JPH07248213A - 三次元形状測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １つのレーザ変位計で被測定物の三次元形状
を測定する。 【構成】 回転軸１１を有している被測定物回転機構１
０と、被測定物回転機構１０の回転軸１１を含む平面内
で一定の半径でレーザ変位計３０を回転させるべく、こ
の回転軸１１と直交する回転軸２１及びこの回転軸２１
に取付けられているアーム２３を有しているセンサ回動
機構２０とを備えている。被測定物回転機構１０の回転
軸１１及びセンサ回動機構２０の回転軸２１には、それ
ぞれの回転角度を把握するエンコーダ１５，２５が設け
られている。三次元形状データは、各エンコーダ１５，
２５で検知された各回転軸の回転角度とレーザ変位計３
０からの出力とに基づいて作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザ変位計等の光距
離センサを用いて、被測定物の三次元形状を測定する三
次元形状測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、三次元形状測定装置としては、例
えば、図１０に示すようなものがある。この装置におい
て、被測定物１は、回転テーブル２の上に載っており、
鉛直な方向に伸びる回転軸回りに回転できるようになっ
ている。被測定物１の上方には、第１のレーザ変位計３
がＲステージ４に取り付けられている。このＲステージ
４は回転テーブル２の回転軸に対して垂直な方向に第１
のレーザ変位計３を移動させることができる。また、被
測定物１の側方には、第２のレーザ変位計５がＺステー
ジ６に取り付けられている。Ｚステージ６は回転テーブ
ル２の回転軸に平行な方向に第２のレーザ変位計５を移
動させることができる。

【０００３】以上の構成で被測定物１の三次元形状を計
測するためには、先ず、第１のレーザ変位計３の光軸が
回転テーブル２の回転軸に一致するように、Ｒステージ
４を駆動し、被測定物１の表面における回転軸上の点ま
での距離を第１のレーザ変位計３で測定する。その後、
Ｒステージ４を駆動して第１のレーザ変位計３を水平方
向に所定量動かした後、被測定物１を回転させながら被
測定物１の上表面までの距離を第１のレーザ変位計３で
測定する。被測定物１が一回転すると、第１のレーザ変
位計３を同じ向きにさらに移動させて、同様に、被測定
物１を回転させながら被測定物１の上表面までの距離を
第１のレーザ変位計３で測定する。第１のレーザ変位計
３からのレーザ光が被測定物１に当たらなくなれば第１
のレーザ変位計３での測定は終了する。これで、被測定
物１の上面の三次元形状が計測できたことになる。

【０００４】次に、被測定物１の側面の三次元形状を計
測する。このために、まず、第２のレーザ変位計５の光
軸が被測定物１の下部に当たるように、Ｚステージ６を
動かす。その状態で被測定物１を回転させながら、被測
定物１の側表面までの距離を測定する。被測定物１が一
回転すると、第２のレーザ変位計５を所定量上方に移動
させ、同様に、被測定物１を回転させながら被測定物１
の側表面までの距離を第２のレーザ変位計５で測定す
る。第２のレーザ変位計５からのレーザ光が被測定物１
に当たらなくなれば、測定は終了する。その後、図１１
に示すように、第１のレーザ変位計３で得た被測定物１
の上面の三次元形状データと第２のレーザ変位計５で得
た被測定物１の側面の三次元形状をコンピュータで合成
することにより、被測定物１に関する必要な部分の三次
元形状データを得ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如く従来の技術においては、三次元形状測定装置の製造
コストの大きな部分を占めるレーザ変位計を二つ使用し
なければならず、製造コストがかなり高価になるという
問題がある。さらに、二つのレーザ変位計を用いている
ために、それぞれの光軸合わせが必要になり、その取り
扱いが面倒であるという問題点もある。

【０００６】また、二つの三次元形状データを合成する
際、測定誤差等により、両データがその接合部分で必ず
しも連続的にならない。さらに、図１２に示すように、
被測定物１の表面上に、鋭角な角１ａが存在する場合、
その角１ａにレーザ光Ｒを照射しても、レーザ光Ｒの全
てが角１ａに当たらず、結果として十分な反射光を受光
することができず、角１ａの測定では、適当なデータを
得ることができない。これらのため、三次元データの補
正処理等、三次元データ処理に手間がかかるという問題
点がある。

【０００７】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、製造コストの低減を図り、さらに、
その取り扱いを容易にすると共に三次元データ処理の手
間を削減することができる三次元形状測定装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の三次元形状測定装置は、被測定物に対して光距離セン
サの位置及び向きを相対的に変えられるよう、互いに直
交する２つの仮想軸のうち一方の仮想軸回りに前記被測
定物を回転させると共に他方の仮想軸回りで且つ該一方
の仮想軸を含む平面内で前記光距離センサを回転させ、
又は、互いに直交する２つの仮想軸のうち一方の仮想軸
回りに前記被測定物と前記光距離センサとのうち一方を
回転させると共に他方の仮想軸回りで且つ該一方の仮想
軸を含む平面内で該被測定物と該光距離センサとのうち
該一方を回転させる相対変位機構と、二つの前記仮想軸
回りの回転角度をそれぞれ検知する回転角度検知手段
と、前記回転角度検知手段により検知された二つの前記
仮想軸回りの回転角度と、前記光距離センサからの出力
とに基づいて三次元形状データを作成する三次元データ
作成手段とを備えていることを特徴とするものである。

【０００９】また、前記目的を達成するための他の三次
元形状測定装置は、回転する回転軸を有している被測定
物回転機構と、被測定物を支持し、該回転軸の回転に伴
って回転するよう該回転軸上に設けられている被測定物
支持台と、該回転軸を含む平面内で且つ該回転軸上の点
を中心として一定の半径で前記光距離センサを回動させ
るセンサ回動機構と、該被測定物回転機構の駆動量及び
該センサ回動機構の駆動量をそれぞれ検知する駆動量検
知手段と、該駆動量検知手段により検知された該被測定
物回転機構の駆動量及び該センサ回動機構の駆動量と該
光距離センサからの出力とに基づいて三次元形状データ
を作成する三次元データ作成手段とを備えていることを
特徴とするものである。

【００１０】ここで、前記三次元形状測定装置におい
て、前記センサ回動機構は、前記被測定物回転機構の前
記回転軸に対して垂直なセンサ回転軸と、前記光距離セ
ンサが前記一定の半径で回動するよう前記センサ回転軸
に取付けられているアームとを有するものであってもよ
い。また、前記三次元形状測定装置において、前記セン
サ回動機構は、ある半径を有し、前記被測定物回転機構
の前記回転軸上にその中心が位置し且つ該回転軸を含む
平面内に設けられている円弧状レールと、前記光距離セ
ンサを前記円弧状レールに沿って移動させるレール上移
動機構を有するものであってもよい。

【００１１】また、前記三次元形状測定装置において、
前記被測定物支持台に対して前記光距離センサが予め定
めた位置に位置しているときに、前記被測定物回転機構
に対して前記回転軸が予め定められた角度だけ回転する
よう指示し、前記駆動量検知手段により、前記被測定物
回転機構の前記回転軸が前記予め定められた角度だけ回
転したことが検知された後、前記被測定物回転機構に対
して前記回転軸の回転が止まるよう指示すると共に、前
記センサ回動機構に対して前記光距離センサが予め定め
た角度だけ回動するよう指示し、前記駆動量検知手段に
より、前記光距離センサが前記予め定めた角度だけ回動
したことが検知された後、再び、前記被測定物回転機構
及び前記センサ回動機構に対して上記と同様の指示を順
次繰り返して行う駆動制御手段を備え、前記三次元デー
タ作成手段は、前記被測定物回転機構が駆動している際
の前記光距離センサからの出力に基づいて前記三次元形
状データを作成するようにしてもよい。

【００１２】また、前記三次元形状測定装置において、
前記被測定物支持台に対して前記光距離センサが予め定
めた位置に位置しているときに、前記センサ回動機構に
対して該光距離センサが予め定められた角度だけ回動す
るよう指示し、前記駆動量検知手段により、前記光距離
センサが前記予め定められた角度だけ回動したことが検
知された後、前記センサ回動機構に対して該光距離セン
サの回動が止まるよう指示すると共に、前記被測定物回
転機構に対して前記回転軸が予め定めた角度だけ回転す
るよう指示し、前記駆動量検知手段により、前記被測定
物回転機構の前記回転軸が前記予め定めた角度だけ回転
したことが検知された後、再び、前記センサ回動機構及
び前記被測定物回転機構に対して上記と同様の指示を順
次繰り返して行う駆動制御手段を備え、前記三次元デー
タ作成手段は、前記センサ回動機構が駆動している際の
前記光距離センサからの出力に基づいて前記三次元形状
データを作成するようにしてもよい。

【００１３】

【作用】本発明の三次元形状測定装置による三次元形状
測定手順に関しては、各種手順が考えられるが、例え
ば、第１の方法としては、以下のような方法がある。ま
ず、被測定物を支持台上に載せる。その後、被測定物支
持台に対し光距離センサが予め定めた位置に位置してい
るときに、被測定物回転機構の回転軸を予め定められた
角度だけ回転させ、この間の光距離センサからのデータ
を三次元データ作成手段に取得させる。そして、駆動量
検知手段により、被測定物回転機構の回転軸が前記予め
定められた角度だけ回転したことが検知されると、被測
定物回転機構の回転軸を止める一方で、センサ回動機構
を駆動させて光距離センサを予め定めた角度だけ回動さ
せる。駆動量検知手段により、光距離センサが前記予め
定めた角度だけ回動したことが検知されると、再び、被
測定物回転機構の回転軸を予め定められた角度だけ回転
させ、この間の光距離センサからのデータを三次元デー
タ作成手段に取得させる。以下、被測定物回転機構及び
センサ回動機構を順次駆動させると共に、被測定物回転
機構が駆動している際の光距離センサからの出力を三次
元形状データ作成手段に取得させる。このように、被測
定物を中心とする球面上において光距離センサを相対的
に移動させて、被測定物の三次元形状データを取得す
る。

【００１４】また、例えば、第２の方法としては、以下
のような方法がある。まず、被測定物を支持台上に載せ
る。その後、被測定物支持台に対して光距離センサが予
め定めた位置に位置しているときに、センサ回動機構を
駆動させ光距離センサを予め定められた角度だけ回動さ
せて、この間の光距離センサからのデータを三次元デー
タ作成手段に取得させる。そして、駆動量検知手段によ
り、光距離センサが前記予め定められた角度だけ回動し
たことが検知されると、センサ回動機構を止める一方
で、被測定物回転機構の回転軸が予め定めた角度だけ回
転させる。駆動量検知手段により、被測定物回転機構の
回転軸が前記予め定めた角度だけ回転したことが検知さ
れると、再び、センサ回動機構を駆動させ光距離センサ
を予め定められた角度だけ回動させて、この間の光距離
センサからのデータを三次元データ作成手段に取得させ
る。以下、被測定物回転機構及びセンサ回動機構を順次
駆動させると共に、センサ回動機構が駆動している際の
光距離センサからの出力を三次元データ作成手段に取得
させる。この第２の方法においても、このように、被測
定物を中心とする球面上において光距離センサを相対的
に移動させて、被測定物の三次元形状データを取得す
る。

【００１５】以上のように、本発明では、光距離センサ
が被測定物の回りを相対的に回動するので、複数の光距
離センサが無くとも、被測定物に対して各種方向から光
を照射することができる。従って、光距離センサの数量
を少なくすることができ、製造コストの低減を図ること
ができる。また、光距離センサを一つにすることができ
る結果、各光距離センサ毎に光軸合わせを行う必要が無
く、光軸合わせを簡略化することができる。また、本発
明では、互いの角度が９０°を成す方向から、それぞれ
まとめてデータを取得するのではなく、被測定物に対し
て僅かずつ光距離センサを傾けて、順次データを取得し
ているので、順次取得した各データ間には連続性があ
り、データ処理を簡易化することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る各種実施例について図面
を用いて説明する。なお、以下の実施例では、被測定物
は、歯科で使用されるクラウンを作る際の作業模型とす
る。但し、被測定物自体は、本発明を限定するものでは
なく、他のものであってもよい。

【００１７】まず、本発明に係る三次元形状測定装置の
第１の実施例について、図１〜図８を用いて説明する。
本実施例の三次元形状測定装置は、図１及び図２に示す
ように、被測定物１が載置される載置台１３と、この載
置台１３を水平面内で移動させるＸＹテーブル１４と、
このＸＹテーブル１４を載置台１３ごと鉛直方向に伸び
る軸１１を中心として回転させる被測定物回転機構１０
と、この回転機構１０の駆動量を検知する被測定物側エ
ンコーダ１５と、レーザ変位計（光距離センサ）３０
と、水平方向に伸びる軸２１を中心として一定の半径で
レーザ変位計３０を回動させるセンサ回動機構２０と、
この回動機構２０の駆動量を検知するセンサ側エンコー
ダ２５と、この回動機構２０を鉛直方向に移動させるＺ
テーブル２４と、回転機構１０及び回動機構２０を駆動
させるモータ駆動回路４４と、レーザ変位計３０を駆動
させるセンサ駆動回路４３と、各種演算を実行する演算
回路４０と、測定者が演算回路４０に対して各種指示を
するための入力装置、例えば、キーボード４５とを有し
て構成されている。

【００１８】レーザ変位計３０は、レーザ光を被測定物
１に照射するレーザ照射部３１と、被測定物１からの反
射光を受ける受光部３２とを有して構成されている。

【００１９】被測定物回転機構１０は、前述したよう
に、鉛直方向に伸びる回転軸１１と、これを回転させる
被測定物回転用モータ１２とを有して構成されている。
この機構１０の回転軸１１には、この回転軸１１の回転
角（駆動量）を測定するための被測定物側エンコーダ１
５が設けられている。また、センサ回動機構２０は、前
述したように、水平方向に伸びる回転軸２１と、この回
転軸２１の端部に取付けられているアーム２３と、回転
軸２１を回転させるセンサ回動用モータ２２とを有して
構成されている。アーム２３は、この端部にレーザ変位
計３０が取付けられており、このレーザ変位計３０が被
測定物回転機構１０の回転軸１１を含む平面内で且つこ
の回転軸１１上の点を中心として一定半径で回動するよ
う、形成されている。また、アーム２３は、この端部に
レーザ変位計３０の重量が加わってもほとんど変形しな
いだけの剛性を有している。センサ回動機構２０の回転
軸２１には、この回転軸２１の回転角（駆動量）を測定
するためのセンサ側エンコーダ２５が設けられている。

【００２０】演算回路４０は、ソフトウェアー的には、
モータ駆動回路４４及びセンサ駆動回路４３の動作を制
御するための駆動制御部４１と、レーザ変位計３０から
の出力及び各エンコーダ１５，２５からの出力に基づい
て三次元形状データを作成する三次元形状データ作成部
４２とを有している。また、演算回路４０は、ハードウ
ェアー的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を有するマ
イクロコンピュータで構成されている。従って、駆動制
御部４１及び三次元形状データ作成部４２の機能は、Ｒ
ＯＭ及びＲＡＭに記憶されているプログラム等に従っ
て、ＣＰＵが動作することで達成される。この演算回路
４０には、ＣＡＤ（Conputer Aided Design)装置４６に
接続されている。

【００２１】次に、本実施例の三次元形状測定装置によ
る三次元形状測定方法について説明する。まず、被測定
物１を載置台１３の上に置き、ＸＹテーブル１４を操作
して、被測定物１の中心がほぼ被測定物回転軸１１上に
くるようにする。続いて、Ｚテーブル２４を操作して、
レーザ変位計３０と載置台１３の距離を予め定めた距離
にする。本実施例の装置では、以下の５つのモードで形
状測定することができる。そこで、ＸＹテーブル１４及
びＺテーブル２４の操作が終了した後、キーボード４５
を操作して、いずれかのモードを選択する。

【００２２】第１のモードを選択すると、まず、図３
（ａ）に示すように、レーザ変位計３０の光軸が被測定
物回転軸１１に一致するようセンサ回動用モータ２２が
駆動する。レーザ変位計３０の光軸が被測定物回転軸１
１に一致したか否かは、センサ側エンコーダ２５からの
出力に基づいて演算回路４０の駆動制御部４１が判断す
る。レーザ変位計３０の光軸が被測定物回転軸１１に一
致すると、センサ回動用モータ２２は停止する。センサ
回動用モータ２２が停止すると、被測定物回転用モータ
１２が駆動して、被測定物回転軸１１が３６０°回転す
る。三次元形状データ作成部４２は、このように被測定
物回転軸１１が回転しているときにレーザ変位計３０か
ら出力されるデータに基づいて三次元形状データを作成
する。被測定物回転軸１１が３６０°回転し終わると、
同図（ｂ）に示すように、被測定物回転用モータ１２を
停止して、再び、センサ回動用モータ２２が駆動して、
レーザ変位計３０が予め定めた角度だけ回動する。レー
ザ変位計３０が予め定めた角度だけ回動し、レーザ変位
計３０が停止すると、被測定物回転軸１１が、再び、３
６０°回転する。そして、三次元形状データ作成部４２
は、被測定物回転軸１１が回転している間において、レ
ーザ変位計３０からのデータを取得する。

【００２３】以後は、必要な部分の三次元形状データが
取得されるまで、ここでは、レーザ変位計３０の光軸が
被測定物回転軸１１に対してほぼ垂直になるまで、セン
サ回転軸２１の所定角度の回転、被測定物回転軸１１の
３６０°回転を繰返す。以上のようにして、レーザ変位
計３０が被測定物１を中心とする半球面上を相対的に移
動して、三次元形状データを取得する。なお、本モード
では、レーザ変位計３０の光軸が被測定物回転軸１１に
一致する位置から計測を始めているが、逆側から、つま
り、レーザ変位計３０の光軸が被測定物回転軸１１に対
して垂直な位置から計測を開始してもよい。

【００２４】また、第二のモードを選択すると、まず、
図４（ａ）に示すように、レーザ変位計３０の光軸が被
測定物回転軸１１に一致するようセンサ回動用モータ２
２が駆動する。レーザ変位計３０の光軸が被測定物回転
軸１１に一致すると、三次元形状データ作成部４２は、
レーザ変位計３０からデータを取得し始める。センサ回
動用モータ２２は、この間においても駆動し、レーザ変
位計３０は回動している。レーザ変位計３０の光軸が被
測定物回転軸１１に対して垂直になると、三次元形状デ
ータ作成部４２はレーザ変位計３０からのデータ取得を
一旦停止し、同図４（ｂ）に示すように、被測定物回転
用モータ１２が駆動し、被測定物回転軸１１が予め定め
られた角度だけ回転する。その後、同図（ｃ）に示すよ
うに、センサ回動用モータ２２は逆回転し始め、レーザ
変位計３０は、その光軸が再び被測定物回転軸１１に一
致するまで回動する。三次元形状データ作成部４２はレ
ーザ変位計３０が回動している間、レーザ変位計３０か
らデータを取得する。すなわち、レーザ変位計３０がそ
の光軸と被測定物回転軸１１とが一致している基準位置
から、時計回り方向と反時計回り方向とのうち一方にの
み９０°回動している間、三次元形状データ作成部４２
がデータを取得する。その後、被測定物回転軸１１が予
め定められた角度だけ回転すると、レーザ変位計３０
は、基準位置まで逆方向に９０°回動して、この間、三
次元形状データ作成部４２がデータを取得する。

【００２５】以後は、必要な部分の三次元形状データが
取得されるまで、ここでは、被測定物回転軸１１が３６
０°回転するまで、レーザ変位計３０の回動、被測定物
回転軸１１の所定角度の回転を繰返す。以上のようにし
て、レーザ変位計３０が被測定物１を中心とする半球面
上を相対的に移動して、三次元形状データを取得する。

【００２６】第３のモードを選択すると、先ず、レーザ
変位計３０の光軸の延長線上に必要な部分の最下部がく
るよう、センサ回動用モータ２２が駆動する。レーザ変
位計３０の光軸の延長線上に必要な部分の最下部がくる
と、センサ回動用モータ２２は停止する。センサ回動用
モータ２２が停止すると、三次元形状データ作成部４２
がレーザ変位計３０からのデータ取得を開始すると共
に、センサ回動用モータ２２が駆動し始め、レーザ変位
計３０が回動する。三次元形状データ作成部４２は、レ
ーザ変位計３０が回動し始めてから１８０°回動するま
での間、レーザ変位計３０からデータを取得する。レー
ザ変位計３０が１８０°回動し終わると、センサ回動用
モータ２２は停止する。次に、被測定物回転用モータ１
２が駆動して、被測定物回転軸１１が予め定められた角
度だけ回転すると、センサ回動用モータ２２が逆方向に
駆動して、レーザ変位計３０が逆方向に１８０°回動す
る。三次元形状データ作成部４２は、レーザ変位計３０
が逆方向に回動し始めてから１８０°回動するまでの間
において、レーザ変位計３０からのデータを取得する。

【００２７】以後は、同様に、被測定物回転軸１１の所
定角度の回転、及びレーザ変位計３０の１８０°回動を
繰返す。すなわち、第２のモードにおいて、レーザ変位
計３０が９０°回動し、被測定物回転軸１１が３６０°
回転している際中のデータを取得するのに対して、本モ
ードでは、レーザ変位計３０が１８０°回動し、被測定
物回転軸１１が１８０°回転している際中のデータを取
得している。

【００２８】第４のモードは、第３のモードの変形モー
ドで、被測定物回転軸１１が３６０°回転している際中
のデータを取得するものであり、その他の動作は第３の
モードと同様である。また、第５のモードは、第１のモ
ードの変形モードで、レーザ変位計３０の光軸が被測定
物回転軸１１に対して垂直な位置から反対側の垂直な位
置までレーザ変位計３０を回動させる他は、第１のモー
ドと同様に三次元形状データを取得する。従って、これ
ら、第４及び第５のモードでは、同一個所の三次元形状
データを重複して取得することになる。ここで、三次元
形状データの重複取得の意義について説明する。

【００２９】例えば、図６に示すように、レーザ変位計
３０から照射されるレーザ光に対して、被測定物１の面
１ｂが垂直でない場合、レーザ変位計３０の受光部３２
は、被測定物１から十分な反射光を受けることができな
い。具体的には、同図において、受光部３２がレーザ照
射部３１に対して右側に位置し、被測定物１の面が左側
に傾いている場合、被測定物１からの反射光はレーザ照
射部３１に対してほとんど左側に偏ってしまい、受光部
３２は三次元形状データ取得するのに十分な反射光を受
けることができない。そこで、このような事態を回避す
るために、図７に示すように、レーザ照射部３１を中心
として対称な位置に受光部３２ａ，３２ｂを２つ設ける
方法が考えられる。しかしながら、この場合、受光部３
２ａ，３２ｂが２つになり製造コストアップにつなが
る。そこで、第４のモードでは、図５に示すように、被
測定物１を中心として、レーザ変位計３０を対称な位置
に移動させ、それぞれの位置で、被測定物１からの反射
光を受け、反射光の光量が多い方を三次元形状データに
用いるようにしている。具体的には、同図に示すよう
に、被測定物１の側面にレーザ光を照射している場合、
被測定物１からの反射光は、レーザ照射部３１を中心と
して上側よりも下側の方に偏る。そこで、このような場
合には、レーザ照射部３１を中心として受光部３２が下
側に位置している際に取得したデータを三次元形状デー
タとして用いるようにする。なお、重複して取得される
三次元形状データのうち、いずれのデータを採用するか
否かは、三次元形状データ作成部４２が選択する。

【００３０】演算回路４０の三次元形状データ作成部４
２で作成された三次元形状データがＣＡＤ装置４６に出
力されると、ここで、被測定物１の立体図、又は正面図
等が表示される。さらに、場合によっては、三次元形状
データから各部の寸法が求められ、これも併せて表示さ
れる。

【００３１】以上のように、本実施例では、レーザ変位
計３０が被測定物１の回りを回動するので、複数のレー
ザ変位計３０が無くとも、被測定物１に対して各種方向
からレーザ光を照射することができる。従って、レーザ
変位計３０の数量を少なくすることができ、製造コスト
の低減を図ることができる。また、レーザ変位計３０を
一つにすることができる結果、各レーザ変位計毎に光軸
合わせを行う必要が無く、光軸合わせを簡略化すること
ができる。

【００３２】また、本実施例では、互いの角度が９０°
を成す方向から、それぞれまとめてデータを取得するの
ではなく、被測定物１に対して僅かずつレーザ変位計３
０を傾けて、順次データを取得しているので、順次取得
した各データ間には連続性があり、データ処理を簡易化
することができる。さらに、本実施例では、図８に示す
ように、被測定物１の角１ａに対しても、レーザ照射部
３１からのレーザ光Ｒを角１ａに確実に照射することが
できるので、その反射光に基づいて角１ａの三次元形状
データ得ることができる。なお、本実施例において、Ｘ
Ｙテーブル１４のＸ方向又はＹ方向のうち、一方の動
作、及びＺテーブル２４６を電動化し、これらのテーブ
ルを動作させながら、三次元形状データを取得できるよ
うにすれば、前述した従来技術と同様に三次元形状デー
タを取得することができる。

【００３３】次に、本発明に係る三次元形状測定装置の
第２の実施例について、図９を用いて説明する。本実施
例は、レーザ変位計３０を円弧状のレール２１ａに沿っ
て移動できるようにしたものである。

【００３４】本実施例のセンサ回動機構２０ａは、円弧
状レール２１ａと、レーザ変位計３０をこのレール２１
ａに沿って移動させるレール上移動機構２３ａとを有し
て構成されている。円弧状レール２１ａには、この円弧
の形状に沿った円弧状のセクタギヤ２２ａが形成されて
いる。レール上移動機構２３ａは、このセクタギヤ２２
ａに係合するピニオン２４ａと、これを回転させるモー
タ２５ａとを有している。モータ２５ａの回転軸には、
エンコーダ２６ａが取付けられている。この円弧状レー
ル２１ａは、この円弧の中心が被測定物回転軸１１上に
位置し、この回転軸１１を含む平面内に設けられてい
る。このように構成しても、レーザ変位計３０は、第１
の実施例と同様の移動軌跡を描くので、本実施例は、基
本的に第１の実施例と同様の効果を得ることができる。

【００３５】なお、以上の実施例では、レーザ変位計３
０の回動角は、１８０°であるが、これは被測定物１が
歯模型で、その下面の形状を測定する必要がないからで
あって、歯模型以外の被測定物１も測定対象とする場合
には、レーザ変位計３０の回動角度を１８０°以上にす
ることが好ましい。また、以上の実施例では、受光部３
２が一つであるが、受光部３２を複数設けるようにして
もよい。但し、この場合、前述したように、製造コスト
が僅かに高くなることは否めない。また、以上の実施例
では、光距離センサとして、レーザ変位計３０を用いて
いるが、本発明はこれに限定されるものではなく、光を
被測定物１に当て、被測定物１からの反射光を受け、こ
の反射光から被測定物１までの距離を検知することがで
きるものであれば、いかなるものであってもよい。さら
に、以上の実施例では、被測定物１とレーザ変位計３０
の双方を動かしながら測定したが、基本的には、レーザ
変位計３０と被測定物１の相対位置関係が変わればよい
のであるから、レーザ変位計３０を固定し、被測定物１
の方を一つの軸回りに回動させるとともに、その軸に垂
直な軸の回りにも回動させても、同様の測定が可能であ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、光距離
センサを被測定物回りに回動可能に設けたので、一つの
光距離センサでも、被測定物の三次元形状を測定するこ
とができる。このように、光距離センサを一つにするこ
とができる結果、光軸合わせの調整が簡単になると共
に、大幅なコストダウンを図ることができる。

【００３７】また、本発明では、被測定物に対して僅か
ずつ光距離センサを傾けて、順次データを取得している
ので、順次取得した各データ間に連続性があり、各デー
タを連続させるために、補正処理等を行う必要が無くな
り、データ処理を簡易化することができる。さらに、被
測定物の鋭角な角に対しても、光距離センサからこのよ
うな角に確実に光を当てることができるので、その反射
光に基づいて角の三次元形状データ得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施例の三次元形状測定装
置の斜視図である。

【図２】本発明に係る第１の実施例の全体構成を示す説
明図である。

【図３】本発明に係る第１の実施例の測定方法を示す説
明図である。

【図４】本発明に係る第１の実施例の他の測定方法を示
す説明図である。

【図５】本発明に係る第１の実施例のさらに他の測定方
法を示す説明図である。

【図６】被測定物からの反射光の偏りを示す説明図であ
る。

【図７】被測定物からの反射光の偏りに対応するための
構成を示す説明図である。

【図８】本発明に係る第１の実施例の三次元形状測定装
置による被測定物の角の測定状態を示す説明図である。

【図９】本発明に係る第２の実施例の三次元形状測定装
置の側面図である。

【図１０】従来の三次元形状測定装置の構成を示す説明
図である。

【図１１】従来の三次元形状測定装置によるデータ合成
を説明するための説明図である。

【図１２】従来の三次元形状測定装置による被測定物の
角の測定状況を示す説明図である。

【符号の説明】

１…被測定物、１ａ…角、１０…被測定物回転機構、１
１…被測定物回転軸、１２…被測定物回転用モータ、１
３…載置台、１４…ＸＹテーブル、１５…被測定物側エ
ンコーダ、２０，２０ａ…センサ回動機構、２１…セン
サ回転軸、２１ａ…円弧状レール、２２…センサ回動用
モータ、２３…アーム、２５，２６ａ…センサ側エンコ
ーダ、３０…レーザ変位計（光距離センサ）、３１…レ
ーザ照射部、３２…受光部、４０…演算回路、４１…駆
動制御部、４２…三次元形状データ作成部、４３…セン
サ駆動回路、４４…モータ駆動回路、４５…キーボー
ド、４６…ＣＡＤ装置。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光距離センサを備え、被測定物に対して各
   種方向から該光距離センサで光を当て、該光距離センサ
   からの出力に基づいて該被測定物の三次元形状を把握す
   る三次元形状測定装置において、 回転する回転軸を有している被測定物回転機構と、 前記被測定物を支持し、前記回転軸の回転に伴って回転
   するよう該回転軸上に設けられている被測定物支持台
   と、 前記回転軸を含む平面内で且つ該回転軸上の点を中心と
   して一定の半径で前記光距離センサを回動させるセンサ
   回動機構と、 前記被測定物回転機構の駆動量及び前記センサ回動機構
   の駆動量をそれぞれ検知する駆動量検知手段と、 前記駆動量検知手段により検知された前記被測定物回転
   機構の駆動量及び前記センサ回動機構の駆動量と、前記
   光距離センサからの出力とに基づいて三次元形状データ
   を作成する三次元データ作成手段と、 を備えていることを特徴とする三次元形状測定装置。
2. 【請求項２】前記センサ回動機構は、 前記被測定物回転機構の前記回転軸に対して垂直なセン
   サ回転軸と、 前記光距離センサが前記一定の半径で回動するよう前記
   センサ回転軸に取付けられているアームと、 を有していることを特徴とする請求項１記載の三次元形
   状測定装置。
3. 【請求項３】前記センサ回動機構は、 ある半径を有し、前記被測定物回転機構の前記回転軸上
   にその中心が位置し且つ該回転軸を含む平面内に設けら
   れている円弧状レールと、 前記光距離センサを前記円弧状レールに沿って移動させ
   るレール上移動機構と、 を有していることを特徴とする請求項１記載の三次元形
   状測定装置。
4. 【請求項４】前記被測定物支持台に対して前記光距離セ
   ンサが予め定めた位置に位置しているときに、前記被測
   定物回転機構に対して前記回転軸が予め定められた角度
   だけ回転するよう指示し、 前記駆動量検出手段により、前記被測定物回転機構の前
   記回転軸が前記予め定められた角度だけ回転したことが
   検知された後、前記被測定物回転機構に対して前記回転
   軸の回転が止まるよう指示すると共に、前記センサ回動
   機構に対して前記光距離センサが予め定めた角度だけ回
   動するよう指示し、 前記駆動量検出手段により、前記光距離センサが前記予
   め定めた角度だけ回動したことが検知された後、再び、
   前記被測定物回転機構及び前記センサ回動機構に対して
   上記と同様の指示を順次繰り返して行う駆動制御手段を
   備え、 前記三次元データ作成手段は、前記被測定物回転機構が
   駆動している際の前記光距離センサからの出力に基づい
   て前記三次元形状データを作成することを特徴とする請
   求項１、２又は３記載の三次元形状測定装置。
5. 【請求項５】前記被測定物支持台に対して前記光距離セ
   ンサが予め定めた位置に位置しているときに、前記セン
   サ回動機構に対して該光距離センサが予め定められた角
   度だけ回動するよう指示し、 前記駆動量検出手段により、前記光距離センサが前記予
   め定められた角度だけ回動したことが検知された後、前
   記センサ回動機構に対して該光距離センサの回動が止ま
   るよう指示すると共に、前記被測定物回転機構に対して
   前記回転軸が予め定めた角度だけ回転するよう指示し、 前記駆動量検出手段により、前記被測定物回転機構の前
   記回転軸が前記予め定めた角度だけ回転したことが検知
   された後、再び、前記センサ回動機構及び前記被測定物
   回転機構に対して上記と同様の指示を順次繰り返して行
   う駆動制御手段を備え、 前記三次元データ作成手段は、前記センサ回動機構が駆
   動している際の前記光距離センサからの出力に基づいて
   前記三次元形状データを作成することを特徴とする請求
   項１、２又は３記載の三次元形状測定装置。
6. 【請求項６】光距離センサを備え、被測定物に対して各
   種方向から該光距離センサで光を当て、該光距離センサ
   からの出力に基づいて該被測定物の三次元形状を把握す
   る三次元形状測定装置において、 前記被測定物に対して前記光距離センサの位置及び向き
   を相対的に変えられるよう、互いに直交する２つの仮想
   軸のうち一方の仮想軸回りに前記被測定物を回転させる
   と共に他方の仮想軸回りで且つ該一方の仮想軸を含む平
   面内で前記光距離センサを回転させ、又は、互いに直交
   する２つの仮想軸のうち一方の仮想軸回りに前記被測定
   物と前記光距離センサとのうち一方を回転させると共に
   他方の仮想軸回りで且つ該一方の仮想軸を含む平面内で
   該被測定物と該光距離センサとのうち該一方を回転させ
   る相対変位機構と、 二つの前記仮想軸回りの回転角度をそれぞれ検出する回
   転角度検出手段と、 前記回転角度検知手段により検知された二つの前記仮想
   軸回りの回転角度と、前記光距離センサからの出力とに
   基づいて三次元形状データを作成する三次元データ作成
   手段と、 を備えていることを特徴とする三次元形状測定装置。