(57)【要約】【課題】測定精度の向上およびスループットの向上が可能な三次元測定システムを提供。【解決手段】ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃの集光領域内において、ラインセンサに対して相対位置不変に配置された空気揺らぎ算出用点光源５０と、この光源からの光に基づいてラインセンサで検出された輝度分布信号の輝度重心位置を記憶した記憶部５３とを備える。プローブ演算部３２は、ワーク測定時において、空気揺らぎ算出用点光源からの光に基づいてラインセンサで検出された輝度分布信号の輝度重心位置と記憶部に記憶された輝度重心位置との差分を空気揺らぎ量として算出し、測定用光源（ＬＥＤ１〜９）からの光に基づいてラインセンサで検出された輝度分布信号の輝度重心位置に対して、空気揺らぎ量をシフトさせて補正輝度重心位置を算出し、この補正輝度重心位置から測定用点光源の座標を演算する。【選択図】図２
2014202521.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ラインセンサおよび第２ラインセンサの集光領域内において、前記第１ラインセンサおよび第２ラインセンサに対して相対位置不変に配置された空気揺らぎ算出用点光源と、
ワーク測定前において、前記空気揺らぎ算出用点光源からの光に基づいて前記第１ラインセンサおよび第２ラインセンサで検出された輝度分布信号の輝度重心位置を記憶した記憶部とを備え、
前記位置演算部は、
ワーク測定時において、前記空気揺らぎ算出用点光源からの光に基づいて前記第１ラインセンサおよび第２ラインセンサで検出された輝度分布信号の輝度重心位置と前記記憶部に記憶された輝度重心位置との差分を空気揺らぎ量として算出し、
前記測定用光源からの光に基づいて前記第１ラインセンサおよび第２ラインセンサで検出された輝度分布信号の輝度重心位置に対して、前記空気揺らぎ量をシフトさせて補正輝度重心位置を算出し、
この補正輝度重心位置から三角測量法を用い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、
前記測定用点光源は、任意の位置に移動可能なプローブに取り付けられ、
前記プローブは、前記測定用点光源が取り付けられたプローブ本体と、このプローブ本体に一体的に設けられ先端にワークと接触する接触子を有するスタイラスとを含んで構成され、
前記プローブの測定用点光源に対する接触子の位置情報と、前記位置演算部によって演算された測定用点光源の座標とから、三次元測定システムに対する接触子の位置情報を演算する測定点演算部を備える、
ことを特徴とする三次元測定システム。
【請求項３】
請求項１に記載の三次元測定システムにおいて、
前記測定用点光源は、任意の位置に移動可能なプローブに取り付けられ、
前記プローブは、前記測定用点光源が取り付けられたプローブ本体と、このプローブ本体に設けられ光を照射するとともに光の照射位置を検出可能な非接触位置検出器とを含んで構成され、
前記非接触位置検出器によって検出された光の照射位置と、前記位置演算部によって演算された測定用点光源の座標とから、三次元測定システムに対する光の照射位置情報を演算する測定点演算部を備える、
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、スポット光を被測定物に照射し、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、検出対象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】
ところが、実際には、スポット光や点光源とラインセンサ間の空気の揺らぎにより、ラインセンサが取得する輝度分布は時々刻々と揺らいでいる。そのため、スポット光や点光源の座標値もばらついてしまい、測定精度の低下を招く。
また、ばらつきの影響を排除するために平均値を算出することも可能であるが、ばらつきを十分排除した結果を得るためには、輝度分布の取得を複数回行う必要があるため、スループットの低下を招く。
【０００７】
本発明の目的は、従来の課題を解決し、測定精度の向上およびスループットの向上が可能な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ラインセンサおよび第２ラインセンサの集光領域内において、前記第１ラインセンサおよび第２ラインセンサに対して相対位置不変に配置された空気揺らぎ算出用点光源と、ワーク測定前において、前記空気揺らぎ算出用点光源からの光に基づいて前記第１ラインセンサおよび第２ラインセンサで検出された輝度分布信号の輝度重心位置を記憶した記憶部とを備え、前記位置演算部は、ワーク測定時において、前記空気揺らぎ算出用点光源からの光に基づいて前記第１ラインセンサおよび第２ラインセンサで検出された輝度分布信号の輝度重心位置と前記記憶部に記憶された輝度重心位置との差分を空気揺らぎ量として算出し、前記測定用光源からの光に基づいて前記第１ラインセンサおよび第２ラインセンサで検出された輝度分布信号の輝度重心位置に対して、前記空気揺らぎ量をシフトさせて補正輝度重心位置を算出し、この補正輝度重心位置から三角測量法を用い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、まず、ワーク測定時において、揺らぎ算出用点光源からの光に基づいて第１ラインセンサおよび第２ラインセンサで検出された第１輝度分布信号および第２輝度分布信号の輝度重心位置と、記憶部に記憶された輝度重心位置との差分が空気揺らぎ量として算出される。
続いて、測定用光源からの光に基づいて第１ラインセンサおよび第２ラインセンサで検出された第１輝度分布信号および第２輝度分布信号の輝度重心位置に対して、空気揺らぎ量をシフトさせて第１補正輝度重心位置および第２補正輝度重心位置が算出される。
こののち、これら第１補正輝度重心位置および第２補正輝度重心位置から三角測量法を用いて測定用点光源の座標が演算されるから、空気の揺らぎによる影響を排除して、測定用点光源の位置を高精度に測定することができる。従って、測定精度の向上が期待できる。また、ばらつきの影響を排除するために平均値を算出する必要のないので、スループットの向上が可能である。
【００１０】
本発明の三次元測定システムにおいて、前記測定用点光源は、任意の位置に移動可能なプローブに取り付けられ、前記プローブは、前記測定用点光源が取り付けられたプローブ本体と、このプローブ本体に一体的に設けられ先端にワークと接触する接触子を有するスタイラスとを含んで構成され、前記プローブの測定用点光源に対する接触子の位置情報と、前記位置演算部によって演算された測定用点光源の座標とから、三次元測定システムに対する接触子の位置情報を演算する測定点演算部を備える、ことが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、測定用点光源が、先端に接触子を有するプローブに取り付けられているから、プローブの接触子をワークの測定部位に接触させれば、接触子が接触したワークの測定部位を正確に測定することができる。
【００１２】
本発明の三次元測定システムにおいて、前記測定用点光源は、任意の位置に移動可能なプローブに取り付けられ、前記プローブは、前記測定用点光源が取り付けられたプローブ本体と、このプローブ本体に設けられ光を照射するとともに光の照射位置を検出可能な非接触位置検出器とを含んで構成され、前記非接触位置検出器によって検出された光の照射位置と、前記位置演算部によって演算された測定用点光源の座標とから、三次元測定システムに対する光の照射位置情報を演算する測定点演算部を備える、ことが好ましい。
【００１３】
このような構成によれば、測定用点光源が、非接触位置検出器を内蔵したプローブに取り付けられているから、プローブをワークに接触させることなく、非接触位置検出器からの光をワークの測定部位に向けて照射すれば、光が照射されたワークの測定部位を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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、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、撮像部と空気揺らぎ算出用点光源の関係を示す図。
【図６】同上実施形態において、空気揺らぎ算出用点光源で検出された輝度分布信号を示す図。
【図７】同上実施形態において、空気揺らぎ量の算出を示す図。
【図８】同上実施形態において、補正輝度重心位置の算出を示す図。
【図９】同上実施形態において、非接触式のプローブを示す図。
【図１０】本発明の第２実施形態の全体構成を示す図。
【図１１】本発明の第３実施形態において、シリンドリカルレンズとラインセンサの組込構成を示す図。
【図１２】同上第３実施形態において、固定板、ラインセンサ、押さえ板を示す図。
【図１３】同上第３実施形態において、付勢手段として板ばねを用いた図。
【図１４】同上第３実施形態において、付勢手段として送りねじを用いた図。
【図１５】同上第３実施形態において、付勢手段として偏芯ねじを用いた図。
【図１６】撮像素子の姿勢変化による輝度分布信号の変化を示す図。
【図１７】本発明の第４実施形態において用いられる校正用基板を示す図。
【図１８】本発明の第４実施形態において、輝度分布信号を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
ここで、検出部２３Ａ，２３Ｃにおいて、ラインセンサ２５Ａ，２５Ｃは、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、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，２３Ｂ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、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、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。
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。
【００１９】
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。
【００２０】
以上の構成において、本実施形態では、図５に示すように、空気の揺らぎを算出するために、検出部２３Ａ〜２３Ｃ（ラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃ）の集光領域２８内において、これらのラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃに対して空気揺らぎ算出用点光源５０が相対位置不変に配置されている。具体的には、撮像部２０のケース２２に対して支持部材５１を介して空気揺らぎ算出用点光源５０が固定されている。空気揺らぎ算出用点光源５０としては、ＬＥＤで構成されている。
【００２１】
また、ワーク測定前において、予め、揺らぎ算出用点光源５０からの光に基づいて各検出部２３Ａ〜２３Ｃで検出された輝度分布信号の輝度重心位置を記憶した記憶部５３がプローブ演算部３２の内部に設けられている（図２参照）。
【００２２】
＜ワーク測定前の準備作業＞
記憶部５３に、空気揺らぎ算出用点光源５０からの光に基づいて各検出部２３Ａ〜２３Ｃで検出された輝度分布信号の輝度重心位置を記憶させる。
これには、ワーク測定前において、空気揺らぎ算出用点光源５０を点灯させる。すると、これに同期して、撮像部２０の各検出部２３Ａ〜２３Ｃにおいて、空気揺らぎ算出用点光源５０からの光に基づいて、輝度分布信号が検出されたのち、プローブ演算部３２に送られる。プローブ演算部３２では、輝度分布信号から輝度重心位置を算出し、これを記憶部５３に記憶させる。
【００２３】
例えば、図６に示す輝度分布信号が各検出部２３Ａ〜２３Ｃにおいて検出されてプローブ演算部３２に送られると、プローブ演算部３２では、これら輝度分布信号の輝度重心位置Ｇa1，Ｇa2，Ｇa3を算出し、これを記憶部５３に記憶させる。
なお、これを、本測定前に複数回測定し、平均値化すれば、ばらつきの影響を低減できる。
【００２４】
＜ワーク測定作業＞
ワーク測定作業において、まず、空気の揺らぎ量を算出するために、次の処理を行う。
（ａ）空気揺らぎ算出用点光源５０を点灯させる。すると、これに同期して撮像部２０の各検出部２３Ａ〜２３Ｃにおいて、空気揺らぎ算出用点光源５０からの光に基づいて、輝度分布信号が検出されたのち、プローブ演算部３２に送られる。プローブ演算部３２では、輝度分布信号から輝度重心位置を算出する。例えば、図７に示す輝度分布信号が各検出部２３Ａ〜２３Ｃにおいて検出されると、プローブ演算部３２では、これら輝度分布信号の輝度重心位置Ｇb1，Ｇb2，Ｇb3を算出し、この輝度重心位置Ｇb1，Ｇb2，Ｇb3と記憶部５３に記憶された輝度重心位置Ｇa1，Ｇa2，Ｇa3との差分を空気揺らぎ量Ｇs1，Ｇs2，Ｇs3として算出する。
【００２５】
つまり、空気揺らぎ量Ｇs1，Ｇs2，Ｇs3を次式から算出する。
Ｇs1＝Ｇb1−Ｇa1
Ｇs2＝Ｇb2−Ｇa2
Ｇs3＝Ｇb3−Ｇa3
【００２６】
（ｂ）ワーク測定作業を行う。これには、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、撮像部２０の各検出部２３Ａ〜２３Ｃにおいて、ＬＥＤ１〜９からの光に基づいて、輝度分布信号が検出されたのち、プローブ演算部３２に送られる。プローブ演算部３２では、輝度分布信号から輝度重心位置を算出する。
【００２７】
例えば、図８に示す輝度分布信号が各検出部２３Ａ〜２３Ｃにおいて検出され、プローブ演算部３２に送られると、プローブ演算部３２では、これら輝度分布信号の輝度重心位置Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3を算出する。そして、算出した輝度重心位置Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3に対して、空気揺らぎ量Ｇs1，Ｇs2，Ｇs3をシフトさせて補正輝度重心位置Ｇ1'，Ｇ2'，Ｇ3'を算出する。つまり、補正輝度重心位置Ｇ1'，Ｇ2'，Ｇ3'を次式から算出する。
Ｇ1'＝Ｇ1−Ｇs1
Ｇ2'＝Ｇ2−Ｇs2
Ｇ3'＝Ｇ3−Ｇs3
【００２８】
そして、これら補正輝度重心位置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。
【００２９】
（ｃ）次に、測定点演算部３３において、補正輝度重心位置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。
【００３０】
＜実施形態の効果＞
本実施形態によれば、ワーク測定時において、空気揺らぎ算出用点光源５０からの光に基づいて各検出部２３Ａ〜２３Ｃで検出された輝度分布信号の輝度重心位置Ｇb1，Ｇb2，Ｇb3と、記憶部５３に記憶された輝度重心位置Ｇa1，Ｇa2，Ｇa3との差分が空気揺らぎ量Ｇs1，Ｇs2，Ｇs3として算出される。
続いて、測定用光源であるＬＥＤ１〜９からの光に基づいて、各検出部２３Ａ〜２３Ｃで検出された輝度分布信号の輝度重心位置Ｇ1，Ｇ2，Ｇ3に対して、空気揺らぎ量Ｇs1，Ｇs2，Ｇs3をシフトさせて補正輝度重心位置Ｇ1'，Ｇ2'，Ｇ3'が算出される。
こののち、これら補正輝度重心位置Ｇ1'，Ｇ2'，Ｇ3'からＬＥＤ１〜９の座標が演算されるから、空気の揺らぎによる影響を排除して、測定用点光源であるＬＥＤ１〜９の座標を高精度に測定することができる。従って、測定精度の向上が期待できる。また、ばらつきの影響を排除するため、平均値を算出する必要のないので、スループットの向上が可能である。
【００３１】
なお、第１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９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の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が検出できなくてもよく、少なくとも３個のＬＥＤが検出できればプローブの姿勢を求めることができる。
【００３２】
＜第２実施形態＞
第１実施形態において説明したプローブ１０は、測定者が手で持って測定を行う。測定中は、複数のＬＥＤ１〜９が順次点灯し、これに同期して、検出部２３Ａ〜２３ＣがＬＥＤ１〜９を撮像して、プローブ１０の位置を算出する構成である。
従って、プローブ１０の位置を正確に算出するには、複数のＬＥＤ１〜９が点灯している間、プローブ１０を固定するのが望ましい。しかし、プローブ１０は測定者が手で持って測定を行うため、プローブ１０の姿勢を安定させることが難しく、その結果、測定精度の低下を招くという課題が残る。
【００３３】
第２実施形態では、このような課題を解消し、測定中の手振れによる精度低下を防止できるようにした三次元測定システムを提供することにある。
そのため、図１０に示すように、プローブ１０内に、加速度センサ６０を組み込む。また、プローブ演算部３２において、測定中（つまり、タイミング制御部３１からパルス信号が送信されている間）、加速度センサ６０からの信号を取り込み、その信号からプローブ１０の振動が予め設定した一定以上の振動か否かを判定し、プローブ１０の振動が予め設定した一定以上の振動であると判定された場合に、自動的に再測定を実行するように構成されている。
【００３４】
このような構成にすれば、測定中において、プローブ１０の振動が予め設定した一定以上の振動か否かが判定され、プローブ１０の振動が予め設定した一定以上の振動であると判定されると、自動的に再測定が実行されるから、手振れによる精度低下を防止できる。
【００３５】
＜第３実施形態＞
第１実施形態において、撮像部２０のケース２２は、三脚２１によって略水平に支持された姿勢であったが、ケース２２の姿勢を変化させた場合、例えば、ケース２２を垂直あるいは斜めに支持した場合、シリンドリカルレンズ２４Ａ〜２４Ｃとラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃとの位置関係が変化し、その結果、測定誤差が生じるといった課題が生まれる。
【００３６】
第３実施形態では、このような課題を解消し、撮像部２０の姿勢変更に伴う測定誤差を低減できるようにした三次元測定システムを提供することにある。
そのため、シリンドリカルレンズ２４Ａ〜２４Ｃとラインセンサ２５Ａ〜２５Ｃとは、図１１に示すように組み込まれている。図１１において、信号処理基板７０には、固定板７１が重ね合わされ、かつ、ねじ７２によって信号処理基板７０に固定されている。固定板７１の中央には矩形状の収納孔７１Ａが形成され、この収納孔７１Ａ内にラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）が嵌め込まれ、その上から押さえ板７３およびシリンドリカルレンズ２４（２４Ａ〜２４Ｃ）を内部に収納したレンズ境筒７４が順に重ね合わされ、この状態でねじ７５によって固定板７１に固定されている。
【００３７】
従って、ラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）は、固定板７１の収納孔７１Ａ内に嵌め込まれた状態で、かつ、押さえ板７３によって押さえ付けられた状態で組み込まれているため、撮像部２０のケース２２の姿勢変化があっても、位置ずれが発生し難く、測定誤差の低減が図れている。
また、押さえ板７３のラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）と接する面には、図１２に示すように、ゴムシート７３Ａが貼着されているため、ラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）のガラス面に傷がつかないような構造になっている。
【００３８】
更に、ラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）の位置ずれをより確実に防ぐ構造として、図１３、図１４、図１５に示す構造を採用することができる。
図１３に示す構造は、ラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）を固定板７１の収納孔７１Ａの一方向へ付勢する板ばね７６を収納した例、図１４に示す構造は、ラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）を固定板７１の収納孔７１Ａの一方向へ付勢する送りねじ７７を固定板７１に螺合した例、図１５に示す構造は、ラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）を固定板７１の収納孔７１Ａの一方向へ付勢する偏芯ねじ７８を設けた例である。
また、図１３〜図１５に示す例において、ラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）が固定板７１の収納孔７１Ａの一方向へ付勢された状態において、ラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）と固定板７１の収納孔７１Ａとの接合面を接着剤７９で固定する構造を採用すれば、位置ずれをより確実に防げる。
【００３９】
＜第４実施形態＞
第３実施形態では、撮像部２０のケース２２の姿勢変化に対して、シリンドリカルレンズ２４（２４Ａ〜２４Ｃ）とラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）とが位置ずれを起こさないように、構造的に工夫した例である。
これに対し、撮像部２０のケース２２を横にした姿勢と縦にした姿勢において、ラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）によって検出される輝度分布信号が、図１６に示すようになったとすると、第４実施形態では、これを自動的に調整する例である。
【００４０】
第４実施形態では、図１７に示すように、ガラスなどの基板に２本の基準線８１Ａ，８１Ｂをエッチングなどで形成した校正用基板８０を用意し、この校正用基板８０をシリンドリカルレンズ２４（２４Ａ〜２４Ｃ）とラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）との間に位置決めして挿入する。すると、キャリブレーション時などにおいて、測定用点光源からの光をラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）が検出したときの輝度分布信号は、図１８に示すように表れる。つまり、輝度分布信号に２つの基準線８１Ａ，８１Ｂが重なって表れる。
【００４１】
従って、２つの基準線８１Ａ，８１Ｂが、ラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）の同じピクセル値（基準ピクセル値）にくるように、ラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）を位置調整することにより、位置ずれを自動調整することができる。具体的には、２つの基準線８１Ａ，８１Ｂと基準ピクセル値とのずれ量を算出し、このずれ量だけラインセンサ２５（２５Ａ〜２５Ｃ）を圧電素子などの駆動素子を用いて移動させることにより実現することができる。
【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。
前記各実施形態において、プローブ１０に測定用光源として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、測定用光源としては１個でもよい。
【００４３】
検出部２３Ａ〜２３Ｃの構成としては、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。
【００４４】
前記実施形態では、空気揺らぎ算出用点光源５０を、撮像部２０のケース２２に対して支持部材５１を介して固定したが、撮像部２０のケース２２に対して空気揺らぎ算出用点光源５０が相対位置不変であれば、物理的に固定されていなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
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】
【００４６】
１〜９…ＬＥＤ（測定用点光源）、
１０…プローブ、
１１…プローブ本体、
１６…スタイラス、
１７…接触子、
１８…非接触測定器、
１８Ａ…発光器、
１８Ｂ…受光器、
２０…撮像部、
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、
３２…プローブ演算部（位置演算部）、
３３…測定点演算部、
５０…空気揺らぎ算出用点光源、
５３…記憶部。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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