(57)【要約】【課題】  三次元測定装置において測定対象物に対する三次元モデルの位置合わせ処理を効率的に行うことを目的とする。【解決手段】  測定対象物Ｓに対応する三次元モデルを受け付ける三次元モデル受付部５０１と、プローブ１１０を用いて測定対象物Ｓ上の位置を指示することにより、測定点の座標を取得する座標測定部５１１と、２以上の測定点を参照点として順に登録する参照点登録部５１２と、参照点が新たに登録されるごとに、登録された参照点に対する三次元モデルのフィッティング処理を行うフィッティング処理部５１５と、フィッティング後の三次元モデル及び登録された参照点を表示し、フィッティングが行われるごとに表示を更新する表示処理部５１６とを備える。【選択図】  図９
2020016570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に対応する三次元モデルを受け付ける三次元モデル受付部と、
プローブを用いて前記測定対象物上の位置を指示することにより、測定点の座標を取得する座標測定部と、
２以上の前記測定点を参照点として順に登録する参照点登録部と、
前記参照点が新たに登録されるごとに、登録された前記参照点に対する前記三次元モデルのフィッティング処理を行うフィッティング処理部と、
フィッティング後の前記三次元モデル及び登録された前記参照点を表示し、フィッティングが行われるごとに表示を更新する表示処理部とを備えたことを特徴とする三次元測定装置。
【請求項２】
前記参照点の登録を取り消す参照点削除部を備え、
前記フィッティング処理部は、前記参照点の登録が取り消されるごとに、登録された前記参照点に対する前記三次元モデルのフィッティング処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の三次元測定装置。
【請求項３】
前記参照点登録部は、前記フィッティング処理部とは非同期で動作し、前回の前記参照点の追加による前記フィッティング処理の終了を持つことなく、次回の前記参照点を追加可能であることを特徴とする請求項１に記載の三次元測定装置。
【請求項４】
２以上の前記測定点を照合点として登録する照合点登録部と、
前記照合点にそれぞれ対応する前記三次元モデル上の２以上の対応点を指定するための対応点指定部と、
前記照合点及び前記対応点に基づいて、前記三次元モデルの荒い位置決めを行う荒位置決め処理部とを備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項５】
前記フィッティング処理部は、前記フィッティング処理の評価指標を求め、
前記表示処理部は、前記評価指標を表示することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項６】
前記フィッティング処理部は、前記参照点に対応する前記評価指標を求め、
前記表示処理部は、前記評価指標を前記参照点ごとに表示することを特徴とする請求項５に記載の三次元測定装置。
【請求項７】
前記フィッティング処理部は、前記三次元モデルに対応する前記評価指標を求め、
前記表示処理部は、前記評価指標を表示することを特徴とする請求項５に記載の三次元測定装置。
【請求項８】
プローブを用いて測定対象物上の位置を指示することにより、測定点の座標を取得する三次元測定装置における三次元モデルの位置合わせ方法であって、
前記測定対象物に対応する前記三次元モデルを受け付けるステップと、
２以上の前記測定点を参照点として順に登録するステップと、
前記参照点が新たに登録されるごとに、登録された前記参照点に対する前記三次元モデルのフィッティング処理を行うステップと、
フィッティング後の前記三次元モデル及び登録された前記参照点を表示し、フィッティングが行われるごとに表示を更新するステップとを備えたことを特徴とする三次元モデルの位置合わせ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元測定装置及び三次元モデルの位置合わせ方法に係り、さらに詳しくは、プローブを用いて測定対象物上の形状を測定する三次元測定装置の改良、並びに、当該三次元測定装置における三次元モデルの位置合わせ方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
プローブを用いて測定対象物の形状を測定する三次元測定装置が従来から知られている（例えば、特許文献１）。この種の三次元測定装置は、ユーザがプローブを用いて測定対象物上の位置を指示することにより、指示された測定点の座標を求めることができる。
【０００３】
測定結果は、測定対象物の外観画像上に測定点などを重畳した測定結果画像として出力される。測定対象物の外観画像は、例えば、測定対象物の三次元モデルから生成された画像が用いられる。三次元モデルの画像に測定結果を重畳して表示するためには、測定対象物に対し三次元モデルの位置合わせを予め行っておく必要がある。三次元モデルの位置合わせは、例えば、測定対象物から多数の測定点を取得し、これらの測定点に対し、三次元モデルをフィッティングさせることにより実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１９０９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
測定点に対し三次元モデルをフィッティングさせて、測定対象物への位置合わせを行うためには、多数の測定点が必要になる。しかしながら、三次元モデルの位置合わせに必要な測定点の数は、三次元モデルの形状によって異なり、測定点の選択方法によっても異なる。例えば、１０個の測定点を用いることにより位置合わせが完了する場合もあれば、２０個の測定点を用いても位置合わせを適切に完了することができない場合もある。
【０００６】
位置合わせを行うには、多数の測定点を予め取得する必要があるが、どの程度の測定点を取得すれば、位置合わせに必要十分であるのかは、測定点を取得している時点ではわからず、実際に位置合わせ処理を行って、その結果として得られる誤差を確認する必要があった。このようなトライアンドエラーの作業は煩雑であるため、必要以上に多くの測定点を取得した後に位置合わせ処理が行われており、作業効率が悪いという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、三次元測定装置において測定対象物に対する三次元モデルの位置合わせ処理を効率的に行うことを目的とする。特に、測定対象物上の測定点の取得を効率的に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様による三次元測定装置は、測定対象物に対応する三次元モデルを受け付ける三次元モデル受付部と、プローブを用いて前記測定対象物上の位置を指示することにより、測定点の座標を取得する座標測定部と、２以上の前記測定点を参照点として順に登録する参照点登録部と、前記参照点が新たに登録されるごとに、登録された前記参照点に対する前記三次元モデルのフィッティング処理を行うフィッティング処理部と、フィッティング後の前記三次元モデル及び登録された前記参照点を表示し、フィッティングが行われるごとに表示を更新する表示処理部とを備える。
【０００９】
本発明の第２の態様による三次元測定装置は、上記構成に加えて、前記参照点の登録を取り消す参照点削除部を備え、前記フィッティング処理部が、前記参照点の登録が取り消されるごとに、登録された前記参照点に対する前記三次元モデルのフィッティング処理を行うように構成される。
【００１０】
本発明の第３の態様による三次元測定装置は、上記構成に加えて、前記参照点登録部が、前記フィッティング処理部とは非同期で動作し、前回の前記参照点の追加による前記フィッティング処理の終了を持つことなく、次回の前記参照点を追加可能であるように構成される。
【００１１】
本発明の第４の態様による三次元測定装置は、上記構成に加えて、２以上の前記測定点を照合点として登録する照合点登録部と、前記照合点にそれぞれ対応する前記三次元モデル上の２以上の対応点を指定するための対応点指定部と、前記照合点及び前記対応点に基づいて、前記三次元モデルの荒い位置決めを行う荒位置決め処理部とを備える。
【００１２】
本発明の第５の態様による三次元測定装置は、上記構成に加えて、前記フィッティング処理部が、前記フィッティング処理の評価指標を求め、前記表示処理部が、前記評価指標を表示するように構成される。
【００１３】
本発明の第６の態様による三次元測定装置は、上記構成に加えて、前記フィッティング処理部が、前記参照点に対応する前記評価指標を求め、前記表示処理部が、前記評価指標を前記参照点ごとに表示するように構成される。
【００１４】
本発明の第７の態様による三次元測定装置は、上記構成に加えて、前記フィッティング処理部が、前記三次元モデルに対応する前記評価指標を求め、前記表示処理部が、前記評価指標を表示するように構成される。
【００１５】
本発明の第８の態様による三次元モデルの位置合わせ方法は、プローブを用いて測定対象物上の位置を指示することにより、測定点の座標を取得する三次元測定装置における三次元モデルの位置合わせ方法であって、前記測定対象物に対応する前記三次元モデルを受け付けるステップと、２以上の前記測定点を参照点として順に登録するステップと、前記参照点が新たに登録されるごとに、登録された前記参照点に対する前記三次元モデルのフィッティング処理を行うステップと、フィッティング後の前記三次元モデル及び登録された前記参照点を表示し、フィッティングが行われるごとに表示を更新するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、三次元測定装置において測定対象物に対する三次元モデルの位置合わせ処理を効率的に行うことができる。特に、測定対象物上の測定点の取得を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態による三次元測定装置１の一構成例を示した図である。
【図２】図１のプローブ１１０の詳細構成の一例を示した斜視図である。
【図３】撮像部１０５がプローブ１１０の位置及び姿勢を検出する方法についての説明図である。
【図４】三次元モデルの利用方法の一例を示した図である。
【図５】測定ヘッド１００の動作の一例を示したフローチャートである。
【図６】三次元モデルの位置合わせ時における画面表示の一例を示した図である。
【図７】三次元モデルの位置合わせ時における画面表示の一例を示した図である。
【図８】三次元モデルの位置合わせ時における画面表示の一例を示した図である。
【図９】図１の測定ヘッド１００の主な機能構成を示した機能ブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による測定ヘッド１００の動作の一例を示したフローチャートである。
【図１１】図１０の荒位置合わせ処理（ステップＳ２０１）の一例を示したフローチャートである。
【図１２】荒位置合わせ処理時における画面表示の一例を示した図である。
【図１３】本発明の実施の形態２による測定ヘッド１００の主な機能構成を示した機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
（１）三次元測定装置
図１は、本発明の実施の形態１による三次元測定装置１の一構成例を示した図である。三次元測定装置１は、測定対象物の形状に関する寸法、角度、その他の物理量を測定する装置であり、測定ヘッド１００、プローブ１１０、操作部１２０及び処理装置１３０を備える。また、測定ヘッド１００は、筐体１０１、載置台１０４、撮像部１０５及び表示部１０６を備える。
【００１９】
筐体１０１は、水平な設置面上に設置される設置部１０２と、設置部１０２の後端から上方に延び、撮像部１０５及び表示部１０６を支持するスタンド部１０３とにより構成される。また、設置部１０２の前端には、載置台１０４が設けられている。載置台１０４は、測定対象物Ｓが載置される台であり、例えば、光学定盤を用いることができる。
【００２０】
撮像部１０５は、プローブ１１０の位置及び姿勢を検出するための撮像手段である。プローブ１１０に設けられた複数のマーカを撮像部１０５で撮像することにより、三次元空間におけるプローブ１１０の位置及び姿勢が検出される。撮像部１０５は、スタンド部１０３によって支持され、載置台１０４の後方の斜め上方向から載置台１０４を俯瞰するように配置されている。撮像部１０５は、例えば、集光レンズ及びＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサを備え、赤外線の入射角を検出することができる。このため、プローブ１１０に設けられた複数の発光部から放出される赤外線の入射方向をそれぞれ検出し、三次元空間におけるプローブ１１０の位置及び姿勢を検出することができる。
【００２１】
表示部１０６は、ユーザに対し表示出力を行う表示手段、例えば、液晶ディスプレイパネルである。表示部１０６には、操作画面、外観画像、測定結果などが表示される。
【００２２】
プローブ１１０は、ユーザが把持し、測定対象物Ｓに接触させる装置であり、ケーブルを介して測定ヘッド１００に接続される。載置台１０４上の測定対象物Ｓに対しプローブ１１０を接触させた状態で、当該プローブ１１０の位置及び姿勢を検出することにより、プローブ１１０が接触している測定対象物Ｓ上の測定点の座標を求めることができる。
【００２３】
操作部１２０は、ユーザが操作入力を行うための操作入力手段であり、複数の操作ボタンを備え、ケーブルを介して測定ヘッド１００に接続される。例えば、測定対象物Ｓ上の測定点の座標を求める際、操作部１２０を用いた操作入力が行われる。操作部１２０は、プローブ１１０に一体的に設けられていてもよい。
【００２４】
処理装置１３０は、測定ヘッド１００に接続された端末装置であり、例えば、専用ソフトウエアがインストールされたＰＣを用いることができる。また、処理装置１３０は、測定対象物Ｓに対応する三次元モデルを示すＣＡＤデータを保持し、当該ＣＡＤデータは、測定ヘッド１００から読み出すことができる。
【００２５】
図２は、図１のプローブ１１０の詳細構成の一例を示した斜視図である。プローブ１１０は、筐体部１１１、把持部１１２、発光部１１３及びスタイラス１１４を備える。把持部１１２の上端は、筐体部１１１の長手方向の略中央に連結され、プローブ１１０は略Ｔ字形の形状を有する。
【００２６】
発光部１１３は、撮像部１０５によって検出されるマーカである。発光部１１３には、赤外線を放出する点光源、例えば、波長８６０ｎｍの赤外線を放出する赤外線ＬＥＤを用いることができる。筐体部１１１の上面には、複数の発光部１１３が設けられている。図中では、７個の発光部１１３が筐体部１１１の上面に設けられている。これらの発光部１１３は、筐体部１１１の上面の互いに異なる位置に配置され、また、少なくとも一部の発光部１１３は、他の発光部１１３とは異なる高さに配置されている。このため、これらの発光部１１３からの赤外線を撮像部１０５が検出することにより、プローブ１１０の位置及び姿勢を検出することができる。
【００２７】
スタイラス１１４は、測定対象物Ｓに接触させる部材である。スタイラス１１４は、筐体部１１１の前端から突出する棒状体と、その先端に設けられた球形状の接触部１１５とにより構成される。当該接触部１１５を測定対象物Ｓ上の測定点に接触させた状態でプローブ１１０の位置及び姿勢を検出することにより、当該測定点の座標を求めることができる。
【００２８】
（２）プローブ１１０の位置及び姿勢
図３は、撮像部１０５がプローブ１１０の位置及び姿勢を検出する方法についての説明図である。図中の撮像領域Ｖは、載置台１０４及びその周辺を含む一定の領域、例えば、載置台１０４の外縁からプローブ１１０の全長の寸法だけ突出した領域として定義される。
【００２９】
撮像部１０５は、撮像素子１０５ａ及びレンズ１０５ｂで構成され、撮像領域Ｖを撮影可能な画角θを有する。撮像領域Ｖ内の発光部１１３から入射する赤外光は、レンズ１０５ｂの主点１０５ｃを通って撮像素子１０５ａ上の受光位置ＲＰに結像する。このため、受光位置ＲＰに基づいて、赤外線の入射方向、つまり、主点１０５ｃから見た発光部１１３の方向を求めることができる。
【００３０】
複数の発光部１１３の相対的な位置関係は既知であるため、複数の発光部１１３の方向を検出することにより、三次元空間におけるプローブ１１０の位置及び姿勢を特定することができる。
【００３１】
（３）測定点の座標
プローブ１１０内における発光部１１３及びスタイラス１１４の相対的な位置関係は既知である。このため、プローブ１１０の位置及び姿勢を特定すれば、接触部１１５の位置も特定することができる。このため、接触部１１５を測定対象物Ｓ上の測定点に接触させた状態でプローブ１１０の位置及び姿勢を検出すれば、当該測定点の位置を求めることができる。
【００３２】
ただし、プローブ１１０の位置及び姿勢に基づいて求めることができる接触部１１５の位置は、接触部１１５の中心座標である。これに対し、測定点は接触部１１５の外周面上に位置するため、上記方法で求められる測定点の座標は、接触部１１５の半径に相当するオフセット誤差を有する。そこで、測定点における測定対象物Ｓの法線方向を特定した後に当該法線方向へのオフセット補正を行うことにより、測定点の座標をより正確に求めることができる。測定対象物Ｓの法線方向は、例えば、測定対象物Ｓの三次元モデルを用いて求めることができる。
【００３３】
（４）三次元モデル
三次元測定装置１は、三次元モデルの画像上に測定点を重畳して表示することができる。三次元測定装置１は、測定対象物Ｓに対応する三次元モデルを読み込み、当該三次元モデルから生成した測定対象物Ｓの外観画像上に、測定対象物Ｓの測定点を重畳して表示することができる。このため、画面表示された測定点の測定対象物Ｓ上における位置を容易に把握することができ、測定点をわかりやすく画面表示することができる。
【００３４】
図４は、三次元モデルの利用方法の一例を示した図である。図中の（ａ）には、測定点の座標を取得する様子が示されている。測定対象物Ｓに対しプローブ１１０を接触させた状態で、操作部１２０を操作すれば、接触部１１５が接触する測定対象物Ｓ上の測定点の座標が求められる。
【００３５】
図中の（ｂ）は、表示部１０６における表示画面の一例を示した図である。表示部１０６は、測定点を示す測定点表示画面ＤＳを表示することができる。座標を取得した測定点は、三次元モデルの画像Ｍ上に重畳されたシンボルＰにより示される。三次元モデルは、載置台１０４上の測定対象物Ｓに対する位置合わせが予め行われている。このため、測定点の座標を取得すれば、当該座標に基づいて三次元モデルの画像Ｍ上に測定点を表示することができる。図中では、１つの測定点のみが示されているが、２以上の測定点を同時に表示することもできる。
【００３６】
（５）三次元モデルの位置合わせ処理
図５のステップＳ１０１〜１０８は、測定ヘッド１００の動作の一例を示したフローチャートであり、三次元モデルの位置合わせ処理が示されている。測定対象物Ｓに対する三次元モデルの位置合わせは、例えば、三次元モデルが測定ヘッド１００に読み込まれたときに実行される。
【００３７】
三次元モデルの位置合わせは、載置台１０４上における測定対象物Ｓの位置、姿勢及び大きさと一致するように、三次元モデルの位置、姿勢及び大きさを決定する処理である。三次元モデルは、位置合わせ処理により、オフセットされ、回転され、あるいは、拡大又は縮小される。つまり、位置合わせ処理は、測定対象物Ｓの座標系と一致するように、三次元モデルの座標系を変換する処理と等価である。
【００３８】
三次元モデルの位置合わせは、測定対象物Ｓ上の位置を参照点としてユーザが指定し、指定された参照点に対し、三次元モデルをフィッティングさせることにより行われる。参照点は、位置合わせを目的として測定される測定対象物Ｓ上の測定点である。参照点の指定は順に行われ、参照点が指定されるごとにフィッティング処理が行われ、その結果が表示される。
【００３９】
フィッティング処理の結果表示には、フィッティングの評価指標が含まれる。このため、フィッティング処理の結果を見て、さらに参照点を追加し、あるいは、一旦指定された参照点のうち、任意の参照点を取り消すことができる。つまり、位置合わせの処理状況を確認しながら、参照点の追加又は削除を行うことができる
【００４０】
三次元モデルの受け付け後に、最初の参照点の登録が行われる（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。具体的には、測定対象物Ｓにプローブ１１０を接触させ、操作部１２０を操作することにより、測定対象物Ｓ上の測定点の座標が取得され、当該測定点が参照点として登録される。
【００４１】
参照点が登録されると、当該参照点に対する三次元モデルのフィッティング処理が行われる（ステップＳ１０３）。フィッティング処理は、１つの参照点が追加されるごとに実行される。フィッティング処理により、各参照点から三次元モデルまでの誤差の平均値が最小になるように、三次元モデルの位置、姿勢及び縮尺が求められる。また、このようなフィッティング処理において求められる測定点ごとの誤差や、これらの誤差の平均値は、評価指標として用いることができる。つまり、測定点ごとの誤差は、測定点に対応する評価指標として用いることができ、これらの誤差の平均値は、位置合わせの評価指標として用いることができる。
【００４２】
フィッティング処理の結果は、表示部１０６に表示される（ステップＳ１０４）。例えば、フィッティング後の三次元モデルの外観画像上に参照点を重畳して表示される。また、参照点ごとの評価指標や、位置合わせの評価指標が表示される。ユーザは、これらを確認することにより、必要に応じて、参照点の追加又は削除を行うことができる（ステップＳ１０５，Ｓ１０６）。そして、十分な評価指標が得られた時点で、位置合わせ処理を終了する。このため、ユーザは、必要十分な数の参照点を指定し、位置合わせを効率的に行うことができる。
【００４３】
参照点を追加する場合、ステップＳ１０１〜１０４が繰り返される（ステップＳ１０５）。つまり、１つの参照点が新たに追加され、先に登録された参照点と新たに登録された参照点とに基づくフィッティング処理が行われ、結果が表示される。
【００４４】
一方、参照点を削除する場合、登録された参照点の中から、ユーザが任意の参照点を指定し、その登録を取り消す（ステップＳ１０７，Ｓ１０８）。参照点の削除後は、参照点の追加後と同様、フィッティング処理が行われ、結果表示が行われる（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）。
【００４５】
なお、参照点の数が少ない場合、フィッティング処理を適切に行うことはできない。例えば、登録された参照点が３個以下であれば、フィッティング結果は、予想していないような間違った結果になり、ユーザを混乱させる可能性がある。このため、一定数を超える参照点が登録されるまでは、フィッティング処理を省略し、あるいは、フィッティング結果の画面表示を省略するように構成することもできる。
【００４６】
図６〜図８は、三次元モデルの位置合わせ時における画面表示の一例を示した図であり、表示部１０６に表示されるフィッティング処理の結果表示画面ＲＳの一例が時系列に示されている。図６は、４個の参照点、図７は、９個の参照点、図８は、１５個の参照点がそれぞれ指定されたときの様子を示した図である。いずれの図においても、結果表示画面ＲＳは、画像表示領域２１、一覧表示領域２２及び平均距離表示領域２３により構成される。
【００４７】
画像表示領域２１には、三次元モデルの外観画像Ｍ上に参照点のシンボルＰが重畳して表示される。各参照点は、誤差に応じた色のシンボルＰとして表示される。結果表示画面ＲＳの右下には、シンボルＰの色と誤差の大きさとの関係が「誤差カラー」として一覧表示されている。このため、画像表示領域２１に表示されている参照点ごとに誤差の大きさを把握することができる。なお、ここでは、シンボルＰの色を誤差に対応づけて表示する例について説明したが、シンボルＰの形状、サイズ、その他の態様を誤差に対応づけて表示することもできる。つまり、参照点のシンボルＰは、当該参照点の評価指標に応じた態様で表示される。
【００４８】
画像表示領域２１上に複数の参照点を表示する際、誤差を示すシンボルＰを用いることにより、位置合わせが終了していない三次元モデルが、どのようにずれているのかを容易に把握することができる。このため、位置合わせ後の誤差を低減するために、新たに追加すべき参照点の指定や、削除すべき参照点の選択を容易に行うことができる。
【００４９】
一覧表示領域２２には、各参照点の情報がテーブルを用いて一覧表示されている。図中のテーブルは、１行が１つの参照点に対応し、当該参照点の偏差及びＸＹＺの各座標が表示されている。偏差は、三次元モデルからの距離、つまり、位置合わせ後の誤差である。ＸＹＺの各座標は、参照点の座標である。
【００５０】
平均距離表示領域２３には、各参照点の誤差の平均値が示されている。この誤差平均は、位置合わせの評価指標であり、この値が十分に小さくなれば、位置合わせが正しく行われたと判断することができる。
【００５１】
図９は、図１の測定ヘッド１００の主な機能構成を示した機能ブロック図であり、三次元モデルの位置合わせ処理に関する機能構成が示されている。測定ヘッド１００は、撮像部１０５、表示部１０６、三次元モデル受付部５０１、三次元モデル記憶部５０２、座標測定部５１１、参照点登録部５１２、参照点取消部５１３、参照点記憶部５１４、フィッティング処理部５１５及び表示処理部５１６を備える。
【００５２】
三次元モデル受付部５０１は、測定対象物Ｓに対応する三次元モデルを受け付ける手段であり、例えば、処理装置１３０からＣＡＤデータとして三次元モデルが入力される。ＣＡＤデータは、三次元モデルを規定するデータであり、三次元モデルの外表面を構成する多数の小領域を規定するサーフェス情報により構成される。入力された三次元モデルは、三次元モデル記憶部５０２に格納される。
【００５３】
撮像部１０５は、プローブ１１０の発光部１１３を撮影する手段であり、撮影画像に基づいて、プローブ１１０の位置及び姿勢を検出する。
【００５４】
座標測定部５１１は、プローブ１１０の位置及び姿勢に基づいて、プローブ１１０の接触部１１５の座標を求め、プローブ１１０により指示された測定対象物Ｓ上の測定点の座標を求める。測定点の座標測定は、操作部１２０を用いたユーザ操作によって行われる。
【００５５】
参照点登録部５１２は、座標測定部５１１が算出した測定点を参照点として参照点記憶部５１４に登録する。
【００５６】
参照点取消部５１３は、参照点記憶部５１４内に保持されている参照点の登録を取り消す。ユーザは、任意の参照点を指定して、当該参照点を参照点記憶部５１４から削除することができる。
【００５７】
フィッティング処理部５１５は、参照点記憶部５１４内の参照点に対し、三次元モデル記憶部５０２内の三次元モデルをフィッティングさせるフィッティング処理を行う。フィッティング処理は、例えば、三次元モデルから生成された点群と、登録された１又は２以上の参照点で構成される点群とを対象として、ＩＣＰ（Interactive Closest Point）アルゴリズムを適用することによって行われる。つまり、各参照点から三次元モデル上の最も近い点までの誤差の平均値が最小になるように、三次元モデルの位置、姿勢、縮尺が求められる。また、フィッティング処理において、参照点ごとの誤差と、これらの誤差の平均値とが、評価指標として求められる。
【００５８】
表示処理部５１６は、フィッティング処理部５１５によるフィッティング処理の結果を表示する結果表示画面ＲＳ（図６〜図８）を生成する。この結果表示画面ＲＳは、表示部１０６により表示される。
【００５９】
本実施の形態による三次元測定装置１では、プローブ１１０を用いて測定対象物Ｓ上の位置を指示することにより、測定点の座標を取得し、当該測定点を参照点として順に登録することができる。そして、参照点が新たに登録されるごとに、登録された参照点に対する三次元モデルのフィッティング処理が行われ、その結果が結果表示画面ＲＳに表示される。
このため、ユーザは、結果表示画面ＲＳを参照しながら、参照点を順に指定すれば、三次元モデルの位置合わせを行うことができる。この場合、ユーザは、三次元モデルに対する操作、例えば、三次元モデル上において位置や幾何要素を指定するような操作を行う必要がなく、三次元モデルの位置合わせを容易に行うことができる。
【００６０】
また、参照点を追加するたびにフィッティング処理が行われ、結果表示画面ＲＳが更新されるため、結果表示画面ＲＳを参照しながら、参照点を追加することにより、必要かつ十分な数の参照点を指定すれば位置合わせを完了することができる。つまり、十分な数の参照点を予め指定した後、フィッティング処理を行う従来の装置に比べ、指定する参照点の数を少なくすることができる。
【００６１】
さらに、結果表示画面ＲＳには、参照点ごとの評価指標が表示されるため、三次元モデルの位置合わせが、どのようにずれているのかを把握することができる。このため、新たに参照点を追加する際、位置合わせをより効率的に行うことができる参照点を指定することが可能になる。従って、指定する参照点の数を更に少なくすることができる。
【００６２】
実施の形態２．
実施の形態１では、結果表示画面ＲＳを参照しつつ、参照点を順に指定することにより、三次元モデルの位置合わせを行う場合の例について説明した。しかしながら、測定対象物Ｓの形状によっては、参照点の指定だけでは位置合わせが難しい場合があり、また、必要とされる参照点の数が多くなり過ぎる場合がある。そこで、本実施の形態では、参照点による位置合わせ前に、荒位置合わせ処理を行う場合について説明する。
【００６３】
図１０のステップＳ２０１〜Ｓ２０９は、本発明の実施の形態２による測定ヘッド１００の動作の一例を示したフローチャートであり、三次元モデルの位置合わせ処理が示されている。図１０のステップＳ２０２〜Ｓ２０９は、図５のステップＳ１０１〜Ｓ１０８と同一であり、図５のフローチャートとの違いは、ステップＳ２０１を有する点のみである。
【００６４】
ステップＳ２０１では、荒位置合わせ処理が行われる。荒位置合わせ処理は、測定対象物Ｓ上の照合点と、三次元モデル上の対応点とを用いて行われる荒い位置合わせの処理である。荒位置合わせ処理は、参照点を用いたフィッティング処理の前処理として行われる。
【００６５】
図１１のステップＳ３０１〜Ｓ３０６は、図１０の荒位置合わせ処理（ステップＳ２０１）の一例を示したフローチャートである。荒位置合わせでは、測定対象物Ｓ上の位置が照合点として指定される一方、３次元モデル上の位置が対応点として指定される。対応点は、照合点と対応づけて指定される。複数組の照合点及び対応点がユーザによって指定され、対応する照合点及び対応点の誤差の平均値が最小になるように三次元モデルの位置合わせが行われる。照合点及び対応点は、それぞれ３個以上を指定することが望ましい。
【００６６】
まず、２以上の照合点が指定される（ステップＳ３０１〜Ｓ３０３）。測定対象物Ｓにプローブ１１０を接触させ、操作部１２０を操作することにより、測定対象物Ｓ上の測定点の座標が取得され、当該測定点が照合点として指定される（ステップＳ３０１，Ｓ３０２）。全ての照合点が指定されるまで、上記ステップＳ３０１，Ｓ３０２が繰り返される（ステップＳ３０３）。
【００６７】
全ての照合点が指定されると、当該照合点に対する対応点が指定される（ステップＳ３０４，Ｓ３０５）。対応点の指定は、ユーザが３次元モデル上の位置を指定することにより行われる。例えば、三次元モデルの画像を表示する荒位置合わせ画面ＬＳ（図１２）が表示部１０６に表示され、ユーザが、操作部１２０を用いて、当該荒位置合わせ画面ＬＳ内に表示されるポインタを移動させることにより、３次元モデル上の位置を指定する。
【００６８】
全ての対応点が指定されると、照合点及び対応点に基づく、位置合わせ処理が行われる（ステップＳ３０６）。この位置合わせ処理は、互いに対応する照合点及び対応点の距離が最も小さくなるように、三次元モデルの位置、姿勢及び大きさを決定する処理である。
【００６９】
照合点及び参照点は、いずれも測定対象物Ｓ上の測定点としてプローブ１１０を用いて指定される。しかし、照合点は、３次元モデル上の対応点に対応づけられているため、照合点を用いた位置合わせ処理は、参照点を用いた位置合わせ処理とは異なり、照合点の数が少ない場合であっても、予想していないような間違った結果になることはない。例えば、３個の照合点を指定するだけで、適切に位置合わせを行うことができる。また、測定対象物が曲面のみで構成される場合、参照点による位置合わせは難しいが、照合点を用いた位置合わせであれば、このような問題もない。ただし、照合点と対応点は、正確に対応する位置ではないため、荒い位置合わせ処理しか行うことができない。このため、引き続き、参照点を用いたフィッティング処理が行われる（図１０のステップＳ２０２〜Ｓ２０９）。参照点を用いた位置合わせ処理の前処理として、荒位置合わせ処理を行っておくことにより、予想していないような間違った結果になるのを防止することができ、指定すべき参照点の数を減少させることができる。
【００７０】
図１２は、荒位置合わせ処理時における画面表示の一例を示した図であり、表示部１０６に表示される荒位置合わせ画面ＬＳの一例が示されている。荒位置合わせ画面ＬＳは、測定表示部３１及びＣＡＤ表示部３２により構成される。
【００７１】
測定表示部３１は、照合点を表示する表示領域であり、プローブ１１０用いて測定された測定点が、照合点としてシンボルＱで表示される。
【００７２】
ＣＡＤ表示部３２は、対応点を指定するための表示領域であり、三次元モデルの外観画像Ｍが表示され、当該外観画像Ｍ上に対応点のシンボルＲが重畳して表示される。対応点は、ＣＡＤ表示部３２内に表示されているカーソルＣを用いて指定される。つまり、操作部１２０を用いて、ユーザがカーソルＣを移動させ、ＣＡＤ表示部３２内の位置を指定することにより、三次元モデル上の位置が指定される。
【００７３】
図１３は、本発明の実施の形態２による測定ヘッド１００の主な機能構成を示した機能ブロック図であり、三次元モデルの位置合わせ処理に関する機能構成が示されている。図９のブロック図（実施の形態１）と比較すれば、照合点指定部５２１、対象点指定部５２２及び荒位置合わせ処理部５２３を更に備えている点で異なる。
【００７４】
照合点指定部５２１は、座標測定部５１１が算出した測定点を照合点として指定する。照合点指定部５２１により３個以上の照合点が指定される。
【００７５】
対象点指定部５２２は、操作部１２０を用いたユーザ操作により、三次元画像上の位置が、対応点として指定される。対応点は、照合点に対応する点として指定される。
【００７６】
荒位置合わせ処理部５２３は、互いに対応する照合点及び対応点の誤差が最も小さくなるように、三次元モデルの位置、姿勢、縮尺を求める。荒位置合わせ処理の結果は、フィッティング処理部５１５へ出力され、フィッティング処理部５１５は、荒位置合わせ後の状態を初期状態として、参照点を用いたフィッティング処理を行う。
【００７７】
上記実施の形態では、撮像部１０５を用いてプローブ１１０の発光部１１３を撮影して測定対象物Ｓ上の位置を測定する三次元測定装置１の例について説明したが、本発明の適用対象は、このような光学式の三次元測定装置に限定されない。例えば、門型やアーム型の三次元測定装置にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１        三次元測定装置
１００    測定ヘッド
１０４    載置台
１０５    撮像部
１０６    表示部
１１０    プローブ
１１３    発光部
１１４    スタイラス
１１５    接触部
１２０    操作部
１３０    処理装置
５０１    三次元モデル受付部
５０２    三次元モデル記憶部
５１１    座標測定部
５１２    参照点登録部
５１３    参照点取消部
５１４    参照点記憶部
５１５    フィッティング処理部
５１６    表示処理部
５２１    照合点指定部
５２２    対象点指定部
５２３    荒位置合わせ処理部
Ｃ        カーソル
ＤＳ      測定点表示画面
ＲＳ      結果表示画面
ＬＳ      荒位置合わせ画面
Ｍ        外観画像
Ｓ        測定対象物
【図１】
2020016570.tif 000003
【図２】
2020016570.tif 000004
【図３】
2020016570.tif 000005
【図４】
2020016570.tif 000006
【図５】
2020016570.tif 000007
【図６】
2020016570.tif 000008
【図７】
2020016570.tif 000009
【図８】
2020016570.tif 000010
【図９】
2020016570.tif 000011
【図１０】
2020016570.tif 000012
【図１１】
2020016570.tif 000013
【図１２】
2020016570.tif 000014
【図１３】
2020016570.tif 000015