(57)【要約】靴の内周などの形状を、簡易で安価な構成により短時間に高精度で測定可能な三次元形状測定装置を提供する。三次元形状測定装置は、基台（１０）と、基台（１０）に支持された装置本体（２０）と、を備え、装置本体（２０）は、レーザ光源（２１１）から出射レーザ光（ＬＢ１）を出射し、測定対象物（靴ＳＨ）で反射した反射レーザ光（ＬＢ２）をレーザ光線位置検出器（２１２）で受光して、三角測量方式により測定対象物での反射点（Ｐ）の位置を測定する光学式の測長装置（２１０）と、支柱（２２０）の下部にミラー回動軸（２３１）を中心に回動可能に支持された回動ミラー（２３０）と、ミラー回動軸（２３１）を回動させ、出射レーザ光（ＬＢ１）を走査させるミラー回動装置（２４０）と、回動ミラー（２３０）で反射した出射レーザ光（ＬＢ１）を走査させるよう装置本体（２０）を基台（１０）に対し回動させる装置本体回動装置（４０）と、を備える。
2019123589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台に支持された装置本体と、を備え、
前記装置本体は、
照射部から出射レーザ光を出射し、測定対象物で反射した反射レーザ光を受光部で受光して、三角測量方式により前記測定対象物での反射点の位置を測定する光学式の測長装置と、
前記光学式の測長装置に結合された支持部材に、前記照射部からの前記出射レーザ光の出射方向に離れて配置されて前記出射方向の略直交方向に軸心を向けたミラー回動軸を中心に回動可能に支持され、前記出射レーザ光を前記測定対象物に向けて反射し、かつ、前記測定対象物で反射した反射レーザ光を前記受光部に向けて反射する回動ミラーと、
前記ミラー回動軸を回動させ、前記出射レーザ光を走査させるミラー回動装置と、
前記回動ミラーで反射した前記出射レーザ光を周方向に走査させるよう前記装置本体を前記基台に対し回動させる装置本体回動装置と、
を備える三次元形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元形状測定装置において、
前記基台は、前記装置本体を前記基台に対して前記出射方向に沿って移動させる第１の移動装置を備える三次元形状測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の三次元形状測定装置において、
前記基台は、前記装置本体を前記基台に対して前記出射方向の直交方向の一方向に沿って移動させる第２の移動装置を備える三次元形状測定装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置において、
前記装置本体は、前記出射方向を下方に向け、前記支持部材が前記光学式の測長装置から下方に延在されている三次元形状測定装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置において、
前記ミラー回動装置は、
前記ミラー回動軸に連結され、前記ミラー回動軸から外径方向に延びる回動アームと、
前記回動アームを上下往復回動させる駆動部と、
を備える三次元形状測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の三次元形状測定装置において、
前記駆動部は、
前記装置本体に、カム回転軸を中心に回転可能に支持された偏心カムと、
前記偏心カムと前記回動アームとを連結し、前記偏心カムに前記回転軸から外径方向に離れた位置で相対回動可能に連結された第１連結部と、前記回動アームに前記ミラー回動軸から離れた位置に連結された第２連結部とを有する連結アームと、
を備え、
前記第１連結部が、前記回動アームから最も離された位置と、前記回動アームに最も近づいた位置との中間位置で、前記回動ミラーで反射した前記出射レーザ光を前記出射方向に対して直交方向を向くように、回動アームと回動ミラーとの位置が設定されている三次元形状測定装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置において、
前記回動ミラーを含む前記支持部材の大きさは前記装置本体の回動中心から半径２５ｍｍの円内に収まる寸法に形成されている三次元形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、靴の内部形状を数値化するとともに、足の形状を数値化し、両者を比較して、靴を履いた際のフィッティング状態を推定し視覚化することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
この従来技術では、靴の内部形状を数値化するのにあたり、発砲プラスチックを用いて靴の内部形状を成す型を取り、その型の形状を計測して靴の内部形状を数値化している。
また、三次元形状を測定する装置として、測定対象物にレーザ光を照射して、それを撮像して三次元形状を測定する装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−９７５６３号公報
【特許文献２】特開２０１２−１４９９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の従来技術では、靴の内部形状の計測ごとに、発泡プラスチック製の型を制作するために、その制作に多くの時間および費用を要する。しかも、型を制作する際に、靴を汚さない工夫も必要で、非効率的であり、加えて、測定後の型の廃棄やリサイクルにも時間および費用を要していた。【０００５】
また、特許文献２に記載の技術は、靴のような狭い空間の形状を計測するには、大幅な小型化が必要であるが、複数のミラーや駆動部を有した先端部の小型化が難しく、狭い空間形状の測定に用いるのが困難である。さらに、複数の関節部を用いて先端の光射出部を移動させ撮像する場合、形状測定の際には、その位置が変化する先端部の位置を正確に演算する必要があり、測定点の位置の演算に要する時間が長くなる。【０００６】
本開示は、このような従来の問題に着目して成されたもので、靴の内周のような狭い空間の形状を、簡易で安価な構成により短時間に高精度で測定可能な三次元形状測定装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するため、この開示の三次元形状測定装置は、
基台と、
前記基台に支持された装置本体と、を備え、
前記装置本体は、
照射部から出射レーザ光を出射し、測定対象物で反射した反射レーザ光を受光部で受光して、三角測量方式により前記測定対象物での反射点の位置を測定する光学式の測長装置と、
前記光学式の測長装置から前記出射レーザ光の出射方向に離れて配置され、前記光学式の測長装置に結合された支持部材に、前記出射方向の略直交方向に軸心を向けたミラー回動軸を中心に回動可能に支持され、前記出射レーザ光を前記測定対象物に向けて反射し、かつ、前記測定対象物で反射した反射レーザ光を前記受光部に向けて反射する回動ミラーと、
前記ミラー回動軸を回動させ、前記出射レーザ光を走査させるミラー回動装置と、
前記回動ミラーで反射した前記出射レーザ光を周方向に走査させるよう前記装置本体を前記基台に対し回動させる装置本体回動装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の三次元形状測定装置では、靴の内周など狭い空間の形状を、簡易で安価な構成で、短時間に高精度で測定可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施の形態１の三次元形状測定装置を示す全体概略図である。
【図２】実施の形態１の三次元形状測定装置の横断面を平面視した断面図である。
【図３】実施の形態１の三次元形状測定装置をターンテーブルの位置における縦断面図である。
【図４】実施の形態１の三次元形状測定装置に適用し装置本体を示す側面図である。
【図５】実施の形態１の三次元形状測定装置に適用したミラー回動装置の構造説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施の形態１の三次元形状測定装置を図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず、実施の形態１の三次元形状測定装置の構成について説明する。
図１は、実施の形態１の三次元形状測定装置を示す全体概略図であり、この実施の形態１の三次元形状測定装置は、基台１０と、装置本体２０と、前後移動装置３０（図２、図３参照）と、装置本体回動装置４０と、上下移動装置５０とを備える。
【００１１】
基台１０は、装置本体２０と、測定対象物である靴ＳＨとを支持するもので、枠体１１と、上側支持板１２と、下側支持板１３とを備える。
枠体１１は、略直方体形状の骨組みを形成するもので、水平方向の４箇所に立設された脚体１１ａを備える。
そして、この脚体１１ａの中間部に、上側支持板１２と下側支持板１３とが上下方向に離れて支持され、脚体１１ａの上端部どうしが上部枠１１ｂにより連結されている。
【００１２】
上側支持板１２は、実施の形態１の三次元計測装置の横断面を平面視した断面図である図２に示すように、内側に上方から見て長方形のスライド穴１２ａが開口されて平面視で長方形の環状に形成されている。
また、下側支持板１３は、平面形状の図示は省略するが、上側支持板１２の外周と同様の外周寸法を有する平面視で長方形の板状に形成されている。したがって、図１に示すように、その上面に靴ＳＨを載置可能である。
【００１３】
装置本体２０は、詳細については後述するが、上部の光学式の測長装置２１０と、この光学式の測長装置２１０から鉛直方向に延在された支柱２２０とを有する。そして、この装置本体２０は、支柱２２０が上側支持板１２のスライド穴１２ａを貫通した状態で、上側支持板１２に支持されている。なお、詳細については後述するが、上側支持板１２による装置本体２０の支持は、後述するスライド板３１およびターンテーブル４１を介在させた支持となっている。すなわち、装置本体２０は、後述するターンテーブル４１に支持され、ターンテーブル４１は、スライド板３１に支持され、スライド板３１が上側支持板１２に支持された構造となっている。
【００１４】
前後移動装置３０は、装置本体２０を、上側支持板１２に対して図１においてｘ軸の方向（この方向を以下、前後方向と称する）に移動させるもので、図２に示すように、スライド板３１、前後移動用モータ３２、減速ギヤ３３およびプーリ機構３４を備える。また、各図面において、ｘ軸に水平方向で直交する方向をｙ軸として表し、これを以下、左右方向と称する。また、ｘ軸およびｙ軸に直交する方向をｚ軸として表し、以下、これを上下方向と称する。
【００１５】
スライド板３１は、スライド穴１２ａの左右方向の幅（ｙ軸の方向の幅）よりも僅かに小さな横幅に形成され、前後方向にスライド可能に支持されている。すなわち、スライド穴１２ａの左右両端部には、実施の形態１の三次元形状測定装置を後述のターンテーブル４１の位置における縦断面図である図３に示すように、スライド用フランジ１２ｆ、１２ｆが突出して形成されている。そして、スライド板３１において左右方向両端部に突設された係合フランジ３１ｆ、３１ｆが、スライド用フランジ１２ｆ，１２ｆの上側に重なって上下方向に係合されている。したがって、スライド板３１は、スライド用フランジ１２ｆ，１２ｆに沿って前後方向に移動可能に上側支持板１２に支持されている。
【００１６】
また、スライド板３１は、前後移動用モータ３２の駆動により、スライド穴１２ａに沿って前後方向に移動する。すなわち、上側支持板１２の下面には、前後移動用モータ３２が取り付けられ、前後移動用モータ３２の駆動軸３２ａには、減速ギヤ３３が設けられている。そして、この減速ギヤ３３により減速された回転が、プーリ機構３４に伝達される。
【００１７】
プーリ機構３４は、減速ギヤ３３により回転されるプーリ３４ａと、このプーリ３４ａにより巻かれる一対のベルト３４ｂ，３４ｃを備える。すなわち、ベルト３４ｂ，３４ｃは、プーリ３４ａを挟んで、前後方向に離れてスライド板３１の下面に取り付けられている。したがって、プーリ３４ａが正逆の一方に回転すると、ベルト３４ｂ，３４ｃの一方を巻き取り、スライド板３１が前後の一方（例えば、前方）にスライドする。また、プーリ３４ａが正逆のもう一方に回転すると、ベルト３４ｂ，３４ｃのもう一方を巻き取り、スライド板３１が前後のもう一方（例えば、後方）にスライドする。
【００１８】
したがって、前後移動装置３０では、前後移動用モータ３２が正逆転駆動することにより、スライド板３１が上側支持板１２に対して前後方向（ｘ軸の方向）に移動し、これによりスライド板３１に支持された装置本体２０が前後方向に移動する。
【００１９】
図１に戻り、装置本体回動装置４０は、ターンテーブル４１と、ターンテーブル駆動用タイミングベルト４２と、ターンテーブル回転用モータ４３とを備える。
ターンテーブル４１は、図２に示すように平面視で円形に形成され、かつ、図３に示すように板状に形成されており、さらに、スライド板３１にベアリング４４を介してスライド板３１に対して回動可能に支持されている。すなわち、スライド板３１には、その中央に円形の支持穴３１ａが開口されており、この支持穴３１ａの内周にベアリング４４が設けられ、ターンテーブル４１がベアリング４４に支持されている。
【００２０】
また、図１に示すように、ターンテーブル回転用モータ４３は、スライド板３１にゲート状のブラケット４３ａにより、駆動軸を下向きにして支持されている。そして、ターンテーブル回転用モータ４３の駆動軸により回転される駆動ギヤ４３ｂと、ターンテーブル４１の外周に形成されたテーブルギヤ４１ａ（図３参照）とにターンテーブル駆動用タイミングベルト４２が架け渡されている。
【００２１】
よって、ターンテーブル回転用モータ４３が駆動し駆動ギヤ４３ｂが回転すると、ターンテーブル駆動用タイミングベルト４２を介してテーブルギヤ４１ａに回転が伝達されてターンテーブル４１がスライド板３１に対して回動する。なお、このターンテーブル４１の回動は、ターンテーブル回転用モータ４３の正逆回転により、正逆方向、すなわち、図２において時計回り方向と反時計回り方向の何れの方向にも回動可能となっている。
【００２２】
したがって、装置本体回動装置４０では、ターンテーブル回転用モータ４３が正逆転駆動すると、ターンテーブル４１がスライド板３１に対してｚ軸に沿うｚａ軸を中心として上方から見て時計回り方向および反時計回り方向に回動する。そして、これにより、ターンテーブル４１に支持された装置本体２０がｚａ軸を中心に、上方から見て時計回り方向および反時計回り方向に回動する。
【００２３】
上下移動装置５０は、スライド支持ブラケット５１と上下動用モータ５２と上下動用ラックギヤ５３とを備える。
【００２４】
スライド支持ブラケット５１は、ターンテーブル４１に立設され、図２に示すように、平面視でＵ字の断面形状に形成され、Ｕ字の内面で装置本体２０の支柱２２０を上下スライド可能に支持している。
上下動用モータ５２は、ターンテーブル４１に固定されたブラケット５２ｂに支持され、回転軸にピニオンギヤ５２ａを有する。
上下動用ラックギヤ５３は、支柱２２０の側面に沿って上下方向に延在されている。そして、この上下動用ラックギヤ５３とピニオンギヤ５２ａとが、スライド支持ブラケット５１の側部に開口された窓部５１ｂ（図１参照）を通じて噛み合っている。
【００２５】
したがって、上下移動装置５０の上下動用モータ５２が正逆転駆動することにより、支柱２２０、すなわち装置本体２０がスライド支持ブラケット５１に沿って上下に移動する。
【００２６】
以上説明したように、ターンテーブル４１およびスライド板３１に支持された装置本体２０は、前後移動装置３０により上側支持板１２に対してスライド板３１が前後方向（ｘ軸の方向）に移動することにより、前後方向に移動する。また、装置本体２０は、装置本体回動装置４０によりターンテーブル４１が基台１０の上側支持板１２に対してｚａ軸を中心に回動することにより、ｚａ軸を中心に回動する。そして、装置本体２０は、上下移動装置５０により支柱２２０がターンテーブル４１に対して上下方向（ｚ軸に沿う方向）に移動することにより、上下に移動可能となっている。
【００２７】
次に、装置本体２０について説明する。
図４は、装置本体２０を示す側面図であり、装置本体２０は、光学式の測長装置２１０と支柱２２０と回動ミラー２３０とミラー回動装置２４０とを備える。
【００２８】
光学式の測長装置２１０は、レーザ光源２１１とレーザ光線位置検出器２１２とを備える。また、支柱２２０は、レーザ光源２１１の真下の位置に回動ミラー２３０を有する。そして、レーザ光線位置検出器２１２は、回動ミラー２３０で反射した反射レーザ光ＬＢ２を受光可能に配置されている。
【００２９】
上述のように構成された光学式の測長装置２１０では、レーザ光源２１１から射出された出射レーザ光ＬＢ１を回動ミラー２３０で反射して、三次元形状測定装置から測定対象物（靴ＳＨ）に照射する。そして、測定対象物（靴ＳＨ）で反射したレーザ光のうち、回動ミラー２３０に入射して反射した反射レーザ光ＬＢ２が、レーザ光線位置検出器２１２で受光される。
【００３０】
光学式の測長装置２１０は、レーザ光線位置検出器２１２で受光した反射レーザ光ＬＢ２の入射位置を検出し、レーザ光源２１１と反射レーザ光ＬＢ２の入射位置の距離と入射角度から測定対象物（靴ＳＨ）における反射点Ｐ（レーザ測定点）までの距離を測定する。
【００３１】
レーザ光源２１１および回動ミラー２３０は、レーザ光源２１１および出射する出射レーザ光ＬＢ１が、前述したターンテーブル４１の回動中心であるｚａ軸上に配置されるよう設置されている。よって、ターンテーブル４１が回動した際に、レーザ光源２１１および回動ミラー２３０に至る出射レーザ光ＬＢ１は、常にｚａ軸上に配置される。
【００３２】
また、支柱２２０および回動ミラー２３０の水平方向の寸法は、支柱２２０および回動ミラー２３０がｚａ軸を中心に回動した際に、靴ＳＨのライニング（内側）と干渉しない寸法とされている。具体的には、支柱２２０および回動ミラー２３０は、ｚａ軸を中心とする半径２５ｍｍの円内に収まる寸法に形成されている。
【００３３】
（ミラー回動装置）
次に、ミラー回動装置２４０について説明する。
ミラー回動装置２４０は、回動ミラー２３０を、ミラー回動軸２３１を中心として上下方向に回動させ、出射レーザ光ＬＢ１を上下に走査させる装置である。なお、回動ミラー２３０は、支柱２２０の下端部設けられたミラー回動軸２３１を中心に上下に回動可能に支持されている。
【００３４】
図５はミラー回動装置２４０の構造説明図であり、ミラー回動装置２４０は、回動アーム２４１、連結リンク２４２、偏心カム２４３、ミラー回動用モータ２４４を備える。
回動アーム２４１は、その基端部が、回動ミラー２３０と共に、ミラー回動軸２３１を中心に上下方向に回動可能に支柱２２０に支持されている。
【００３５】
回動アーム２４１の先端部は、連結リンク２４２を介して、偏心カム２４３に連結されている。すなわち、偏心カム２４３は、図１および図４に示すように、光学式の測長装置２１０の下面と支柱２２０とに結合されたブラケット２４３ｂに、図５に示すカム回転軸２４３ｃを中心に回転可能に支持されている。
【００３６】
そして、連結リンク２４２の下端部は、回動アーム２４１の先端部に回動連結軸２４２ａを中心に相対回動可能に連結されている。一方、連結リンク２４２の上端部は、偏心カム２４３の偏心位置、すなわち、カム回転軸２４３ｃから外径方向に離れた位置に、回動連結軸２４２ｂを中心に相対回動可能に連結されている。なお、連結リンクは、出射レーザ光ＬＢ１および反射レーザ光ＬＢ２と干渉しないように、回動ミラー２３０に対してミラー回動軸２３１の軸方向に沿う方向に離れた位置に配置されている。
【００３７】
ミラー回動用モータ２４４は、偏心カム２４３と同様にブラケット２４３ｂに支持され、不図示の減速機構を介してその回転を偏心カム２４３に伝達し、偏心カム２４３を回転させる。
【００３８】
したがって、偏心カム２４３が回転すると、連結リンク２４２の上端部の回動連結軸２４２ｂが上下方向に変位し、これに伴って、連結リンク２４２の下端部の回動連結軸２４２ａが上下に変位し、回動アーム２４１がミラー回動軸２３１を中心に上下に回動する。
【００３９】
ここで、偏心カム２４３と回動アーム２４１とは、回動連結軸２４２ｂが、偏心カム２４３の上死点と下死点との中間位置（カム回転軸２４３ｃと同じ高さ（以下、中立点と称す））に配置されているとき、回動アーム２４１が略水平となるよう連結されている。よって、回動アーム２４１は、略水平の中立点を中心に、上方および下方に略同角度だけ往復回動する。
【００４０】
そして、回動ミラー２３０は、回動アーム２４１が略水平の中立点に位置するときに、水平方向に対して、略４５度で傾くよう、ミラー回動軸２３１に対して回動アーム２４１と位相をずらして取り付けられている。
【００４１】
したがって、回動アーム２４１が中立点に位置するときには、レーザ光源２１１から照射された出射レーザ光ＬＢ１は、回動ミラー２３０で反射された際に、略水平方向に照射される。また、回動アーム２４１から中立点を中心に上下に回動するのに伴って、回動ミラー２３０で反射された反射レーザ光ＬＢ２は、水平方向を中心に、上方と下方とで対称な角度および角速度で走査される。なお、本実施の形態１では、出射レーザ光ＬＢ１は、上方への走査角度αと下方への走査角度βとは、略同一角度であり、２０〜３０度程度の範囲で走査する。
【００４２】
（実施の形態１の作用）
以下に、実施の形態１の作用として、靴ＳＨの内部形状を測定する手順を説明する。
まず、上下移動装置５０により装置本体２０を基台１０に対して上方に移動させ、支柱２２０を下側支持板１３から上方に離しておく。
【００４３】
次に、図１に示すように、基台１０の下側支持板１３に靴ＳＨを載置する。そして、靴ＳＨの長手方向を前後方向（ｘ軸の方向）に向け、さらに、左右方向（ｙ軸の方向）で、靴ＳＨの履き口ＴＬの左右方向中央が、装置本体２０の回動中心（ｚａ軸）と略一致するように配置する。
【００４４】
次に、上下移動装置５０を作動させ、ミラー回動軸２３１の位置が、図１および図４に示すように「、靴ＳＨの履き口ＴＬよりも下方であり、かつ、靴ＳＨの中敷きよりも上方位置となるまで、装置本体２０を下降させる。
【００４５】
そして、光学式の測長装置２１０のレーザ光源２１１から出射レーザ光ＬＢ１を照射させる。同時に、ミラー回動装置２４０を作動させて、回動ミラー２３０を上下に首振り状に往復回動させ、出射レーザ光ＬＢ１を上下に走査させる。
【００４６】
このとき、光学式の測長装置２１０では、出射レーザ光ＬＢ１が靴ＳＨの内面（反射点Ｐ）で反射し、さらに、回動ミラー２３０で反射受光した反射レーザ光ＬＢ２を、レーザ光線位置検出器２１２で受光する。そして、光学式の測長装置２１０は、レーザ光線位置検出器２１２で受光された反射レーザ光ＬＢ２の入射位置を検出し、レーザ光源２１１と反射レーザ光ＬＢ２の入射位置の距離と入射角度から靴ＳＨの内面における反射点Ｐまでの距離を測定する。
【００４７】
すなわち、回動ミラー２３０の回動角（ティルトφ）と回動ミラー２３０を含む回転角(方位θ)と回動ミラー２３０からの距離によって被測定物の反射点Ｐ、つまり、靴ＳＨの内面の空間座標を確定できる。
【００４８】
上記走査を、装置本体回動装置４０を作動させて、ｚａ軸を中心に装置本体２０を回動させつつ行い、さらに、前後移動装置３０を作動させて装置本体２０を前後方向（ｘ軸方向）に移動させる。これにより、出射レーザ光ＬＢ１を、靴ＳＨの内面の全周面に亘って走査させ、靴ＳＨの内部形状を測定し数値化することができる。なお、出射レーザ光ＬＢ１の下方の走査角度βでは、靴ＳＨの中敷き部分において回動ミラー２３０の真下位置の箇所に出射レーザ光ＬＢ１が走査されない部分が生じる。このため、装置本体２０を前後に移動させ、この下方の出射レーザ光ＬＢ１が走査されない部分にも走査させることができる。
【００４９】
以上の動作を行うことにより、靴ＳＨの内部の全方位の反射点Ｐであるレーザ測定点の数として数百点から数万点を計測することができ、その空間座標をつなぎ合わせることによって靴ＳＨの内部の形状を測定（数値化）することができる。
また、上述のように出射レーザ光ＬＢ１を走査して靴ＳＨの内面形状を数値化するには、測定点の数によって異なるものの、３０秒〜１０分程度で行うことが可能である。したがって、発泡プラスチック製の型を制作するのと比較して、大幅に時間、手間、コストを削減でき、しかも、型を制作する際に、靴ＳＨを汚さない工夫や、測定後の型の廃棄やリサイクルも不要となる。
【００５０】
なお、上下移動装置５０は、上述のように、靴ＳＨに対して形状測定を行うのに最適の位置に回動ミラー２３０を移動させるだけでなく、出射レーザ光ＬＢ１の走査を行いながら、装置本体２０（回動見ら２３０）を移動させることもできる。すなわち、靴ＳＨが、ブーツのように内周形状が上下に長いものを測定する場合は、上下移動装置５０により装置本体２０を上下に移動させながら上述のような出射レーザ光ＬＢ１の走査を行い、その内周形状の測定を行うことも可能である。
【００５１】
（実施の形態１の効果）
１）実施の形態１の三次元形状測定装置は、
基台１０と、
基台１０に支持された装置本体２０と、を備え、
装置本体２０は、
照射部としてのレーザ光源２１１から出射レーザ光ＬＢ１を出射し、測定対象物（靴ＳＨ）で反射した反射レーザ光ＬＢ２を受光部としてのレーザ光線位置検出器２１２で受光して、三角測量方式により測定対象物での反射点Ｐの位置を測定する光学式の測長装置２１０と、
光学式の測長装置２１０に結合された支柱２２０に、照射部としてのレーザ光源２１１からの出射レーザ光ＬＢ１の出射方向である下方に離れて配置されて出射方向の略直交方向に軸心を向けたミラー回動軸２３１を中心に回動可能に支持され、出射レーザ光ＬＢ１を測定対象物（靴ＳＨ）に向けて反射し、かつ、反射点Ｐで反射した反射レーザ光ＬＢ２をレーザ光線位置検出器２１２に向けて反射する回動ミラー２３０と、
ミラー回動軸２３１を回動させ、出射レーザ光ＬＢ１を走査させるミラー回動装置２４０と、
回動ミラー２３０で反射した出射レーザ光ＬＢ１を周方向に走査させるよう装置本体２０を基台１０に対し回動させる装置本体回動装置４０と、
を備える。
したがって、測定対象物が光学式の測長装置２１０のレーザ光源２１１から出射レーザ光ＬＢ１を直接照射しにくい狭い空間（靴ＳＨの内周）であっても、空間内に回動ミラー２３０を配置して出射レーザ光ＬＢ１を照射し、その反射点Ｐの位置を計測できる。そして、回動ミラー２３０をミラー回動装置２４０により回動させて出射レーザ光ＬＢ１を走査し、さらに、装置本体回動装置４０により装置本体２０を回動させて全方位に走査できる。よって、靴ＳＨの内周のような狭い空間の内部形状を計測することができる。
また、光学式の測長装置２１０は三角測量方式により反射点Ｐの位置を測定するため、レーザ光の反射時間などにより計測するものと比較して、靴ＳＨの内部形状のような反射点Ｐまでの距離が短いものも高精度で計測可能である。
以上のように、実施の形態１の三次元形状測定装置では、靴ＳＨの内周のような狭い空間の形状を、簡易で安価な構成で、短時間に高精度で測定可能である。
【００５２】
加えて、装置本体回動装置４０の回動中心（ｚａ軸）を、実施の形態１では、レーザ光源２１１から出射する出射レーザ光ＬＢ１の光軸に略一致させ、装置本体２０を回動させても、その光軸が移動しないようにした。このため、装置本体回動装置４０により装置本体２０を回動させた際に、光軸も回動する場合と比較して、光学式の測長装置２１０による演算を容易にできる。このため、光学式の測長装置２１０の演算処理を行う構成を簡略化できるとともに、演算時間を短くできる。
【００５３】
２）実施の形態１の三次元形状測定装置は、
基台１０は、装置本体２０を基台１０に対して出射方向である上下方向に装置本体２０を基台１０に対して支柱２２０の延在方向（上下方向）に沿って移動させる第１の移動装置としての上下移動装置５０を備える。
したがって、装置本体２０を支柱２２０の延在方向に移動させて回動ミラー２３０を移動させることができる。これにより、回動ミラー２３０からの出射レーザ光ＬＢ１の反射位置（出射位置）を移動させて、出射レーザ光ＬＢ１の走査範囲を移動させ、広範囲の走査が可能である。すなわち、より広範囲の形状測定が可能であり、かつ、測定に最適の位置に回動ミラー２３０を移動させることができる。
【００５４】
３）実施の形態１の三次元形状測定装置は、
基台１０は、装置本体２０を基台１０に対して出射方向である上下方向の直交方向の一方向（前後方向）に沿って移動させる第２の移動装置としての前後移動装置３０を備える。
したがって、装置本体２０を支柱２２０の延在方向に直交する方向に移動させて回動ミラー２３０を移動させることができる。これにより、回動ミラー２３０からの出射レーザ光ＬＢ１の反射位置（出射位置）を移動させて、出射レーザ光ＬＢ１の走査範囲を移動させ、より広範囲の走査が可能である。すなわち、広範囲の形状測定が可能であり、かつ、測定に最適の位置に回動ミラー２３０を移動させることができる。
【００５５】
４）実施の形態１の三次元形状測定装置は、
装置本体２０は、出射方向を下方に向け、支柱２２０が光学式の測長装置２１０から下方に延在されている。
したがって、装置本体２０は、第１の移動装置である上下移動装置５０により上下に移動させ、第２の移動装置である前後移動装置３０により水平方向の一方向である前後方向に移動させることができる。
さらに、装置本体回動装置４０により回動ミラー２３０から反射される出射レーザ光ＬＢ１を水平方向の全周に走査させることができる。
よって、履き口ＴＬを上方に向けて配置した靴ＳＨの内周形状を測定するのに最適である。
【００５６】
５）実施の形態１の三次元形状測定装置は、
ミラー回動装置２４０は、
ミラー回動軸２３１に連結され、ミラー回動軸２３１から外径方向に延びる回動アーム２４１と、
回動アーム２４１を上下往復回動させる駆動部と、
を備え、
駆動部は、
装置本体２０に、カム回転軸２４３ｃを中心に回転可能に支持された偏心カム２４３と、
偏心カム２４３と回動アーム２４１とを連結し、偏心カム２４３にカム回転軸２４３ｃから外径方向に離れた位置で相対回動可能に連結された第１連結部としての回動連結軸２４２ａと、回動アーム２４１にミラー回動軸２３１から離れた位置に連結された第２連結部としての回動連結軸２４２ｂとを有する連結リンク２４２と、
を備え、
回動連結軸２４２ａが、回動アーム２４１から最も離された上死点位置と、回動アーム２４１に最も近づいた下死点位置との中間位置の中立点で、回動ミラー２３０で反射した出射レーザ光ＬＢ１をレーザ光源２１１からの照射方向である鉛直方向に対して直交方向である水平方向を向くように、回動アーム２４１と回動ミラー２３０との位置が設定されている。
したがって、回動ミラー２３０で反射した出射レーザ光ＬＢ１を、水平方向を中心に上下に均等な角度および角速度変化で走査することができ、上下で不均等な角度および角速度変化で走査する場合と比較して、反射点Ｐの位置の算出が容易である。
逆にいうと、中立点での出射レーザ光ＬＢ１の照射位置に対して、上下に不均等に照射した場合、その角速度も上下で不均等となり、反射点Ｐの位置の計測の効率（速度）が落ちる。
【００５７】
６）実施の形態１の三次元形状測定装置は、
回動ミラー２３０を含む支柱２２０の大きさは装置本体２０の回動中心のｚａ軸から半径２５ｍｍの円内に収まる寸法に形成されている。
したがって、実施の形態１の三次元形状測定装置を靴ＳＨの内周の形状測定に用いた場合に、ｚａ軸を中心に装置本体２０を回動させて出射レーザ光ＬＢ１を水平方向に走査させた際に、支柱２２０および回動ミラー２３０が靴ＳＨと干渉するのを抑制できる。
よって、実施の形態１の三次元形状測定装置を、靴ＳＨの内周形状の測定に用いるのに好適なものとすることができる。
加えて、靴ＳＨ以外の狭い空間の内部形状を測定するのにも好適である。
【００５８】
以上、図面に基づいて実施の形態の三次元形状測定装置について説明してきたが、この三次元形状測定装置の具体的な構成については、この実施の形態に限られるものではなく、請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００５９】
例えば、実施の形態の三次元形状測定装置では、三次元形状の測定対象物を靴の内部形状とした例を示したが、測定対象としては、靴の内周形状に限定されるものではない。
また、実施の形態では、装置本体から支柱が下方に延在され、装置本体回動装置が装置本体を水平面に略沿って回動させるようにしたものを示した。しかし、支柱の延在方向および装置本体の回動方向はこれに限定されず、例えば、上下逆にしたり、支柱を略水平方向に延在し、装置本体を水平方向の軸を中心に回動させるようにしたりしてもよい。
このような構造の場合、測定対象物を前述のように靴以外のものとしてもよいし、靴の内周形状を測定する場合であっても、靴の向きを実施の形態のように履き口を上方に向けるのではなく、下方に向けたり横方向に向けたりして測定するようにしてもよい。
【００６０】
さらに、実施の形態では、装置本体回動装置に加え、第１の移動装置としての上下移動装置および第２の移動装置としての前後移動装置を備えたものを示したが、これに限定されない。すなわち、第１の移動装置および第２の移動装置は、いずれも有しない構成であっても、出射レーザ光を周方向の全周に出射して三次元形状を測定することは可能である。あるいは、このように、第１の移動装置および第２の移動装置を設けない構成とした場合であっても、第１の移動装置による移動方向および第２の移動装置による移動方向に手動により移動可能としてもよい。
加えて、第１の移動装置と第２の移動装置とのうちいずれか一方のみを設けた構成としてもよい。
【００６１】
また、実施の形態では、支持部材として、Ｕ字断面形状の支柱を示したが、この支持部材の形状は、これに限定されない。すなわち、支持部材は、要は、回動ミラーを、光学式の測長装置から出射レーザ光の出射方向に離れた位置で回動可能に支持できるものであればよく、例えば、丸いロッド状のものであってもよいし、また、出射方向に直線状に延びる形状ではなく、途中で湾曲したり折曲したりした形状であってもよい。
【００６２】
また、実施の形態では、ミラー回動軸を回動させる駆動部として、円板状の偏心カムの回転運動を、回動アームの上下往復運動に変換するものを示したが、これに限定されない。例えば、ミラー回動軸にプーリとベルトなどを用いて、回転運動を回転運動として伝達する構造のものを用いてもよい。あるいは、偏心カムに代えて、例えば、モータの正逆転により上下にスライドするスライダの上下運動を、回動アームに伝達する構造としてもよい。
さらに、実施の形態で示したミラー回動装置を用いる場合であって、しかも、中立点で出射レーザ光を回動ミラーから水平方向に出射させる場合であっても、偏心カムが中立位置にあるときの回動アームに対して、回動軌跡の接線方向に偏心カムの第１連結部を配置していれば、その時の回動アームの角度は水平に限定されるものではなく、したがって、回動ミラーと回動アームとの成す角度は４５度に限定されない。
【００６３】
また、実施の形態では、回動アームと回動ミラーとが、４５度の角度を成すものを示したが、両者の角度はこれに限定されない。例えば、実施の形態と同様の駆動部の構造であっても、回動ミラーによる照射範囲の中立点を水平に対して±５度程度上下にずらしてもよい。
あるいは、回動アームと偏心カムとの相対位置を、回動アームの中立点が、水平に対して傾くように配置してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１０  基台
２０  装置本体
３０  前後移動装置（第２の移動装置）
４０  装置本体回動装置
５０  上下移動装置（第１の移動装置）
２１０      光学式の測長装置
２１１      レーザ光源（照射部）
２１２      レーザ光線位置検出器（受光部）
２２０      支柱（支持部材）
２３０      回動ミラー
２３１      ミラー回動軸
２４０      ミラー回動装置
２４１      回動アーム
２４２      連結リンク
２４２ａ    回動連結軸（第２連結部）
２４２ｂ    回動連結軸（第１連結部）
２４３      偏心カム
２４３ｃ    カム回転軸
２４４      ミラー回動用モータ
ＬＢ１      出射レーザ光
ＬＢ２      反射レーザ光
Ｐ    反射点
ＳＨ  靴
ＴＬ  履き口
【図１】
2019123589.tif 000003
【図２】
2019123589.tif 000004
【図３】
2019123589.tif 000005
【図４】
2019123589.tif 000006
【図５】
2019123589.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月22日(2018.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、
前記基台に支持された装置本体と、を備え、
前記装置本体は、
照射部から出射レーザ光を出射し、測定対象物で反射した反射レーザ光を受光部で受光して、三角測量方式により前記測定対象物での反射点の位置を測定する光学式の測長装置と、
前記光学式の測長装置に結合された支持部材に、前記照射部からの前記出射レーザ光の出射方向に離れて配置されて前記出射方向の略直交方向に軸心を向けたミラー回動軸を中心に回動可能に支持され、前記出射レーザ光を前記測定対象物に向けて反射し、かつ、前記測定対象物で反射した反射レーザ光を前記受光部に向けて反射する回動ミラーと、
前記ミラー回動軸を回動させ、前記出射レーザ光を走査させるミラー回動装置と、
前記回動ミラーで反射した前記出射レーザ光を周方向に走査させるよう前記装置本体を前記基台に対し回動させる装置本体回動装置と、
を備え、
前記ミラー回動装置は、前記支持部材の前記側長装置側の端部に設けられ、前記ミラー回動軸に駆動伝達して前記ミラー回動軸を回動させる駆動部を備える三次元形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元形状測定装置において、
前記基台は、前記装置本体を前記基台に対して前記出射方向に沿って移動させる第１の移動装置を備える三次元形状測定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の三次元形状測定装置において、
前記基台は、前記装置本体を前記基台に対して前記出射方向の直交方向の一方向に沿って移動させる第２の移動装置を備える三次元形状測定装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置において、
前記装置本体は、前記出射方向を下方に向け、前記支持部材が前記光学式の測長装置から下方に延在されている三次元形状測定装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置において、
前記ミラー回動装置は、
前記ミラー回動軸に連結され、前記ミラー回動軸から外径方向に延びる回動アームを備え、
前記駆動部は、前記回動アームを上下往復回動させる三次元形状測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の三次元形状測定装置において、
前記駆動部は、
前記装置本体に、カム回転軸を中心に回転可能に支持された偏心カムと、
前記偏心カムと前記回動アームとを連結し、前記偏心カムに前記回転軸から外径方向に離れた位置で相対回動可能に連結された第１連結部と、前記回動アームに前記ミラー回動軸から離れた位置に連結された第２連結部とを有する連結アームと、
を備え、
前記第１連結部が、前記回動アームから最も離された位置と、前記回動アームに最も近づいた位置との中間位置で、前記回動ミラーで反射した前記出射レーザ光を前記出射方向に対して直交方向を向くように、回動アームと回動ミラーとの位置が設定されている三次元形状測定装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の三次元形状測定装置において、
前記回動ミラーを含む前記支持部材の大きさは前記装置本体の回動中心から半径２５ｍｍの円内に収まる寸法に形成されている三次元形状測定装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
［００３１］
レーザ光源２１１および回動ミラー２３０は、レーザ光源２１１および出射する出射レーザ光ＬＢ１が、前述したターンテーブル４１の回動中心であるｚａ軸上に配置されるよう設置されている。よって、ターンテーブル４１が回動した際に、レーザ光源２１１および回動ミラー２３０に至る出射レーザ光ＬＢ１は、常にｚａ軸上に配置される。
［００３２］
また、支柱２２０および回動ミラー２３０の水平方向の寸法は、支柱２２０および回動ミラー２３０がｚａ軸を中心に回動した際に、靴ＳＨのライニング（内側）と干渉しない寸法とされている。具体的には、支柱２２０および回動ミラー２３０は、ｚａ軸を中心とする半径２５ｍｍの円内に収まる寸法に形成されている。
［００３３］
（ミラー回動装置）
次に、ミラー回動装置２４０について説明する。
ミラー回動装置２４０は、回動ミラー２３０を、ミラー回動軸２３１を中心として上下方向に回動させ、出射レーザ光ＬＢ１を上下に走査させる装置である。なお、回動ミラー２３０は、支柱２２０の下端部に設けられたミラー回動軸２３１を中心に上下に回動可能に支持されている。
［００３４］
図５はミラー回動装置２４０の構造説明図であり、ミラー回動装置２４０は、回動アーム２４１、連結リンク２４２、偏心カム２４３、ミラー回動用モータ２４４を備える。
回動アーム２４１は、その基端部が、回動ミラー２３０と共に、ミラー回動軸２３１を中心に上下方向に回動可能に支柱２２０に支持されている。
［００３５］
回動アーム２４１の先端部は、連結リンク２４２を介して、偏心カム２４３に連結されている。すなわち、偏心カム２４３は、図１および図４に示すように、光学式の測長装置２１０の下面と支柱２２０とに結合されたブラケット２４３ｂに、図５に示すカム回転軸２４３ｃを中心に回転可能に支持されている。
［００３６］
そして、連結リンク２４２の下端部は、回動アーム２４１の先端部に回動連結軸２４２ａを中心に相対回動可能に連結されている。一方、連結リンク
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月23日(2018.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
基台と、
前記基台に支持された装置本体と、を備え、
前記装置本体は、
照射部から出射レーザ光を出射し、測定対象物で反射した反射レーザ光を受光部で受光して、三角測量方式により前記測定対象物での反射点の位置を測定する光学式の測長装置と、
前記光学式の測長装置に結合された支持部材に、前記照射部からの前記出射レーザ光の出射方向に離れて配置されて前記出射方向の略直交方向に軸心を向けたミラー回動軸を中心に回動可能に支持され、前記出射レーザ光を前記測定対象物に向けて反射し、かつ、前記測定対象物で反射した反射レーザ光を前記受光部に向けて反射する回動ミラーと、
前記ミラー回動軸を回動させ、前記出射レーザ光を走査させるミラー回動装置と、
前記回動ミラーで反射した前記出射レーザ光を周方向に走査させるよう前記装置本体を前記基台に対し回動させる装置本体回動装置と、
を備え、
前記ミラー回動装置は、前記支持部材の前記測長装置側の端部に設けられ、前記ミラー回動軸に駆動伝達して前記ミラー回動軸を回動させる駆動部を備える三次元形状測定装置。
【国際調査報告】
2019123589.tif 000008
2019123589.tif 000009
2019123589.tif 000010
2019123589.tif 000011