(57)【要約】【課題】環境温度の変化に対しても、常に高精度な測定を実現できる三次元測定システムを提供。【解決手段】任意の位置に移動可能な測定用点光源と、測定用点光源からの光を受光し、該測定用点光源の位置を検出する位置検出装置とを備える。位置検出装置を構成する第１光学系と第１ラインセンサとの間、および、第２光学系と第２ラインセンサとの間に、各ラインセンサの画素配列方向に間隔を隔てた少なくとも２つの基準線を有する透明な校正用基板が配置される。また、プローブ演算部において、各ラインセンサで検出される輝度分布信号および２つの基準線に基づく基準位置信号８２Ａ，８２Ｂのうち、基準位置信号８２Ａ，８２Ｂと対応するラインセンサの画素位置から、ラインセンサの熱膨張または移動に伴うシフト量を算出し、このシフト量を補正して測定用点光源の座標を演算する。【選択図】図８
2014202691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
任意の位置に移動可能な測定用点光源と、前記測定用点光源からの光を受光し、該測定用点光源の位置を検出する位置検出装置とを備え、
前記位置検出装置は、互いに離間して配置され前記測定用点光源からの光を第１軸上に集光する一対の第１光学系と、この各第１光学系によって前記第１軸上に集光された光を受光し第１軸上における輝度分布を表す第１輝度分布信号を出力する一対の第１ラインセンサと、前記測定用点光源からの光を前記第１軸とは直交する第２軸上に集光する第２光学系と、この第２光学系によって前記第２軸上に集光された光を受光し第２軸上における輝度分布を表す第２輝度分布信号を出力する第２ラインセンサ、前記第１輝度分布信号および第２輝度分布信号に基づいて前記測定用点光源の座標を演算する位置演算部を含んで構成された三次元測定システムにおいて、
前記第１光学系と前記第１ラインセンサとの間、および、前記第２光学系と前記第２ラインセンサとの間に、各ラインセンサの画素配列方向に間隔を隔てた少なくとも２つの基準線を有する透明な校正用基板が配置され、
前記位置演算部は、前記各ラインセンサで検出される輝度分布信号および前記２つの基準線に基づく基準位置信号のうち、前記基準位置信号と対応する前記ラインセンサの画素位置から、前記ラインセンサの熱膨張または移動に伴うシフト量を算出し、このシフト量を補正して前記測定用点光源の座標を演算する、
ことを特徴とする三次元測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元測定システムにおいて、
前記位置演算部は、予め基準温度において検出された前記２つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの２つの基準時画素位置と、測定時において検出された前記２つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの２つの測定時画素位置との差からシフト量を算出し、このシフト量を打ち消すように、前記測定用点光源の座標を補正する、
ことを特徴とする三次元測定システム。
【請求項３】
請求項２に記載の三次元測定システムにおいて、
前記位置演算部は、測定時において検出された前記２つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの２つの測定時画素位置の間隔が変化していた場合、前記２つの基準時画素位置と２つの測定時画素位置との差からラインセンサの熱膨張に伴うシフト量を算出し、測定時において検出された前記２つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの２つの測定時画素位置の間隔が変化していない場合、前記基準時画素位置と測定時画素位置との差からラインセンサの移動に伴う一定量のシフト量を算出する、
ことを特徴とする三次元測定システム。  
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の三次元測定システムにおいて、
前記校正用基板は、ガラス基板に前記基準線がエッチングによって形成されている、
ことを特徴とする三次元測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの位置や形状を光学的に測定するための三次元測定システムに関する。詳しくは、任意の位置に移動可能な測定用点光源と、この測定用点光源からの光を受光し、該測定用点光源の位置を検出する位置検出装置とを備えた三次元測定システムに関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来、スポット光を被測定物（ワーク）に照射し、その照射位置からの反射光、あるいは、任意の位置に移動可能な測定用点光源からの光を受光し、スポット光の照射位置や測定用点光源の位置に関する情報を求める三次元測定システムが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、スポット光をワークに照射し、その照射位置からの反射光をＸ軸上の異なる領域に収束する第１及び第２の光学系と、これらの光学系によってＸ軸上の異なる領域に収束された反射光を受光しＸ軸上における輝度分布を表す検出信号を出力する第１及び第２のラインセンサと、スポット光の反射光をＹ軸上に収束する光学系と、この光学系によってＹ軸上に収束された反射光を受光し、Ｙ軸上における輝度分布を表す検出信号を出力する第３のラインセンサと、各ラインセンサからの検出信号に基づいて、ワークにおけるスポット光の照射位置に関する情報を求める演算処理部とを備えた三次元測定システムが提案されている。
【０００４】
このような測定システムによれば、Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸といった三次元駆動軸を持たなくても、ワークに対してスポット光を照射するだけで、スポット光が照射された照射位置に関する情報を光学的に正確に検出できる。そのため、巨大構造物の測定や危険領域における測定などに利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２３３７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した三次元測定システムは、巨大構造物の測定などに供されるため、屋外などの温度変化が大きい環境で使用されることが多い。
温度変化が大きい環境で使用されると、温度変化に伴って、ラインセンサを構成する画素や、ラインセンサを取り付けるマウントプレートが熱膨張を起こすため、これによって検出される輝度分布信号の重心位置も変化してしまう。その結果、これらの輝度分布信号の重心位置からスポット光の照射位置や点光源の座標位置を求める際、高精度な測定が期待できない。
【０００７】
本発明の目的は、環境温度の変化に対しても、常に高精度な測定を実現できる三次元測定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の三次元測定システムは、任意の位置に移動可能な測定用点光源と、前記測定用点光源からの光を受光し、該測定用点光源の位置を検出する位置検出装置とを備え、前記位置検出装置は、互いに離間して配置され前記測定用点光源からの光を第１軸上に集光する一対の第１光学系と、この各第１光学系によって前記第１軸上に集光された光を受光し第１軸上における輝度分布を表す第１輝度分布信号を出力する一対の第１ラインセンサと、前記測定用点光源からの光を前記第１軸とは直交する第２軸上に集光する第２光学系と、この第２光学系によって前記第２軸上に集光された光を受光し第２軸上における輝度分布を表す第２輝度分布信号を出力する第２ラインセンサ、前記第１輝度分布信号および第２輝度分布信号に基づいて前記測定用点光源の座標を演算する位置演算部を含んで構成された三次元測定システムにおいて、前記第１光学系と前記第１ラインセンサとの間、および、前記第２光学系と前記第２ラインセンサとの間に、各ラインセンサの画素配列方向に間隔を隔てた少なくとも２つの基準線を有する透明な校正用基板が配置され、前記位置演算部は、前記各ラインセンサで検出される輝度分布信号および前記２つの基準線に基づく基準位置信号のうち、前記基準位置信号と対応する前記ラインセンサの画素位置から、前記ラインセンサの熱膨張または移動に伴うシフト量を算出し、このシフト量を補正して前記測定用点光源の座標を演算する、ことを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、測定用点光源が点灯されると、測定用点光源からの光が第１ラインセンサおよび第２ラインセンサによって輝度分布信号として検出される。
本発明では、第１光学系と第１ラインセンサとの間、および、第２光学系と第２ラインセンサとの間に、各ラインセンサの画素配列方向に間隔を隔てた少なくとも２つの基準線を有する透明な校正用基板が配置されているから、これらの基準線に基づく基準位置信号が輝度分布信号に重畳された状態で各ラインセンサで検出される。
【００１０】
すると、位置演算部は、各ラインセンサで検出される輝度分布信号および２つの基準線に基づく基準位置信号のうち、基準位置信号と対応するラインセンサの画素位置から、ラインセンサの熱膨張または移動に伴うシフト量を算出し、このシフト量を補正して、測定用点光源の座標を演算する。例えば、各ラインセンサで検出される輝度分布信号の輝度重心位置を、算出されたシフト量で補正したのち、これら補正した輝度重心位置から測定用点光源の座標を演算する。
従って、環境温度の変化によってラインセンサが熱膨張したり移動しても、これらの熱膨張または移動に伴うシフト量を補正して測定用点光源の座標が演算されるから、環境温度の変化に対しても、常に高精度な測定を実現できる。
【００１１】
本発明の三次元測定システムにおいて、前記位置演算部は、予め基準温度において検出された前記２つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの２つの基準時画素位置と、測定時において検出された前記２つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの２つの測定時画素位置との差からシフト量を算出し、このシフト量を打ち消すように、前記測定用点光源の座標を補正する、ことが好ましい。
【００１２】
このような構成によれば、予め基準温度において検出された２つの基準位置信号と対応するラインセンサの２つの基準時画素位置と、測定時において検出された２つの基準位置信号と対応するラインセンサの２つの測定時画素位置との差からシフト量が算出され、このシフト量で輝度重心位置が補正されるから、測定用点光源の座標を高精度に演算することができる。
【００１３】
本発明の三次元測定システムにおいて、前記位置演算部は、測定時において検出された前記２つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの２つの測定時画素位置の間隔が変化していた場合、前記２つの基準時画素位置と２つの測定時画素位置との差からラインセンサの熱膨張に伴うシフト量を算出し、測定時において検出された前記２つの基準位置信号と対応する前記ラインセンサの２つの測定時画素位置の間隔が変化していない場合、前記基準時画素位置と測定時画素位置との差からラインセンサの移動に伴う一定量のシフト量を算出する、ことが好ましい。
【００１４】
このような構成によれば、測定時において検出された２つの基準位置信号と対応するラインセンサの２つの測定時画素位置の間隔が変化していた場合、ラインセンサの熱膨張が生じているとみなし、２つの基準時画素位置と２つの測定時画素位置との差からラインセンサの熱膨張に伴うシフト量が算出されるから、ラインセンサの熱膨張に伴うシフト量を正確に算出できる。
また、測定時において検出された２つの基準位置信号と対応するラインセンサの２つの測定時画素位置の間隔が変化していない場合、ラインセンサが移動しているとみなし、基準時画素位置と測定時画素位置との差に応じた一定量のシフト量が算出されるから、ラインセンサの移動に伴うシフト量を正確に算出できる。
【００１５】
本発明の三次元測定システムにおいて、前記校正用基板は、ガラス基板に前記基準線がエッチングによって形成されている、ことが好ましい。
このような構成によれば、校正用基板は、ガラスに基準線がエッチングによって形成された構成であるため、熱による影響が少なく、かつ、簡単に製造できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態の全体構成を示す図。
【図２】同上実施形態のブロック図。
【図３】同上実施形態において、接触式のプローブを示す斜視図。
【図４】同上実施形態において、検出部の構成を示す斜視図。
【図５】同上実施形態において、校正用基板組み込む状態を示す図。
【図６】同上実施形態において、校正用基板を示す図。
【図７】同上実施形態において、ラインセンサで検出される輝度分布信号と基準位置信号との関係を示す図。
【図８】同上実施形態において、ラインセンサの熱膨張による補正方法を説明するための図。
【図９】同上実施形態において、ラインセンサの移動による補正方法を説明するための図。
【図１０】同上実施形態において、ラインセンサの熱膨張と移動による補正方法を説明するための図。
【図１１】非接触式のプローブを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１および図２に示すように、本実施形態の三次元測定システムは、プローブ１０と、撮像部２０と、プローブ１０および撮像部２０を制御するとともに、撮像部２０からの検出信号を基にプローブ１０の位置およびプローブ１０の接触子１７の位置を演算する演算制御装置３０と、表示装置４０とを備える。ここで、撮像部２０および演算制御装置３０によって位置検出装置が構成されている。
【００１８】
プローブ１０は、図３に詳細を示すように、測定者が手でもって任意の位置へ移動できる大きさのプローブ本体１１と、このプローブ本体１１に一体的に設けられたスタイラス１６とを含んで構成されている。
プローブ本体１１は、測定者が両手で掴めるように、一端が結合され、他端が次第に離れるように弓状に湾曲したのち再び結合した２本のアーム１２，１３を有する形状に形成されている。また、プローブ本体１１の正面において、アーム１２，１３の一端結合部１４と、アーム１２，１３の他端結合部１５を挟んだ両側部とには、測定用点光源としての３個のＬＥＤ（発光ダイオード）１〜３，４〜６，７〜９がそれぞれ配置されている。つまり、プローブ本体１１には、合計９個のＬＥＤ１〜９が配置されている。これらのＬＥＤ１〜９は、演算制御装置３０からのパルス信号に同期して予め設定された順番で点灯されるように構成されている。
スタイラス１６は、プローブ本体１１のアーム１２，１３の他端結合部１５から一端結合部１４とは反対側に突出して設けられ、先端に球状の接触子１７を有する。従って、プローブ本体１１に対してＬＥＤ１〜９と接触子１７とが所定の位置関係で配置されているため、ＬＥＤ１〜９の座標を求めることにより、これらの座標から接触子１７の座標を求めることができる。
【００１９】
撮像部２０は、三脚２１と、この三脚２１によって略水平に支持された横長箱状のケース２２と、このケース２２の正面３箇所、つまり、左右および中央に配置された３つの検出部２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと、ケース２２内に配置されたフレームグラバ２６および制御基板２７とから構成されている。
検出部２３Ａ〜２３Ｃは、図４に示すように、集光領域２８から入射した光を１軸上に集光させるシリンドリカルレンズ２４Ａ〜２４Ｃと、このシリンドリカルレンズ２４Ａ〜２４Ｃによって集光された光を受光し、１軸上における輝度分布を表す輝度分布信号を出力するラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃとから構成されている。ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃは、例えば、ＣＣＤ（charge coupled device）を一列に配列した構成である。
【００２０】
ここで、検出部２３Ａ，２３Ｃにおいて、ラインセンサ２５Ａ，２５Ｃは、互いに離間して配置された第１ラインセンサを構成するもので、集光領域２８のＸ軸（第１軸）と直交するＹ軸（第２軸）に対して直交し、かつ、Ｘ軸に対して僅か内向きに傾斜して配置されている。シリンドリカルレンズ２４Ａ，２４Ｃは、第１光学系を構成するもので、ラインセンサ２５Ａ，２５Ｃの略中央位置でラインセンサ２５Ａ，２５Ｃに対して直交して（Ｙ軸と平行に）配置されている。つまり、検出部２３Ａ，２３Ｃの向きが中央の検出部２３Ｂに僅か向くように内向きに傾斜して配置されている。従って、集光領域２８から入射した光は、ラインセンサ２５Ａ，２５ＣによってＸ軸上の輝度分布として検出される。
また、検出部２３Ｂにおいて、ラインセンサ２５Ｂは、第２ラインセンサを構成するもので、集光領域２８のＹ軸と平行に配置されている。シリンドリカルレンズ２４Ｂは、第２光学系を構成するもので、ラインセンサ２５Ｂの略中央位置でラインセンサ２５Ｂに対して直交して（Ｘ軸と平行に）配置されている。従って、集光領域２８から入射した光は、ラインセンサ２５ＢによってＹ軸上の輝度分布として検出される。
【００２１】
制御基板２７は、演算制御装置３０からのパルス信号に同期して、フレームグラバ２６を介して各検出部２３Ａ〜２３Ｃのラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの画像を取り込み、輝度分布信号として演算制御装置３０へ送る。
【００２２】
演算制御装置３０は、タイミング制御部３１と、撮像部２０からの信号を処理してプローブ１０の位置を演算するプローブ演算部３２と、ワークの測定点を演算する測定点演算部３３とを含んで構成されている。
タイミング制御部３１は、プローブ１０のＬＥＤ１〜９を順番に点灯させるパルス信号を常時発信すると同時に、これに同期して、撮像部２０に対してもラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの輝度分布信号の取り込みを制御するパルス信号を常時発信する。
プローブ演算部３２は、撮像部２０からの輝度分布信号を取り込んだのち、この輝度分布信号の輝度重心位置を求め、この輝度重心位置からプローブ１０の位置を演算する。つまり、各ＬＥＤ１〜９の座標を演算する。
測定点演算部３３は、プローブ演算部３２によって演算されたプローブ１０の位置（ＬＥＤ１〜９の座標）と、プローブ１０のＬＥＤ１〜９に対する接触子１７の位置とから、三次元測定システムにおける接触子１７の座標を算出する。
【００２３】
以上の構成において、本実施形態では、図５に示すように、各検出部２３Ａ〜２３Ｃにおいて、シリンドリカルレンズ２４Ａ〜２４Ｃとラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃとの間に、校正用基板８０が組み込まれている。
具体的には、図５に示すように、マウントプレートとしての信号処理基板７０には、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが嵌め込まれて装着される。この状態の信号処理基板７０が、シリンドリカルレンズ２４Ａ〜２４Ｃを内部に収納したレンズ境筒７４にねじ７２によって固定されている。レンズ境筒７４の内部には、校正用基板８０が組み込まれている。つまり、シリンドリカルレンズ２４Ａ〜２４Ｃとラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃとの間に、校正用基板８０が組み込まれている。
【００２４】
校正用基板８０は、図６に示すように、ガラスなど線膨張係数の小さい材料からなる基板に２本の基準線８１Ａ，８１Ｂがエッチングなどで形成されている。校正用基板８０をシリンドリカルレンズ２４Ａ〜２４Ｃとラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃとの間に組み込む際、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの画素配列方向に間隔を隔てて２本の基準線８１Ａ，８１Ｂが配置されるように組み込まれる。
【００２５】
そのため、測定時において、測定用点光源であるＬＥＤ１〜９が点灯されると、これらのＬＥＤ１〜９からの光が各ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃによって輝度分布信号として検出される。
同時に、校正用基板８０の２つの基準線８１Ａ，８１Ｂに基づく基準位置信号が輝度分布信号に重畳された状態で各ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃで検出される。
【００２６】
＜ワーク測定作業＞
（ａ）ワーク測定作業を行うには、プローブ１０の接触子１７をワークの測定部位に接触させた状態において、プローブ１０に設けられた図示省略の測定スイッチを押す。すると、その信号をトリガとして、タイミング制御部３１から発信されているパルス信号に同期して、プローブ１０に設けられたＬＥＤ１〜９が順番に点灯していくとともに、各ＬＥＤ１〜９からの光が各検出部２３Ａ〜２３Ｃにおいて検出される。つまり、ＬＥＤ１〜９からの光がラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃにおいて輝度分布信号として検出される。
【００２７】
このとき、各検出部２３Ａ〜２３Ｃにおいて、各シリンドリカルレンズ２４Ａ〜２４Ｃと各ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃとの間に、各ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの画素配列方向に間隔を隔てた少なくとも２つの基準線８１Ａ，８１Ｂを有する透明な校正用基板８０が配置されているため、図７（Ａ）に示すように、輝度分布信号８３に対して、基準線８１Ａ，８１Ｂと対応する画素部分の信号についてはＬＥＤ１〜９からの光が遮断されてエッジとなった基準位置信号８２Ａ，８２Ｂとして、各ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃで検出される。すると、制御基板２７は、フレームグラバ２６を介してラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃのデータを取り込み、基準位置信号８２Ａ，８２Ｂと対応する画素位置を演算するとともに、これらのデータをプローブ演算部３２へ送る。なお、図７（Ｂ）は、全ての画素の輝度を最大とした状態において、基準位置信号８２Ａ，８２Ｂが検出された状態を示している。後述する補正方法の説明では、説明を理解しやすくするために、図７（Ｂ）の状態の図を用いて説明する。
【００２８】
プローブ演算部３２では、各ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃで検出される輝度分布信号８３および２つの基準線８１Ａ，８１Ｂに基づく基準位置信号８２Ａ，８２Ｂのうち、輝度分布信号８３から輝度重心位置Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3を算出する。
また、基準位置信号８２Ａ，８２Ｂと対応するラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの画素位置から、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの熱膨張および移動に伴うシフト量を算出し、この熱膨張および移動に伴うシフト量を補正して輝度重心位置Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3を補正する。
【００２９】
そこで、これらの補正方法について説明する。
（ｉ）ラインセンサの熱膨張によるシフト量の補正方法
図８（Ａ）に示すように、予め基準温度（例えば、２０℃）において、基準位置信号８２Ａ，８２Ｂがラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの画素上のどの位置に表れるかを検出し、それを基準時画素位置として制御基板２７に記憶しておく。
図８（Ｂ）に示すように、測定時において、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが伸びると、例えば、最大画素値側を支点として伸びると、基準位置信号８２Ａ，８２Ｂが正の方向へ変位する。変位量は、支点から遠い基準位置信号８２Ａほど大きいため、シフト量は基本的には右下がりの直線になる。具体的には、２つの基準時画素位置と測定時において検出された２つの基準位置信号８２Ａ，８２Ｂと対応するラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの２つの測定時画素位置との差からシフト量を算出する。そして、このシフト量を打ち消し合うように補正を行う。つまり、輝度分布信号の輝度重心位置の画素位置に対応するシフト量を、輝度重心位置から補正する。
図８（Ｃ）に示すように、測定時において、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが縮むと、例えば、最大画素値側を支点として縮むと、基準位置信号８２Ａ，８２Ｂが負の方向へシフトする。変位量は、支点から遠い基準位置信号８２Ａほど大きいため、シフト量は基本的には右上がりの直線になる。具体的には、２つの基準時画素位置と測定時において検出された２つの基準位置信号８２Ａ，８２Ｂと対応するラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの２つの測定時画素位置との差からシフト量を算出する。そして、このシフト量を打ち消し合うように補正を行う。つまり、輝度分布信号の輝度重心位置の画素位置に対応するシフト量を、輝度重心位置から補正する。
【００３０】
（ii）ラインセンサの移動によるシフト量の補正方法
図９（Ａ）に示すように、予め基準温度（例えば、２０℃）において、基準位置信号８２Ａ，８２Ｂがラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃのどの位置に表れるかを検出し、それを基準時画素位置として制御基板２７に記憶しておく。
図９（Ｂ）に示すように、測定時において、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが最大画素値側に移動すると、基準位置信号８２Ａ，８２Ｂは負の方向へシフトする。この場合、基準位置信号８２Ａ，８２Ｂと対応するラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの画素位置の間隔は変わらないため、シフト量はどの画素についても同じ値の直線になる。従って、このシフト量を打ち消し合うように補正を行う。つまり、一定シフト量を、輝度重心位置から補正する。
図９（Ｃ）に示すように、測定時において、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが最小画素値側に移動すると、基準位置信号８２Ａ，８２Ｂが正の方向へシフトする。この場合、基準位置信号８２Ａ，８２Ｂと対応するラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの画素位置の間隔は変わらないため、シフト量はどの画素についても同じ値の直線になる。従って、このシフト量を打ち消し合うように補正を行う。つまり、一定シフト量を、輝度重心位置から補正する。
【００３１】
（iii）画素の熱膨張と移動との組み合わせによるシフト量の補正方法
図１０（Ａ）は、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが熱膨張で伸びた場合（シフト量：実線）と、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが移動した場合（シフト量：一点鎖線）とが組み合わされた状態の補正方法である。ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが熱膨張で伸びた場合のシフト量は右下がりの直線、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが移動した場合のシフト量は右下がりの直線に対して平行な直線となるため、これを打ち消し合うように補正を行う。
図１０（Ｂ）は、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが縮む場合（シフト量：実線）と、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが移動した場合（シフト量：一点鎖線）とが組み合わされた状態の補正方法である。ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが縮む場合のシフト量は右上がりの直線、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが移動した場合はシフト量は右上がりの直線に対して平行な直線となるため、これを打ち消し合うように補正を行う。
【００３２】
（ｂ）続いて、補正された輝度重心位置Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3から三角測量法を用いて、各ＬＥＤ１〜９の座標をそれぞれ演算する。ちなみに、各ＬＥＤ１〜９の座標を求めるには、特開２００５−２３３７５９号公報（特許文献１）に開示された公知の方法によって求めることができる。
【００３３】
（ｃ）次に、測定点演算部３３において、輝度重心位置Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3から三角測量法を用いて演算した各ＬＥＤ１〜９の座標と、接触子１７との関係から、接触子１７の座標を求め、これを表示装置４０に表示させる。これにより、プローブ１０の接触子１７が接触したワークの測定部位の座標を求めることができる。
【００３４】
＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、各検出部２３Ａ〜２３Ｃにおいて、シリンドリカルレンズ２４Ａ〜２４Ｃとラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃとの間に、２つの基準線８１Ａ，８１Ｂを有する透明な校正用基板８０が配置されているから、これらの基準線８１Ａ，８１Ｂに基づく基準位置信号８２Ａ，８２Ｂが輝度分布信号に重畳された状態で各ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃで検出されたのち、プローブ演算部３２へ送られる。
【００３５】
プローブ演算部３２では、各ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃで検出される輝度分布信号から輝度重心位置を算出するとともに、２つの基準線８１Ａ，８１Ｂに基づく基準位置信号８２Ａ，８２Ｂと対応するラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの画素位置から、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの熱膨張および移動に伴うシフト量を算出し、このシフト量を補正して、輝度分布信号の輝度重心位置を補正する。
従って、環境温度の変化によってラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが熱膨張したり移動しても、これらの熱膨張および移動に伴うシフト量を補正して、輝度重心位置が演算されるから、ＬＥＤ１〜９の座標を高精度に求めることができる。
【００３６】
また、予め基準温度において検出された２つの基準位置信号８２Ａ，８２Ｂと対応するラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの２つの基準時画素位置と、測定時において検出された２つの基準位置信号８２Ａ，８２Ｂと対応するラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの２つの測定時画素位置との差からシフト量が算出され、これらラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの熱膨張および移動に伴うシフト量が補正されるから、測定用点光源の座標を高精度に演算することができる。
【００３７】
また、測定時において検出された２つの基準位置信号８２Ａ，８２Ｂと対応するラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの２つの測定時画素位置の間隔が変化していた場合、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの熱膨張が生じているとみなし、２つの基準時画素位置と２つの測定時画素位置との差からラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの熱膨張に伴うシフト量が算出されるから、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの熱膨張に伴うシフト量を正確に算出できる。
また、測定時において検出された２つの基準位置信号８２Ａ，８２Ｂと対応するラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの２つの測定時画素位置の間隔が変化していない場合、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃが移動しているとみなし、基準時画素位置と測定時画素位置との差に応じた一定量のシフト量が算出されるから、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの移動に伴うシフト量を正確に算出できる。
【００３８】
また、校正用基板８０は、ガラス基板に基準線８１Ａ，８１Ｂがエッチングによって形成された構成であるため、熱による影響が少なく、かつ、簡単に製造できる利点がある。
【００３９】
＜第２実施形態＞
第１実施形態において、環境温度の変化に伴って、ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの熱膨張や移動に伴うシフト量を算出して、各ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃで検出される輝度分布信号の輝度重心位置を補正するようにしたが、環境温度の変化に対しては、次の第２実施形態で述べる方法でも適用できる。
【００４０】
従来、上述した三次元測定システムでは、測定に際して、空間精度補正を行っているが、環境温度が基準温度（例えば、２０℃）から所定温度以上（例えば、５℃以上）変化した場合、長さの校正基準を使って、空間精度補正を再度行う必要がある。
しかし、その作業は、測定範囲内全域で長さの校正基準を測定する必要があり、また、測定領域内にワークを設置していた場合、ワークを一時移動する必要があるため、手間がかかる。
【００４１】
このような課題に対して、第２実施形態では、予め、使用温度範囲内で所定温度毎、例えば、５℃毎に空間精度補正データを取得しておき、例えば、プローブ演算部３２内のメモリに記憶させておく。
また、本三次元測定システム内、例えば、撮像部２０のケース２２内に温度センサを内蔵しておき、温度センサで検出された環境温度に対応する空間精度補正データを記憶したメモリから読み出し、この空間精度補正で輝度重心位置や測定用点光源の座標位置を補正する。
このようにすれば、環境温度が安定しない測定環境下での測定でも、効率的に測定を行うことができる。
【００４２】
＜変形例＞
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は、本発明に含まれる。
【００４３】
前記実施形態では、校正用基板８０に２本の基準線８１Ａ，８１Ｂを設けたが、３本以上の基準線を設けるようにしてもよい。
【００４４】
前記実施形態では、接触子１７を先端に有する接触式のプローブ１０を例に説明したが、これに限らず、非接触式のプローブであってもよい。
例えば、図１１に示すように、プローブ本体１１に、光をワークに向けて射出する発光器１８Ａと、ワークからの反射光を受光する受光器１８Ｂと、この受光器１８Ｂにおいて光を受光した位置からプローブ本体１１に対するワークの位置情報を演算する演算器（図示省略）とを備えた非接触測定器１８を内蔵させた構成のプローブ１０を用いてもよい。
この場合、測定点演算部３３は、プローブ演算部３２によって求められたプローブ１０の位置と、非接触測定器１８によって求められた測定点の位置とから、三次元測定システムに対する非接触測定器１８の光照射位置の座標を求める。
なお、非接触式のプローブでは、ワークに接触させる必要がないため、より複雑な形状をもつワークを測定することが可能となるが、そのためにプローブに様々な姿勢を検出できるように、より多くのＬＥＤ、例えば、４０個のＬＥＤ１，２，３…が搭載されている。ただ、プローブの姿勢を検出するためには、必ずしも全てのＬＥＤが検出されなくともよく、少なくとも３個のＬＥＤが検出できれがプローブの姿勢を求めることができる。
【００４５】
前記実施形態において、プローブ１０に測定用点光源として９個のＬＥＤ１〜９を配置したが、必ずしも複数でなくてもよく、少なくとも１個あればよい。例えば、プローブ１０にＬＥＤ１〜９を設けることなく、測定用点光源をワークの測定位置に移動させて測定するようにすれば、測定用点光源としては１個でもよい。
【００４６】
前記実施形態において、検出部２３Ａ〜２３Ｃの構成として、シリンドリカルレンズ２４Ａ〜２４Ｃとラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃとから構成したが、集光領域２８からの光を１軸方向へ集光できる光学素子であれば、シリンドリカルレンズでなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、巨大構造物の測定や危険領域における測定などに利用できる。
【符号の説明】
【００４８】
１〜９…ＬＥＤ（測定用点光源）、
２０…撮像部（位置検出装置）、
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ…検出部、
２４Ａ，２４Ｃ…シリンドリカルレンズ（第１光学系）、
２４Ｂ…シリンドリカルレンズ（第２光学系）、
２５Ａ，２５Ｃ…ラインセンサ（第１ラインセンサ）、
２５Ｂ…ラインセンサ（第２ラインセンサ）、
３０…演算制御装置（位置検出装置）、
３２…プローブ演算部（位置演算部）、
７０…信号処理基板（マウントプレート）
８０…校正用基板、
８１Ａ，８１Ｂ…基準線、
８２Ａ，８２Ｂ…基準位置信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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