JPH0712534A

JPH0712534A - ３次元形状測定装置

Info

Publication number: JPH0712534A
Application number: JP31670993A
Authority: JP
Inventors: Katsutoshi Nishizaki; 勝利西崎; Yoshinobu Hiyamizu; 由信冷水; Shiro Nakano; 史郎中野
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1993-12-16
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】比較的簡易な構成で、死角緩和の効果が大き
い３次元形状測定装置を提供する。【構成】ＸＹＺ直交座標系において、Ｚ軸を中心に回
転しうるとともにＺ軸方向に移動しうる被測定物ステー
ジ１、ＸＹ平面と平行な第１のスリット光10とＸＺ平面
と平行な第２のスリット光11をＸ軸方向から交互に照射
するスリット光源装置２、ＸＹ平面に対して所定の仰角
をもって配置され第１のスリット光10により被測定物６
の表面に形成される光切断線12を撮像する第１のテレビ
カメラ３、ＸＺ平面に対して所定の仰角をもって配置さ
れ第２のスリット光11により被測定物６の表面に形成さ
れる光切断線13を撮像する第２のテレビカメラ４、第１
および第２のテレビカメラ３、４から出力される２次元
画像データに基づいて被測定物６の３次元形状を求める
データ処理装置５を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、三角測量の手法を用
いた光切断法による３次元形状測定装置、さらに詳しく
は、被測定物にスリット光を照射し、このスリット光が
被測定物の表面に当たって形成される光切断線の２次元
画像データを変換位置データを用いて３次元形状データ
に変換する３次元形状測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の３次元形状測定装置として、被
測定物にスリット光を照射するスリット光源装置、被測
定物表面に形成される光切断線を撮像してその２次元画
像データを出力するテレビカメラなどの２次元撮像装
置、および変換位置データを用いてテレビカメラからの
光切断線の２次元画像データを３次元形状データに変換
するデータ処理装置を備えたものが知られている。従来
の３次元撮像装置では、通常、スリット光およびテレビ
カメラは１つずつ用いられる。

【０００３】ところが、上記のようにスリット光および
テレビカメラがそれぞれ１つだけ設けられている３次元
形状測定装置では、被測定物の形状によっては、スリッ
ト光またはテレビカメラの死角になる部分が多く、測定
可能な被測定物の形状に大きな制限があった。

【０００４】上記のような死角が生じることによる不都
合を回避するため、たとえば特開昭５６−３６００４号
公報などに示されているように、２つのテレビカメラを
用い、一方のテレビカメラの死角領域を他方のテレビカ
メラで補うようにした３次元形状測定装置が提案されて
いる。

【０００５】また、反射鏡を用いてテレビカメラの死角
をなくすようにすることも考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、両者とも、
１つのスリット光による光切断線を観察するものである
ため、単にテレビカメラの死角の影響を緩和するにとど
まり、スリット光の死角の影響を十分に緩和することは
できない。また、とくに後者の場合は、光学系およびデ
ータ処理のアルゴリズムが複雑になる。

【０００７】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
比較的簡易な構成で、死角緩和の効果が大きい３次元形
状測定装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明による３次元形
状測定装置は、被測定物にスリット光を照射し、上記ス
リット光が上記被測定物の表面に当たって形成される光
切断線の２次元画像データを変換位置データを用いて３
次元形状データに変換する３次元形状測定装置であっ
て、ＸＹＺ直交座標系において、被測定物が固定される
被測定物ステージ、上記被測定物ステージをＺ軸と平行
な被測定物回転中心軸を中心に回転させるステージ回転
装置、上記被測定物ステージをＺ軸方向に移動させるス
テージ移動装置、ＸＹ平面と平行な第１のスリット光と
ＸＺ平面と平行な第２のスリット光をＸ軸方向から交互
に照射するスリット光源装置、ＸＹ平面に対して所定の
仰角をもって配置され上記第１のスリット光により上記
被測定物の表面に形成される光切断線を撮像する第１の
２次元撮像装置、ＸＺ平面に対して所定の仰角をもって
配置され上記第２のスリット光により上記被測定物の表
面に形成される光切断線を撮像する第２の２次元撮像装
置、および上記第１および第２の撮像装置から出力され
る２次元画像データに基づいて上記被測定物の３次元形
状データを求めるデータ処理装置を備えていることを特
徴とするものである。

【０００９】たとえば、上記ステージ回転装置が、上記
被測定物ステージを上記被測定物回転中心軸を中心に一
定のステップ角度ずつ複数の回転ステップ位置にステッ
プ回転させるものであり、上記ステージ移動装置が、上
記被測定物ステージをＺ軸方向に一定のステップ長さず
つ複数の移動ステップ位置にステップ移動させるもので
あり、上記第１の２次元撮像装置が、上記被測定物ステ
ージのステップ回転とステップ移動が行われたときに、
各回転ステップ位置および各移動ステップ位置において
上記第１のスリット光により上記被測定物の表面に形成
される光切断線を撮像するものであり、上記第２の２次
元撮像装置が、上記被測定物ステージが所定の移動ステ
ップ位置に固定された状態でステップ回転だけが行われ
たときに、各回転ステップ位置において上記第２のスリ
ット光により上記被測定物の表面に形成される光切断線
を撮像するものであり、上記データ処理装置が、各回転
ステップ位置についての各移動ステップ位置において第
１の２次元撮像装置から出力される２次元画像データを
変換位置データを用いてその回転ステップ位置および移
動ステップ位置での第１のスリット光によるＸＹ光切断
面における上記被測定物の断面形状の一部分を表わすＸ
Ｙ断面部分形状データに変換するＸＹ断面部分形状デー
タ変換手段、同一移動ステップ位置において全回転ステ
ップ位置におけるＸＹ断面部分形状データを合成するこ
とによりその移動ステップ位置での上記ＸＹ光切断面に
おける上記被測定物の断面形状の測定可能範囲全体を表
わすＸＹ断面合成形状データを求めるＸＹ断面合成形状
データ合成手段、同一移動ステップ位置についての各回
転ステップ位置において第２の２次元撮像装置から出力
される２次元画像データを変換位置データを用いてその
回転ステップ位置での第２のスリット光によるＸＺ光切
断面における上記被測定物の断面形状の一部を表わすＸ
Ｚ断面形状データに変換するＸＺ断面形状データ変換手
段、ならびに上記ＸＹ断面合成形状データおよびＸＺ断
面形状データに基づいて上記被測定物の３次元形状デー
タを求める３次元形状データ合成手段を備えているもの
である。

【００１０】その場合、たとえば、ＸＹ断面部分形状デ
ータ、ＸＹ断面合成形状データおよびＸＺ断面形状デー
タがそれぞれの断面形状上の複数の点を表わす複数のデ
ータ要素からなり、上記３次元形状データ合成手段が、
各移動ステップ位置における上記ＸＹ光切断面と各回転
ステップ位置におけるＸＺ断面形状データで表わされる
線との交点を求めてその回転ステップ位置におけるＸＹ
断面形状補間データ要素とする補間手段、および各移動
ステップ位置におけるＸＹ断面合成形状データにその移
動ステップ位置での各回転ステップ位置における上記Ｘ
Ｙ断面形状補間データ要素よりなるＸＹ断面形状補間デ
ータを加えてこれをその移動ステップ位置におけるＸＹ
断面全体形状データとするＸＹ断面全体形状データ生成
手段を備えており、上記３次元形状データ合成手段が、
各移動ステップ位置におけるＸＹ断面全体形状データを
合成することにより上記被測定物の３次元形状を求める
ものである。

【００１１】その場合、たとえば、上記ＸＹ断面全体形
状データ生成手段が、各移動ステップ位置における各Ｘ
Ｙ断面形状補間データ要素をその移動ステップ位置にお
けるＸＹ断面合成形状データの各データ要素との距離に
基づいてそのＸＹ断面合成形状データの所定の位置に挿
入することにより、ＸＹ断面全体形状データを生成する
ものである。

【００１２】

【作用】第１の２次元撮像装置で撮像された第１のスリ
ット光による光切断線の２次元画像データから、被測定
物の３次元形状データが求められる。また、第２の２次
元撮像装置で撮像された第２のスリット光による光切断
線の２次元画像データから、被測定物の３次元形状デー
タが求められる。そして、２つの２次元撮像装置の２次
元画像データから求めた３次元形状データを相補うこと
により、スリット光および２次元撮像装置の両方の死角
の影響を十分に緩和することができる。しかも、２つの
２次元撮像装置の２次元画像データから別々に３次元形
状データを求めることができ、したがって、データ処理
のアルゴリズムも簡単であり、比較的簡易な構成で３次
元形状の測定ができる。

【００１３】上記ステージ回転装置が、上記被測定物ス
テージを上記被測定物回転中心軸を中心に一定のステッ
プ角度ずつ複数の回転ステップ位置にステップ回転させ
るものであり、上記ステージ移動装置が、上記被測定物
ステージをＺ軸方向に一定のステップ長さずつ複数の移
動ステップ位置にステップ移動させるものであり、上記
第１の２次元撮像装置が、上記被測定物ステージのステ
ップ回転とステップ移動が行われたときに、各回転ステ
ップ位置および各移動ステップ位置において上記第１の
スリット光により上記被測定物の表面に形成される光切
断線を撮像するものであり、上記第２の２次元撮像装置
が、上記被測定物ステージが所定の移動ステップ位置に
固定された状態でステップ回転だけが行われたときに、
各回転ステップ位置において上記第２のスリット光によ
り上記被測定物の表面に形成される光切断線を撮像する
ものであり、上記データ処理装置が、各回転ステップ位
置についての各移動ステップ位置において第１の２次元
撮像装置から出力される２次元画像データを変換位置デ
ータを用いてその回転ステップ位置および移動ステップ
位置での第１のスリット光によるＸＹ光切断面における
上記被測定物の断面形状の一部分を表わすＸＹ断面部分
形状データに変換するＸＹ断面部分形状データ変換手
段、同一移動ステップ位置において全回転ステップ位置
におけるＸＹ断面部分形状データを合成することにより
その移動ステップ位置での上記ＸＹ光切断面における上
記被測定物の断面形状の測定可能範囲全体を表わすＸＹ
断面合成形状データを求めるＸＹ断面合成形状データ合
成手段、同一移動ステップ位置についての各回転ステッ
プ位置において第２の２次元撮像装置から出力される２
次元画像データを変換位置データを用いてその回転ステ
ップ位置での第２のスリット光によるＸＺ光切断面にお
ける上記被測定物の断面形状の一部を表わすＸＺ断面形
状データに変換するＸＺ断面形状データ変換手段、なら
びに上記ＸＹ断面合成形状データおよびＸＺ断面形状デ
ータに基づいて上記被測定物の３次元形状データを求め
る３次元形状データ合成手段を備えているものであれ
ば、とくに、ＸＹ断面部分形状データ、ＸＹ断面合成形
状データおよびＸＺ断面形状データがそれぞれの断面形
状上の複数の点を表わす複数のデータ要素からなり、上
記３次元形状データ合成手段が、各移動ステップ位置に
おける上記ＸＹ光切断面と各回転ステップ位置における
ＸＺ断面形状データで表わされる線との交点を求めてそ
の回転ステップ位置におけるＸＹ断面形状補間データ要
素とする補間手段、および各移動ステップ位置における
ＸＹ断面合成形状データにその移動ステップ位置での各
回転ステップ位置における上記ＸＹ断面形状補間データ
要素よりなるＸＹ断面形状補間データを加えてこれをそ
の移動ステップ位置におけるＸＹ断面全体形状データと
するＸＹ断面全体形状データ生成手段を備えており、上
記３次元形状データ合成手段が、各移動ステップ位置に
おけるＸＹ断面全体形状データを合成することにより上
記被測定物の３次元形状を求めるものであれば、単純な
シーケンスで効果的に死角の部分を補った２次元形状デ
ータ（ＸＹ断面全体形状データ）を得ることができ、こ
れから簡単に死角の影響のない３次元形状データを得る
ことができる。

【００１４】また、上記ＸＹ断面全体形状データ生成手
段が、各移動ステップ位置における各ＸＹ断面形状補間
データ要素をその移動ステップ位置におけるＸＹ断面合
成形状データの各データ要素との距離に基づいてそのＸ
Ｙ断面合成形状データの所定の位置に挿入することによ
り、ＸＹ断面全体形状データを生成するものであれば、
別々に得られたＸＹ断面合成形状データとＸＹ断面形状
補間データを整列させて一連の形状データとして扱うこ
とができ、したがって、この形状データによる形状表
示、数値化などの応用が容易に実現できる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。

【００１６】図１は３次元形状測定装置の全体概略構成
を示しており、この装置は、被測定物ステージ(1) 、ス
リット光源装置(2) 、第１のテレビカメラ(3) 、第２の
テレビカメラ(4) およびデータ処理装置(5) を備えてい
る。この明細書において、水平面内の互いに直交する２
つの座標軸をＸ軸およびＹ軸とし、これらと直交する垂
直方向の座標軸をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系を用い
て、測定装置が配置されている空間を表わすことにす
る。なお、以下の説明において、ＸＹ平面およびこれと
平行な平面を全てＸＹ平面といい、ＸＺ平面およびこれ
と平行な平面を全てＸＺ平面といい、ＹＺ平面およびこ
れと平行な平面を全てＹＺ平面ということにする。

【００１７】ステージ(1) の上面は水平に形成されてお
り、ここに被測定物(6) が固定される。ステージ(1)
は、適当な昇降装置（ステージ移動装置）(7) によりＺ
軸方向に移動（昇降）させられるとともに、適当な旋回
装置（ステージ回転装置）(8)によりＺ軸と平行な軸
（被測定物回転中心軸）を中心に回転させられるように
なっている。

【００１８】光源装置(2) は、ＸＹ平面と一致する第１
のスリット光（横スリット光）(10)とＸＺ平面と一致す
る第２のスリット光（縦スリット光）(11)をＸ軸方向か
ら交互に照射するものである。図示は省略したが、光源
装置(2) は、たとえば、ＬＤ（レーザダイオード）とコ
リメータレンズよりなる光源、シリンドリカルレンズ、
ミラー、可動式ミラー（またはビームスプリッタ）など
を備えている。光源装置(2) としては、スリット光(10)
(11)ごとに光源を備えた２光源式のものと、１つの光源
を分岐させて２つのスリット光(10)(11)を得る１光源式
のもののいずれを使用することもできる。

【００１９】第１のテレビカメラ(3) は、横スリット光
(10)により被測定物(6) の表面に形成される第１の光切
断線(12)を撮像する第１の２次元撮像装置を構成してお
り、ＸＺ平面内においてＸＹ平面に対して所定の仰角を
もって配置されている。

【００２０】第２のテレビカメラ(4) は、縦スリット光
(11)により被測定物(6) の表面に形成される第２の光切
断線(13)を撮像する第２の２次元撮像装置を構成してお
り、ＸＹ平面内においてＸＺ平面に対して所定の仰角を
もって配置されている。

【００２１】データ処理装置(5) は、２つのテレビカメ
ラ(3)(4)から出力される２次元画像データに基づいて被
測定物(6) の３次元形状データを求めるものであり、図
示は省略したが、データ処理のためのマイクロコンピュ
ータなどを備えている。

【００２２】上記の測定装置による被測定物(6) の３次
元形状の測定は、たとえば次のようにして行われる。

【００２３】まず、光源装置(2) から横スリット光(10)
だけが照射され、この状態で、第１のテレビカメラ(3)
を用いて、従来と同様の３次元形状の測定が行われる。

【００２４】すなわち、ステージ(1) が所定の初期位置
に停止させられ、横スリット光(10)が被測定物(6) の表
面に当たって形成される第１の光切断線(12)が第１のテ
レビカメラ(3) で撮像され、その光切断線像の２次元画
像データがデータ処理装置(5) に送られる。データ処理
装置(5) では、変換位置データを用いて、この２次元画
像データがＸＹ平面内における被測定物(6) の水平断面
形状データに変換される。なお、このときの変換位置デ
ータは、測定に先立つキャリブレーションにより求めら
れ、データ処理装置(5) のメモリに記憶されている。次
に、ステージ(1) がＺ軸方向に一定のステップ長さずつ
複数の移動ステップ位置にステップ移動させられ、各移
動ステップ位置において、上記のように、２次元画像デ
ータから水平断面形状データへの変換が行われる。被測
定物(6) のＺ軸方向の全ての位置について水平断面形状
が求められたならば、ステージ(1) が一定のステップ角
度ずつ複数の回転ステップ位置にステップ回転させら
れ、各回転ステップ位置において、上記同様に、ステー
ジ(1) がＺ軸方向に移動させられて、被測定物(6) のＺ
軸方向の全ての位置における水平断面形状データが求め
られる。そして、被測定物(6) の全周についてＺ軸方向
の全ての位置における水平断面形状データが求められた
ならば、これらが合成されて、被測定物(6) の３次元形
状データが求められる。

【００２５】ここまでの操作は、１つのスリット光と１
つのテレビカメラを使用した従来の３次元形状測定と同
じである。被測定物の形状が単純である場合、上記の操
作だけで、死角を生じることなく、被測定物の３次元形
状が求められる。ところが、たとえば図２に示すような
複雑な形状の被測定物(6) の場合、上記の操作だけで
は、死角が生じ、被測定物(6) の３次元形状を完全に求
めることはできない。このような場合、上記の測定操作
時に、３次元形状データが得られない部分はそのままに
しておく。なお、図２に示す被測定物(6) は、直方体の
１側面(6a)に断面長方形の凹部(14)が形成されたもので
ある。

【００２６】この実施例の測定装置では、上記の操作に
加えて、次のような操作が行われる。

【００２７】すなわち、光源装置(2) から縦スリット光
(11)だけが照射され、ステージ(1)が初期位置に停止さ
せられた状態で、縦スリット光(11)が被測定物(6) の表
面に当たって形成される第２の光切断線(13)が第２のテ
レビカメラ(4) で撮像され、その光切断線像の２次元画
像データがデータ処理装置(5) に送られる。データ処理
装置(5) では、変換位置データを用いて、この２次元画
像データがＸＺ平面内における被測定物(6) の垂直断面
形状データに変換される。このときの変換位置データ
も、測定に先立つキャリブレーションにより求められ、
データ処理装置(5) のメモリに記憶されている。次に、
前記のようなステージ(1) のステップ回転が行われ、各
回転ステップ位置において、上記のように、２次元画像
データから垂直断面形状データへの変換が行われる。そ
して、被測定物(6) の全周について垂直断面形状データ
が求められたならば、これらが合成されて、被測定物
(6) の３次元形状データが求められる。

【００２８】この場合も、被測定物の形状によっては３
次元形状が完全に求められないことがあるが、３次元形
状データが求められない部分はそのままにしておく。

【００２９】上記のような水平断面形状データによる３
次元形状データの合成と垂直断面形状による３次元形状
データの合成が終了したならば、両方の３次元形状デー
タが合成されて、最終的に、被測定物(6) の３次元形状
が求められる。すなわち、水平断面形状データによる３
次元形状データと垂直断面形状による３次元形状データ
が相補われて、被測定物(6) の３次元形状が求められ
る。このため、スリット光およびテレビカメラの両方の
死角の影響が非常に小さくなり、かなり複雑な形状の被
測定物であっても３次元形状を完全に測定できるように
なる。

【００３０】次に、図３〜図５のフローチャートを参照
して、上記の測定装置による被測定物(6) の３次元形状
測定の他の１例について、詳細に説明する。

【００３１】図３は、３次元形状測定の全体の流れを概
略的に示している。

【００３２】図３において、まず、光源装置(2) から横
スリット光(10)だけが照射された状態で、ステージ(1)
のステップ回転とステップ移動が行われ、各回転ステッ
プ位置および各移動ステップ位置において、第１のテレ
ビカメラ(3) からの２次元画像データがＸＹ断面部分形
状データに変換される（ステップ31）。この動作は、前
に説明した第１のテレビカメラ(3) の２次元画像データ
から水平断面形状データへの変換と同じである。各回転
ステップ位置および各移動ステップ位置におけるＸＹ断
面部分形状データ（水平断面形状データ）は、その回転
ステップ位置および移動ステップ位置での横スリット光
(10)によるＸＹ光切断面（スリット光面）(10a) におけ
る被測定物(6) の断面形状の一部分（横スリット光(10)
が当たってかつ第１のテレビカメラ(3) で撮像可能な部
分）を表わすものである。また、ＸＹ断面部分形状デー
タは、断面形状上の複数の点を表わす複数のデータ要素
からなり、各データ要素は、そのときの移動ステップ位
置に対応するＺ座標値ｚならびに対応する点のＸ座標値
ｘおよびＹ座標値ｙを含む直交座標データ（ｘ，ｙ，
ｚ）である。

【００３３】全ての回転ステップ位置および移動ステッ
プ位置におけるＸＹ断面部分形状データの変換が終了し
たならば、全ステップ位置について、同一ステップ位置
での全回転ステップ位置におけるＸＹ断面部分形状デー
タを合成することにより、各移動ステップ位置における
ＸＹ断面合成形状データが求められる（ステップ32）。
各移動ステップ位置においてＸＹ断面部分形状データか
らＸＹ断面合成形状データを合成する方法は、従来と同
様である。ＸＹ断面合成形状データも、断面形状上の複
数の点を表わす複数のデータ要素からなり、各データ要
素は、ＸＹ断面部分形状データのものと同じである。

【００３４】全ての移動ステップ位置におけるＸＹ断面
合成形状データの合成が終了したならば、光源装置(2)
から縦スリット光(11)だけが照射された状態で、ステー
ジ(1) が所定の移動ステップ位置に固定されて、ステッ
プ回転だけが行われ、各回転ステップ位置において、第
２のテレビカメラ(4) からの２次元画像データがＸＺ断
面形状データに変換される（ステップ33）。この動作
は、前に説明した第２のテレビカメラ(3) の２次元画像
データから垂直断面形状データへの変換と同じである。
各回転ステップ位置におけるＸＺ断面形状データ（垂直
断面形状データ）は、その回転ステップ位置での縦スリ
ット光(11)によるＸＺ光切断面（スリット光面）(11a)
における被測定物(6) の断面形状の一部分（縦スリット
光(11)が当たってかつ第２のテレビカメラ(4) で撮像可
能な部分）を表わすものである。また、ＸＺ断面形状デ
ータは、断面形状上の複数の点を表わす複数のデータ要
素からなり、各データ要素は、そのときの回転ステップ
位置に対応するステージ(1)の初期位置からの回転角度
θならびに対応する点のＸ座標値ｘおよびＺ座標値ｚを
含む円筒座標データ（θ，ｘ，ｚ）である。

【００３５】全ての回転ステップ位置におけるＸＺ断面
形状データの変換が終了したならば、全ステップ位置に
ついて、ＸＹ断面合成形状データの補間が行われる（ス
テップ34）。図６および図７を参照して、各ステップ位
置におけるＸＹ断面合成形状データの補間の方法の１例
について詳細に説明する。

【００３６】図６に示すように、被測定物(6) は、各移
動ステップ位置において横スリット光面(10a) で切断さ
れ、ステップ移動により複数のＸＹ断面Ｓｈで切断され
ることになる。このＸＹ断面Ｓｈを水平断面層というこ
とにすると、各水平断面層ＳｈはＺ座標値で特定され
る。図６には、１つの水平断面層Ｓｈにおける水平断面
形状の一部が実線で示されており、この上の複数の点を
表わす複数のデータ要素からなる形状データがＸＹ断面
合成形状データとなる。また、被測定物(4) は、各回転
ステップ位置において縦スリット光面(11a) で切断さ
れ、ステップ回転により複数のＸＺ断面Ｓθで切断され
ることになる。このＸＺ断面Ｓθを垂直断面層というこ
とにすると、各垂直断面層Ｓθは被測定物回転中心軸(A
c)を中心とする被測定物(6) の回転角度で特定される。
図６には、１つの垂直断面層Ｓθにおける垂直断面形状
の一部が実線で示されており、この上の複数の点を表わ
す複数のデータ要素からなる形状データがＸＺ断面形状
データとなる。図７には、１つの垂直断面層Ｓθにおけ
るＸＺ断面形状データで表わされる複数の点と、この垂
直断面層Ｓθで切断された１つの水平断面層Ｓｈが示さ
れている。各水平断面層ＳｈにおけるＸＹ断面合成形状
データの補間は、その水平断面層Ｓｈと全回転ステップ
位置におけるＸＺ断面形状データで表わされる線との交
点を求めて、これをＸＹ断面形状補間データ要素とする
ものである。各水平断面層Ｓｈと各回転ステップ位置に
おけるＸＺ断面形状データとの交点を求めるには、たと
えば図７に示すように、ＸＺ断面形状データの中から水
平断面層Ｓｈを挟む２つの点（データ要素）Ｐ_V1、Ｐ_V2
を見つけ出し、これら２点Ｐ_V1、Ｐ_V2を結ぶ直線Ｌと水
平断面層Ｓｈとの交点を求めればよい。ＸＹ断面形状補
間データ要素は１つの垂直断面層Ｓθについて１つずつ
求められ、全垂直断面層ＳθにおけるＸＹ断面形状補間
データ要素の集合がその水平断面層ＳｈにおけるＸＹ断
面形状補間データとなる。

【００３７】上記のＸＹ断面合成形状データの補間動作
の詳細が、図４のフローチャートに示されている。

【００３８】図４において、まず、ｉに０をセットする
（ステップ401 ）。次に、水平断面層Ｓｈ_iを設定し
（ステップ402 ）、ｊに０をセットする（ステップ403
）。次に、垂直断面層Ｓθ_jを設定し（ステップ404
）、ｋに０をセットする（ステップ405 ）。次に、設
定された垂直断面層Ｓθ_jにおけるＸＺ断面形状データ
から隣接する２点Ｐ_k、Ｐ_k+1を設定し（ステップ406
）、これら２点Ｐ_k、Ｐ_k+1が水平断面層Ｓｈ_iを上下
から挟むものであるかどうかを調べる（ステップ40
7）。これは、水平断面層Ｓｈ_iのＺ座標値ｚｈ_iと、
点Ｐ_k（θ，ｘ_k，ｚ_k）のＺ座標値ｚ_kおよび点Ｐ
_k+1（θ，ｘ_k+1，ｚ_k+1）のＺ座標値ｚ_k+1とを比較
することにより行われる。ステップ407 において２点Ｐ
_k、Ｐ_k+1が水平断面層Ｓｈ_iを上下から挟むものでな
ければ、ステップ408 に進んで、（ｋ＋１）をｋにセッ
トし、ステップ406 に戻る。最初にステップ405 からス
テップ406 に進んだときには、ｋが０であるから、ＸＺ
断面形状データの先頭の点とその次の点とが隣接２点Ｐ
_k、Ｐ_k+1として設定される。ステップ407 からステッ
プ406 に戻るたびにステップ408 においてｋが１ずつ増
加し、ＸＺ断面形状データの中の点を１ずつ後にずらし
ながら隣接２点Ｐ_k、Ｐ_k+1が設定される。そして、水
平断面層Ｓｈ_iを挟む隣接２点Ｐ_k、Ｐ_k+1が見つかる
までステップ408 、406 および407 が繰り返され、この
ような隣接２点Ｐ_k、Ｐ_k+1が見つかったときに、ステ
ップ407 からステップ409 に進む。

【００３９】ステップ409 では、２点Ｐ_k・Ｐ_k+1間の
距離ｄを一定の判定値ｄｚと比較し、距離ｄがｄｚ以下
であれば、ステップ410 に進んで、２点Ｐ_k、Ｐ_k+1を
結ぶ線分Ｌと水平断面層Ｓｈ_iとの交点Ｃθ_jを算出す
る。この交点Ｃθ_jは、円筒座標データ（θ_j，ｘ_j，
ｚｈ_i）として表わされている。このため、次に、被測
定物回転中心軸のＸ座標値ｘ_CおよびＹ座標値ｙ_Cおよ
び回転角度θ_jを用い、これを直交座標データ（ｘ_j，
ｙ_j，ｚｈ_i）に回転変換して補間データ要素Ｄ_jとし
（ステップ411 ）、次のステップ412 に進む。なお、被
測定物回転中心軸(Ac)のＸ座標値ｘ_CおよびＹ座標値ｙ
_Cも、前述のキャリブレーションの際に求められてい
る。ステップ409 において２点Ｐ_k・Ｐ_k+1間の距離ｄ
が判定値ｄｚより大きかった場合は、そのままステップ
412 に進む。したがって、距離ｄがｄｚ以下の場合にだ
け、補間データ要素が求められる。このようにしたの
は、距離ｄが大きい場合にも補間を行ったとすると、本
来補間されるべきでないところが誤って補間されてしま
うからである。なお、ｄｚは、たとえば３（ｍｍ）程度
の値に設定されている。ステップ412 では、ｊを最後の
垂直断面層Ｓθを表わす値ｎθと比較することにより、
最後の垂直断面層Ｓθ_ｎθについての処理が終了したか
どうかを調べる。そして、ｊがｎθと等しくなければ、
最後の垂直断面層Ｓθについての処理が終了していない
と判断し、ステップ413 に進んで、（ｊ＋１）をｊにセ
ットした後、ステップステップ404 に戻る。ｊがｎθと
等しければ、最後の垂直断面層Ｓθ_ｎθについての処理
が終了したと判断し、ステップ414に進む。最初にステ
ップ403 からステップ404 に進んだときには、ｊが０で
あるから、先頭の垂直断面層Ｓθ₀が設定される。ステ
ップ412 からステップ404 に戻るたびにステップ413 に
おいてｊが１ずつ増加し、後の垂直断面層Ｓθが順に設
定される。そして、最後の垂直断面層Ｓθ_ｎθが設定さ
れたときまでステップ404 からステップ412 までの処理
が繰り返され、全垂直断面層Ｓθについて、補間データ
要素があれば、これが求められる。

【００４０】ステップ414 では、ｉを最後の水平断面層
Ｓｈを表わす値ｎｈと比較することにより、最後の水平
断面層Ｓｈ_ｎｈについての処理が終了したかどうかを調
べる。そして、ｉがｎｈと等しくなければ、最後の水平
断面層Ｓｈについての処理が終了していないと判断し、
ステップ415 に進んで、（ｉ＋１）をｉにセットした
後、ステップステップ402 に戻る。ｉがｎｈと等しけれ
ば、最後の水平断面層Ｓｈ_ｎｈについての処理が終了し
たと判断し、処理を終了する。最初にステップ401 から
ステップ402 に進んだときには、ｉが０であるから、先
頭の水平断面層Ｓｈ₀が設定される。ステップ414 から
ステップ402 に戻るたびにステップ415 においてｉが１
ずつ増加し、後の水平断面層Ｓｈが順に設定される。そ
して、最後の水平断面層Ｓｈ_ｎｈが設定されたときまで
ステップ402 からステップ414 までの処理が繰り返さ
れ、全水平断面層Ｓθについて、全垂直断面層Ｓθによ
る補間データ要素があれば、これが求められる。

【００４１】図３において、ステップ34のＸＹ断面合成
形状データの補間が終了すると、全移動ステップ位置に
ついて、ＸＹ断面合成形状データと補間により求められ
た補間データを合成して、ＸＹ断面全体形状データを生
成する（ステップ35）。このＸＹ断面全体形状データ
は、１つの移動ステップ位置におけるＸＹ断面合成形状
データとＸＹ断面形状補間データを一定の規則に従って
整列させたものである。たとえば、上から見て反時計回
りに整列させたものである。各移動ステップ位置におけ
るＸＹ断面全体形状データの生成は、たとえば次のよう
に行われる。すなわち、ＸＹ断面形状補間データの各デ
ータ要素を先頭のものから順に１つずつ取り出し、各デ
ータ要素について、それに最も距離の近いＸＹ断面合成
形状データのデータ要素を検出し、これに基づいて挿入
場所を決定する。

【００４２】上記の整列動作の詳細が、図５のフローチ
ャートに示されている。

【００４３】図５において、まず、ｉに０をセットし
（ステップ501 ）、ｎに０をセットする（ステップ502
）。次に、補間データ要素Ｄ_ｎを設定し（ステップ503
）、水平断面層Ｓｈ_ｉを設定し（ステップ504 ）、こ
の水平断面層Ｓｈ_ｉの合成形状データの中から上記の補
間データ要素Ｄ_ｎに最も距離の近いデータ要素Ｐ_ｎを検
出する（ステップ505 ）。このときの合成形状データの
中には、後述するように挿入された補間データ要素も新
しい合成形状要素として含まれている。次に、Ｄ_ｎとＰ
_ｎの距離ｄを調べ（ステップ506 ）、これが一定の判定
値ｄｈより大きければ、次のステップ507 に進み、Ｄ_ｎ
の補間または削除を決定し、補間のときには合成形状デ
ータ中の補間場所を決定する。次に、補間かどうかを調
べ（ステップ508 ）、補間であれば、ステップ509 に進
んで、合成形状データ中の前に決定された場所にＤ_ｎを
挿入し、ステップ510 に進む。ステップ506 において距
離ｄが判定値ｄｈ以下であった場合、またはステップ50
8 において補間でなかった場合は、そのままステップ51
0 に進む。このように距離ｄが判定値ｄｈより大きい場
合にのみ補間を行うようにしてのは、データ要素間のピ
ッチを判定値ｄｈ以上としているからである。なお、判
定値ｄｈは、たとえば０．５（ｍｍ）程度の値に設定さ
れている。ステップ510 では、ｎの値を調べることによ
りＤ_ｎが最終の補間データ要素であるかどうかを調べ、
そうでなければ、ステップ511 に進んで、（ｎ＋１）を
ｎにセットし、ステップ503 に戻る。最初にステップ50
2 からステップ503 に進んだときには、ｎが０であるか
ら、補間データの先頭のデータ要素がＤ_ｎとして設定さ
れる。ステップ510 からステップ503 に戻るたびにステ
ップ511 においてｎが１ずつ増加し、後の補間データ要
素が順に設定される。そして、最後の補間データ要素が
設定されたときまでステップ503 からステップ510 の処
理が繰り返され、そのときの水平断面層Ｓｈ_ｉの補間デ
ータ全体について、必要に応じて、補間が行われ、合成
形状データの所定の位置に挿入される。

【００４４】ステップ510 においてＤ_ｎが最終の補間デ
ータ要素であった場合は、ステップ512 に進んで、ｉの
値を調べることによりＳｈ_ｉが最終の水平断面層である
かどうかを調べ、そうでなければ、ステップ513 に進ん
で、（ｉ＋１）をｉにセットし、ステップ502 に戻る。
最初にステップ501 からステップ502 に進んだときに
は、ｉが０であるから、先頭の水平断面層Ｓｈ₀が設定
される。ステップ512 からステップ502 に戻るたびにス
テップ513 においてｉが１ずつ増加し、後の水平断面層
Ｓｈが順に設定される。そして、最後の水平断面層Ｓｈ
が設定されたときまでステップ502 からステップ512 ま
での処理が繰り返され、全水平断面層Ｓｈについて、合
成形状データと必要な補間データの並び変えが行われ、
その結果、これらが一定の方向に整列させられる。ステ
ップ512 においてＳｈ_ｉが最終の水平断面であれば、処
理を終了する。

【００４５】図３において、ステップ35のＸＹ断面全体
形状データの整列が終了すると、全水平断面層Ｓｈにお
ける補間されたＸＹ断面全体形状データから被測定物
(6) の３次元形状データが合成され（ステップ36）、処
理を終了する。なお、この３次元形状データの合成は、
従来と同様の方法で行われる。

【００４６】図２に示す被測定物(6) を用いて実験を行
った結果、横スリット光(10)と第１のテレビカメラ(3)
だけでは死角が生じて３次元形状の完全な測定が不可能
であったが、２つのスリット光(10)(11)と２つのテレビ
カメラ(3)(4)を組み合わせることにより３次元形状の完
全な測定が可能であることが明らかになった。

【００４７】しかし、上記の実験により、２つのスリッ
ト光(10)(11)と２つのテレビカメラ(3)(4)を用いても、
ステージ(1) 上の被測定物(6) の位置によっては、とく
に縦スリット光(11)が凹部(14)の内面を走査できないた
めに測定が不可能になることがあった。すなわち、被測
定物(6) をステージ(1) の中央に設置した場合、第１の
テレビカメラ(3) で死角になっている凹部(14)の内面部
分が第２のテレビカメラ(4) によって観察されてはいる
が、縦スリット光(11)が凹部(14)の内面をほとんど走査
しておらず、測定が不可能であった。これに対し、被測
定物(6) をステージ(1) の端に設置した場合は、ステー
ジ(1) の回転に伴って縦スリット光(11)が凹部(14)の内
面をくまなく走査し、かつこれを第２のテレビカメラ
(4) で観察することができ、被測定物(6) の全周を死角
なしに測定することが可能であった。そこで、上記の測
定装置では、好ましくは、測定の前に、死角が生じるか
どうかを計算によりチェックするようになっている。こ
のようなチェックは、たとえば次のようにして行うこと
ができる。

【００４８】図２に示すような被測定物(6) の場合、死
角が生じるかどうかは次の条件に依存する。

【００４９】 (1) 第２のテレビカメラ(4) の設置位置および角度 (2) 第２のテレビカメラ(4) のレンズの焦点距離 (3) 被測定物(6) の外形および凹部(14)の形状、寸法 (4) ステージ(1) 上での被測定物(6) の位置ここでは、上記の(1) および(2) をパラメータとして与
えておき、(3) を入力することによって、(4) を算出す
るようにする。

【００５０】図８は、図２に示すような被測定物(6) を
ステージ(1) の任意の位置に設置した状態を真上から見
た断面図である。この状態では、凹部(14)内における縦
スリット光(11)によるスリット像Ｐは、被測定物(6) の
他の部分によって遮られることなく、第２のテレビカメ
ラ(4) に映っている。このときのステージ(1) の回転角
を０度とする。また、被測定物(6) の形状、寸法、テレ
ビカメラ(4) の位置関係などは、図８に示すとおりとす
る。ステージ(1) を図８のような回転角度０度の状態か
らθ度回転させると、図９に示すように、凹部(14)内に
おけるスリット像Ｐは、被測定物(6) の他の部分によっ
て遮られ、テレビカメラ(4) の死角に入る。なお、図８
および図９の反時計方向をステージ(1) の回転角θの正
方向とする。

【００５１】この例では、被測定物(6) の凹部(14)のＣ
1 −Ｃ2 、Ｃ2 −Ｃ3 およびＣ3 −Ｃ4 の間をそれぞれ
領域１、２および３とし、スリット像とテレビカメラ
(4) を結ぶ直線（以下、視線という）が領域３と交わる
かどうかにって、死角の有無を判断する。実際には、凹
部(14)のコーナーＣ4 が視線より上にあるか下にあるか
によって判定を行う。なお、この説明において、上下は
図８および図９の図面についていうものとする。

【００５２】次に、図１０および図１１のフローチャー
トを参照して、このようなチェックの１例について説明
する。

【００５３】まず、被測定物(6) の外形寸法Ｗ、Ｔ、
ｗ、ｔを入力する（ステップ１）。次に、被測定物(6)
の位置ｘの限界値Ｌm を計算する（ステップ２）。これ
は、被測定物(6) がステージ(1) からはみ出さないとい
う条件の下に決定する。次に、被測定物(6) の位置ｘに
初期値０をセットする（ステップ３）。なお、被測定物
(6) の位置は、ＸＹ平面内において、原点すなわちステ
ージ(1) の回転中心(O)から被測定物(6) の側面(6a)を
含む面までの距離で表わされる。被測定物(6) の凹部(1
4)のある側面(6a)がステージ(1) の回転中心(O) より前
（図８の左側）に出ると死角が生じるので、位置ｘの初
期値は０とする。次に、ステージ(1) の回転角θが０度
の状態（図８の状態）における凹部(14)のコーナーＣ1
、Ｃ2 、Ｃ3 およびＣ4 の座標値を計算する（ステッ
プ４）。次に、回転角θに初期値９０度をセットする
（ステップ５）。次に、コーナーＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 およ
びＣ4 の座標値を回転変換し、そのときの回転角θの状
態におけるこれらの座標値を計算する（ステップ６）。
次に、コーナーＣ1 が縦スリット光(11)の光軸より上に
あるかどうかを調べ（ステップ７）、上にあれば、ステ
ップ８に進み、回転角θを１度減算して、ステップ６に
戻る。ステップ７においてコーナーＣ1 が光軸より上に
なければ、ステップ９に進んで、コーナーＣ4 が光軸よ
り下にあるかどうかを調べ、下になければ、ステップ10
に進む。ステップ10では、コーナーＣ2 が光軸より上に
あるかどうかを調べ、上にあれば、ステップ11に進み、
領域１と光軸との交点Ｐすなわちスリット像Ｐの座標値
を計算する。次に、そのときの視線（交点Ｐとテレビカ
メラ(4) を結ぶ直線）を計算し（ステップ12）、ステッ
プ13に進む。ステップ10においてコーナーＣ2 が光軸よ
り上になければ、ステップ14に進んで、コーナーＣ3 が
光軸より上にあるかどうかを調べ、上にあれば、ステッ
プ15に進んで、領域２と光軸との交点Ｐの座標値を計算
する。次に、そのときの視線を計算し（ステップ16）、
ステップ13に進む。ステップ14においてコーナーＣ3 が
光軸より上になければ、ステップ17に進んで、領域３と
光軸との交点Ｐの座標値を計算し、次に、そのときの視
線を計算し（ステップ18）、ステップ13に進む。ステッ
プ13では、コーナーＣ4 が視線より下にあるかどうを調
べ、下になければ、そのときの交点Ｐが死角にならない
と判断して、ステップ19に進み、回転角θを１度減算し
て、次の回転角におけるチェックを行うために、ステッ
プ６に戻る。ステップ13においてコーナーＣ4 が視線よ
り下にあれば、ステップ20に進んで、被測定物(6) の位
置ｘに１を加算し、この位置ｘとその限界値Ｌm を比較
する（ステップ21）。ステップ21において位置ｘが限界
値Ｌm 以下であれば、次の位置についてチェックを行う
ために、ステップ４に戻る。ステップ21において位置ｘ
が限界値Ｌm より大きければ、ステージ(1) 上の全ての
位置に付いてチェックが終了し、しかもどの位置におい
ても死角が生じたと判断し、ステップ22に進んで、死角
があるという警報を発し、処理を終了する。ステップ９
においてコーナーＣ4 が光軸より下にあれば、その位置
でステージ(1) を回転させても死角が生じなかったこと
になり、死角がないと判断し、ステップ23に進んで、被
測定物(6) の形状および最適位置の表示をし、処理を終
了する。

【００５４】上記のように、１側面(6a)に凹部(14)が形
成されている被測定物(6) の場合、第２のテレビカメラ
(4) の位置関係を適当に定め、被測定物(6) をステージ
(1)の端の方に設置すれば、死角なしに完全な測定がで
きる。しかし、図１２に示すような直方体の反対向きの
２つの側面(6a)(6b)に凹部(14)(15)が形成されている被
測定物(6) の場合、被測定物(6) をステージ(1) に１回
固定しただけでは、被測定物(6) の全周の測定はできな
い。このため、従来は、被測定物(6) の一方の側面(6a)
側の測定が終了したときに、被測定物(6) の姿勢がＺ軸
を中心に１８０度変わるように、ステージ(1) 上で被測
定物(6) を置き換えて、再び測定を行い、両方の３次元
形状データを合成して、被測定物(6) の３次元形状を求
める必要があった。このため、測定中ずっとオペレータ
がついていなければならず、また、人手を介するため、
置き換え前と置き換え後の被測定物(6) の相対位置関係
を同定するのが困難で、処理アルゴリズムが複雑になる
ばかりでなく、全周のデータ合成の精度劣化を招くとい
う問題があった。

【００５５】このような問題を解決した３次元形状測定
装置の１例が、図１３に示されている。

【００５６】この場合、ステージ(1) の上に、図示しな
い適当な第２旋回装置によりステージ(1) に対して回転
させられる遊星回転テーブル(16)が設けられている。こ
の回転テーブル(16)の回転中心軸はステージ(1) の回転
中心軸であるＺ軸と平行であるが、Ｚ軸から所定距離離
れている。他は前記実施例の場合と同様であり、同じ部
分には同一の符号を付している。

【００５７】この測定装置においては、まず、図１３の
ように回転テーブル(16)がＺ軸に対してスリット光源装
置(2) および第２のテレビカメラ(4) から遠い側にある
状態において、被測定物(6) の一方の側面(6a)が光源装
置(2) およびテレビカメラ(4) 側を向くように回転テー
ブル(16)がステージ(1) に固定され、このような状態
で、前記同様に、ステージ(1) のＺ軸方向の移動および
回転が行われて、被測定物(6) の３次元形状の測定が行
われる。これにより、被測定物(6) の他方の側面(6b)側
の測定はできないが、一方の側面(6a)側の測定はでき
る。この測定が終了すると、図１３のように回転テーブ
ル(16)がＺ軸に対してスリット光源装置(2)およびテレ
ビカメラ(4) から遠い側にある状態において、被測定物
(6) の他方の側面(6b)が光源装置(2) およびテレビカメ
ラ(4) 側を向くように回転テーブル(16)がステージ(1)
に対して１８０度回転させられ、この位置に回転テーブ
ル(16)が固定された状態で、前記同様に、ステージ(1)
のＺ軸方向の移動および回転が行われて、被測定物(6)
の３次元形状の測定が行われる。これにより、被測定物
(6) の他方の側面(6b)側の測定ができる。そして、両方
の測定結果を合成することにより、被測定物(6) の全周
の３次元形状が求められる。

【００５８】上記の測定は、被測定物(6) を回転テーブ
ル(16)に固定して、ステージ(1) および回転テーブル(1
6)の位置を決めた後は、人手を介さずに自動的に行われ
る。また、最初の測定が終わってから回転テーブル(16)
により被測定物(6) の姿勢を正確に１８０度変えること
ができるので、被測定物(6) の姿勢変換の前後の相対位
置関係を同定するのが容易であり、処理アルゴリズムも
簡単で、全周のデータ合成の精度も良い。

【００５９】被測定物によっては、その上面の形状も測
定する必要がある場合があるが、上記のような測定装置
では、被測定物の上面の形状測定は不可能である。

【００６０】このような問題を解決した測定装置の１例
が図１４に示されている。

【００６１】この場合、測定装置には、スリット光源装
置(2) の他に、ＹＺ平面と一致する第３のスリット光(1
7)をＺ軸方向から照射する第２のスリット光源装置(18)
が設けられている。そして、この第３のスリット光(17)
により被測定物(6) の上面(6c)に形成される第３の光切
断線(19)を第１のテレビカメラ(3) で撮像することによ
り、被測定物(6) の上面(6c)の３次元形状が測定され
る。他は前記実施例の場合と同様であり、同じ部分には
同一の符号を付している。

【００６２】なお、上記実施例では、第１のテレビカメ
ラ(3) はＸＺ平面内に、第２のテレビカメラ(4) はＸＹ
平面内に配置したが、必ずしもこのように配置する必要
はなく、第１のテレビカメラはＸＹ平面に対し、第２の
テレビカメラはＸＺ平面に対して所定の仰角をもって配
置されていればよい。

【００６３】

【発明の効果】この発明の３次元形状測定装置によれ
ば、上述のように、スリット光および２次元撮像装置の
両方の死角の影響を十分に緩和することができ、しかも
データ処理のアルゴリズムも簡単で、比較的簡易な構成
で３次元形状の測定ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の１実施例を示す３次元形状測定装置
の概略構成図である。

【図２】被測定物の１例を示す斜視図である。

【図３】図１の３次元形状測定装置の形状測定処理の１
例を示すフローチャートである。

【図４】図３の補間処理の１例を示すフローチャートで
ある。

【図５】図３のＸＹ断面全体形状データの生成処理の１
例を示すフローチャートである。

【図６】補間処理のために被測定物に設定した水平断面
層および垂直断面層を示す説明図である。

【図７】補間処理のために被測定物に設定した１つの垂
直断面上のＸＺ断面形状データの１例を示す説明図であ
る。

【図８】死角チェックのための被測定物、スリット光源
装置およびテレビカメラの位置関係を示す説明図であ
る。

【図９】死角チェックのための被測定物、スリット光源
装置およびテレビカメラの位置関係を示す図８と異なる
状態の説明図である。

【図１０】図１の３次元形状測定装置の死角チェック処
理の一部分を示すフローチャートである。

【図１１】図１の３次元形状測定装置の死角チェック処
理の残りの部分を示すフローチャートである。

【図１２】被測定物の他の１例を示す断面図である。

【図１３】この発明の他の実施例を示す３次元形状測定
装置の要部概略構成図である。

【図１４】この発明のさらに他の実施例を示す３次元形
状測定装置の概略構成図である。

【符号の説明】

(1) 被測定物ステージ (2) スリット光源装置 (3) 第１のテレビカメラ (4) 第２のテレビカメラ (5) データ処理装置 (6) 被測定物 (10) 第１のスリット光 (11) 第２のスリット光 (12) 第１の光切断線 (13) 第２の光切断線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定物にスリット光を照射し、上記スリ
ット光が上記被測定物の表面に当たって形成される光切
断線の２次元画像データを変換位置データを用いて３次
元形状データに変換する３次元形状測定装置であって、ＸＹＺ直交座標系において、被測定物が固定される被測
定物ステージ、上記被測定物ステージをＺ軸と平行な被
測定物回転中心軸を中心に回転させるステージ回転装
置、上記被測定物ステージをＺ軸方向に移動させるステ
ージ移動装置、ＸＹ平面と平行な第１のスリット光とＸ
Ｚ平面と平行な第２のスリット光をＸ軸方向から交互に
照射するスリット光源装置、ＸＹ平面に対して所定の仰
角をもって配置され上記第１のスリット光により上記被
測定物の表面に形成される光切断線を撮像する第１の２
次元撮像装置、ＸＺ平面に対して所定の仰角をもって配
置され上記第２のスリット光により上記被測定物の表面
に形成される光切断線を撮像する第２の２次元撮像装
置、および上記第１および第２の撮像装置から出力され
る２次元画像データに基づいて上記被測定物の３次元形
状データを求めるデータ処理装置を備えていることを特
徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】上記ステージ回転装置が、上記被測定物ス
テージを上記被測定物回転中心軸を中心に一定のステッ
プ角度ずつ複数の回転ステップ位置にステップ回転させ
るものであり、上記ステージ移動装置が、上記被測定物
ステージをＺ軸方向に一定のステップ長さずつ複数の移
動ステップ位置にステップ移動させるものであり、上記
第１の２次元撮像装置が、上記被測定物ステージのステ
ップ回転とステップ移動が行われたときに、各回転ステ
ップ位置および各移動ステップ位置において上記第１の
スリット光により上記被測定物の表面に形成される光切
断線を撮像するものであり、上記第２の２次元撮像装置
が、上記被測定物ステージが所定の移動ステップ位置に
固定された状態でステップ回転だけが行われたときに、
各回転ステップ位置において上記第２のスリット光によ
り上記被測定物の表面に形成される光切断線を撮像する
ものであり、上記データ処理装置が、各回転ステップ位
置についての各移動ステップ位置において第１の２次元
撮像装置から出力される２次元画像データを変換位置デ
ータを用いてその回転ステップ位置および移動ステップ
位置での第１のスリット光によるＸＹ光切断面における
上記被測定物の断面形状の一部分を表わすＸＹ断面部分
形状データに変換するＸＹ断面部分形状データ変換手
段、同一移動ステップ位置において全回転ステップ位置
におけるＸＹ断面部分形状データを合成することにより
その移動ステップ位置での上記ＸＹ光切断面における上
記被測定物の断面形状の測定可能範囲全体を表わすＸＹ
断面合成形状データを求めるＸＹ断面合成形状データ合
成手段、同一移動ステップ位置についての各回転ステッ
プ位置において第２の２次元撮像装置から出力される２
次元画像データを変換位置データを用いてその回転ステ
ップ位置での第２のスリット光によるＸＺ光切断面にお
ける上記被測定物の断面形状の一部を表わすＸＺ断面形
状データに変換するＸＺ断面形状データ変換手段、なら
びに上記ＸＹ断面合成形状データおよびＸＺ断面形状デ
ータに基づいて上記被測定物の３次元形状データを求め
る３次元形状データ合成手段を備えているものであるこ
とを特徴とする請求項１の３次元形状測定装置。
【請求項３】ＸＹ断面部分形状データ、ＸＹ断面合成形
状データおよびＸＺ断面形状データがそれぞれの断面形
状上の複数の点を表わす複数のデータ要素からなり、上
記３次元形状データ合成手段が、各移動ステップ位置に
おける上記ＸＹ光切断面と各回転ステップ位置における
ＸＺ断面形状データで表わされる線との交点を求めてそ
の回転ステップ位置におけるＸＹ断面形状補間データ要
素とする補間手段、および各移動ステップ位置における
ＸＹ断面合成形状データにその移動ステップ位置での各
回転ステップ位置における上記ＸＹ断面形状補間データ
要素よりなるＸＹ断面形状補間データを加えてこれをそ
の移動ステップ位置におけるＸＹ断面全体形状データと
するＸＹ断面全体形状データ生成手段を備えており、上
記３次元形状データ合成手段が、各移動ステップ位置に
おけるＸＹ断面全体形状データを合成することにより上
記被測定物の３次元形状を求めるものであることを特徴
とする請求項２の３次元形状測定装置。
【請求項４】上記ＸＹ断面全体形状データ生成手段が、
各移動ステップ位置における各ＸＹ断面形状補間データ
要素をその移動ステップ位置におけるＸＹ断面合成形状
データの各データ要素との距離に基づいてそのＸＹ断面
合成形状データの所定の位置に挿入することにより、Ｘ
Ｙ断面全体形状データを生成するものであることを特徴
とする請求項３の３次元形状測定装置。