JP7215940B2 - 三次元座標測定装置 - Google Patents

Description

本発明は三次元座標測定装置に関する。

特許文献１は、カメラを備えた三次元座標測定装置を開示している。この三次元座標測定装置は、プローブに設けられた複数の発光プローブマーカをカメラで撮像して、その画像データ画像データに基づいて、測定対象物に対するプローブの接触位置の検出が行われる。

この三次元座標測定装置では、プローブに設けられた操作部を使用者が操作すると、この操作に対応してプローブマーカの発光が行われ、また、この操作を受け付けたカメラの撮像が実行される。

JP特開２０１５－１９４４５２号公報

プローブは操作性の観点からバッテリが内蔵され、このバッテリによってプローブが駆動される。このプローブの消費電力の多くがプローブの発光に費やされる。バッテリが保有する電力を長持ちさせるのに発光プローブマーカの発光を極力抑えるのが望ましい。

本発明の目的は、発光プローブマーカが消費する電力を極力少なくしてプローブ内蔵のバッテリを長持ちさせることのできる三次元座標測定装置を提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
複数の発光プローブマーカを有し、測定点の位置を指し示すためのプローブと、
前記プローブの前記複数の発光プローブマーカを撮像することにより前記複数の発光プローブマーカの画像に対応する画像データを生成する測定用撮像部と、
前記測定用撮像部により生成された画像データの前記複数の発光プローブマーカに基づいて、前記プローブが指し示す測定点の三次元座標を算出する算出部と、を備え、
前記プローブは、
前記複数の発光プローブマーカの形状を形成する透光部および遮光部と、
前記複数の発光プローブマーカの形状に対応して、前記透光部で透過し、前記遮光部で遮光される光を投光する光源と、
前記測定用撮像部と同期するための同期信号を、電磁波を用いて前記プローブと測定装置本体との間でやり取りする同期インターフェースと、
前記同期信号に基づいて前記測定用撮像部と同期されたタイミングで前記光源に投光させる投光制御部と、を備えることを特徴とする光学式座標測定装置を提供することにより達成される。

本発明によれば、発光プローブマーカの発光を測定用撮像部の撮像に同期させることによって発光プローブマーカが消費する電力を必要最最小限に抑えることができ、これによりプローブ内蔵バッテリを長持ちさせることができる。

本発明の作用効果、他の目的は、以下の本発明の好ましい実施例の説明から明らかになろう。

実施例の三次元座標測定装置の全体構成及びその使用例を説明するための図である。 筐体を取り外した状態で測定装置本体の内部構造の概要を説明するための斜視図である。 図２に関連して測定装置本体の内部構造の概要を説明するための断面図である。 測定装置本体と処理装置（PC）との機能ブロック図である。 （ａ）は測定装置本体に含まれる参照部材の模式的縦断面図である。（ｂ）は参照部材の下面図である。 測定装置本体に含まれる基準カメラが参照部材を撮像することにより得られる複数の参照マーカの画像例を示す図である。 測定装置本体のフレーム構造を説明するための図である。 図７に図示のフレーム構造に包囲部材を配置した状態を説明するための図である。 測定装置本体の外観図である。 上方筐体を取り外した状態の測定装置本体の外観図である。 下方筐体を取り外した状態の測定装置本体の外観図である。 図９に図示の測定装置本体の縦断面図である。 カウンタウエイトの存在を明らかにするために上方筐体の一部を切り欠いた測定装置本体の側面図である。 測定装置本体に含まれる可動カメラの視野が限定的であることを説明するための図である。 使用者側から見たプローブの斜視図である。 図１５とは反対側から見たプローブの斜視図である。 図１５に関連してプローブが測定装置本体との間で無線通信するための通信窓を備えていることを説明するための部分図である。 プローブの機能ブロック図である。 処理装置（PC）の本体表示部に表示される画像の一例を示す図である。 測定対象物の一例を示す図である。 図２０に図示の測定対象物についての基本的な測定例を説明するための図である。 図２０に図示の測定対象物についての基本的な測定例を説明するための図である。 図２０に図示の測定対象物についての基本的な測定例を説明するための図である。 図２０に図示の測定対象物についての基本的な測定例を説明するための図である。 図２０に図示の測定対象物についての基本的な測定例を説明するための図である。 処理装置（PC）の本体メモリおよびプローブのプローブメモリにそれぞれ記憶される主画面生成用データおよび副画面生成用データと使用者による三次元座標測定装置の操作との関係を示す図である。 幾何要素および測定項目の選択操作時に処理装置（PC）およびプローブに表示される第１の主画面および第１の副画面の表示例を示す図である。 測定点の指示操作時および測定対象部分の設定操作時に処理装置（PC）およびプローブに表示される第２の主画面および第２の副画面の表示例を示す図である。 測定対象部分の選択操作時に処理装置（PC）およびプローブに表示される第３の主画面および第３の副画面の表示例を示す図である。 幾何公差の選択操作時に処理装置（PC）およびプローブに表示される第４の主画面および第４の副画面の表示例を示す図である。 処理装置（PC）の本体制御回路による測定対象部分設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。 可動カメラの撮像、プローブマーカの発光、基準カメラの撮像、参照マーカの発光に関するタイムチャートである。 処理装置（PC）の本体制御回路による測定値算出処理の流れを示すフローチャートである。 処理装置（PC）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。 トラッキング処理の流れを示すフローチャートである。 トラッキング処理で用いられる光通信に関するタイムチャートである。 トラッキング処理に電波通信を採用したときの問題点を説明するための図である。 トラッキング処理での撮像及びマーカ発行の回数を説明するための図である。 三次元座標測定装置の主として画面表示に関する機能的な構成を示すブロック図である。

以下、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。図１は、三脚１２を含む基準スタンド１０に設置した三次元座標測定装置１を示す。三次元座標測定装置１は、測定装置本体１００と、手持ち式のプローブ２００、処理装置３００との組み合わせで構成され、例えば大型の測定対象物Ｓの各部の寸法等の物理量を測定するために用いられる。

典型的には、三次元座標測定装置１は、測定対象物Ｓが設計通りに作られているかを確認するのに用いられる。図１には、測定対象物Ｓの例として大型の配管が図示されている。測定対象物Ｓは床面上に置かれ、測定中は定置した状態が維持される。

プローブ２００は、使用者Ｕにより携行される。プローブ２００は接触子２０１を有している。使用者Ｕは測定対象物Ｓの所望の部分に接触子２０１を当接させる。接触子２０１の接触ポイントが「測定点」となる。

基準スタンド１０の一部を構成する三脚１２は、測定装置本体１００を固定するための固定部１１を含む。基準スタンド１０は床面上に定置され、測定対象物Ｓの測定が完了するまで位置固定される。

測定装置本体１００は、測定点を検出する測距光学系部材１１０として測定用の可動カメラ１１１を有し、可動カメラ１１１は定焦点カメラで構成されている。可動カメラ１１１は測距光学系部材１１０の一例である。測定用の可動カメラ１１１に代えて、特許文献１（JP特開２０１５－１９４４５２号公報）に開示の固定カメラを採用してもよい。

測定用の可動カメラ１１１はプローブ２００に設けられた複数のプローブマーカeq(p)を撮像する。可動カメラ１１１は、その向きを左右方向及び／又は上下方向に変化させることが可能であり、これにより可動カメラ１１１の視野を左右方向及び／又は上下方向に拡大することができる。

図２は、測定装置本体１００の内部構造の概要を説明するための斜視図である。図３は、測定装置本体１００の全体概要を説明するための縦断面図である。先ず図２を参照して、測定装置本体１００は俯瞰カメラ１２０を有している。俯瞰カメラ１２０は定焦点カメラで構成されている。俯瞰カメラ１２０は大きな撮像視野を有し、広い撮像視野でプローブ２００の存在及びその概略的な位置を監視するのに用いられる。

例えばプローブ２００が移動することにより可動カメラ１１１の撮像視野からプローブ２００が外れても、俯瞰カメラ１２０が撮像した画像データ（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。俯瞰カメラ１２０で特定した位置に基づいて、可動カメラ１１１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１１１の向きが調整される。

図１に戻って、測定装置本体１００はケーブルCAを介して処理装置３００に接続される。処理装置３００は典型的にはパーソナルコンピュータ（PC）で構成される。処理装置３００は、液晶モニタなどの本体表示部３１０及びキーボード、マウスなど周知の本体操作部３２０と有線又は無線で接続される。

処理装置（PC）３００は、測定用の可動カメラ１１１がプローブマーカeq(p)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。）を測定装置本体１００から受け取る。そして、処理装置（PC）３００は、受け取った測定画像データと、後述する基準画像データとに基づいて、接触子２０１の接触ポイントつまり、使用者Ｕがプローブ２００を介して指示した測定点の座標を求める。すなわち、処理装置３００は画像処理と演算処理とを実行して測定点の三次元座標を求める。そして、処理装置３００は、測定対象物Ｓの一又は複数の測定点の座標に基づいて測定対象物Ｓの物理量を求めて本体表示部３１０に表示する。

実施例では、測定装置本体１００と処理装置３００が別体であるが、処理装置３００の機能の一部又は全てを測定装置本体１００に組み込んでもよい。

把持しているプローブ２００を使用者Ｕが移動させると、図１に白抜きの点線矢印で示すように、プローブ２００の移動に追従して可動カメラ１１１の向きが上下及び／又は左右に変化する。すなわち、可動カメラ１１１の向きは、プローブ２００が移動すると、このプローブ２００が可動カメラ１１１の撮像視野内に位置するように変化する。これにより、三次元座標測定装置１は大きな測定可能領域を実現している。

図２、図３を参照して、測定装置本体１００は、ベース部材１３０と、第１サブ部材１４０と、第２サブ部材１５０との３分割構造を有し、その各々が独立したフレームを有している。具体的に説明すると、ベース部材１３０はベースフレームＦ(B)を有している。第１サブ部材１４０は第１サブフレームＦ(S1)を有している。第２サブ部材１５０は第２サブフレームＦ(S2)を有している。これら３つの独立したフレームＦ(B)、Ｆ(S1)、Ｆ(S1)は金属製であり、好ましくは熱伝達性に優れた例えばアルミニウム合金で作られている。

ベースフレームＦ(B)は第１サブフレームＦ(S1)を縦軸Ａx(V)を中心に回転可能に支持している。第１サブフレームＦ(S1)は第２サブフレームＦ(S2)を横軸Ａx(L)を中心に回転可能に支持している。測定装置本体１００は、第２サブフレームＦ(S2)の姿勢を介して可動カメラ１１１の姿勢を検出する姿勢検出センサ１６０を有している。実施例では、姿勢検出センサ１６０として光学系部材の一例である基準カメラ１６１が採用されている。この基準カメラ１６１は定焦点カメラで構成され、ベースフレームＦ(B)に固定されている。

ベースフレームＦ(B)は、縦軸Ａx(V)と同軸に配置された中空支持軸１４８を有している。中空支持軸１４８は、ベースフレームＦ(B)から上方向に真っ直ぐに延びており、この中空支持軸１４８の中に基準カメラ１６１が配置され、そして、基準カメラ１６１はベースフレームＦ(B)に固定されている。基準カメラ１６１の撮像視野は上方を差し向けられている。基準カメラ１６１の光軸は、好ましくは、中空支持軸１４８と同軸である。すなわち、基準カメラ１６１の光軸は縦軸Ａx(V)と同軸であるのが好ましい。なお、ベースフレームＦ(B)は下方に突出する取付部１３２を有する。取付部１３２は、下方に開放した凹所を含み、この取付部１３２を基準スタンド１０の固定部１１に凹凸嵌合することにより、測定装置本体１００を基準スタンド１０に固定することができる(図１)。

図４は、測定装置本体１００及び処理装置（PC）３００の概要を説明するためのブロック図である。図３、図４を参照して、ベースフレームＦ(B)には、第１サブフレームＦ(S1)の回転を制御する第１回転駆動制御回路１４１と、第２サブフレームＦ(S2)の回転を制御する第２回転駆動制御回路１４２と、無線通信回路１４３が実装された各種基板がベースフレームＦ(B)に対して直接的な熱伝導が可能な状態で設けられている。また、ベースフレームＦ(B)には、第１サブフレームＦ(S1)を回転動作させるための第１回転駆動機構１４５が設けられている（図３）。第１回転駆動機構１４５は例えばステッピングモータ及びこれに関連した動力伝達部材を含む。

図２、図３を参照して、第１サブ部材１４０はベース部材１３０の上に回転可能に配置されている。具体的に説明すると、第１サブフレームＦ(S1)は、中空支持軸１４８の上端部分にクロスローラベアリングCB（図３）を介して回転自在に取付けられている。第１サブフレームＦ(S1)はベースフレームＦ(B)に対して縦軸Ａx(V)を中心に相対回転可能である。この第１サブフレームＦ(S1)は、上述した第１回転駆動機構１４５によって回転動作する。第１サブフレームＦ(S1)は、側面視Ｕ字状の形状を有し（図２）、互いに対向して上方に延びる２つの支柱部分１４６に第２サブフレームＦ(S2)が設置されている。第２サブフレームＦ(S2)は横軸Ａx(L)を中心に回転可能である。これにより、第２サブフレームＦ(S2)は第１サブフレームＦ(S1)に対して横軸Ａx(L)を中心に相対回転可能である。第２サブフレームＦ(S2)には、第２サブフレームＦ(S2)を回転動作させるための第２回転駆動機構１５１が取り付けられている。第２回転駆動機構１５１（図２）は、例えばステッピングモータ及びこれに関連した動力伝達部材を含む。

俯瞰カメラ１２０は、第１サブフレームＦ(S1)に設置されている（図２）。俯瞰カメラ１２０を第１サブフレームＦ(S1)に設けることにより、長期の使用に亘って監視誤差を抑制することができる。換言すれば、俯瞰カメラ１２０を第２サブフレームＦ(S2)に設けたときには、この第２サブフレームＦ(S2)は可動要素であり且つ同じく可動要素である第１サブフレームＦ(S1)で支持されていることから、第１サブフレームＦ(S1)の組付誤差が累積した監視誤差となって現れる可能性がある。

可動カメラ１１１は第２サブフレームＦ(S2)に設置されている。可動カメラ１１１及び俯瞰カメラ１２０は、共に前方に差し向けられている。第１サブフレームＦ(S1)が縦軸Ａx(V)を中心に回転することにより可動カメラ１１１及び俯瞰カメラ１２０の向きが左右に回転する。他方、第２サブフレームＦ(S2)が横軸Ａx(L)を中心に回転することにより可動カメラ１１１の向きが上下にチルトする。

図３を参照して、基準カメラ１６１の上方に差し向けられた撮像視野には参照部材１６２が配置される。基準カメラ１６１は、その光軸が縦軸Ａx(V)と平行であるのがよく、好ましくは、基準カメラ１６１は、その光軸が縦軸Ａx(V)と同軸であるのがよい。参照部材１６２は、第２サブフレームＦ(S2)に固設されている。つまり参照部材１６２は第２サブフレームＦ(S2)に関して不動である。また、参照部材１６２は、第２サブフレームＦ(S2)に対して直接的に熱伝導可能な状態で取り付けられている。図５は、参照部材１６２の構成を説明するための模式図であり、(a)は断面図、(b)は参照部材１６２を下方から見た底面図である。図５の(a)を参照して、参照部材１６２は複数の参照マーカep(ref)を有し、参照マーカep(ref)は自発光タイプの面マーカで構成されている。具体的に参照部材１６２の構成を説明すると、参照部材１６２は、上から下に向けて順に配置された発光基板１６３、拡散板１６４、ガラス板１６５を有し、これらは、その側方の周囲が拡散反射シート１６６によって包囲されている。

発光基板１６３の下面には、全体に亘って数多くの発光素子Ｌが整列した状態で実装されている。各発光素子Ｌは、例えば赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）で構成されている。発光素子Ｌとしては、赤外ＬＥＤの代わりに他の波長の光を発するＬＥＤが用いられてもよいし、フィラメント等の他の可視光発光素子が用いられてもよい。発光素子Ｌは参照マーカ駆動回路１５２（図４）によって駆動される。この参照マーカ駆動回路１５２は第２サブフレームＦ(S2)に搭載されている。

拡散板１６４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１６６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１６２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。以上の構成により、拡散板１６４から放出される光を面全体に均一化することができる。

ガラス板１６５は板ガラスであり、例えば石英ガラスまたはソーダガラスで構成される。ガラス板１６５の上下の面のうち少なくとも下面は、高度に平滑化された面で構成され、この下面に複数の円形開口を有する薄膜マスク１６７が設けられている。薄膜マスク１６７は、例えばガラス板１６５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。この薄膜マスク１６７の各円形開口によって参照マーカep(ref)の円形輪郭が規定される。これにより、どの角度から参照マーカep(ref)を撮像しても、規定の形状を歪みの無い画像を獲得することができる。面発光マーカである参照マーカep(ref)の輪郭形状は任意であり、四角形、星形、楕円などであってもよい。

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１６４および拡散反射シート１６６により拡散されて面全体に均一に放出される。つまり面全体に均一に光を放出する面光源になる。そして、この面光源から放出された光は、薄膜マスク１６７の各円形開口を通して参照部材１６２の下方に放出される。すなわち、薄膜マスク１６７は、各円形開口によって透光部を構成し、それ以外の部分で遮光部を構成する。これにより輪郭が明確な面発光の参照マーカep(ref)となる。複数の参照マーカep(ref)は、図５の（ｂ）から分かるように、参照部材１６２の下面（平面）において、マトリクス状に等間隔に配列されている。複数の参照マーカep(ref)のうち、中心に位置する参照マーカep(ref)を「第１マーカ」と呼び、符号(1)を付記する。第１マーカep(ref)(1)から所定距離離間した一つのマーカep(ref)を「第２マーカ」と呼び、符号(2)を付記する。第１、第２のマーカep(ref)(1)、ep(ref)(2)には、他の参照マーカep(ref)と識別するために識別マークとして例えば第１、第２のマーカep(ref)(1)、ep(ref)(2)の中心に識別マーク点Ｐ（図５(b)）が付されている。この識別マーク点Ｐは、薄膜マスク１６７によって生成される。

参照部材１６２は、面発光マーカである複数の参照マーカep(ref)が基準カメラ１６１の撮像視野の範囲内に位置するように位置決めされている。具体的には、第２サブフレームＦ(S2)が所定の基準姿勢をとったときに、参照部材１６２が縦軸Ａx(V)と直交する横断面上に位置するように、第２サブフレームＦ(S2)が位置決めされている。好ましくは、第１マーカep(ref)(1)の中心の位置する識別マーク点Ｐが縦軸Ａx(V)上に位置するように参照部材１６２が位置決めされる。

第１、第２のサブフレームＦ(S1)、Ｆ(S2が一緒に縦軸Ａx(V)を中心に回転し、及び／又は、第２サブフレームＦ(S2)が横軸Ａx(L)を中心に回転すると、基準カメラ１６１が獲得する複数の参照マーカep(ref)の画像が変化する。

図６は、基準カメラ１６１が参照部材１６２を撮像することにより得られる情報を説明するための図である。なお、基準カメラ１６１の撮像タイミングは、後に説明するように、参照部材１６２の複数の参照マーカep(ref)が発光するタイミングに同期される。これにより、複数の参照マーカep(ref)を発光させるのに要する電気的エネルギ及び参照部材１６２が発する熱を必要最小限に止めることができる。

可動カメラ１１１が基準姿勢の状態のとき、つまり第１サブフレームＦ(S1)及び第２サブフレームＦ(S2)が共に基準姿勢の状態のときは、図６(a)に示す画像１６１i(1)が得られる。ここに可動カメラ１１１の基準姿勢は、第１サブフレームＦ(S1)が基準となる回転位置にあることを前提として、参照部材１６２の下面が基準カメラ１６１の光軸と好ましくは同軸の縦軸Ａx(V)と直交する横断面上に位置することで作られる。基準カメラ１６１の光軸は縦軸Ａx(V)と平行に配置されてもよい。図６（ａ）の画像１６１i(1)においては、複数の参照マーカep(ref)にそれぞれ対応するマーカ画像iepが複数の参照マーカep(ref)の配列と一致した状態で並んでいる。すなわち、参照部材１６２の複数の参照マーカep(ref)と、撮像画像１６１i(1)の複数のマーカ画像iepとは、その配列パターンが同じである。したがって、基準カメラ１６１の視野中心に対応する画像中央部には、第１マーカep(ref)(1)に対応する第１マーカ画像iep１が位置している。さらに、第１マーカ画像iep１から所定距離離間した位置に第２マーカep(ref)(2)に対応する第２マーカ画像iep２が位置している。第１、第２のマーカ画像iep１、iep２と他のマーカ画像との識別は、第１マーカep(ref)(1)及び第２マーカep(ref)(2)に存在する識別マーク点Ｐによって行われる。

図６(b)は、第１サブフレームＦ(S1)の軸回転に伴って第２サブフレームＦ(S2)が基準姿勢から縦軸Ａx(V)を中心に回転したとき、つまり可動カメラ１１１の向きが左右に動いたときの基準カメラ１６１の撮像画像１６１i(2)を示す。第２サブフレームＦ(S2)が基準姿勢から縦軸Ａx(V)を中心に回転しても、複数の参照マーカep(ref)と基準カメラ１６１との間の距離は大きく変動しない。縦軸Ａx(V)を中心に第２サブフレームＦ(S2)が回転すれば、同じように複数のマーカ画像iepが画像中央部を中心として回転する。すなわち、参照部材１６２の複数の参照マーカep(ref)と、撮像画像１６１i(1)の複数のマーカ画像iepとは、その配列パターンが同じであるが、画像中央部を中心として回転する。この回転角度θは、第１、第２のマーカ画像iep１、iep２の位置関係に基づいて実質的に求めることができる。

図６(c)は、第２サブフレームＦ(S2)が基準姿勢から横軸Ａx(L)を中心に回転したとき、つまり可動カメラ１１１の向きが上下に動いたときの基準カメラ１６１の撮像画像１６１i(3)を示す。第２サブフレームＦ(S2)が横軸Ａx(L)を中心に回転すると、複数の参照マーカep(ref)のうち、その一部は基準カメラ１６１との距離が短くなり、他の部分は基準カメラ１６１との距離が長くなる。すなわち、参照部材１６２の複数の参照マーカep(ref)と、撮像画像１６１i(1)の複数のマーカ画像iepとは、その配列パターンに違いがある。図６（ｃ）から分かるように、複数のマーカ画像iepの配列状態に歪が生じる。この歪みを含む配列パターンに基づいて、横軸Ａx(L)を中心とした第２サブフレームＦ(S2)のチルト角度φを実質的に求めることができる。具体的には、第１、第２のマーカ画像iep１、iep２の位置関係に基づいてチルト角度φを実質的に求めることができる。ここに、第２サブフレームＦ(S2)が横軸Ａx(L)を中心に回転できる角度範囲つまり第２サブフレームＦ(S2)のチルトは例えば３０°程度の限定的な角度範囲で足りる。この程度の角度範囲であれば、第２サブフレームＦ(S2)が横軸Ａx(L)を中心にチルトしても、第１、第２の参照マーカep(ref)(1)、ep(ref)(2)に対応する第１、第２のマーカ画像iep１、iep２の相対的な位置関係つまり離間距離は大きく変化しない。

上述したように、第２サブフレームＦ(S2)には可動カメラ１１１および参照部材１６２が固定されている。したがって、基準カメラ１６１を使って参照部材１６２の複数の参照マーカep(ref)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、可動カメラ１１１の向きつまり上下及び／又は左右の変位量（回転角度θ及び／又はチルト角度φ）を実質的に検出することができる。すなわち、基準カメラ１６１は可動カメラ１１１の姿勢を第２サブフレームＦ(S2)の姿勢を介して検出する姿勢検出センサとして機能する。

また、基準カメラ１６１は可動カメラ１１１の姿勢を第２サブフレームＦ(S2)の姿勢を検出することから、後に説明するように、第１、第２の回転駆動機構１４５、１４７の回転停止の制御を可動カメラ１１１及び基準カメラ１６１の画像データに基づいて行うようことができる。これによれば、第１、第２の回転駆動機構１４５、１４７の回転停止を行うための近接スイッチなどリミットセンサの設置を省くことができる。

ベースフレームＦ(B)に配置した姿勢検出センサ１６０の一例として光学系部材の具体例である基準カメラ１６１の第１変形例として、基準カメラ１６１と共に縦軸Ａx(V)を中心とした第１サブフレームＦ(S1)の回転角度を検出するロータリエンコーダをベースフレームＦ(B)に設けてもよい。また、第２変形例として、縦軸Ａx(V)を中心とした第１サブフレームＦ(S1)の回転角度θを検出するロータリエンコーダをベースフレームＦ(B)に設置すると共に、このベースフレームＦ(B)に、横軸Ａx(L)を中心とした第２サブフレームＦ(S2)のチルト角度φを検出するレーザビーム方式の光学系測距ユニットを設けてもよい。

図７は、上述したように、測定装置本体１００が３つに分割したフレーム構造を明らかにするための分解斜視図である。この図７に図示の３分割のフレーム構造に次に説明する包囲部材１７０が装着される。包囲部材１７０を装着した状態を図８に示す。

図８及び前述した図２、図３を参照して、基準カメラ１６１の視野を含む撮像空間rsを、その周囲から遮断する包囲部材１７０が基準カメラ１６１に関連して配置されている。包囲部材１７０は、撮像空間rsをその回りの環境から断絶するための部材である。包囲部材１７０は、撮像空間rsの内部に外から熱、光、空気が入り込むのを防止し且つ撮像空間rs内部で空気の流れが発生するのを防止する。

包囲部材１７０は横断面正方形の上下方向に延びる筒状の形状を有し、上端及び下端は開放している。包囲部材１７０の下端は、その全周が第１サブフレームＦ(S1)の下端部に密着した状態で固定されている。包囲部材１７０の上端は、その全周が第２サブフレームＦ(S2)の下面に密着状態で固定されている。これにより、基準カメラ１６１の撮像空間rsは、包囲部材１７０によって、外部の熱、光、空気の流動の影響を受け難い実質的に閉じた空間になる。すなわち、包囲部材１７０により撮像空間rsの内部雰囲気を安定させることができる。包囲部材１７０は、また、変形したときに基準カメラ１６１の撮像視野と干渉することがないように包囲部材１７０の断面形状の大きさが設計される。

包囲部材１７０は撮像空間rsの内部で光の乱反射が発生しないように、黒を含む暗色の布などの変形容易な材料で構成するのがよい。また、包囲部材１７０の変形を容易にするために蛇腹構造を有するのが好ましい。更に好ましくは、バネ無しの蛇腹構造を採用するのがよい。バネ無しの蛇腹構造を採用することにより、第２サブフレームＦ(S2)の横軸Ａx(L)（図２）を中心としたチルト動作に伴って包囲部材１７０の一部が圧縮変形し、他の一部が伸長変形しても、これらの変形に伴う反力が発生するのを抑えることができる。

第１サブフレームＦ(S1)が縦軸Ａx(V)（図３）を中心に回転する際には、第２サブフレームＦ(S2)の回転を伴うことから、包囲部材１７０も一緒に回転する。つまり、縦軸Ａx(V)を中心とした回転では、包囲部材１７０の変形は発生しない。他方、第２サブフレームＦ(S2)が横軸Ａx(L)を中心に回転すると、これに追従して包囲部材１７０が変形する。包囲部材１７０の材料及び／又は構造として、変形に伴う反力が発生しない材料及び構造（例えば上述したバネ無しの蛇腹構造）を採用することにより、第２サブフレームＦ(S2)の回転が停止した瞬間に発生し易い、包囲部材１７０からの反力の発生を抑えることができる。これにより、可動カメラ１１１を上下にチルトさせるときの第２サブフレームＦ(S2)の位置決め精度を長期に亘って維持できる。

基準カメラ１６１の周囲を包囲部材１７０で包囲することにより、外から光が撮像空間rs内に侵入するのを防止できる。また、撮像空間rsの周囲に存在する空気の流れ、熱（典型的にはモータ、基板からの熱）を包囲部材１７０によって遮断することができる。これにより撮像空間rsの内部雰囲気に揺らぎが生じるのを防止できる。このことは、高い精度で複数の参照マーカep(ref)を撮像できることを意味している。これにより、姿勢検出センサ１６０である基準カメラ１６１の検出精度を高めることができる。

包囲部材１７０は、少なくともその内面が、光の反射率を低下させる又は光を吸収できる色（黒を含む暗色）または材料で構成するのが好ましい。具体的には、光を反射しない無反射素材で包囲部材１７０の内面を構成する、或いは、光を反射しない無反射素材のコーティングを施して乱反射するのを防止するのが好ましい。

図６の(a)ないし(c)に図示の外枠ＯFは基準カメラ１６１の撮像視野の境界を示す。撮像視野ＯFは限定的であり、参照部材１６２に含まれる全ての参照マーカep(ref)を取り込むのに過不足無い、必要最小限の寸法に設定されている。これにより、画像から全ての参照マーカep(ref)の相対的な関係を求める精度を高めることができる。この実施例では単一の基準カメラ１６１を用いているが、基準カメラ１６１を複数並置してもよい。複数の基準カメラ１６１を設置するときには、撮像視野ＯFを複数に分割した分割撮像視野毎に各基準カメラ１６１で撮像し、これを合成することで、図６に図示の撮像視野ＯF全体の画像を生成してもよい。これによれば、複数の基準カメラ１６１の各々が担う撮像視野を更に小さく設定することができるため、合成した撮像視野ＯFの画像は高い分解能を備えている。これにより、基準カメラ１６１の画像の読取精度を更に向上することができる。つまり、複数の基準カメラ１６１の各画像を合成することにより、可動カメラ１１１の姿勢を検出するセンサとしての検出精度を更に向上することができる。

測定装置本体１００の筐体１８０は第１の下方筐体１８１と第２の上方筐体１８２で外観が作られている。図９は測定装置本体１００の外観を示す斜視図である。図１０は上方筐体１８２を取り外した状態を示す図である。図１０から分かるように、上方筐体１８２は第１、第２のサブ部材１４０、１５０を包囲する部材である。図１１は下方筐体１８１を取り外した状態を示す図である。図１１から分かるように、下方筐体１８１はベース部材１３０を包囲する部材である。

下方筐体１８１はベースフレームＦ(B)に固定される（図３）。下方筐体１８１は、互いに対向する位置に配置された一対の取っ手１８３を有し（図９、図１０）、この一対の取っ手１８３を使用者が把持することで重量物である測定装置本体１００を持ち運ぶことができる。ちなみに、測定装置本体１００の重量は約１３Kgである。一対の取っ手１８３は、測定装置本体１００の重心Ｇの高さレベルに配置されている。これにより使用者は安定して測定装置本体１００を持ち運ぶことができる。その結果、測定装置本体１００を持ち運びに伴う内装部品、特に光学系部品に与える可能性としての荷重変動や衝撃を抑制することができ、長期に亘る使用に伴う光学系の誤差の発生を抑えることができる。

図３を参照して、下方筐体１８１はベース部材１３０を構成する要素と協働して上端部、下端部、側方周囲を閉じた第１の下方閉空間１３１を形成している。他方、上方筐体１８２は、その下端が第１サブフレームＦ(S1)に固定されており、第１、第２のサブ部材１４０、１５０を構成する要素と協働して上端、下端、側方周囲を閉じた第２の上方閉空間１５３を形成している。

図１２は、図９に図示の測定装置本体１００の縦断面図である。図１２を参照して、下方筐体１８１は、側方に向けて開口した下方排気口１８４を有し、この下方排気口１８４には電動の下方排気ファン１８５が設置されている。同様に、第２筐体１８２は、その上端部に側方に向けて開放した上方排気口１８６を有し、この上方排気口１８６には電動の上方排気ファン１８７が設置されている。この上方排気口１８６は、好ましくは、可動カメラ１１１の光軸から離れた位置、例えば可動カメラ１１１の光軸とは縦軸ＡX(V)を挟んで反対側に配置される。

下方筐体１８１などで画成される下方閉空間１３１には、ベース部材１３０の一部を構成する各種回路基板１４４、第１回転駆動機構１４５（図３）などの熱源が配置されている。この熱は下方排気ファン１８５によって外部に放出される。この強制排気に伴って下方閉空間１３１に負圧が発生しないように、下方閉空間１３１には、下方筐体１８１とベース部材１３０との間の隙間など意図的に限定した箇所を通じて、例えば下方筐体１８１の下端から外気が導入される。

他方、上方筐体１８２によって画成される上方閉空間１５３には、第２回転駆動機構１５１（図２）などの熱源が配置されている、この熱は上方排気ファン１８７によって外部に放出される。この強制排気に伴って上方閉空間１５３に負圧が発生しないように、上方閉空間１５３には、上方筐体１８２の下端など意図的に限定した箇所を通じて外気が導入される。

上述したように、互いに隔離された上下の閉空間１３１、１５３を独立して強制排気するため、測定装置本体１００の内部で温度勾配が発生するのを抑制することができる。特に、下方閉空間１３１と下方閉空間１５３との間の温度勾配の発生を抑制することができる。これにより、基準カメラ１６１や可動カメラ１１１の検出精度を更に向上することができる。

図１０、図１３を参照して、最も上の高さレベルに位置する第２サブ部材１５０は、単一ブロックからなるカウンタウエイト１９２を有している。図１３は、カウンタウエイト１９２の存在を明らかにするために上方筐体１８２の一部を切り欠いた測定装置本体１００の側面図である。

前述したように、縦軸Ａx(V)を中心に第１、第２サブ部材１４０、１５０が回転する。また、横軸Ａx(L)を中心に第２サブ部材１５０が回転する。これらの回転に伴って、第１、第２サブ部材１４０、１５０の組立体の重心位置が変化する。測定位置本体１００の重心位置が変化すると、ベース部材１３０を固定している台座や三脚１２を含む基準スタンド１０に作用する荷重が変化し、この結果、基礎部分の姿勢に変化が生じる可能性がある。例えば、基礎部分が１arcsec変化しただけでも可動カメラ１１１の部分では約14μmの変位となって現れる。第１、第２サブ部材１４０、１５０の組立体の重心位置の変化を抑えることで、上記の問題を低減できると共に第１サブ部材１４０、第２サブ部材１５０の安定した回転動作を長期に亘って維持することができる。同様に、第１回転駆動機構１４５（図３）、第２回転駆動機構１５１（図７）の負担を軽減することができる。

単一のカウンタウエイト１９２の配置位置に関する基本的な設計指針を説明すると、第１に、第２サブ部材１５０に含まれる第２回転駆動機構１５１と縦軸Ａx(V)を挟んで反対側の位置を選択するのがよい。第２に、可動カメラ１１１と横軸ＡX(L)を挟んで反対側の位置を選択するのがよい。

単一のカウンタウエイト１９２の変形例として、第１に、縦軸Ａx(V)を中心とした第１、第２サブ部材１４０、１５０の回転に伴う重心位置の変化を抑える第１カウンタウエイトと、第２に、横軸Ａx(L)を中心とした第２サブ部材１５０の回転に伴う重心位置の変化を抑える第２カウンタウエイトと、を別部材として第２サブ部材１５０に設けてもよい。

図１４は、可動カメラ１１１の画角の設定を説明するための図である。定焦点の可動カメラ１１１の画角が大きいと、比較的遠い位置のプローブ２００はその画像上のプローブが小さくなり測定点の検出精度が低下する。可動カメラ１１１は、複数のプローブマーカeq(p)を撮像するのが目的である。この観点に立脚して、可動カメラ１１１は、図１４から分かるように、ある程度の余裕を持って複数のプローブマーカeq(p)を撮像できる範囲の限定した画角が設定されている。具体的に説明すると、可動カメラ１１１の画角は、例えば可動カメラ１１１から１．５ｍ離間した位置で直径１５ｃｍ程度の領域をカバーできるように設定される。これにより、複数のプローブマーカeq(p)を介して接触子２０１の位置座標を特定する精度を高めることができる。

可動カメラ１１１は、実施例では単一のカメラで構成されているが、変形例として、複数のカメラで構成してもよい。つまり、測距デバイスとして複数の可動カメラ１１１を採用し、そして各可動カメラ１１１の画像を合成することで、図１４に図示の撮像視野を形成してもよい。これによれば、接触子２０１の接触ポイントつまり測定点を特定する精度を更に高めることができる。

次に、俯瞰カメラ１２０について説明する。俯瞰カメラ１２０は、その画角が可動カメラ１１１の画角に比べて大きい。そのため、俯瞰カメラ１２０の撮像視野は、可動カメラ１１１の撮像視野に比べて大きい。俯瞰カメラ１２０はプローブ２００の移動を監視する目的を有している。この目的に合致する俯瞰カメラ１２０を第１サブ部材１４０に搭載すればよい。これにより、プローブ２００の移動に伴って可動カメラ１１１の撮像視野からプローブ２００が外れた場合でも、俯瞰カメラ１２０が撮像した画像データ（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１１１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１１１の向きの上下及び／又は回転変位させる調整が行われる。

図３、図４を参照して、基準カメラ１６１、可動カメラ１１１、参照部材１６２を発光させるための参照マーカ駆動回路１５２、第１、第２の回転駆動機構１４５、１５１を駆動させるための第１、第２の回転駆動回路１４１、１４２、無線通信回路１４３、処理装置（PC）３００、この処理装置３００と通信するための通信回路１４９は、測定装置本体２００を統合制御するヘッド制御回路１９３に接続されている。ヘッド制御回路１９３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１６１、可動カメラ１１１、参照マーカ駆動回路１５２および第１、第２の回転駆動回路１４１、１４２を制御する。

基準カメラ１６１、可動カメラ１１１および俯瞰カメラ１２０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１９３に出力される。

ヘッド制御回路１９３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１６１、可動カメラ１１１および俯瞰カメラ１２０からそれぞれ出力される受光信号は、ヘッド制御回路１９３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（PC）３００に転送される。

参照マーカ駆動回路１５２は、ヘッド制御回路１９３の制御に基づいて、図５（ａ）の発光基板１６３を駆動する。それにより、発光基板１６３上の複数の発光素子Ｌが発光し、参照部材１６２の複数の参照マーカｅｐ(ref)から光が放出される。なお、好ましくは、この発光タイミングと基準カメラ１６１の撮像タイミングとが同期される。

第１回転駆動回路１４１は、ヘッド制御回路１９３の制御に基づいて図４の第１回転駆動機構１４５を駆動する。これにより第１サブ部材１４０と第２サブ部材１５０は一緒に縦軸Ａx(V)を中心に回転して、可動カメラ１１１はその向きが左右に変位する。また、第２回転駆動回路１４２は、ヘッド制御回路１９３の制御に基づいて第２回転駆動機構１４７を駆動する。これにより、第２サブ部材１５０が横軸Ａx(L)を中心に回転して、可動カメラ１１１はその向きが上下にチルトする。これらの第１、第２の回転駆動回路１４１、１４２による可動カメラ１１１の撮像視野の向きの上下及び／又は左右の変位は、処理装置（PC）３００の追跡処理（後に説明する）に基づいて行われる。

ヘッド制御回路１９３は、無線通信回路１４３を介してプローブ２００との間で無線通信を行う。この無線通信は２系統の通信手段によって行われる。一つは、電磁波として可視光又は不可視光（例えば赤外線）を使った光通信である。他の一つは電波無線信号であり、例えばBluetooth（登録商標）通信のように電波を使った短距離デジタル無線通信が採用可能である。図９を参照して、測定装置本体１００は、俯瞰カメラ１２０の直ぐ上の位置に光通信用の第１の窓１９４を有し、また、測定装置本体１００の下端部に電波通信用の第２の窓１９５を有している。

図１５ないし図１８はプローブ２００に関連した図である。図１５は、プローブ２００を使用者側から見た斜視図である。図１６は、プローブ２００の背面側から見た斜視図である。図１５、図１６を参照して、プローブ２００は、一つの方向に延びる細長い形状のプローブ本体２０２と、長手方向一端から延びるスタイラス２０３の先端に、前述した接触子２０１が設けられている。この接触子２０１は球状である。また、スタイラス２０３の近傍にプローブカメラ２０４が設けられている。プローブ本体２０２はその長手方向中間部分に把持部２０５を有し、使用者は片手で把持部２０５を握ってプローブ２００を操作することができる。

プローブ２００の背面には、図１６を参照して、複数のプローブマーカeq(p)が互いに離間して配置されており、また、通信窓２０６が設けられている。図１７は、通信窓２０６の部分を拡大した図である。この通信窓２０６は、測定装置本体１００との間の情報の授受を行う通信インターフェースの一部を構成しており、通信窓２０６を通じて測定装置本体１００との間で特定の周波数帯を共有した電波通信と、赤外線などの光通信との使い分けの下でプローブ２００と測定装置本体１００との間で設定情報や撮像情報などの各種の情報の授受が行われる。光通信は、後に説明するトラッキング処理において、可動カメラ１１１の撮像タイミングとプローブマーカeq(p)の発光のタイミングとの厳格な同期性を確保するのに用いられる。測定処理においても、可動カメラ１１１の撮像タイミングとプローブマーカeq(p)の発光のタイミングとの厳格な同期性を確保するために光通信を用いてもよい。

図１５を参照して、プローブ２００は、長手方向他端にタッチパネルディスプレイ２１０を備え、また、その近傍に操作部２１１が配置されている。操作部２１１は複数のプッシュ式ボタンで構成され、測定を開始するための第１ボタン、幾何要素などの選択を決定するための第２ボタン、測定を完了させるための第３ボタンを含む。図１８は、プローブ２００の構成を説明するためのブロック図である。プローブ２００は、電気的な構成としてプローブ制御部２２０、表示灯２２１、バッテリ２２２、プローブマーカ駆動回路２２３、プローブメモリ２２４、無線通信回路２２５、モーションセンサ２２６の他に、上述したプローブカメラ２０４、プローブ操作部（プッシュ式ボタン）２１１、タッチパネルディスプレイ２１０、複数のプローブマーカeq(p)を含む。

バッテリ２２２は、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。プローブ制御部２２０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２２１、プローブマーカ駆動回路２２３、プローブカメラ２０４およびタッチパネルディスプレイ２１０を制御する。また、プローブ制御部２２０は、操作部を構成するプッシュ式ボタン２１１およびタッチパネルディスプレイ２１０に対する使用者Ｕの操作に応答して、各種処理を行う。すなわち、プローブ２００の駆動電力は全てバッテリ２２２から供給される。

さらに、プローブ制御部２２０は、複数種類の副画面生成用データ（後に説明する）に基づいて、タッチパネルディスプレイ２１０に表示されるべき画面を示す画面データを生成する。

タッチパネルディスプレイ２１０は、プローブ表示部２３１およびタッチパネル２３２を含む。プローブ表示部２３１は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬパネルにより構成される。

表示灯２２１は、例えば一又は複数のＬＥＤを含み、その発光部が外部に露出するように設けられている。表示灯２２１は、プローブ制御部２２０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。

複数のプローブマーカeq(p)は、図５（ａ）を参照して前述した参照部材１６２と同じ構成を有し、面発光マーカで構成されている。プローブマーカ駆動回路２２３は、複数のプローブマーカeq(p)に接続され、プローブ制御部２２０の制御に基づいて複数のプローブマーカeq(p)の発光のオン・オフが制御される。このオン・オフのタイミングは、可動カメラ１１１の撮像タイミングと同期される。

プローブメモリ２２４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２２４には、タッチパネルディスプレイ２１０の画面表示に関するプログラムが記憶される。また、プローブメモリ２２４は、種々のデータの処理および測定装置本体１００から与えられる画像データ等の種々のデータを保存するために用いられる。さらに、プローブメモリ２２４には、使用者Ｕによる三次元座標測定装置１の操作に応じてタッチパネルディスプレイ２１０に表示されるべき画面を示す画面データを生成するための複数種類の副画面生成用データが記憶されている。

モーションセンサ２２６は、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。例えば、モーションセンサ２２６は、プローブ２００の移動時に、その移動方向、加速度および姿勢等を検出する。プローブカメラ２０４は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。

プローブ制御部２２０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２２０においては、モーションセンサ２２６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。また、プローブ制御部２２０においては、プローブカメラ２０４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２２０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２２５を通して測定装置本体１００に無線通信（Bluetooth（登録商標）通信）により送信する。測定装置本体１００は、動きデータおよび複数の画素データを処理装置３００に転送する。

三次元座標測定装置１においては、基準カメラ１６１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。図４を参照して、処理装置（PC）３００の本体メモリ３０３には、予め参照部材１６２の参照マーカep(ref)の相対的な位置関係が記憶されている。

前述したように、基準カメラ１６１は参照部材１６２の複数の参照マーカep(ref)を撮像する。図４に示すように、処理装置（PC）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、本体表示回路３０２と本体表示部３１０との間に表示制御回路３１１が介在し、本体表示部３１０の表示は表示制御回路３１１によって制御される。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参照マーカep(ref)の位置関係とに基づいて、装置座標系における各参照マーカep(ref)の各座標を算出する。このとき、参照部材１６２の複数の参照マーカep(ref)の各々は、第１および第２のマーカｅｐ１、ｅｐ２（図５（ｂ））に基づいて識別される。

その後、本体制御回路３０２は、算出された複数の参照マーカep(ref)の座標に基づいて、可動カメラ１１１の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。

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１１１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の複数のプローブマーカeq(p)の相対的な位置関係が記憶されている。

可動カメラ１１１は、複数のプローブマーカeq(p)を撮像する。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プローブマーカeq(p)の各座標を算出する。

その後、本体制御回路３０２は、算出された複数のプローブマーカeq(p)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。

可動カメラ１１１の向きは、撮像視野がプローブ２００の移動に追従する。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１１１の向きの変化に伴って変化する。

処理装置（PC）３００の本体制御回路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、本体メモリ３０３に記憶されたプローブ２００の複数のプローブマーカeqと接触子２０１の中心と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。また、ヘッド制御回路１９３は、通信回路１４９およびケーブルCAを介して処理装置３００との間で有線通信を行う。

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、後述する測定対象部分設定プログラム、測定値算出プログラム、追跡処理プログラムおよび画面表示に関する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測定装置本体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。さらに、本体メモリ３０３には、使用者Ｕによる三次元座標測定装置１の操作に応じて本体表示部３１０に表示されるべき画面を示す画面データを生成するための複数種類の主画面生成用データが記憶されている。

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、測定装置本体１００からケーブルCA（図１）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。

測定装置本体１００の基準カメラ１６１、可動カメラ１１１および俯瞰カメラ１２０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２０４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、画像処理及び演算処理により接触子２０１（図１）の接触ポイントつまり測定点の位置座標を算出する。

さらに、本体制御回路３０２は、本体メモリ３０３に記憶された複数種類の主画面生成用データに基づいて、本体表示部３１０に表示されるべき画面を示す画面データを生成する。本体表示部３１０に表示される画面の詳細は後述する。

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。

三次元座標測定装置１による測定対象物Ｓの寸法の基本的な測定例について説明する。図１９は、処理装置（PC）３００の本体表示部３１０（図１）に表示される画像の一例を示す図である。図２０は、測定対象物Ｓの一例を示す図である。

図１９を参照して、処理装置（PC）３００の本体表示部３１０には、三次元座標測定装置１により測定対象物Ｓの寸法測定が可能な領域を仮想的に表す画像（以下、「測定領域仮想画像」と呼ぶ）ＶＩが表示される。画像VIにおいては、平坦かつ水平な仮想上の床面ＦＬに平行でかつ互いに直交するように装置座標系のｘ軸およびｙ軸が設定され、床面ＦＬに対して垂直に装置座標系のｚ軸が設定される。

また、可動カメラ１１１の撮像視野と予め定められた関係にある床面の位置が装置座標系の原点Ｏに設定される。図１９の測定領域仮想画像ＶＩには、装置座標系の原点Ｏ、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が含まれるとともに、仮想上の床面ＦＬに対応する床面画像ＦＬｉ（図１９の点線部分）が含まれる。

図２０の測定対象物Ｓは、直方体形状を有する。本例では、測定対象物Ｓの一方の側面Ｓａと、その反対側の側面Ｓｂとの間の距離が測定される。測定対象物Ｓの側面Ｓａ、Ｓｂは、それぞれｘ軸に対して垂直である。

図２１～図２５は、図２０に図示した測定対象物Ｓについての基本的な測定例を説明するための図である。図２１（ａ）および図２３（ａ）は、可動カメラ１１１、プローブ２００および測定対象物Ｓの位置関係を示す図であり、図２１（ｂ）および図２３（ｂ）は、プローブ２００および測定対象物Ｓの外観斜視図である。図２２、図２４および図２５には、処理装置（PC）３００の本体表示部３１０に表示される測定領域仮想画像ＶＩの例が示される。

この測定時には、使用者Ｕは測定対象物Ｓのうち測定すべき部分（測定対象部分）の位置および形状を特定する必要がある。そこで、使用者Ｕは、処理装置３００の本体操作部（マウスなど）３２０（図１）またはプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０（図１５）を操作することにより、測定対象物Ｓのうち測定すべき部分の形状を示す幾何形状の種類（以下、幾何要素と呼ぶ。）を選択する。幾何要素には、点、直線、平面、円、円筒および球など、工業製品に含まれる幾何要素が含まれる。

例えば、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの一方の側面Ｓａの形状を示す幾何要素として「平面」を選択する（幾何要素の選択操作）。その後、使用者Ｕは、当該側面Ｓａを特定するために、測定対象物Ｓの側面Ｓａ上で３点以上の複数の測定点を指示する（測定点の指示操作）。

具体的には、使用者Ｕは、図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示すように、プローブ２００の複数のプローブマーカeq(p)が可動カメラ１１１に向くように、接触子２０１を測定対象物Ｓの側面Ｓａに接触させる。その状態で、使用者Ｕは、プローブ操作部（プッシュ式ボタン）２１１（図１５）を押下操作することにより、測定対象物Ｓと接触子２０１との接触位置を測定点Ｍ１ａとして指示する。この場合、処理装置３００の本体制御回路３０２（図４）において測定点Ｍ１ａの座標が算出され、算出結果が本体メモリ３０３（図４）に記憶される。

同様にして、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの側面Ｓａ上の互いに異なる３つの部分を測定点Ｍ２ａ、Ｍ３ａ、Ｍ４ａとして指示する。それにより、本体制御回路３０２において測定点Ｍ２ａ、Ｍ３ａ、Ｍ４ａの座標が算出される。算出結果は本体メモリ３０３に記憶される。

続いて、使用者Ｕは、処理装置３００の本体操作部（マウスなど）３２０（図４）またはプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０（図１５）を操作することにより、測定点Ｍ１ａ～Ｍ４ａを通る平面（以下、測定平面ＭＬ１と呼ぶ。）を、測定対象物Ｓの側面Ｓａに対応する測定対象部分として設定する（測定対象部分の設定操作）。それにより、装置座標系における測定平面ＭＬ１の位置が算出され、算出結果が要素特定情報として本体メモリ３０３に記憶される。この場合、図２２に示すように、測定領域仮想画像ＶＩ上に、設定された測定平面ＭＬ１を示す画像ＭＬ１ｉが重畳表示される。

ここで、本実施の形態では、要素特定情報は、使用者Ｕにより選択された幾何要素と使用者Ｕにより指示された測定点とに基づいて特定された測定対象物Ｓ上の測定対象部分を装置座標系で示す情報である。

続いて、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの他方の側面Ｓｂ（図２０、図２１）の形状を示す幾何要素として「平面」を選択する（幾何要素の選択操作）。その後、使用者Ｕは、当該側面Ｓｂを特定するために、測定対象物Ｓの側面Ｓｂ上で３点以上の複数の測定点を指示する（測定点の指示操作）。

具体的には、使用者Ｕは、図２３（ａ）および図２３（ｂ）に示すように、プローブ２００の複数のプローブマーカeq(p)が可動カメラ１１１に向くように、接触子２０１を測定対象物Ｓの側面Ｓｂに接触させる。その状態で、使用者Ｕは、プローブ操作部（プッシュ式ボタン）２１１（図１５）を押下操作することにより、測定対象物Ｓと接触子２０１との接触位置を測定点Ｍ１ｂとして指示する。この場合、本体制御回路３０２（図４）において測定点Ｍ１ｂの座標が算出され、算出結果が本体メモリ３０３に記憶される。

同様にして、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの側面Ｓｂ上の互いに異なる３つの部分を測定点Ｍ２ｂ、Ｍ３ｂ、Ｍ４ｂとして指示する。それにより、本体制御回路３０２において測定点Ｍ２ｂ、Ｍ３ｂ、Ｍ４ｂの座標が算出される。算出結果は本体メモリ３０３に記憶される。

続いて、使用者Ｕは、処理装置（PC）３００の本体操作部（マウスなど）３２０またはプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０（図１５）を操作することにより、測定点Ｍ１ｂ～Ｍ４ｂを通る平面（以下、測定平面ＭＬ２と呼ぶ。）を、測定対象物Ｓの側面Ｓｂに対応する測定対象部分として設定する（測定対象部分の設定操作）。それにより、装置座標系における測定平面ＭＬ２の位置が算出され、算出結果が要素特定情報として本体メモリ３０３に記憶される。この場合、図２４に示すように、測定領域仮想画像ＶＩ上に、測定平面ＭＬ１を示す画像ＭＬ１ｉに加えて、測定平面ＭＬ２を示す画像ＭＬ２ｉが重畳表示される。

使用者Ｕは、上記のように、測定対象物Ｓの測定対象部分を特定した上で、本体操作部３２０（マウスなど）（図４）またはタッチパネルディスプレイ２１０（図１５）を操作することにより、どの測定対象部分についての何を測定すべきかを設定する必要がある。そこで、使用者Ｕは、処理装置（PC）３００の本体操作部（マウスなど）３２０またはプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０（図１５）を操作することにより、測定対象物Ｓについての測定項目の種類を選択するとともに（測定項目の選択操作）、当該測定項目の値を得るために必要な測定対象部分のいずれかを選択する（測定対象部分の選択操作）。なお、測定項目の種類には、距離の他、角度等の種々の物理量が含まれる。

次に、使用者Ｕは、測定項目の種類として距離を選択する。また、使用者Ｕは、その距離がどこの距離であるのかを規定するための測定対象部分として２つの測定平面ＭＬ１、ＭＬ２を選択する。

測定項目及び測定対象部分が選択されることにより、本体メモリ３０３に記憶された要素特定情報を用いた測定項目の演算が行われる。本例では、選択された２つの測定対象部分（測定平面ＭＬ１、ＭＬ２）の間の距離が算出される。算出結果は測定結果として本体メモリ３０３（図４）に記憶される。

このとき、図２５に示すように、測定結果が測定領域仮想画像ＶＩ上に表示される。なお、測定結果は、測定領域仮想画像ＶＩとは別個に本体表示部３１０（図４）に表示されてもよい。また、２つの測定平面ＭＬ１、ＭＬ２間の距離の演算方法等は、使用者Ｕにより適宜設定可能であってもよい。

上記の例では、４つの測定点に基づいて１つの平面が測定対象部分として設定されるが、最少で３つの測定点に基づいて、１つの平面を測定対象部分として設定することができる。一方、１つの平面を設定するために４つ以上の測定点が指示される場合には、測定対象部分として設定される平面の平面度を求めることもできる。

また、上記の例では、２つの測定平面ＭＬ１、ＭＬ２が測定対象部分として設定された後、測定項目の種類として距離が選択されるが、測定項目の種類として距離に代えて角度が選択されてもよい。この場合、測定平面ＭＬ１、ＭＬ２の間の距離に代えて測定平面ＭＬ１、ＭＬ２のなす角度が測定される。

次に、処理装置３００の本体表示部３１０（図４）およびプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０の画面表示例を説明する。上記のように、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの測定時に、幾何要素の選択操作、測定点の指示操作、幾何要素および測定点に基づく測定対象部分の設定操作、測定項目の選択操作、および測定対象部分の選択操作を行う。

また、三次元座標測定装置１によれば、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの所望の部分について、所望の幾何公差を測定することも可能である。この場合、使用者Ｕは、複数種類の幾何公差のうち所望の幾何公差を選択する。それにより、使用者により指示された複数の測定点から特定される測定対象部分について、選択された種類の幾何公差が算出される。幾何公差は、測定対象物Ｓ上で一又は複数の測定点により特定された測定対象部分の形状が幾何的に正しい形状からどれだけ狂っているのかを表す。すなわち、幾何公差は、正しい幾何形状に対する測定対象部分の形状の狂いの程度を表す。このように、使用者Ｕは、幾何公差の測定を行う際には、幾何公差の選択操作を行う。

図２６は、処理装置（PC）３００の本体メモリ３０３（図４）およびプローブ２００のプローブメモリ２２４（図１８）にそれぞれ記憶される主画面生成用データおよび副画面生成用データと使用者Ｕによる三次元座標測定装置１の操作との関係を示す図である。

図２６に示すように、処理装置（PC）３００の本体メモリ３０３には、複数種類の主画面生成用データとして第１～第４の主画面生成用データが記憶されている。また、プローブメモリ２２４には、複数種類の副画面生成用データとして第１～第４の副画面生成用データが記憶されている。第１～第４の主画面生成用データおよび第１～第４の副画面生成用データの各々は、本体表示部３１０またはプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０に表示されるべき画面の背景を示す背景画像データ、背景画像上の一部領域に予め定められたアイコンを表示させるためのデータ、背景画像上の一部領域が操作されることにより実行すべき処理を示すデータ、および背景画像上の他の領域に本体制御回路３０２（図４）において算出された各種測定結果を表示させるためのデータ等を含む。

処理装置（PC）３００の第１の主画面生成用データおよび第１の副画面生成用データは、幾何要素の選択操作および測定項目の選択操作に対応付けられている。これにより、本体制御回路３０２（図４）は、幾何要素の選択操作および測定項目の選択操作を受け付けるための待機時に、第１の主画面生成用データに基づいて本体表示部３１０に表示されるべき画面を示す第１の主画面データを生成する。また、プローブ制御部２２０（図１８）は、本体制御回路３０２の第１の主画面データの生成に同期して、第１の副画面生成用データに基づいてプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０に表示されるべき画面を示す第１の副画面データを生成する。以下の説明では、第１の主画面データにより本体表示部３１０上に表示される画面を「第１の主画面」と呼び、第１の副画面データによりプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０上に表示される画面を「第１の副画面」と呼ぶ。

プローブ２００の第２の主画面生成用データおよび第２の副画面生成用データは、測定点の指示操作および測定対象部分の設定操作に対応付けられている。これにより、本体制御回路３０２（図４）は、測定点の指示操作および測定対象部分の設定操作を受け付けるための待機時に、第２の主画面生成用データに基づいて本体表示部３１０に表示されるべき画面を示す第２の主画面データを生成する。また、プローブ制御部２２０（図１８）は、本体制御回路３０２の第２の主画面データの生成に同期して、第２の副画面生成用データに基づいてタッチパネルディスプレイ２１０に表示されるべき画面を示す第２の副画面データを生成する。以下の説明では、第２の主画面データにより本体表示部３１０上に表示される画面を「第２の主画面」と呼び、第２の副画面データによりプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０上に表示される画面を「第２の副画面」と呼ぶ。

第３の主画面生成用データおよび第３の副画面生成用データは、測定対象部分の選択操作に対応付けられている。これにより、本体制御回路３０２（図４）は、測定対象部分の選択操作を受け付けるための待機時に、第３の主画面生成用データに基づいて本体表示部３１０に表示されるべき画面を示す第３の主画面データを生成する。また、プローブ制御部２２０（図１８）は、本体制御回路３０２の第３の主画面データの生成に同期して、第３の副画面生成用データに基づいてタッチパネルディスプレイ２１０に表示されるべき画面を示す第３の副画面データを生成する。以下の説明では、第３の主画面データにより本体表示部３１０上に表示される画面を「第３の主画面」と呼び、第３の副画面データによりプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０上に表示される画面を「第３の副画面」と呼ぶ。

第４の主画面生成用データおよび第４の副画面生成用データは、幾何公差の選択操作に対応付けられている。これにより、本体制御回路３０２（図４）は、幾何公差の選択操作を受け付けるための待機時に、第４の主画面生成用データに基づいて本体表示部３１０に表示されるべき画面を示す第４の主画面データを生成する。また、プローブ制御部２２０（図１８）は、本体制御回路３０２の第４の主画面データの生成に同期して、第４の副画面生成用データに基づいてタッチパネルディスプレイ２１０（図１５、図１８）に表示されるべき画面を示す第４の副画面データを生成する。以下の説明では、第４の主画面データにより本体表示部３１０上に表示される画面を「第４の主画面」と呼び、第４の副画面データによりプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０上に表示される画面を「第４の副画面」と呼ぶ。

三次元座標測定装置１においては、使用者Ｕは、処理装置（PC）３００の本体操作部（マウスなど）３２０（図４）またはプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０（図１５）を用いて、幾何要素の選択操作、測定対象部分の設定操作、測定項目の選択操作、測定対象部分の選択操作および幾何公差の選択操作を行う。また、使用者Ｕは、プローブ２００のプローブ操作部（プッシュ式ボタン）２１１を用いて、測定点の指示操作を行う。

図２７は、幾何要素および測定項目の選択操作時に本体表示部３１０（図４）およびプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０に表示される第１の主画面および第１の副画面の表示例を示す図である。図２７を参照して、第１の主画面sc01および後述する第２～第４の主画面sc02～sc04（図２８～図３０）においては、本体表示部３１０の表示領域が、測定状態表示領域３１１、結果表示領域３１２および操作表示領域３１３に分割されている。

測定状態表示領域３１１は、上記の測定領域仮想画像ＶＩを表示する領域である。測定領域仮想画像ＶＩには、可動カメラ１１１を用いてプローブ２００が撮像されることにより算出されるプローブ２００の位置および姿勢が仮想的に重畳表示される。結果表示領域３１２は、主として測定結果を表示する領域である。そのため、図２７（ａ）の第１の主画面sc01では、結果表示領域３１２に情報は表示されていない。操作表示領域３１３は、使用者により操作されるべきアイコン、ボタンおよび入力欄のうち少なくとも１つを表示する領域である。

図２７（ａ）では、第１の主画面sc01の全体の表示例とともに、第１の主画面sc01における操作表示領域３１３の拡大図が示される。第１の主画面sc01の操作表示領域３１３には、太い点線の枠内に示されるように、予め定められた複数の測定項目にそれぞれ対応する複数（本例では２個）の項目アイコンi01が表示される。本例の２個の項目アイコンi01は、測定項目「距離」および「角度」にそれぞれ対応する。

また、第１の主画面sc01の操作表示領域３１３には、太い一点鎖線の枠内に示されるように、予め定められた複数の幾何要素にそれぞれ対応する複数の（本例では１９個）の要素アイコンi02が表示される。複数の要素アイコンi02には、幾何要素「平面」、「直線」、「円」、「点」、「円筒」、「円錐」および「球」にそれぞれ対応する７個の要素アイコンi02が含まれる。以下の説明では、これらの７個の要素アイコンi02をそれぞれ「基本要素アイコン」と呼ぶ。

さらに、複数の要素アイコンi02には、幾何要素「角丸長方形」、「楕円」、「四角形」、「段差円筒」、「トーラス」、「中点」、「交点」、「接線」、「中線」、「交線」、「交円」および「中面」にそれぞれ対応する１２個の要素アイコンi02が含まれる。以下の説明では、基本要素アイコンを除く他の全ての要素アイコンi02をそれぞれ「特殊要素アイコン」と呼ぶ。

上記の例に示されるように、特殊要素アイコンには、例えば「交線」、「交円」および「中面」のように複数の幾何要素の位置関係から特定される幾何要素が含まれる。

使用者Ｕは、幾何要素の選択操作として、処理装置（PC）３００の本体操作部３２０（図４）により複数の要素アイコンi02から所望の要素アイコンi02を選択することができる。また、使用者Ｕは、測定項目の選択操作として、本体操作部３２０により複数の項目アイコンi01から所望の項目アイコンi01を選択することができる。

第１の主画面sc01の操作表示領域３１３には、さらに、幾何公差ボタンb01が表示されている。幾何公差ボタンb01は、幾何公差の選択操作を受け付けるように三次元座標測定装置１の状態を変更するためのボタンである。使用者Ｕは、本体表示部３１０に第１の主画面sc01が表示された状態で、幾何公差の選択操作を行いたい場合に、本体操作部３２０により幾何公差ボタンb01を操作することができる。

図２７（ｂ）に示すように、プローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０の第１の副画面sc11には、図２７（ｂ）の太い点線の枠内に示されるように、複数の測定項目にそれぞれ対応する複数（本例では２個）の項目アイコンi11が表示される。本例の２個の項目アイコンi11は、第１の主画面sc01に表示される２個の項目アイコンi01と同様に、測定項目「距離」および「角度」にそれぞれ対応する。

また、プローブ２００の第１の副画面sc11には、図２７（ｂ）の太い一点鎖線の枠内に示されるように、複数の幾何要素にそれぞれ対応する複数の（本例では７個）の要素アイコンi12が表示される。本例の７個の要素アイコンi12は、第１の主画面sc01に表示される７個の基本要素アイコンと同様に、幾何要素「平面」、「直線」、「円」、「点」、「円筒」、「円錐」および「球」にそれぞれ対応する。しかしながら、第１の副画面sc11には、第１の主画面sc01に表示される１２個の特殊要素アイコンに対応する要素アイコンが表示されない。

使用者Ｕは、幾何要素の選択操作として、プローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０（図１５）により複数の要素アイコンi12から所望の要素アイコンi12を選択することができる。また、使用者Ｕは、測定項目の選択操作として、タッチパネルディスプレイ２１０により複数の項目アイコンi11から所望の項目アイコンi11を選択することができる。

第１の副画面sc11には、さらに、幾何公差ボタンb11が表示されている。処理装置３００側の第１の主画面sc01の例と同様に、使用者Ｕは、タッチパネルディスプレイ２１０に第１の副画面sc11が表示された状態で、幾何公差の選択操作を行いたい場合に、当該タッチパネルディスプレイ２１０上で幾何公差ボタンb11を操作することができる。

第１の主画面sc01および第１の副画面sc11に表示される複数の要素アイコンi02、i12のいずれかが選択されると、三次元座標測定装置１は、測定点の指示操作および測定対象部分の設定操作を受け付けるための待機状態となる。それにより、本体表示部３１０に表示される第１の主画面sc01が第２の主画面に切り替わるとともに、タッチパネルディスプレイ２１０に表示される第１の副画面sc11が第２の副画面に切り替わる。

図２８は、測定点の指示操作時および測定対象部分の設定操作時に本体表示部３１０（図４）およびプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０（図１５）に表示される第２の主画面および第２の副画面の表示例を示す図である。本例では、測定対象部分を設定するための幾何要素として「平面」が選択されているものとする。

図２８（ａ）では、処理装置（PC）３００の第２の主画面sc02の全体の表示例とともに、第２の主画面sc02における操作表示領域３１３の拡大図が示される。第２の主画面sc02の操作表示領域３１３には、設定されるべき測定対象部分の名称を入力するための名称入力欄f01が表示される。第１の主画面sc01から第２の主画面sc02への切り替わり時点で、名称入力欄f01には、予め定められた方法に従って仮に決定された測定対象部分の名称が表示される。ここで、使用者Ｕは、名称入力欄f01に表示される名称を維持することもできるし、本体操作部３２０により所望の名称に変更することもできる。本例では、名称入力欄f01に「平面１」が入力されている。

また、第２の主画面sc02の操作表示領域３１３には、撮像ボタンb09が表示される。使用者Ｕは、撮像ボタンb09を操作することにより、プローブ２００に設けられたプローブカメラ２０４（図１６、図１８）による撮像を行うことができる。この撮像により生成される画像データは、測定結果とともに本体メモリ３０３（図４）に記憶される。

また、第２の主画面sc02の操作表示領域３１３には、測定点座標表示欄f02が表示される。測定点座標表示欄f02は、測定点の指示操作により取得される測定点の座標を順次表示するための表示欄である。本例では、測定対象物Ｓ上の特定の平面を測定対象部分として設定するために４つの測定点が指定されている。それにより、４つの測定点の座標が測定点座標表示欄f02に表示されている。

また、第２の主画面sc02の操作表示領域３１３には、指示された複数の測定点の座標とともに、それらの複数の測定点に基づいて得られる情報として、複数の測定点の座標から算出される平面度が表示される。

第２の主画面sc02の操作表示領域３１３には、さらに、戻るボタンb02、ＯＫボタンb03およびキャンセルボタンb04が表示されている。戻るボタンb02は、測定対象部分の設定を行うことなく、幾何要素および測定項目の選択操作を受け付けるように三次元座標測定装置１の状態を戻すためのボタンである。ＯＫボタンb03は、特定対象部分の設定を行うための全ての測定点の指定が完了したことを三次元座標測定装置１に指令するためのボタンである。ＯＫボタンb03が操作されることにより、直前に選択された幾何要素と測定点の指示操作により取得された一又は複数の測定点とに基づいて特定対象部分の設定が行われる。キャンセルボタンb04は、直前の測定点の指示操作により取得された測定点の情報を削除するためのボタンである。

図２８（ｂ）に示すように、プローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０の第２の副画面sc12には、第２の主画面sc02に表示される撮像ボタンb09、戻るボタンb02、ＯＫボタンb03およびキャンセルボタンb04にそれぞれ対応する撮像ボタンb19、戻るボタンb12、ＯＫボタンb13およびキャンセルボタンb14が表示される。

なお、プローブ２００の第２の副画面sc12には、測定対象部分の名称を入力するための名称入力欄f01は表示されない。そのため、プローブ２００において測定対象部分の設定が行われる場合には、その設定ごとに、予め定められた方法に従って測定対象部分の名称が決定される。

また、第２の副画面sc12には、上記の各種ボタンに加えて、特定対象部分の設定を行うために、測定点の指示操作が開始されてから現在までに指示された測定点の点数が表示される。本例では、４番目の測定点が指示されたことが示される。さらに、第２の副画面sc12には、指示された複数の測定点の座標とともに、それらの複数の測定点に基づいて得られる情報として、複数の測定点の座標から算出される平面度が表示される。

第２の主画面sc02および第２の副画面sc12のいずれかにより特定対象部分が設定されると、本体表示部３１０に表示される第２の主画面sc02が第１の主画面sc01に切り替わるとともに、プローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０に表示される第２の副画面sc12が第１の副画面sc11に切り替わる。

一又は複数の特定対象部分が設定された後、図２７の第１の主画面sc01および第１の副画面sc11に表示される複数の項目アイコンi01、i11のいずれかが選択されると、三次元座標測定装置１は測定対象部分の選択操作を受け付けるための待機状態となる。それにより、本体表示部３１０に表示される第１の主画面sc01が第３の主画面に切り替わるとともに、タッチパネルディスプレイ２１０に表示される第１の副画面sc11が第３の副画面に切り替わる。

図２９は、測定対象部分の選択操作時に処理装置（PC）３００の本体表示部３１０（図４）およびプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０に表示される第３の主画面および第３の副画面の表示例を示す図である。本例では、測定項目として「距離」が選択されているものとする。また、本例では、測定対象部分として予め「平面１」および「平面２」が設定されているものとする。

図２９（ａ）では、処理装置（PC）３００の第３の主画面sc03の全体の表示例とともに、第３の主画面sc03における操作表示領域３１３の拡大図が示される。また、主測定画面sc03における結果表示領域３１２の一部拡大図が示される。

第３の主測定画面sc03の操作表示領域３１３には、プルダウンメニューm01、m02、設計値入力欄f03、上限値入力欄f04および下限値入力欄f05が表示される。

プルダウンメニューm01、m02は、測定項目として選択された「距離」を得るために必要な測定対象部分を選択するために使用者により操作される。本例では、距離を算出するための２つの測定対象部分として「平面１」および「平面２」が選択されている。

ここで、使用者Ｕは、「平面１」および「平面２」間の距離について、予め定められた設計値を設計値入力欄f03に入力することができる。さらに、使用者Ｕは、その設計値に対する公差（以下、設計公差と呼ぶ。）の上限値および下限値を上限値入力欄f04および下限値入力欄f05にそれぞれ入力することができる。これにより、設計公差が設定される。

処理装置（PC）３００の第３の主画面sc03の操作表示領域３１３には、さらに、戻るボタンb05および保存ボタンb06が表示されている。戻るボタンb05は、幾何要素および測定項目の選択操作を受け付けるように三次元座標測定装置１の状態を戻すためのボタンである。保存ボタンb06は、測定対象部分が選択されることにより算出される測定項目の値（本例では距離）等を本体メモリ３０３に記憶させるためのボタンである。

上記のように処理装置（PC）３００の、操作表示領域３１３上で測定対象部分が選択されることにより、第３の主画面sc03の結果表示領域３１２には、選択された測定項目および測定対象部分に基づいて算出された各種情報が測定結果として表示される。

図２９（ａ）の処理装置（PC）３００の第３の主画面sc03の結果表示領域３１２には、太い点線の枠内に示すように、プルダウンメニューm01、m02で選択された「平面１」および「平面２」間の距離に対応する測定対象物Ｓの測定値が表示される。また、図２９（ａ）の太い実線の枠内に示すように、測定値が、操作表示領域３１３の設計値入力欄f03、上限値入力欄f04および下限値入力欄f05を用いて設定された設計公差の範囲内にあるか否かの判定結果が表示される。さらに、図２９（ａ）の太い一点鎖線の枠内に示すように、測定された距離に関して装置座標系の３方向にそれぞれ対応する成分（長さ）が表示される。

また、結果表示領域３１２には、測定結果に関連する情報として、図２９（ａ）の太い二点鎖線の枠内に示すように、選択された測定対象部分の「平面１」および「平面２」についての平面度が表示される。

図２９（ｂ）に示すように、プローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０の第３の副画面sc13には、第３の主画面sc03に表示されるプルダウンメニューm01、m02、戻るボタンb05および保存ボタンb06にそれぞれ対応するプルダウンメニューm11、m12、戻るボタンb15および保存ボタンb16が表示される。

プローブ２００の第３の副画面sc13においては、プルダウンメニューm11、m12による測定対象部分の選択が行われることにより、選択された測定対象部分から算出される測定対象物Ｓの測定値が表示される。

処理装置（PC）３００の第３の主画面sc03および第３の副画面sc13のいずれかにより測定対象物Ｓの測定値が本体メモリ３０３（図４）に記憶されると、本体表示部３１０に表示される第３の主画面sc03が第１の主画面sc01に切り替わるとともに、タッチパネルディスプレイ２１０に表示される第３の主画面sc03が第１の副画面sc11に切り替わる。

図２７の第１の主画面sc01および第１の副画面sc11に表示される幾何公差ボタンb01、b11のいずれかが操作されると、三次元座標測定装置１は、幾何公差の選択操作を受け付けるための待機状態となる。それにより、本体表示部３１０に表示される第１の主画面sc01が第４の主画面に切り替わるとともに、タッチパネルディスプレイ２１０に表示される第１の副画面sc11が第４の副画面に切り替わる。

図３０は、幾何公差の選択操作時に本体表示部３１０（図４）およびタッチパネルディスプレイ２１０（図１５、図１８）に表示される第４の主画面および第４の副画面の表示例を示す図である。

図３０（ａ）では、処理装置（PC）３００の第４の主画面sc04の全体の表示例とともに、第４の主画面sc04における操作表示領域３１３の拡大図が示される。図３０（ａ）に示すように、幾何公差の選択操作時には、第４の主画面sc04の操作表示領域３１３に、複数の幾何公差にそれぞれ対応する複数（本例では１１個）の幾何公差アイコンi03が表示される。本例の１１個の幾何公差アイコンi03は、幾何公差「平面度」、「真円度」、「真直度」、「円筒度」、「平行度」、「垂直度」、「傾斜度」、「位置度」、「同心度」、「同軸度」および「対称度」にそれぞれ対応する。使用者Ｕは、本体操作部３２０（図４）を操作することにより、複数の幾何公差アイコンi03から所望の幾何公差アイコンi03を選択することができる。

第４の主画面sc04の操作表示領域３１３には、さらに、戻るボタンb07が表示されている。戻るボタンb07は、幾何要素および測定項目の選択操作を受け付けるように三次元座標測定装置１の状態を戻すためのボタンである。

図３０（ｂ）に示すように、プローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０の第４の副画面sc14には、複数の幾何公差にそれぞれ対応する複数（本例では４個）の幾何公差アイコンi13が表示されるとともに、戻るボタンb17が表示される。本例の４個の幾何公差アイコンi13は、第４の主画面sc04に表示される１１個の幾何公差アイコンi03のうち４個の幾何公差アイコンi03にそれぞれ対応する。また、本例の戻るボタンb17は、第４の主画面sc04に表示される戻るボタンb07に対応する。

使用者Ｕは、プローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０（図１５、図１８）を操作することにより、複数の幾何公差アイコンi13から所望の幾何公差アイコンi13を選択することができる。

使用者Ｕは、幾何公差を選択すると、選択した幾何公差に対応する幾何要素の測定対象部分を設定する必要がある。したがって、第４の主画面sc04および第４の副画面sc14に表示される複数の幾何公差アイコンi03、i13のいずれかが選択されると、三次元座標測定装置１は測定対象部分の選択操作を受け付けるための待機状態となる。

それにより、処理装置（PC）３００の本体表示部３１０に表示される画面が第１の主画面sc01から第２の主画面sc02に切り替わるとともに、プローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０に表示される画面が第１の副画面sc11から第２の副画面sc12に切り替わる。この場合、選択された幾何公差に対応する測定対象部分が設定されることにより、設定された測定対象部分についての幾何公差が算出される。算出された幾何公差が、第２の主画面sc02および第２の副画面sc12にそれぞれ表示される。

例えば、幾何公差として「平面度」が選択されると、測定対象物Ｓにおける平面部分が測定対象部分として設定されることにより、設定された測定対象部分についての平面度が算出される。

上記のように、処理装置（PC）３００の第１の主画面sc01によれば、使用者Ｕは、三次元座標測定装置１において予め定められた全ての測定項目および幾何要素から所望の測定項目および幾何要素を選択することが可能である。一方、第１の副画面sc11によれば、使用者Ｕは、処理装置（PC）３００および本体表示部３１０から離間した位置で予め定められた複数の測定項目および幾何要素のうち一部の測定項目および幾何要素から所望の測定項目および幾何要素を選択することが可能である。

また、第２の主画面sc02によれば、使用者Ｕは、自己が指定する測定点について詳細な情報を確認しつつ測定点の指示操作を行うことができる。一方、第２の副画面sc12によれば、使用者Ｕは、処理装置３００および本体表示部３１０から離間した位置でプローブ２００を用いた測定点の指示操作を行うことができる。ここで、第２の副画面sc12には、使用者Ｕにより指示される一又は複数の測定点について算出可能な物理量が代表情報として表示されることが好ましい。上記の例では、複数の測定点により算出される平面度が代表情報として表示される。この場合、使用者Ｕは、第２の副画面sc12に表示される代表情報に基づいて、測定点の指示操作に大きな誤りがないか否かを容易に確認することができる。

また、第３の主画面sc03によれば、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの測定に関して、測定結果とともに当該測定により算出される多数の情報を把握することができる。一方、第３の副画面sc13によれば、使用者Ｕは、処理装置３００（PC）から離間した位置で測定結果を把握することができる。したがって、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの測定に関して優先的に把握したい情報に応じて測定中に視認すべき表示部（本体表示部３１０およびタッチパネルディスプレイ２１０）を使い分けることができる。

また、第４の主画面sc04によれば、使用者Ｕは、三次元座標測定装置１において予め定められた全ての幾何公差から所望の幾何公差を選択することが可能である。一方、第４の副画面sc14によれば、使用者Ｕは、処理装置３００および本体表示部３１０から離間した位置で予め定められた複数の幾何公差のうち一部の幾何公差から所望の幾何公差を選択することが可能である。

これらの点を考慮して、使用者Ｕは、例えば処理装置３００から大きく離間した位置に設けられた測定対象物Ｓの各部の寸法を測定する際に、以下に示すように三次元座標測定装置１を使用することができる。

例えば、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの近傍位置で、プローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０に表示される第１の副画面sc11上の所望の要素アイコンi02を操作する。また、使用者Ｕは、第２の副画面sc12を視認しつつ一又は複数の測定点の指示を行う。それにより、測定対象物Ｓの各部の寸法測定に有用と考えられる複数の測定対象部分を設定する。

その後、使用者Ｕは、測定対象物Ｓの近傍位置から処理装置（PC）３００の設置位置まで移動する。その上で、使用者Ｕは、本体表示部３１０に表示される第１の主画面sc01上の所望の項目アイコンi01を操作する。また、使用者Ｕは、第２の主画面sc02を視認しつつ測定対象部分の選択操作および設計公差の設定を行う。それにより、使用者Ｕは、プローブ２００を手放した状態で、設定済みの複数の測定対象部分に基づいて、測定対象物Ｓの各部の寸法を順次測定することができる。

上記の使用方法によれば、使用者Ｕは、幾何要素の選択時に所望の幾何要素に対応する要素アイコンi12がプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０に表示されない場合にのみ、測定対象物Ｓと処理装置３００との間の移動を行うことになる。したがって、使用者Ｕは、特殊要素アイコンに対応する比較的複雑な寸法測定を行う場合にのみ、本体表示部３１０に表示される第１の主画面sc01および第２の主画面sc02を視認しつつ本体操作部３２０を操作すればよい。

次に、測定対象部分設定処理および測定値算出処理を説明する。図３１は、処理装置（PC）３００の本体制御回路３０２（図４）による測定対象部分設定処理の流れを示すフローチャートである。測定対象部分設定処理は、本体制御回路３０２（図４）のＣＰＵが本体メモリ３０３に記憶された測定対象部分設定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、測定対象部分設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、処理装置（PC）３００の本体制御回路３０２は、使用者Ｕによる本体操作部（マウスなど）３２０（図４）またはプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０（図１５、図１８）の操作の有無に基づいて、幾何要素の選択が行われたか否かを判定する（ステップＳ１１）。

幾何要素の選択が行われた場合、本体制御回路３０２は、測定点座標算出処理を行う（ステップＳ１２）。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Ｓ１２の測定点座標算出処理により算出される測定点の座標を本体メモリ３０３に記憶させる（ステップＳ１３）。

次に、本体制御回路３０２は、測定対象部分の設定を完了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またはタッチパネルディスプレイ２１０の操作の有無に基づいて行われる。上記の例では、図２８のＯＫボタンb03、b13のいずれかが操作された場合に、測定対象部分の設定を完了すべき指令を受けたことが判定される。

測定対象部分の設定を完了すべき指令を受けない場合、本体制御回路３０２は、上記のステップＳ１２の処理に戻る。一方、測定対象部分の設定を完了すべき指令を受けると、本体制御回路３０２は、選択された幾何要素および一又は複数の測定点の座標から測定対象部分を特定し、当該測定対象部分の要素特定情報を生成する（ステップＳ１５）。生成された要素特定情報は本体メモリ３０３に記憶される。その後、測定対象部分設定処理が終了する。

上記のステップＳ１１において幾何要素の選択が行われない場合、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、当該測定対象部分設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Ｓ１６）。

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Ｓ１２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Ｓ１７）。その後、本体制御回路３０２は、測定対象部分設定処理を終了する。

なお、ステップＳ１７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１１一又は俯瞰カメラ１２０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３２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。測定点の座標を求める処理は、使用者Ｕがプローブ２００の操作部（プッシュ式ボタン）２１１（図１５）を押し下げる操作を行うことによって開始される。プローブ操作部（プッシュ式ボタン）２１１の押し下げ情報を測定装置本体１００が受け付けると、ステップＳ１０１からステップＳ１０２に進んで測定装置本体１００から無線通信回路１４３より電波通信を使ってプローブ２００に精測定発光トリガが発行される。この精測定発光トリガは、測定点座標算出処理において、プローブマーカeq(p)の発光と可動カメラ１１１の撮像とを同期させる同期信号の機能を有している。プローブ２００は、この精測定発行トリガを受信すると（Ｓ１０３）、所定のプログラムに従って、プローブマーカeq(p)が発光する（Ｓ１０４）。また、測定装置本体１００側では、可動カメラ１１１の撮像が実行される(Ｓ１０５)。また、測定装置本体１００の内部では、基準カメラ１６１による参照マーカep(ref)の撮像が実行される（Ｓ１０６）。

以後の処理の概要を説明すると、本体制御回路３０２は、ヘッド制御回路１９３により基準カメラ１６１を用いて参照部材１６２の複数の参照マーカep(ref)を撮像させることにより「基準画像データ」を生成する。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１１１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。

本体制御回路３０２は、更に、可動カメラ１１１を用いてプローブ２００の複数のプローブマーカeq(p)を撮像することにより「測定画像データ」を生成する。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。

その後、本体制御回路３０２（図４）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。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。

図３２の上述したステップＳ１０４ないしＳ１０６つまりプローブマーカeq(p)の発光及び可動カメラ１１１の撮像、参照マーカep(ref)の発光及び基準カメラ１６１の撮像は、ほぼ同期して実行される。図３３は、可動カメラ１１１の撮像、プローブマーカeq(p)の発光、基準カメラ１６１の撮像、参照マーカep(ref)の発光に関するタイムチャートである。図３３を参照して、測定装置本体１００は、電波無線であるBluetooth（登録商標）通信により精測定発光トリガをプローブ２００に発行すると同時に、この精測定発光トリガは内部配線を通じて基準カメラ１６１及び参照部材１６２に転送する。

測定プログラムは、可動カメラ１１１の撮像タイミングとプローブマーカeq(p)の発光タイミングとの間及び基準カメラ１６１の撮像タイミングと参照マーカep(ref)の発光タイミングとの間を同期させるように設定されている。これらを同期させることにより、プローブマーカeq(p)の発光及び参照マーカep(ref)の発光に伴うエネルギ消費を必要最小限に抑えて発熱を極力抑えることができる。特にプローブマーカeq(p)の電力消費を抑えることでバッテリ２２２の消費電力を低減させることができる。また、参照マーカep(ref)の発光を必要最小限に抑えることにより、発熱による上述した問題つまり基準カメラ１６１や可動カメラ１１１での検出誤差の発生を抑えることができる。

測定処理において、プローブマーカeq(p)の発光を伴う可動カメラ１１１の撮像及び参照マーカep(ref)の発光を伴う基準カメラ１６１の撮像は複数回実行される。図３３に例示する実施例では、8回反復して実行される。すなわち、図３２のステップＳ１０５では、プローブマーカeq(p)が８回、所定時間毎に間欠的に発光し、これに同期して可動カメラ１１１が８回、プローブマーカeq(p)を撮像する（図３３の(a)）。可動カメラ１１１が撮像した画像を「第１画像」と呼ぶ。また、ステップＳ１０６では参照マーカep(ref)が８回、所定時間毎に間欠的に発光し、これに同期して基準カメラ１６１が８回、参照マーカep(ref)を撮像する（図３３の(b)）。基準カメラ１６１が撮像した画像を「第２画像」と呼ぶ。

次のステップＳ１０７では、第１画像に含まれるプローブマーカeq(p)に基づいてプローブ２００の位置姿勢を算出する。この処理は、複数回の画像積算という画像処理と、これにより求められた測定値の平均化するという演算処理とによって行われる。図３３の(a)を参照して、可動カメラ１１１による第1回目のNo.1撮像画像と第２回目のNo.2撮像画像の画像積算が行われ、この積算画像から第１回目のNo.1測定値が算出される。次に、第３回目のNo.3撮像画像と第４回目のNo.4撮像画像の画像積算が行われ、この積算画像から第２回目のNo.2測定値が算出される。以後、同様にして、第３回目、第４回目のNo.3、No.4測定値が算出される。そして、このNo.1測定値ないしNo.4測定値を平均化することによりプローブ２００の位置姿勢が求められる。この結果得られたプローブ２００の位置姿勢に基づいて上述した第２の位置姿勢情報が生成される。

次のステップＳ１０８では、第２画像の参照マーカep(ref)に基づいて可動カメラ１１１の位置姿勢を算出する。この処理は、基準カメラ１６１が撮像した８枚の画像を上述したように画像積算して、この積算画像に基づいて可動カメラ１１１の位置姿勢の算出が行われる。換言すれば、平均化処理は行われない。図３３の(a)を参照して、可動カメラ１１１による第1回目のNo.1撮像画像ないし第８回目のNo.8撮像画像を取得し、これらNo.1ないしNo.8の８枚の撮像画像を画像積算して得た積算画像から可動カメラ１１１の位置姿勢が求められる。この結果得られた可動カメラ１１１の位置姿勢に基づいて上述した第１位置姿勢情報が生成される。

プローブ２００は使用者Ｕが手で把持しているため、手振れの問題が発生する。また、プローブ２００のプローブマーカeq(p)の数は参照マーカep(ref)に比べて僅かである。他方、参照部材１６２は前述したように第２サブフレームＦ(S2)に固定されていることから、手振れの問題はない。しかし、参照マーカep(ref)の数は多い。仮に、ステップＳ１０８において、ステップＳ１０７（基準カメラ１１１の画像処理）と同様に画像積算を繰り返し、各積算画像から測定値を求めるとしたら、その処理に伴う負担は大きい。また、参照部材１６２手振れの問題がないため、基準カメラ１６１が獲得する8枚の画像は安定している。このことから、プローブ２００の位置姿勢を求める際の画像積算の回数を少なくし且つ平均化処理を省いくことで可動カメラ１１１の位置姿勢を求める際の画像処理及び演算処理の負担を軽減することができる。

図３２に戻って、ステップＳ１０９において、使用者Ｕが選択した幾何要素（図３１のステップS１１）と第１、第２の位置姿勢情報に基づいてプローブ２００が指し示す指示位置つまり測定点に対応する三次元座標が求められる。算出した座標は「測定点」として本体メモリ３０３（図４）に記憶される。

また、ステップＳ１１１において、プローブ操作部２１１に含まれる測定を完了させるためのプッシュ式ボタンの押し下げ操作の有無が判別される。この一連の処理により求めた測定点の座標は、後に説明する測定要素の算出（Ｓ１１３）、幾何的特徴量の算出（Ｓ１１４）に用いられる。測定要素の算出及び幾何的特徴量の算出は後に説明する。これらの処理が終わると、次に使用者Ｕがプローブ２００の操作部（プッシュ式ボタン）２１１を押し下げるまで待機状態になる。この待機状態の間、後に説明するトラッキング処理（ステップＳ３8（図３５））が所定時間毎に行われ、プローブ２００の動きに追従して可動カメラ１１１の向きが調整される。

なお、上記のステップＳ１０５とＳ１０６の処理及びステップＳ１０７とＳ１０８の処理は、逆の順に行われてもよい。

図３４は、本体制御回路３０２による測定値算出処理の流れを示すフローチャートである。測定値算出処理は、図４を参照して、本体制御回路３０２（図４）のＣＰＵが本体メモリ３０３に記憶された測定値算出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、使用者Ｕによる本体操作部（マウスなど）３２０（図４）またはプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０の操作の有無に基づいて、測定項目の選択が行われたか否かを判定する（ステップＳ２１）。

測定項目の選択が行われない場合、本体制御回路３０２は、ステップＳ２１の処理を繰り返す。一方、測定項目の選択が行われた場合、本体制御回路３０２は、現時点で設定済みの測定対象部分が本体メモリ３０３に記憶されているか否かを判定する（ステップＳ２２）。

本体制御回路３０２（図４）は、設定済みの測定対象部分が本体メモリ３０３に存在しない場合に、ステップＳ２１の処理に戻る。一方、本体制御回路３０２は、設定済みの測定対象部分が本体メモリ３０３に存在する場合に、使用者Ｕにより設定済みのいずれかの測定対象部分が選択されたか否かを判定する（ステップＳ２３）。

本体制御回路３０２は、測定対象部分が選択されない場合、ステップＳ２３の処理を繰り返す。一方、本体制御回路３０２は、測定対象部分が選択された場合、選択された測定項目と選択された測定対象部分の要素特定情報とに基づいて測定値の算出を行い（ステップＳ２４）、測定値算出処理を終了する。

上記の測定対象部分設定処理および測定値算出処理によれば、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における所望の部分の寸法等を容易に測定することができる。

次にプローブ２００の追跡処理を説明する。図３５は、処理装置（PC）３００の本体制御回路３０２（図４）による追跡処理の流れを示すフローチャートである。追跡処理は、本体制御回路３０２（図４）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、処理装置（PC）３００の本体制御回路３０２は、プローブ２００が可動カメラ１１１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、測定対象部分設定処理におけるステップＳ１２、Ｓ１７の処理中に生成される測定画像データに、複数のプローブマーカeq(p)（図１６）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１１１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Ｓ３８のトラッキング処理に進む。一方、プローブ２００が可動カメラ１１１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１２０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、上記の測定対象部分設定処理におけるステップＳ１２、Ｓ１７の処理中に生成される俯瞰画像データに、複数のプローブマーカeq(p)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１２０の撮像視野内にある場合、本体制御回路３０２（図４）は、後述するステップＳ３７の処理に進む。一方、プローブ２００が可動カメラ１１１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１１１の撮像視野内に位置するように、可動カメラ１１１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。

ここで、使用者Ｕは、処理装置（PC）３００の本体操作部（マウスなど）３２０（図４）またはプローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０（図１５、図１８）を操作することにより、本体制御回路３０２にプローブ２００の探索を指令することができる。

そこで、ステップＳ３３において、プローブ２００の座標推定が不可能である場合、本体制御回路３０２（図４）は、プローブ２００の探索指令を受けたか否かを判定する（ステップＳ３５）。プローブ２００の探索指令を受けない場合、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の探索指令を受けた場合、本体制御回路３０２は、測定装置本体１００の第１サブ部材としての回転支持部材１０２を回転するように、ヘッド制御回路１９３に指令する。このようにして、本体制御回路３０２は、俯瞰カメラ１２０によるプローブ２００の探索を行う（ステップＳ３６）。

その後、処理装置（PC）３００の本体制御回路３０２は、プローブ２００が俯瞰カメラ１２０の撮像視野内に位置することになると、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１１１の撮像視野内に位置するように可動カメラ１１１の位置および姿勢の調整をヘッド制御回路１９３に指令する（ステップＳ３７）。

次に、本体制御回路３０２は、プローブ２００が可動カメラ１１１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１１１の撮像視野の略中心に位置するように可動カメラ１１１の位置および姿勢の調整をヘッド制御回路１９３に指令するトラッキング処理が実行される（ステップＳ３８）。

トラッキング処理は、可動カメラ１１１の撮像画像に基づいてプローブ２００の位置を監視し、撮像画像のほぼ中心にプローブ２００が位置するように可動カメラ１１１の向きを調整する機能を実行させる処理である。変形例として、使用者Ｕの操作、例えばプローブ２００にトラッキング開始ボタンを用意し、このトラッキング開始ボタンを使用者Ｕが操作したときにトラッキング処理を開始するようにしてもよい。

図３６は、トラッキング処理の具体的な手順の一例を説明するためのフローチャートである。図３６を参照して、使用者Ｕがプローブ２００の操作部（プッシュ式ボタン）２１１（図１５）を押し下げる操作を行っていないことを確認する（Ｓ３０１）。仮に、使用者Ｕが操作部（プッシュ式ボタン）２１１を操作したときには、図３２を参照して前述した測定点座標算出処理が実行される。使用者Ｕがプローブ２００の操作部（プッシュ式ボタン）２１１（図１５）を押し下げる操作を行わない時間が一定時間経過するとステップＳ３０２からステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０３ないしＳ３１０は、原理的には、図３２のステップＳ１０２ないしＳ１０９に対応している。このことから、前述したＳ３０３ないしＳ３１０との違いを以下に説明する。

ステップＳ３０３は、図３２のステップＳ１０２に対応している。トラッキング処理では、プローブ操作部（プッシュ式ボタン）２１１が操作されないとき、所定時間毎に光通信によって装置本体１００からプローブ２００に粗測定発光トリガが発行される。この粗測定発光トリガは、トラッキング処理において、プローブマーカeq(p)の発光と可動カメラ１１１の撮像とを同期させる同期信号の機能を有している。このトリガの発行に光通信を使うことでプローブマーカeq(p)の発光タイミングと可動カメラ１１１の撮像タイミングとの同期性を確保するのが容易である。

図３７、図３８は、同期性確保の難易に関し、光通信と電波通信との違いを説明するための図である。図３７は、光通信に関するタイムチャートである。光通信は、その特性として、指向性が高く情報転送に要する時間は正確である。このことから、測定装置本体１００がプローブ２００に向けて発光トリガを送信するタイミングからプローブ２００が発光トリガを受け取る時間は一定である。したがって、可動カメラ１１１の撮像タイミングとプローブマーカeq(p)の発光タイミングとを同期させるには、次の設定を行えばよい。測定装置本体１００内部で発光トリガを発光するタイミングから可動カメラ１１１が撮像するタイミングまでの第１の時間t１と、プローブ２００が発光トリガを受け取ったタイミングからプローブマーカeq(p)を発光させるタイミングまでの第２の時間t2との関係に関し、上記同期性が確保できるように第１、第２の時間t1、t2を設定する。これにより、可動カメラ１１１の撮像とプローブマーカeq(p)の発光とを厳格に同期させることができる。

図３８は、電波通信に関するタイムチャートである。電波通信は、その特性として、情報転送に要する時間は不定である。したがって、上記第１、第２の時間t3、t4を設定しても、測定装置本体１００がプローブ２００に向けて発光トリガを送信するタイミングからプローブ２００が発光トリガを受け取る時間が不定であるため、可動カメラ１１１の撮像とプローブマーカeq(p)の発光とを厳格に同期させることが難しい。したがって、光通信ではなくて電波通信を使って発光トリガを発行する場合には、図３８において、(1)～(4)で図示するように、プローブマーカeq(p)の発光時間を延長して、可動カメラ１１１の撮像に備える必要がある。

図３７に図示の光通信の場合と、図３８に図示の電波通信の場合とを比較すると直ちに分かるように、光通信（図３７）を採用したときには、プローブマーカeq(p)の発光時間を短縮できる。このことは、プローブマーカeq(p)の発光に要する電力を削減できることを意味している。したがって、プローブ２００が内蔵するバッテリ２２２の消費電力を削減できる。実施例では、上述したように、トラッキング処理における粗測定発光トリガの転送に光通信が用いられ、測定処理での精測定発光トリガの転送には電波無線通信(Bluetooth（登録商標）通信)が用いられているが、この精測定発光トリガの転送も光通信で行うようにしてもよいのは勿論である。

図３６のフローチャートに戻って、ステップＳ３０６は、図３２のステップＳ１０５に対応している。また、ステップＳ３０７は、図３２のステップＳ１０７に対応している。図３９はトラッキング処理での撮像及びマーカ発行の回数を説明するための図である。図３９から分かるように、トラッキング処理においては、可動カメラ１１１の撮像は一回であり、この撮像に同期してプローブマーカeq(p)が一回発光する。この一回は例示であり、複数回であってもよいが、トラッキング処理ではプローブマーカ２００の厳格な位置姿勢を求めることが必要ないことから、可動カメラ１１１の撮像及びこの撮像に同期してプローブマーカeq(p)が発光する回数は、測定処理での回数よりも少なくてよく、好ましくは一回である。

ステップＳ３０７は、図３２のステップＳ１０６に対応している。基準カメラ１６１による参照マーカep(ref)の撮像は1回である。

ステップＳ３１０は、図３２のステップＳ１０９に対応している。ステップＳ３１０において、プローブ２００が指し示す指示位置（測定点）に対応する座標の算出が終わると、次のステップＳ３１１に進んで、測定点の座標がリミット位置であるか否かの判定が行われる。この判定は、画像処理により、プローブマーカeq(p)の重心位置が可動カメラ１１１が撮像した画像のほぼ中心に位置するか否かによって判定される。ステップＳ３１１において、「No」であれば、ステップＳ３１２に進んで、可動カメラ１１１の向きを調整する制御が実行され、ステップＳ３０３に戻って再度、ステップＳ３０３ないしＳ３１０の処理が行われてプローブ２００の位置姿勢の検出が行われる。そして、ステップＳ３１１において、YESの判定であれば、つまりプローブマーカeq(p)の重心位置が、可動カメラ１１１の撮像画像のほぼ中心に位置していれば、ステップＳ３１３に進んでプローブ２００の追跡処理を終了して、ステップＳ３０２に戻って一定時間が経過するまで待機状態になる。したがって、トラッキング処理は、使用者Ｕがプローブ操作部（プローブボタン）２１１を操作しない限り、一定時間毎に実行され続ける。

上記の追跡処理及びトラッキング処理によれば、プローブ２００が移動する場合でも、可動カメラ１１１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１１１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。

次にプローブカメラ２０４（図１６、図１８）の使用例を説明する。接触子２０１が位置するプローブ２００の先端面に設けられたプローブカメラ２０４は、これ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の画像を本体表示部３１０（図４）に表示させることができる。以下、プローブカメラ２０４により得られる画像を撮像画像と呼ぶ。

プローブ２００の複数のプローブマーカeq(p)とプローブ２００のプローブカメラ２０４との位置関係、およびプローブカメラ２０４の特性（画角およびディストーション等）は、例えば本体メモリ３０３（図４）に撮像情報として予め記憶される。そのため、複数のプローブマーカeq(p)が可動カメラ１１１の撮像視野内にある場合、プローブカメラ２０４により撮像される領域が本体制御回路３０２（図４）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。

なお、撮像画像は、プローブ２００のタッチパネルディスプレイ２１０に表示されてもよい。例えば、ある測定対象物Ｓについて、測定すべき部分をプローブカメラ２０４で予め撮像することにより得られた撮像画像をタッチパネルディスプレイ２１０に表示させる。この場合、使用者Ｕは、当該撮像画像を視認しつつプローブ２００を操作することにより、他の測定対象物Ｓについてもその測定すべき部分を容易に識別することが可能になる。

画面表示に関する機能的な構成を図４０に図示のブロック図で説明する処理装置（PC）３００の本体制御回路３０２は、本体表示部３１０（図４）およびプローブ表示部２３１に表示される画面を制御するための機能的な構成として、主設定画面生成部３５１、主幾何公差画面生成部３５２、主測定画面生成部３５３、座標算出部３５４、主受付部３５５、測定部３５６および同期表示制御部３５７を含む。本体制御回路３０２のＣＰＵが、例えば本体メモリ３０３（図４）に記憶された画面表示に関するプログラムを実行することにより、上記の各機能部の構成が実現される。なお、上記の構成の一部または全てが電子回路等のハードウェアにより実現されてもよい。

主設定画面生成部３５１は、第１の主画面生成用データに基づいて予め定められた複数の測定項目および予め定められた複数の幾何要素を含む第１の主画面sc01（図２７（ａ））の画面データを生成し、本体表示部３１０に第１の主画面sc01を表示させる。また、主設定画面生成部３５１は、第２の主画面生成用データに基づいて第２の主画面sc02（図２８（ａ））の画面データを生成し、本体表示部３１０に第２の主画面sc02を表示させる。

主幾何公差画面生成部３５２は、第４の主画面生成用データに基づいて予め定められた複数の幾何公差を含む第４の主画面sc04（図３０）の画面データを生成し、本体表示部３１０に第４の主画面sc04を表示させる。

座標算出部３５４は、使用者によるプローブ２００の操作に基づいて指示された測定対象物Ｓ上の測定点の座標を算出する。この処理は、図３１のステップＳ１２、Ｓ１７の測定点座標算出処理に相当する。

処理装置（PC）３００の主受付部３５５は、使用者による本体操作部３２０の操作に基づいて第１の主画面sc01において選択された幾何要素および測定項目を受け付けるとともに、第２の主画面sc02において選択された測定対象部分を受け付ける。主受付部３５５は、受け付けた幾何要素、測定項目および測定対象部分を本体メモリ３０３（図４）に記憶させることにより、幾何要素、測定項目および測定対象部分の設定を行う。

さらに、主受付部３５５は、使用者による本体操作部３２０の操作に基づいて第４の主画面sc04において選択された幾何公差を受け付ける。主受付部３５５は、受け付けた幾何公差を本体メモリ３０３に記憶させることにより、幾何公差の設定を行う。

測定部３５６は、幾何要素および測定項目の選択があった場合に、本体メモリ３０３（図４）またはプローブ２００のプローブメモリ２２４に設定された幾何要素および測定項目と座標算出部３５４により算出された一又は複数の測定点の座標とに基づいて、選択された測定項目の値を算出する。より具体的には、測定部３５６は、選択された幾何要素と測定点の座標とに基づいて一又は複数の測定対象部分の設定を行う。その後、測定部３５６は、選択された測定項目と選択された設定済みの測定対象部分とに基づいて、選択された測定項目の値を算出する。この処理は、上記の測定値算出処理に相当する。また、測定部３５６は、幾何公差が選択された場合には、その幾何公差の選択後に座標算出部３５４により算出された一又は複数の測定点の座標に基づいて当該幾何公差を算出する。

ここで、測定部３５６は、幾何要素の選択時および測定項目の選択時に予め定められた情報を算出してもよい。例えば、測定部３５６は、測定項目として「距離」が選択された場合に、測定された距離に関して装置座標系の３方向にそれぞれ対応する成分（長さ）をさらに算出してもよい。また、測定部３５６は、幾何要素として「平面」が選択された場合に、複数の測定点により特定される測定対象物Ｓ上の平面について平面度を算出するとともに、当該平面の法線ベクトル等を算出してもよい。

主測定画面生成部３５３は、第３の主画面生成用データに基づいて、測定部３５６によって算出された測定対象物Ｓについての測定結果を含む第３の主画面sc03（図２９（ａ））の画面データを生成し、本体表示部３１０に第３の主画面sc03を表示させる。同期表示制御部３５７の機能については後述する。

プローブ２００のプローブ制御部２２０は、本体表示部３１０およびプローブ表示部２３１に表示される画面を制御するための機能的な構成として、副設定画面生成部２５１、副幾何公差画面生成部２５２、副測定画面生成部２５３および副受付部２５４を含む。プローブ制御部２２０のＣＰＵが、例えばプローブメモリ２２４に記憶された画面表示に関するプログラムを実行することにより、上記の各機能部の構成が実現される。なお、上記の構成の一部または全てが電子回路等のハードウェアにより実現されてもよい。

副設定画面生成部２５１は、第１の副画面生成用データに基づいて第１の主画面sc01に表示される複数の測定項目および複数の幾何要素のうち一部を含む第１の副画面sc11（図２７（ｂ））の画面データを生成する。また、副設定画面生成部２５１は、生成した画面データに基づいてプローブ表示部２３１に第１の副画面sc11を表示させる。また、副設定画面生成部２５１は、第２の副画面生成用データに基づいて第２の副画面sc12（図２８（ｂ））の画面データを生成し、本体表示部３１０に第２の副画面sc12を表示させる。

副幾何公差画面生成部２５２は、第４の主画面sc04に表示される複数の幾何公差のうち一部を含む第４の副画面sc14（図３０（ｂ））の画面データを生成する。また、副幾何公差画面生成部２５２は、生成した画面データに基づいてプローブ表示部２３１に第４の副画面sc14を表示させる。

副測定画面生成部２５３は、第３の主画面sc03に表示される一又は複数の測定結果のうち少なくとも一部を含む第３の副画面sc13（図２９（ｂ））の画面データを生成する。また、副測定画面生成部２５３は、生成した画面データに基づいてプローブ表示部２３１に第３の副画面sc13を表示させる。

副受付部２５４は、使用者によるタッチパネル２３２の操作に基づいて第１の副画面sc11において選択された幾何要素および測定項目を受け付けるとともに、第２の副画面sc12において選択された測定対象部分を受け付ける。副受付部２５４は、受け付けた幾何要素、測定項目および測定対象部分をプローブメモリ２２４に記憶させることにより、幾何要素、測定項目および測定対象部分の設定を行う。

さらに、副受付部２５４は、使用者によるタッチパネル２３２の操作に基づいて第４の副画面sc14において選択された幾何公差を受け付ける。副受付部２５４は、受け付けた幾何公差をプローブメモリ２２４に記憶させることにより、幾何公差の設定を行う。

ここで、処理装置（PC）３００の主受付部３５５は、プローブ２００の副受付部２５４において幾何要素、測定項目および測定対象部分が受け付けられた場合に、副受付部２５４において受け付けられた幾何要素、測定項目および測定対象部分を受け付ける。また、副受付部２５４は、主受付部３５５において副受付部２５４により受付可能な幾何要素、測定項目および測定対象部分が受け付けられた場合に、主受付部３５５において受け付けられた幾何要素、測定項目および測定対象部分を受け付ける。これにより、主受付部３５５と副受付部２５４との間で、受け付けられる設定に相違が生じることが低減される。

上記の同期表示制御部３５７は、本体表示部３１０に第１の主画面sc01が表示されるとともにプローブ表示部２３１に第１の副画面sc11が表示されるように、主設定画面生成部３５１および副設定画面生成部２５１間で同期制御を行う（図２７（ａ）、（ｂ）参照）。

また、同期表示制御部３５７は、本体表示部３１０に第２の主画面sc02が表示されるとともにプローブ表示部２３１に第２の副画面sc12が表示されるように、主設定画面生成部３５１および副設定画面生成部２５１間で同期制御を行う（図２８（ａ）、（ｂ）参照）。

また、同期表示制御部３５７は、本体表示部３１０に第３の主画面sc03が表示されるとともにプローブ表示部２３１に第３の副画面sc13が表示されるように、主測定画面生成部３５３および副測定画面生成部２５３間で同期制御を行う（図２９（ａ）、（ｂ）参照）。

さらに、同期表示制御部３５７は、本体表示部３１０に第４の主画面sc04が表示されるとともにプローブ表示部２３１に第４の副画面sc14が表示されるように、主幾何公差画面生成部３５２および副幾何公差画面生成部２５２間で同期制御を行う（図３０（ａ）、（ｂ）参照）。

この場合、使用者Ｕは、処理装置（PC）３００の本体表示部３１０に表示される画面およびタッチパネルディスプレイ２１０に表示される画面のうち一方を視認することにより、測定条件の設定作業および測定作業にそれぞれ応じた情報を適切に把握することができる。

三次元座標測定装置１においては、処理装置（PC）３００の本体表示部３１０に第１の主画面sc01が表示される。第１の主画面sc01は、予め定められた複数の測定項目および予め定められた複数の幾何要素をそれぞれ表すアイコン（項目アイコンi01および要素アイコンi02）を含む。第１の主画面sc01において選択されたアイコンに対応する幾何要素および測定項目が主受付部３５５により受け付けられる。

また、タッチパネルディスプレイ２１０に第１の副画面sc11が表示される。第１の副画面sc11は、第１の主画面sc01に含まれる複数の測定項目および複数の幾何要素のうち一部をそれぞれ表すアイコン（項目アイコンi11および要素アイコンi12）を含む。第１の副画面sc11において選択されたアイコンに対応する幾何要素および測定項目が副受付部２５４により受け付けられる。

主受付部３５５および副受付部２５４のうち少なくとも一方において受け付けられた幾何要素および測定項目と、プローブ２００により指示されて算出される一又は複数の測定点の座標とに基づいて、選択された幾何要素に関する選択された測定項目の値が算出される。

上記の構成によれば、使用者は第１の主画面sc01において予め定められた複数の幾何要素および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ができる。

一方、使用者は第１の副画面sc11において予め定められた複数の幾何要素および測定項目のうちの一部から所望の幾何要素および測定項目を選択することができる。ここで、タッチパネルディスプレイ２１０は、プローブ２００を介して使用者Ｕにより携行可能に構成されている。それにより、使用者Ｕは、第１の副画面sc11に表示される幾何要素および測定項目を選択する場合には、プローブ２００による測定点の指定作業と幾何要素および測定項目の選択作業とを異なる位置で行う必要がない。したがって、測定に関する設定作業を容易かつ短時間で行うことが可能になる。

このように、使用者Ｕは、設定対象となる測定項目および幾何要素に応じて、測定対象物Ｓの測定の設定に用いる画面を第１の主画面sc01と第１の副画面sc11との間で使い分けることができる。したがって、測定条件の設定に関して高い利便性を有する三次元座標測定装置１が実現される。

以上、本発明の好ましい実施例を説明した。上記の実施例では、測距光学系部材１１０として可動カメラ１１１が採用されているが、前述したように、特許文献１に開示の固定カメラを採用した三次元座標測定装置にも本発明を適用することができる。このことから、特許文献１（JP特開２０１５－１９４４５２号公報）を援用することにより、特許文献１に開示の内容を本明細書に組み込む。本発明に含まれる他の変形例を以下に説明する。

（１）実施例の三次元座標測定装置１においては、第１の主画面sc01に表示される項目アイコンi01の数と第１の副画面sc11に表示される項目アイコンi11の数とが一致しているが、プローブ２００側の第１の副画面sc11に表示される項目アイコンi11や要素アイコンi12は、処理装置（PC）３００側の第１の主画面sc01に表示される項目アイコンi01や要素アイコンi02の数よりも少なくてもよい。プローブ２００における最小限の設定作業に不可欠な項目アイコンi11や要素アイコンi12に限定してもよい。

（２）実施例の三次元座標測定装置１に含まれるプローブ２００においては、タッチパネルディスプレイ２１０がプローブケーシング２４０に一体的に設けられているが、タッチパネルディスプレイ２１０をプローブケーシング２４０から着脱可能であってもよい。

（３）プローブ２００のディスプレイとしてタッチパネル２３２が用いられているが、タッチパネル２３２に代えて、プローブ表示部２３１上に表示される画面上で各種操作を行うための他のポインティングデバイス（トラックボールまたはジョイスティック等）を採用してもよい。

１ 三次元座標測定装置
１００ 測定装置本体
１１１ 可動カメラ（測定用撮像部）
１４３ ２系統の無線通信回路
１６１ 可動カメラの向きを検出する基準カメラ（姿勢検出センサ）
１６２ 参照部材
ep(ref) 参照マーカ
１６３ 発光基板
１６４ 拡散板
１６５ ガラス板
１６６ 拡散反射シート
１６７ 薄膜マスク
１９４ 電磁波（光）通信用窓（第１通信インターフェース）
１９５ 電波無線通信用窓（第２通信インターフェース）
２００ 手持ち式プローブ
２０１ プローブの接触子
eq(p) プローブマーカ
２０６ 通信窓（通信インターフェース）
２１１ プローブの操作部（ブッシュ式ボタン）
２２２ プローブ内蔵バッテリ
３００ 処理装置（PC）
３０１ 通信回路
３０２ 本体制御回路
３０３ 本体メモリ

Claims (8)

1. 複数の発光プローブマーカを有し、測定点の位置を指し示すためのプローブと、
   前記プローブの前記複数の発光プローブマーカを撮像することにより前記複数の発光プローブマーカの画像に対応する画像データを生成する測定用撮像部と、
   前記測定用撮像部により生成された画像データの前記複数の発光プローブマーカに基づいて、前記プローブが指し示す測定点の三次元座標を算出する算出部と、を備え、
   前記プローブは、
   前記複数の発光プローブマーカの形状を形成する透光部および遮光部と、
   前記複数の発光プローブマーカの形状に対応して、前記透光部で透過し、前記遮光部で遮光される光を投光する光源と、
   前記測定用撮像部と同期するための同期信号を、電磁波を用いて前記プローブと測定装置本体との間でやり取りする同期インターフェースと、
   前記同期信号に基づいて前記測定用撮像部と同期されたタイミングで前記光源に投光させる投光制御部と、を備えることを特徴とする光学式座標測定装置。
2. 前記同期インターフェースは、前記電磁波として可視光又は不可視光を用いた光通信のための第１通信インターフェースであり、
   該第１通信インターフェースとは別に、電波通信を用いて同期信号をやり取りする電波無線通信のための第２通信インターフェースを有する、請求項１に記載の光学式座標測定装置。
3. 前記測定用撮像部の向きを変えるための駆動機構と、
   前記測定用撮像部の撮像画像に基づいて該測定用撮像部の向きを前記プローブの移動に伴って変化させるトラッキング機構を更に有し、
   該トラッキング機構を動作させるときに前記光通信の前記第１通信インターフェースが用いられる、請求項２に記載の光学式座標測定装置。
4. 前記測定用撮像部の向きの変化を検出するための第２の撮像部と、
   前記測定用撮像部に関連した発光参照部材とを更に有し、
   前記第２の撮像部で前記発光参照部材を撮像して、該撮像画像に基づいて前記測定用撮像部の向きを検出する、請求項３に記載の光学式座標測定装置。
5. 前記第２の撮像部の撮像と前記発光参照部材の発光が、前記測定用撮像部の撮像及び前記発光プローブマーカの発光と同期される、請求項４に記載の光学式座標測定装置。
6. 前記プローブが指し示す測定点の三次元座標を算出する測定処理では、前記同期信号に対応して前記測定用撮像部での撮像と前記発光プローブマーカの発光が複数回実行され、
   前記トラッキング機構を動作させるトラッキング処理では、前記同期信号に対応して前記測定用撮像部での撮像と前記発光プローブマーカの発光が一回実行される、請求項３～５のいずれか一項に記載の光学式座標測定装置。
7. 前記測定処理では、前記同期信号に対応して前記測定用撮像部が撮像した複数の画像の画像処理が複数回行われ、画像処理した複数の画像の各々から求めた測定値を平均化した後に、この平均化した測定値に基づいて前記算出部で前記プローブが指し示す測定点の三次元座標が求められ、
   前記トラッキング処理では、前記同期信号に対応して前記測定用撮像部が撮像した画像から測定値に基づいて前記プローブの座標位置が求められる、請求項６に記載の光学式座標測定装置。
8. 前記第２の撮像部による前記測定用撮像部の向きの検出処理では、前記第２の撮像部が撮像した複数の画像を積算した積算画像に基づいて前記測定用撮像部の向きが検出される、請求項４に記載の光学式座標測定装置。

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