(57)【要約】【課題】搬送時に高さ方向の平行移動、長手方向軸回りの回転又は幅方向軸回りの回転の３つの外乱のうちの何れかが生じた場合であっても、被測定剛体の表面高さをより正確に測定すること。【解決手段】本発明に係る形状測定装置は、被測定剛体の幅方向に延びる光切断線であり、被測定剛体の表面形状を算出するために用いられる形状測定用光切断線と、被測定剛体の長手方向に対して平行で、かつ、形状測定用光切断線と交差しており、被測定剛体に作用する外乱の影響を補正するために用いられる第１の補正用光切断線と、被測定剛体の長手方向に対して平行で、形状測定用光切断線と交差し、かつ、第１の補正用光切断線とは異なる被測定剛体の幅方向位置に存在している第２の補正用光切断線と、を利用する。２種類の補正用光切断線に基づき形状測定用光切断線と補正用光切断線との交点で外乱の大きさを推定し、形状測定用光切断線から得られた形状データを補正する。【選択図】図１
2016171263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定剛体の長手方向に沿って当該被測定剛体に対して相対移動する複数の線状レーザ光源から、前記被測定剛体の表面へと照射された、複数の線状レーザ光による複数の光切断線により、当該被測定剛体の形状を測定するものであり、
長手方向に沿って相対移動する前記被測定剛体の表面に対して、３本の前記線状レーザ光を照射するとともに、前記３本の線状レーザ光の前記被測定剛体の表面からの反射光を所定の長手方向間隔で撮像する撮像装置と、
前記撮像装置により撮像された前記光切断線に関する撮像画像に対して画像処理を実施して、前記被測定剛体の表面形状を算出する演算処理装置と、
を備え、
前記撮像装置は、
前記被測定剛体の幅方向に延びる前記光切断線であり、前記被測定剛体の表面形状を算出するために用いられる形状測定用光切断線を射出する第１線状レーザ光源と、
前記被測定剛体の長手方向に対して平行であり、かつ、前記形状測定用光切断線と交差しており、前記被測定剛体に作用する外乱の影響を補正するために用いられる第１の補正用光切断線を射出する第２線状レーザ光源と、
前記被測定剛体の長手方向に対して平行であり、前記形状測定用光切断線と交差し、かつ、前記第１の補正用光切断線とは異なる前記被測定剛体の幅方向位置に存在しており、前記被測定剛体に作用する外乱の影響を補正するために用いられる第２の補正用光切断線を射出する第３線状レーザ光源と、
前記形状測定用光切断線を、所定の長手方向間隔に対応する各時刻に撮像し、各時刻におけるそれぞれの前記形状測定用光切断線の撮像画像を生成する第１のカメラと、
前記補正用光切断線を、所定の長手方向間隔に対応する各時刻に撮像し、各時刻におけるそれぞれの前記補正用光切断線の撮像画像を生成する第２のカメラと、
を有しており、
前記演算処理装置は、
前記第１のカメラにより生成された各時刻での前記形状測定用光切断線の撮像画像に基づいて、前記被測定剛体の表面の３次元形状を表わし、かつ、前記外乱に起因する測定誤差の重畳された形状データを算出する形状データ算出部と、
前記被測定剛体の同一位置について異なる２つの時刻に取得した前記被測定剛体の表面高さに関する高さ測定値から、当該位置における前記外乱に起因する高さ変化値を取得する高さ変化値取得処理を、前記第１の補正用光切断線の撮像画像を用いて、当該第１の補正用光切断線の異なる長手方向位置の複数の点に対して実施するとともに、前記高さ変化値取得処理を、前記第２の補正用光切断線の撮像画像を用いて、当該第２の補正用光切断線の異なる長手方向位置の複数の点に対して実施し、前記第１の補正用光切断線の撮像画像から得られた複数の前記外乱に起因する高さ変化値と、前記第２の補正用光切断線の撮像画像から得られた複数の前記外乱に起因する高さ変化値と、を利用して、前記形状データに重畳された前記外乱に起因する高さ変動量を推定する外乱推定部と、
前記形状データから前記高さ変動量を差し引くことで、前記外乱に起因する測定誤差を補正する補正部と、
を有する、形状測定装置。
【請求項２】
前記外乱推定部は、
前記第１の補正用光切断線上の複数の点における前記外乱に起因する高さ変化値を直線近似して、当該直線と前記形状測定用光切断線との交点における前記外乱に起因する高さ変化値を推定し、
前記第２の補正用光切断線上の複数の点における前記外乱に起因する高さ変化値を直線近似して、当該直線と前記形状測定用光切断線との交点における前記外乱に起因する高さ変化値を推定し、
２つの前記交点における前記外乱に起因する高さ変化値を結ぶ直線により、前記高さ変動量を推定する、請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記第１のカメラ及び前記第２のカメラは、所定の長手方向間隔に対応する各時刻に撮像を行って、それぞれＮ枚（Ｎは、２以上の整数。）の撮像画像を生成し、
前記外乱推定部は、１枚目の撮像画像に前記外乱が生じていないとみなして、前記高さ変動量を算出する、請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記第１のカメラ及び前記第２のカメラの撮像タイミングは、互いに隣り合う撮像時刻に撮像した前記第２のカメラの撮像画像において、共通して前記補正用光切断線が照射されている前記被測定剛体の部分である共通照射領域が存在するように制御されており、
前記外乱推定部は、前記第１の補正用光切断線、及び、前記第２の補正用光切断線のそれぞれでの前記共通照射領域に該当する前記複数の点について、前記外乱に起因する高さ変化値を算出する、請求項１〜３の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記外乱推定部は、前記第２のカメラのｉ＋１枚目（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ−１）の撮像画像から得られる前記高さ変化値を含む見かけの表面高さと、前記第２のカメラのｉ枚目の撮像画像から得られる、当該撮像画像の前記共通照射領域における前記高さ変化値を除去した後の表面高さと、を用いて、前記ｉ＋１枚目の撮像画像における前記高さ変化値と、当該高さ変化値を除去した後の表面高さと、を算出する、請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記外乱推定部は、前記第２のカメラの１枚目の撮像画像を基準として、前記第２のカメラのｉ枚目（ｉ＝２，・・・，Ｎ）の撮像画像における前記高さ変化値を算出する、請求項４又は５に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記第１線状レーザ光源、前記第２線状レーザ光源及び前記第３線状レーザ光源は、それぞれの光源の光軸が前記被測定剛体の長手方向及び幅方向で規定される平面に対して垂直となるように配設される、請求項１〜６の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記第１のカメラの光軸と前記第１線状レーザ光源の光軸とのなす角、前記第２のカメラの視線と前記第２線状レーザ光源の光軸とのなす角、及び、前記第２のカメラの視線と前記第３線状レーザ光源の光軸とのなす角は、互いに独立に、３０度以上６０度以下である、請求項１〜７の何れか１項に記載の形状測定装置。
【請求項９】
被測定剛体の長手方向に沿って当該被測定剛体に対して相対移動する複数の線状レーザ光源から、前記被測定剛体の表面へと照射された、複数の線状レーザ光による複数の光切断線により、当該被測定剛体の形状を測定するものであり、
前記被測定剛体の幅方向に延びる前記光切断線であり、前記被測定剛体の表面形状を算出するために用いられる形状測定用光切断線を射出する第１線状レーザ光源と、前記被測定剛体の長手方向に対して平行であり、かつ、前記形状測定用光切断線と交差しており、前記被測定剛体に作用する外乱の影響を補正するために用いられる第１の補正用光切断線を射出する第２線状レーザ光源と、前記被測定剛体の長手方向に対して平行であり、前記形状測定用光切断線と交差し、かつ、前記第１の補正用光切断線とは異なる前記被測定剛体の幅方向位置に存在しており、前記被測定剛体に作用する外乱の影響を補正するために用いられる第２の補正用光切断線を射出する第３線状レーザ光源と、前記形状測定用光切断線を、所定の長手方向間隔に対応する各時刻に撮像し、各時刻におけるそれぞれの前記形状測定用光切断線の撮像画像を生成する第１のカメラと、前記補正用光切断線を、所定の長手方向間隔に対応する各時刻に撮像し、各時刻におけるそれぞれの前記補正用光切断線の撮像画像を生成する第２のカメラと、を有する撮像装置から、長手方向に沿って相対移動する前記被測定剛体の表面に対して３本の前記光切断線を照射して、当該３本の光切断線の前記被測定剛体の表面からの反射光を所定の長手方向間隔で撮像する撮像ステップと、
前記第１のカメラにより生成された各時刻での前記形状測定用光切断線の撮像画像に基づいて、前記被測定剛体の表面の３次元形状を表わし、かつ、前記外乱に起因する測定誤差の重畳された形状データを算出する形状データ算出ステップと、
前記被測定剛体の同一位置について異なる２つの時刻に取得した前記被測定剛体の表面高さに関する高さ測定値から、当該位置における前記外乱に起因する高さ変化値を取得する高さ変化値取得処理を、前記第１の補正用光切断線の撮像画像を用いて、当該第１の補正用光切断線の異なる長手方向位置の複数の点に対して実施するとともに、前記高さ変化値取得処理を、前記第２の補正用光切断線の撮像画像を用いて、当該第２の補正用光切断線の異なる長手方向位置の複数の点に対して実施して、前記第１の補正用光切断線の撮像画像から得られた複数の前記外乱に起因する高さ変化値と、前記第２の補正用光切断線の撮像画像から得られた複数の前記外乱に起因する高さ変化値と、を利用して、前記形状データに重畳された前記外乱に起因する高さ変動量を推定する外乱推定ステップと、
前記形状データから前記高さ変動量を差し引くことで、前記外乱に起因する測定誤差を補正する補正ステップと、
を含む、形状測定方法。
【請求項１０】
前記外乱推定ステップでは、
前記第１の補正用光切断線上の複数の点における前記外乱に起因する高さ変化値を直線近似することで、当該直線と前記形状測定用光切断線との交点における前記外乱に起因する高さ変化値が推定され、
前記第２の補正用光切断線上の複数の点における前記外乱に起因する高さ変化値を直線近似することで、当該直線と前記形状測定用光切断線との交点における前記外乱に起因する高さ変化値が推定され、
２つの前記交点における前記外乱に起因する高さ変化値を結ぶ直線により、前記高さ変動量が推定される、請求項９に記載の形状測定方法。
【請求項１１】
前記第１のカメラ及び前記第２のカメラは、所定の長手方向間隔に対応する各時刻に撮像を行って、それぞれＮ枚（Ｎは、２以上の整数。）の撮像画像を生成し、
前記外乱推定ステップでは、１枚目の撮像画像に前記外乱が生じていないとみなして、前記高さ変動量が算出される、請求項９又は１０に記載の形状測定方法。
【請求項１２】
前記第１のカメラ及び前記第２のカメラの撮像タイミングは、互いに隣り合う撮像時刻に撮像した前記第２のカメラの撮像画像において、共通して前記補正用光切断線が照射されている前記被測定剛体の部分である共通照射領域が存在するように制御されており、
前記外乱推定ステップでは、前記第１の補正用光切断線、及び、前記第２の補正用光切断線のそれぞれでの前記共通照射領域に該当する前記複数の点について、前記外乱に起因する高さ変化値が算出される、請求項９〜１１の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項１３】
前記外乱推定ステップでは、前記第２のカメラのｉ＋１枚目（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ−１）の撮像画像から得られる前記高さ変化値を含む見かけの表面高さと、前記第２のカメラのｉ枚目の撮像画像から得られる、当該撮像画像の前記共通照射領域における前記高さ変化値を除去した後の表面高さと、を用いて、前記ｉ＋１枚目の撮像画像における前記高さ変化値と、当該高さ変化値を除去した後の表面高さと、が算出される、請求項１２に記載の形状測定方法。
【請求項１４】
前記外乱推定ステップでは、前記第２のカメラの１枚目の撮像画像を基準として、前記第２のカメラのｉ枚目（ｉ＝２，・・・，Ｎ）の撮像画像における前記高さ変化値が算出される、請求項１２又は１３に記載の形状測定方法。
【請求項１５】
前記第１線状レーザ光源、前記第２線状レーザ光源及び前記第３線状レーザ光源は、それぞれの光源の光軸が前記被測定剛体の長手方向及び幅方向で規定される平面に対して垂直となるように配設される、請求項９〜１４の何れか１項に記載の形状測定方法。
【請求項１６】
前記第１のカメラの光軸と前記第１線状レーザ光源の光軸とのなす角、前記第２のカメラの視線と前記第２線状レーザ光源の光軸とのなす角、及び、前記第２のカメラの視線と前記第３線状レーザ光源の光軸とのなす角は、互いに独立に、３０度以上６０度以下である、請求項９〜１５の何れか１項に記載の形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置及び形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼半製品であるスラブや、かかるスラブを利用して製造される厚板等は、その製造過程において複数のロールから構成される製造ライン上を搬送される。この際に、これらスラブや厚板等の剛体の表面高さを測定するために、いわゆる光切断法を利用した形状測定が行われている。しかしながら、スラブや厚板といった剛体が製造ラインを搬送される際には、測定される表面高さに対して、剛体の上下動や回転（以下、「外乱」と称する。）に起因する表面高さの変動が重畳されてしまい、真の表面高さが測定できないという問題があった。【０００３】
上記問題に対応するために、以下の特許文献１に示した技術では、被測定剛体の幅方向に形成した本来の形状測定のための光切断線に加えて、当該光切断線に対して斜め方向（互いに平行でない方向）に更なる光切断線を形成することが提案されている。かかる技術では、本来同じ表面高さを有するはずの被測定剛体の同一点の測定を、異なる長手方向位置、異なる幅方向位置の複数点についてそれぞれ２回ずつ実施する。その後、上記複数点の表面高さが最も良く一致するような外乱（上下動や回転）の大きさを最適化計算によって導出し、測定結果から外乱の影響を除去している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２１７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示した技術では、各測定点の表面高さ測定において測定誤差が大きくなると、最適化計算が正しく収束しないことがある。また、上記特許文献１に示した技術は、外乱として存在しうる、上下動（高さ方向の平行移動）、長手方向軸回りの回転、幅方向軸回りの回転、の３つが同時に存在する場合には、測定結果に誤差が重畳されてしまうという問題があった。【０００６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、搬送時に、高さ方向の平行移動、長手方向軸回りの回転又は幅方向軸回りの回転の３つの外乱のうちの何れかが生じた場合であっても、被測定剛体の表面高さをより正確に測定することが可能な、形状測定装置及び形状測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、被測定剛体の長手方向に沿って当該被測定剛体に対して相対移動する複数の線状レーザ光源から、前記被測定剛体の表面へと照射された、複数の線状レーザ光による複数の光切断線により、当該被測定剛体の形状を測定するものであり、長手方向に沿って相対移動する前記被測定剛体の表面に対して、３本の前記線状レーザ光を照射するとともに、前記３本の線状レーザ光の前記被測定剛体の表面からの反射光を所定の長手方向間隔で撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像された前記光切断線に関する撮像画像に対して画像処理を実施して、前記被測定剛体の表面形状を算出する演算処理装置と、を備え、前記撮像装置は、前記被測定剛体の幅方向に延びる前記光切断線であり、前記被測定剛体の表面形状を算出するために用いられる形状測定用光切断線を射出する第１線状レーザ光源と、前記被測定剛体の長手方向に対して平行であり、かつ、前記形状測定用光切断線と交差しており、前記被測定剛体に作用する外乱の影響を補正するために用いられる第１の補正用光切断線を射出する第２線状レーザ光源と、前記被測定剛体の長手方向に対して平行であり、前記形状測定用光切断線と交差し、かつ、前記第１の補正用光切断線とは異なる前記被測定剛体の幅方向位置に存在しており、前記被測定剛体に作用する外乱の影響を補正するために用いられる第２の補正用光切断線を射出する第３線状レーザ光源と、前記形状測定用光切断線を、所定の長手方向間隔に対応する各時刻に撮像し、各時刻におけるそれぞれの前記形状測定用光切断線の撮像画像を生成する第１のカメラと、前記補正用光切断線を、所定の長手方向間隔に対応する各時刻に撮像し、各時刻におけるそれぞれの前記補正用光切断線の撮像画像を生成する第２のカメラと、を有しており、前記演算処理装置は、前記第１のカメラにより生成された各時刻での前記形状測定用光切断線の撮像画像に基づいて、前記被測定剛体の表面の３次元形状を表わし、かつ、前記外乱に起因する測定誤差の重畳された形状データを算出する形状データ算出部と、前記被測定剛体の同一位置について異なる２つの時刻に取得した前記被測定剛体の表面高さに関する高さ測定値から、当該位置における前記外乱に起因する高さ変化値を取得する高さ変化値取得処理を、前記第１の補正用光切断線の撮像画像を用いて、当該第１の補正用光切断線の異なる長手方向位置の複数の点に対して実施するとともに、前記高さ変化値取得処理を、前記第２の補正用光切断線の撮像画像を用いて、当該第２の補正用光切断線の異なる長手方向位置の複数の点に対して実施し、前記第１の補正用光切断線の撮像画像から得られた複数の前記外乱に起因する高さ変化値と、前記第２の補正用光切断線の撮像画像から得られた複数の前記外乱に起因する高さ変化値と、を利用して、前記形状データに重畳された前記外乱に起因する高さ変動量を推定する外乱推定部と、前記形状データから前記高さ変動量を差し引くことで、前記外乱に起因する測定誤差を補正する補正部と、を有する形状測定装置が提供される。【０００８】
前記外乱推定部は、前記第１の補正用光切断線上の複数の点における前記外乱に起因する高さ変化値を直線近似して、当該直線と前記形状測定用光切断線との交点における前記外乱に起因する高さ変化値を推定し、前記第２の補正用光切断線上の複数の点における前記外乱に起因する高さ変化値を直線近似して、当該直線と前記形状測定用光切断線との交点における前記外乱に起因する高さ変化値を推定し、２つの前記交点における前記外乱に起因する高さ変化値を結ぶ直線により、前記高さ変動量を推定することが好ましい。【０００９】
前記第１のカメラ及び前記第２のカメラは、所定の長手方向間隔に対応する各時刻に撮像を行って、それぞれＮ枚（Ｎは、２以上の整数。）の撮像画像を生成し、前記外乱推定部は、１枚目の撮像画像に前記外乱が生じていないとみなして、前記高さ変動量を算出することが好ましい。【００１０】
前記第１のカメラ及び前記第２のカメラの撮像タイミングは、互いに隣り合う撮像時刻に撮像した前記第２のカメラの撮像画像において、共通して前記補正用光切断線が照射されている前記被測定剛体の部分である共通照射領域が存在するように制御されており、前記外乱推定部は、前記第１の補正用光切断線、及び、前記第２の補正用光切断線のそれぞれでの前記共通照射領域に該当する前記複数の点について、前記外乱に起因する高さ変化値を算出することが好ましい。【００１１】
前記外乱推定部は、前記第２のカメラのｉ＋１枚目（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ−１）の撮像画像から得られる前記高さ変化値を含む見かけの表面高さと、前記第２のカメラのｉ枚目の撮像画像から得られる、当該撮像画像の前記共通照射領域における前記高さ変化値を除去した後の表面高さと、を用いて、前記ｉ＋１枚目の撮像画像における前記高さ変化値と、当該高さ変化値を除去した後の表面高さと、を算出することが好ましい。【００１２】
前記外乱推定部は、前記第２のカメラの１枚目の撮像画像を基準として、前記第２のカメラのｉ枚目（ｉ＝２，・・・，Ｎ）の撮像画像における前記高さ変化値を算出することが好ましい。【００１３】
前記第１線状レーザ光源、前記第２線状レーザ光源及び前記第３線状レーザ光源は、それぞれの光源の光軸が前記被測定剛体の長手方向及び幅方向で規定される平面に対して垂直となるように配設されることが好ましい。【００１４】
前記第１のカメラの光軸と前記第１線状レーザ光源の光軸とのなす角、前記第２のカメラの視線と前記第２線状レーザ光源の光軸とのなす角、及び、前記第２のカメラの視線と前記第３線状レーザ光源の光軸とのなす角は、互いに独立に、３０度以上６０度以下であることが好ましい。【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、被測定剛体の長手方向に沿って当該被測定剛体に対して相対移動する複数の線状レーザ光源から、前記被測定剛体の表面へと照射された、複数の線状レーザ光による複数の光切断線により、当該被測定剛体の形状を測定するものであり、前記被測定剛体の幅方向に延びる前記光切断線であり、前記被測定剛体の表面形状を算出するために用いられる形状測定用光切断線を射出する第１線状レーザ光源と、前記被測定剛体の長手方向に対して平行であり、かつ、前記形状測定用光切断線と交差しており、前記被測定剛体に作用する外乱の影響を補正するために用いられる第１の補正用光切断線を射出する第２線状レーザ光源と、前記被測定剛体の長手方向に対して平行であり、前記形状測定用光切断線と交差し、かつ、前記第１の補正用光切断線とは異なる前記被測定剛体の幅方向位置に存在しており、前記被測定剛体に作用する外乱の影響を補正するために用いられる第２の補正用光切断線を射出する第３線状レーザ光源と、前記形状測定用光切断線を、所定の長手方向間隔に対応する各時刻に撮像し、各時刻におけるそれぞれの前記形状測定用光切断線の撮像画像を生成する第１のカメラと、前記補正用光切断線を、所定の長手方向間隔に対応する各時刻に撮像し、各時刻におけるそれぞれの前記補正用光切断線の撮像画像を生成する第２のカメラと、を有する撮像装置から、長手方向に沿って相対移動する前記被測定剛体の表面に対して３本の前記光切断線を照射して、当該３本の光切断線の前記被測定剛体の表面からの反射光を所定の長手方向間隔で撮像する撮像ステップと、前記第１のカメラにより生成された各時刻での前記形状測定用光切断線の撮像画像に基づいて、前記被測定剛体の表面の３次元形状を表わし、かつ、前記外乱に起因する測定誤差の重畳された形状データを算出する形状データ算出ステップと、前記被測定剛体の同一位置について異なる２つの時刻に取得した前記被測定剛体の表面高さに関する高さ測定値から、当該位置における前記外乱に起因する高さ変化値を取得する高さ変化値取得処理を、前記第１の補正用光切断線の撮像画像を用いて、当該第１の補正用光切断線の異なる長手方向位置の複数の点に対して実施するとともに、前記高さ変化値取得処理を、前記第２の補正用光切断線の撮像画像を用いて、当該第２の補正用光切断線の異なる長手方向位置の複数の点に対して実施して、前記第１の補正用光切断線の撮像画像から得られた複数の前記外乱に起因する高さ変化値と、前記第２の補正用光切断線の撮像画像から得られた複数の前記外乱に起因する高さ変化値と、を利用して、前記形状データに重畳された前記外乱に起因する高さ変動量を推定する外乱推定ステップと、前記形状データから前記高さ変動量を差し引くことで、前記外乱に起因する測定誤差を補正する補正ステップと、を含む形状測定方法が提供される。【００１６】
前記外乱推定ステップでは、前記第１の補正用光切断線上の複数の点における前記外乱に起因する高さ変化値を直線近似することで、当該直線と前記形状測定用光切断線との交点における前記外乱に起因する高さ変化値が推定され、前記第２の補正用光切断線上の複数の点における前記外乱に起因する高さ変化値を直線近似することで、当該直線と前記形状測定用光切断線との交点における前記外乱に起因する高さ変化値が推定され、２つの前記交点における前記外乱に起因する高さ変化値を結ぶ直線により、前記高さ変動量が推定されることが好ましい。【００１７】
前記第１のカメラ及び前記第２のカメラは、所定の長手方向間隔に対応する各時刻に撮像を行って、それぞれＮ枚（Ｎは、２以上の整数。）の撮像画像を生成し、前記外乱推定ステップでは、１枚目の撮像画像に前記外乱が生じていないとみなして、前記高さ変動量が算出されることが好ましい。【００１８】
前記第１のカメラ及び前記第２のカメラの撮像タイミングは、互いに隣り合う撮像時刻に撮像した前記第２のカメラの撮像画像において、共通して前記補正用光切断線が照射されている前記被測定剛体の部分である共通照射領域が存在するように制御されており、前記外乱推定ステップでは、前記第１の補正用光切断線、及び、前記第２の補正用光切断線のそれぞれでの前記共通照射領域に該当する前記複数の点について、前記外乱に起因する高さ変化値が算出されることが好ましい。【００１９】
前記外乱推定ステップでは、前記第２のカメラのｉ＋１枚目（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ−１）の撮像画像から得られる前記高さ変化値を含む見かけの表面高さと、前記第２のカメラのｉ枚目の撮像画像から得られる、当該撮像画像の前記共通照射領域における前記高さ変化値を除去した後の表面高さと、を用いて、前記ｉ＋１枚目の撮像画像における前記高さ変化値と、当該高さ変化値を除去した後の表面高さと、が算出されることが好ましい。【００２０】
前記外乱推定ステップでは、前記第２のカメラの１枚目の撮像画像を基準として、前記第２のカメラのｉ枚目（ｉ＝２，・・・，Ｎ）の撮像画像における前記高さ変化値が算出されることが好ましい。【００２１】
前記第１線状レーザ光源、前記第２線状レーザ光源及び前記第３線状レーザ光源は、それぞれの光源の光軸が前記被測定剛体の長手方向及び幅方向で規定される平面に対して垂直となるように配設されることが好ましい。【００２２】
前記第１のカメラの光軸と前記第１線状レーザ光源の光軸とのなす角、前記第２のカメラの視線と前記第２線状レーザ光源の光軸とのなす角、及び、前記第２のカメラの視線と前記第３線状レーザ光源の光軸とのなす角は、互いに独立に、３０度以上６０度以下であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように本発明によれば、搬送時に、高さ方向の平行移動、長手方向軸回りの回転又は幅方向軸回りの回転の３つの外乱のうちの何れかが生じた場合であっても、被測定剛体の表面高さをより正確に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図２】同実施形態に係る形状測定装置が備える撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図３】同実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図４】同実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図５】同実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図６】同実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図７】同実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。
【図８】被測定剛体に生じうる外乱について説明するための模式図である。
【図９】被測定剛体に生じうる外乱について説明するための模式図である。
【図１０】被測定剛体に生じうる外乱について説明するための模式図である。
【図１１】被測定剛体に生じうる外乱について説明するための模式図である。
【図１２】同実施形態に係る形状測定装置が備える演算処理装置の画像処理部の構成の一例を示したブロック図である。
【図１３】同実施形態に係る外乱推定部が実施する外乱推定処理について説明するための説明図である。
【図１４】同実施形態に係る外乱推定部が実施する外乱推定処理について説明するための説明図である。
【図１５】同実施形態に係る外乱推定部が実施する外乱推定処理について説明するための説明図である。
【図１６】同実施形態に係る画像処理部が備える外乱推定部の構成の一例を示したブロック図である。
【図１７】同実施形態に係る外乱推定部が実施する外乱推定処理について説明するための説明図である。
【図１８】同実施形態に係る外乱推定部が実施する外乱推定処理について説明するための説明図である。
【図１９】同実施形態に係る外乱推定部が実施する外乱推定処理について説明するための説明図である。
【図２０】同実施形態に係る外乱推定部が実施する外乱推定処理について説明するための説明図である。
【図２１】同実施形態に係る外乱推定部が実施する外乱推定処理について説明するための説明図である。
【図２２】同実施形態に係る外乱推定部が実施する外乱推定処理について説明するための説明図である。
【図２３】同実施形態に係る外乱推定部が実施する外乱推定処理について説明するための説明図である。
【図２４】同実施形態に係る形状データ算出部が実施する形状データ算出処理について説明するための説明図である。
【図２５】同実施形態に係る補正処理部が実施する補正処理について説明するための説明図である
【図２６】同実施形態に係る補正処理部が実施する補正処理について説明するための説明図である
【図２７】同実施形態に係る撮像装置の変形例を模式的に示した説明図である。
【図２８】同実施形態に係る撮像装置の変形例を模式的に示した説明図である。
【図２９Ａ】同実施形態に係る形状測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図２９Ｂ】同実施形態に係る形状測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図３０】同実施形態に係る演算処理装置のハードウェア構成の一例を示したブロック図である。
【図３１Ａ】実験例１について説明するための説明図である。
【図３１Ｂ】実施例１について説明するための説明図である。
【図３１Ｃ】実験例１の結果を示したグラフ図である。
【図３１Ｄ】実験例１の結果を示したグラフ図である。
【図３２Ａ】実験例２について説明するための説明図である。
【図３２Ｂ】実施例２について説明するための説明図である。
【図３２Ｃ】実験例２の結果を示したグラフ図である。
【図３２Ｄ】実験例２の結果を示したグラフ図である。
【図３３Ａ】実験例３について説明するための説明図である。
【図３３Ｂ】実施例３について説明するための説明図である。
【図３３Ｃ】実験例３の結果を示したグラフ図である。
【図３３Ｄ】実験例３の結果を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２６】
（形状測定装置の全体構成について）
以下では、まず、図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る形状測定装置１０の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る形状測定装置の構成を模式的に示した説明図である。
【００２７】
本実施形態に係る形状測定装置１０は、被測定剛体の長手方向に沿って当該被測定剛体に対して相対移動する複数の線状レーザ光源から、被測定剛体の表面へと照射された、複数の線状レーザ光による複数の光切断線によって、いわゆる光切断法により、被測定剛体の形状を測定する装置である。以下では、被測定剛体が製造ライン上を搬送される場合を例に挙げて、説明を行うものとする。
【００２８】
また、以下の説明では、図１に示したように、形状測定装置１０が配設されている空間に設定された空間座標系を用いるものとする。なお、説明の便宜上、被測定剛体Ｓの幅方向を（空間座標系での）Ｃ軸方向とし、被測定剛体Ｓの長手方向すなわち搬送方向をＬ軸方向とし、被測定剛体Ｓの高さ方向をＺ軸方向とする。
【００２９】
ここで、本実施形態で着目する被測定剛体Ｓは、以下で説明するような形状測定処理の際に、その形状や体積が変化しないとみなすことが可能な物体とする。従って、例えば、鉄鋼業における半製品であるスラブや厚板等は、本実施形態における被測定剛体Ｓとして取り扱うことが可能である。また、鉄鋼業におけるスラブや厚板だけでなく、例えば、チタン、銅、アルミニウム等といった鉄以外の各種金属、セラミックス、複合材料のスラブや厚板等についても、本実施形態における被測定剛体Ｓとして取り扱うことが可能である。
【００３０】
本実施形態に係る形状測定装置１０は、図１に示したように、被測定剛体Ｓの表面に対して複数の線状レーザ光を照射するとともに、被測定剛体Ｓの表面での線状レーザ光の反射光を撮像する撮像装置１００と、撮像装置１００により撮像された画像に対して所定の画像処理を実施して、被測定剛体Ｓの３次元形状（すなわち、Ｌ軸−Ｃ軸平面の各位置における表面高さ）を算出する演算処理装置２００と、を備える。
【００３１】
撮像装置１００は、被測定剛体Ｓの表面に対して３本の線状レーザ光を照射するとともに、被測定剛体Ｓの表面を長手方向に沿って所定の長手方向間隔に対応する各時刻で順次撮像し、撮像の結果得られる撮像画像（光切断画像）を後述する演算処理装置２００に出力する装置である。撮像装置１００は、後述する演算処理装置２００によって、被測定剛体Ｓへの線状レーザ光の照射タイミングや、被測定剛体Ｓの表面の撮像タイミング等が制御されている。かかる撮像装置１００は、例えば撮像装置１００に対する被測定剛体Ｓの長手方向位置の変化に伴って、被測定剛体Ｓの搬送を制御している駆動機構等に設けられたＰＬＧ（Ｐｕｌｓｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ：パルス型速度検出器）から出力されるＰＬＧ信号等に基づいて、被測定剛体Ｓが所定距離（例えば、１ｍｍ等）移動するごとに、１回の撮像処理を行う。
【００３２】
また、演算処理装置２００は、撮像装置１００によって生成された各時刻における光切断画像に対して、以下で説明するような画像処理を行うことで、被測定剛体Ｓの３次元形状を算出する装置である。
【００３３】
以下では、これら撮像装置１００及び演算処理装置２００について、図を参照しながら詳細に説明する。
【００３４】
＜撮像装置について＞
続いて、図２〜図７を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１０が備える撮像装置１００について、詳細に説明する。図２〜図７は、本実施形態に係る撮像装置の構成を模式的に示した説明図である。
【００３５】
本実施形態に係る撮像装置１００は、図２に模式的に示したように、それぞれが線状レーザ光を射出する３台の線状レーザ光源１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ（以下、まとめて「線状レーザ光源１０１」とも称する。）と、２台のエリアカメラ１１１，１１３と、を主に備える。ここで、線状レーザ光源１０１ａは、第１線状レーザ光源の一例であり、線状レーザ光源１０１ｂは、第２線状レーザ光源の一例であり、線状レーザ光源１０１ｃは、第３線状レーザ光源の一例である。また、エリアカメラ１１１は、第１のカメラの一例であり、エリアカメラ１１３は、第２のカメラの一例である。
【００３６】
なお、図２以降の図では、撮像装置１００が２台のエリアカメラを有する場合を例に挙げて説明を行うが、本実施形態に係る撮像装置１００が備えるエリアカメラの台数は、かかる例に限定されるものではない。また、撮像装置１００が３台のエリアカメラを備える場合ついては、後述する。
【００３７】
線状レーザ光源１０１は、測定対象物である被測定剛体（以下、単に「剛体」とも称する。）Ｓの表面に対して、線状のレーザ光（線状レーザ光）を照射する装置である。本実施形態に係る線状レーザ光源１０１は、剛体Ｓの表面に対して線状レーザ光を照射可能なものであれば、任意の光源を利用することが可能であるが、線状レーザ光源１０１は、レーザ光源及びロッドレンズ等の各種レンズを用いて構成することが可能である。
【００３８】
レーザ光源としては、例えば、連続的にレーザ発振を行うＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーザ光源を用いることが可能である。レーザ光源が発振するレーザ光の波長は、例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度の可視光帯域に属する波長であることが好ましい。かかるレーザ光源は、後述する演算処理装置２００から送出される発振タイミング制御信号に基づいて、レーザ光の発振を行う。
【００３９】
なお、レーザ光源として、パルス状のレーザ発振を行うパルスレーザ光源を用いた場合であっても、パルスレーザの発振タイミングと、エリアカメラ１１１，１１３の撮像タイミングと、を同期させることで、ＣＷレーザ光源と同様に扱うことが可能である。
【００４０】
ロッドレンズは、レーザ光源から射出されたレーザ光を、剛体Ｓの表面に向かって扇状の面に広げるレンズである。これにより、レーザ光源から射出されたレーザ光は線状レーザ光となり、剛体Ｓの表面に照射される。また、後述する演算処理装置２００における画像処理の観点から、ロッドレンズにより得られる扇状の面がＺ軸と平行になるように、レーザ光源を設置することが好ましい。なお、本実施形態に係る線状レーザ光源１０１では、レーザ光を扇状に広げることが可能なものであれば、シリンドリカルレンズやパウエルレンズ等といったロッドレンズ以外のレンズを利用することも可能である。
【００４１】
線状レーザ光が照射された剛体Ｓの表面には、線状の明るい部位（図２等では、黒線として示している。）が形成される。本実施形態に係る撮像装置１００では、３台の線状レーザ光源１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃを用いているため、３つの明るい部位が形成される。これら線状の明るい部位のことを、光切断線と呼ぶ。剛体Ｓの表面での光切断線の反射光は、エリアカメラまで伝播して、エリアカメラに設けられた撮像素子に結像し、エリアカメラによって撮像される。
【００４２】
以下の説明では、線状レーザ光源１０１ａにより得られる光切断線を、光切断線Ｌａと呼び、線状レーザ光源１０１ｂにより得られる光切断線を、光切断線Ｌｂと呼び、線状レーザ光源１０１ｃにより得られる光切断線を、光切断線Ｌｃと呼ぶ。また、光切断線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃをまとめて、「光切断線Ｌ」とも称する。ここで、光切断線Ｌａは、形状測定用光切断線の一例である。また、光切断線Ｌｂ及び光切断線Ｌｃは、補正用光切断線の一例であり、例えば、光切断線Ｌｂが第１の補正用光切断線に対応し、光切断線Ｌｃが第２の補正用光切断線に対応する。
【００４３】
ここで、本実施形態に係る線状レーザ光源１０１は、図２に例示したように、以下の３つの条件を全て満たすように、搬送ライン上に設置される。
・光切断線Ｌａと光切断線Ｌｂが交点Ａを持つ。
・光切断線Ｌａと光切断線Ｌｃが交点Ｂを持つ。
・光切断線Ｌｂと光切断線Ｌｃは、いずれもＬ軸と平行であり、光切断線Ｌｂと光切断線Ｌｃは、剛体Ｓの表面上の互いに異なる幅方向位置に存在する。
【００４４】
いわゆる光切断法では、図２に示した光切断線Ｌａのみを利用して、光切断線Ｌａにより照射される剛体Ｓの長手方向位置の表面高さを算出し、得られた表面高さを剛体Ｓと撮像装置との相対移動（例えば、剛体Ｓの搬送）に応じて長手方向に連ねることで、剛体Ｓ全体の表面高さを求めることができる。しかしながら、剛体Ｓの搬送中に外乱が生じる場合、１本の光切断線を用いた光切断法により得られる表面高さは、外乱を含んだ見かけの表面高さであり、真の表面高さとは異なる誤差を含んだ計測値となる。
【００４５】
そこで、本実施形態に係る形状測定装置１０では、以下で詳述するように、剛体Ｓの長手方向に延びる光切断線Ｌｂを加え、光切断線Ｌｂ上の長手方向位置の各点と外乱起因の表面高さ変化との関係を直線近似する。その上で、本実施形態に係る形状測定装置１０では、光切断線Ｌａが存在する長手方向位置（すなわち、光切断線Ｌａと光切断線Ｌｂの交点Ａ）における近似直線の値を、光切断線Ｌａの外乱起因の表面高さ変化として、一意に確定する。ここで、本実施形態に係る形状測定装置１０では、測定対象物が剛体であることから、外乱による見かけの表面高さの外乱除去後の表面高さからの変化（すなわち、外乱による見かけの表面高さの真の表面高さからの変化）は、長手方向に沿って直線状に変化する。従って、光切断線Ｌｂ上の各点における測定値を直線近似することで、測定誤差による値のばらつきを吸収する効果がある。このような光切断線Ｌｂの追加によって、Ｚ方向の上下動（近似直線の値が、長手方向位置によらず一定値をとる。すなわち、近似直線の傾きが０）、Ｃ軸回りの回転（近似直線が、長手方向位置に対して一定の傾きを持つ。）という２種類の外乱の大きさを、一意に求めることが可能となる。
【００４６】
本実施形態に係る形状測定装置１０では、光切断線Ｌｂとは異なる幅方向位置に対して、光切断線Ｌｃを更に追加し、光切断線Ｌｂと同様の処理を実施する。これにより、本実施形態に係る形状測定装置１０では、外乱起因の表面高さの変化と幅方向位置との関係を特定することが可能となり、Ｌ軸回りの回転の大きさも導出することが可能となる。
【００４７】
従って、本実施形態に係る形状測定装置１０では、上記のような３本の光切断線を利用することによって、搬送時に、高さ方向の平行移動、長手方向軸回りの回転又は幅方向軸回りの回転の３つの外乱のうちの何れかが生じた場合であっても、被測定剛体の表面高さをより正確に測定することが可能となる。
【００４８】
なお、図２以降の図では、光切断線Ｌａと光切断線Ｌｂが直交する場合、及び、光切断線Ｌａと光切断線Ｌｃが直交する場合について図示しているが、光切断線の配置（すなわち、線状レーザ光源１０１の配置）は、これらの図に示した場合に限定されるものではない。すなわち、光切断線Ｌａと、光切断線Ｌｂ及び切断線Ｌｃとが直交しない場合においても、以下の説明は同様に成立する。これは、以下で詳述するように、本実施形態では、上記近似直線を利用して交点Ａ及び交点Ｂにおける外乱の大きさを算出しており、２本の光切断線が直交しなくともよいためである。更に、図２以降の図では、剛体Ｓの表面が平坦な場合について図示しているが、以下の説明は、これらの図に示した場合に限定されるものではなく、剛体Ｓの表面が平坦でない場合にも同様に成立する。その理由については、別途説明する。
【００４９】
また、光切断線Ｌの具体的な長さについては、特に限定されるものではなく、剛体Ｓの表面において、光切断線の輝度分布が一様となるように、適宜長さを決定すればよい。また、光切断線Ｌｂ，Ｌｃの幅方向位置についても、特に限定されるものではなく、どのような幅の剛体Ｓが搬送ライン上を搬送された場合であっても、光切断線Ｌｂ、Ｌｃが剛体Ｓの表面に存在するように、その位置を設定すればよい。
【００５０】
エリアカメラ１１１，１１３には、所定の焦点距離を有するレンズと、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、又は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子と、が搭載されている。エリアカメラ１１１，１１３は、剛体Ｓの表面に対して照射された線状レーザ光の反射光である光切断線を、剛体Ｓが所定の距離だけ移動する毎に撮像して、光切断画像を生成する。その上で、エリアカメラ１１１，１１３は、生成した光切断画像を、後述する演算処理装置２００へと出力する。
【００５１】
ここで、エリアカメラ１１１，１１３は、後述する演算処理装置２００によって制御されており、剛体Ｓが所定の距離だけ移動する毎に、演算処理装置２００から撮像のためのトリガ信号が出力される。エリアカメラ１１１，１１３は、演算処理装置２００から出力されたトリガ信号に応じて、線状レーザ光の照射された剛体Ｓの表面を撮像して光切断画像を生成し、生成した光切断画像を演算処理装置２００へと出力する。これにより、演算処理装置２００へは、各エリアカメラ１１１，１１３から、それぞれＮ枚（Ｎは、２以上の整数）の撮像画像が出力される。
【００５２】
図３に模式的に示したように、線状レーザ光源１０１ａは、かかる光源から射出された線状レーザ光を含む平面がＬ軸−Ｃ軸平面に対して垂直となるように（換言すれば、線状レーザ光源１０１ａの光軸がＺ軸に対して略平行となるように）、搬送ラインに設置される。かかる設置条件を満たさない場合、線状レーザ光は、後述する外乱によって、剛体Ｓの長手方向位置の異なる部分を照射するようになり、正確な表面形状の測定を行うことが困難となる。線状レーザ光源１０１ｂ，１０１ｃについても、上記と同様の理由により、図４に示したように、射出された線状レーザ光を含む平面がＬ軸−Ｃ軸平面に対して垂直となるように（換言すれば、線状レーザ光源１０１ｂ，１０１ｃの光軸がＺ軸に対して略平行となるように）、各光源が搬送ラインに設置される。
【００５３】
上記のように光源を設置した場合でも、外乱により各光切断線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに対して平行な軸回りに剛体Ｓが回転した場合（例えば、光切断線Ｌａに対してはＣ軸回り、光切断線Ｌｂ，Ｌｃに対してはＬ軸回りに剛体Ｓが回転した場合）には、厳密には、線状レーザ光の照射位置が同一ではなくなる。しかしながら、剛体Ｓの真の表面高さがなめらかに変化すること、及び、剛体Ｓの回転量が大きくないことを仮定すれば、このような回転があった場合であっても、線状レーザ光は、剛体Ｓの表面の同一位置を照射していると考えることができる。特に、スラブや厚板等といった質量の大きな剛体Ｓの表面形状に着目する場合、後者の仮定は適切であるといえる。
【００５４】
線状レーザ光源１０１ａとエリアカメラ１１１との間の光学的な位置関係について、図３に示すように、Ｌ軸−Ｚ軸平面においてエリアカメラ１１１の光軸と線状レーザ光源１０１ａの光軸（換言すれば、Ｚ軸）とのなす角α１の大きさは、任意の値に設定することが可能である。しかしながら、かかる角α１の大きさは、３０度〜６０度程度とすることが好ましい。角度α１＜３０度となる場合には、同一の高さ変化に対して、カメラ視野内での光切断線Ｌａの移動量が少なくなり、高さ方向に沿った分解能が低下する。一方、角度α１＞６０度となる場合には、エリアカメラ１１１が線状レーザ光源１０１ａの正反射方向から離隔して、エリアカメラ１１１で撮影される光切断線Ｌａが暗くなってしまい、同一明るさで撮影を実施するためには、より高出力のレーザが必要となってしまう。
【００５５】
また、図５に示すように、Ｌ軸−Ｃ軸平面に投影されたエリアカメラ１１１の光軸と、光切断線Ｌａとが互いに直交するように、エリアカメラ１１１を設置することが好ましい。これにより、エリアカメラ１１１から見た光切断線ＬａのＣ軸方向の分解能（１ピクセルに相当する長さ（単位：ｍｍ））を揃えることが可能となる。ただし、先だって言及したように、光切断線Ｌａと光切断線Ｌｂ，Ｌｃとは直交していなくともよい。すなわち、光切断線Ｌａは、幅方向（Ｃ軸方向）に対して平行でなくともよい。これは、前述のように、交点Ａ、交点Ｂにおける外乱量を算出するためには、光切断線Ｌａと光切断線Ｌｂ，Ｌｃとが直交していなくともよいからである。
【００５６】
ここで、図５に模式的に示したように、エリアカメラ１１１は、光切断線Ｌａの全体が撮像視野に含まれるように、エリアカメラ１１１の撮像領域ＡＲ１が設定される。
【００５７】
線状レーザ光源１０１ｂ，１０１ｃとエリアカメラ１１３との間の光学的な位置関係について、図４に模式的に示したように、Ｃ軸−Ｚ軸平面における光切断線Ｌｂ，Ｌｃに対するエリアカメラ１１３の視線と、それぞれの線状レーザ光源１０１ｂ，１０１ｃの光軸（換言すれば、Ｚ軸）と、のなす角α２，α３の大きさは、角度α１と同様に任意の値に設定することが可能である。しかしながら、角度α１と同様の理由により、角α２，α３の大きさは、それぞれ３０度〜６０度程度とすることが好ましい。
【００５８】
また、光切断線Ｌａとエリアカメラ１１１との関係と同様に、Ｌ軸−Ｃ軸平面における光切断線Ｌｂと、Ｌ軸−Ｃ軸平面に投影されたエリアカメラ１１３の光軸とは、互いに直交することが好ましい。この際に、光切断線Ｌｂと光切断線Ｌｃとは互いに平行であることから、光切断線Ｌｂについてかかる条件が成立すれば、光切断線Ｌｃについても自動的に条件が満たされる。
【００５９】
ここで、図６に模式的に示したように、エリアカメラ１１３は、交点Ａ及び交点Ｂが撮像視野に含まれるように、エリアカメラ１１３の撮像領域ＡＲ２が設定される。ここで、図６では光切断線Ｌｂ，Ｌｃ全体が撮像視野に含まれている場合を図示しているが、少なくとも交点Ａ及び交点Ｂが撮像視野に含まれていれば、後述する外乱推定処理を実施可能である。なお、後述する外乱推定処理の精度を上げるために、光切断線Ｌｂ，Ｌｃ全体を撮像視野に含めることが好ましい。
【００６０】
また、エリアカメラ１１１，１１３の撮像タイミングは、例えば図７に模式的に示したように、互いに隣り合う時刻（例えば、ｉ枚目の撮像時刻（ｉは、１以上の整数。）と、ｉ＋１枚目の撮像時刻）に撮像したエリアカメラ１１３の撮像画像において、共通して光切断線が照射されている剛体Ｓの部分（以下、「共通照射部分」という。）が存在するように設定される。以下で詳述するように、本実施形態に係る演算処理装置２００では、共通照射部分における光切断線Ｌｂ，Ｌｃに着目して、外乱の大きさを算出するからである。なお、図７では、剛体Ｓの表面が平坦であり、かつ、連続した２枚の画像間に外乱が生じていない場合について図示しているが、剛体Ｓの表面が平坦でない場合、又は、連続した２枚の画像間に外乱が生じている場合であっても、共通照射部分は存在する。
【００６１】
以上、図２〜図７を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置１００の構成について、詳細に説明した。
【００６２】
＜被測定剛体に生じる外乱について＞
次に、図８〜図１１を参照しながら、被測定剛体Ｓに生じる外乱と、かかる外乱に伴って撮像される撮像画像（光切断画像）について、具体的に説明する。図８〜図１１は、被測定剛体に生じうる外乱について説明するための模式図である。
【００６３】
本実施形態に係る形状測定装置１０は、スラブや厚板等の剛体が連続的に搬送される際などに、剛体Ｓの表面高さを測定するものである。ここで、剛体Ｓの搬送中には、搬送ライン等に設けられた駆動機構に起因する振動等のように、様々な測定誤差の要因がある。
【００６４】
本実施形態に係る形状測定装置１０では、図８に示すように、測定誤差の要因として次の３つに着目する。
（１）Ｚ軸方向（剛体Ｓの高さ方向）の平行移動
（２）Ｌ軸（剛体Ｓの長手方向）回りの回転
（３）Ｃ軸（剛体Ｓの幅方向）回りの回転
以下、これら３つの測定誤差の要因をまとめて、外乱とも称する。
【００６５】
図９〜図１１を参照しながら、表面が平坦な剛体Ｓを対象に、外乱の有無により生じる、エリアカメラ１１３で撮影される撮像画像の変化を説明する。
【００６６】
なお、図９〜図１１では、剛体Ｓの表面が平坦な場合に着目して図示しているが、以下の説明は、図９〜図１１に示した場合に限定されるものではなく、剛体Ｓの表面が平坦ではない場合にも、全て同様に成立する。剛体Ｓの表面が平坦ではない場合、光切断線そのものは曲線となるものの、外乱の有無による光切断線の変化は、平坦である場合と同様に長手方向に沿って直線的に変化するからである。
【００６７】
まず、互いに異なる２つの時刻の２枚の画像（例えば、ｉ枚目の撮像画像とｉ＋１枚目の撮像画像）間に上記のような外乱が生じていない場合には、それぞれの光切断線Ｌの位置は、撮像画像間で変化しない。しかしながら、ｉ＋１枚目の撮像時に外乱としてＺ軸方向の平行移動が生じた場合には、図９に示したように、光切断線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのそれぞれは、互いに同じ量だけ画像内を縦方向に平行移動する。また、ｉ＋１枚目の撮像時に外乱としてＬ軸回りの回転が生じた場合には、図１０に示したように、光切断線Ｌａの傾きや長さが変化するとともに、光切断線Ｌｂ，Ｌｃは、互いに異なる量だけ画像内を平行移動する。更に、ｉ＋１枚目の撮像時に外乱としてＣ軸回りの回転が生じた場合には、図１１に示したように、光切断線Ｌｂ，Ｌｃの傾きが変化することとなる。
【００６８】
そこで、以下で詳述する演算処理装置２００では、エリアカメラ１１３により得られる連続した２枚の画像を比較することで、剛体Ｓに発生した外乱に起因する表面高さの変化（Ｚ座標の変化）を、それぞれの画像撮像時刻で算出する。その後、得られた外乱に起因する表面高さの変化（換言すれば、外乱の大きさ）に基づいて、エリアカメラ１１１の光切断画像から得られる、外乱による測定誤差の重畳されている表面高さを補正し、真の表面高さを出力する。
【００６９】
＜演算処理装置について＞
次に、図１、及び、図１２〜図２６を参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１０が備える演算処理装置２００について、詳細に説明する。図１２は、本実施形態に係る形状測定装置が備える演算処理装置の画像処理部の構成の一例を示したブロック図である。図１４及び図１５、並びに、図１７〜図２３は、本実施形態に係る外乱推定部が実施する外乱推定処理について説明するための説明図である。図１６は、本実施形態に係る画像処理部が備える外乱推定部の構成の一例を示したブロック図である。図２４は、本実施形態に係る形状データ算出部が実施する形状データ算出処理について説明するための説明図である。図２５及び図２６は、本実施形態に係る補正処理部が実施する補正処理について説明するための説明図である
【００７０】
［演算処理装置の全体構成について］
再び図１に戻って、本実施形態に係る形状測定装置１０が備える演算処理装置２００の全体構成について説明する。
本実施形態に係る演算処理装置２００は、図１に示したように、撮像制御部２０１と、画像処理部２０３と、表示制御部２０５と、記憶部２０７と、を主に備える。
【００７１】
撮像制御部２０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、通信装置等により実現される。撮像制御部２０１は、本実施形態に係る撮像装置１００による剛体Ｓの撮像処理を統括して制御する。
【００７２】
より詳細には、撮像制御部２０１は、剛体Ｓの撮像を開始する場合に、撮像装置１００に対して線状レーザ光源１０１の発振を開始させるための制御信号を送出する。また、撮像装置１００が剛体Ｓの撮像を開始すると、撮像制御部２０１は、剛体Ｓの搬送を制御している駆動機構等から定期的に送出されるＰＬＧ信号（例えば、剛体Ｓが１ｍｍ移動する毎等に出力されるＰＬＧ信号）を取得する毎に、エリアカメラ１１１，１１３に対して、撮像を開始するためのトリガ信号を送出する。
【００７３】
画像処理部２０３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。画像処理部２０３は、エリアカメラ１１１，１１３が生成した撮像データ（すなわち、光切断画像に関する撮像画像データ）を取得し、かかる撮像データに対して以下で説明する画像処理を行って、剛体Ｓの表面全体の高さを３次元形状データとして算出する。画像処理部２０３は、剛体Ｓの表面高さの算出処理を終了すると、得られた算出結果に関する情報を、表示制御部２０５や記憶部２０７に伝送したり、形状測定装置１０の外部に設けられた各種機器等に伝送したりする。
【００７４】
なお、この画像処理部２０３については、以下で改めて詳細に説明する。
【００７５】
表示制御部２０５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置、通信装置等により実現される。表示制御部２０５は、画像処理部２０３から伝送された、剛体Ｓの測定結果を、演算処理装置２００が備えるディスプレイ等の出力装置や演算処理装置２００の外部に設けられた出力装置等に表示する際の表示制御を行う。これにより、形状測定装置１０の利用者は、剛体Ｓの３次元形状に関する計測結果を、その場で把握することが可能となる。
【００７６】
記憶部２０７は、演算処理装置２００が備える記憶装置の一例であり、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ストレージ装置等により実現される。この記憶部２０７には、画像処理部２０３で実施される画像処理で利用される光切断線Ｌに関する校正データが格納されている。また、記憶部２０７には、撮像装置１００が有する線状レーザ光源１０１、エリアカメラ１１１，１１３の光学的な位置関係を示す情報や、形状測定装置１０の外部に設けられた上位計算機（例えば、搬送ラインを全般的に管理している管理コンピュータ等）から伝送される情報といった、形状測定装置１０の設計パラメータに関する情報も格納されている。更に、記憶部２０７には、本実施形態に係る演算処理装置２００が何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過（例えば画像処理部２０３から伝送された計測結果、事前に格納されている校正データ、各種のデータベース、及び、プログラム等）が、適宜記録される。この記憶部２０７は、撮像制御部２０１、画像処理部２０３、表示制御部２０５及び上位計算機等が、自由にデータのリード／ライト処理を行うことが可能である。
【００７７】
なお、記憶部２０７に格納されている校正データの詳細については、以下で改めて説明する。
【００７８】
［画像処理部の構成について］
次に、図１２〜図２６を参照しながら、演算処理装置２００が備える画像処理部２０３の構成について説明する。
本実施形態に係る画像処理部２０３は、図１２に示したように、撮像データ取得部２１１と、外乱推定部２１３と、形状データ算出部２１５と、補正部２１７と、結果出力部２１９と、を備える。
【００７９】
撮像データ取得部２１１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。撮像データ取得部２１１は、撮像装置１００のエリアカメラ１１１，１１３から出力された、光切断線の撮像データ（すなわち、光切断画像に関する画像データ）を取得する。撮像データ取得部２１１は、エリアカメラ１１３から、補正用光切断線として用いられる光切断線Ｌｂ，Ｌｃに関する撮像データ（換言すれば、図６における撮像領域ＡＲ２を撮像した撮像データ）を取得すると、かかる撮像データを、後述する外乱推定部２１３に対して出力する。また、撮像データ取得部２１１は、エリアカメラ１１１から、形状測定用光切断線として用いられる光切断線Ｌａに関する撮像データ（換言すれば、図５における撮像領域ＡＲ１を撮像した撮像データ）を、後述する形状データ算出部２１５に対して出力する。
【００８０】
また、撮像データ取得部２１１は、撮像装置１００から取得した光切断線に関する撮像データに、当該撮像データを取得した日時等に関する時刻情報を関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。
【００８１】
外乱推定部２１３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。外乱推定部２１３は、エリアカメラ１１３によって撮像された、補正用光切断線（すなわち、光切断線Ｌｂ，Ｌｃ）の撮像データを利用して、剛体Ｓに生じた外乱の大きさを推定する処理部である。
【００８２】
より詳細には、外乱推定部２１３は、剛体Ｓの同一位置について異なる２つの時刻に取得した、剛体Ｓの表面高さに関する高さ測定値から、当該位置における外乱に起因する高さ変化値を取得する高さ変化値取得処理を、エリアカメラ１１３から得られた撮像画像に対して実施する。この際に、外乱推定部２１３は、光切断線Ｌｂの異なる長手方向位置の複数の点に対して、上記の高さ変化値取得処理を実施するとともに、光切断線Ｌｃの異なる長手方向位置の複数の点に対して、上記の高さ変化値取得処理を実施する。その上で、外乱推定部２１３は、光切断線Ｌｂから得られた交点Ａにおける高さ変化値と、光切断線Ｌｃから得られた交点Ｂにおける高さ変化値と、を利用して、後述する形状データ算出部２１５で算出される形状データに重畳されている高さ変動量を推定する。
【００８３】
かかる外乱推定部２１３における外乱推定処理については、以下で改めて詳細に説明する。
【００８４】
外乱推定部２１３は、以下で詳述する外乱推定処理を終了すると、得られた外乱の推定結果を、後述する補正部２１７に出力する。また、外乱推定部２１３は、得られた外乱に関する推定結果を表わすデータに、当該データを生成した日時等に関する時刻情報を関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。
【００８５】
形状データ算出部２１５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。形状データ算出部２１５は、エリアカメラ１１１により生成された各時刻での光切断線Ｌａに関する撮像画像に基づいて、剛体Ｓの表面の３次元形状を表わし、かつ、外乱に起因する測定誤差の重畳された形状データを算出する。
【００８６】
かかる形状データ算出部２１５における形状データの算出処理については、以下で改めて説明する。
【００８７】
形状データ算出部２１５は、以下で説明する形状データの算出処理を終了すると、得られた形状データを、後述する補正部２１７に出力する。また、形状データ算出部２１５は、得られた形状データに、当該形状データを生成した日時等に関する時刻情報を関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。
【００８８】
補正部２１７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。補正部２１７は、形状データ算出部２１５によって算出された形状データから、前記外乱推定部２１３によって算出された高さ変動量を差し引くことで、外乱に起因する測定誤差を補正する。これにより、剛体Ｓに生じうる外乱に伴う測定誤差の除去された、剛体Ｓに関する真の形状データが生成されることとなる。
【００８９】
かかる補正部２１７における補正処理については、以下で改めて説明する。
【００９０】
補正部２１７は、以下で説明する補正処理を終了すると、補正された形状データを、後述する結果出力部２１９に出力する。
【００９１】
結果出力部２１９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、出力装置、通信装置等により実現される。結果出力部２１９は、補正部２１７から出力された、剛体Ｓの表面形状に関する情報を、表示制御部２０５に出力する。これにより、剛体Ｓの表面形状に関する情報が、表示部（図示せず。）に出力されることとなる。また、結果出力部２１９は、得られた表面形状に関する測定結果を、製造管理用プロコン等の外部の装置に出力してもよく、得られた測定結果を利用して、各種の帳票を作成してもよい。また、結果出力部２１９は、剛体Ｓの表面形状に関する情報を、当該情報を算出した日時等に関する時刻情報と関連づけて、記憶部２０７等に履歴情報として格納してもよい。
【００９２】
○外乱推定部２１３における外乱推定処理について
以下では、図１３〜図２３を参照しながら、外乱推定部２１３で実施される外乱推定処理について、詳細に説明する。
まず、外乱推定処理について説明するに先立って、かかる外乱推定処理で用いられる校正データについて説明する。
【００９３】
◇校正データについて
先だって言及したように、記憶部２０７には、外乱推定部２１３における外乱推定処理や、形状データ算出部２１５における形状算出処理で用いられる、光切断線Ｌに関する校正データが、予め格納されている。記憶部２０７に事前に格納される校正データには、第１の校正データ及び第２の校正データという、２種類の校正データがある。
【００９４】
第１の校正データは、エリアカメラ１１１，１１３で撮像された撮像画像上での光切断線の位置の変化量（単位：ピクセル）を、実空間での量（単位：ｍｍやｍ等の長さの単位、以下では、ｍｍの単位を用いて説明する。）に変換するために必要な校正データである。
【００９５】
第１の校正データは、エリアカメラの通常撮像分解能（ｍｍ／ピクセル）と、光切断線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに対する視線とＺ軸方向とのなす角α１，α２，α３と、から算出されるデータである。しかしながら、本発明においては、測定対象である剛体Ｓがカメラ光軸に対して前後するため、厳密には、撮像分解能や角度α１，α２，α３は定数ではなく、剛体Ｓの高さにより異なる値となる。従って、測定対象である剛体Ｓの高さ変化が大きい場合には、撮像画像中での光切断線の位置と、実空間での高さとの関係を表す校正曲線が必要となる。以下では、かかる第１の校正データのことを、校正曲線と呼ぶ。かかる校正曲線は、それぞれの光切断線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに対してそれぞれ設定される。
【００９６】
第１の校正データは、計算によって算出することも可能であるし、実測により得ることも可能である。
計算によって第１の校正データを算出する場合には、エリアカメラ１１１，１１３に装着されたレンズの焦点距離ｆと、レンズから測定対象（すなわち、剛体Ｓ）までの距離ａと、エリアカメラ１１１，１１３に設けられた撮像素子からレンズまでの距離ｂと、を利用する。より詳細には、これらのパラメータを利用して、以下の式１０１で表わされる結像公式により式１０３で表わされる倍率ｍを求めて、第１の校正データを計算することができる。
【００９７】
結像公式：１／ｆ＝１／ａ＋１／ｂ  ・・・（式１０１）
倍率：ｍ＝ｂ／ａ  ・・・・（式１０３）
【００９８】
ここで、エリアカメラ１１１，１１３に設けられた撮像素子の画素サイズをｄ（ｍｍ）とした場合、撮像分解能Ｄ（ｍｍ／ピクセル）は、以下の式１０５で表わされる値となる。かかる撮像分解能Ｄは、視線と垂直な面内での撮像分解能であるため、視線と法線方向とのなす角度がα度である場合、１画素に対応する測定対象の上下動量Ｈ（ｍｍ）は、以下の式１０７で表わされる値となる。
【００９９】
Ｄ＝ｄ／ｍ  ・・・（式１０５）
Ｈ＝Ｄ／ｓｉｎα  ・・・（式１０７）
【０１００】
以上のようにして得られる、１画素に対応する測定対象の上下動量Ｈが、エリアカメラ１１１，１１３で撮像された撮像画像上での光切断線の変化量（単位：ピクセル）を、実空間での量（単位：例えばｍｍ）に変換するための変換係数となる。従って、エリアカメラ１１１，１１３と、各エリアカメラ１１１，１１３に対応する光切断線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃとの光学的な位置関係に基づき上記式１０７で与えられる値を、各光切断線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに関する校正曲線Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ（すなわち、第１の校正データ）として用いることが可能である。
【０１０１】
第１の校正データを実測する場合には、校正板を準備して、高さ方向の座標Ｚ＝０となる基準面に設置し、かかる校正板をΔＺ［ｍｍ］だけＺ軸方向に平行移動させながら、各エリアカメラ１１１，１１３により光切断画像を撮像する。その上で、得られた各エリアカメラ１１１，１１３の撮像画像での画素単位の光切断線Ｌの移動量ΔＺｉｍｇ［単位：ピクセル］を複数点に関して実測し、校正曲線ΔＺ＝Ｃ（ΔＺｉｍｇ）を作成すればよい（ただし、Ｃ（ΔＺｉｍｇ）は、ΔＺｉｍｇを変数とする関数を表す。）。これにより、各光切断線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに関する校正曲線Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃを得ることが出来る。
【０１０２】
次に、第２の校正データについて、図１３を参照しながら説明する。
第２の校正データは、図１３に示した実空間上での連続する２枚の画像撮像時刻間において、剛体Ｓの実空間での搬送距離（単位：ｍｍやｍ等の長さの単位）に相当する画像内での水平方向の移動量（単位：ピクセル）を表わしたデータである。この第２の校正データは、光切断線Ｌｂ，Ｌｃに対して、それぞれ設定される。後述するように、かかる移動量の分だけエリアカメラ１１３で撮像された撮像画像を水平方向（実空間におけるＬ軸方向に対応する方向）に平行移動させることで、連続する２枚の撮影画像において剛体Ｓ上の同じ点の上下方向の移動量を比較することができる。このように、第２の校正データは、外乱の大きさを推定するために用いられる校正データである。
【０１０３】
第２の校正データについても、計算によって算出することも可能であるし、実測により得ることも可能である。
前述のように、第２の校正データは、連続する２枚の撮影画像が生成される間における剛体Ｓの実空間における搬送距離Δｓ（図１３に示したΔｓ）が、生成された撮像画像において、どの程度の画素数に対応するかを示したデータである。従って、計算によって第２の校正データを算出する場合には、上記式１０５で算出される撮像分解能Ｄを、光切断線Ｌｂ，Ｌｃの双方について算出し、得られた撮像分解能Ｄｂ，Ｄｃを用いて、実空間における搬送距離Δｓの設定値を割ればよい。すなわち、光切断線Ｌｂに関する水平方向の移動量をΔＬｂとし、光切断線Ｌｃに関する水平方向の移動量をΔＬｃとすると、これらの値は、以下の式１０９及び式１１１によって算出することができる。
【０１０４】
ΔＬｂ＝Δｓ／Ｄｂ  ・・・（式１０９）
ΔＬｃ＝Δｓ／Ｄｃ  ・・・（式１１１）
【０１０５】
第２の校正データを実測する場合には、第１の校正データを実測する場合と同様にしてＺ＝０の基準面に校正板を設置し、校正板をΔｓ［ｍｍ］だけＬ軸方向に平行移動させながら、撮像画像を生成すればよい。その上で、得られた撮像画像を解析して、撮像画像内での水平方向の移動量ΔＬｂ，ΔＬｃを測定すればよい。
【０１０６】
以上、本実施形態に係る画像処理部２０３で用いられる、２種類の校正データについて説明した。
【０１０７】
◇外乱推定処理で用いられる座標系について
次に、図１４及び図１５を参照しながら、外乱推定処理で用いられる座標系について、具体的に説明する。
本実施形態に係る外乱推定部２１３で実施される外乱推定処理では、エリアカメラ１１３によって撮像された撮像画像に固定された座標系を用いて、画像処理が行われる。すなわち、エリアカメラ１１３によって生成された光切断画像において、剛体Ｓの長手方向に対応する方向（すなわち、光切断画像の水平方向）をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に対して直交する方向（すなわち、光切断画像の高さ方向）をＹ軸方向とする。
【０１０８】
また、校正板などの平坦面をＺ＝０の位置に配置した上で撮像したエリアカメラ１１３の撮像画像において、光切断線Ｌｂが撮像されている高さ方向の位置を、光切断線Ｌｂに関するＹ座標Ｙｂの基準位置（すなわち、Ｙｂ＝０の位置）とし、Ｘ座標Ｘｂの基準位置を、撮像画像の左端とする。その結果、光切断線Ｌｂに関するＸ座標Ｘｂは、光切断線Ｌｂの延伸方向に沿って規定され、光切断線Ｌｂに関するＸ軸方向Ｘｂ及びＹ軸方向Ｙｂは、図１４に示したように規定される。
【０１０９】
同様に、校正板などの平坦面をＺ＝０の位置に配置した上で撮像したエリアカメラ１１３の撮像画像において、光切断線Ｌｃが撮像されている高さ方向の位置を、光切断線Ｌｃに関するＹ座標Ｙｃの基準位置（すなわち、Ｙｃ＝０の位置）とし、Ｘ座標Ｘｃの基準位置を、撮像画像の左端とする。その結果、光切断線Ｌｃに関するＸ座標Ｘｃは、光切断線Ｌｃの延伸方向に沿って規定され、光切断線Ｌｃに関するＸ軸方向Ｘｃ及びＹ軸方向Ｙｃは、図１５に示したように規定される。
【０１１０】
なお、校正板などの平坦面をＺ＝０の位置に配置した上で撮像したエリアカメラ１１１の撮像画像においても、同様にして座標系を規定することが可能である。すなわち、光切断線Ｌａが撮像されている高さ方向の位置を、光切断線Ｌａに関するＹ座標Ｙａの基準位置（すなわち、Ｙａ＝０の位置）として規定し、光切断線Ｌａに関するＸ座標Ｘａを、撮像画像の左端を基準として光切断線Ｌａの延伸方向に沿って規定する。光切断線Ｌａに関する座標系の具体例については、以下で図２４を参照しながら、改めて言及する。
【０１１１】
なお、以降の説明において、「高さ」と言及した場合は、撮像画像中での縦方向、すなわち、Ｙａ，Ｙｂ，Ｙｃ座標（単位：ピクセル）での値を表し、校正曲線Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃにより撮像画像中での「高さ」を実空間（単位：ｍｍ）へと変換した場合の値を、「Ｚ座標における高さ」等と表すこととする。
【０１１２】
◇外乱推定処理の詳細について
それでは、図１６〜図２３を参照しながら、外乱推定部２１３で実施される外乱推定処理について、詳細に説明する。
本実施形態に係る外乱推定部２１３では、エリアカメラ１１３で撮像された、光切断線Ｌｂ，Ｌｃが写る撮像画像を基に、剛体Ｓの表面のうち、光切断線Ｌｂ，Ｌｃ上に存在する部分における、外乱起因の高さ変化値（すなわち、実空間におけるＺ座標の変化量）を算出する。
【０１１３】
□外乱推定処理の概略
上記特許文献１で提案されているような光切断法では、光切断線上の異なる長手方向位置の複数の点について、異なる時刻で表面高さ測定を行い、各点の表面高さ測定結果の差異（すなわち外乱起因の変化）を、そのまま外乱の大きさの計算に用いていた。しかしながら、本実施形態に係る形状測定装置１０で実施される光切断法では、外乱推定部２１３が実施する外乱推定処理によって、光切断線Ｌｂ上の各点の長手方向位置（すなわち、Ｘｂ座標の値）と、これらの点での外乱に起因するＹｂ座標の値の変化との関係を、異なる時刻に撮像された複数の撮像画像を利用して特定する。その上で、外乱推定部２１３は、Ｙｂ座標の変化量のＸｂ方向に沿った分布を、直線で近似する。かかる近似直線を利用することで、外乱推定部２１３は、光切断線Ｌｂ上の各点における測定誤差による値のばらつきを抑えながら、図２に示した交点Ａに対応するＸｂ座標でのＹｂ座標の値の変化量を、正確に算出することができる。その後、外乱推定部２１３は、先だって説明したような校正曲線Ｃｂを用いることで、画素単位で表わされているＹｂ座標の値の変化量を、実空間でのＺ座標の変化量（すなわち、外乱に起因する高さ変動量）に変換する。
【０１１４】
また、図２に示した交点Ｂにおける外乱起因のＺ座標の変化についても、光切断線Ｌｂの代わりに光切断線Ｌｃに着目することで、上記と同様に求めることが可能となる。
【０１１５】
次に、実空間におけるＣ座標（すなわち、剛体Ｓの幅方向）を基準として考えてみると、上記のようにして算出される交点Ａ及び交点ＢでのＺ座標の変化量を、Ｃ座標を横軸にとり、Ｚ座標の変化量を縦軸にとった平面上に、プロットすることができる。本実施形態に係る形状測定装置１０で着目する測定対象物は剛体であるため、実空間において、交点Ａと交点Ｂとの間に位置する剛体Ｓの幅方向の各点でのＺ座標の変化量は、直線的に変化するはずである。そこで、上記のようなＣ軸−Ｚ軸平面上において、交点Ａ及び交点ＢでのＺ座標の変化量を通る直線を考えれば、実空間において、交点Ａと交点Ｂとの間に位置する剛体Ｓの幅方向の各点でのＺ座標の変化量を表わすことができる。従って、外乱推定部２１３は、Ｃ軸−Ｚ軸平面上における上記のような直線を求めることで、２交点を結ぶ各幅方向位置における外乱起因のＺ座標の変化を求めることが可能となる。
【０１１６】
以上が、外乱推定部２１３で実施される外乱推定処理の概略であるが、かかる外乱推定処理を実施する外乱推定部２１３は、図１６に示したように、共通照射部分外乱推定部２２１と、交点位置外乱推定部２２３と、を有している。
【０１１７】
□共通照射部分外乱推定部２２１について
共通照射部分外乱推定部２２１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。共通照射部分外乱推定部２２１は、上記の外乱推定処理の概略で簡単に言及した処理のうち、光切断線Ｌｂ，Ｌｃ上の各点の長手方向位置（すなわち、Ｘｂ座標、Ｘｃ座標の値）と、これらの点での外乱に起因するＹｂ座標、Ｙｃ座標の値の変化との関係を、異なる時刻に撮像された複数の撮像画像を利用して特定する処理部である。
【０１１８】
共通照射部分外乱推定部２２１は、上記のような外乱に起因するＹｂ座標及びＹｃ座標の値の変化値の算出処理を、図７に示した共通照射部分に対して実施する。以下では、この共通照射部分外乱推定部２２１が実施する処理について、図１７〜図２０を参照しながら、詳細に説明する。
【０１１９】
図７を参照しながら説明したように、移動している剛体Ｓをエリアカメラ１１３で撮像すると、連続した２枚の撮像画像（例えば、ｉ枚目とｉ＋１枚目の撮像画像）内には、共通して撮像される領域（すなわち、図７に示した共通照射部分）が存在する。従って、第２の校正データに基づいて、エリアカメラ１１３で撮像されたｉ枚目の撮像画像をＸｂ軸の負方向にΔＬｂだけ平行移動させると、ｉ枚目の共通照射部分のＸｂ座標と、ｉ＋１枚目の共通照射部分のＸｂ座標と、を一致させることができる。同様に、光切断線Ｌｃについても、エリアカメラ１１３で撮像されたｉ枚目の撮像画像を、第２の校正データに基づいてＸｃ軸の負方向にΔＬｃだけ平行移動させると、ｉ枚目の共通照射部分のＸｃ座標と、ｉ＋１枚目の共通照射部分のＸｃ座標と、を一致させることができる。共通照射部分は、剛体Ｓ上の同一位置であるから、実空間における共通照射部分の真の表面高さは同じである。従って、Ｘ座標を揃えた後に、ｉ枚目における共通照射部分のＹ座標とｉ＋１枚目における共通照射部分のＹ座標とを比較することで、ｉ＋１枚目の撮像時に剛体Ｓに生じた外乱の大きさを推定することが可能となる。
【０１２０】
より詳細には、共通照射部分外乱推定部２２１は、ｉ＋１枚目の撮像画像から得られる、外乱成分を含んだみかけの表面高さ（以下、「みかけの高さ」と称する。）と、ｉ枚目の撮像画像中の共通照射部分における外乱除去後の表面高さと、を用いて、ｉ＋１枚目の撮像画像における外乱除去後の表面高さと、ｉ＋１枚目の画像における外乱成分による高さ変化（以下、「外乱成分」と称する。）と、を計算する。
【０１２１】
剛体Ｓにおいて外乱が生じると、エリアカメラ１１３で得られる撮像画像に写る光切断線ＬｂのＹｂ座標及び光切断線ＬｃのＹｃ座標は、図９〜図１１に例示したように変化する。図１７は、共通照射部分外乱推定部２２１における外乱起因のＹｂ座標の変化値の算出方法を説明するための説明図である。なお、図１７では、連続した２枚の画像間で外乱としてＺ軸方向の平行移動が生じている場合について図示しているが、以下の説明は、外乱としてＺ軸方向の平行移動が生じた場合に限定されるわけではなく、Ｌ軸回りの回転が生じている場合や、Ｃ軸回りの回転が生じている場合においても、全て同様に成立する。この理由は、３つの外乱のいずれにおいても、外乱起因のＹｂ座標及びＹｃ座標の変化は、着目している測定対象物が剛体であるが故に直線近似できるためである。
【０１２２】
なお、共通照射部分外乱推定部２２１は、光切断線Ｌｂに対して実施したものと同様の処理を、光切断線Ｌｃに対しても実施する。従って、以下の図や説明では、光切断線Ｌｂに対して実施される処理を代表させて、記載を行うものとする。
【０１２３】
共通照射部分外乱推定部２２１は、まず、エリアカメラ１１３で撮影されたｉ枚目とｉ＋１枚目の２つの撮像画像に対して、それぞれの共通照射部分に属するＸｂ座標に対して、以下の処理を実行する。
【０１２４】
なお、以下の説明では、（Ｘｂ、Ｙｂ）座標系におけるｉ枚目の撮像画像における光切断線ＬｂをＸｂの関数としてとらえ、Ｙｂ＝Ｆｏｂｓｂ（ｉ，Ｘｂ）と表すこととする。また、以下では、Ｆｏｂｓｂ（ｉ，Ｘｂ）を光切断線Ｌｂの「見かけの高さ」と称することとする。
【０１２５】
また、外乱により、図９〜図１１に示したように、撮像画像中における光切断線の位置が変化するが、ｉ＝１枚目の撮像画像を基準としたｉ枚目の撮像画像の外乱起因による光切断線の上下動を、外乱成分ｄｂ（ｉ，Ｘｂ）と表すこととする。ここで、一般的な光切断法について考えてみると、ｉ枚目の撮像画像での光切断線の位置を基準としてｉ＋１枚目の撮像画像での光切断線の位置の上下動を特定し、外乱の大きさを推定する（すなわち、撮像画像フレーム間で外乱を推定する）方法であることがわかる。しかしながら、本実施形態に係る光切断法は、只今言及し、また、以降でも詳細に説明するように、１枚目の撮像画像における光切断線の位置を基準として外乱の大きさを推定する方法である点に注意されたい。
【０１２６】
ｉ枚目の撮像画像における光切断線Ｌｂの見かけの高さは、図９〜図１１等を参考に考えてみると、「外乱が存在しない場合に観測されるであろう表面高さに、外乱成分に起因する光切断線の位置変化が加わったものである」と考えることができる。すなわち、ｉ枚目の撮像画像の光切断線Ｌｂの見かけの高さは、図１７に模式的に示したように、外乱成分と、外乱が除去された後の表面高さ（すなわち、外乱が存在しない場合に観測されるであろう表面高さ。以下、単に、「外乱除去後の表面高さ」とも称する。）と、の和であると考えることができる。先ほどから言及しているように、測定対象が剛体であることから、外乱成分ｄｂ（ｉ，Ｘｂ）は、Ｘｂについての一次関数、すなわち直線としてとらえることができる。
【０１２７】
ここで、本実施形態に係る外乱推定処理では、「１枚目の撮像画像における外乱成分はゼロである」とみなす。すなわち、１枚目の撮像画像と、１枚目の撮像画像における共通照射部分が存在する２枚目以降の撮像画像において、共通照射部分に属する全てのＸｂ座標に対しては、以下の式１２１が成立するとみなす。
【０１２８】
ｄｂ（１，Ｘｂ）＝０  ・・・（式１２１）
【０１２９】
なお、１枚目の画像に外乱が加わっている場合も考えうるが、その場合において、本実施形態に係る画像処理によって最終的に出力される表面高さは、本来の表面高さに対して、１枚目の画像撮像時に既に加わっていた外乱成分の大きさによって決まる平面が一様に加算された値となる。しかしながら、剛体Ｓが例えば鉄鋼半製品のスラブのように基準面が定まる場合には、最終的に出力される全長全幅の表面高さが基準面に一致するように平面を差し引く補正を行うことで、基準面から見た表面高さを得ることができる。そのため、以下では、上記式１２１が成立するとみなして説明を行う。
【０１３０】
いま、図１７に示すように、ｉ枚目の撮影時刻において光切断線Ｌｂにより照射された部分の外乱除去後の表面高さは、見かけの表面高さから外乱成分を引けばよい。すなわち、ｉ枚目の撮像画像における光切断線Ｌｂに照射された剛体Ｓの外乱除去後の表面高さＨｂ（ｉ，Ｘｂ）は、以下の式１２３に従って求めることができる。
【０１３１】
Ｈｂ（ｉ，Ｘｂ）＝Ｆｏｂｓｂ（ｉ，Ｘｂ）−ｄｂ（ｉ，Ｘｂ）  ・・・（式１２３）
【０１３２】
また、ｉ＋１枚目の撮像画像における外乱成分は、ｉ＋１枚目の撮像画像における見かけの高さから、外乱除去後の表面高さを引けば求められる。すなわち、以下の式１２５が成立する。
【０１３３】
ｄｂ（ｉ＋１，Ｘｂ）＝Ｆｏｂｓｂ（ｉ＋１，Ｘｂ）−Ｈｂ（ｉ＋１，Ｘｂ）
・・・（式１２５）
【０１３４】
ここで、ｉ＋１枚目の撮像画像における外乱除去後の表面高さＨｂ（ｉ＋１，Ｘｂ）は、ｉ＋１枚目の画像のみからは測定することができない。しかしながら、共通照射部分が、剛体Ｓ上の同一位置であることから、ｉ＋１枚目の撮像画像における外乱除去後の表面高さは、ｉ枚目の撮像画像における外乱除去後の表面高さと等しい。そこで、本実施形態に係る共通照射部分外乱推定部２２１は、式１２３で既に求められている、ｉ枚目における外乱除去後の表面高さＨｂ（ｉ，Ｘｂ）を、搬送方向（すなわち、Ｘｂ軸の負方向）にΔＬｂだけ平行移動させて共通照射部分を揃えたものを、ｉ＋１枚目の撮像画像における外乱除去後の表面高さＨｂ（ｉ＋１，Ｘｂ）として利用する。すなわち、以下の式１２７で表わされる関係が成立していることを利用する。
【０１３５】
Ｈｂ（ｉ＋１，Ｘｂ）＝Ｈｂ（ｉ，Ｘｂ＋ΔＬｂ）  ・・・（式１２７）
【０１３６】
従って、式１２７を式１２５に代入することにより、ｉ＋１枚目の外乱成分ｄｂ（ｉ＋１，Ｘｂ）は、ｉ＋１枚目の画像から得られるみかけの高さと、ｉ枚目の外乱除去後の表面高さと、を利用して、以下の式１２９により求めることができる。
【０１３７】
ｄｂ（ｉ＋１，Ｘｂ）＝Ｆｏｂｓｂ（ｉ＋１，Ｘｂ）−Ｈｂ（ｉ，Ｘｂ＋ΔＬｂ）
・・・（式１２９）
【０１３８】
また、上記式１２３において、パラメータｉを一つ進めてｉ＝ｉ＋１とし、ｄｂ（ｉ＋１，Ｘｂ）の部分に、上記式１２９で得られたｉ枚目の外乱成分を代入することで、ｉ＋１枚目の撮像画像における外乱除去後の表面高さＨｂ（ｉ＋１，Ｘｂ）を求めることができる。
【０１３９】
このように、共通照射部分外乱推定部２２１は、ｉ＝１における式１２１を初期値として式１２９と式１２３とを交互に適用し、パラメータｉの値を１つずつ増やしていくことで、ｉ枚目における外乱除去後の表面高さと、ｉ＋１枚目における外乱成分とを順次算出することができる。
【０１４０】
以下では、上記の共通照射部分外乱推定部２２１による共通照射部分での外乱成分の特定処理が、図１８に示したような状況に適用した場合にどのように実施されるかを、具体的に説明を行う。
【０１４１】
なお、以下では、光切断線Ｌｂに関してのみ説明を行うが、光切断線Ｌｃについても同様である。
【０１４２】
図１８では、光切断線Ｌｂが照射される部分の一部に凹凸がある剛体Ｓを、測定対象とする。いま、図１８の左半分に示すように、１枚目と２枚目の撮像画像を撮像する間に、外乱としてＺ方向の平行移動が生じたものとする。
【０１４３】
図１９は、１枚目の撮像画像と２枚目の撮像画像の共通照射部分において、式１２９に基づく処理を説明するための説明図である。上記式１２５が示すように、２枚目の撮像画像における外乱成分ｄｂ（２，Ｘｂ）は、見かけの高さＦｏｂｓｂ（２，Ｘｂ）と、２枚目の撮像画像における外乱除去後の表面高さＨｂ（２，Ｘｂ）と、の差である。一方で、先ほどから説明しているように、２枚目の撮像画像における外乱除去後の表面高さＨｂ（２，Ｘｂ）は、１枚目の撮像画像における外乱除去後の表面高さＨｂ（１，Ｘｂ）を、図１９中の破線のようにΔＬｂだけ平行移動したもの（すなわち、Ｈｂ（１，Ｘｂ＋ΔＬｂ））である。ここで、上記式１２１から、Ｈｂ（１，Ｘｂ）は、Ｆｏｂｓｂ（１，Ｘｂ）と等しい。従って、Ｈｂ（１，Ｘｂ＋ΔＬｂ）は、Ｆｏｂｓｂ（１，Ｘｂ＋ΔＬｂ）と等しくなる。よって、図１９を参照すると、２枚目の撮像画像における外乱成分ｄｂ（２，Ｘｂ）は、見かけの高さＦｏｂｓｂ（２，Ｘｂ）から、１枚目の見かけの高さをΔＬｂ平行移動したものを引いたものと等しくなる。すなわち、図１９に示す状況が、上記式１２９として示した式を図として表わしたものに対応している。
【０１４４】
なお、図１８の場合、剛体Ｓに生じている外乱がＺ方向の平行移動であるため、式１２９により求められた外乱成分（図１９における一点鎖線で表わした大きさ）ｄｂ（２，Ｘｂ）は、Ｘｂ座標によらず一定となる。
【０１４５】
次に、図１８の右半分に示したように、２枚目と３枚目の撮像画像を撮像する間に、Ｃ軸回りの回転が生じたとする。この場合、図１８において、１枚目の撮像画像と３枚目の撮像画像とを比較すると明らかなように、１枚目の撮像画像を基準として考えると、剛体Ｓには、外乱として、Ｚ方向の平行移動とＣ軸回りの回転とが生じていることとなる。
【０１４６】
図２０は、２枚目の撮像画像と３枚目の撮像画像の共通照射部分において、式１２３及び式１２９に基づく処理を説明するための説明図である。
【０１４７】
図２０の右半分の部分に示すように、２枚目の画像から得られたみかけの高さＦｏｂｓｂ（２，Ｘｂ）から、図１９に基づき既に算出した外乱成分ｄｂ（２，Ｘｂ）を差し引くことで、外乱除去後の表面高さＨｂ（２，Ｘｂ）を算出することができる。この関係は、上記式１２３で表わされる関係を図示したものである。
【０１４８】
次に、図２０の左半分の部分に示したように、２枚目の撮像画像の共通照射部分における、外乱除去後の表面高さＨｂ（２，Ｘｂ）を、３枚目の撮像画像と共通照射部分が一致するようにΔＬｂだけ平行移動させ、３枚目の撮像画像から得られたみかけの高さから差し引くことで、３枚目の撮像画像における外乱成分ｄｂ（３，Ｘｂ）を算出することができる。
【０１４９】
ここで、２枚目の撮像画像と３枚目の撮像画像との間には、Ｃ軸周りの回転が加わっているが、図２０の左半分に示した一点鎖線の長さ（すなわち、ｄｂ（３，Ｘｂ））を、Ｘ座標Ｘｂに対してプロットすると、ｄｂ（３，Ｘｂ）は、ある傾きを持つ直線となる。
【０１５０】
ここで、図２０からも明らかなように、３枚目の撮像画像の外乱成分ｄｂ（３，Ｘｂ）は、３枚目の撮像画像のみかけの高さＦｏｂｓｂ（３，Ｘｂ）から、２枚目の撮像画像における外乱除去後の表面高さＨｂ（２，Ｘｂ）を差し引いたものであり、２枚目の撮像画像における外乱除去後の表面高さＨｂ（２，Ｘｂ）は、２枚目の撮像画像のみかけの高さＦｏｂｓｂ（２，Ｘｂ）から、２枚目の撮像画像の外乱成分ｄｂ（２，Ｘｂ）を差し引いたものである。従って、３枚目の撮像画像の外乱成分ｄｂ（３，Ｘｂ）は、２枚目の撮像画像の外乱成分ｄｂ（２，Ｘｂ）に基づいた量であると考えることもできる。同様にして、２枚目の撮像画像の外乱成分ｄｂ（２，Ｘｂ）は、１枚目の撮像画像の外乱成分ｄｂ（１，Ｘｂ）に基づいた量としてとらえることができる。このような関係から明らかなように、本実施形態に係る外乱推定処理は、ｉ枚目の撮像画像における外乱成分ｄｂ（ｉ，Ｘｂ）を、１枚目の撮像画像における外乱からｉ−１枚目の撮像画像における外乱までの全ての外乱の積算の結果として、特定する。
【０１５１】
なお、外乱としてＬ軸回りの回転が生じた場合には、Ｚ方向の平行移動が生じた場合と同様に、光切断線Ｌｂ上の外乱成分の大きさはＸｂ座標によらず一定となる。また、実空間において異なる幅方向位置に存在する光切断線Ｌｃ上の外乱成分ｄｃ（ｉ，Ｘｃ）も、座標Ｘｃによらず一定となる。しかしながら、外乱成分ｄｂと外乱成分ｄｃとの値が異なることより、Ｌ軸回りの回転が存在することを把握することができる。
【０１５２】
以上のような処理を共通照射部分外乱推定部２２１が実施することにより、２枚の連続する撮像画像を用いて、光切断線Ｌｂの上での外乱成分ｄｂ（ｉ，Ｘｂ）の大きさを算出することができる。上記のような処理を、光切断線Ｌｃに対しても同様に適用することで、共通照射部分外乱推定部２２１は、光切断線Ｌｃ上での外乱成分ｄｃ（ｉ，Ｘｃ）の大きさを算出することができる。
【０１５３】
共通照射部分外乱推定部２２１は、このようにして算出した、各光切断線Ｌｂ，Ｌｃ上での外乱成分の大きさに関する情報を、後述する交点位置外乱推定部２２３に出力する。
【０１５４】
□交点位置外乱推定部２２３について
交点位置外乱推定部２２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。交点位置外乱推定部２２３は、上記の外乱推定処理の概略で簡単に言及した処理のうち、光切断線Ｌｂに関して、Ｙｂ座標の変化量のＸｂ方向に沿った分布を直線で近似するとともに、光切断線Ｌｃに関して、Ｙｃ座標の変化量のＸｃ方向に沿った分布を直線で近似する処理を実施して、交点Ａ、Ｂの位置での外乱の大きさを推定する処理部である。
【０１５５】
より詳細には、交点位置外乱推定部２２３は、共通照射部分外乱推定部２２１が算出した、共通照射部分における外乱の大きさを利用して、Ｘ座標に沿った外乱の大きさの分布を直線近似し、得られた近似直線を交点位置まで外挿（場合によっては、内挿）することで、交点Ａ及び交点Ｂにおける外乱の大きさを算出する。かかる直線近似により、光切断線Ｌｂ，Ｌｃ上の各点に生じるばらつきを吸収し、上記特許文献１に記載の発明を含めた従来の光切断法と比較してより精度良く、交点Ａ及び交点Ｂにおける外乱の値を求めることが可能となる。その後、交点位置外乱推定部２２３は、第１の校正データである校正曲線Ｃｂ，Ｃｃを利用して、画素単位で表わされた表面高さを、Ｚ座標（単位：ｍｍ）での値に変換して、交点Ａ，ＢのＺ座標における外乱の大きさを算出する。
【０１５６】
上記のように、交点位置外乱推定部２２２は、ｉ番目の画像における
・交点Ａにおける外乱成分に起因するＺ座標の変化ΔＺｂ（ｉ）（単位：ｍｍ）
・交点Ｂにおける外乱成分に起因するＺ座標の変化ΔＺｃ（ｉ）（単位：ｍｍ）
のそれぞれを算出する処理部である。
【０１５７】
なお、２交点Ａ，Ｂでの外乱成分を求める理由は、以下の２つである。第１の理由は、測定対象物が剛体であることから、エリアカメラ１１１で撮像された撮像画像における光切断線Ｌａに沿った外乱成分ｄａ（ｉ，Ｘａ）と、かかる外乱成分ｄａ（ｉ，Ｘａ）を校正曲線Ｃａによって換算したＺ座標における外乱成分とは、光切断線Ｌｂ，Ｌｃの場合と同様に直線となるからである。また、第２の理由は、光切断線Ｌａに関する直線上の２点での外乱成分の値が特定できることで、光切断線Ｌａに関して、交点以外の場所での外乱成分の値を推定することが可能となるためである。
【０１５８】
以下では、この交点位置外乱推定部２２３が実施する処理について、図２１〜図２３を参照しながら、詳細に説明する。なお、図２１では、連続した２枚の撮像画像間において、外乱としてＺ軸方向の平行移動が生じている場合について図示しているが、以下の説明は図２１に示した場合に限定されるものではなく、Ｌ軸回りの回転が生じている場合、及び、Ｃ軸回りの回転が生じている場合にも同様に適用可能である。
【０１５９】
いま、ｉ枚目の撮像画像の撮像時刻において、光切断線Ｌａと光切断線Ｌｂとの交点Ａに関して、外乱成分を含んだみかけのＺ座標をＺｂ（ｉ）と表わし、光切断線Ｌａと光切断線Ｌｃとの交点Ｂに関して、外乱成分を含んだみかけのＺ座標Ｚｃ（ｉ）と表すこととする。
【０１６０】
また、図２１に示したように、１枚目の撮像画像の撮像時を基準として、ｉ枚目まで外乱が生じないとみなしたＺ座標での表面高さ（すなわち、外乱除去後のＺ座標での表面高さ）を、交点ＡについてはＺｂｔ（ｉ）と表わし、交点ＢについてはＺｃｔ（ｉ）と表すこととする。
【０１６１】
図２１及び下記の式１３１に示すように、Ｚ座標における交点Ａでのみかけの表面高さＺｂ（ｉ）と、Ｚ座標における外乱除去後の表面高さＺｂｔ（ｉ）との差を、外乱成分によるＺ座標の変化ΔＺｂ（ｉ）と規定する。同様に、下記の式１３３に示すように、Ｚ座標における交点Ｂでのみかけの表面高さＺｃ（ｉ）と、Ｚ座標における外乱除去後の表面高さＺｃｔ（ｉ）との差を、外乱成分によるＺ座標の変化ΔＺｃ（ｉ）と規定する。
【０１６２】
ΔＺｂ（ｉ）＝Ｚｂ（ｉ）−Ｚｂｔ（ｉ）  ・・・（式１３１）
ΔＺｃ（ｉ）＝Ｚｃ（ｉ）−Ｚｃｔ（ｉ）  ・・・（式１３３）
【０１６３】
外乱成分によるＺ座標の変化ΔＺｂ（ｉ）を算出するために、交点位置外乱推定部２２３は、図２２に示したように、共通照射部分外乱推定部２２１から出力された外乱成分ｄｂ（ｉ，Ｘｂ）の大きさが、Ｘｂ方向に沿ってどのように分布しているかを考慮する。その上で、交点位置外乱推定部２２３は、最小二乗法等の公知の統計処理により、Ｘｂ方向に沿った外乱成分ｄｂ（ｉ，Ｘｂ）の分布を直線近似する。その後、交点位置外乱推定部２２３は、交点ＡのＸｂ座標と、算出した近似直線とを利用して、交点Ａでの外乱成分の大きさである外乱成分ｄｂ（ｉ，Ａ）（単位：ピクセル）を算出する。
【０１６４】
交点Ａでの外乱成分ｄｂ（ｉ，Ａ）（単位：ピクセル）を算出すると、交点位置外乱推定部２２３は、第１の校正データである校正曲線Ｃｂを利用して、画素単位での外乱成分の大きさを、Ｚ座標における外乱成分ΔＺｂ（ｉ）（単位：ｍｍ）へと変換する。
【０１６５】
ここで、実空間でのＺ座標における外乱成分ΔＺｂ（ｉ）を算出する際には、校正曲線Ｃｂが曲線であり、かつ、外乱成分ｄｂ（ｉ，Ａ）が、先ほどから言及しているように、１枚目の撮像画像を基準とした外乱成分であることを考慮することが重要である。具体的には、図２３に示すような校正曲線Ｃｂを適用してΔＺｂ（ｉ）を求めるためには、校正曲線上の２点でピクセル単位からｍｍ単位への変換を行い、Ｚ座標において差を取る必要がある。
【０１６６】
ここで、先ほどから言及しているように、外乱除去後の表面高さＨｂ（ｉ，Ａ）に対して、外乱成分ｄｂ（ｉ，Ａ）を加えたものが、撮像画像内でのｉ枚目における交点Ａのみかけの高さＦｏｂｓｂ（ｉ，Ａ）となる。そこで、交点位置外乱推定部２２３は、図２３に示したように、交点Ａのみかけの高さＦｏｂｓｂ（ｉ，Ａ）と、校正曲線Ｃｂとを利用して、ｉ枚目のＺ座標における交点Ａのみかけの表面高さＺｂ（ｉ）を算出する。また、交点位置外乱推定部２２３は、外乱除去後の表面高さＨｂ（ｉ，Ａ）と、校正曲線Ｃｂとを利用して、ｉ枚目のＺ座標における外乱除去後の表面高さＺｂｔ（ｉ）を算出する。その後、交点位置外乱推定部２２３は、得られた２つの表面高さの差を算出することで、交点ＡでのＺ座標における外乱成分ΔＺｂ（ｉ）を算出する。また、交点位置外乱推定部２２３は、全く同様にして、交点ＢでのＺ座標における外乱成分ΔＺｃ（ｉ）も算出する。
【０１６７】
交点位置外乱推定部２２３は、このようにして算出した、交点Ａ及び交点Ｂでの外乱成分の大きさに関する情報を、補正部２１７に出力する。
【０１６８】
以上、図１６〜図２３を参照しながら、外乱推定部２１３で実施される外乱推定処理について、詳細に説明した。
【０１６９】
○形状データ算出部２１５における形状データ算出処理について
続いて、図２４を参照しながら、形状データ算出部２１５で実施される形状データ算出処理について、詳細に説明する。なお、図２４では、外乱としてＬ軸回りの回転が生じている場合について図示しているが、これまでの説明と同様に、以下の説明は、図２４に示した場合に限定されるものではない。
【０１７０】
形状データ算出部２１５では、まず、撮像データ取得部２１１から出力された、エリアカメラ１１１により撮像された撮像画像データを参照して、図２４に示すように、ｉ枚目の撮像画像での光切断線Ｌａに関するみかけの高さＦｏｂｓａ（ｉ，Ｘａ）（単位：ピクセル）を特定する。ここで、図２４に示した撮像画像内の座標系は、先だって説明したように、校正板などの平坦面をＺ＝０の位置に配置した上で撮像したエリアカメラ１１１の撮像画像を用いて規定することができる。すなわち、光切断線Ｌａが撮像されている高さ方向の位置を、光切断線Ｌａに関するＹ座標Ｙａの基準位置（すなわち、Ｙａ＝０の位置）として規定し、光切断線Ｌａに関するＸ座標Ｘａを、撮像画像の左端を基準として光切断線Ｌａの延伸方向に沿って規定することができる。
【０１７１】
次に、形状データ算出部２１５は、ｉ枚目の撮像画像から得られたみかけの高さＦｏｂｓａ（ｉ，Ｘａ）（単位：ピクセル）を、記憶部２０７に格納されている第１の校正データである校正曲線Ｃａを利用して、Ｚ座標におけるみかけの高さＺ（ｉ，Ｘａ）（単位：ｍｍなどの長さの単位）へと変換する。
【０１７２】
このようにして算出された、Ｚ座標におけるみかけの高さＺ（ｉ，Ｘａ）は、外乱に起因するＺ座標の変化（すなわち、測定誤差）が重畳されている値である。形状データ算出部２１５は、このようにして算出したＺ座標におけるみかけの高さＺ（ｉ，Ｘａ）に関する情報を、後述する補正部２１７へと出力する。
【０１７３】
○補正部２１７における補正処理について
続いて、図２５及び図２６を参照しながら、補正部２１７で実施される補正処理について、詳細に説明する。
【０１７４】
本実施形態に係る補正部２１７は、形状データ算出部２１５により算出された測定誤差を含む形状データ（Ｚ座標におけるみかけの高さＺ（ｉ，Ｘａ））と、外乱推定部２１３により算出された外乱成分（Ｚ座標における外乱成分ΔＺｂ（ｉ））と、を利用して補正処理を実施し、測定対象物である剛体Ｓの真の表面高さを算出する。かかる補正処理をエリアカメラ１１１で撮像された全画像に対して反復することで、真の表面高さを長手方向に重ね合わせることとなり、結果として、剛体Ｓの全体における真の表面高さを算出することが可能となる。
【０１７５】
より詳細には、補正部２１７は、まず、外乱推定部２１３により算出された、交点Ａ及び交点ＢでのＺ座標における外乱成分ΔＺｂ（ｉ），ΔＺｃ（ｉ）を利用して、図２５に示したような直線を算出する。先だって言及しているように、光切断線Ｌａに沿ったＺ座標における外乱成分ΔＺ（ｉ、Ｘａ）は、測定対象が剛体である故に、座標Ｘａに関して一次関数（すなわち直線）となる。従って、交点Ａ及び交点ＢでのＺ座標における外乱成分ΔＺｂ（ｉ），ΔＺｃ（ｉ）を結ぶ直線を算出することで、光切断線Ｌａに沿ったＺ座標における外乱成分ΔＺ（ｉ、Ｘａ）を特定できたことになる。
【０１７６】
続いて、補正部２１７は、図２６及び以下の式１４１に示したように、形状データ算出部２１５で得られたＺ（ｉ，Ｘａ）から、外乱によるＺ座標の変化（すなわち、外乱成分ΔＺ（ｉ、Ｘａ））を差し引くことで、Ｚ座標での真の表面高さＺｏｕｔ（ｉ，Ｘａ）を算出する。
【０１７７】
Ｚｏｕｔ（ｉ，Ｘａ）＝Ｚ（ｉ，Ｘａ）−ΔＺ（ｉ，Ｘａ）  ・・・（式１４１）
【０１７８】
補正部２１７は、エリアカメラ１１１で撮像された全画像に対して以上の処理を反復（すなわち、エリアカメラ１１１，１１３で撮影された画像の枚数がそれぞれＮ枚とすると、ｉ＝１，２，・・・，Ｎに対してＺｏｕｔ（ｉ，Ｘａ）を求める処理を反復）し、真の表面高さを長手方向に順に並べることで、剛体Ｓ全体の真の表面高さを算出することができる。
【０１７９】
以上、図２５及び図２６を参照しながら、本実施形態に係る補正部２１７で実施される補正処理について説明した。
【０１８０】
以上、本実施形態に係る演算処理装置２００の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１８１】
なお、上述のような本実施形態に係る演算処理装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１８２】
（撮像装置の変形例）
次に、図２７及び図２８を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置１００の変形例について、簡単に説明する。図２７及び図２８は、本実施形態に係る撮像装置の変形例を模式的に示した説明図である。
【０１８３】
上記の説明では、撮像装置１００において、２台のエリアカメラ１１１，１１３が設けられている場合について説明したが、本実施形態に係る撮像装置１００の構成は、かかる例に限定されるものではない。
【０１８４】
例えば図２７に示したように、光切断線Ｌｂをエリアカメラ１１５で撮像するとともに、光切断線Ｌｃをエリアカメラ１１７で撮像し、エリアカメラ１１１とあわせて３台のエリアカメラを使用することも可能である。
【０１８５】
それぞれのエリアカメラ１１５，１１７は、撮像装置１００として２台のエリアカメラ１１１，１１３を使用する場合と同様に、図２８に示すように、光切断線ＬｂとＬ軸―Ｃ軸平面に投影されたエリアカメラ１１５の光軸とが直交し、かつ、光切断線ＬｃとＬ軸―Ｃ軸平面に投影されたエリアカメラ１１７の光軸とが直交するように設置する。エリアカメラ１１５の撮像領域ＡＲ３、及び、エリアカメラ１１７の撮像領域ＡＲ４は、撮像装置１００として２台のエリアカメラ１１１，１１３を使用する場合と同様に、それぞれ交点Ａ及び交点Ｂを撮像視野に含むように、適宜設定すればよいが、光切断線Ｌｂ，Ｌｃ全体が撮像視野に含まれていることが好ましい。
【０１８６】
各エリアカメラの光軸とＺ軸とがなす角α４，α５は、エリアカメラが２台の場合と同様の理由で、例えば３０度〜６０度程度とすることが好ましい。また、角度α４，α５は、同一の値であってもよいし、互いに異なる値であってもよい。いずれの場合においても、１台のエリアカメラを用いる場合と同じ計算処理により、求める形状を計測することが可能である。
【０１８７】
また、図２７及び図２８では、剛体Ｓの幅方向の片側に、２台のエリアカメラ１１５，１１７が配設される場合を図示しているが、外乱推定部２１３における平行移動の方向にさえ注意すれば、剛体Ｓの光切断線Ｌｂ側の側方にエリアカメラ１１５を配置し、剛体Ｓの光切断線Ｌｃ側の側方にエリアカメラ１１７を配置することも可能である。
【０１８８】
更に、光切断線Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのそれぞれに対して撮影視野を分割することで、４台以上のエリアカメラを使用することも可能である。
【０１８９】
以上、図２７及び図２８を参照しながら、本実施形態に係る撮像装置１００の変形例について説明した。
【０１９０】
（形状測定方法の流れについて）
次に、図２９Ａ及び図２９Ｂを参照しながら、本実施形態に係る形状測定装置１０で実施される形状測定方法の流れについて、簡単に説明する。図２９Ａ及び図２９Ｂは、本実施形態に係る形状測定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０１９１】
なお、以下の説明に先立ち、上記のような各種の方法を利用して、第１の校正データ及び第２の校正データが適切に生成され、記憶部２０７に格納されているものとする。
【０１９２】
まず、本実施形態に係る形状測定装置１０の撮像装置１００は、演算処理装置２００における撮像制御部２０１の制御のもとで、搬送されている被測定剛体Ｓを各エリアカメラ１１１，１１３で撮像して、それぞれＮ枚の撮像画像を生成する（ステップＳ１０１）。撮像装置１００のエリアカメラ１１１，１１３は、１枚の撮像画像を生成する毎に、生成した撮像画像の撮像データを、演算処理装置２００に出力する。
【０１９３】
演算処理装置２００の撮像データ取得部２１１は、撮像装置１００から撮像データを取得すると、エリアカメラ１１１で生成された撮像データを形状データ算出部２１５に対して出力するとともに、エリアカメラ１１３で生成された撮像データを、外乱推定部２１３に対して出力する。
【０１９４】
外乱推定部２１３、形状データ算出部２１５及び補正部２１７は、各処理部で実施する処理において使用するパラメータｉを、ｉ＝１に初期化する（ステップＳ１０３）。続いて、外乱推定部２１３、形状データ算出部２１５及び補正部２１７は、パラメータｉの値が、撮像画像の枚数Ｎ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０５）。パラメータｉの値がＮ以下である場合には、外乱推定部２１３は、上記のような外乱推定処理を開始するとともに、形状データ算出部２１５は、上記のような形状データ算出処理を開始する。また、補正部２１７は、外乱推定部２１３及び形状データ算出部２１５からのデータの出力の待ち受けを開始する。一方、パラメータｉの値がＮ超過である場合には、形状測定装置１０は、形状測定処理を終了する。
【０１９５】
なお、外乱推定部２１３における外乱推定処理、及び、形状データ算出部２１５における形状データ算出処理は、それぞれ並行して実施されてもよいし、どちらか一方の処理部における処理が、他方の処理部における処理に先立って実施されてもよいことは、言うまでもない。
【０１９６】
形状データ算出部２１５は、先だって説明したような方法により、ｉ枚目の撮像画像を参照しながら、形状測定用光切断線（すなわち、光切断線Ｌａ）と、校正曲線Ｃａとを利用して、実空間での形状データ（Ｚ座標における表面高さ）を算出する（ステップＳ１０７）。形状データ算出部２１５は、ｉ枚目の撮像画像に関して実空間での形状データを算出すると、得られた形状データに関する情報を、補正部２１７に出力する。
【０１９７】
一方、外乱推定部２１３は、先だって説明したような方法により、ｉ枚目の撮像画像を参照しながら、各補正用光切断線（すなわち、光切断線Ｌｂ，Ｌｃ）に基づき、共通照射部分の外乱成分を算出する（ステップＳ１０９）。その後、外乱推定部２１３は、算出した外乱成分を利用して近似直線を算出した後、交点Ａ及び交点Ｂでの外乱成分を算出する（ステップＳ１１１）。続いて、外乱推定部２１３は、交点Ａ及び交点Ｂでの外乱成分を、校正曲線Ｃｂ，Ｃｃを利用して、実空間での量へと変換する（ステップＳ１１３）。その後、外乱推定部２１３は、得られた実空間での外乱成分の大きさに関する情報を、補正部２１７に出力する。
【０１９８】
補正部２１７は、外乱推定部２１３から出力された、交点Ａ及び交点Ｂの実空間での外乱成分に基づき、先だって説明したような方法により、形状測定用光切断線の位置での外乱成分を算出する（ステップＳ１１５）。その後、補正部２１７は、形状データ算出部２１５から出力された、実空間での形状データから、実空間での外乱成分を差し引いて、真の表面高さを算出する（ステップＳ１１７）。
【０１９９】
その後、外乱推定部２１３、形状データ算出部２１５及び補正部２１７は、パラメータｉの値を、ｉ＝ｉ＋１へと更新し（ステップＳ１１９）、ステップＳ１０５の処理を再度実施する。
【０２００】
以上、図２９Ａ及び図２９Ｂを参照しながら、本実施形態に係る形状測定方法の流れを簡単に説明した。
【０２０１】
（ハードウェア構成について）
次に、図３０を参照しながら、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成について、詳細に説明する。図３０は、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０２０２】
演算処理装置２００は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、を備える。また、演算処理装置２００は、更に、バス９０７と、入力装置９０９と、出力装置９１１と、ストレージ装置９１３と、ドライブ９１５と、接続ポート９１７と、通信装置９１９とを備える。
【０２０３】
ＣＰＵ９０１は、中心的な処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１３、又は、リムーバブル記録媒体９２１に記録された各種プログラムに従って、演算処理装置２００内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるバス９０７により相互に接続されている。
【０２０４】
バス９０７は、ブリッジを介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バスに接続されている。
【０２０５】
入力装置９０９は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチ及びレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９０９は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、演算処理装置２００の操作に対応したＰＤＡ等の外部接続機器９２３であってもよい。更に、入力装置９０９は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。ユーザは、この入力装置９０９を操作することにより、形状測定装置１０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０２０６】
出力装置９１１は、取得した情報をユーザに対して視覚的又は聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置及びランプなどの表示装置や、スピーカ及びヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１１は、例えば、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、演算処理装置２００が行った各種処理により得られた結果を、テキスト又はイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０２０７】
ストレージ装置９１３は、演算処理装置２００の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、又は、光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１３は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、及び、外部から取得した各種のデータなどを格納する。
【０２０８】
ドライブ９１５は、記録媒体用リーダライタであり、演算処理装置２００に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は、半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９１５は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は、半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２１に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、ＣＤメディア、ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２１は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｅｍｏｒｙ  ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２１は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  ｃａｒｄ）又は電子機器等であってもよい。
【０２０９】
接続ポート９１７は、機器を演算処理装置２００に直接接続するためのポートである。接続ポート９１７の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート、ＲＳ−２３２Ｃポート等がある。この接続ポート９１７に外部接続機器９２３を接続することで、演算処理装置２００は、外部接続機器９２３から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２３に各種のデータを提供したりする。
【０２１０】
通信装置９１９は、例えば、通信網９２５に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９１９は、例えば、有線又は無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、又は、ＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９１９は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｌｉｎｅ）用のルータ、又は、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９１９は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９１９に接続される通信網９２５は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、社内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。
【０２１１】
以上、本発明の実施形態に係る演算処理装置２００の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。
【実施例】
【０２１２】
以下では、実施例を示しながら、本発明に係る形状測定装置及び形状測定方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明に係る形状測定装置及び形状測定方法のあくまでも一例であって、本発明に係る形状測定装置及び形状測定方法が、下記に示す実施例に限定されるものではない。【０２１３】
以下に示す実施例１〜実施例３では、表面が平坦であることが既知のアルミ板を被測定剛体Ｓとして利用した。また、形状測定に使用した形状測定装置は、図１及び図２に示したような、本実施形態に係る形状測定装置１０である。【０２１４】
実施例１〜実施例３では、上記のようなアルミ板を、一定速度５ｍｍ／秒で６０ｍｍ搬送しながら、２台のエリアカメラで０．２秒につき１枚撮像し、各エリアカメラで６０枚の撮像画像を得た。なお、事前に、校正曲線Ｃａ，Ｃｂ，Ｃｃ及びΔＬｂ、ΔＬｃを作成し、得られたデータを記憶部に格納しておいた。【０２１５】
以下に示す実施例では、アルミ板の搬送中に、３種類の外乱（Ｚ軸方向の移動、Ｌ軸回りの回転、Ｃ軸回りの回転）をそれぞれ付加し、外乱に起因するＺ座標の変化が含まれた値Ｚ（ｉ，Ｘａ）と、演算処理装置２００から出力された真の表面高さＺｏｕｔ（ｉ，Ｘａ）（ｉ＝１，２，・・・，６０）と、を比較した。なお、以下では、Ｘａ座標（単位：ピクセル）を剛体Ｓの幅方向であるＣ座標（単位：ｍｍ）に変換して得られる結果を、示している。【０２１６】
（実施例１）
実施例１では、図３１Ａに示したようなＺ方向の平行移動を、アルミ板の搬送中に外乱として付加した。なお、光切断線の位置は、図３１Ｂに示した通りである。その結果、図３１Ｃに示すように、Ｚ（ｉ，Ｘａ）は、外乱によるＺ軸方向の変化が重畳されており、該当する部分の表面高さが平坦になっていないことがわかる。この結果は、Ｚ（ｉ，Ｘａ）では正確な表面高さを表現できていないことを示している。一方、図３１Ｄに示したように、Ｚｏｕｔ（ｉ，Ｘａ）（ｉ＝１，２，・・・，６０）は平坦となり、正確な表面高さが測定されていることが確認できた。【０２１７】
（実施例２）
実施例２では、図３２Ａに示したようなＬ軸回りの回転（回転軸は、アルミ板の幅方向中央位置とし、回転角の正方向は、Ｌ軸正方向に沿って時計回りとした。）を、アルミ板の搬送中に外乱として付加した。なお、光切断線の位置と回転軸との位置関係は、図３２Ｂに示した通りである。その結果、図３２Ｃに示すように、Ｚ（ｉ，Ｘａ）は、Ｌ軸回りの回転によるＺ軸方向の変化が重畳されており、該当する部分の表面高さが平坦になっていないことがわかる。この結果は、Ｚ（ｉ，Ｘａ）では正確な表面高さを表現できていないことを示している。一方、図３２Ｄに示したように、Ｚｏｕｔ（ｉ，Ｘａ）（ｉ＝１，２，・・・，６０）は平坦となり、正確な表面高さが測定されていることが確認できた。【０２１８】
（実施例３）
実施例３では、図３３Ａに示したようなＣ軸回りの回転（回転軸は、アルミ板の長手方向中央位置とし、回転角の正方向は、Ｃ軸正方向に沿って時計回りとした。）を、アルミ板の搬送中に外乱として付加した。なお、光切断線の位置と回転軸との位置関係は、図３３Ｂに示した通りである。その結果、図３３Ｃに示すように、Ｚ（ｉ，Ｘａ）は、Ｃ軸回りの回転によるＺ軸方向の変化が重畳されており、該当する部分の表面高さが平坦になっていないことがわかる。この結果は、Ｚ（ｉ，Ｘａ）では正確な表面高さを表現できていないことを示している。一方、図３３Ｄに示したように、Ｚｏｕｔ（ｉ，Ｘａ）（ｉ＝１，２，・・・，６０）は平坦となり、正確な表面高さが測定されていることが確認できた。【０２１９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０２２０】
１０    形状測定装置
１００    撮像装置
１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ    線状レーザ光源
１１１，１１３，１１５，１１７    エリアカメラ
２００    演算処理装置
２０１    撮像制御部
２０３    画像処理部
２０５    表示制御部
２０７    記憶部
２１１    撮像データ取得部
２１３    外乱推定部
２１５    形状データ算出部
２１７    補正部
２１９    結果出力部
２２１    共通照射部分外乱推定部
２２３    交点位置外乱推定部
【図１】
2016171263.tif 000003
【図２】
2016171263.tif 000004
【図３】
2016171263.tif 000005
【図４】
2016171263.tif 000006
【図５】
2016171263.tif 000007
【図６】
2016171263.tif 000008
【図７】
2016171263.tif 000009
【図８】
2016171263.tif 000010
【図９】
2016171263.tif 000011
【図１０】
2016171263.tif 000012
【図１１】
2016171263.tif 000013
【図１２】
2016171263.tif 000014
【図１３】
2016171263.tif 000015
【図１４】
2016171263.tif 000016
【図１５】
2016171263.tif 000017
【図１６】
2016171263.tif 000018
【図１７】
2016171263.tif 000019
【図１８】
2016171263.tif 000020
【図１９】
2016171263.tif 000021
【図２０】
2016171263.tif 000022
【図２１】
2016171263.tif 000023
【図２２】
2016171263.tif 000024
【図２３】
2016171263.tif 000025
【図２４】
2016171263.tif 000026
【図２５】
2016171263.tif 000027
【図２６】
2016171263.tif 000028
【図２７】
2016171263.tif 000029
【図２８】
2016171263.tif 000030
【図２９Ａ】
2016171263.tif 000031
【図２９Ｂ】
2016171263.tif 000032
【図３０】
2016171263.tif 000033
【図３１Ａ】
2016171263.tif 000034
【図３１Ｂ】
2016171263.tif 000035
【図３１Ｃ】
2016171263.tif 000036
【図３１Ｄ】
2016171263.tif 000037
【図３２Ａ】
2016171263.tif 000038
【図３２Ｂ】
2016171263.tif 000039
【図３２Ｃ】
2016171263.tif 000040
【図３２Ｄ】
2016171263.tif 000041
【図３３Ａ】
2016171263.tif 000042
【図３３Ｂ】
2016171263.tif 000043
【図３３Ｃ】
2016171263.tif 000044
【図３３Ｄ】
2016171263.tif 000045
【国際調査報告】
2016171263.tif 000046
2016171263.tif 000047