を備えることを特徴とする形状測定装置が提供される。

本開示の形状測定装置は、
前記測定光が照射される前記測定領域の位置を、前記円周方向に対応した第３方向に移動させるように前記照射部と前記測定対象とを相対的に移動する移動部を備えてもよく、
前記撮像部は、前記第３方向に前記測定領域が変位する毎に撮像画像を生成してもよく、
前記測定部は、前記撮像画像に基づいて、複数の前記凹凸形状を測定してもよい。 また、前記移動部は、更に前記凹凸形状が延在する方向に対応して定められる第４方向に移動させるように前記照射部と前記測定対象とを相対的に移動してもよい。
更に、前記照射部と前記撮像部とを保持する保持部を備えてもよく、
前記移動部は、前記保持部と前記測定対象とを相対的に移動してもよい。

本開示の形状測定装置において、前記移動部は、移動制御部により制御されてもよく、
前記移動制御部は、前記第３方向への角度変位量は、１回転を１とし、かつ前記第４方向への前記凹凸形状が延在する方向への寸法を１としたときに、前記第３方向の角度変位量に対する前記第４方向の移動量は、１よりも大きい値となるように制御してもよい。
更に、前記移動制御部は、測定対象を前記第３方向に相対的に回転移動させて、前記測定光が照射される位置を前記第３方向に相対的に移動させるように制御してもよい。
更に、前記測定光が照射されている前記測定対象の前記回転移動の半径方向の位置に応じて、前記測定対象を相対的に回転移動させる移動速度を制御する速度制御部を備えてもよい。

本開示の形状測定装置は、更に、前記測定光が照射されている前記測定対象の前記回転移動の半径方向の位置に応じて、前記撮像部の撮影間隔を可変する撮像部制御部を備えてもよい。
また、前記移動部は、前記測定対象の中心軸と前記回転移動の回転軸とを一致させて前記測定対象を回転移動させてもよい。

本開示の形状測定装置において、前記移動部は、前記測定対象に対して前記第３方向に移動させる第１移動部と、前記第１移動部に対して前記撮像部を前記第４方向に移動させる第２移動部とを有してもよい。
また、前記撮像部には、照射部移動部によって前記照射部が設けられてもよく、前記照射部の移動により前記測定光が前記測定対象に上前記第４方向のそれぞれの位置に照射される毎に、前記測定対象を撮像することで、複数の撮像画像を生成してもよく、
前記測定部は、前記撮像画像に応じて、前記凹凸形状が延在する方向の前記表面の形状を測定してもよい。

本開示の形状測定装置は、前記凹凸形状が延在する方向の位置と、前記凹凸形状が延在する方向の位置毎に前記凹凸形状が延在する方向を示す情報とが関連付けられて予め記憶されている記憶部と、
前記撮像部の第４方向に沿った位置を検出する位置検出部を備えてもよく、
前記位置検出部から前記第４方向における前記測定光が照射されている位置情報を取得してもよく、
前記記憶部から前記位置検出部から検出された位置と関連付けられている前記凹凸形状が延在する方向を示す情報を取得し、前記記憶部から取得された前記凹凸形状が延在する方向に沿って、前記第４方向を設定する移動制御部を有してもよい。
さらに、前記凹凸形状が延在する方向の位置と、前記凹凸形状が延在する方向の位置毎に前記凹凸形状が延在する方向を示す情報とが関連付けられて予め記憶されている記憶部と、
前記記憶部に記憶されている複数の前記凹凸形状が延在する方向を示す情報から、前記測定光が照射されている前記凹凸形状が延在する方向の現在の位置に関連付けられている前記凹凸形状が延在する方向を示す情報から、前記第４方向を設定する第２移動制御部と
を備えてもよい。

本開示の形状測定装置において、前記第１方向は、前記凹凸形状の稜部と谷部を結ぶ方向よりも歯の高さ方向であってもよい。
また、前記第１方向は、前記測定領域に含まれる面の法線に対応した方向であってもよい。
また、前記測定光は、平面に照射された場合にライン状に形成される光量分布を有してもよい。
また、前記照射部は、前記測定対象の前記円周方向に交差する方向を前記ラインの方向にして前記測定光を照射してもよい。
さらに、前記第１方向は、前記測定対象の前記凹凸形状の最凸部と最凹部とに前記ラインが形成される前記測定光の照射方向であってもよい。

本発明の第３の態様に従えば、構造物の形状に関する設計情報を作製する設計装置と、
前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、作製された前記構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する上記の形状測定装置と、前記測定によって得られた形状情報と、前記設計情報とを比較する検査装置と、を含む構造物製造システムが提供される。

本発明の第４の態様に従えば、測定対象の形状を測定する方法であって、円周方向に繰り返し形状を有しかつ前記円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状の表面を有する測定対象の表面に測定光を照射する照射部と、前記測定光を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像画像に基づいて前記測定対象の形状を測定する測定部と、を備える形状測定装置が、前記表面の法線方向に対応して定められる第１方向によって前記表面に前記測定光を照射するステップと、前記測定光が照射されている前記表面の前記凹凸形状が延在した前記異なる方向に対応して定められる第２方向から前記測定光を撮像するステップと、を備えることを特徴とする形状測定方法が提供される。

本発明の第５の態様に従えば、構造物を製造する方法であって、構造物の形状に関する設計情報を作製する工程と、前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する工程と、作製された前記構造物の形状を、上記の形状測定方法を用いて生成した撮像画像に基づいて測定する工程と、前記測定によって得られた形状情報と、前記設計情報とを比較する工程と、を含む構造物製造方法が提供される。

本開示の構造物製造方法は、前記比較の結果に基づいて、前記構造物の再加工を実施する工程をふくんでもよい。
また、前記再加工は、前記構造物を作製することを再実行する工程を含んでもよい。

本発明の第６の態様に従えば、円周方向に周期的に配列されかつ前記円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状の表面を有する測定対象の表面に測定光を照射する照射部と、前記測定光を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像画像に基づいて前記測定対象の形状を測定する測定部と、を備える形状測定装置としてのコンピュータに、前記表面の法線方向に対応して定められる第１方向によって前記表面に前記測定光を照射するステップと、前記測定光が照射されている前記表面の前記凹凸形状が延在している方向に対応して定められる第２方向から前記測定光を撮像するステップと、を実行させるための形状測定プログラムが提供される。

本発明の第７の態様に従えば、本発明に係るプログラムが記録された、一時的でないコンピュータ読取り媒体が提供される。

本発明の第８の態様に従えば、測定対象の形状を測定する形状測定装置であって、測定対象の歯車が有する歯の表面にある形状に応じた光量分布を有する測定光を、前記歯の歯面の法線方向に対応して定められる第１方向によって前記歯面に照射する照射部と、前記測定光が照射された前記歯面の歯すじの向きに対応して定められる第２方向から前記光切断線が撮像された撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像部からの前記撮像画像に撮像されている像の前記測定光の位置に基づいて、前記歯の形状を測定する測定部と、を備えることを特徴とする形状測定装置が提供される。

本開示の形状測定装置は、前記測定光が照射される測定対象の位置を、前記歯の歯幅の方向に対応して定められる第３方向に相対的に移動させる移動部
を備えてもよく、
前記撮像部は、前記歯の前記歯幅の長さと前記歯面に照射されている前記測定光が撮像される長さとに応じて撮像した複数の撮像画像を生成してもよく、
前記測定部は、前記撮像画像に基づいて、前記歯車が有する複数の前記歯の形状を測定してもよい。
更に、前記歯車を前記第３方向に相対的に回転移動させて、前記測定光が照射される位置を前記第３方向に相対的に移動させる移動制御部を備えてもよい。

本発明の第９の態様に従えば、測定対象の形状を測定する形状測定方法であって、
円周方向に繰り返しかつ前記円周方向とは異なる方向に稜線方向を持つ凹凸形状を有する測定対象の測定領域に測定光を、第１方向から前記測定領域に照射することと、
前記測定光が照射された表面の像を、前記稜線方向に対応して定められる第２方向から前記測定対象を撮像することと、
前記撮像された像から取得される前記測定光の位置に基づいて、前記表面の形状を測定することを備える形状測定方法が提供される。

本開示の形状測定方法において、前記第２方向は、複数の前記凹凸形状の稜線を含む面において、当該稜線を含む面に射影したときに、前記稜線とは交わらない方向であってもよい。
また、本開示の形状測定方法は、さらに、前記測定光が照射される前記測定領域の位置を、前記円周方向に対応した第３方向に移動させるように前記照射部と前記測定対象とを相対的に移動すること
を備えてもよく、
前記測定対象を撮像する際に、前記第３方向に前記測定領域が変位する毎に撮像画像を生成してもよく、
前記表面の形状を測定する際に、前記撮像画像に基づいて、複数の前記凹凸形状を測定してもよい。

２０…検出部（保持部）、２１…照射部２１…撮像部、３３…ステージ駆動部（移動部）、５３…座標算出部（測定部）、５４Ａ…移動制御部、５４Ｂ…速度制御部、５４Ｃ…照射移動制御部（第２移動制御部）、５５…記憶部、１００…形状測定装置、１１０…設計装置、１２０…成形装置、１５０…検査装置、２００…構造物製造システム

Claims (9)

1. 繰り返しの凹凸形状を有する測定対象の形状を測定する形状測定装置であって、
   前記測定対象の前記繰り返しの凹凸形状を含む測定領域にライン状に測定光を照射する照射部と、
   前記照射部により照射された位置を含む前記測定領域の像を取得する撮像部と、
   前記測定対象を載置するテーブルと、
   前記撮像部に対して前記テーブルに載置された前記測定対象を回転する回転移動部とを有し、
   前記照射部は前記測定光の前記ラインの向きが、前記回転移動部の回転方向及び前記凹凸形状の稜線方向の両方に対して傾くように前記測定光を照射する形状測定装置。
2. さらに、前記照射部と前記撮像部とからなるプローブ部を、前記回転移動部による回転方向とは異なる方向に前記テーブルに対して相対的に移動する相対移動部を備える請求項１に記載の形状測定装置。
3. さらに、前記プローブ部を前記相対移動部に対して回転するプローブ回転機構を備える請求項２に記載の形状測定装置。
4. さらに、測定対象の、凹凸形状が延在する方向上での位置毎に凹凸形状が延在する方向を示す情報が記憶されている記憶部を備える請求項３に記載の形状測定装置。
5. 前記プローブ回転機構は、前記測定領域の位置に応じた前記凹凸形状の延在する方向に基づき、照射部及び撮像部からなるプローブの向きを変えることを特徴とする請求項３または４に記載の形状測定装置。
6. 前記プローブ回転機構は、少なくとも直交２軸の回転機構を有する請求項３に記載の形状測定装置。
7. 測定対象の形状を測定する方法であって、
   円周方向に繰り返し形状を有しかつ前記円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状の表面を有する測定対象の表面にライン状に測定光を照射する照射部と、前記測定光を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像画像に基づいて前記測定対象の形状を測定する測定部と、前記測定光が照射される測定領域の位置を、前記円周方向に沿った第３方向に移動させるように前記照射部と前記測定対象とを相対的に移動する移動部と、を備える形状測定装置を用いて、
   前記測定対象が有する前記円周方向の繰り返し形状の測定時に、前記測定光が照射される前記測定領域の位置が前記第３方向に移動するように、前記照射部と前記測定対象とを相対的に移動させるステップと、
   前記測定光の前記ラインの向きが、前記第３の方向および前記凹凸形状の延在した方向の両方に対して傾くように前記表面に前記測定光を照射するステップと、
   前記測定光が照射されている前記表面の前記凹凸形状が延在した前記異なる方向から前記測定光を撮像するステップと、
   を実行することを特徴とする形状測定方法。
8. 構造物を製造する方法であって、
   構造物の形状に関する設計情報を作製する工程と、
   前記設計情報に基づいて前記構造物を作製する工程と、
   作製された前記構造物の形状を、請求項７に記載の形状測定方法を用いて生成した撮像画像に基づいて測定する工程と、
   前記測定によって得られた形状情報と、前記設計情報とを比較する工程と、
   を含む構造物製造方法。
9. 円周方向に周期的に配列されかつ前記円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状の表面を有する測定対象の表面にライン状に測定光を照射する照射部と、前記測定光を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像画像に基づいて前記測定対象の形状を測定する測定部と、前記測定光が照射される前記測定領域の位置を、前記円周方向に沿った第３方向に移動させるように前記照射部と前記測定対象とを相対的に移動する移動部と、を備える形状測定装置としてのコンピュータに、
   前記測定対象が有する前記円周方向の繰り返し形状の測定時に、前記測定光が照射される前記測定領域の位置が前記第３方向に移動するように、前記照射部と前記測定対象とを相対的に移動させるステップと、
   前記測定光の前記ラインの向きが、前記第３の方向および前記凹凸形状の延在した方向の両方に対して傾くように前記表面に前記測定光を照射するステップと、
   前記測定光が照射されている前記表面を撮像するステップと、
   を実行させることを含む形状測定プログラム。

Images