JPWO2003008904A1 - 形状測定装置 - Google Patents

Abstract

ガイドレールに沿って移動しながら当該ガイドレール上の複数の測定位置において被測定物の形状を測定するための測定ヘッドを備えた形状測定装置において、ガイドレールがＵ字状であり、測定ヘッドは、ガイドレールに沿って移動しながらガイドレール上の複数の測定位置において、Ｕ字状のガイドレールの内側に配置された被測定物の形状を測定するための計測を行なう。

Description

＜技術分野＞
本発明は、ガイドレールに沿って移動しながら当該ガイドレール上の複数の測定位置において被測定物の形状を測定するための測定ヘッドを備えた形状測定装置に関し、特に、足の形を測定するのに適した形状測定装置に関する。
＜背景技術＞
従来から、スポット光またはスリット光等の光線を被測定物に照射し、被測定物の表面に観察される光像の位置からその３次元形状を復元する能動ステレオ型の形状測定装置が知られている。このような形状測定装置としては、被測定物の形状を測定するために、スポット光またはスリット光を回転ミラーによって走査させるものがある。雑誌「計測と制御」（１９９９ Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．４ Ｐ２８５−Ｐ２８８）には、このような形状測定装置を用いて、足形状を測定するシステムが記載されている。
上記の足形状の測定システムにおいては、１個の形状測定装置では、その装置から観察される部分の形状のみ測定可能であり、その反対側などの隠れている部分の形状を測定することができない。このため、足の周囲に１２個の形状測定装置を配置し、これら１２個の形状測定装置による測定結果をコンピュータ上で合成することにより足全体の形状を測定している。
しかしながら、このシステムでは、複数の形状測定装置を足の周囲に配置するため、システムが大型化し、且つ高価となるだけでなく、複数の形状測定装置による測定結果を精度良く合成することが困難になるという問題がある。
これに対し、測定者が測定ヘッドを把持し、被測定物の周りで測定ヘッドを動かして測定を行うことにより、被測定物全体の形状を測定する形状測定装置が提案されている。この形状測定装置では、測定ヘッドに取り付けられた複数のマーカを２台のカメラにて上方から撮像することにより、測定ヘッドの位置及び向きを測定している。
また、人間の足の形状を測定する場合、人間の足を囲い込むような大きさの長円型（対向する２つの半円を長手方向に伸びた２辺が接続する形）のガイドレールを設け、このガイドレールに沿って測定ヘッドを移動させることが考えられる。
測定ヘッドを移動させるためのガイドレールを、前述のように円形や長円形のようなループ形状にすると、形状測定が可能となる被測定物の大きさがガイドレールの大きさによって限定されてしまう。つまり、ガイドレールと測定ヘッドの移動マージンを含めた測定可能範囲より、被測定物が少しでも大きい場合には、形状測定ができないといった問題があった。特に、足の形状を測定する場合には、足の大きさには個人差があるとともに、欧米人は日本人より足が大きいというように人種によっても差があるため、ループ形状のガイドレール内に足が入らない場合があった。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、測定できる被測定物の大きさに自由度を持たせることができる形状測定装置を提供することを目的とする。たとえば、人間の足を測定する場合には、大人と子供、性別、人種等による足の大きさの違いにかかわらず、足の形状を測定することができる形状測定装置を提供することを目的とする。
＜発明の開示＞
この発明による形状測定装置は、ガイドレールに沿って移動しながら当該ガイドレール上の複数の測定位置において被測定物の形状を測定するための測定ヘッドを備えた形状測定装置において、ガイドレールがＵ字状であり、測定ヘッドは、ガイドレールに沿って移動しながらガイドレール上の複数の測定位置から、Ｕ字状のガイドレールの内側に配置された被測定物の形状を測定するための計測を行なうことを特徴とする。
被測定物が人物の足である場合には、Ｕ字状のガイドレールの湾曲部の内側から開放部に向かう方向が足の長手方向となるように、足の配置方向が決められている。この場合、測定ヘッドは、Ｕ字状のガイドレールに沿って移動しながらガイドレール上の複数の測定位置において、Ｕ字状のガイドレールの内側に配置された足の形状を測定するための計測を行なう。
被測定物が人物の足である場合には、測定ヘッドとしては、Ｕ字状のガイドレール内に配置された足に対して光線を照射するための光源と、光源によって足に照射された光線を撮像するカメラとを備えているものが用いられる。そして、ガイドレール上の複数の測定位置において、カメラによって撮影された光線の座標が算出されることにより、Ｕ字状のガイドレール内に配置された足の形状が測定される。
＜発明を実施するための最良の形態＞
以下、本発明の実施の形態について説明する。
〔１〕形状測定装置の説明
図１は、本発明の一実施の形態における形状測定装置の概略構成を示している。
測定台２０１には、Ｕ字状のガイドレール２０４が固定されており、そのガイドレール２０４に囲まれる領域に被測定物としての足１００が載せられている。
また、台２０１には、台２０１に対して脱着可能な支柱２０２が取り付けられており、その上部には、水平バー２０３が取り付けられている。
形状測定装置は、測定者によってガイドレール２０４上を移動せしめられる測定ヘッド１０と、水平バー２０３の両端部に取り付けられたステレオカメラ２１、２２と、それらの制御、各種演算等を行うパーソナルコンピュータからなる制御装置３０とを備えている。各ステレオカメラ２１、２２の撮像レンズには、図２に示す６個のマーカ１４が放つ光の周波数帯を選択的に透過するバンドパスフィルタ２３が取り付けられている。
図２、図３は、測定ヘッド１０の概略構成を示している。
測定ヘッド１０は、直方体状で前方開口のケーシングと、ケーシング内に収納された２台のＣＣＤカメラ１２ａ、１２ｂ及びレーザ光を上下に走査させてスリット光とする構成のスリット光源１３とを備えている。また、測定ヘッド１０は、ガイドレール２０４に沿って、時計回り、あるいは反時計回りに移動するための駆動機構（図示せず）を備えている。
また、測定ヘッド１０のケーシング上面には、６個のＬＥＤ光源１４ａ〜１４ｆからなるマーカ１４が設けられている。
マーカ１４を構成する６つのＬＥＤ光源は、測定ヘッド１０の方向を特定するために、点対称な配置とせず、測定ヘッド１０の中心線に対し線対称な配置となっている。ここでは、ケーシングの上面において、５点のＬＥＤ光源１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆが長方形をなすように配置され、それらの重心位置に１つのＬＥＤ光源１４ａが配置されている。
３次元空間での測定ヘッド１０の位置及び方向を測定するためには、マーカ１４として少なくとも３個のＬＥＤ光源があれば十分であるが、４個以上のＬＥＤ光源を用いることにより、測定ヘッド１０の位置及び方向の測定精度を最小２乗的に向上させている。
測定ヘッド１０は、図示しない支持機構によって、ガイドレール２０４に沿って移動可能に取り付けられている。また、測定ヘッド１０は、ガイドレール２０４上における所定位置を基準とした測定ヘッド１０の位置を検出するためにエンコーダ（図示省略）を備えている。エンコーダ１０の出力は、制御装置３０に入力される。
〔２〕形状測定装置の測定原理の説明
図４に基づいて、形状測定装置の基本的な測定原理について説明する。
測定者によってガイドレール２０４上を移動せしめられる測定ヘッド１０を用いてある測定点Ａの座標を測定する。測定された座標を測定ヘッド中心の座標系における座標（ｘ，ｙ，ｚ）で表す。この座標系は、測定ヘッド１０の移動とともに移動する座標系である。
一方、被測定物１００の形状は、固定した座標系で表され、この座標系をワールド座標系と呼ぶ。測定ヘッド１０によって測定された測定点のワールド座標系における座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とする。被測定物１００の形状はワールド座標系で記述する必要があるため、測定ヘッド１０によって測定された測定点Ａの測定ヘッド中心の座標系における座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、ワールド座標系における座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換する。この変換は、測定ヘッド１０の移動を表す回転行列Ｒと並進ベクトルｔとを用いて、次式（１）に基づいて行われる。

したがって、ワールド座標系における測定ヘッド１０の位置及び方向を、回転行列Ｒと並進ベクトルｔとして求めることで、測定ヘッド中心の座標系における座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、ワールド座標系の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換することができる。
〔３〕形状測定装置による形状測定処理手順の説明
この形状測定装置による形状測定は、次のような処理手順によって実行される。
まず、実際の測定を行う前に、事前処理（以下の第１ステップおよび第２ステップ）を行う。
〔３−１〕第１ステップ
つまり、ワールド座標系での測定ヘッド１０の各測定位置に関する情報を、その測定位置におけるエンコーダの出力値と対応付けて制御装置３０に搭載されたメモリ（図示略）に格納する。ワールド座標系での測定ヘッド１０の各測定位置に関する情報とは、ワールド座標系での測定ヘッド１０の移動を表す回転行列Ｒと並進ベクトルｔをいう。
より具体的に説明する。
測定ヘッド１０に設けられた各マーカ１４のワールド座標系における座標を、ステレオカメラ２１、２２によって測定する。この位置測定方法は、ステレオ法としてよく知られているため、その説明を省略する。
次に、マーカ１４を構成する各ＬＥＤ光源１４ａ〜１４ｆの測定ヘッド中心の座標をそれぞれ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）とし、また、ステレオカメラ２１、２２によって測定された各ＬＥＤ光源１４ａ〜１４ｆのワールド座標系における座標をそれぞれ（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）とする。但し、ｉは、１、２…６である。各ＬＥＤ光源１４ａ〜１４ｆの測定ヘッド中心の座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）は、既知である。
測定ヘッド１０の移動を表す回転行列Ｒと並進ベクトルｔを、次式（２）を満足する行列Ｒとベクトルｔとして求める。そして、求めた行列Ｒとベクトルｔとを、その測定位置におけるエンコーダの出力値と対応付けてメモリに格納する。

測定ヘッド１０をガイドレール２０４に沿って移動させ、ガイドレール２０４上における全ての測定位置について上述した処理を繰り返して行い、エンコーダの出力値と、その位置における回転行列Ｒ及び並進ベクトルｔとを対応付けしたテーブルを生成する。
〔３−２〕第２ステップ
ステレオカメラ２１、２２を支持する支柱２０２を台２０１から取り外す。このようにして、事前処理が完了した後、実際に被測定物１００の測定を行なう。。ここでは、被測定物が、人間の足１００である場合について説明する。
〔３−３〕第３ステップ
測定ヘッド１０を用いて、測定ヘッド中心の座標系における被測定物（足）１００上の測定点の座標を求める。
図５は、測定ヘッド１０による測定点の位置測定方法を示している。
図５に示すように、測定ヘッド中心の座標系とは、ＣＣＤカメラ１２の光学中心を原点とし、光軸方向をｚ軸、ＣＣＤカメラ１２の水平方向をｘ軸、ＣＣＤカメラ１２の垂直方向をｙ軸とする座標系である。ＣＣＤカメラ１２の画像面Ｓは、原点から焦点距離ｆの位置に存在する。つまり、画像面Ｓは、ｘ−ｙ平面に平行でかつｚ＝ｆである平面である。
測定ヘッド１０による位置計測方法自体は、光切断法と呼ばれる公知の測定方法である。被測定物１００の表面上におけるスリット光源１３からのスリット光が照射されている線上の所定の点を測定点Ａとする。
この測定点Ａの測定ヘッド中心の座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、画像面Ｓ上での測定点Ａに対応する観察点Ａ´の座標を（ｘｓ，ｙｓ，ｆ）とし、スリット光を表す平面の方程式をａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０とする。観察点Ａ´の座標（ｘｓ，ｙｓ，ｆ）におけるｆは、ＣＣＤカメラ１２の焦点距離として既知であり、（ｘｓ，ｙｓ）は画像面で観察されるスリット光の画素位置から求められる。
スリット光を表す平面の方程式は測定ヘッド１０の校正によって求められている。したがって、ｘ，ｙ，ｚ，αを未知数とする次式（３）で表される連立方程式を解くことにより、（ｘ，ｙ，ｚ）が求められる。

これらの処理は、ＣＣＤカメラ１２の出力に基づいて、制御装置３０によって行われる。
〔３−４〕第４ステップ
第４ステップでは、エンコーダの出力に基づいて、制御装置３０のメモリから対応する回転行列Ｒと並進ベクトルｔとが読み出される。
〔３−５〕第５ステップ
第５ステップでは、第４ステップで読み出した回転行列Ｒと並進ベクトルｔとに基づいて、第３ステップで求めた測定ヘッド中心の座標系における被測定物（足）１００上の測定点の座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、ワールド座標系の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換する。
そして、測定ヘッド１０をガイドレール２０４に沿って移動させ、ガイドレール２０４上における全ての測定位置について第３〜第５ステップの処理を繰り返すことにより、その都度得られる測定点のワールド座標系における座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の集合として、被測定物（足）１００の形状が求められる。
このように、本実施の形態によれば、測定ヘッド１０のガイドレール２０４上における位置とその位置における回転行列Ｒ及び並進ベクトルｔとを対応付けたテーブルデータを用いて、測定ヘッド１０を用いて得られた測定点の測定ヘッド中心の座標系における座標がワールド座標系における座標に変換されるため、形状測定にあたってステレオカメラ２１、２２が不用となり、コンパクトな構成で、且つ、使用者がカメラの視野やコードの絡みを意識することなく被測定物の形状測定を行うことができ、より高い使用感を提供することが可能となる。
〔４〕測定ヘッド１０の制御方法について説明する。
Ｕ字状のガイドレール２０４を用いた本実施の形態における制御装置３００による測定ヘッド１０の制御方法について説明する。
測定時においては、ガイドレール２０４内に足が置かれる。この際、Ｕ字状のガイドレール２０４の円弧部の中心位置を踵部の中心として、足を載置するようにする。このように足を載置することによって、様々な大きさの足（長さが異なる様々な足）に対して、足形状を測定することが可能となる。
図６は、Ｕ字状のガイドレール２０４内に右足１００を載置して、この右足の形状を測定する場合の測定ヘッド１０の動きを時系列的に示している。
１０ａは、測定ヘッド１０が左ホームポジションＬＨＰの位置にある場合を示している。測定ヘッド１０が左ホームポジションＬＨＰの位置にある場合には、測定ヘッド１０を左ホームポジションＬＨＰの位置からガイドレール２０４に沿って反時計回りに移動させていく。
１０ｂは、測定ヘッド１０が右足１００のつま先を検出した位置にある場合を示している。１０ｃは、測定ヘッド１０が右足１００のおよそ右くるぶし近くに設定された右足用カメラ切り替えポジションＳＷＰ１の位置にある場合を示している。１０ｄは、測定ヘッド１０が１０ａで示すつま先検出位置から算出された計測終了位置にある場合を示している。１０ｅは、測定ヘッド１０が右ホームポジションＲＨＰの位置にある場合を示している。
図７は、制御装置３００による測定ヘッド１０の制御処理手順を示している。
まず、計測準備処理として、ステップＳ１〜Ｓ４の処理を行なう。
計測準備処理では、まず、計測方向を取得する（ステップＳ１）。つまり、測定ヘッド１０の移動方向（時計方向か反時計方向か）を取得する。既に足測定が行なわれている場合には、後述する最終ステップＳ１５で、次回の計測方向が記憶されているので、記憶されている次回の計測方向を今回の計測方向として取得する。次回の計測方向が記憶されていない場合には、現在の測定ヘッド１０の位置に近いホームポジションに基づいて、移動を開始する計測方向が自動的に選択される。
つまり、測定ヘッド１０が左ホームポジションＬＨＰに近い位置にある場合には、計測方向として反時計方向が選択され、測定ヘッド１０が右ホームポジションＲＨＰに近い位置にある場合には、計測方向として時計方向が選択される。この例では、測定ヘッド１０が左ホームポジションＬＨＰに近い位置にあり、計測方向として反時計方向が取得されたとする。
次に、測定対象の足が右足であるか左足であるかの選択結果を取得する（ステップＳ２）。測定対象の足が右足であるか左足であるかの選択は、制御装置３００に対して操作者がディスプレイ上で所定の選択操作を行なうことにより行なわれる。この例では、図６の例のように、右足が選択されたとする。
次に、測定ヘッド１０を計測方向によって決定されるホームポジション（ＨＰ）に移動させる（ステップＳ３）。つまり、計測方向が反時計方向である場合には、測定ヘッド１０を左ホームポジションＬＨＰ（図６の１０ａで示す位置）に移動させ、計測方向が時計方向である場合には、測定ヘッド１０を右ホームポジションＲＨＰ（図６の１０ｅで示す位置）に移動させる。この例では、計測方向が反時計方向であるため、測定ヘッド１０が左ホームポジションＬＨＰに移動せしめられたとする。
この後、最初に計測に使用するカメラを計測方向に基づいて選択する（ステップＳ４）。つまり、２つのカメラ１２ａと１２ｂのうち、計測方向に向かって後ろ側に位置するカメラを選択する。計測方向が反時計方向である場合にはカメラ１２ａが選択され、計測方向が時計方向である場合にはカメラ１２ｂが選択される。
この例では、最初に計測に使用するカメラとしてカメラ１２ａが選択されたとする。これによって、図６に１０ｂで示すように、つま先をより検出しやすいカメラ、つまり、移動方向に向かって後側にあるカメラ１２ａが最初に計測に使用するカメラとして選択される。
ステップＳ１〜Ｓ４の計測準備処理が終了すると、ステップＳ５〜Ｓ７の足先端探索処理を行なう。足先端探索処理は足のつま先を検出するための処理である。足先端探索処理においては、形状測定は行なわれない。
足先端探索処理においては、まず、計測ヘッド１０の移動速度を高速にして、つま先（足先端）を検出するための計測を開始する（ステップＳ５）。つまり、図８において矢印Ｖ１で示すように、速い速度で計測ヘッド１０を移動させながら、つま先を検出するための計測を行なう。そして、つま先を検出すると（ステップＳ６）、測定ヘッド１０を停止させ、検出したつま先位置（足先端位置）をメモリに記憶するとともに、検出したつま先の位置から計測終了位置を算出してメモリに記憶する（ステップＳ７）。
この例では、測定ヘッドが図６に１０ｂで示す位置に至ることにより、つま先位置が検出される。そして、検出されたつま先位置から、それに対応するガイドレール２０４の右側部分の位置（図６に１０ｄで示す位置）が計測終了位置として算出される。
なお、足先端探索処理においては、測定ヘッド１０は高速で移動しているため、足先端を見つけた時点では測定ヘッド１０は足先端位置に対応する位置を越えてしまう（オーバーランしてしまう）。そこで、測定ヘッド１０を高速で所定距離（３〜５ｃｍ程度）だけバックさせる（ステップＳ８）。この例では、図８に矢印Ｖ２で示すように、時計方向に所定距離だけ移動させる。
次に、ステップＳ９〜Ｓ１２の本計測処理を行なう。本計測処理では、足形状を測定するための計測処理が行なわれる。本計測処理では、まず、緻密モードでの計測処理を行なう（ステップＳ９）。つまり、測定ヘッド１０を低速で移動させながら、かつ測定位置間隔を小さくして計測処理が行なわれる。この例では、図８において矢印Ｖ３で示すように、測定ヘッド１０を低速で移動させながら、かつ測定位置間隔を小さくして計測処理が行なわれる。
このように、ガイドレール２０４の開放端付近において緻密モードでの計測処理を行なっているのは、ガイドレール２０４の湾曲部に比べて、ガイドレール２０４の開放端付近では、足のつま先に対して横側に配置されたカメラによって計測を行なうため、測定精度が低くなるので、測定位置間隔を小さくして測定精度を高めるためである。
測定ヘッド１０が、つま先位置からたとえば５ｃｍ程度に設定された範囲を過ぎると、通常モードでの計測処理を行なう（ステップＳ１０）。つまり、測定ヘッド１０がつま先付近を通過した後は、測定ヘッド１０を中速で移動させながら、かつ測定位置間隔を大きくして、計測処理が行なわれる。この例では、図８においてＶ４で示すように、測定ヘッド１０を中速で移動させながら、かつ測定位置間隔を大きくして、計測処理が行なわれる。
通常モードでの計測処理における測定位置間隔は、緻密モードの計測処理における測定位置間隔の例えば１．５倍程度に設定される。ステップＳ９の緻密モードでの計測処理を行なう範囲は、制御装置３０に予め設定したり、あるいは足の大きさに基づいて自動的に設定したりすることができる。
ステップＳ１０による通常モードでの計測処理が行なわれている途中において、測定ヘッド１０が所定のカメラ切り替え位置に到達すると、計測に使用するカメラを切り替える（ステップＳ１１）。右足測定の場合には、計測方向にかかわらず、測定ヘッド１０が右くるぶし付近に設定された右足用カメラ切り替え位置ＳＷＰ１（図６参照）に到達した場合に、計測に使用するカメラが切り替えられる。左足測定の場合には、計測方向にかかわらず、測定ヘッド１０が左くるぶし付近に設定された左足用カメラ切り替え位置ＳＷＰ２（図６参照）に到達した場合に、計測に使用するカメラが切り替えられる。
この例では、右足測定であり、かつ最初に計測に使用されているカメラがカメラ１２ａであるので、測定ヘッド１０が図６の右足用カメラ切り替え位置ＳＷＰ１に到達した場合に、計測に使用するカメラが、第１カメラ１２ａから第２カメラ１２ｂに切り替えられる。
計測に使用するカメラが切り替えられた後においても、通常モードでの計測処理を行う（ステップＳ１２）。
計測に使用するカメラが切り替えられると、計測に使用するカメラの位置が変化するため、形状測定のための演算処理も切り替えられる。なお、計測に使用するカメラが切り替えられることにより、形状測定の演算処理に多少に誤差や不連続が生じる不都合がたとえ生じたとしても、足のくるぶし位置においては、比較的凹凸が少ないため測定誤差の影響は小さい。
その後、つま先の５ｃｍ前の位置に測定ヘッド１０が到達すると、緻密モードでの計測処理を行なう（ステップＳ１３）。この例では、図８において矢印Ｖ５で示すように、測定ヘッド１０を低速で移動させながら、かつ測定位置間隔を小さくして計測処理が行なわれる。
なお、測定ヘッド１０がつま先の５ｃｍ前の位置に到達したか否かは、ステップＳ７で算出されている計測終了位置（この例では、図６に１０ｄで示す位置）をつま先位置として判定される。ステップＳ１３の計測処理は、測定ヘッド１０が計測終了位置（この例では、図６に１０ｄで示す位置）に到達するまで、あるいは、この位置を所定距離（たとえば、２ｃｍ程度）過ぎた位置に到達するまで継続される。
以上のようにして、右足の形状測定のための計測処理が終了すると、測定ヘッドを計測方向によって決定されるホームポジションまで高速で移動させる（ステップＳ１４）。この例のように計測方向が反時計方向である場合には、図８の矢印Ｖ６に示すように、測定ヘッド１０を右ホームポジションＲＨＰまで移動させる。なお、計測方向が時計方向である場合には、測定ヘッド１０を左ホームポジションＬＨＰまで移動させる。
この後、現在の計測方向と反対方向を、次回の計測方向としてメモリに記憶する（ステップＳ１５）。そして、今回の測定ヘッド１０の制御処理を終了する。
上記実施の形態によれば、ガイドレールがＵ字状であるので、円形、長円等のループ状のガイドレールを有する形状測定装置に比べて、被測定物の大きさ、特に被測定物の長さに自由度を持たせることができる。
〔５〕変形例についての説明
上記実施の形態では、Ｕ字状のガイドレール２０４の開放端側に足先が向くように、かつガイドレール２０４の湾曲部分側に足の踵が位置するように、足を配置しているが、Ｕ字状のガイドレール２０４の開放端側に踵が向くように、かつガイドレール２０４の湾曲部分側に足先が位置するように、足を配置するようにしてもよい。このようにすると、足先の測定精度を高めることができる。
また、上記実施の形態においては、ステレオカメラ２１、２２の出力を用いてワールド座標系での測定ヘッドの位置に関する情報、すなわち回転行列Ｒ及び並進ベクトルｔを求めているが、台２０１に対するガイドレール２０４の軌道を予め特定しておくと、ステレオカメラ２１、２２を用いることなく回転行列Ｒ及び並進ベクトルｔを求めることが可能となる。
以上においては、Ｕ字状のガイドレール２０４を用いた実施の形態について説明したが、長手方向に十分に長い長円形のガイドレール２０４を利用したものであっても、一方の円弧部分を踵測定のために測定ヘッド１０が移動し、他方の円弧部分は移動しない構成とした場合、即ち、実質的にＵ字型のガイドレールとして用いる場合には、本発明の権利範囲である。
たとえば、大人の足の形状を測定する場合には、長円形のガイドレール全体を利用して、測定ヘッドがガイドレール全体を周回する方式の形状測定を行い、子供の足の形状を測定する場合には、その足の踵が一方の円弧の中心位置に位置するようにして足を配置し、このガイドレールの一部を上記実施の形態におけるＵ字形のガイドレールとして利用するようにしてもよい。
また、測定ヘッド１０としては、能動的なステレオ計測方法によって被測定物上の測定点の位置を測定するものであれば、上記実施の形態と異なるものであってもよい。例えば、スリット光源１３の代わりにスポット光源を用いてもよい。
また、上記測定ヘッド１０としては、２組の計測光学系を備えたもの、すなわち、２台のＣＣＤカメラ１２ａ、１２ｂと１台のスリット光源１３とを備えたものが用いられているが、１組の計測光学系を備えたもの、すなわち、１台のＣＣＤカメラと１台のスリット光源とを備えたものを用いてもよい。
また、Ｕ字状のガイドレールとしては、図６に示すように、半円の湾曲部分と、その両端からそれぞれのびた２つの直線部分とから構成されるものが用いられているが、概略Ｕ字状であれば、図６と異なる形状のガイドレールを用いてもよい。
例えば、開放端部の計測可能範囲を拡大するために、図９に示すように、Ｕ字の開放端部が内側に絞られた形状のガイドレール２０４Ａを用いてもよい。図９に示すように、１台のＣＣＤカメラ１２と１台のスリット光源１１とを備えた、つまり、１組の計測光学系を備えた測定ヘッド１０Ａを用いる場合にも、ガイドレール２０４Ａの開放端部付近での計測可能範囲が拡大することがわかる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態における形状測定装置の構成を示す概略構成図である。
図２は、測定ヘッドを示す平面図である。
図３は、測定ヘッドの構成を示す一部切り欠き平面図である。
図４は、測定原理を説明する説明図である。
図５は、測定ヘッドを用いて測定点の位置測定を行なう方法を説明する説明図である。
図６は、被測定物としての足と、ガイドレールと、測定ヘッドとの位置関係を示す概略平面図である。
図７は、制御装置による測定ヘッドの制御処理手順を示すフローチャートである。
図８は、測定ヘッドの変位を示す模式図である。
図９は、ガイドレールの変形例を示す平面図である。

Claims (4)

1. ガイドレールに沿って移動しながら当該ガイドレール上の複数の測定位置において被測定物の形状を測定するための測定ヘッドを備えた形状測定装置において、
   ガイドレールがＵ字状であり、測定ヘッドは、ガイドレールに沿って移動しながらガイドレール上の複数の測定位置において、Ｕ字状のガイドレールの内側に配置された被測定物の形状を測定するための計測を行なうことを特徴とする形状測定装置。
2. 被測定物が人物の足であり、Ｕ字状のガイドレールの湾曲部の内側から開放部に向かう方向が足の長手方向となるように、足の配置方向が決められていることを特徴とした請求項１に記載の形状測定装置。
3. 測定ヘッドは、Ｕ字状のガイドレールに沿って移動しながらガイドレール上の複数の測定位置において、Ｕ字状のガイドレールの内側に配置された足の形状を測定するための計測を行なうことを特徴とする請求項２に記載の形状測定装置。
4. 測定ヘッドは、Ｕ字状のガイドレール内に配置された足に対して光線を照射するための光源と、光源によって足に照射された光線を撮像するカメラとを備えており、ガイドレール上の複数の測定位置において、カメラによって撮影された光線の座標が算出されることにより、Ｕ字状のガイドレール内に配置された足の形状が測定されることを特徴とする請求項３に記載の形状測定装置。

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