(57)【要約】      （修正有）【課題】測定条件や測定値を迅速かつ容易に把握することができる測定項目ごとの測定結果画像を生成する三次元測定装置を提供する。【解決手段】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５０４と、幾何要素を用いて測定する測定項目を記憶する設定情報記憶部５０３と、プローブ１１０を用いて測定対象物上の位置を指示することにより、幾何要素に対応する測定点を測定する座標測定部５１１と、測定された測定点の座標と幾何要素の種別とに基づいて幾何要素を特定する幾何要素特定部５１２と、特定された幾何要素から測定項目に対応する測定値を算出する測定値算出部５１３と、２以上の測定値の一覧表を生成する一覧表作成部５１５と、測定対象物Ｓの外観画像上に測定項目に対応する測定値を重畳表示した測定結果画像を測定項目ごとに作成する測定結果画像作成部５１６とを備える。【選択図】図１１
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【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手段と、
幾何要素を用いて測定する測定項目を記憶する記憶手段と、
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、前記幾何要素に対応する測定点を測定する手段と、
測定された前記測定点の座標と前記幾何要素の種別とに基づいて前記幾何要素を特定する手段と、
特定された前記幾何要素から前記測定項目に対応する測定値を算出する手段と、
２以上の前記測定値の一覧表を生成する一覧表作成手段と、
前記測定対象物の外観画像上に前記測定項目に対応する前記測定値を重畳表示した測定結果画像を前記測定項目ごとに作成する画像作成手段とを備え、
前記外観画像は、前記測定項目ごとに予め定められた構図設定に基づいて前記三次元モデルから作成されることを特徴とする三次元測定装置。
【請求項２】
前記構図設定は、前記幾何要素の位置及び大きさに基づいて定められ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３】
前記構図設定は、ユーザ操作により変更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】
ユーザ操作により前記測定対象物を撮影し、前記測定項目に対応する撮影画像を生成するカメラを備え、
前記画像作成手段は、前記測定項目に対応づけられた前記撮影画像が存在する場合、前記外観画像として、前記撮影画像が用いられ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５】
ユーザ操作により前記測定項目に対応づけて前記測定対象物を撮影し、当該撮影時におけるカメラアングルを出力するカメラを備え、
前記構図設定は、前記カメラアングルに基づいて定められ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６】
幾何要素を用いて測定する測定項目を記憶する記憶手段と、
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、前記幾何要素に対応する測定点を測定する手段と、
測定された前記測定点の座標と前記幾何要素の種別とに基づいて前記幾何要素を特定する手段と、
特定された前記幾何要素から前記測定項目に対応する測定値を算出する手段と、
２以上の前記測定値の一覧表を生成する一覧表作成手段と、
前記測定対象物の外観画像上に前記測定項目に対応する前記測定値を重畳表示した測定結果画像を前記測定項目ごとに作成する画像作成手段とを備え、
前記外観画像は、前記測定対象物の全体を示す画像を分割した多数の小領域の隣接する１又は２以上で構成される画像として予め定められることを特徴とする三次元測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元測定装置に係り、さらに詳しくは、測定対象物上において幾何要素を特定し、測定対象物の形状を測定する三次元測定装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物上において１又は２以上の幾何要素を特定し、当該幾何要素の寸法、角度などの物理量を算出することにより、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、指示された位置の座標を測定することができる。そして、測定された座標に基づいて幾何要素を特定し、当該幾何要素の物理量を算出することにより、測定対象物の形状に関する所望の物理量を測定する。
【０００３】
測定結果は、測定対象物の外観画像上に幾何要素や測定値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、測定対象物の撮影画像や、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。ユーザは、このような測定結果画像を参照することにより、測定条件や測定値を迅速かつ容易に把握することができる。
【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】
１つの測定対象物について複数の測定が行われる場合、測定項目ごとに、幾何要素が特定され、測定値が算出される。この場合、複数の測定項目に対応する幾何要素や測定値が、同一の測定結果画像上に表示される。つまり、多数の測定が行われた場合、同一の外観画像上に多数の幾何要素や測定値が表示されることになり、煩雑で分かり難くなるという問題があった。
【０００６】
また、複数の測定結果を同一の外観画像上に重畳して表示する場合、測定対象物の全体を示す外観画像が用いられる。このため、幾何要素や測定寸法に比べて、測定対象物の全体が大きい場合、幾何要素や測定値を示すシンボルが小さくなり過ぎ、何を測定しているのかが分かり難くなるという問題もあった。
【０００７】
一方、測定項目ごとに測定結果画像を生成することも考えられる。例えば、測定項目ごとに、当該測定項目に対応する幾何要素を含むように測定対象物を撮影し、得られた撮影画像に対し、当該測定項目の幾何要素や測定値を重畳し、測定項目ごとに測定結果画像を生成することも考えられる。しかしながら、この場合、測定項目ごとに撮影を行う必要があり、煩雑であるという問題があった。
【０００８】
さらに、撮影画像を用いる場合、三次元モデルから生成した画像を用いる場合とは異なり、測定を行っている室内の背景なども画像内に同時に写り込む場合があり、測定結果とは無関係の情報が含まれる画像が測定結果画像に用いられる場合があるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、測定条件や測定値を迅速かつ容易に把握することができる測定結果画像を測定項目ごとに生成する三次元測定装置を提供することを目的とする。また、測定結果画像を構成する測定対象物の外観画像が、測定項目に応じた構図設定により三次元モデルから生成される三次元測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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手段と、幾何要素の種別の指定を受け付ける手段と、前記幾何要素を用いて測定する測定項目の指定を受け付ける手段と、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、前記幾何要素に対応する測定点を測定する手段と、測定された前記測定点の座標と前記幾何要素の種別とに基づいて前記幾何要素を特定する手段と、特定された前記幾何要素から前記測定項目に対応する測定値を算出する手段と、２以上の前記測定値の一覧表を生成する一覧表作成手段と、前記測定対象物の外観画像上に前記測定項目に対応する前記測定値を重畳表示した測定結果画像を前記測定項目ごとに作成する画像作成手段とを備え、前記外観画像が、前記測定項目ごとに予め定められた構図設定に基づいて前記三次元モデルから作成されるように構成される。
【００１１】
このような構成により、測定項目ごとに予め定められた構図設定に基づいて三次元モデルから外観画像を生成し、当該外観画像を用いて測定項目ごとに測定結果画像を生成することができる。従って、測定条件及び測定値を容易に把握することができる測定結果画像を生成することができる。
【００１２】
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、前記構図設定が、前記幾何要素の位置及び大きさに基づいて定められるように構成される。このような構成により、ユーザが煩雑な設定作業を行うことなく、測定項目ごとの構図設定を指定することができる。
【００１３】
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、前記構図設定は、ユーザ操作により変更可能であるように構成される。このような構成により、ユーザが必要に応じて構図設定を変更することができるので、より望ましい測定結果画像を生成することが可能になる。
【００１４】
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、ユーザ操作により前記測定対象物を撮影し、前記測定項目に対応する撮影画像を生成するカメラを備え、前記画像作成手段が、前記測定項目に対応づけられた前記撮影画像が存在する場合、前記外観画像として、前記撮影画像が用いられるように構成される。このような構成により、ユーザが必要に応じてカメラの撮影画像を外観画像として用いることができるので、より望ましい測定結果画像を生成することが可能になる。
【００１５】
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、ユーザ操作により前記測定項目に対応づけて前記測定対象物を撮影し、当該撮影時におけるカメラアングルを出力するカメラを備え、前記構図設定は、前記カメラアングルに基づいて定められるように構成される。このような構成により、ユーザが容易に構図設定を変更することができるので、より望ましい測定結果画像を生成することが可能になる。
【００１６】
本発明の第６の態様による三次元測定装置は、幾何要素の種別の指定を受け付ける手段と、前記幾何要素を用いて測定する測定項目の指定を受け付ける手段と、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、前記幾何要素に対応する測定点を測定する手段と、測定された前記測定点の座標と前記幾何要素の種別とに基づいて前記幾何要素を特定する手段と、特定された前記幾何要素から前記測定項目に対応する測定値を算出する手段と、２以上の前記測定値の一覧表を生成する一覧表作成手段と、前記測定対象物の外観画像上に前記測定項目に対応する前記測定値を重畳表示した測定結果画像を前記測定項目ごとに作成する画像作成手段とを備え、前記外観画像は、前記測定対象物の全体を示す画像を分割した多数の小領域の隣接する１又は２以上で構成される画像として予め定められるように構成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、測定条件や測定値を迅速かつ容易に把握することができる測定結果画像を測定項目ごとに生成する三次元測定装置を提供することができる。また、測定結果画像を構成する測定対象物の外観画像が、測定項目に応じた構図設定により三次元モデルから生成される三次元測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】主撮像部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】設定モードにおける動作の一例を示したフローチャートである。
【図５】測定モードにおける動作の一例を示したフローチャートである。
【図６】測定結果レポートの一例を示した図である。
【図７】ナビ画像３３の生成処理の一例を示したフローチャートである。
【図８】偏差マップ３３ｅの生成処理の一例を示したフローチャートである。
【図９】図６のナビ画像３３に用いる外観画像３３ａの他の生成方法についての説明図である。
【図１０】図９のナビ画像３３の生成処理の手順の一例を示したフローチャートである。
【図１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（１）三次元測定装置
図１は、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。三次元測定装置１は、測定対象物の寸法を測定し、測定値の良否判定を行う装置であり、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、主撮像部１０５及び表示部１０６を備える。
【００２０】
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、主撮像部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。
【００２１】
主撮像部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主撮像部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。主撮像部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。主撮像部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。
【００２２】
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、撮影画像、測定結果などが表示される。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、スタイラス１１４及び副撮像部１１６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。
【００２７】
発光部１１３は、主撮像部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からの赤外線を主撮像部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。
【００２８】
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。
【００２９】
副撮像部１１６は、測定対象物Ｓを撮影し、撮影画像を生成する撮像手段である。副撮像部１１６は、筐体部１１１の前方の端面に設けられ、測定点を含む撮影画像を生成することができる。プローブ１１０内における副撮像部１１６の位置は既知であるため、プローブ１１０の位置及び姿勢に基づいて、副撮像部１１６の撮影位置及び撮影方向を求めることができる。
【００３０】
（２）プローブ１１０の位置及び姿勢
図３は、主撮像部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。
【００３１】
主撮像部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Ｐに結像する。このため、受光位置Ｐ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。
【００３２】
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。
【００３３】
（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。
【００３４】
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。
【００３５】
測定対象物Ｓの法線方向は、後述する幾何要素を特定することにより求めることができる。幾何要素は、測定対象物Ｓの外表面上の幾何学形状であり、測定対象物Ｓ上の複数の測定点を測定することにより特定される。また、これらの測定点の測定時におけるプローブ１１０の姿勢に基づいて、当該測定対象物Ｓの外面側が、２次元の幾何要素のどちら側であるのかを特定することができる。このため、幾何要素を特定すれば、測定点における測定対象物Ｓの法線方向を求めることができる。
【００３６】
（４）三次元測定装置１の動作
三次元測定装置１は、設定情報を生成するための設定モードと、当該設定情報に基づいて測定を行う測定モードの２種類の動作モードを有する。測定モードは、例えば、測定対象物Ｓの生産工程における製品検査に使用され、設定モードは、当該製品検査で使用する設定情報を予め生成するモードである。
【００３７】
設定モードでは、測定対象物Ｓの物理量の測定に関する測定項目が指定され、当該測定項目が設定情報として記憶保持される。測定項目には、物理量の測定条件及び判定条件が含まれる。一方、測定モードでは、設定モードで生成された設定情報が読み出され、当該設定情報に含まれる測定項目に基づいて、測定対象物Ｓの物理量が測定され、これらの測定値に基づいて測定対象物Ｓの良否判定が行われる。
【００３８】
測定条件は、測定する物理量を規定する情報であり、１又は２以上の幾何要素に対応づけられている。幾何要素は、測定対象物Ｓの外表面の一部として定義される幾何学形状であり、例えば、点、直線、平面、円、円筒、円錐、球を指定することができる。物理量は、１又は２以上の幾何要素を用いて測定される。例えば、２つの幾何要素間の距離又は角度、１つの幾何要素が有する長さ、角度、その他の特徴量を測定条件として指定することができる。
【００３９】
具体的には、２つの平面間の距離を測定する場合、幾何要素として２つの平面が指定される。円の中心と平面の距離を測定する場合、第１幾何要素として円、第２幾何要素として平面が指定される。直線及び平面のなす角度を測定する場合、第１幾何要素として直線、第２幾何要素として平面が指定される。円の直径、中心位置又は真円度を測定する場合、幾何要素として円が指定される。円錐の中心軸に対する母線の傾斜角を測定する場合、幾何要素として円錐が指定される。
【００４０】
判定条件は、測定された物理量の良否を判定するための条件である。判定条件は、公差情報により定められ、例えば、上限値又は下限値で構成され、測定値が上限値又は下限値を超える場合にはＮＧ（不合格）と判定され、測定値が上限値及び下限値の間の値である場合には、ＯＫ（合格）と判定される。
【００４１】
設定情報は、１つの測定対象物Ｓを対象とする２以上の測定項目を含むことができる。この場合、設定モードでは、物理量ごとに設定項目が指定され、２以上の設定項目を含む設定情報が生成される。また、測定モードでは、設定情報に基づいて、物理量ごとに測定が行われ、物理量ごとに良否判定が行われる。また、２以上の測定項目に関する良否判定の結果に基づいて、測定対象物Ｓの良否に関する総合判定が行われる。例えば、いずれかの測定項目に関する判定結果がＮＧであれば、総合判定もＮＧとなり、全ての測定項目に関する判定結果がＯＫであれば、総合判定もＯＫとなる。
【００４２】
（４−１）設定モードにおける動作
図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０８は、設定モードにおける動作の一例を示したフローチャートであり、測定対象物Ｓを用いて、設定情報を生成するための手順が示されている。
【００４３】
まず、測定項目がユーザによって指定される（ステップＳ１０１）。このステップでは、測定に用いる１又は２以上の幾何要素の種別、つまり、幾何学的形状の種別が指定されるとともに、当該幾何要素を用いて測定する物理量が指定される。
【００４４】
次に、ステップＳ１０１で指定された幾何要素を特定するために必要な１又は２以上の測定点の座標が取得される（ステップＳ１０２，Ｓ１０３）。幾何要素の特定に必要な数の測定点がプローブ１１０を用いて順に指定され、これらの測定点の座標が順に取得され、幾何要素が特定される（ステップＳ１０４）。つまり、測定条件として指定された幾何学形状の種別と、測定点の座標とに基づいて、当該測定点にフィッティングさせた幾何学形状として幾何要素が特定される。例えば、幾何要素が平面であれば、当該平面上の３以上の測定点の座標を取得することによって、幾何要素を特定することができる。
【００４５】
ステップＳ１０１で２以上の幾何要素が指定された場合には、他の幾何要素についてもステップＳ１０２〜Ｓ１０４が繰り返される（ステップＳ１０５）。
【００４６】
ステップＳ１０１で指定された全ての幾何要素が特定されると、特定された幾何要素に基づいて測定値が算出され、この測定値が、測定項目の設計値とされる（ステップＳ１０６）。また、この設計値を参考にして、良否判定を行うための上限値及び下限値がユーザによって設定される（ステップＳ１０７）。
【００４７】
２以上の測定項目を指定する場合には、他の測定項目についてもステップＳ１０１〜Ｓ１０７が繰り返され、２以上の測定項目を含む設定情報が生成される（ステップＳ１０８）。
【００４８】
（４−２）測定モードにおける動作
図５のステップＳ２０１〜Ｓ２１０は、測定モードにおける動作の一例を示したフローチャートであり、設定情報に基づいて、測定対象物Ｓの測定及び判定を行うための手順が示されている。
【００４９】
まず、設定モードで生成され、記憶保持されている設定情報が読み出される（ステップＳ２０１）。つまり、１つの測定対象物Ｓについて、１又は２以上の測定項目が読み出される。
【００５０】
最初の測定項目の測定条件に含まれる幾何要素を特定するために、測定点の座標が取得される（ステップＳ２０２，Ｓ２０３）。測定条件に従って、プローブ１１０を用いて１又は２以上の測定点の座標を順に取得することにより、幾何要素が特定される（ステップＳ２０４）。つまり、測定条件として指定された幾何学形状の種別と、取得した測定点の座標とに基づいて、当該測定点にフィッティングさせた幾何学形状として幾何要素が特定される。
【００５１】
測定項目において２以上の幾何要素が指定されている場合には、他の幾何要素についてもステップＳ２０２〜Ｓ２０４が繰り返される（ステップＳ２０５）。
【００５２】
測定項目において指定された全ての幾何要素が特定されると、特定された幾何要素に基づいて、測定項目に対応する測定値が算出される（ステップＳ２０６）。この測定値を上限値及び下限値と比較することにより、測定値に関する良否判定が行われる（ステップＳ２０７）。
【００５３】
設定情報に２以上の測定項目が含まれている場合、他の測定項目についてもステップＳ２０２〜Ｓ２０７が繰り返され、全ての測定項目について測定値が求められ、良否判定が行われる（ステップＳ２０８）。全ての測定項目について判定結果が得られれば、これらの判定結果に基づいて、測定対象物Ｓの良否について総合判定が行われる（ステップＳ２０９）。
【００５４】
その後、測定結果レポートが作成される（ステップＳ２１０）。測定結果レポートには、測定値、判定結果及びナビ画像が含まれる。測定結果レポートは、表示部１０６に画面表示され、紙媒体に印刷出力され、あるいは、データとして記憶又は出力される。
【００５５】
（５）三次元モデルの受け付け
三次元測定装置１は、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。読み込まれた三次元モデルは、測定対象物Ｓが配置された実空間の座標と一致させるための座標変換が行われる。
【００５６】
（６）測定結果レポート
図６は、測定結果レポートの一例を示した図である。測定結果レポートは、設定情報ごとに作成され、ヘッダ情報３１と、一覧情報３２と、複数のナビ画像３３とにより構成される。ナビ画像３３は、測定結果を迅速かつ直感的に把握できるように、一覧情報３２の測定項目ごとに生成される測定結果画像である。
【００５７】
ヘッダ情報３１には、測定対象物Ｓの全体画像３１ａと、総合判定３１ｂが含まれる。全体画像３１ａは、測定対象物Ｓの全体を示す画像であり、三次元モデルに基づいて生成される。総合判定３１ｂは、測定対象物Ｓの良否判定の結果であり、一覧情報３２を構成する測定項目ごとの判定結果に基づいて求められる。
【００５８】
一覧情報３２は、１又は２以上の測定項目に関する情報により構成され、一覧表として表示される。設定情報に複数の測定項目が含まれる場合、一覧情報３２は、設定情報に含まれる全ての測定項目に関する情報で構成される。図中には、４つの測定項目からなる一覧表が示されている。この一覧表の各行は、測定項目に対応し、測定番号、測定条件、測定値、単位、設計値、上限値、下限値及び判定結果が含まれる。
【００５９】
測定番号１は、測定対象物Ｓの左右端に位置する平面００１及び００２間の距離を測定する測定項目である。測定値は、上限値及び下限値の範囲内であるため、判定結果はＯＫである。測定番号２は、測定対象物Ｓの上面右側後方に位置する開口縁部である円００１の直径を測定する測定項目であり、判定結果はＯＫである。測定番号３は、測定対象物Ｓの上面左側に位置する円柱上面の縁部である円００２の直径を測定する測定項目であり、判定結果は上限値を超えているためＮＧである。測定番号４は、測定対象物Ｓの上面右側前方に位置する円錐形状の凹部である円錐００１の角度を測定する測定項目であり、判定結果はＯＫである。
【００６０】
ナビ画像３３は、一覧情報３２内の各測定項目に対応する画像であり、三次元モデルに基づいて生成される。ナビ画像３３は、測定対象物Ｓの外観画像３３ａ上に、測定点３３ｂ、幾何要素３３ｃ及び測定値３３ｄを重畳した画像からなる。また、幾何要素３３ｃが面を含む幾何学図形である場合、ナビ画像３３は、偏差マップ３３ｅを更に重畳した画像として生成される。
【００６１】
外観画像３３ａは、三次元モデルから生成される画像、例えば、斜視図である。測定点３３ｂは、円形のシンボルで表示され、幾何要素３３ｃは、幾何学図形のシンボルとして表示される。測定値３３ｄは、数値で表示され、あるいは、シンボルとして表示される。例えば、平面００１，００２間の距離は、両幾何要素３３ｃを結ぶ直線のシンボルと数値で示されている。なお、重畳される数値やシンボル３３ｂ〜３３ｄは半透明であってもよく、その透明度はユーザ指定が可能である。
【００６２】
偏差マップ３３ｅは、幾何要素を構成する面内における偏差分布を示すマップ（分布表示）であり、例えば、偏差を色に対応づけ、幾何要素の対象面内を異なる色で塗り分けることにより偏差分布を色分布として示すマップである。図中では、円錐００１の円錐面に偏差マップ３３ｅが表示されている。  
【００６３】
偏差マップ３３ｅは、面を含む幾何要素に対して生成される偏差分布を示すマップである。偏差マップ３３ｅが生成される幾何要素は、２以上の測定点にフィッティングさせた幾何要素、つまり、幾何要素の種別及び２以上の測定点に基づいて特定される幾何要素である。このような幾何要素の対象面上における偏差分布として偏差マップ３３ｅが生成される。具体的には、各測定点における偏差を補間することにより偏差マップ３３ｅが生成される。つまり、特定された幾何要素に対する各測定点の偏差を求め、幾何要素の対象面内において当該偏差を補間することにより、当該対象面内における偏差分布を生成することができる。測定点の偏差とは、幾何要素の対象面に対する測定点の偏差、つまり、対象面の法線方向における当該対象面から測定点までの距離である。偏差マップ３３ｅは、幾何要素の対象面に対する測定対象物Ｓの対象面の偏差分布を示しているため、測定対象物Ｓの対象面のうねりや凹凸などが視覚的に把握可能になる。
【００６４】
ナビ画像３３の構図設定、つまり、三次元モデルから外観画像３３ａを生成する際に用いる視点、視線方向、画角などの条件設定は、測定項目ごとに予め定められる。例えば、測定項目に対応する幾何要素の位置及び大きさに基づいて定めることができる。また、測定項目に対応する物理量、つまり、設計値又は測定値の位置及び大きさに基づいて定めることができる。図示したナビ画像３３は、幾何要素３３ｃ及び測定値３３ｄを包含し、かつ、これらが明瞭に視認できるように、三次元モデル上において視点、視線方向及び画角が予め定められている。なお、外観画像３３ａのライティング処理（陰影処理）は、測定項目ごとにユーザ指定が可能である。
【００６５】
外観画像３３ａは、三次元モデルの画像に代えて、副撮像部１１６による撮影画像を用いることもできる。例えば、ユーザが副撮像部１１６を用いて測定対象物Ｓを撮影し、測定項目に対応づけた撮影画像が存在する場合、三次元モデルの画像に代えて、撮影画像を外観画像３３ａとして用いることができる。
【００６６】
外観画像３３ａの構図設定は、ユーザが変更することもできる。例えば、ユーザが副撮像部１１６のカメラアングルを指定すれば、このカメラアングルに基づいて構図設定を決定して三次元モデルから外観画像３３ａを生成することができる。カメラアングルは、撮影位置、撮影方向、画角などを含む撮影条件であり、ユーザが副撮像部１１６を用いて測定対象物Ｓを撮影することによって取得される。プローブ１１０内における副撮像部１１６の位置は既知であるため、撮影位置及び撮影方向は、プローブ１１０の位置及び姿勢に基づいて求められることは上述した通りである。また、画角は撮影時における副撮像部１１６の画角が用いられるが、副撮像部１１６の画角は固定であってもよい。ユーザが測定項目に対応づけてカメラアングルを指定すれば、当該測定項目のための外観画像３３ａを当該カメラアングルに基づいて三次元モデルから生成することができる。さらに、操作部１２０を用いた拡大又は縮小のためのユーザ操作により、三次元モデルから外観画像３３ａを生成する際の画角を変更可能にすることもできる。
【００６７】
図７のステップＳ３０１〜Ｓ３１０は、ナビ画像３３の生成処理の一例を示したフローチャートである。このフローチャートは、一覧情報３２内に示された２以上の測定項目に対応するナビ画像３３が順に生成される手順が示されている。
【００６８】
まず、測定番号１の測定項目が、ナビ画像生成処理の対象として特定される（ステップＳ３０１，Ｓ３０２）。ナビ画像３３は、測定項目に対応する画像であり、測定番号順に生成される場合、最初に測定番号１が処理対象として特定される。
【００６９】
処理対象となる測定項目について構図設定が決定される（ステップＳ３０３）。例えば、処理対象の測定項目に対応づけて保持されている構図設定が読み出され、あるいは、ユーザによって指定される。
【００７０】
決定した構図設定に基づいて外観画像３３ａが生成される（ステップＳ３０４）。外観画像３３ａは、測定対象物Ｓの外観を示す画像であり、構図設定に基づいて、三次元モデルから生成される。
【００７１】
外観画像３３ａ上には、測定点３３ｂが重畳して配置される（ステップＳ３０５）。測定値３３ｄは、例えば、円形のシンボルとして外観画像３３ａ上に配置される。測定項目に関し、２以上の測定点の座標が取得されている場合には、これらの測定点がそれぞれ配置される。
【００７２】
また、外観画像３３ａ上には、処理対象となる測定項目の幾何要素３３ｃが重畳して配置される（ステップＳ３０６）。幾何要素３３ｃは、当該幾何要素の形状を示す幾何学図形のシンボルとして外観画像３３ａ上に配置される。測定項目に２つの幾何要素３３ｃが対応づけられている場合には、これらの幾何要素３３ｃがそれぞれ配置される。
【００７３】
また、外観画像３３ａ上には、処理対象となる測定項目の測定値３３ｄが重畳して配置される（ステップＳ３０７）。測定値３３ｄは、数値で表示され、あるいは、シンボルとして表示される。
【００７４】
さらに、処理対象の測定項目に対する幾何要素が面を含む場合には、外観画像３３ａ上に偏差マップ３３ｅが重畳して配置される（ステップＳ３０８，Ｓ３０９）。幾何要素が面を含まない幾何学図形の場合、例えば、点、直線、円の場合、偏差マップ３３ｅは生成されない（ステップＳ３０８）。一方、幾何要素が面を含む幾何学図形の場合、例えば、平面、円筒、円錐、球の場合、偏差マップ３３ｅが生成され外観画像３３ａ上に配置される（ステップＳ３０９）。
【００７５】
１つの測定番号の測定項目に対応するナビ画像の生成処理（ステップＳ３０２〜Ｓ３０９）が終了すれば、次の測定番号の測定項目に対応するナビ画像の生成処理が行われる（ステップＳ３１０）。そして、全ての測定項目に対応するナビ画像の生成処理が終了すれば、このフローチャートによる処理を終了する。
【００７６】
図８のステップＳ４０１〜Ｓ４０７は、偏差マップ３３ｅの生成処理の一例を示したフローチャートである。このフローチャートは、図７のステップＳ３０９において実行される処理である。
【００７７】
まず、幾何要素の面に対する各測定点の偏差が算出される（ステップＳ４０１，Ｓ４０２）。幾何要素は、測定モードの手順（図５のステップＳ２０４）において特定されている。当該幾何要素の偏差マップ３３ｅが生成される対象面に対する測定点の偏差が算出される。測定点の偏差は、幾何要素の対象面の法線方向における当該対象面から測定点まで距離として算出される（ステップＳ４０１）。このような偏差が、幾何要素に対応する全ての測定点について算出される（ステップＳ４０２）。
【００７８】
次に、幾何要素の対象面が、多数の小領域に分割され（ステップＳ４０３）、これらの小領域ごとに偏差に対応する着色が行われる（ステップＳ４０４〜Ｓ４０７）。小領域の偏差は、測定点の偏差を補間することにより算出される（ステップＳ４０４）。小領域の偏差が算出されると、偏差に色を対応づけたカラーテーブルを参照して、当該小領域の色が決定され（ステップＳ４０５）、外観画像３３ａ上の当該小領域が当該色で塗りつぶされる（ステップＳ４０６）。このような小領域ごとの処理が、ステップＳ４０３で分割された全ての小領域について繰り返されることにより、幾何要素の対象面に対応する偏差マップが形成される（ステップＳ４０７）。
【００７９】
図９は、図６のナビ画像３３に用いる外観画像３３ａの他の生成方法についての説明図であり、測定対象物Ｓの全体の外観を示す全体外観画像４０が示されている。全体外観画像４０の作成方法は任意であり、三次元モデルから作成された画像であってもよいし、撮影画像であってもよい。外観画像３３ａは、当該全体外観画像４０の全部又は一部として、測定項目ごとに予め定められている。
【００８０】
全体外観画像４０は、多数の小領域であるセグメント４１に予め分割されている。図中では、横方向に９分割、縦方向に５分割され、４５個のセグメント４１に分割されている。ナビ画像３３に用いる外観画像３３ａは、これらのセグメント４１の隣接する１又は２以上により構成される画像として、測定項目ごとに予め定められる。図中の４２は、図６の測定番号３の測定項目に対応する外観画像３３ａであり、測定項目に対応する幾何要素である円００２を含むように予め定められる。
【００８１】
図１０のステップＳ５０１〜Ｓ５１０は、図９のナビ画像３３の生成処理の手順の一例を示したフローチャートである。図７のフローチャートと比較すれば、ステップＳ５０３のみが異なり、その他のステップは、図７のフローチャートと同一である。ステップＳ５０３では、処理対象となる測定項目に対応する１又は２以上のセグメント４１が決定される。つまり、外観画像３３ａを構成するセグメント４１が決定される。外観画像３３ａは、例えば、測定項目に対応する幾何要素の位置及び大きさに基づいて定めることができる。また、測定項目に対応する物理量、つまり、設計値又は測定値の位置及び大きさに基づいて定めることができる。
【００８２】
（７）測定ヘッド１００の機能構成
図１１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る。測定ヘッド１００は、主撮像部１０５、表示部１０６、測定項目受付部５０１、幾何要素受付部５０２、設定情報記憶部５０３、三次元モデル受付部５０４、座標変換部５０５、三次元モデル記憶部５０６、座標測定部５１１、幾何要素特定部５１２、測定値算出部５１３及びレポート作成部５１４を備える。
【００８３】
測定項目受付部５０１は、測定項目の指定を受け付ける手段である。測定項目は、操作部１２０を用いてユーザにより指定される。受け付けた測定項目は、設定情報記憶部５０３に記憶される。
【００８４】
幾何要素受付部５０２は、幾何要素の種別の指定を受け付ける手段であり、幾何要素の種別は、操作部１２０を用いてユーザにより指定される。受け付けた幾何要素の種別は、設定情報記憶部５０３に記憶される。
【００８５】
設定情報記憶部５０３は、測定項目及び幾何要素を記憶する記憶手段である。幾何要素は測定項目に対応づけて記憶される。幾何要素は、その種別が幾何要素受付部５０２によって受け付けられ、設定モードにおいて幾何要素特定部５１２により特定された幾何要素が保持されている。
【００８６】
三次元モデル受付部５０４は、測定対象物Ｓの三次元モデルを示すデータファイルを受け付ける手段である。三次元モデルのデータファイルは、処理装置１３０内に保持され、ユーザが選択したファイルが三次元モデル受付部５０４により受け付けられる。座標変換部５０５は、三次元モデルの座標変換を行う手段である。三次元モデル記憶部５０６は、三次元モデルを記憶する手段であり、座標変換後の三次元モデルが保持される。
【００８７】
主撮像部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。
【００８８】
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。
【００８９】
幾何要素特定部５１２は、座標測定部５１１が求めた測定点の座標と、設定情報記憶部５０３が保持する幾何要素の種別とに基づいて、幾何要素を特定する。
【００９０】
測定値算出部５１３は、設定情報記憶部５０３が保持する測定項目に基づいて、幾何要素特定部５１２が特定した幾何要素から測定値を算出する。
【００９１】
レポート作成部５１４は、測定結果レポートを作成する手段であり、測定結果レポートは、表示部１０６に表示され、紙媒体に印刷され、あるいは、処理装置１３０へ出力される。測定結果レポートは、測定値の一覧表と、測定項目ごとのナビ画像を含み、レポート作成部５１４は、一覧表作成部５１５及び測定結果画像作成部５１６を備える。一覧表作成部５１５は、１又は２以上の測定値を含む一覧表を作成する手段である。測定結果画像作成部５１６は、測定項目ごとにナビ画像３３を生成する。ナビ画像３３は、測定項目ごとの構図設定により生成された三次元モデルの外観画像上に当該測定項目に対応する幾何要素及び測定点を重畳させた画像である。
【００９２】
本発明の実施の形態による三次元測定装置１は、測定対象物Ｓに対応する三次元モデルを受け付ける三次元モデル受付部５０４と、幾何要素の種別の指定を受け付ける幾何要素受付部５０２と、幾何要素を用いて測定する測定項目の指定を受け付ける測定項目受付部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、幾何要素に対応する測定点を測定する座標測定部５１１と、測定された測定点の座標と幾何要素の種別とに基づいて幾何要素を特定する幾何要素特定部５１２と、特定された幾何要素から測定項目に対応する測定値を算出する測定値算出部５１３と、２以上の測定値の一覧表を生成する一覧表作成部５１５と、測定対象物Ｓの外観画像上に測定項目に対応する測定値を重畳表示した測定結果画像３３を測定項目ごとに作成する測定結果画像作成部５１６とを備え、外観画像が、測定項目ごとに予め定められた構図設定に基づいて前記三次元モデルから作成される。
【００９３】
このような構成を採用することにより、測定項目ごとに予め定められた構図設定に基づいて三次元モデルから外観画像を生成し、当該外観画像を用いて測定項目ごとにナビ画像３３を生成することができる。従って、測定条件及び測定値を容易に把握することができるナビ画像３３を生成することができる。
【００９４】
上記実施の形態では、主撮像部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】
【００９５】
１        三次元測定装置
１００    測定ヘッド
１０１    筐体
１０４    載置台
１０５    主撮像部
１０６    表示部
１１０    プローブ
１１１    筐体部
１１２    把持部
１１３    発光部
１１４    スタイラス
１１５    接触部
１１６    副撮像部
１２０    操作部
１３０    処理装置
３１      ヘッダ情報
３１ａ    全体画像
３１ｂ    総合判定
３２      一覧情報
３３      ナビ画像（測定結果画像）
３３ａ    外観画像
３３ｂ    測定点
３３ｃ    幾何要素
３３ｄ    測定値
４０      全体外観画像
４１      セグメント
５０１    測定項目受付部
５０２    幾何要素受付部
５０３    設定情報記憶部
５０４    三次元モデル受付部
５０５    座標変換部
５０６    三次元モデル記憶部
５１１    座標測定部
５１２    幾何要素特定部
５１３    測定値算出部
５１４    レポート作成部
５１５    一覧表作成部
５１６    測定結果画像作成部
Ｓ        測定対象物
【図１】
2020016569.tif 000003
【図２】
2020016569.tif 000004
【図３】
2020016569.tif 000005
【図４】
2020016569.tif 000006
【図５】
2020016569.tif 000007
【図６】
2020016569.tif 000008
【図７】
2020016569.tif 000009
【図８】
2020016569.tif 000010
【図９】
2020016569.tif 000011
【図１０】
2020016569.tif 000012
【図１１】
2020016569.tif 000013