(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光を測定対象の測定領域へ投影する投影部と、
前記測定光が投影された前記測定領域の像を撮像する撮像部と、
前記測定対象の測定領域の位置が変わるように、前記測定対象に対して相対的に前記投影部または前記撮像部を移動させる移動機構と、
それぞれ異なる測定領域へ前記測定光を投影したときに前記撮像部により撮像された前記測定光の像と、前記それぞれ異なる測定領域へ前記測定光を投影したときに前記撮像部により撮像された、前記測定光の像とは異なる、前記測定対象に形成された像とに基づいて、前記撮像部で撮像された撮像画像から前記測定対象の位置を算出するために用いる画像情報の抽出領域を設定する抽出領域設定部とを備える形状測定装置。
【請求項２】
前記抽出領域設定部は、
更に、前記撮像部で撮像されたそれぞれ異なる測定領域における撮像画像から論理和画像を生成する論理和画像生成部を備え、
前記論理和画像から前記撮像部が生成する画像データへの抽出領域を設定可能にする
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記論理和画像生成部は、
前記複数の撮像画像に対して、同一画素毎に所定の条件を満たす画素値を当該画素位置とすることで、前記論理和画像を生成する請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記論理和画像生成部は、
前記測定対象の測定対象範囲の端部となった位置で前記測定光を投影したときに前記撮像部により得られた撮像画像を少なくとも１枚含めて、前記論理和画像を生成する
請求項２または３に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記論理和画像生成部は、
前記測定対象の複数の前記測定領域のうち、少なくとも２つの前記測定領域を前記撮像部が撮像した少なくとも２つの前記撮像画像に基づいて、当該撮像画像の論理和を示す論理和画像を生成する
請求項２または３に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記抽出領域設定部は、前記撮像部で撮影されたそれぞれ異なる測定領域に前記測定光を投影したときの複数の撮像画像の各々に対して、前記測定対象に対する前記投影部及び前記撮像部の位置関係から推定される測定光の像と類似する対象画像を抽出し、前記複数の撮像画像から得られた複数の前記対象画像の位置に基づいて、抽出領域を設定する
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記推定される前記測定光の像は、前記測定対象の設計データを基に推定された像である請求項６に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記測定対象の概略形状データを保持する形状データ記憶部を備えた請求項７に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記抽出領域設定部は、前記それぞれ異なる測定領域へ前記測定光を投影したときに前記撮像部により撮像された前記測定光の像のうち、前記測定光の像が最も外側に位置するときの撮像画像を含む画像情報から抽出領域を設定する請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
さらに、前記撮像部で撮像された撮像画像のうち、前記抽出領域設定部が設定した前記抽出領域内の画像情報に基づいて、前記測定対象の位置を算出する位置算出部を有する請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
測定光を測定対象の測定領域へ投影する投影部と、
前記測定光が投影された前記測定領域の像を撮像する撮像部と、
前記測定対象の測定領域の位置が変わるように、前記測定対象に対して相対的に前記投影部または前記撮像部を移動させる移動機構と、
前記撮像部で撮像された、それぞれ異なる測定領域に前記測定光を投影したときの複数の撮像画像を、前記複数の撮像画像の少なくとも一つに含まれる前記測定光の像及び前記測定光の像とは異なる前記測定対象に形成された像の情報を保持するように、重複して表示する表示部と、
前記表示部で表示された画像をもとに、前記撮像画像の一部を選択する選択領域に関する情報を入力する入力部と、
前記撮像部で撮像された撮像画像のうち前記選択領域に関する情報に基づき前記撮像画像から測定対象の位置を算出する位置算出部を有する形状測定装置。
【請求項１２】
前記抽出領域設定部は、
更に、前記撮像部で撮像されたそれぞれ異なる測定領域に前記測定光を投影したときの撮像画像から論理和画像を生成する論理和画像生成部と、
前記論理和画像生成部が生成した前記論理和画像を表示する表示部と、
前記表示部が表示する前記論理和画像に対して前記抽出領域を示す情報を入力するための入力部と
を備え、
前記入力部に入力された前記抽出領域を示す情報に基づいて、前記抽出領域を設定する
請求項１１に記載の形状測定装置。
【請求項１３】
前記抽出領域設定部は、
更に、前記撮像部で撮影されたそれぞれ異なる測定領域に前記測定光を投影したときの前記撮像画像から論理和画像を生成する論理和画像生成部を備え、
前記論理和画像から前記撮像部が生成する撮像画像への抽出領域を設定する
請求項１１に記載の形状測定装置。
【請求項１４】
前記論理和画像生成部は、
前記複数の撮像画像に対して、同一画素毎に所定の条件を満たす画素値を当該画素位置の画素値とすることで、前記論理和画像を生成する請求項１３に記載の形状測定装置。
【請求項１５】
前記論理和画像生成部は、
前記測定領域が前記測定対象の測定対象範囲の端部となった位置で前記撮像部により得られた撮像画像を少なくとも１枚含めて、前記論理和画像を生成する
請求項１３または１４に記載の形状測定装置。
【請求項１６】
前記論理和画像生成部は、
前記測定対象の複数の前記測定領域のうち、少なくとも２つの異なる前記測定領域を前記撮像部で撮像した少なくとも２つの前記撮像画像に基づいて、当該撮像画像の論理和を示す論理和画像を生成する
請求項１３に記載の形状測定装置。
【請求項１７】
前記抽出領域設定部は、
形状が互いに異なる少なくとも２つの前記抽出領域を設定する
請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１８】
前記抽出領域設定部は、
前記撮像部が生成した前記撮像画像内の抽出領域を、前記撮像部が生成した前記撮像画像の情報量が低減された画像に基づいて設定する
請求項１または請求項１１に記載の形状測定装置。
【請求項１９】
前記抽出領域設定部は、前記撮像部が生成した前記撮像画像の情報量が低減された画像として、階調数が低減された画像に基づいて設定する
請求項１８に記載の形状測定装置。
【請求項２０】
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１または請求項１１に記載の形状測定装置と、
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２１】
測定対象の測定領域を撮像した撮像画像を生成する撮像手順と、
前記撮像手順において撮像される撮像画像が、前記測定対象にパターンが投影された画像として撮像されるように、前記撮像手順において撮像されている方向と異なる方向から、前記パターンを前記測定対象の測定領域に投影する投影手順と、
前記測定対象のそれぞれ異なる測定領域を前記撮像手順において撮像することにより撮像された前記パターンの像と、前記それぞれ異なる測定領域を前記撮像手順において撮像することにより撮像された、前記パターンの像とは異なる、前記測定対象に形成された像とに基づいて、前記撮像部で撮像された撮像画像から抽出領域を設定する抽出領域設定手順と、
前記撮像手順において生成された前記撮像画像内の前記抽出領域の前記撮像画像に基づいて、前記測定対象の位置を算出する位置算出手順と
を有する形状測定方法。
【請求項２２】
前記撮像手順において撮影されたそれぞれ異なる測定領域における画像データから論理和画像を取得する論理和画像生成手順
を有し、
前記抽出領域設定手順は、
前記論理和画像生成手順において生成された前記論理和画像を表示する表示手順と、
前記表示手順において表示される前記論理和画像に基づいて、前記抽出領域を示す情報を入力する入力手順と
を有し、
前記入力手順において入力された前記抽出領域を示す情報に基づいて、前記撮像手順において生成された前記撮像画像内の抽出領域を設定する
請求項２１に記載の形状測定方法。
【請求項２３】
構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する工程と、
前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製する工程と、
作成された前記構造物の形状を、請求項２１または請求項２２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工程と、
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工程と
を含む構造物製造方法。
【請求項２４】
コンピュータに、
測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像手順と、
前記撮像手順において撮像される撮像画像が、前記測定対象にパターンが投影された画像として撮像されるように、前記撮像手順において撮像している方向と異なる方向から、前記パターンを前記測定対象の測定領域に投影する投影手順と、
前記測定対象のそれぞれ異なる測定領域を前記撮像手順において撮像することにより撮像された前記パターンの像と、前記それぞれ異なる測定領域を前記撮像手順において撮像することにより撮像された、前記パターンの像とは異なる、前記測定対象に形成された像とに基づいて撮像画像から前記測定対象の位置を算出するために用いる画像情報を抽出する抽出領域を設定する抽出領域設定手順と、
を実行させるための形状測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触光学走査により形状測定を行う、形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、及び形状測定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象の３次元形状を非接触で測定する方法として、測定対象にスリット状の光束を投影し、このスリット状の光束により測定対象の輪郭形状に対応した曲線又は直線からなる線状の像（以下、光切断線と称する）を撮像し、この光切断線を撮像した画像データから測定対象の点群データを生成する光切断法がある（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９―５３４９６９号公報
【特許文献２】特開２００９−６８９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の光切断法では、測定対象の表面に沿って線状の光束によりスキャン（走査）し、この測定対象の表面に生じた光切断線を撮像した撮像画像から点群データを生成することにより、測定対象の３次元形状を測定している。しかしながら、この撮像画像には光切断線の多重反射等により発生する光切断線の像とは異なる像（例えば、不連続点など）が含まれることがある。このため、従来は、撮像画像の表示画面において、そのような像が含まれそうな領域を画面上で確認し、点群データを取得する範囲（抽出領域）を設定していた。【０００５】
しかしながら、上記のような抽出領域の設定方法では、測定対象が複雑な形状である場合などにおいて、スキャンの過程において光切断線とは異なる光の光点（以下、異常点と称する）が生じる領域が変化することがあり、この場合には、異常点を正しく省いて点群データを生成するための抽出領域の設定に手間がかかることがあった。【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３次元形状の算出に用いる点群データの抽出領域を設定するための手間を低減することができる、形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、及び形状測定プログラム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、測定光を測定対象の測定領域へ投影する投影部と、前記測定光が投影されたときの前記測定領域の像を撮像する撮像部と、前記測定対象の測定領域の位置が変わるように、前記測定対象に対して相対的に前記投影部または前記撮像部を移動させる移動機構と、それぞれ異なる測定領域へ前記測定光を投影したときに前記撮像部により撮像された前記測定光の像と、前記それぞれ異なる測定領域へ前記測定光を投影したときに前記撮像部により撮像された、前記測定光の像とは異なる、前記測定対象に形成された像とに基づいて、前記撮像部で撮像された撮像画像から前記測定対象の位置を算出するために用いる画像情報の抽出領域を設定する抽出領域設定部とを備える形状測定装置である。
【０００８】
また、本発明の一実施形態は、測定光を測定対象の測定領域へ投影する投影部と、前記測定光が投影されたときの前記測定領域の像を撮像する撮像部と、前記測定対象の測定領域の位置が変わるように、前記測定対象に対して相対的に前記投影部または前記撮像部を移動させる移動機構と、前記撮像部で撮像された、それぞれ異なる測定領域に前記測定光を投影したときの複数の撮像画像を前記複数の撮像画像の少なくとも一つに含まれる前記測定光の像及び前記測定光の像とは異なる前記測定対象に形成された像の情報を保持するように、重複して表示する表示部と、前記表示部で表示された画像をもとに、前記撮像画像の一部を選択する選択領域に関する情報を入力する入力部と、前記撮像部で撮像された撮像画像のうち前記選択領域に関する情報に基づき前記撮像画像から測定対象の位置を算出する位置算出部を有する形状測定装置である。
【０００９】
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。【００１０】
また、本発明の一実施形態は、測定対象の測定領域を撮像した撮像画像を生成する撮像手順と、前記撮像手順において撮像される撮像画像が、前記測定対象の測定領域にパターンが投影された画像として撮像されるように、前記撮像手順において撮像されている方向と異なる方向から、前記パターンを前記測定対象に投影する投影手順と、前記測定対象のそれぞれ異なる測定領域を前記撮像手順において撮像することにより撮像された前記パターンの像と、前記それぞれ異なる測定領域を前記撮像手順において撮像することにより撮像された、前記パターンの像とは異なる、前記測定対象に形成された像とに基づいて、前記撮像部で撮像された撮像画像から抽出領域を設定する抽出領域設定手順と、前記撮像手順において生成された前記撮像画像内の前記抽出領域の前記撮像画像に基づいて、前記測定対象の位置を算出する位置算出手順とを有する形状測定方法である。
【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工程と、前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製する工程と、作成された前記構造物の形状を、上記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工程と、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工程とを含む構造物製造方法である。【００１２】
また、本発明の一実施形態は、コンピュータに、測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像手順と、前記撮像手順において撮像される撮像画像が、前記測定対象にパターンが投影された画像として撮像されるように、前記撮像手順において撮像している方向と異なる方向から、前記パターンを前記測定対象の測定領域に投影する投影手順と、前記測定対象のそれぞれ異なる測定領域を前記撮像手順において撮像することにより撮像された前記パターンの像と、前記それぞれ異なる測定領域を前記撮像手順において撮像することにより撮像された、前記パターンの像とは異なる、前記測定対象に形成された像とに基づいて撮像画像から前記測定対象の位置を算出するために用いる画像情報を抽出する抽出領域を設定する抽出領域設定手順と、を実行させるための形状測定プログラムである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、測定対象の３次元形状の算出に用いる点群データの抽出領域を設定するための手間を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の概要について説明するための模式図である。
【図２】図２は撮像画像の一例を示す模式図である。
【図３】図３は本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の概略構成の一例を示す構成図である。
【図４】図４は本実施形態の測定機本体の構成の一例を示す構成図である。
【図５】図５は本実施形態の形状測定装置が測定する測定対象の一例を示す図である。
【図６】図６は本実施形態における歯すじの外周側の撮像画像の一例を示す模式図である。
【図７】図７は本実施形態における歯すじの中央部分の撮像画像の一例を示す模式図である。
【図８】図８は本実施形態における歯すじの内周側の撮像画像の一例を示す模式図である。
【図９】図９は本実施形態の論理和画像生成部が生成する論理和画像の一例を示す模式図である。
【図１０】図１０は本実施形態の抽出領域設定部が設定可能にする抽出領域の一例を示す模式図である。
【図１１】図１１は本実施形態の形状測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１３は本発明の第３実施形態に係る構造物製造システムの構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４は構造物製造システムによる処理の流れを示したフローチャートである。
【図１５】図１５は第２実施形態の形状測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図１６】図１６（ａ）、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）は、本実施形態の抽出領域設定部が設定する抽出領域の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［概要］
図１は、本発明の形状測定装置１００の概要について説明するための模式図である。
この形状測定装置１００は、測定対象３を光切断線ＰＣＬによりスキャン（走査）し、この光切断線ＰＣＬの撮像画像を基に、この測定対象３の３次元形状を示す点群データを生成する。そして、形状測定装置１００は、光切断線ＰＣＬの撮像画像において、点群データの取得の際に利用する像を取捨選択するための抽出領域Ａｐを設定できる点に特徴がある。
【００１６】
形状測定装置１００は、図１に示すように、投影部２１により、測定対象３に向けて、この測定対象３の表面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１から、ライン状の測定光Ｌａを照射する。このライン状の測定光Ｌａによって、測定対象３の表面に光切断線ＰＣＬが形成される。この測定対象３が曲りばかさ歯車ＳＢＧである場合を一例にして以下説明する。この例において、投影部２１は、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）のある歯面の測定対象範囲Ｈｓ１内の測定領域に向けてライン状の測定光Ｌａを照射する。撮像部２２は、測定対象３の凹凸形状が延在する方向（歯すじの方向）を撮像方向ＤＲ２にして、曲りばかさ歯車３（ＳＢＧ）のある歯面の測定対象範囲Ｈｓ１内の表面に投影される光切断線ＰＣＬを撮像し、撮像画像を生成する。
なお、本願明細書において「測定領域」とは、測定対象３の表面において、少なくとも撮像部２２の撮像範囲内でかつ、投影部２１から投影されたライン状の測定光Ｌａが照射された範囲を含む。しかし、撮像部２２の撮像範囲かつ測定光Ｌａの照射範囲の両条件が当てはまった測定対象３の表面上の全領域でなくともよい。例えば、ライン状の測定光Ｌａのラインの端部及びその近傍を除いて、測定領域に設定していてもよい。また、ライン状の測定光Ｌａが測定対象３の歯車に対して、複数の歯に照射されている場合、そのうちの測定対象範囲に設定された歯に該当する部分の測定光Ｌａが照射された範囲内であってもよい。本願発明では、測定対象範囲Ｈｓ１内において、測定光Ｌａの照射範囲でかつ撮像部の撮影範囲内に位置する部分を測定領域として説明する。
【００１７】
測定対象３を歯車の円周方向（つまり、移動方向ＤＲ３）に移動させると、光切断線ＰＣＬが投影される測定領域が移動するので、これにより測定対象３の表面をスキャン（走査）する。これにより、例えば、図２に示すように、表示画面４６上に光切断線ＰＣＬの投影位置に応じた撮像画像Ｌ１が得られる。
【００１８】
図２は、撮像画像の一例を示す模式図である。同図に示すように、撮像画像Ｌ１において、測定光の一部が測定領域で反射して、測定領域とは異なる位置に到達することがある。このように測定領域とは異なる位置にも測定光が到達することにより、生成される像は多重反射によるものである。このような多重反射光は形状測定結果に誤差をもたらすノイズ成分Ｎｐとなる。更に、測定対象範囲Ｈｓ１に含まれる歯面（以下、単に歯面Ｈｓ１とも記載する。）に隣接する歯面からも外乱光によるノイズ成分ＮＬが重畳することがある。この図２に示す例では、撮像画像中に、光切断線ＰＣＬの周囲に多重反射光像（ノイズＮｐ１）、および隣接歯面の像（ノイズＮＬ１、ノイズＮＬ２）が異常点として現れている。
【００１９】
このため、この撮像画像から点群データを生成して測定対象３の３次元形状測定を行う場合には、撮像画像において、多重反射光像や隣接歯面の像などの異常点が含まれない抽出領域Ａｐを設定して点群データを生成する必要がある。ところで、例えば、歯車の点群データは、歯すじの方向の複数の位置において光切断線ＰＣＬを撮像した撮像画像、つまり複数枚の撮像画像に基づいて生成される。ここで、多重反射光像や隣接歯面の像の位置は撮像された位置によって変化するため、撮像画像内の異常点が含まれる位置は撮像画像ごとに相違する。したがって、複数枚の撮像画像のそれぞれについて異常点を除外するように抽出領域Ａｐを設定すれば、点群データを作成するためのすべての撮像画像について、異常点が含まれないように抽出領域Ａｐを設定することができる。しかしながら、従来においては、複数枚の撮像画像について、１枚ずつ抽出領域Ａｐを設定していたため、抽出領域Ａｐの設定に時間がかかるという問題があった。
【００２０】
そこで、本発明の形状測定装置１００では、撮像画像の抽出領域Ａｐを複数枚まとめて設定できるようにする。そこで、本発明では、撮像部で撮影されたそれぞれ異なる測定領域における複数の撮像画像のうち、少なくとも前記測定光の像が前記測定領域の最も外側に位置するときの撮像画像を有する画像から抽出領域を設定する。例えば、図１０を参照して後述するように、複数枚の撮像画像の合成画像（例えば、論理和画像）を表示することにより、複数枚の撮像画像の抽出領域Ａｐを１枚の合成画像上でまとめて表示できるようにし、測定光の像が最も外側に位置するときの画像を簡単に認識できるようにする。また、画像中心点から最も遠い位置の画像データを抽出できるようにしてもよい。
【００２１】
このように、本発明の形状測定装置１００では、撮像画像の抽出領域Ａｐを複数枚まとめて設定することができるため、複数枚の撮像画像について、１枚ずつ抽出領域Ａｐを設定する場合に比べて、抽出領域Ａｐの設定時間を低減することができる。
【００２２】
［第１実施形態］
（形状測定装置１００の構成）
図３は、本発明の第１実施形態に係る形状測定装置１００の概略構成の一例を示す構成図である。形状測定装置１００は、測定機本体１と制御ユニット４０（図４を参照）とを備えている。
【００２３】
図３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。
【００２４】
ここで、この基台２の基準面を基準とする直交座標系を定義する。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。
【００２５】
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。
【００２６】
測定ヘッド１３の下部には、測定対象３の形状を検出する検出部２０が設けられている。この検出部２０は、検出部２０の下方に配置される測定対象３と検出部２０との相対位置を検出するように、測定ヘッド１３に支持されている。測定ヘッド１３の位置を制御することにより、検出部２０の位置を移動させることができる。また、検出部２０と測定ヘッド１３との間には、Ｚ軸方向と平行な軸に対して検出部２０を回転するヘッド回転機構１３ａを有している。
【００２７】
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１４（図４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１５（図４を参照）と、が設けられている。
【００２８】
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θを中心として水平面内で図３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φを中心として図３に示すＢ方向に回転可能にステージ３１を支持している。
【００２９】
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θ及び回転軸φ回りに電動でそれぞれ回転駆動させるステージ駆動部３３（図４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３４（図４を参照）とが設けられている。
【００３０】
制御ユニット４０は、入力装置４１（マウス４２およびキーボード４３）と、ジョイスティック４４と、表示装置４５と、制御部５１とを備える。
制御部５１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４１は、各種指示情報を入力するマウス４２やキーボード４３などである。表示装置４５は、表示画面４６上に、計測画面、指示画面、計測結果、点群データの抽出領域Ａｐなどを表示する。続いて、図４を参照し、測定機本体１の構成について説明する。
【００３１】
図４は、本実施形態の測定機本体の構成の一例を示す構成図である。測定機本体１は、駆動部１６と、位置検出部１７と、検出部２０とを備えている。駆動部１６は、前述のヘッド駆動部１４と、ステージ駆動部３３とを備えている。
【００３２】
ヘッド駆動部１４は、支柱１０ａ、１０ｂ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軸用モータ及び検出部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１４は、後述の駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ヘッド駆動部１４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。
【００３３】
ステージ駆動部３３は、ステージ３１を回転軸θ回りに回転駆動するロータリ軸用モータ及び回転軸φ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３３は、駆動制御部５４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ステージ３１を回転軸θ及び回転軸φ回りに、電動でそれぞれ回転させる。また、ステージ駆動部３３は、測定光Ｌａ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検出部２０の移動方向ＤＲ３に相対的に移動させる。また、ステージ駆動部３３は、検出部２０を、測定対象３に対して検出部２０の移動方向ＤＲ３に相対的に移動させる。また、ステージ駆動部３３は、測定対象３の中心軸ＡＸと回転移動の回転軸θとを一致させて測定対象３を回転移動させる。
【００３４】
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、ステージ駆動部３３は、測定光Ｌａが照射される測定対象３の位置を、歯の歯幅の方向に対応して定められる検出部２０の移動方向ＤＲ３に相対的に移動させる。
位置検出部１７は、ヘッド位置検出部１５と、前述のステージ位置検出部３４とを備えている。
ヘッド位置検出部１５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１５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座標検出部５２へ供給する。
【００３５】
ステージ位置検出部３４は、ステージ３１の回転軸θ及び回転軸φ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３４は、それらのエンコーダを用いて、ステージ３１の回転軸θ及び回転軸φ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座標検出部５２へ供給する。
【００３６】
検出部２０は、投影部２１と、撮像部２２とを有する光プローブ２０Ａ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、検出部２０は、投影部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、投影部２１と撮像部２２とを保持している。
【００３７】
投影部２１は、後述の間隔調整部５３から供給される光の照射を制御する制御信号に基づき、所定の光量分布を有する測定光Ｌａ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ＤＲ１によって測定対象の測定領域（測定対象の表面）に照射する。この測定光Ｌａ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Ｌａ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。この長手方向が前述のような方向になるように、ヘッド回転機構１３ａを駆動制御している。このような測定光Ｌａ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Ｌａによって、測定対象３の表面に光切断線ＰＣＬが形成される。すなわち、投影部２１は、撮像部２２によって撮像される撮像画像が、測定対象３の測定領域にパターンが投影された画像として撮像されるように、撮像部２２が撮像している方向と異なる方向から、パターンを測定対象３に投影する。
【００３８】
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、投影部２１は、測定対象３の歯車が有する歯に測定光Ｌａを、歯の歯面の法線方向にそって照射する。この場合、光切断線ＰＣＬ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。
【００３９】
撮像部２２は、測定対象３の測定領域の像を撮像した撮像画像を生成する。具体的には、撮像部２２は、測定光Ｌａが照射された表面を照射方向ＤＲ１と異なる方向（測定対象３が歯車である場合、その歯車の円周方向とは異なる方向）の撮像方向ＤＲ２から撮像し、測定用画像を生成する。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ＤＲ２にして、測定光Ｌａ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、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Ｌａ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、投影部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ＰＣＬを撮像する。なお、測定対象３の凹凸形状が延在する方向に対応して撮像方向ＤＲ２が設定されているが、必ずしも凹凸形状が延在する方向と一致する必要は無く、延在方向を中心に、測定部位の凸部又は凹部が、隣接する凸部により撮像部２２から見て隠れない方向であればよい。
【００４０】
また、撮像部２２は、測定対象３の表面に測定光Ｌａを投影することにより形成される陰影パターンを撮像し、撮像した画像情報を間隔調整部５３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）センサなどの固体撮像素子を備えている。
【００４１】
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Ｌａ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ＤＲ２から光切断線が撮像された撮像画像を生成する。また、投影部２１と撮像部２２とは同じ筐体に固定されており、測定位置が変わっても投影部２１の投影方向と撮像部２２との撮像方向及び、投影部２１と撮像部２２との位置は変わらない。
【００４２】
続いて、制御ユニット４０について説明する。上述したように、制御ユニット４０は、制御部５１と、入力装置４１と、ジョイスティック４４と、表示装置４５とを備える。
入力装置４１は、ユーザが各種指示情報を入力するマウス４２及びキーボード４３を備えており、例えば、マウス４２やキーボード４３により入力された指示情報を検出し、検出した指示情報を、後述する記憶部６０に書き込み記憶させる。本実施形態の入力装置４１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４１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ＳＢＧ、ウォーム歯車ＷＧなど）が指示情報として入力される。
また、入力装置４１は、後述するように、表示装置４５に表示された撮像画像（測定対象３に投影された光切断線ＰＣＬの撮像画像）から、３次元形状測定に使用する点群データの抽出領域Ａｐの設定するために使用される。この抽出領域Ａｐの設定については後述する。
【００４３】
表示装置４５は、データ出力部５７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。表示装置４５は、受け取った測定データ（全測定ポイントの座標値）等を表示する。また、表示装置４５は、計測画面、指示画面等を表示する。
制御部５１は、座標検出部５２と、間隔調整部５３と、駆動制御部５４と、移動指令部５５と、位置算出部５６と、点群データ生成部５６Ａと、データ出力部５７と、記憶部６０と、抽出領域設定部７０と、を備えている。
【００４４】
記憶部６０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。記憶部６０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６０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。
【００４５】
また、記憶部６０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６０には、位置算出部５６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として保持される。また、記憶部６０には、座標検出部５２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６０には、設計データ（ＣＡＤデータ）６１は保持される。また、記憶部６０には、後述する抽出領域設定部７０により点群データを生成する抽出領域Ａｐを設定する際に使用される形状データ６２が記憶されている。この形状データ６２の詳細については、後述する。
【００４６】
座標検出部５２は、ヘッド位置検出部１５から出力される座標信号により、ヘッド位置検出部１５に支持されている光プローブ２０Ａ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２０Ａの撮像方向を検知する。また、座標検出部５２は、ステージ位置検出部３４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θ及び回転軸φ回りの回転位置を検知する。
【００４７】
座標検出部５２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３４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、座標検出部５２は、光プローブ２０Ａの座標情報、撮像方向とステージ３１の回転位置情報とを位置算出部５６へ供給する。また、座標検出部５２は、光プローブ２０Ａ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２０Ａ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、検出した情報を移動指令部５５へ供給する。
【００４８】
間隔調整部５３は、座標計測開始前に記憶部６０からサンプリング周波数を指定するデータを読み出す。間隔調整部５３は、そのサンプリング周波数で、撮像部２２から画像情報を受け取る。
【００４９】
駆動制御部５４は、移動指令部５５からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部１４に駆動信号を出力して、測定ヘッド１３の駆動制御を行う。また、駆動制御部５４は、移動制御部５４Ａと、速度制御部５４Ｂとを備えている。
移動制御部５４Ａは、測定対象３を、測定対象３の円周方向に対応して定められる検出部２０の移動方向ＤＲ３に相対的に回転移動させて、測定光Ｌａが照射される位置を移動させるようにステージ駆動部３３を制御する。本実施形態の移動制御部５４Ａは、例えば、測定対象３としての歯車を、歯車の円周方向に一致するように定められる移動方向ＤＲ３（つまり歯車の円周方向）に回転移動させて、測定光Ｌａが照射される位置を移動させるようにステージ駆動部３３を制御する。
【００５０】
すなわち、移動制御部５４Ａの制御によりステージ駆動部３３は、歯車を検出部２０の移動方向ＤＲ３に相対的に回転移動させて、測定光Ｌａが照射される位置を検出部２０の移動方向ＤＲ３に相対的に移動させる。このようにして、本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象３の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（例えば、測定対象３としての歯車の歯やタービンのブレード）に対して順に測定光Ｌａを照射して、測定対象３の表面形状を測定する。すなわち、形状測定装置１００は、測定対象３の測定領域の位置が変わるように、測定対象３に対して相対的に投影部２１または撮像部２２を移動させる移動機構を備えている。
【００５１】
速度制御部５４Ｂは、測定光Ｌａが照射されている測定対象３の回転移動のステージ半径方向の位置に応じて、測定対象３を相対的に回転移動させる移動速度を制御する。
【００５２】
位置算出部５６は、光プローブ２０Ａにより検出された測定対象３の表面の形状に基づいて、測定対象３の表面の形状データ、すなわち３次元形状データを算出する。つまり、位置算出部５６は、撮像部２２からの撮像画像から、撮像部２２の撮像面上での測定光Ｌａが検出された位置に基づいて、表面の形状を測定する。
また、位置算出部５６は、間隔調整部５３から供給されたフレームからなる画像情報を受け取る。位置算出部５６は、座標検出部５２から供給された光プローブ２０Ａ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。
【００５３】
なお、位置算出部５６は点群データ生成部５６Ａを含み、この点群データ生成部５６Ａにより、間隔調整部５３から供給された画像情報と、光プローブ２０Ａ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き、各測定ポイントの座標値（３次元座標値）の点群データを算出する。
【００５４】
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、位置算出部５６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Ｌａの位置に基づいて、歯の形状を測定する。
具体的な算出方法は以下の通りである。まず、位置算出部５６は、撮像部２２の撮影された画像情報から、陰影パターンが示すラインパターンが投影された相対位置を取得する。この相対位置は、検出部２０に対する測定対象３のラインパターンが投影された位置である。また、相対位置は、撮像部２２の撮影方向と投影部２１の投影方向と撮像部２２と投影部２１の距離に基づいて、位置算出部５６で算出される。一方、受け取った光プローブ２０Ａの座標とラインパターンが撮像された画像データ上での位置とを基に、基準座標系におけるラインパターンが投影された位置の座標を算出する。
ここで、投影部２１は光プローブ２０Ａに固定されているので、投影部２１の照射角度は、光プローブ２０Ａに対して固定である。また、撮像部２２も光プローブ２０Ａ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２０Ａに対して固定である。
【００５５】
位置算出部５６は、照射した光が測定対象３に照射された位置の座標を、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、投影部２１の座標から投影部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２０Ａによって検出された画像を示す。
このようにして、位置算出部５６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Ｌａの位置に基づいて、表面の形状を測定する。
【００５６】
また、測定対象３は、ステージ３１に支持されている。測定対象３は、支持テーブル３２によって、ステージ３１が回転軸θ周りに回転することにより、ステージ３１の回転軸θを中心にステージ３１と一緒に回転する。また、測定対象３は、ステージ３１が回転軸φ周りに回転することにより、ステージ３１の回転軸φを中心にステージ３１と一緒に回転する。つまり、算出された光が照射された位置の座標は、ステージ３１の回転軸θ及び回転軸φを中心に回転したことによって姿勢が傾けられた測定対象３の表面の位置を示す情報である。このようにして、位置算出部５６は、ラインパターンが照射された位置の座標を、ステージ３１の傾き、即ち回転軸θ及び回転軸φ周りの回転位置情報に基づいて、ステージ３１の傾きに応じた座標変換を行うことにより、実際の測定対象３の表面形状データを算出する。
また、位置算出部５６は、算出した測定対象３の表面形状データである３次元座標値の点群データを記憶部６０に記憶させる。
【００５７】
移動指令部５５は、記憶部６０から、入力装置４１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、移動指令部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の測定対象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６０から読み出す。移動指令部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、移動指令部５５は、算出した移動経路及び記憶部６０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５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３（移動部）とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる。
【００５８】
例えば、移動指令部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２０Ａ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、移動指令部５５は、この指令信号を間隔調整部５３に供給する。
【００５９】
データ出力部５７は、記憶部６０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５７は、その測定データ等を表示装置４５に供給する。
また、データ出力部５７は、抽出領域設定部７０からの指示により、後述する抽出領域Ａｐを設定する際に使用されるアイコンや抽出領域Ａｐの形状を示す画像データなどを表示装置４５に供給する。また、データ出力部５７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。
【００６０】
抽出領域設定部７０は、撮像部２２で撮影されたそれぞれ異なる測定領域における複数の撮像画像のうち、少なくともパターンの像が測定対象３の最も外側に位置するときの撮像画像を有する画像から抽出領域Ａｐを設定可能にする。位置算出部５６内の点群データ生成部５６Ａは、この抽出領域設定部７０により設定された抽出領域Ａｐ内の画像情報に基づいて、測定対象３の座標値の点群データを算出する。すなわち、位置算出部５６は、複数の画像データの取得後に、撮像部２２により取得された画像データのうち、抽出領域設定部７０が設定した抽出領域Ａｐ内の撮像画像に基づいて、測定対象３の位置を算出する。この抽出領域設定部７０の構成と動作の詳細については後述する。
【００６１】
次に、本実施形態の形状測定装置１００が測定対象３である歯車の形状を測定する場合の、照射方向ＤＲ１、撮像方向ＤＲ２、及び移動方向ＤＲ３の各方向について、曲りばかさ歯車ＳＢＧを測定する場合を例にして説明する。
【００６２】
（曲りばかさ歯車ＳＢＧの測定）
本実施形態の形状測定装置１００は、例えば、図５に示すように、曲りばかさ歯車ＳＢＧを測定対象３にして、測定対象３の形状を測定することができる。
【００６３】
図５は、本実施形態の形状測定装置１００が測定する測定対象３の一例を示す図である。形状測定装置１００によって曲りばかさ歯車ＳＢＧの形状を測定する場合、測定対象３である曲りばかさ歯車ＳＢＧは、例えば、曲りばかさ歯車ＳＢＧの回転軸の中心とステージ３１の回転軸θの中心とを一致させてステージ３１上に載置される。ステージ駆動部３３は、ステージ３１上に載置された曲りばかさ歯車ＳＢＧの回転軸とステージ３１の回転移動の回転軸とを一致させて、曲りばかさ歯車ＳＢＧを回転移動させる。
【００６４】
また、投影部２１は、曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯面Ｈｓ１の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１によって、曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯面Ｈｓ１に測定光Ｌａを照射する。この歯面Ｈｓ１の法線方向とは、各歯の頭頂部の包絡面を想定し、測定領域における包絡面に対して垂直な方向である。撮像部２２は、測定光Ｌａが照射された曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯面（表面）の歯すじの方向（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ＤＲ２から測定光Ｌａを撮像する。つまり、撮像部２２は、図５に示すように、曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯すじの方向、つまりＺ軸方向を撮像方向ＤＲ２にして、光切断線ＰＣＬを撮像する。形状測定装置１００は、光切断線ＰＣＬの位置を歯すじに沿って移動させることにより、曲りばかさ歯車ＳＢＧの１歯ぶんの形状を測定する。
【００６５】
より具体的には、形状測定装置１００は、投影部２１及び撮像部２２を曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯すじの方向に移動させて、歯面Ｈｓ１のそれぞれの位置が測定領域になるように測定領域を移動させる。ここで、測定領域は歯すじの方向に沿って移動させればよく、移動の向きは限られない。例えば、測定領域を外周側から内周側に移動させてもよいし、内周側から外周側に移動させてもよい。ここでは、一例として、曲りばかさ歯車ＳＢＧの外周側から内周側に測定領域を移動させる場合について説明する。
【００６６】
形状測定装置１００は、図６に示すように、曲りばかさ歯車ＳＢＧの外周側の位置に光切断線ＰＣＬ２が生じるように投影部２１及び撮像部２２を移動させて、光切断線ＰＣＬ２を撮像する。
【００６７】
図６は、本実施形態における歯すじの外周側の撮像画像Ｌ２の一例を示す模式図である。同図に示すように、撮像部２２は、曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯すじの外周側の測定領域の像である撮像画像Ｌ２を撮像する。この撮像画像Ｌ２には、測定対象である光切断線ＰＣＬ２の像のほかに、異常点である多重反射光像（ノイズＮｐ２）および隣接歯面の像（ノイズＮＬ３、ノイズＮＬ４）が含まれている。すなわち、この撮像画像Ｌ２において、光切断線ＰＣＬ２の像を含み、多重反射光像（ノイズＮｐ２）および隣接歯面の像（ノイズＮＬ３、ノイズＮＬ４）を含まない領域が、抽出領域として設定すべき領域である。
【００６８】
ここで、撮像画像Ｌ２とは、撮像部２２で撮影されたそれぞれ異なる測定領域における複数の撮像画像のうち、少なくともパターンの像が測定対象３に設定された測定対象範囲の最も外側に位置するときの撮像画像を有する画像の一例である。
【００６９】
また、形状測定装置１００は、この光切断線ＰＣＬ２よりも歯すじの最も内周側の位置（例えば、歯すじの中央の位置）に光切断線ＰＣＬ１が生じるように投影部２１及び撮像部２２を移動させて、光切断線ＰＣＬ１を撮像する。
【００７０】
図７は、本実施形態における歯すじの中央部分の撮像画像Ｌ１の一例を示す模式図である。同図に示すように、撮像部２２は、曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯すじの中央部分の測定領域の像である撮像画像Ｌ１を撮像する。この撮像画像Ｌ１には、測定対象である光切断線ＰＣＬ１の像のほかに、異常点である多重反射光像（ノイズＮｐ１）および隣接歯面の像（ノイズＮＬ１、ノイズＮＬ２）が含まれている。すなわち、この撮像画像Ｌ１において、光切断線ＰＣＬ１の像を含み、多重反射光像（ノイズＮｐ１）および隣接歯面の像（ノイズＮＬ１、ノイズＮＬ２）を含まない領域が、抽出領域として設定すべき領域である。
【００７１】
また、形状測定装置１００は、この光切断線ＰＣＬ１よりも歯すじの内周側の位置に光切断線ＰＣＬ３が生じるように投影部２１及び撮像部２２を移動させて、光切断線ＰＣＬ３を撮像する。
【００７２】
図８は、本実施形態における歯すじの内周側の撮像画像Ｌ３の一例を示す模式図である。同図に示すように、撮像部２２は、曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯すじの内周側の測定領域の像である撮像画像Ｌ３を撮像する。この撮像画像Ｌ３には、測定対象である光切断線ＰＣＬ３の像のほかに、異常点である多重反射光像（ノイズＮｐ３）および隣接歯面の像（ノイズＮＬ５、ノイズＮＬ６）が含まれている。すなわち、この撮像画像Ｌ３において、光切断線ＰＣＬ３の像を含み、多重反射光像（ノイズＮｐ３）および隣接歯面の像（ノイズＮＬ５、ノイズＮＬ６）を含まない領域が、抽出領域として設定すべき領域である。このようにして、形状測定装置１００は、測定対象の歯車の歯すじに沿って光切断線ＰＣＬの位置を移動させつつ、光切断線ＰＣＬの像を順次撮像することにより、歯面Ｈｓ１の１歯ぶんの撮像画像を取得する。次に、撮像画像の合成画像（論理和画像）に基づいて、抽出領域を設定する構成について図９および図１０を参照して説明する。
【００７３】
図９は、本実施形態の論理和画像生成部７６が生成する論理和画像の一例を示す模式図である。論理和画像生成部７６は、撮像部２２で撮影されたそれぞれ異なる測定領域における画像データから論理和画像を生成する。具体的には、論理和画像生成部７６は、図６から図８を参照して説明した撮像画像Ｌ１〜Ｌ３に対し、同一画素位置の画素値を比較し、最も高い値または中央の値を有する画素値をその画素位置の画素値とする。このような処理を行って画素値の論理和により合成した論理和画像ＬＤ１を生成する。この論理和画像ＬＤ１には、光切断線ＰＣＬ１〜ＰＣＬ３の像と、撮像画像Ｌ１〜Ｌ３に含まれる多重反射光像（ノイズＮｐ１〜ノイズＮｐ３）と、隣接歯面の像（ノイズＮＬ１〜ノイズＮＬ６）とが含まれている。なお、論理和画像の生成法は、次の方法でも適応可能である。たとえば、論理和画像生成部７６は、更に二値化画像処理を有する。この二値化画像処理部は、撮像画像Ｌ１〜Ｌ３をそれぞれ所定の画素値を閾値として、２値化画像に変換する。そして、論理和画像生成部７６は、同一画素位置の画素値を比較し、画素値が高い、または画素値が”1”となる画素が、いずれかの二値化画像にあれば、当該画素の画素値を”1”にする。このようにして、論理和画像を生成する。
【００７４】
図１０は、本実施形態の抽出領域設定部７０が設定可能にする抽出領域の一例を示す模式図である。抽出領域設定部７０は、論理和画像生成部７６が生成する論理和画像ＬＤ１に含まれる光切断線ＰＣＬ１〜ＰＣＬ３の像のうち、少なくとも測定対象３の最も外側に位置する光切断線ＰＣＬの像に基づいて、抽出領域Ａｐを設定可能にする。ここで、上述の具体例において、測定対象３の最も外側に位置する光切断線ＰＣＬとは、曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯すじの最も外周側に位置する光切断線ＰＣＬ２と、曲りばかさ歯車ＳＢＧの歯すじの最も内周側に位置する光切断線ＰＣＬ３とである。この例においては、抽出領域設定部７０は、光切断線ＰＣＬ２の像を含む撮像画像Ｌ２と、光切断線ＰＣＬ３の像を含む撮像画像Ｌ３とを含む論理和画像ＬＤ１に基づいて、抽出領域Ａｐを設定可能にする。具体的には、抽出領域設定部７０は、論理和画像ＬＤ１内の、光切断線ＰＣＬ２の像と、光切断線ＰＣＬ３の像とを少なくとも含み、多重反射光像（ノイズＮｐ１〜ノイズＮｐ３）と、隣接歯面の像（ノイズＮＬ１〜ノイズＮＬ６）とを含まない領域を抽出領域Ａｐとして設定可能にする。すなわち、抽出領域設定部７０は、撮像部２２で撮影されたそれぞれ異なる測定領域における複数の撮像画像のうち、少なくともパターンの像が測定対象３の最も外側に位置するときの撮像画像を有する画像から抽出領域を設定可能にする。
【００７５】
ここで、抽出領域設定部７０が、抽出領域を設定可能にする具体例について説明する。抽出領域設定部７０は、論理和画像ＬＤ１をデータ出力部５７を介して表示装置４５に出力する（図４を参照）。これにより、表示装置４５の表示画面４６には、論理和画像ＬＤ１が表示される。すなわち、表示装置４５は、論理和画像生成部７６が生成した論理和画像ＬＤ１を表示する。ここで、論理和画像ＬＤ１とは、撮像部２２で撮影されたそれぞれ異なる測定領域における複数の撮像画像の一例である。すなわち、表示装置４５は、撮像部２２で撮影されたそれぞれ異なる測定領域における複数の撮像画像を同一画面上に表示する。
【００７６】
ユーザは、表示画面４６に表示された論理和画像ＬＤ１に対して、抽出領域Ａｐを設定する。一例として、ユーザは、表示画面４６に表示された論理和画像ＬＤ１を見ながら、光切断線ＰＣＬ２の像と、光切断線ＰＣＬ３の像とを含むようにして、入力装置４１が備えるマウス４２により抽出領域Ａｐの輪郭線（例えば、図１０における破線）を入力する。すなわち、入力装置４１には、表示装置４５が表示する論理和画像ＬＤ１に対して抽出領域Ａｐを示す情報が入力される。抽出領域設定部は、表示画面４６に表示されているマウスの軌跡を抽出領域の輪郭線の位置情報として認識したり、表示画面４６上にマウス等を介してプロットされた点を頂点として、それぞれの頂点を順次結んだ多角形形状を生成して、抽出領域の輪郭線の位置情報として認識するようにしてもよい。ここで、抽出領域Ａｐとは、撮像画像の一部を選択する選択領域に関する情報の一例である。すなわち、入力装置４１には、撮像画像の一部を選択する抽出領域Ａｐに関する情報が入力される。
【００７７】
抽出領域設定部７０は、マウス４２によって入力された抽出領域Ａｐの輪郭線の座標情報を、入力装置４１を介して取得することにより、撮像画像Ｌ１〜Ｌ３または複数の撮像画像が重畳された画像や論理和画像等に対して抽出領域Ａｐを設定する。すなわち、抽出領域設定部７０は、入力装置４１に入力された抽出領域を示す情報に基づいて、抽出領域を設定する。
【００７８】
位置算出部５６は、このようにして設定された抽出領域Ａｐに基づいて、各撮像画像から位置算出に用いる画像データを抽出することにより、測定対象３の位置を算出する。すなわち、位置算出部５６は、複数の画像データの取得後に、撮像部２２により取得された画像データのうち、抽出領域設定部７０が設定した抽出領域内の撮像画像に基づいて、測定対象３の位置を算出する。
【００７９】
また、歯面Ｈｓ１の１歯ぶんの形状の測定が終了すると、歯面Ｈｓ１に隣接する歯面の形状を測定するため、移動制御部５４Ａは、回転軸θを中心にした移動方向ＤＲ３の方向に支持テーブル３２を１歯ぶん回転させる。すなわち、移動制御部５４Ａは、測定光Ｌａ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検出部２０の移動方向ＤＲ３に相対的に移動させる。このようにして、形状測定装置１００は、曲りばかさ歯車ＳＢＧの全体の形状を測定する。
【００８０】
この形状測定装置１００は、測定光Ｌａが照射される測定領域の位置を、円周方向に対応した移動方向ＤＲ３に移動させるためにステージ３１のロータリ軸用モータを備えている。このモータを駆動させることで、ステージが回転軸θ周りに回転する。それゆえ、測定対象３が投影部２１に対して相対的に移動する。また、撮像部２２は、移動方向ＤＲ３に測定領域が変位する毎に撮像画像を生成し、位置算出部５６は、撮像画像に基づいて、複数の凹凸形状を測定する。また、移動部１０は、更に歯すじが延在する方向に対応して定められる移動方向ＤＲ４に移動させるように投影部２１と測定対象３とを相対的に移動させる。
【００８１】
また、このとき、投影部２１は、測定対象３の凹凸形状の最凸部から最凹部に掛けてライン（光切断線ＰＣＬ）が形成されるようにライン状の測定光Ｌａを照明する。そのときの照射方向である照射方向ＤＲ１は、主に測定したい面の法線方向に設定する。つまり、投影部２１は、測定対象３としての歯車の測定したい面において、その面の歯先部から歯底部にわたって光切断線ＰＣＬが形成されるように、測定光Ｌａを照射する。
【００８２】
そして、撮像部２２は、測定対象３表面の撮像画像を生成する。また、位置算出部５６は、撮像部２２によって撮像された撮像画像に基づいて、歯面の一部の領域の凹凸形状を測定する。ここで、これを歯車の歯すじ方向にそって、ライン状の測定光Ｌａの投影領域を順次変えながら撮影することで、歯車の各歯の面形状を測定することができる。測定対象３の凹凸形状（つまり歯車の歯）の寸法は、歯車の歯厚の方向である。また、表面に照射されている測定光Ｌａが撮像される長さとは、例えば、測定対象３の表面に形成される光切断線ＰＣＬの撮像方向ＤＲ２から見た長さのうちの、撮像部２２によって撮像される長さである。つまり、測定対象３が歯車である場合には、撮像部２２は、歯の歯幅の長さと歯面に照射されている測定光Ｌａが撮像される長さとに応じて撮像した複数の撮像画像を生成する。すなわち、撮像部２２は、歯車が有する複数の歯をそれぞれ撮像した複数の撮像画像を生成する。この場合、位置算出部５６は、これら複数の撮像画像に基づいて、複数の歯の形状を測定する。
【００８３】
なお、投影部２１は、測定対象３の円周方向に交差する方向を光切断線ＰＣＬの方向にして測定光Ｌａを照射してもよい。つまり、投影部２１は、光切断線ＰＣＬが、例えば、曲りばかさ歯車ＳＢＧの円周方向から歯すじの方向に傾いて形成されるように測定光Ｌａを照射してもよい。また、歯すじに対して左右のどちらか一方の面を測定したい場合には、測定光Ｌａを測定したい歯の面に対して垂直に近くなるように設定してもよい。
【００８４】
（形状測定を実行する処理についての説明）
次に、図１１を参照して、形状測定装置１００が測定対象３の形状測定を実行する処理について説明する。
ここでは、主に、ティーチングの工程時における作業について説明する。実際には、ティーチング工程により、測定ポイントとして選ばれた測定位置ごとの撮像画像を合成した論理和画像を表示する。ユーザが、この論理和画像に対して抽出領域Ａｐを設定した後に、測定ポイントの各点を結ぶように連続的に走査しながら、更に細かい間隔で測定することで本測定が行われる。
【００８５】
図１１は、本実施形態の形状測定装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。最初に、ユーザは、測定対象３の測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を入力装置４１から入力して設定する。入力装置４１は、入力された測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を記憶部６０に記憶させる（ステップＳ１１）。
また、ユーザは、測定対象３の測定ポイントの距離間隔を入力装置４１から入力して設定する。入力装置４１は、入力された測定ポイントの距離間隔を記憶部６０に記憶させる（ステップＳ１２）。
次に、測定対象３の測定ポイントにおける歯車の緒元データを基に、測定光Ｌａの投影方向及び撮像方向を設定する。具体的には、歯車の歯面の方向に応じて、投影方向が設定され、歯車の歯すじの方向に沿って、検出部２０の走査方向が設定される（ステップＳ１３）。
移動指令部５５は、記憶部６０から入力されて設定された情報である測定開始位置（最初の測定ポイント）と測定終了位置（最後の測定ポイント）との座標値、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）を示すデータや、予め設定された情報である測定対象範囲を示す複数の測定ポイントの座標値、及び測定ポイントの移動方向等を読み出す。移動指令部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。
【００８６】
次に、移動指令部５５は、算出した移動経路に基づいて、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５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３（移動部）とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる。これにより、移動指令部５５は、測定ヘッド１３とステージ３１との相対的な位置を移動させて光プローブ２０Ａを測定対象３の測定開始位置（最初の測定ポイント）に移動させる（ステップＳ１４）。
【００８７】
次に、間隔調整部５３は、光プローブ２０Ａを介して測定対象３の表面の形状を検出し、検出した撮像画像（光切断線ＰＣＬの撮像画像）の画像情報を位置算出部５６へ供給する。
また、座標検出部５２は、位置検出部１７より光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とを検出し、検出した情報を位置算出部５６へ供給する（ステップＳ１５）。
【００８８】
位置算出部５６は、間隔調整部５３から供給された撮像画像（光切断線ＰＣＬの撮像画像）の画像情報を、座標検出部５２から供給された光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とともに、記憶部６０に保存する（ステップＳ１６）。
次に、移動指令部５５は、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。
ステップＳ１７において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）でない（測定終了位置以外の測定ポイントである）と判定された場合（ステップＳ１７；ＮＯ）、移動指令部５５は、次の測定ポイントに光プローブ２０Ａを移動させた後停止させる。例えば、移動指令部５５は、移動経路に従って次の測定ポイントへ移動させるために、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５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる（ステップＳ２０）。そして、移動指令部５５は、ステップＳ１５に制御を戻す。
また、  ステップＳ１７において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であると判定された場合（ステップＳ１７；ＹＥＳ）、論理和画像生成部７６は、記憶部６０に記憶された全ての撮像画像から論理和画像ＬＤ１を生成し、生成した論理和画像ＬＤ１を、表示装置４５の表示画面４６上に表示する（ステップＳ１８）。
【００８９】
次に、抽出領域設定部７０により、測定対象３の３次元形状データの算出に使用する画像の抽出領域Ａｐを設定する（ステップＳ１９）。また、ステップＳ１８で設定された領域は、ステップＳ１５で取得された位置検出部１７より光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報と対応づけられて、記憶部６０に記憶される。
【００９０】
そして、設定された抽出領域Ａｐを基に、検出部２０と測定対象３の測定光Ｌａを投影する位置の相対位置情報を算出し、点群データを生成する。位置算出部５６内の点群データ生成部５６Ａは、記憶部６０から、光プローブ２０Ａにより検出された抽出領域Ａｐ内の画像情報、及び座標検出部５２により検出された光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とを読み出し、これらの読み出した情報に基づいて、抽出領域Ａｐ内の撮像画像の点群データを生成する。また、位置算出部５６は、点群データ生成部５６Ａにより生成された抽出領域Ａｐ内の点群データに基づいて、測定対象３の３次元形状データを算出する（ステップＳ２１）。
【００９１】
このようにして、ティーチング工程での３次元形状データを出力して、これでよいかどうかユーザが判定する。その結果に基づき、本測定に移ることとなる。
【００９２】
以上説明したように、本実施形態の形状測定装置１００では、撮像画像における点群データの抽出領域Ａｐを、論理和画像ＬＤ１に基づいて設定することができようにし、この設定された抽出領域Ａｐ内の点群データを基に、測定対象３の３次元形状データを算出する。このため、形状測定装置１００によれば、複数枚の撮像画像について、まとめて抽出領域Ａｐを設定することができる。したがって、形状測定装置１００によれば、複数枚の撮像画像について、１枚ずつ抽出領域Ａｐを設定する場合に比べて、抽出領域Ａｐの設定時間を低減することができる。また、形状測定装置１００によれば、抽出領域Ａｐの範囲を少なくともパターンの像が測定対象３の最も外側に位置するときの撮像画像を有する画像から設定することができる。つまり、形状測定装置１００によれば、複数枚の撮像画像のうち、測定対象３の両端の位置を撮像した撮像画像に基づいて、抽出領域Ａｐの範囲を設定することができる。ここで、測定対象３の両端における撮像画像内の異常点の位置に基づいて、測定対象３の両端以外における撮像画像内の異常点の位置を求めることができる場合がある。この場合には、形状測定装置１００によれば、測定対象３の両端における撮像画像に基づいて抽出領域Ａｐを設定すれば、複数枚の撮像画像についてまとめて抽出領域Ａｐを設定したとしても、抽出領域Ａｐの範囲内に含まれる異常点を低減することができる。したがって、形状測定装置１００によれば、複数枚の撮像画像についてまとめて抽出領域Ａｐを設定したとしても、異常点を正しく省くようにして、点群データを生成することができる。
【００９３】
［第２実施形態］
上述した第１実施形態において、抽出領域Ａｐの設定をユーザが行っている。これに対して、本実施形態においては、抽出領域設定部７０Ａがユーザの操作を介さずに抽出領域Ａｐを設定する。
【００９４】
図１２は、本発明の第２実施形態に係る形状測定装置１００Ａの構成を示すブロック図である。この図１２に示す形状測定装置１００Ａは、図４に示す第１実施形態の形状測定装置１００の構成と比較して、図４に示す抽出領域設定部７０を、図１２に示す抽出領域設定部７０Ａに置き換えた点が異なる。他の構成は、図４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。
【００９５】
抽出領域設定部７０Ａは、撮像部２２により撮像された測定対象３の光切断線ＰＣＬの撮像画像を基に、多重反射光像（ノイズＮ１）等の異常点が含まれる領域を判定し、異常点を除外した正常な領域を、抽出領域Ａｐに設定する。図１５のフローに沿って、説明する。なお、図１１と同じステップ番号Ｓ１１〜Ｓ２１までは、図１１で説明した事項と同じなので、個々での説明は省略する。新たに追加されたステップは、次の通りである。一つ目はステップＳ１４のあとに、ステップＳ１０１として、光切断線ＰＣＬの形状を推定するステップを備えた。具体的には、Ｓ１３で設定された投影方向及び撮影方向に基づき、既に入手されている設計データや標準サンプル品形状データから、各撮像画像で撮影される光切断線ＰＣＬの形状を推定する。もちろん、標準サンプル品を本測定装置で測定した際に取得された光切断線ＰＣＬの像を使って、光切断線ＰＣＬの形状を設定してもよい。ステップＳ１５とステップＳ１６を実施した後に、ステップＳ１０１で推定された光切断線ＰＣＬの形状を基に、撮像画像から最も近い形状の像を選択するステップを備えた。具体的には次のとおりである。ステップＳ１５とステップＳ１６を実施して、各撮像画像を記憶部６０に記憶してゆく。次に、各撮像画像から推定された光切断線に最も近い形状の像を選択する（ステップＳ１０３）。このときに、周知のパターンマッチング手法を用いることで達成できる。その周知のパターンマッチング手法を適用する場合には、次のような工程を行うほうがよい。まず、記憶部６０に記憶された撮像画像について、画像中に写っている像の輪郭抽出を行う。例えば、画像データを二値化して各像の明部と暗部のエッジを検出して、そのエッジを輪郭とする方法や、隣接画素間の輝度差や明度差などから、輪郭抽出を行う。一方、推定された光切断線ＰＣＬの像も同様に輪郭抽出を行う。撮像画像から取得された輪郭の位置情報と推定された像の輪郭の位置情報とを基に、最も類似性の高い像を撮像画像から抽出する。類似性については、輪郭画素位置が互いに近づくにつれて、スコアが変化するような評価手法を用いる。たとえば、このようなスコアを類似度と称する。この類似度を基に類似度がある閾値以上のものを、光切断線ＰＣＬの像と特定する。具体的には、特許文献２に開示された技術などを用いるとよい。
次に、各撮像画像に対して、特定された像だけが残り、他の像については消去された撮像画像を生成し、論理和画像生成用画像として、記憶部６０に記憶する。
次に、各撮像画像から選択された像を残し、そのたの像は消し去った論理和画像生成用画像を記憶部６０から読出し、この論理和画像生成用画像を使ってステップＳ１８で論理和画像を生成する。そして、論理和画像を構成する各画像データのうち、ステップＳ１０３で選択された推定された光切断線に最も近い形状の像が少なくとも含むように、抽出領域を設定する。
このように、抽出領域設定部７０Ａは、撮像部２２で撮影されたそれぞれ異なる測定領域における複数の撮像画像のうち、少なくとも測定光の像が最も外側に位置するときの撮像画像を有する画像から抽出領域を設定する。
【００９６】
ステップＳ１０３を詳細に説明すると、抽出領域設定部７０Ａは、例えば、論理和画像に移っている各画像オブジェクトから、ステップＳ１０３で選択された推定光切断線に最も近い形状の像を含み、一方、それ以外の像を含まないように抽出領域を設定する。特に、各撮像画像から多重反射光像（ノイズＮｐ１）であると判定できるパターンを有するものは、この多重反射光像（ノイズＮｐ１）を異常点と判定する。
そして、抽出領域設定部７０Ａは、表示画面４６において、多重反射光像（ノイズＮｐ１）を含まない領域（例えば、図１０における破線に囲まれた領域）を、点群データを生成する抽出領域Ａｐとして設定する（ステップＳ１０４）。
【００９７】
以上説明したように、第２実施形態の形状測定装置１００Ａにおいては、測定対象３の撮像画像を基に、点群データを生成する抽出領域Ａｐをユーザの操作を介さずに自動で設定することができる。
この自動抽出領域設定は、これだけに限られず、例えば、推定光切断線に最も近い形状を各撮像画像から選択したのちに、各撮像画像に共通の位置に画像中心点ＩＣを設定し、画像中心点ＩＣから予め設定された方向を正（逆方向を負）としたときに、方向毎に小さい値を持つ光切断線の像と最も大きい値を持つ光切断線の像とを選択光切断線像として選び出すことで、抽出領域を設定してもよい。
その一例を図１６に示す。図１６（ａ）は、図６の撮像画像から画像中心点ＩＣから各方向Ｌ１Ｐ１〜Ｌ３Ｐ１ごとに距離を出したときの例であり、図１６（ｂ）は、図７の撮像画像から画像中心点ＩＣから各方向Ｌ１Ｐ２〜Ｌ３Ｐ２ごとに距離を出したときの例であり、図１６（ｃ）は、図８の撮像画像から画像中心点ＩＣから各方向Ｌ１Ｐ３〜Ｌ３Ｐ３ごとに距離を出したときの例である。ここで方向Ｌ１Ｐ１、方向Ｌ２Ｐ１、方向Ｌ３Ｐ１は図６の画像における方向Ｌ１Ｐ１、方向Ｌ２Ｐ１、方向Ｌ３Ｐ１の方向での距離データを示す。また、方向Ｌ１Ｐ２、方向Ｌ２Ｐ２、方向Ｌ３Ｐ２は図７の画像における方向Ｌ１Ｐ２、方向Ｌ２Ｐ２、方向Ｌ３Ｐ２の方向での距離データを示す。また、方向Ｌ１Ｐ３、方向Ｌ２Ｐ３、方向Ｌ３Ｐ３は図８の画像における方向Ｌ１Ｐ３、方向Ｌ２Ｐ３、方向Ｌ３Ｐ３の方向での距離データを示す。
本例の場合は次のようになる。方向Ｌ１Ｐ１＜方向Ｌ１Ｐ２＜方向Ｌ１Ｐ３、方向Ｌ２Ｐ１＜方向Ｌ２Ｐ２＜方向Ｌ２Ｐ３、方向Ｌ３Ｐ１＜方向Ｌ３Ｐ２＜方向Ｌ３Ｐ３。したがって、Ｐ１ではいずれの方向でも最小値を有する。また、Ｐ３ではいずれの方向でも最大値を有する。このように各撮像画像で、方向Ｌ１〜Ｌ３ごとに最大距離と最小距離を示す撮像画像を抽出し、抽出された撮像画像である２枚の画像（本例の場合は、図１６（ａ）と図１６（ｃ）の画像）から、抽出領域を設定してもよい。なお、本例は、矢印で示した方向を正の値とし、矢印とは反対方向を負の値とする。
また、全ての撮像画像において、各矢印（又はその反対向きの矢印）の方向に推定光切断線に最も近い形状を有する像の一部が位置しないケースがある。この場合は、画像中心点ＩＣ方向を変えて、いずれの撮像画像にも対応する方向を選択することが好ましい。
【００９８】
なお、抽出領域設定部７０Ａは、撮像部２２で撮像されたそれぞれ異なる測定領域における撮像画像から論理和画像を取得する論理和画像生成部７６を備えていてもよい。この場合には、抽出領域設定部７０Ａは、論理和画像から撮像部２２が生成する撮像画像への抽出領域Ａｐを設定する。このように構成することにより、形状測定装置１００Ａは、論理和画像に基づいて、抽出領域Ａｐを設定することができるため、抽出領域Ａｐの範囲内に含まれる異常点を低減することができる。
【００９９】
また、上述の場合において、論理和画像生成部７６は、測定領域が測定対象３の測定対象範囲の端部となった位置で撮像部２２により得られた撮像画像を少なくとも１枚含めて、論理和画像を生成するように構成してもよい。ここで、測定対象範囲の端部となった位置で撮像部２２により得られた撮像画像は、測定対象範囲の端部以外の位置で撮像部２２により得られた撮像画像に比べて、撮像画像内の異常点の位置の特徴が現れやすい場合がある。よって、このような場合には、撮像画像内の異常点の位置を把握しやすくなる。したがって、このように構成することにより、撮像画像内の異常点の位置の特徴がよく現れた画像に基づいて、抽出領域Ａｐを設定することができるため、抽出領域Ａｐの範囲内に含まれる異常点を低減することができる。
【０１００】
また、上述の場合において、論理和画像生成部７６は、測定対象３の複数の測定領域のうち、少なくとも２つの測定領域を撮像が撮像した少なくとも２つの撮像画像に基づいて、当該撮像画像の論理和を示す論理和画像を生成するように構成してもよい。このように構成することにより、ここで、撮像画像が複数ある場合には、撮像画像が１枚である場合に比べて、撮像画像内の異常点の位置の特徴が把握しやすい場合がある。したがって、このように構成することにより、撮像画像内の異常点の位置の特徴を把握しやすくして抽出領域Ａｐを設定することができるため、抽出領域Ａｐの範囲内に含まれる異常点を低減することができる。
【０１０１】
また、抽出領域設定部７０（または、抽出領域設定部７０Ａ）は、測定対象３の複数の測定領域のうち、少なくとも２つの測定領域において、形状が互いに異なる少なくとも２つの抽出領域を設定するように構成してもよい。このように構成することによっても、撮像画像内の異常点の位置の特徴を把握しやすくして抽出領域Ａｐを設定することができるため、抽出領域Ａｐの範囲内に含まれる異常点を低減することができる。
【０１０２】
また、抽出領域設定部７０（または、抽出領域設定部７０Ａ）は、撮像部２２が生成した撮像画像内の抽出領域を、撮像部２２が生成した撮像画像の情報量が低減された画像である論理和画像に基づいて設定するように構成してもよい。なお、この場合における、論理和画像とは、撮像部２２が生成した撮像画像の情報量が低減された画像である。このように構成することにより、画像処理のための演算量を低減することができるため、形状測定に要する時間を低減することができる。
【０１０３】
また、抽出領域設定部７０（または、抽出領域設定部７０Ａ）は、撮像部２２で撮影されたそれぞれ異なる測定領域における複数の撮像画像の各々に対して、測定対象３の概略形状から推定されるパターンの像と類似する対象画像を抽出し、複数の撮像画像から得られた複数の対象画像に基づいて、抽出領域Ａｐを設定するように構成してもよい。このように構成することにより、撮像画像内の異常点の位置の特徴を把握しやすくして抽出領域Ａｐを設定することができるため、抽出領域Ａｐの範囲内に含まれる異常点を低減することができる。
【０１０４】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態として、上述した第１の実施形態の形状測定装置１００、第２の実施形態の形状測定装置１００Ａの、いずれかの形状測定装置を備えた構造物製造システムについて説明する。
【０１０５】
図１３は、本発明の第３実施形態に係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、例えば、上述した形状測定装置１００（または、形状測定装置１００Ａ）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（または、形状測定装置１００Ａ）は、作製された構造物（測定対象３）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（または、形状測定装置１００Ａ）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。なお、本発明は、この検査部１５２に用いられる形状測定装置により撮像画像Ｌ１〜Ｌ３から求められる抽出領域を設定することに限定されない。たとえば、成形装置１２０で製造される構造物がほぼ同じ形状の構造物を大量に作るものであれば、成形装置１２０から製造された構造物を一つ取り出し、検査部１５２は別の形状測定装置２で、検査部１５２による測定時に想定される方向からライン光を投影し、同様に検査部１５２による測定時に想定される方向から構造物に投影されたライン光の像を取得する。これを、複数の測定位置毎にライン光の像を取得して、前述のように論理和画像を生成して抽出領域を設定する。そのように設定された抽出領域を、検査部１５２に反映して、検査するようにしてもよい。
【０１１０】
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。
【０１１１】
図１４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。
【０１１２】
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（または、形状測定装置１００Ａ）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（または、形状測定装置１００Ａ）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）。
【０１１３】
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）。
【０１１４】
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。
【０１１５】
以上により、上記の実施形態における形状測定装置１００（または、形状測定装置１００Ａ）が構造物の座標（３次元形状）を、撮像画像の異常点を容易に除外して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。
【０１１６】
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しておく。
すなわち、本発明における投影部は、投影部２１が対応し、本発明における撮像部は、撮像部２２が対応する。また、本発明における抽出領域設定部は、抽出領域設定部７０、７０Ａのいずれかが対応する。
また、本発明における構造物製造システムは、構造物製造システム２００が対応し、本発明における設計装置は、設計装置１１０が対応し、本発明における成形装置は、成形装置１２０が対応し、本発明における検査装置は、制御装置１５０が対応する。
【０１１７】
なお、上記実施形態において、構造物製造システム２００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１１０と、構造物設計情報に基づいて構造物を作製する成形装置１２０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形状測定装置１００（または、形状測定装置１００Ａ）と、測定によって得られた形状情報と、構造物設計情報とを比較する検査装置（制御装置１５０）とを含む。
これにより、構造物製造システム２００は、形状測定装置１００（または、形状測定装置１００Ａ）が構造物の座標（３次元形状）を、撮像画像の異常点を容易に除外して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。
【０１１８】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、本発明の形状測定装置は必ずしも位置算出部を備えていなくてもよい。例えば、有線または無線のネットワークを介して形状測定装置と接続された別のコンピューター上に位置算出部が設けられていてもよい。
【０１１９】
なお、上記の各実施形態における制御ユニット４０及び各装置が備える制御部（以下、これらを総称して制御部ＣＯＮＴと記載する）又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部は、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、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。
【０１２０】
なお、この制御部ＣＯＮＴ又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部は、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、この制御部ＣＯＮＴ又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部はメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、制御部ＣＯＮＴ、又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
【０１２１】
また、制御部ＣＯＮＴ又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、制御部ＣＯＮＴ又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部による処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【０１２２】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
【０１２３】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【符号の説明】
【０１２４】
１…測定機本体、２…基台、３…測定対象、２０…検出部、２１…投影部、２２…撮像部、４０…制御ユニット、４１…入力装置、４２…マウス、４３…キーボード、４５…表示装置、４６…表示画面、５１…制御部、５２…座標検出部、５３…間隔調整部、５４…駆動制御部、５５…移動指令部、５６…位置算出部、５６Ａ…点群データ生成部、５７…データ出力部、６０…記憶部、６１…ＣＡＤデータ、６２…形状データ、７０，７０Ａ…抽出領域設定部、７６…論理和画像生成部、１００，１００Ａ…形状測定装置、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、１５２…検査部、２００…構造物製造システム
【図１】
0006044705.tif 000002
【図２】
0006044705.tif 000003
【図３】
0006044705.tif 000004
【図４】
0006044705.tif 000005
【図５】
0006044705.tif 000006
【図６】
0006044705.tif 000007
【図７】
0006044705.tif 000008
【図８】
0006044705.tif 000009
【図９】
0006044705.tif 000010
【図１０】
0006044705.tif 000011
【図１１】
0006044705.tif 000012
【図１２】
0006044705.tif 000013
【図１３】
0006044705.tif 000014
【図１４】
0006044705.tif 000015
【図１５】
0006044705.tif 000016
【図１６】
0006044705.tif 000017