(57)【要約】【課題】測定対象の形状を正確に測定することができる、形状測定方法を提供する。【解決手段】形状測方法は、光プローブからの測定光を測定対象の第１領域に照射する照射ステップと、測定光が照射された第１領域の像を前記光プローブで撮像し、撮像した第１領域の像の画像データを生成する撮像ステップと、撮像ステップにおいて生成された画像データと、基準画像データとに基づいて、測定対象の第１領域の位置と基準領域の位置との偏差を示す偏差情報を算出する偏差算出ステップと、光プローブと測定対象との相対位置を変えながら、光プローブにより測定対象の各部位の位置を測定する測定ステップとを有する。【選択図】図６
2014137265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光プローブからの測定光を測定対象の第１領域に照射する照射ステップと、
前記測定光が照射された前記第１領域の像を前記光プローブで撮像し、撮像した前記第１領域の像の画像データを生成する撮像ステップと、
前記撮像ステップにおいて生成された前記画像データと、基準画像データとに基づいて、前記測定対象の第１領域の位置と基準領域の位置との偏差を示す偏差情報を算出する偏差算出ステップと、
前記光プローブと前記測定対象との相対位置を変えながら、前記光プローブにより前記測定対象の各部位の位置を測定する測定ステップ
を有する形状測定方法。
【請求項２】
前記基準画像データは、前記測定対象とほぼ同じ形状を有した測定基準物の前記第１領域に対応する前記基準領域を撮像したときに得られた画像データである
請求項１に記載の形状測定方法。
【請求項３】
前記基準画像データは、前記測定対象とほぼ同じ形状データから前記第１領域に対応する前記基準領域を算出することで得られた画像データである
請求項１に記載の形状測定方法。
【請求項４】
前記照射ステップは、前記測定光を前記光プローブから放射し、
前記撮像ステップは、前記第１領域の像を前記光プローブで撮像する
請求項３に記載の形状測定方法。
【請求項５】
前記偏差算出ステップは、前記基準画像データから取得する像の少なくとも一部と、前記画像データから取得される像のうち、前記基準画像データから取得する像の少なくとも一部とほぼ形状を有する像との位置の偏差量を求める
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の形状測定方法。
【請求項６】
前記偏差算出ステップは、
前記撮像ステップにおいて生成された前記画像データから取得される前記測定対象の第１領域の画像の位置と前記基準領域の画像の位置とに基づき、前記偏差情報を算出する
請求項５に記載の形状測定方法。
【請求項７】
前記測定ステップは、
前記光プローブから前記測定対象の測定領域へ前記測定光を照射する測定時照射ステップと、
前記測定光が照射された前記測定領域の画像を取得する測定時撮像ステップと、
前記測定時撮像ステップで取得された画像の前記測定光の像の位置を、前記偏差情報を基に、シフトする画像位置補正ステップと、
前記画像位置補正ステップで補正された画像を基に、前記測定対象の３次元座標を算出する３次元データ算出ステップと、
を有する請求項６に記載の形状測定方法。
【請求項８】
更に、前記偏差情報に基づいて、前記測定対象の測定条件を設定する測定条件設定ステップと、を有する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の形状測定方法。
【請求項９】
前記３次元データ算出ステップは、
前記測定光の照射時の前記光プローブと前記測定対象との相対位置情報と、前記画像位置補正ステップで得られた画像から取得される前記測定対象の測定領域の位置情報と、前記測定条件設定ステップの設定情報とから前記測定対象の３次元座標を算出する
請求項８に記載の形状測定方法。
【請求項１０】
前記測定条件設定ステップは、前記第1領域に相当する前記測定対象の部位の測定時における前記測定対象を回転可能に載置する載置台の回転軸に対する回転位置を設定する
請求項９に記載の形状測定方法。
【請求項１１】
前記測定ステップは、前記測定条件設定ステップで設定された回転位置に測定対象を位置決めする位置決めステップと、
前記光プローブから前記測定対象の測定領域へ前記測定光を照射する測定時照射ステップと、
前記測定光が照射された前記測定領域の画像を取得する測定時撮像ステップと、
前記測定時撮像ステップで取得された画像データと前記測定光の照射時の前記光プローブと前記測定対象との相対位置情報とを基に、前記測定対象の３次元座標を算出する３次元データ算出ステップと、
を有する請求項８に記載の形状測定方法。
【請求項１２】
前記測定条件設定ステップは、前記測定ステップで得られた画像の位置をシフトするシフト量を設定する
請求項８に記載の形状測定方法。
【請求項１３】
前記３次元データ算出ステップは、基準角度位置を所定の角度方向に設定した上で、前記測定対象の３次元座標を算出し、かつ算出された前記測定対象の３次元座標を前記測定条件設定ステップで設定された測定条件に基づき、設定する
請求項８に記載の形状測定方法。
【請求項１４】
前記基準画像データには、前記測定対象とほぼ同じ形状を有した測定基準物の座標を示す基準座標情報が含まれ、
前記偏差算出ステップは、
前記撮像ステップにおいて生成された前記画像データと、前記基準画像データとを比較することにより前記測定対象の座標情報を算出し、算出した当該座標情報と、前記基準画像データに含まれる前記基準座標情報とに基づいて、前記偏差情報を算出する
請求項１または請求項２に記載の形状測定方法。
【請求項１５】
前記偏差算出ステップは、
前記撮像ステップにおいて生成された前記画像データに基づいて算出される前記測定対象の３次元座標を示す点群データと、前記基準画像データに基づいて算出される、前記測定対象とほぼ同じ形状を有した測定基準物の３次元座標を示す点群データとに基づいて、前記偏差情報を算出する
請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の形状測定方法。
【請求項１６】
前記測定ステップは、
前記３次元データ算出ステップにおいて算出された前記測定対象の座標情報を、前記偏差算出ステップにおいて算出された前記偏差情報に基づき座標変換した前記測定対象の座標情報に基づいて、前記測定対象の３次元形状を測定する
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の形状測定方法。
【請求項１７】
構造物の形状に関する構造物設計情報を作製することと、
前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、
作成された前記構造物の形状を、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の形状測定方法を用いて生成した撮像画像に基づいて測定することと、
前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較することと、
を含む構造物製造方法。
【請求項１８】
形状測定装置のコンピュータに、
光プローブからの測定光を測定対象の第１領域に照射する照射ステップと、
前記測定光が照射された前記第１領域の像を前記光プローブで撮像し、撮像した前記第１領域の像の画像データを生成する撮像ステップと、
前記撮像ステップにおいて生成された前記画像データと、形状測定の基準である測定基準物の前記第１領域に対応する基準領域の像が撮像されている基準画像データとに基づいて、前記測定対象の第１領域の位置と前記基準領域の位置との偏差を示す偏差情報を算出する偏差算出ステップと、
前記偏差情報に基づいて、前記測定対象の測定条件を設定する測定条件設定ステップと、
前記光プローブと前記測定対象との相対位置を変えながら、前記光プローブにより前記測定対象の位置を測定する測定ステップと、
を実行させるための形状測定プログラム。
【請求項１９】
測定光を測定対象に照射する照射部と、
前記測定光が照射された前記測定対象の像を撮像し、撮像した前記測定対象の像の画像データを生成する撮像部と、
前記撮像部に対して前記測定対象を載置する載置部と、
前記載置部に対して相対的に前記照射部又は前記撮像部を相対的に移動するように前記載置部または前記照射部及び前記撮像部の少なくとも一方を駆動する駆動部と、
前記載置部の位置情報又は前記撮像部の位置情報を検出する位置検出部と、
前記位置検出部が検出した前記位置情報と、前記測定対象の第１領域を前記撮像部が生成した前記画像データと、基準画像データとに基づいて、前記測定対象の第１領域の位置と基準領域の位置との偏差を示す偏差情報を算出する偏差算出部と、
前記偏差情報及び前記撮像部が生成した前記画像データとにより、前記測定対象の３次元座標を測定する測定部、
を有する光学式形状測定装置。
【請求項２０】
前記基準画像データは、前記測定対象とほぼ同じ形状を有した測定基準物の前記第１領域に対応する前記基準領域を撮像したときに得られた画像データである
請求項１９に記載の光学式形状測定装置。
【請求項２１】
前記基準画像データは、前記測定対象とほぼ同じ形状データから前記第１領域に対応する前記基準領域を算出することで得られた画像データである
請求項１９に記載の光学式形状測定装置。
【請求項２２】
前記偏差情報は、前記位置検出部が検出した前記位置情報に基づき前記撮像部と前記載置部との相対位置が所定の相対位置に設定されたときの、前記測定対象と前記撮像部との相対位置を示す情報からなる
請求項２０または請求項２１に記載の光学式形状測定装置。
【請求項２３】
前記測定部は、前記偏差情報に基づいて、前記測定対象と前記撮像部との相対位置を補正する補正量を算出し、
前記補正量に基づいて、前記測定対象と前記撮像部との相対位置を制御する駆動制御部
を備える請求項１９に記載の光学式形状測定装置。
【請求項２４】
前記測定部は、前記偏差情報に基づいて、前記位置検出部で検出された位置情報と前記撮像部が生成した画像データより求まる前記３次元座標値を補正する座標補正部を有する
請求項１９に記載の光学式形状測定装置。
【請求項２５】
前記照射部と前記撮像部は、前記照射部と前記撮像部の相対位置を固定する固定部を有し、
前記駆動部は、前記固定部と前記載置部を相対的に移動させる
請求項１９から請求項２４のいずれか一項に記載の光学式形状測定装置。
【請求項２６】
前記固定部は、前記照射部による前記測定光の照射方向と前記撮像部による撮影方向は異なる方向に設定するように前記照射部と前記撮像部を固定する
請求項２５に記載の光学式形状測定装置。
【請求項２７】
構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する設計装置と、
前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
作成された前記構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する請求項１９から請求項２６のいずれか一項に記載の光学式形状測定装置と、
前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較する検査装置と、
を含む構造物製造システム。
【請求項２８】
測定光が照射された測定対象の第１領域の像を撮像することにより生成される前記第１領域の像の画像データと、形状測定の基準である測定基準物の前記第１領域に対応する基準領域の像が撮像されている基準画像データとに基づいて算出される情報であって、前記測定対象の第１領域の位置と前記基準領域の位置との偏差を示す偏差情報に基づいて、前記測定対象の測定条件を設定する
測定条件設定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象（被測定物）の３次元形状を測定する形状測定方法、構造物製造方法、形状測定プログラム、光学式形状測定装置、構造物製造システム、及び測定条件設定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業製品等の物体の表面形状を測定する技術は従来から種々提案されており、例えば、測定対象（被測定物）にスリット光を照射して、スリット光の照射方向とは異なる方向から撮影された測定対象の断面形状に対応して形成される光切断線の像から被測定物の三次元形状を測定する光切断法が知られている（特許文献１を参照）。この特許文献１に記載の形状測定装置は、測定対象を載置するステージを、直交する２方向の回転軸周りに回転可能に構成することにより、光プローブと測定対象との相対的な位置合わせが容易に行えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０１９４６５１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の光切断線により測定対象の形状測定を行う例として、例えば、ギアの歯面を歯切り盤等で形成する場合に、切削工程、研磨工程、コーテイング（塗布）工程において、歯面が設計図通りに正しく形成されているかを逐次に測定するインライン型の形状測定を行う場合がある。
このインライン型の歯面の形状測定において、ユーザは、形状測定を行う基準となる歯面を予め定めておき、それぞれの工程ごとに常に同じ歯面の形状測定を行うようにしている。
【０００５】
この同じ歯面を形状測定装置で測定する場合に、ユーザは、測定する歯面を特定するためにギアの面上（例えば、側面上）に予めマークを付けておき、ユーザは、このマークを目印にしてギアの歯面と撮像部との位置合わせを行っていた。しかしながら、この目視による方法では、位置合わせの誤差として２歯以上間違えることはないが、１歯分程度の誤差が発生することがある。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、測定対象の形状の基準位置を正確に設定して、測定対象の形状を測定することができる、形状測定方法、構造物製造方法、形状測定プログラム、光学式形状測定装置、構造物製造システム、及び測定条件設定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、光プローブからの測定光を測定対象の第１領域に照射する照射ステップと、前記測定光が照射された前記第１領域の像を前記光プローブで撮像し、撮像した前記第１領域の像の画像データを生成する撮像ステップと、前記撮像ステップにおいて生成された前記画像データと、基準画像データとに基づいて、前記測定対象の第１領域の位置と基準領域の位置との偏差を示す偏差情報を算出する偏差算出ステップと、前記光プローブと前記測定対象との相対位置を変えながら、前記光プローブにより前記測定対象の各部位の位置を測定する測定ステップを有する形状測定方法である。
【０００８】
また、本発明の一実施形態は、構造物の形状に関する構造物設計情報を作製することと、前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、作成された前記構造物の形状を、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の形状測定方法を用いて生成した撮像画像に基づいて測定することと、前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法である。
【０００９】
また、本発明の一実施形態は、形状測定装置のコンピュータに、光プローブからの測定光を測定対象の第１領域に照射する照射ステップと、前記測定光が照射された前記第１領域の像を前記光プローブで撮像し、撮像した前記第１領域の像の画像データを生成する撮像ステップと、前記撮像ステップにおいて生成された前記画像データと、形状測定の基準である測定基準物の前記第１領域に対応する基準領域の像が撮像されている基準画像データとに基づいて、前記測定対象の第１領域の位置と前記基準領域の位置との偏差を示す偏差情報を算出する偏差算出ステップと、前記偏差情報に基づいて、前記測定対象の測定条件を設定する測定条件設定ステップと、前記光プローブと前記測定対象との相対位置を変えながら、前記光プローブにより前記測定対象の位置を測定する測定ステップと、を実行させるための形状測定プログラムである。
【００１０】
また、本発明の一実施形態は、測定光を測定対象に照射する照射部と、前記測定光が照射された前記測定対象の像を撮像し、撮像した前記測定対象の像の画像データを生成する撮像部と、前記撮像部に対して前記測定対象を載置する載置部と、前記載置部に対して相対的に前記照射部又は前記撮像部を相対的に移動するように前記載置部または前記照射部及び前記撮像部の少なくとも一方を駆動する駆動部と、前記載置部の位置情報又は前記撮像部の位置情報を検出する位置検出部と、前記位置検出部が検出した前記位置情報と、前記測定対象の第１領域を前記撮像部が生成した前記画像データと、基準画像データとに基づいて、前記測定対象の第１領域の位置と基準領域の位置との偏差を示す偏差情報を算出する偏差算出部と、前記偏差情報及び前記撮像部が生成した前記画像データとにより、前記測定対象の３次元座標を測定する測定部、を有する光学式形状測定装置である。
【００１１】
また、本発明の一実施形態は、構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する設計装置と、前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、作成された前記構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する上記の光学式形状測定装置と、前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較する検査装置と、を含む構造物製造システムである。
【００１２】
また、本発明の一実施形態は、測定光が照射された測定対象の第１領域の像を撮像することにより生成される前記第１領域の像の画像データと、形状測定の基準である測定基準物の前記第１領域に対応する基準領域の像が撮像されている基準画像データとに基づいて算出される情報であって、前記測定対象の第１領域の位置と前記基準領域の位置との偏差を示す偏差情報に基づいて、前記測定対象の測定条件を設定する測定条件設定装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、測定対象の形状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実施形態に係る光学式形状測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】光学式形状測定装置の構成の一例を示す図である。
【図３】機械座標系（グローバル座標系）と測定物座標系（ギア座標系）との関係を示す図である。
【図４】基準画像データの取得例について説明するための図である。
【図５】測定対象の基準位置の設定例を示す図である。
【図６】光学式形状測定装置における３次元形状の測定処理の流れを示す図である。
【図７】偏差算出部と３次元データ算出部の構成例を示す図である。
【図８】画像データと基準画像データとのマッチング動作について説明するための図である。
【図９】偏差Δθについて説明するための図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る光学式形状測定装置の構成の一例を示す図である。
【図１１】曲りばかさ歯車の基準位置への回転動作について説明するための図である。
【図１２】光束ケラレについて説明するための図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る光学式形状測定装置の構成の一例を示す図である。
【図１４】アラインメント制御部の動作について説明するための図である。
【図１５】アラインメント制御の処理の流れを示す図である。
【図１６】測定条件設定装置の構成例を示す図である。
【図１７】本実施形態による形状測定装置を備えた構造物製造システムの構成を示すブロック図である。
【図１８】構造物製造システムにおける処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態による光学式形状測定装置について図面を参照して説明する。
なお、以下の説明において、用語［像］とは、光束がつくる物体の像を意味し、「画像データ」とは「像」を撮像素子が電気信号に変換した情報を意味し、「３次元座標値」とは３次元成分（例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚ成分）により表現される空間内の１点の座標を意味し、「点群データ」とは、複数の３次元座標値があつまった、物体の（表面の）形状を示す情報を意味する。
また、用語「第１領域」とは、光プローブからの測定光が測定対象に照射されて測定が行われる測定領域を意味し、用語「基準領域」とは、基準画像データを生成するために使用される測定基準物（例えば、歯車の基準となる歯面）の上記第１領域に対応する領域を意味する。
【００１６】
［第１実施形態］
（形状測定装置の概略構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光学式形状測定装置１００の概略構成を示す模式図である。また、以下の説明において、「光学式形状測定装置」を、単に「形状測定装置」とも呼ぶ。
【００１７】
図１に示す形状測定装置１００は、測定機本体１と制御ユニット４０（図２を参照）とを備えている。図１に示されるように、測定機本体１は、水平な上面（基準面）を備えている基台２と、この基台２上に設けられ、測定ヘッド１３を支持して移動させる移動部１０と、基台２上に設けられ測定対象（被測定物）３を載置する支持装置３０とを備えている。ここで、本実施形態の形状測定装置１００は、例えば、歯車やタービンなど円周方向に周期的に配列されかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状の表面を有する測定対象３の表面形状を測定する。特に、歯車やタービンなどは、円周方向を含む面に対して垂直方向から射影した形状について、当該円周方向に中心に対して、放射状に凸部の稜線又は凹部の谷線が形成されている。したがって、凹凸形状が延在した方向の一例として、このような凸部の稜線や凹部の谷線が対応する。
【００１８】
ここで、この基台２の基準面を基準とする直交座標系（機械座標系）を定義する。互いに直交するＸ軸とＹ軸とが基準面に対して平行に定められ、Ｚ軸が基準面に対して直交する方向に定められている。また、基台２には、Ｙ方向（紙面に垂直な方向でこれを前後方向とする）に延びるガイドレール（不図示）が設けられている。
【００１９】
移動部１０は、そのガイドレール上をＹ方向に移動自在に設けられ、支柱１０ａと、支柱１０ａと対をなす支柱１０ｂとの間で水平に延びるように架け渡された水平フレーム１０ｃとを備え、門型の構造体を形成している。また、移動部１０は、水平フレーム１０ｃにおいて、Ｘ方向（左右方向）に移動自在に設けられたキャリッジ（不図示）を備えており、そのキャリッジに対してＺ方向（上下方向）に移動自在に設けられた測定ヘッド１３を備えている。
【００２０】
測定ヘッド１３の下部には、測定対象３の形状を検出する光プローブ２０が設けられている。この光プローブ２０は、光プローブ２０の下方に配置される測定対象３との距離を検出するように、測定ヘッド１３に支持されている。特に、本実施の形態における光プローブ２０は、光切断法を利用した測定方式の光プローブであり、図示されていないラインパターンを投影するための照射部２１と、ラインパターン投影部による投影方向とは違う方向に光軸が設定された撮影光学系と撮像素子を有する。なお、撮影光学系と撮像素子は合わせて、撮像部２２として後述する。ところで、測定ヘッド１３の位置を制御することにより、光プローブ２０の位置を移動させることができる。また、光プローブ２０とキャリッジとの間には、Ｚ軸方向と平行な軸に対して光プローブ２０を回転するヘッド回転機構１３ａを有している。
【００２１】
また、移動部１０の内部には、入力される駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させるヘッド駆動部１５（図２を参照）と、測定ヘッド１３の座標を検出し測定ヘッド１３の座標値を示す信号を出力するヘッド位置検出部１８（図２を参照）と、が設けられている。
【００２２】
基台２上には、支持装置３０が設けられている。支持装置３０は、ステージ３１と、支持テーブル（回転機構）３２とを備えている。
ステージ３１は、測定対象３を載置して把持する。
支持テーブル（回転機構）３２は、直交する２方向の回転軸周りにステージ３１を回転可能に支持することによりステージ３１を基準面に対して傾斜または水平回転させる。本実施形態の支持テーブル３２は、例えば、垂直（Ｚ軸方向）に延びる回転軸Ａｇを中心として水平面内で図１に示すＡ方向に回転可能、かつ、水平（Ｘ軸方向）に延びる回転軸Ｂｇを中心として図１に示すＢ方向に回転可能にステージ３１を支持している。
また、支持装置３０には、入力される駆動信号に基づきステージ３１を回転軸Ａｇ及び回転軸Ｂｇ回りに電動でそれぞれ回転駆動させるステージ駆動部１６（図２を参照）と、ステージ３１の座標を検出し、ステージ座標値を示す信号を出力するステージ位置検出部１９（図２を参照）とが設けられている。
【００２３】
制御ユニット４０は、制御部４１と、入力装置４２と、モニタ４３とを備える。
制御部４１は、測定機本体１を制御する。その詳細は後述する。入力装置４２は、各種指示情報を入力するキーボードなどであり、この入力装置には、ジョイステックが付加されることもある。モニタ４３は、計測画面、指示画面、計測結果等を表示する。
【００２４】
続いて、図２を参照し、形状測定装置１００の構成について説明する。
測定機本体１は、駆動部１４と、位置測定部１７と、光プローブ２０とを備えている。
また、駆動部１４は、前述のヘッド駆動部１５と、ステージ駆動部１６とを備えている。
ヘッド駆動部１５は、支柱１０ａ、１０ｂ（図１）をＹ方向に駆動するＹ軸用モータ、キャリッジをＸ方向に駆動するＸ軸用モータ、測定ヘッド１３をＺ方向に駆動するＺ軸用モータ及び光プローブ２０をＺ軸方向と平行な軸に回転するヘッド回転用モータを備えている。ヘッド駆動部１５は、後述の駆動制御部５２から供給される駆動信号を受け取る。ヘッド駆動部１５は、その駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させる。
【００２５】
ステージ駆動部１６は、支持テーブル（回転機構）３２を介して、ステージ３１を回転軸Ａｇ回りに回転駆動するロータリ軸用モータ及び回転軸Ｂｇ回りに回転駆動するチルト軸用モータを備える。また、ステージ駆動部１６は、駆動制御部５２から供給される駆動信号を受け取り、受け取った駆動信号に基づき、支持テーブル３２により。ステージ３１を回転軸Ａｇ及び回転軸Ｂｇ回りに、電動でそれぞれ回転させる。また、ステージ駆動部１６は、測定光が照射される測定対象３の位置を、円周方向に対応して定められる光プローブ２０の移動方向に相対的に移動させる。また、ステージ駆動部１６は、光プローブ２０を、測定対象３に対して光プローブ２０の移動方向に相対的に移動させる。また、ステージ駆動部１６は、測定対象３の中心軸Ｚｇと回転移動の回転軸Ａｇとを一致させて測定対象３を回転移動させる。
【００２６】
位置測定部１７は、前述のヘッド位置検出部１８と、ステージ位置検出部１９とを備えている。
ヘッド位置検出部１８は、測定ヘッド１３のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の位置及びヘッドの設置角度をそれぞれ検出するＸ軸用エンコーダ、Ｙ軸用エンコーダ、Ｚ軸用エンコーダ、及びヘッド回転用エンコーダを備えている。また、ヘッド位置検出部１８は、それらのエンコーダによって測定ヘッド１３の座標を検出し、測定ヘッド１３の座標値を示す信号を後述の位置検出部５１へ供給する。
ステージ位置検出部１９は、ステージ３１の回転軸Ａｇ及び回転軸Ｂｇ回りの回転位置をそれぞれ検出するロータリ軸用エンコーダ及びチルト軸用エンコーダを備えている。また、ステージ位置検出部１９は、それらのエンコーダを用いて、ステージ３１の回転軸Ａｇ及び回転軸Ｂｇ回りの回転位置を検出し、検出した回転位置を表す信号を位置検出部５１へ供給する。
【００２７】
なお、図３は、グローバル座標系である機械座標系と、ローカル座標系である測定物座標系（ギア座標系とも呼ぶ）との関係を示す図である。図３（Ａ）に示すように、機械座標系として、基台２（図１）の基準面を基準とする機械座標系（直交座標系Ｘ，Ｙ，Ｚ）が定義されている。また、図３（Ｂ）に示すように、測定対象としての曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）が載置されるステージ３１に対しても、ギア座標系Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇが定義されている。つまり、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の実際の測定においては、機械座標系Ｘ，Ｙ，Ｚ中に、更に曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の設計図面情報（ＣＡＤ情報）に対応させてギア座標系Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇが構築されている。
ここで、図３（Ａ）に示すように、ギア座標系における点Ｐｇを定め、ステージ３１の載置面（Ｘｇ−Ｙｇ面）が基台２の基準面（Ｘ−Ｙ平面）に平行になるように置かれているとすると、このギア座標系における点Ｐｇの座標は、式（１）として示される。
【００２８】
【数１】
2014137265.tif 000003
【００２９】
そして、ステージ３１を、回転軸Ａｇ（ギア座標系の中心軸Ｚｇと一致）を回転中心とし、機械座標系のＸ軸方向を基準角度位置として、この基準角度位置から角度Δθ回転させたとする。つまり、図３（Ｂ）に示すように、ギア座標系のＸｇ軸を、Ｚｇ軸（Ａｇ軸と一致）を回転中心として、機械座標系のＸ軸と平行な方向から角度Δθの位置に回転させたとすると、この点Ｐｇのギア座標系から機械座標系への変換式は、式（２）として示される。
【００３０】
【数２】
2014137265.tif 000004
【００３１】
ここで、Ｏｍは、ギア座標系の中心点Ｏｇにおける機械座標を示すベクトルであり、Ｍｇは、機械座標系のＸ軸とギア座標系のＸｇ軸がなす角度Δθに対応する回転行列である。
【００３２】
この式（２）を一般化すると、下記式（３）となる。
【００３３】
【数３】
2014137265.tif 000005
【００３４】
こここで、Ｍは、ギア座標系上の点Ｐｇの位置を機械座標系の座標に変換するマトリックス（変換行列）である。この式（３）により、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）上の点Ｐｇが、機械座標系の位置により示される。
なお、図１に示すように、ステージ３１は、回転軸Ａｇを中心として水平面内でＡ方向に回転可能であるとともに、水平（Ｘ軸方向）に延びる回転軸Ｂｇを中心としてＢ方向に回転可能であり、ステージ３１が回転軸Ｂｇを中心としてＢ方向に回される場合は、上記マトリックスＭは、回転軸Ｂｇによる回転位置の変化を含むものとして生成される。
【００３５】
図２に戻り、光プローブ２０は、照射部２１と、撮像部２２とを備えており、光切断方式により測定対象３の表面形状を検出する。つまり、光プローブ２０は、照射部２１と撮像部２２との間の相対的な位置が変化しないように、固定部（不図示）により照射部２１と撮像部２２とを固定して保持している。そして、駆動部１４は、光プローブ２０とステージ（載置部）３１上に載置された測定対象３とを相対的に移動させる。
【００３６】
この光プローブ２０は、照射部２１による測定光の照射方向と撮像部２２による撮影方向は異なる方向に設定するように照射部２１と撮像部２２を固定する。つまり、照射部２１は、所定の光量分布を有する測定光を、測定対象３の表面の法線方向に対応して定められる照射方向（第１方向）によって測定対象３の測定領域（第１領域）に照射する。この測定光は、例えば、平面に照射された場合にライン状に形成される光量分布を有している。この場合、測定対象３に照射された測定光は、測定対象３の凹凸形状に応じて長手方向が設定されたたライン状の投影パターンを測定対象３に投影することで形成される。このような測定光は、例えば、点光源から発せられた光が屈折または掃引されてライン状に形成されてもよい。このライン状に形成された測定光によって、測定対象３の表面に光切断線が形成される。つまり、光切断線は、測定対象３の表面形状に応じて形成される。
【００３７】
ここで、例えば、測定対象３としての歯車の形状を測定する場合、照射部２１は、測定対象３の歯車が有する歯の表面にある形状に応じた光量分布を有する測定光を、歯の歯面の法線方向に対応して定められる照射方向（第１方向）によって歯面に照射する。この場合、光切断線は、測定対象３の表面形状（例えば、歯車の歯面の形状）に応じて形成される。
【００３８】
撮像部２２は、測定光が照射された表面の所定の方向（測定対象３の円周方向とは異なる方向）に対応して定められる撮像方向（第２方向）から測定光が投影された測定領域の撮像画像を生成する。例えば、本実施形態の撮像部２２は、測定対象３の凹凸形状が延在する方向を撮像方向（第２方向）にして、測定光が撮像された撮像画像を生成する。ここで、測定対象３が歯車である場合には、測定対象３の凹凸形状（つまり歯車の歯）が延在する方向は、例えば歯車の歯すじの方向である。この場合、本実施形態の撮像部２２は、測定対象３としての歯車の歯すじの方向から測定光が投影された歯面の像を撮像画像として生成する。このように、撮像部２２は、照射部２１からの照射光により測定対象３の表面に形成される光切断線を撮像する。
【００３９】
また、撮像部２２は、測定対象３の表面に形成される陰影パターンを撮像し、撮像した画像情報を画像データとして制御ユニット４０へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。撮像部２２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、Ｃ−ＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの個体撮像素子を備えている。
【００４０】
ここで、例えば、測定対象３としての歯車の形状を測定する場合、撮像部２２は、測定光が照射された歯面の歯すじの向きに対応して定められる撮像方向（第２方向）から光切断線が撮像された撮像画像を生成する。
【００４１】
（制御ユニット４０についての説明）
続いて、制御ユニット４０について説明する。制御ユニット４０は、制御部４１と、入力装置４２と、モニタ４３とを備える。
【００４２】
入力装置４２は、ユーザが各種指示情報を入力するキーボードなどを備えており、例えばキーボードに入力された指示情報を検出し、検出した指示情報を記憶部５３に書き込み記憶させる。本実施形態の入力装置４２には、例えば、測定対象３の種類が指示情報として入力される。例えば、測定対象３が歯車である場合に、入力装置４２には、測定対象３の種類としては、歯車の種類（例えば、平歯車ＳＧ、はすば歯車ＨＧ、かさ歯車ＢＧ、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）、ウォーム歯車ＷＧなど）が指示情報として入力される。
【００４３】
モニタ４３は、データ出力部５４から供給された測定データ（全測定ポイントの座標値）等を受け取る。モニタ４３は、受け取った測定データ等を表示する。また、モニタ４３は、計測画面、指示画面等を表示する。
【００４４】
制御部４１は、位置検出部５１と、駆動制御部５２と、記憶部５３と、データ出力部５４と、測定制御部５５と、基準画像入力部５６と、偏差算出部５７と、３次元データ算出部５９とを備えている。
【００４５】
位置検出部５１は、ヘッド位置検出部１８から出力される座標信号により、ヘッド位置検出部１８に支持されている光プローブ２０の位置、すなわち水平方向における観察位置と上下方向における観察位置と、光プローブ２０の撮像方向を検知する。また、位置検出部５１は、ステージ位置検出部１９から出力される回転位置を示す信号により、ステージ３１の回転軸Ａｇ及び回転軸Ｂｇ回りの回転位置を検知する。
【００４６】
位置検出部５１は、それぞれ検知された水平方向における観察位置と上下方向における観察位置の情報と、ステージ位置検出部１９から出力される回転位置を示す情報（ステージ３１の回転位置情報）とから、座標情報を検出する。そして、位置検出部５１は、光プローブ２０の座標情報、撮像方向とステージ３１の回転位置情報と、を基準画像入力部５６と、偏差算出部５７と、３次元データ算出部５９へ供給する。
また、位置検出部５１は、光プローブ２０の座標情報、撮像方向とステージ３１の回転位置情報とに基づいて、光プローブ２０とステージ３１との相対的な移動経路、移動速度、移動が停止しているか否かなどの情報を検出し、検出した情報を駆動制御部５２へ供給する。
【００４７】
駆動制御部５２は、駆動部１４内のヘッド駆動部１５及びステージ駆動部１６に駆動信号を出力して、測定ヘッド１３及びステージ３１の駆動制御を行う。
【００４８】
記憶部５３には、測定対象３の種類ごとに、測定対象３の凹凸形状が延在する方向の位置と、凹凸形状が延在する方向の位置毎に凹凸形状が延在する方向を示す情報とが関連付けられて予め記憶されている。本実施形態の記憶部５３には、例えば、歯車の種類ごとに、歯車の歯すじ方向の位置と、歯すじ方向の位置毎に歯すじの方向を示す情報とが関連付けられて予め記憶されている。つまり、記憶部５３には、測定ポイントの移動方向が、歯車の種類に関連付けられて予め記憶されている。また、記憶部５３には、測定対象３の種類ごとに、測定対象３の測定開始位置（最初の測定ポイント）の座標値と測定終了位置（最後の測定ポイント）の座標値、及び各測定ポイントの距離間隔が、測定対象３の種類に関連付けられて予め記憶されている。また、記憶部５３には、３次元データ算出部５９から供給された３次元座標値の点群データが測定データ(３次元データ)として保持される。また、記憶部５３には、位置検出部５１から供給された各測定ポイントの座標情報が保持される。また、記憶部５３には、測定対象３の設計情報（ＣＡＤデータ）が保持される。
【００４９】
データ出力部５４は、記憶部５３から測定データ（全測定ポイントの座標値）等を読み出す。データ出力部５４は、その測定データ等をモニタ４３に供給する。また、データ出力部５４は、測定データ等をプリンタやＣＡＤシステムなど設計システム（不図示）へ出力する。
【００５０】
［測定制御部５５］
測定制御部５５は、形状測定装置１００における測定動作を制御する。測定制御部５５は、記憶部５３から、入力装置４２によって記憶された指示情報（つまり測定対象３の種類）を読み出す。また、測定制御部５５は、読み出した測定対象３の種類に関連付けられた測定対象３の測定範囲を示す測定ポイントの座標値、測定対象３の測定開始位置（最初の測定ポイント）の座標値、測定終了位置（最後の測定ポイント）の座標値、測定ポイントの移動方向、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータ等を記憶部５３から読み出す。測定制御部５５は、上記読み出したデータに基づいて測定対象３に対するスキャンの移動経路を算出する。そして、測定制御部５５は、算出した移動経路及び記憶部５３から読み出した各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）等に従って、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５２に供給し、ヘッド駆動部１５とステージ駆動部１６（移動部）とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる。
【００５１】
例えば、測定制御部５５は、移動経路及び測定ピッチに従って、測定ヘッド１３の移動または移動の停止と、ステージ３１の回転または回転の停止を駆動させる指令信号を供給して、光プローブ２０とステージ３１との相対的な位置を移動させて測定ポイント毎に停止させる。また、測定制御部５５は、記憶部５３から測定条件テーブルに登録された測定対象３の測定範囲の情報、例えば、測定開始点（最初の測定ポイント）位置やデータ取得ピッチ等を読み出す。
【００５２】
また、測定制御部５５は、３次元データ算出部５９により算出された点群データ（３次元データ）に基づいて、ライン光における測定対象３の法線方向を示す法線ベクトルを算出し、算出した法線ベクトルに基づいて、ライン光を照射する光プローブ２０の向き（姿勢）を制御する。
この場合に、測定制御部５５は、記憶部５３から読み出した、現在の相対位置に対する３次元座標値の点群データと現在より過去に検出された（例えば、１つ前の）相対位置に対する３次元座標値の点群データとに基づいて、現在の相対位置における法線ベクトルを算出する。すなわち、測定制御部５５は、連続する２枚のライン光の撮像画像から測定対象３の測定面の法線方向（面の傾斜情報）を示す法線ベクトルを算出する。
【００５３】
［基準画像入力部５６］
基準画像入力部５６は、測定対象３とほぼ同じ形状を有した測定基準物の基準領域（測定基準物の第１領域に対応する測定領域）の像が撮像されている基準画像データを生成する。この基準画像データを生成する方法には、測定対象３の設計情報（ＣＡＤデータ）から生成することができる他、測定対象３の所定の部位、例えば、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の基準となる歯面を測定基準物とし、この測定基準物となる歯面を実測することにより生成することができる。特に、測定対象３の設計情報から生成する場合には、測定ヘッド１３の位置情報（Ｘ座標値、Ｙ座標値、Ｚ座標値）及びステージ位置検出部１９の回転軸Ａｇ及び回転軸Ｂｇ周りの回転位置情報を用いて、それらの位置から測定光を投影したときのライン光の像の形状を画像データとして生成すればよい。
【００５４】
本実施形態の形状測定装置１００では、測定対象３をステージ３１上に載置する際に、測定対象３の所定の部位（測定基準物となる部分）を基準位置に合わせて配置するとともに、この測定対象３に対して基準領域を設定し、この基準領域を撮像部２２により撮像することにより基準画像データを生成する。
【００５５】
図４は、本実施形態の形状測定装置１００における基準画像データの取得例について説明するための図である。
図４に示す例では、測定基準物となる曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の歯面Ｈｓ１に向けて直線状のライン光Ｌａを照射し、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の歯面Ｈｓ１の表面に投影される光切断線Ｌｓを撮像部２２により撮像する。
この場合に、撮像部２２は、図５に示すように、まず、ユーザが、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）において、測定基準物となる歯面Ｈｓ１を特定する。そして、この曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の歯面Ｈｓ１の中央、もしくは回転方向の基準が決定できる基準点であって、かつギア座標系のＸｇ軸上に位置する点Ｐｋを基準点に定める。そして、例えば、機械座標系のＸ軸方向を基準角度位置に設定し、Ｘｇ軸の方向を、この基準角度位置に対する偏差情報（Δθ）として定める。
【００５６】
そして、図４（Ａ）に示すように、歯面Ｈｓ１の基準領域（基準点である点Ｐｋを含む第１領域）に向けて直線状のライン光Ｌａを照射し、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の表面に光切断線Ｌｓを形成し、この光切断線Ｌｓを撮像部２２により撮像する。
この場合に、図４（Ｂ）に示すように、モニタ（表示装置）の画面上に、基準領域の歯面に形成される光切断線Ｌｓ１と、隣の歯面に形成される光切断線Ｌｓ２との両方が撮像されことがある。また、光切断線Ｌｓ１の画像が、モニタ画面の中心から外れて撮像されることがある。この場合は、図４（Ｂ）に示す領域Ａ１を、領域Ａ２に移動させるように、例えば、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の位置（より正確にはステージ３１の回転位置）をａ方向又はａ方向と反対方向に移動させて調整するか、又は光プローブ２０の位置を調整する。そして、図４（Ｃ）に示すように、光切断線Ｌｓ１の画像がモニタ画面の中心位置にくるようにする。
なお、この曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の位置、又は光プローブ２０の位置の調整は、ユーザが手動操作で行うことを前提にしているが、形状測定装置１００自身が自動で行うようにしてもよい。
【００５７】
そして、光切断線Ｌｓ１の画像が、モニタ画面の中心に表示された後に、基準画像入力部５６は、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の画像データから、光切断線Ｌｓ１の画像データを作成する。また、基準画像入力部５６は、この光切断線Ｌｓ１の画像データから、基準画像データＳｒｅｆ（測定基準物の第１領域に対応する画像データ）を生成する。また、基準画像入力部５６は、基準画像データＳｒｅｆ内の光切断線Ｌｓ１に対応する機械座標（グローバル座標）と、ギア座標（ローカル座標）とを取得し、これらの座標を基準座標情報として基準画像データＳｒｅｆとともに記憶部５３に記憶する。
【００５８】
これにより、基準画像入力部５６は、図４（Ｄ）に示すような光切断線Ｌｓ１を含む基準画像データＳｒｅｆを取得して、記憶部５３に保存することができる。なお、基準画像データＳｒｅｆと基準座標情報とは、上述のように、記憶部５３に予め保持された曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）のＣＡＤデータのシミュレーション画像と対比することにより求めるようにしてもよい。
【００５９】
そして、基準画像入力部５６により基準画像データが取得された後、歯車３の製造時の各工程の完了時ごとに、ユーザは、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）をステージ３１上にセットして、歯面Ｈｓ１の形状測定を行い、基準画像データに基づいて測定対象３の加工の良否を判定することになる。なお、本実施の形態では基準画像データは光切断線Ｌｓ１の像を含み、かつ周囲の画像も含めているが、本発明はこれだけに限られない。光切断線Ｌｓ１の像の部分のみを基準画像データとして、保持していてもよい。
【００６０】
［偏差算出部５７］
偏差算出部５７は、基準画像入力部５６により基準画像データが取得された後、実測定において、ステージ３１上に載置された曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の測定位置（第１領域の位置）と、基準領域の位置とのずれを示す偏差情報（偏差Δθ）を検出するための処理部である。この偏差算出部５７の詳細な動作については後述する。
【００６１】
［測定条件設定部５８］
測定条件設定部５８は、測定対象３の測定条件を設定するための処理部である。後述する３次元データ算出部５９は、測定ステップにおいて測定された測定対象３の各部位（測定対象となる各領域）の位置の測定結果と、測定条件設定部５８において設定された測定条件とに基づいて、測定対象３の３次元座標を算出する。
【００６２】
この測定条件設定部５８は、測定対象３の位置と、基準領域の位置との偏差に基づいて、測定結果を取得するときの設定情報（測定条件）を算出する。例えば、偏差算出部５７で得られた情報から、測定開始時の初期位置を補正するための情報として使用されたり、三次元座標データ算出時に、三次元座標の原点位置を補正するための情報として用いられる。なお、本実施の形態では、測定条件設定部５８は、算出した設定情報を、「設定した測定条件」として３次元データ算出部５９に出力する。３次元データ算出部５９は、測定条件設定部５８が設定した設定情報（測定条件）に基づいて、画像データを設定する。
【００６３】
例えば、測定条件設定部５８は、３次元座標値の算出条件として、位置検出部５１から得られる位置情報（例えば、ステージ３１の位置情報と撮像部２２の位置情報）と、撮像部２２で撮像された像の位置情報とから、３次元座標値に対する原点位置の補正値を算出する。
【００６４】
（３次元データ算出部５９）
３次元データ算出部５９は、撮像部２２から供給された画像データを受け取る。３次元データ算出部５９は、位置検出部５１から供給された光プローブ２０の座標情報、撮像方向と、ステージ３１の回転位置情報とを受け取る。
この３次元データ算出部５９は、測定対象３の各部位（測定対象となる各領域）の位置の測定結果と、測定条件設定部５８において設定された測定条件とに基づいて、測定対象３の３次元座標を算出する。
つまり、３次元データ算出部５９は、測定光の照射時の光プローブ２０と測定対象との相対位置情報と、測定対象３の測定領域（第１領域）の画像データから得られる測定領域の位置情報と、測定条件設定部５８により設定された設定情報とから測定対象の３次元座標を算出する。
【００６５】
なお、測定条件設定部５８は、測定対象３の位置と、基準角度位置との偏差に基づいて、画像データ内で光切断光の像の位置を補正するため設定情報を算出し、算出した設定情報を、「設定した測定条件」として３次元データ算出部５９に出力する。そして、３次元データ算出部５９は、設定部が設定した測定条件に基づいて、画像データ内で光切断光の像の位置を補正し、光切断光の像の位置が補正された画像データから３次元座標値を算出する。
【００６６】
ここで、３次元データ算出部５９が補正された画像データに基づいて３次元データ（３次元形状情報）を算出する具体的な算出方法は以下の通りである。まず、３次元データ算出部５９は、位置検出部５１から受け取った光プローブ２０の座標から、光プローブ２０に固定された照射部２１の座標と、撮像部２２の座標を算出する。
ここで、照射部２１は光プローブ２０に固定されているので、照射部２１の照射角度は、光プローブ２０に対して固定である。また、撮像部２２も光プローブ２０に固定されているので、撮像部２２の撮像角度は、光プローブ２０に対して固定である。
【００６７】
３次元データ算出部５９は、照射した光が測定対象３にあたった点の座標を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。ここで、照射した光が測定対象３にあたった点の座標は、照射部２１の座標から照射部２１の照射角度で描画される直線と、撮像部２２の座標から撮像部２２の撮像角度で描画される直線（光軸）とが交わる点の座標である。なお、上記の撮像された画像は、測定位置に配置された光プローブ２０によって検出された画像を示す。
このようにして、３次元データ算出部５９は、撮像部２２からの撮像画像に撮像されている像の測定光の位置に基づいて、画像データから測定対象３の３次元データ（３次元形状情報）を算出することができる。
【００６８】
（形状測定装置１００における処理の流れについての説明）
次に、上記構成の形状測定装置１００における３次元形状の測定処理の流れについて以下に説明する。
【００６９】
図６は、形状測定装置１００における３次元形状の測定処理の流れについて説明するための図である。形状測定装置１００では、最初に、基準画像データの取得ステップを実行し、この基準画像データの取得後に、測定対象３（例えば、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ））の測定ステップ（本測定）を実行する。
【００７０】
図６を参照して、最初に、ユーザは、測定基準物をステージ３１上に載置し、測定基準物（例えば、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）上の測定対象となる歯面Ｈｓ）を基準位置に合わせる。この場合、ユーザは、例えば、ステージ３１を手動により操作し、回転方向を調整して、測定対象３の位置を基準位置に精密に合わせるようにする。
次に、照射部２１により、測定対象３の基準点（例えば、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の歯面中央、もしくは回転方向の基準が決定できる点）を含むように測定光を測定領域（第１領域）に照射する（ステップＳ１０１）。撮像部２２は、測定対象３の表面に形成される光切断線を含む領域（基準領域）を撮像し（ステップＳ１０２）、画像データを生成して出力する（ステップＳ１０３）。
【００７１】
基準画像入力部５６は、測定基準物の基準領域の画像データを、基準画像データＳｒｅｆ（測定基準物の第１領域の画像データ）として取得する（ステップＳ１０４）。そして、基準画像入力部５６は、基準画像データＳｒｅｆの光切断線Ｌｓに対応する機械座標（グローバル座標）と、測定物座標（ローカル座標）とを取得し、基準座標情報として基準画像データＳｒｅｆとともに記憶部５３に記憶する。
上記ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理により、基準画像入力部５６が、基準画像データＳｒｅｆを取得して記憶部５３に保存すると、測定ステップが開始される（ステップＳ１０５）。
【００７２】
そして、測定対象３の測定ステップが開始されると、形状測定装置１００は、光プローブ２０と測定対象３との相対位置を変えながら、光プローブ２０により測定対象３の形状測定を行う。
【００７３】
そして、この測定ステップにおいて、照射部２１は、光プローブ２０からの測定光を測定対象３の第１領域に照射する（ステップＳ１０６：照射ステップ）。
そして、撮像部２２は、測定光が照射された測定対象３の第１領域の像を撮像して、測定対象３の第１領域の画像データを生成する（ステップＳ１０７：撮像ステップ）。
【００７４】
撮像部２２により測定対象３の第１領域の撮像が行われると、偏差算出部５７は、測定対象３の画像データと基準画像データとを比較して、偏差情報（Δθ）を算出する。より具体的には、偏差算出部５７は、測定対象３の第１領域の画像の位置と、基準領域の画像の位置との偏差を示す偏差情報（Δθ）を算出する（ステップＳ１０８；偏差算出ステップ）。
これにより、偏差算出部５７は、測定対象３の第１領域を撮像した画像と、基準領域の画像とに基づき、偏差情報（偏差Δθ）を算出することができる。なお、画像の位置の偏差だけではなく、画像として取得されている形状の一部についてのみ、偏差情報を算出するようにしてもよい。具体的には、図４に示しているような変曲点を有する光切断線の像が得られている場合、このほぼ同じ変曲点が写されている位置がどの程度偏差があるのかを算出するようにしてもよい。
【００７５】
なお、測定ステップにおいて、測定対象３の第１領域の画像の位置を算出する際には、後述する３次元データ算出部５９内の位置情報算出部５９１（図７を参照）が、撮像ステップで取得された画像の測定光の像の位置情報を基に、測定対象３の第１領域の位置情報（座標情報）を算出する。
これにより、形状測定装置１００では、撮像ステップで取得された画像の測定光の像の位置情報を基に、測定対象３の測定領域（第１領域）の位置情報を算出することができる。
【００７６】
ところで、測定ステップにおいては、上記のステップＳ１０８の偏差算出ステップにおいて偏差情報（Δθ）が算出されると、測定条件設定部５８により、偏差情報（Δθ）に基づいて、次の３つの補正が行われる。一つ目は、測定対象３へ測定光が投影されたときの測定光の像を画像データ内でΔθ分の位置偏移を相殺するようにシフトする。二つ目は、測定光の画像データと、測定ヘッドと測定対象の相対的な位置情報から予め3次元座標値を取得した後に、Δθ分に相当する三次元座標値の偏差量を相殺するように三次元座標値を補正する。三つ目は、測定対象３の測定位置を−Δθ分シフトしてから測定対象３の測定を開始する。上述のような補正処理に必要な情報のいずれかを、測定条件として設定する（ステップＳ１０９）。
【００７７】
例えば、一つ目の補正を実施する場合には、測定条件設定部５８は、偏差算出部５７により得られた偏差情報（Δθ）に基づいて、撮像部２２により得られた画像の位置をシフトするシフト量を測定条件として設定する。例えば、測定条件設定部５８は、偏差算出部５７から出力される偏差情報（Δθ）から、上記の式（３）に示す座標変換のマトリックスに基づいて、画像の位置をシフトするシフト量を測定条件として設定することができる。
これにより、３次元データ算出部５９は、シフト量に基づいて、シフトされた画像データから測定対象３の３次元形状データを生成する。
このようにすることで、測定開始時の歯車の画像データとＣＡＤデータと一致した状態で撮影された画像データとの偏差情報を基に、画像データの位置をシフトした上で、三次元座標位置を算出しているので、測定開始時の機械座標系の原点位置が正確にＣＡＤデータとの原点位置と一致していなくとも、測定して得られた測定対象３の三次元座標データは、ＣＡＤデータとの原点位置と正確に一致している。したがって、そのまま形状評価しても、誤って隣接した歯同士を評価してしまうことの恐れが無くなる。
【００７８】
なお、測定条件設定部５８は、後述する第３実施形態で説明するように、測定対象３の形状測定を行う際に、測定対象３を載置するステージ３１（載置台）の回転軸Ａｇに対する回転位置を設定することもできる。このステージ３１の回転位置を設定する例については、後述する。
【００７９】
次に、３次元データ算出部５９は、測定光の照射時の光プローブ２０と測定対象３との相対位置情報と、測定対象３の測定領域（第１領域）の位置情報と、測定条件設定部５８により設定された測定条件の設定情報とに基づいて、測定対象３の３次元形状データ（３次元座標）を算出する（ステップＳ１１０）。
これにより、３次元データ算出部５９は、光プローブ２０と測定対象３との相対位置情報と、測定対象３の測定領域（第１の領域）の位置情報と、測定条件設定部５８により設定された測定条件とに基づいて、測定対象３の３次元座標を算出することができる。
【００８０】
なお、３次元データ算出ステップは、測定対象３の３次元座標を算出する際に、基準角度位置を所定の角度方向、例えば、機械座標系のＸ軸と平行な方向に設定した上で、測定対象３の３次元座標を算出し、この算出された測定対象３の３次元座標を、偏差情報（Δθ）に基づいて生成された測定条件設定により補正することができる。
これにより、３次元データ算出部５９は、測定対象３の３次元座標を、測定対象３の基準角度位置からの偏差情報（Δθ）に基づいて補正して、測定対象３の３次元データを生成することができる。
【００８１】
（偏差算出部５７と３次元データ算出部５９の構成例）
上述のように、偏差算出部５７は、撮像部２２において生成された画像データと、基準画像データとを比較することにより、測定対象３の現在の位置と基準位置との偏差を示す偏差情報（偏差Δθ）を算出する。この偏差算出部５７は、図７に示すように、マッチング部５７１と、偏差演算部５７２とで構成されている。
【００８２】
マッチング部５７１は、例えば、測定対象３が曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）である場合に、モニタ４３の画面上に表示されている複数の光切断線の画像から、測定対象となる歯面の画像を判定するための処理部である。
例えば、図８（Ａ）に示すように、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の歯面Ｈｓ１を測定する場合に、図８（Ｂ）に示すように、形状測定装置のモニタ４３の画面には、測定対象となる歯面Ｈｓの光切断線Ｌｓ１の画像と、隣の歯面の光切断線Ｌｓ２の画像との２つの画像が同時に表示されることがある。
【００８３】
このような場合に、マッチング部５７１は、記憶部５３に保存された基準画像データ（より正確には、基準画像データＳｒｅｆ中の光切断線Ｌｓｒｅｆの画像データ）を読み出し、公知のパターンマッチング技術を用いて、光切断線Ｌｓ１と光切断線Ｌｓｒｅｆとのマッチング処理、及び光切断線Ｌｓ２と光切断線Ｌｓｒｅｆとのマッチング処理を行い、マッチング率の差から、光切断線Ｌｓ１の画像が測定対象となる歯面Ｈｓ１の画像であることを特定する。
そして、偏差演算部５７２では、マッチング部５７１で特定された測定対象となる歯面の光切断線Ｌｓ１と、基準画像データＳｒｅｆ中の光切断線Ｌｓｒｅｆとの偏差情報（偏差Δθ）を算出する。
【００８４】
この偏差情報（偏差Δθ）を算出する場合に、偏差算出部５７では、例えば、図９（Ａ）に示すように、光切断線Ｌｓ１を画面内で点線Ａ１で示す範囲に移動したとした場合の曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の回転量（Δθ）を求める。つまり、図９（Ｂ）に示すように、光切断線Ｌｓ１を、基準画像データＳｒｅｆと同じ基準位置に移動するとした場合の回転量（偏差Δθ）を求める。これにより、偏差演算部５７２は、図９（Ｃ）に示すように、ギア座標系のＸｇ軸の基準角度位置（機械座標系のＸ軸と平行な方向）からの回転角度を偏差情報（Δθ）として算出することができる。
【００８５】
また、偏差演算部５７２は、偏差情報（Δθ）に基づいて、ギア座標系上の画像の位置を機械座標系の位置に変換するマトリックスＭを、上述の式（３）に基づいて生成し、このマトリックスＭの情報を測定条件設定部５８に出力する。
【００８６】
また、図７に示すように、３次元データ算出部５９は、位置情報算出部５９１と、座標変換部５９２とを有して構成される。位置情報算出部５９１は、撮像部２２で取得された画像の測定光の像の位置情報を基に、測定対象３の第１領域の位置情報（座標情報）を算出する。
また、座標変換部５９２は、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）３の測定領域の位置情報（座標情報）を、測定条件設定部５８から出力される測定条件に基づいて、座標変換することにより、実際の曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の表面形状データを算出する。
【００８７】
このように、３次元データ算出部５９は、位置情報算出部５９１により算出された測定対象３の第１領域の座標情報を、偏差算出部５７により算出された偏差情報（Δθ）に基づき座標変換することにより、測定対象３の３次元形状を測定することができる。
【００８８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態として、偏差算出部５７は、撮像ステップにおいて生成された画像データに基づいて算出される測定対象３の３次元座標を示す点群データと、基準画像データに基づいて算出される測定基準物の３次元座標を示す点群データとに基づいて、偏差情報を算出する例について説明する。
【００８９】
図１０は、本発明の第２実施形態に係る形状測定装置１００Ａの構成を示す図である。図１０に示す形状測定装置１００Ａは、図２に示す形状測定装置１００と比較して、偏差算出部５７における偏差情報（Δθ）の演算方法が異なるものである。他の構成は、図２に示す形状測定装置１００と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
この図１０に示す偏差算出部５７では、測定ステップにより取得した画像データ内の光切断線に対応する位置の三次元座標データ（機械座標系の点群データ）を生成するとともに、この測定して得られた測定対象３の点群データと、基準画像データに対応する基準となる点群データ（機械座標系の点群データ）とを比較して、偏差情報（Δθ）を算出する。
そして、測定条件設定部５８は、この偏差情報（Δθ）に基づいて、座標変換部５９２で算出される座標データを補正する補正データとして設定し、この設定した補正データを反映して、測定対象３の三次元座標データを３次元データ算出部５９から出力する。３次元データ算出部５９は、測定ステップにより撮像した画像データから生成した点群データと、測定条件設定部５８により設定された測定条件とに基づいて。測定対象３の３次元データ（３次元形状情報）を算出する。
これにより。形状測定装置１００Ａは、画像データに基づいて算出される曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の点群データと、測定基準物の３次元座標を示す点群データとに基づいて、偏差情報（Δθ）を算出し、この偏差情報（Δθ）に基づいて、測定対象３の３次元データ（３次元形状情報）を算出することができる。
【００９０】
［第３実施形態］
上述した第１実施形態の形状測定装置１００及び第２実施形態の形状測定装置１００Ａでは、偏差算出部５７により偏差情報（Δθ）を算出し、この偏差情報（Δθ）を基に、測定対象３の画像データに対して補正を加えることにより、３次元データを算出する例について説明した。
【００９１】
ここで、本発明の第３実施形態として、偏差算出部５７により算出された偏差情報（Δθ）を基に、測定対象３の位置をステージ３１の回転により移動させ、測定対象３の基準位置を基準角度位置に一致させた後に、形状測定を行う例について説明する。
【００９２】
これは、例えば、図１１（Ａ）に示すような測定対象となる曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の歯面（斜めの面）Ｈｓ１を測定する場合に、形状測定装置１００Ｂのモニタ（表示装置）の画面には、図１１（Ｂ）に示すように、選択した歯面の光切断線Ｌｓ１の画像と、隣接の歯面の光切断線Ｌｓ２の画像との２つがモニタ画面上に表示されることがある。この場合、ユーザは、図１１（Ｃ）に示すように、選択した光切断線Ｌｓ１の画像をモニタ画面上の中心（撮像素子２４上の中心）になるようにステージ３１（或いは光プローブ２０）を移動させて測定を行うと、歯面Ｈｓ１の測定精度を向上させることができる。
【００９３】
このように、歯面の光切断線Ｌｓ１の画像をモニタ画面上の中心に位置するように曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）を移動させるのは、例えば、図１２に示すようにレンズ２３と撮像素子２４とにより光切断線の画像を撮像する場合に、レンズ２３の球面収差による歪みと、光束ケラレ（ＮＡの低下により光束が遮られること)により、正確な像が得られなくなることがあるためである。
【００９４】
例えば、この図１２に示すように、レンズ２３の光軸Ｘ１が中心に位置する光切断線Ｌｓ１は、撮像素子２４の面上に像Ｓ１を形成する。この像Ｓ１は、光軸Ｘ１に対して対称な像となる。一方、光切断線Ｌｓ２は、レンズ２３の光軸Ｘ１に対しして斜め方向から撮像され、図上のハッチされた部分Ｌｄに示すようなケラレが発生する。このため、光切断線Ｌｓ２からの光束により撮像素子２４の面上に形成される像Ｓ２は、対称性が崩れた偏りのある像になるととともに、ピークの位置がずれ、さらに、その明るさが低下する。また、実際には、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の表面と、光軸Ｘ１と、撮像素子２４とは、ジャインプルーフ光学系を形成するように構成されており、撮像素子２４の面上に形成される像Ｓ２は、さらに歪むことになる。このため、第３実施形態に係る形状測定装置１００Ｂでは、測曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の歯面を正確に測定するために測定対象となる光切断線Ｌｓ１の位置を、光軸Ｘ１に合わせるようにする。
【００９５】
図１３は、本発明の第３実施形態に係る形状測定装置１００Ｂの構成を示す図である。この図１３に示す形状測定装置１００Ｂは、図２に示す第１実施形態の形状測定装置１００と比較して、測定条件設定部５８内にアラインメント制御部５８１を新たに追加したが異なり、他の構成は、図２に示す形状測定装置１００と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
形状測定装置１００Ｂにおいて、アラインメント制御部５８１は、図１４（Ａ）に示すように、ギア座標系のＸｇ軸が、基準角度位置（機械座標系のＸ軸と平行な方向）から、角度Δθだけずれている場合に、偏差算出部５７により、基準位置に対するギアの回転方向の誤差（Δθ）を算出する。
【００９６】
そして、ステージ３１を、角度Δθだけ矢印ａの方向に回転させることにより、図１４（Ｂ）に示すように、ギア座標系のＸｇ軸を機械座標系のＸ軸と平行な方向に合わせるようにする。
これにより、図１４（Ｃ）に示すように、測定対象歯面である歯面Ｈｓ１の画像（光切断線Ｌｓ１の画像）が画像の中心からずれている場合に、この光切断線Ｌｓ１の画像を、図１４（Ｄ）に示すように、画像の中心点Ｏｇの位置まで移動させることができる。
このため、光切断線Ｌｓ１から歯面Ｈｓ１の３次元形状の測定を正確に行えるようになる。
【００９７】
また、図１５は、上述した第３実施形態の形状測定装置１００Ｂにおけるアラインメント制御の処理の流れを示す図である。
この図１５を参照して、第３実施形態の形状測定装置１００Ｂでは、照射部２１により、光プローブ２０からの測定光を測定対象となる曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の歯面Ｈｓ（第１領域）に照射する（ステップＳ２０１）。そして、撮像部２２は、測定光が照射された歯面Ｈｓ１の光切断線の像（第１領域の像）を光プローブ２０で撮像し、撮像した光切断線の像（第１領域の像）の画像データを生成する（ステップＳ２０２）。
【００９８】
そして、撮像部２２により測定対象３の第１領域の撮像が行われると、偏差算出部５７は、撮像した第１領域の像の画像データと、基準画像データ（測定基準物の基準領域の画像データ）とに基づいて、測定対象３の第１領域の位置と基準領域との位置との偏差を示す偏差情報を算出する（ステップＳ２０３）。
【００９９】
そして、測定条件設定部５８は、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の位置と、基準角度位置との偏差（Δθ）に基づいて、回転機構（支持テーブル）３２を動かす向きや大きさを算出する。測定条件設定部５８は、算出した回転機構（支持テーブル）３２を動かす向きや大きさを、「設定した測定条件」として駆動制御部５２に供給する（ステップＳ２０４）。
駆動制御部５２は、測定条件設定部５８が設定した測定条件に基づいて、回転機構（支持テーブル）３２を駆動してステージ３１を回転させ、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の位置を基準位置にあわせる（ステップＳ２０５）。つまり、ギア座標系のＸｇ軸を基準角度位置（機械座標系のＸ軸の方向）に合わせる。
そして、形状測定装置１００Ｂは、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の位置を基準位置にあわせた後に、測定ステップにより形状測定を行う（ステップＳ２０６）。
このように、第３実施形態の形状測定装置１００Ｂは、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の測定対象歯面である歯面Ｈｓ１の画像（光切断線Ｌｓ１の画像）が画像の中心からずれている場合に、この光切断線Ｌｓ１の画像を、画面の中心の位置まで移動させて形状測定を行うことができる。このため、形状測定装置１００Ｂでは、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の歯面の３次元形状の測定をより正確に行えるようになる。
【０１００】
以上、説明したように、第３実施形態の形状測定装置１００Ｂでは、測定対象３の基準位置を精密に設定して形状測定を行うことができる。また、形状測定装置１００Ｂでは、基準位置を正確に設定できるため、光切断による測定点データが安定し、さらには、歯面の形状は自由曲面なので、測定座標がずれると、測定領域がずれ、必要なデータを取洩らすことがあるが、それを回避することができる。
【０１０１】
［測定条件設定装置］
上述した第１実施形態、第２実施形態、及び第３実施形態においては、測定対象３の３次元形状を測定する形状測定装置の例について説明したが、本発明の技術的な思想は測定条件設定装置として単独でも実現できるものである。
【０１０２】
例えば、本発明の測定条件設定装置１００Ｃは、図１６に示すように、制御部４１Ａ内に、記憶部５３と、偏差算出部５７と、測定条件設定部５８とを設ける。なお、記憶部５３には、基準領域の画像が基準画像データとして保持されているものとする。
【０１０３】
そして、測定条件設定装置１００Ｃでは、撮像部２２により、測定光が照射された測定対象３の第１領域（測定領域）の像を撮像することにより、第１領域の像の画像データを生成する。そして、偏差算出部５７は、第１領域の像の画像データと、上記の基準画像データとに基づいて算出される情報であって、測定対象３の第１領域の位置と基準領域の位置との偏差を示す偏差情報（Δθ）を生成する。測定条件設定部５８は、偏差情報（Δθ）に基づいて、３次元データ算出部５９が３次元データを算出する際に使用される測定条件を設定する。
これにより、測定条件設定装置１００Ｃは、測定対象３の第１領域の位置と基準領域の位置との偏差を示す偏差情報（Δθ）に基づいて、３次元データ算出部５９が３次元データを算出する際に使用する測定条件を設定することができる。
また、測定条件設定装置の代わりに、偏差情報を基に、警告をユーザに行ってもよい。ＣＡＤデータと取得された形状データとを比較するような場合、その前にどちらかのデータの位置をずらしてフィッティングする作業が必要となるが、その際、余りにも偏差量が大きい場合、例えば、歯車の歯のピッチの１/２以上以上の偏差がある場合、ＣＡＤデータの歯と形状データが示す歯が一歯分ずれて、フィッティングされてしまう可能性がある。そのような恐れがあることを警告するようにしてもよい。
【０１０４】
［構造物製造システムの例］
次に、上述した形状測定装置１００（または、形状測定装置１００Ａ、または形状測定装置１００Ｂ。以下の説明において同じ。）を備えた構造物製造システムについて説明する。
【０１０５】
図１７は、本発明の実施形態による形状測定装置１００を備える構造物製造システム２００の構成を示すブロック図である。構造物製造システム２００は、上述した形状測定装置１００と、設計装置１１０と、成形装置１２０と、制御装置（検査装置）１５０と、リペア装置１４０とを備える。
【０１０６】
設計装置１１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作成した設計情報を成形装置１２０に送信する。また、設計装置１１０は、作成した設計情報を制御装置１５０の後述する座標記憶部１５１に記憶させる。ここで、設計情報とは、構造物の各位置の座標を示す情報である。
【０１０７】
成形装置１２０は、設計装置１１０から入力された設計情報に基づいて上記構造物を作製する。成形装置１２０の成形工程には、鋳造、鍛造、または切削等が含まれる。
形状測定装置１００は、作製された構造物（例えば、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ））の座標を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置１５０へ送信する。
【０１０８】
制御装置１５０は、座標記憶部１５１と、検査部１５２とを備える。座標記憶部１５１には、前述の通り、設計装置１１０により設計情報が記憶される。検査部１５２は、座標記憶部１５１から設計情報を読み出す。検査部１５２は、形状測定装置１００から受信した座標を示す情報（形状情報）と座標記憶部１５１から読み出した設計情報とを比較する。
【０１０９】
検査部１５２は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部１５２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。
検査部１５２は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合、修復可能であるか否か判定する。修復できる場合、検査部１５２は、比較結果に基づき、不良部位と修復量を算出し、リペア装置１４０に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。
リペア装置１４０は、制御装置１５０から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。
【０１１０】
図１８は、構造物製造システム２００による処理の流れを示したフローチャートである。
まず、設計装置１１０が、構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ３０１）。次に、成形装置１２０は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する（ステップＳ３０２）。次に、形状測定装置１００は、作製された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ３０３）。次に、制御装置１５０の検査部１５２は、形状測定装置１００で得られた形状情報と、上記設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作成されたか否か検査する（ステップＳ３０４）。
【０１１１】
次に、制御装置１５０の検査部１５２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。作成された構造物が良品である場合（ステップＳ３０５；ＹＥＳ）、構造物製造システム２００はその処理を終了する。一方、作成された構造物が良品でない場合（ステップＳ３０５；ＮＯ）、制御装置１５０の検査部１５２は、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ３０６）。
【０１１２】
作成された構造物が修復できると検査部１５２が判断した場合（ステップＳ３０６；ＹＥＳ）、リペア装置１４０は、構造物の再加工を実施し（ステップＳ３０７）、ステップＳ３０３の処理に戻る。一方、作成された構造物が修復できないと検査部１５２が判断した場合（ステップＳ３０６；ＮＯ）、構造物製造システム２００はその処理を終了する。以上で、本フローチャートの処理を終了する。
【０１１３】
以上により、上記の実施形態における形状測定装置１００が測定対象の形状を正確に測定することができるので、構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であるか否かを正確に判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。
【０１１４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、ここで本発明と上述した実施形態との対応関係について補足して説明する。すなわち、本発明における照射部は、光プローブ２０内の照射部２１が対応し、本発明における撮像部は、光プローブ２０内の撮像部２２が対応する。また、本発明における偏差算出部は、偏差算出部５７が対応し、本発明における測定条件設定部は、測定条件設定部５８が対応し、本発明における３次元データ算出部は、３次元データ算出部５９が対応する。また、本発明における載置台は、ステージ３１が対応し、本発明における回転機構は、支持テーブル３２が対応する。
【０１１５】
（１）そして、上記実施形態において、本発明の形状測定方法は、光プローブ２０からの測定光を測定対象３の第１領域に照射する照射ステップと、測定光が照射された第１領域の像を光プローブ２０で撮像し、撮像した第１領域の像の画像データを生成する撮像ステップと、撮像ステップにおいて生成された画像データと、測定対象３とほぼ同じ形状を有した測定基準物の第１領域に対応する基準領域の像が撮像されている基準画像データとに基づいて、測定対象３の第１領域の位置と基準領域の位置との偏差を示す偏差情報を算出する偏差算出ステップと、上記偏差情報に基づいて、測定対象の測定条件を設定する測定条件設定ステップと、光プローブと測定対象との相対位置を変えながら、光プローブにより測定対象の各部位の位置を測定する測定ステップと、測定ステップにおいて測定された測定対象３の各部位の位置の測定結果と、測定条件設定ステップにおいて設定された測定条件とに基づいて、前記測定対象の３次元座標を算出する３次元データ算出ステップと、を有する。
【０１１６】
このようなステップを含む形状測定方法であれば、照射ステップにおいて、照射部２１は、光プローブ２０からの測定光を測定対象３の第１領域（例えば、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）の測定対象となる歯面Ｈｓ１）に照射する。また、撮像ステップにおいて、撮像部２２は、測定光が照射された第１領域の像を光プローブ２０で撮像し、撮像した第１領域の像の画像データを生成する。
偏差撮像ステップにおいて、偏差算出部５７は、撮像部２２により生成された画像データと、基準画像データとに基づいて、測定対象３の第１領域の位置と基準領域の位置との偏差情報（Δθ）を算出する。
測定ステップにおいて、測定制御部５５は、光プローブ２０と測定対象３との相対位置を変えながら、光プローブ２０により測定対象３の位置を測定する。
また、測定条件設定ステップにおいて、測定条件設定部５８は、偏差情報（Δθ）に基づいて、測定対象３の測定条件を設定する。
そして、３次元データ算出ステップにおいて、３次元データ算出部５９は、測定ステップで測定された測定対象３の各部位の位置情報と、測定条件設定部５８により設定された測定条件とに基づいて測定対象３の３次元座標を算出する。
これにより、形状測定装置１００では、測定対象の形状を正確に測定することができる。
【０１１７】
（２）また、上記実施形態において、照射ステップは、測定光を光プローブ２０から放射し、撮像ステップは、第１領域（測定対象３の測定領域）の像を光プローブ２０で撮像する。
これにより、形状測定装置１００は、測定対象３の第１領域に光切断線の像を形成して、測定対象３の形状測定を行うことができる。
【０１１８】
（３）また、上記実施形態の形状測定方法において、偏差算出ステップは、撮像ステップにおいて生成された画像データから取得される測定対象３の第１領域の画像の位置と基準領域の画像の位置とに基づき偏差情報（Δθ）を算出する。
このような形状測定方法であれば、偏差算出部５７は、測定対象３の第１領域を撮像した画像と、基準領域の画像とに基づき、偏差情報（偏差Δθ）を算出することができる。
【０１１９】
（４）また、上記実施形態において、測定ステップは、光プローブ２０か測定対象３の測定領域（第１領域）へ測定光を照射する測定時照射ステップと、測定光が照射された測定領域の画像を取得する測定時撮像ステップと、測定時撮像ステップで取得された画像の測定光の像の位置情報を基に、測定対象３の測定領域の位置情報を算出する位置情報算出ステップとを有する。
これにより、偏差算出部５７は、撮像ステップで取得された画像の測定光の像の位置情報を基に、測定対象３の測定領域（第１領域）の位置情報を算出することができる。
【０１２０】
（５）また、上記実施形態において、３次元データ算出ステップは、測定光の照射時の光プローブ２０と測定対象３との相対位置情報と、位置情報算出ステップで得られた測定対象３の測定領域（第１領域）の位置情報と、測定条件設定ステップの設定情報とから測定対象３の３次元座標を算出する。
このような形状測定方法であれば、３次元データ算出部５９は、光プローブ２０と測定対象３との相対位置情報と、測定対象３の測定領域の位置情報と、測定条件設定部５８により設定された測定条件とに基づいて、測定対象３の３次元座標を算出することができる。
【０１２１】
（６）また、上記実施形態において、測定条件設定ステップは、第1領域に相当する測定対象３の部位の測定時における測定対象３を回転可能に載置する載置台（ステージ３１）の回転軸に対する回転位置を設定する。
このような形状測定方法であれば、測定条件設定部５８は、測定対象３を載置する載置台（ステージ３１）の回転位置を設定することができる。
【０１２２】
（７）また、上記実施形態において、測定条件設定ステップは、測定ステップで得られた画像の位置をシフトするシフト量を設定する。
このような形状測定方法であれば、測定条件設定部５８は、偏差算出部５７により得られた偏差情報（Δθ）に基づいて、撮像部２２により得られた画像の位置をシフトするシフト量を測定条件として設定する。例えば、測定条件設定部５８は、偏差算出部５７から出力される偏差情報（Δθ）から、上記の式（３）に示す座標変換のマトリックスから画像の位置をシフトするシフト量を測定条件として設定することができる。
これにより、３次元データ算出部５９は、測定条件設定部５８により設定された画像のシフト量に基づいて、測定対象３の３次元形状データを生成することができる。
【０１２３】
（８）また、上記実施形態において、３次元データ算出ステップは、基準角度位置を所定の角度方向に設定した上で、測定対象３の３次元座標を算出し、かつ算出された測定対象３の３次元座標を測定条件設定ステップで設定された測定条件に基づき、設定する
このような構成の形状測定方法であれば、３次元データ算出部５９は、基準角度位置を所定の角度方向、例えば、機械座標系のＸ軸と平行な方向に設定した上で、測定対象３の３次元座標を算出する。そして、３次元データ算出部５９は、この算出された測定対象３の３次元座標を、偏差情報（Δθ）に基づいて生成された測定条件設定により補正する。
これにより、３次元データ算出部５９は、測定対象３の３次元座標を、測定対象３の基準角度位置からの偏差情報（Δθ）に基づいて補正して、測定対象３の３次元データを生成することができる。
【０１２４】
（９）また、上記実施形態において、基準画像データには、測定基準物の座標を示す基準座標情報が含まれ、偏差算出ステップは、撮像ステップにおいて生成された画像データと、基準画像データとを比較することにより測定対象３の座標情報を算出し、算出した当該座標情報と、基準画像データに含まれる基準座標情報とに基づいて、偏差情報（Δθ）を算出する。
このような形状測定方法であれば、記憶部５３に保持された基準画像データには、基準となる画像の座標情報（測定基準物の座標を示す基準座標情報）が含まれようにする。そして、偏差算出部５７は、撮像ステップにおいて生成された画像データと、基準画像データとを比較することにより測定対象３の座標情報を算出し、算出した測定対象３の座標情報と、基準画像データに含まれる基準座標情報とに基づいて、偏差情報（Δθ）を算出する。
これにより、偏差算出部５７は、測定対象３の座標情報と、基準画像データに含まれる基準座標情報とに基づいて、偏差情報（Δθ）を算出することができる。
【０１２５】
（１０）また、上記実施形態において、偏差算出ステップは、撮像ステップにおいて生成された画像データに基づいて算出される測定対象３の３次元座標を示す点群データと、基準画像データに基づいて算出される測定基準物の３次元座標を示す点群データとに基づいて、偏差情報（Δθ）を算出する。
このような形状測定方法であれば、偏差算出部５７は、測定対象３の３次元座標を示す点群データと、測定基準物の３次元座標を示す点群データとに基づいて、偏差情報（Δθ）を算出することができる。
【０１２６】
（１１）また、上記実施形態において、測定ステップは、３次元データ算出ステップにおいて算出された測定対象３の座標情報を、偏差算出ステップにおいて算出された偏差情報に基づき座標変換した測定対象の座標情報に基づいて、測定対象３の３次元形状を測定する。
このような形状測定方法であれば、３次元データ算出部５９は、測定対象３の座標情報を、偏差情報（Δθ）に基づき座標変換して、測定対象３の３次元形状を測定することができる。
【０１２７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記の実施形態において、制御部４１（および、制御部４１Ａ）の各部は専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリ及びＣＰＵ（Central  Processing  Unit）を備えて、プログラムによって実現されてもよい。
【０１２８】
また、上述の形状測定装置１００は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した測定対象の形状を測定する処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【０１２９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の光学式形状測定装置、測定条件設定装置、及び構造物製造システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【０１３０】
例えば、上述した実施形態では、測定対象として歯車（ギア）を例にして説明したが、測定対象は、歯車に限らず、測定対象はどのような形状のものであってもよい。
【符号の説明】
【０１３１】
３…測定対象、２０…光プローブ、２１…照射部、２２…撮像部、３１…ステージ（載置台）、３２…支持テーブル（回転機構）、４０…制御ユニット、４１，４１Ａ…制御部、５１…位置検出部、５２…駆動制御部、５６…基準画像入力部、５７…偏差算出部、５８…測定条件設定部、５９…３次元データ算出部、１００，１００Ａ，１００Ｂ…光学式形状測定装置、１００Ｃ…測定条件設定装置、１１０…設計装置、１２０…成形装置、１４０…リペア装置、１５０…制御装置、１５１…座標記憶部、２００…構造物製造システム、５７１…マッチング部、５９１…位置情報算出部、５９２…座標変換部
【図１】
2014137265.tif 000006
【図２】
2014137265.tif 000007
【図３】
2014137265.tif 000008
【図４】
2014137265.tif 000009
【図５】
2014137265.tif 000010
【図６】
2014137265.tif 000011
【図７】
2014137265.tif 000012
【図８】
2014137265.tif 000013
【図９】
2014137265.tif 000014
【図１０】
2014137265.tif 000015
【図１１】
2014137265.tif 000016
【図１２】
2014137265.tif 000017
【図１３】
2014137265.tif 000018
【図１４】
2014137265.tif 000019
【図１５】
2014137265.tif 000020
【図１６】
2014137265.tif 000021
【図１７】
2014137265.tif 000022
【図１８】
2014137265.tif 000023