(57)【要約】【課題】３次元形状測定装置において、対象物の表面に設けられた孔部に放射するレーザ光の光量を制御して、対象物の表面に設けられた孔部の周縁部の形状を精度良く測定することを可能にする。【解決手段】３次元形状測定装置は、対象物ＯＢの形状を測定する際、対象物ＯＢからの反射光の光量が所定の光量となるように、同反射光量に基づいて第１光量制御信号を生成してレーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量を制御するとともに、同第１光量制御信号を所定のサンプリング周期でメモリ４０ａに記憶させる。そして、対象物ＯＢの表面に設けられた孔部にレーザ光を放射する場合には、メモリ４０ａに記憶されている第１光量制御信号の各値の平均値を第２光量制御信号として計算し、この第２光量制御信号が表す光量によってレーザ光源１１からレーザ光を放射させる。【選択図】  図１
2006177843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に向けてレーザ光を放射して同対象物の表面に光スポットを形成するレーザ光放射器を備え、前記対象物の表面からの反射光を用いて同対象物の表面の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、
前記対象物からの反射光の光量を検出する光量検出器と、
前記光量検出器によって検出された反射光の光量に基づいて前記対象物からの反射光の光量が所定の光量となるように、前記レーザ光放射器から放射されるレーザ光の放射光量をフィードバック制御する光量制御手段と、
前記光量検出器によって検出された反射光の光量に基づいて、同反射光の光量が所定値より小さくなったことを判定する光量判定手段と、
前記光量判定手段によって前記反射光の光量が所定値より小さくなったことが判定されたとき、前記光量制御手段によるフィードバック制御に代えて、前記フィードバック制御時における前記レーザ光放射器から放射されていたレーザ光の放射光量に略一致するように前記レーザ光放射器から放射されるレーザ光の放射光量を一定に制御する切替制御手段とを設けたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元形状測定装置において、
前記光量制御手段は、前記光量検出器によって検出された反射光の光量に基づいて前記対象物からの反射光の光量が所定の光量となるように、前記レーザ光放射器から放射されるレーザ光の放射光量を制御するための第１光量制御信号であって、前記放射光量を表す第１光量制御信号を生成する第１光量制御信号生成手段を有し、同生成した第１光量制御信号に応じて前記レーザ光放射器を駆動制御するものであり、
前記光量判定手段は、前記生成された第１光量制御信号を用いて、前記光量検出器によって検出された反射光の光量が所定値より小さくなったことを判定する３次元形状測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の３次元形状測定装置において、
前記光量判定手段は、前記光量検出器によって検出された反射光の光量を入力して、同入力した反射光の光量が所定値より小さくなったことを判定する３次元形状測定装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の３次元形状測定装置において、
前記光量判定手段は、前記対象物の表面に設けられた孔部を検出するものである３次元形状測定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の３次元形状測定装置において、
前記光量制御手段は、前記光量検出器によって検出された反射光の光量に基づいて前記対象物からの反射光の光量が所定の光量となるように、前記レーザ光放射器から放射されるレーザ光の放射光量を制御するための第１光量制御信号であって、前記放射光量を表す第１光量制御信号を生成する第１光量制御信号生成手段を有し、同生成した第１光量制御信号に応じて前記レーザ光放射器を駆動制御するものであり、
前記切替制御手段を、
前記光量判定手段によって前記反射光の光量が前記所定値より小さいことが判定されないときに前記第１光量制御信号を入力して、同第１光量制御信号の平均値、中央値または高頻度値を第２光量制御信号として生成する第２光量制御信号生成回路と、
前記光量判定手段によって前記反射光の光量が前記所定値より小さいことが判定されたとき、前記第１光量制御信号に代えて前記第２光量制御信号を前記レーザ光放射器に出力する切替手段とで構成した３次元形状測定装置。
【請求項６】
請求項１に記載の３次元形状測定装置において、
前記切替制御手段は、前記反射光の光量が前記所定の光量に略一致するように制御するための制御値を予め記憶しており、同制御値を用いて前記レーザ光放射器から放射されるレーザ光の放射光量を一定に制御するようにした３次元形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光放射器から対象物に向けてレーザ光を放射して同対象物の表面に光スポットを形成するとともに、同対象物の表面からの反射光を用いて同対象物の表面の３次元形状を測定する３次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の装置は、異なる対象物の表面の反射率の違い、同一の対象物であっても位置の違いなどによる反射率の違いにより、反射光の光量が変化して測定精度が悪くなることを防止するために、対象物からの反射光の光量が所定の光量となるようにレーザ光放射器から放射されるレーザ光の光量を制御していた。例えば、下記特許文献１に示されている３次元形状測定装置においては、対象物からの反射光の光量を受光器によって検出し、同検出された反射光の光量が所定の光量となるように、同検出された反射光の光量に基づいてレーザ光放射器から放射されるレーザ光の光量をフィードバック制御していた。すなわち、受光器によって検出された反射光の光量が所定の光量より小さい場合には、レーザ光放射器から放射されるレーザ光の光量を増加するように制御し、受光器によって検出された反射光の光量が所定の光量より大きい場合には、レーザ光放射器から放射されるレーザ光の光量を減少するように制御していた。
【特許文献１】特開平１１−３８５１１号公報
【０００３】
しかしながら、このようなフィードバック制御においては、対象物の表面に設けられた貫通孔および深さの深い孔部を測定する際、これらの孔部からの反射光が極めて小さくなるため、レーザ光放射器から放射されるレーザ光の光量は略最大に制御される。例えば、図３に示されるように、対象物の表面上を図示左側から図示右側に向けて走査されるレーザ光の光スポットが、対象物の表面に設けられた孔部の一方の周縁部Ａを通過した場合、図５（Ａ）に示すように、対象物からの反射光の光量は極めて小さくなる。この場合、対象物からの反射光の光量を所定の光量とするため、図５（Ｂ）に示すように、前記フィードバック制御によりレーザ光放射器から放射されるレーザ光の光量は略最大となる。
【０００４】
そして、レーザ光放射器から放射されるレーザ光の光量が略最大の状態で光スポットが、同孔部の他方の周縁部Ｂを通過した場合、対象物から突然、極めて大きな光量の反射光が生じる。この場合、前記フィードバック制御は、この極めて大きな反射光の光量に基づいて行われるため、レーザ光放射器から放射されるレーザ光の光量が安定せずハンチングが生じる（図５（Ｂ）参照）。この結果、対象物からの反射光の光量も安定せず（図５（Ａ）参照）、同孔部の周縁部の形状が精度良く測定できないという問題があった。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は前記問題に対処するためなされたもので、その目的は、対象物の表面に設けられた孔部に放射するレーザ光の光量を制御して、対象物の表面に設けられた孔部の周縁部の形状を精度良く測定することができる３次元形状測定装置を提供することにある。
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の特徴は、対象物に向けてレーザ光を放射して同対象物の表面に光スポットを形成するレーザ光放射器を備え、対象物の表面からの反射光を用いて同対象物の表面の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、対象物からの反射光の光量を検出する光量検出器と、光量検出器によって検出された反射光の光量に基づいて対象物からの反射光の光量が所定の光量となるように、レーザ光放射器から放射されるレーザ光の放射光量をフィードバック制御する光量制御手段と、光量検出器によって検出された反射光の光量に基づいて、同反射光の光量が所定値より小さくなったことを判定する光量判定手段と、光量判定手段によって前記反射光の光量が所定値より小さくなったことが判定されたとき、光量制御手段によるフィードバック制御に代えて、前記フィードバック制御時におけるレーザ光放射器から放射されていたレーザ光の放射光量に略一致するようにレーザ光放射器から放射されるレーザ光の放射光量を一定に制御する切替制御手段とを設けたことにある。
【０００７】
この場合、例えば、前記光量制御手段は、光量検出器によって検出された反射光の光量に基づいて対象物からの反射光の光量が所定の光量となるように、レーザ光放射器から放射されるレーザ光の放射光量を制御するための第１光量制御信号であって、前記放射光量を表す第１光量制御信号を生成する第１光量制御信号生成手段を有し、同生成した第１光量制御信号に応じてレーザ光放射器を駆動制御するものであり、前記光量判定手段は、前記生成された第１光量制御信号を用いて、光量検出器によって検出された反射光の光量が所定値より小さくなったことを判定するようにするとよい。また、前記光量判定手段は、例えば、光量検出器によって検出された反射光の光量を入力して、同入力した反射光の光量が所定値より小さくなったことを判定するようにしてもよい。すなわち、前記光量判定手段は、対象物の表面に設けられた孔部を検出する機能を有しているものであればよい。
【０００８】
このように構成にした本発明によれば、対象物からの反射光の光量が所定の光量となるように、同反射光の光量に基づいて対象物の表面に放射されるレーザ光の光量をフィードバック制御する。そして、対象物からの反射光の光量が所定値より小さい場合には、前記フィードバック制御に代えて、前記フィードバック制御時における前記レーザ光放射器から放射されていたレーザ光の放射光量に略一致するような一定の光量でレーザ光を放射させるようにした。このため、レーザ光の光スポットが、対象物からの反射光の光量が所定値より小さい部分、例えば、貫通孔、深い孔などの孔部を通過している最中もレーザ光の放射光量は、極めて大きな光量とならず、レーザ光の光スポットが前記孔部を通過して対象物の表面に位置した場合、同表面からの反射光は、前記所定の光量となる。これにより、前記光量のフィードバック制御が円滑に再開されるようになり、対象物からの反射光がハンチングせず安定する。この結果、前記対象物からの反射光の光量が所定値よい小さい部分の周縁部、例えば、前記孔部の周縁部の形状を良好に測定することができる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、例えば、前記光量制御手段が、光量検出器によって検出された反射光の光量に基づいて対象物からの反射光の光量が所定の光量となるように、レーザ光放射器から放射されるレーザ光の放射光量を制御するための第１光量制御信号であって、前記放射光量を表す第１光量制御信号を生成する第１光量制御信号生成手段を有し、同生成した第１光量制御信号に応じてレーザ光放射器を駆動制御するものであり、前記切替制御手段を、光量判定手段によって前記反射光の光量が前記所定値より小さいことが判定されないときに第１光量制御信号を入力して、同第１光量制御信号の平均値または中央値を第２光量制御信号として生成する第２光量制御信号生成回路と、光量判定手段によって前記反射光の光量が前記所定値より小さいことが判定されたとき、第１光量制御信号に代えて第２光量制御信号をレーザ光放射器に出力する切替手段とで構成したことにある。
【００１０】
このように構成した本発明の他の特徴によれば、対象物からの反射光の光量が所定値より小さいと判定されたとき、第１光量制御信号に代えて第２光量制御信号によりレーザ光放射器から放射されるレーザ光の光量を制御するようにしている。第２光量制御信号は、前記反射光の光量が前記所定値より小さいことが判定されないときの第１光量制御信号の代表値であり、例えば同第１光量制御信号の平均値、中央値または高頻度値などの第１光量制御信号に略等しい値である。なお、高頻度値とは、発生頻度の最も高い値の近傍の値を示す。すなわち、対象物における前記反射光の光量が所定値より小さい部分に、同部分以外の部分に放射されたレーザ光の光量に略等しい光量のレーザ光を放射するようにしている。このため、レーザ光の光スポットが、対象物の前記反射光の光量が所定値より小さい部分を通過して、同対象物の反射光の光量が所定値より小さい部分以外の部分に位置した場合、同位置からの反射光の光量は、前記対象物の前記反射光の光量が所定値より小さい部分より前の部分からの反射光の光量に略等しくなる。これにより、前記光量のフィードバック制御がより円滑に再開されるようになり、対象物からの反射光がハンチングせずより安定する。この結果、前記対象物からの反射光の光量が所定値より小さい部分の周縁部の形状をより良好に測定することができる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、前記切替制御手段は、例えば、前記反射光の光量が前記所定の光量に略一致するように制御するための制御値を予め記憶しており、同制御値を用いてレーザ光放射器から放射されるレーザ光の放射光量を一定に制御するようにしたことにある。これによれば、切替制御手段は予め設定される制御値に基づいてレーザ光放射器から放射されるレーザ光の放射光量を一定に制御できるため、切替制御手段の構成を簡単にすることができる。この結果、３次元形状測定装置の構成を簡単にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る３次元形状測定装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、測定の対象となる対象物ＯＢにレーザ光を照射して、同対象物からの反射光に基づいて同対象物の３次元表面形状を測定する３次元形状測定装置の全体概略図である。
【００１３】
この３次元形状測定装置は、レーザ光源１１およびコリメートレンズ１２などからなるレーザ光放射器１０を備えている。レーザ光源１１は、半導体レーザなどで構成されており、レーザ光をコリメートレンズ１２に向けて放射する。コリメートレンズ１２は、対象物ＯＢの表面に小さな光スポットを形成するために、レーザ光源１１から放射されたレーザ光を平行光にする。このレーザ光放射器１０には、レーザ駆動回路１３が接続されており、このレーザ駆動回路１３によりレーザ光源１１の作動が制御される。
【００１４】
コリメートレンズ１２によって平行光にされたレーザ光の進路には、対象物ＯＢの表面に形成される光スポットの位置を変更して対象物ＯＢの表面を同光スポットで走査するための走査用光学系１４が設けられている。走査用光学系１４は、レーザ光を反射する複数のミラー、複数のミラーのうちのいずれかを回動させる電動モータ、同電動モータの回転角を検出する回転角センサなどを備えている。そして、回転角センサによる検出信号は後述するコントローラ６０に供給され、電動モータが前記検出信号を用いてコントローラ６０によって回転制御されて、ミラーの回動によりレーザ光の反射方向が変更されて、光スポットが対象物ＯＢの表面を２次元的（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に走査するようになっている。
【００１５】
また、この３次元形状測定装置は、結像レンズ２１及びラインセンサ２２も備えている。結像レンズ２１は、対象物ＯＢからの反射光をラインセンサ２２上に結像する。ラインセンサ２２は、ＣＣＤなどの複数の受光素子を一列に配置して長尺状に構成されており、レーザ光源１１から走査用光学系１４を介した対象物ＯＢの光スポットまでの距離を、複数の受光素子のうちで対象物ＯＢからの反射光を受光した受光素子の位置により検出するものである。具体的には、前記距離が長い場合には、ラインセンサ２２の図示上部に位置する受光素子が反射光を受光する。また、前記距離が短い場合には、ラインセンサ２２の図示下部に位置する受光素子が反射光を受光する。
【００１６】
このラインセンサ２２は、結像レンズ２１の光軸に対して所定の角度で傾斜して配置されており、同ラインセンサ２２に受光される反射光の一部が所定の方向に反射するようになっている。また、ラインセンサ２２には、センサ信号取出し回路２３が接続されている。センサ信号取出し回路２３は、ラインセンサ２２の各受光素子から反射光の受光量を表す信号を順次取出してコントローラ６０に供給する。ラインセンサ２２にて反射する対象物ＯＢからの反射光の光軸上には、フォトディテクタ３１が設けられている。
【００１７】
フォトディテクタ３１は、ラインセンサ２２から反射される反射光を受光して同受光した光量に対応する受光信号に変換する光量検出器である。フォトディテクタ３１は、長尺の直方体状に形成した基板上に、長尺状の方形に形成されてフォトダイオード、フォトトランジスタ、フォト抵抗などのいずれかからなる光学センサ素子（図示せず）を固着させたものである。この光学センサ素子は、ラインセンサ２２の受光面に対向して、同ラインセンサ２２を構成する全ての受光素子からの反射光を受光できるように構成され、前記長尺方向はラインセンサ２２を構成する複数の受光素子の配列方向に対応している。
【００１８】
フォトディテクタ３１には、増幅回路３２を介してレーザ光量補正回路３３が接続されている。増幅回路３２は、フォトディテクタ３１から出力される受光信号を増幅してレーザ光量補正回路３３に出力する。レーザ光量補正回路３３は、フォトディテクタ３１によって検出されたラインセンサ２２による反射光の光量に応じた第１光量制御信号をマイクロプロセッサユニット４０および、後述するセレクタ５０を介してレーザ駆動回路１３に出力する。この第１光量制御信号は、対象物ＯＢからの反射光の光量が所定の光量となるようにレーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量をフィードバック制御するための制御信号である。また、所定の光量とは、ラインセンサ２２によって前記反射光が良好に受光されるために必要な光量である。
【００１９】
具体的には、レーザ光量補正回路３３は、予め設定される所定の基準反射光量とフォトディテクタ３１により検出された前記反射光の光量との光量差を計算し、レーザ光源１１から放射される現在の放射光量を制御している第１光量制御信号に前記計算した光量差を加算することにより、第１光量制御信号を前記光量差に応じて補正して新たな第１光量制御信号を生成し出力する。ここで基準反射光量とは、前記したラインセンサ２２によって前記反射光が良好に受光されるために必要な光量である。すなわち、第１光量制御信号は、前記反射光の受光量が所定の基準反射光量よりも小さければ、レーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量をその光量差に応じて増加させた信号となり、前記反射光の受光量が所定の基準反射光量よりも大きければ、レーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量をその光量差に応じて減少させた信号となる。
【００２０】
マイクロプロセッサユニット４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなり、コントローラ６０からの指示に従って図２のプログラムを実行してレーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量を表す第２光量制御信号を生成してセレクタ５０を介してレーザ駆動回路１３に出力するとともに、同セレクタ５０の切替制御をする。この第２光量制御信号は、レーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量のフィードバック制御時における前記レーザ光放射器から放射されていたレーザ光の放射光量、すなわち、第１光量制御信号によって表される放射光量に略一致する一定の光量を表す制御信号である。このマイクロプロセッサユニット４０に内蔵されているＲＡＭには、第１光量制御信号を一時的に記憶するための領域が用意されており、以降この記憶領域をメモリ４０ａという。
【００２１】
セレクタ５０は、マイクロプロセッサユニット４０に制御されてレーザ光量補正回路３３から出力される第１光量制御信号とマイクロプロセッサユニット４０から出力される第２光量制御信号とを切り替えて選択的にレーザ駆動回路１３に出力する。
【００２２】
コントローラ６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなり、作業者からの指示に従って、図示しないプログラムを実行することによりセンサ信号取出し回路３３からの出力信号を入力してレーザ光源１１から対象物ＯＢの表面までの距離を測定するとともに同距離に基づいて対象物ＯＢの表面の３次元形状を測定する。これらの距離及び３次元形状の測定演算は、ラインセンサ２２にて反射光を受光した受光素子の位置、すなわちラインセンサ２２における反射光の受光位置に基づいて、３角測量法の原理を用いて行われる。
【００２３】
この場合、コントローラ６０は、前述したように、マイクロプロセッサユニット４０の作動を制御するとともに、走査用光学系１４の回転角センサによる検出信号を入力して電動モータを回転させることによりミラーを回動させて、対象物ＯＢの表面を光スポットで２次元的（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に走査する。また、コントローラ６０は、レーザ光量補正回路３３の作動を制御するとともに、自動的または手動操作によりレーザ光量補正回路３３に基準反射光量およびレーザ光の照射開始時の光量を設定する。
【００２４】
上記のように構成した本実施形態の作動について説明する。まず、作業者は、３次元形状測定装置の所定の位置に対象物ＯＢをセットするとともに、同対象物ＯＢの表面形状の測定をコントローラ６０に指示する。この指示に応答してコントローラ６０は、図示しないプログラムを実行して対象物ＯＢの表面形状の測定を開始する。なお、レーザ光量補正回路３３には、予め作業者により基準反射光量およびレーザ光の照射開始時の光量が設定されている。
【００２５】
さらに、コントローラ６０は、マイクロプロセッサユニット４０を介してセレクタ５０を切替制御して、レーザ光量補正回路３３をレーザ駆動回路１３に接続させるとともに、図２に示す制御信号切替プログラムの実行をマイクロプロセッサユニット４０に指示する。また、レーザ光量補正回路３３を作動させて、設定されている基準放射光量を第１光量制御信号としてレーザ駆動回路１３に出力させる。これにより、レーザ光源１１は、レーザ駆動回路１３により駆動されて、第１光量制御信号に対応した光量のレーザ光をコリメートレンズ１２に向けて放射する。コリメートレンズ１２は、レーザ光源１１からのレーザ光を平行光にして走査用光学系１４との協働により対象物ＯＢの表面の所定位置に小さな光スポットを形成する。
【００２６】
この対象物ＯＢの表面上の光スポットの形成により、同表面からレーザ光が反射され、この反射光は結像レンズ２１によってラインセンサ２２上に結像される。この結像は、ラインセンサ２２を構成する複数の受光素子のうちの一つ若しくは少数の受光素子であって、レーザ光源１１から光スポットまでの距離に対応した受光素子に対してなされる。そして、センサ信号取出し回路２３によって、前記結像すなわち反射光を受光した受光素子を表す信号がコントローラ６０に供給される。コントローラ６０は、前記供給された信号に基づいて、レーザ光源１１から対象物ＯＢの表面の光スポットまでの距離を３角測量法の原理を用いて計算する。
【００２７】
一方、コントローラ６０は、走査用光学系１４に指示して走査用光学系１４内の電動モータを回転させることにより、同走査用光学系１４内の一部のミラーを回動させて、前記光スポットを対象物ＯＢの表面上で２次元的（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に移動させて、同対象物ＯＢの表面を順次走査する。そして、コントローラ６０は、走査用光学系１４内の回転角センサによる検出信号を入力して、この検出信号を用いてレーザ光の照射方向（すなわち、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の位置）を計算するとともに、各照射方向毎に、前述のようにして、レーザ光源１１から対象物ＯＢの表面の光スポットまでの各距離を順次計算する。したがって、対象物ＯＢの表面の前記走査完了後には、同対象物ＯＢの表面を２次元的に細かく分割した各分割位置毎に、レーザ光源１１から対象物ＯＢの前記各分割位置までの各距離が全て測定される。そして、最後に、コントローラ６０は、これらの各分割位置の各測定距離を用いて、画像処理によって対象物ＯＢの表面の３次元画像を生成する。
【００２８】
このような各分割位置の距離の測定中、ラインセンサ２２は、対象物ＯＢの表面からの反射光を受光するとともに、同反射光の一部を反射する。この反射光はフォトディテクタ３１によって受光され、同フォトディテクタ３１は受光した反射光の光量を表す受光信号を増幅回路３２を介してレーザ光量補正回路３３に出力する。レーザ光量補正回路３３は、前記反射光の光量と基準反射光量との光量差を用いて第１光量制御信号を補正してマイクロプロセッサユニット４０および、セレクタ５０を介してレーザ駆動回路１３に出力する。レーザ駆動回路１３は、同第１光量制御信号によって表される光量にてレーザ光源１１からレーザ光を放射させる。これにより、ラインセンサ２２によって受光される反射光の光量が基準光量となるように、レーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量がフィードバック制御される。
【００２９】
一方、同各分割位置の距離の測定中、マイクロプロセッサユニット４０は、コントローラ６０からの指示に応答して、図２に示す制御信号切替プログラムを実行する。この制御信号切替プログラムの各ステップの処理を、図３および図４も適宜参照しながら説明する。図３は、対象物ＯＢの表面に設けられた孔部の周辺部を光スポットが走査される様子を示している。図４（Ａ）は、前記孔部の図示左側から右側に向けて周縁部Ａ，Ｂを通過して光スポットを走査した場合の対象物ＯＢからの反射光の光量の変化を示しており、図４（Ｂ）は、同場合のレーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量変化を示している。
【００３０】
まず、マイクロプロセッサユニット４０は、制御信号切替プログラムの実行をステップＳ１０にて開始するとともに、ステップＳ１２にて、レーザ光量補正回路３３から連続的に出力される第１光量制御信号の各値の記憶の開始をメモリ４０ａに指令する。これにより、メモリ４０ａには、第１光量制御信号の値が所定のサンプリング周期で記憶される。この場合、メモリ４０ａの記憶領域は限られているため、記憶内容は順次更新されながら記憶される。次に、マイクロプロセッサユニット４０は、ステップＳ１４にて、コントローラ６０からの停止命令の有無を判定する。この判定において、コントローラ６０から停止指令が入力されない限り、「Ｎｏ」と判定され続け、この制御信号切替プログラムの実行が続けられる。
【００３１】
次に、マイクロプロセッサユニット４０は、ステップＳ１６にて、対象物ＯＢの表面上を走査している光スポットが、同表面上に設けられた孔部に位置したか否かを判定する。具体的には、前記ステップＳ１２にて記憶した第１光量制御信号のうち、直近に記憶した第１光量制御信号の値が放射光量上限値よりも大きいか否かを判定する。ここで、放射光量上限値は、対象物ＯＢの表面に設けられた孔部を検出するための値である。すなわち、対象物ＯＢの表面に設けられた貫通孔および極めて深い孔部にレーザ光が照射された場合、図４（Ａ）に示すように、これらの孔部からの反射光の光量は極めて小さくなる。この場合、レーザ光量補正回路３３によって生成される第１光量制御信号は、略最大の光量を表す信号となる。したがって、この略最大の光量より僅かに小さい値を放射光量上限値として設定すれば、レーザ光源１１から放射されるレーザ光の光スポットが同孔部（図３のＡ−Ｂ間）に位置したか否かを判定することができる。換言すれば、この放射光量上限値は、対象物ＯＢからの反射光がラインセンサ２２によって検出できないほど小さい光量となったか否かを判定するための閾値である。この放射光量上限値は、予め実験などにより求められて制御信号切替プログラムに設定されている。なお、この放射光量上限値を、マイクロプロセッサユニット４０に予め設定しておいてもよい。
【００３２】
このステップＳ１６による判定において、第１光量制御信号の値が放射光量上限値よりも小さい場合には、「Ｎｏ」と判定され続けステップＳ１４，Ｓ１６の処理が繰り返し実行される。この場合、光スポットは、対象物ＯＢの表面の孔部以外の位置（図３のＡ−Ｂ間以外の位置）を走査していることになる。一方、同判定において、第１光量制御信号の値が放射光量上限値より大きい場合には、「Ｙｅｓ」と判定されステップＳ１８に進む。これは、対象物ＯＢの表面上を走査される光スポットが孔部上に位置（図３のＡを越えた位置）したことを意味する。次に、マイクロプロセッサユニット４０は、ステップＳ１８にて、レーザ光量補正回路３３から連続的に出力される第１光量制御信号の各値の記憶を停止させる。これにより、メモリ４０ａには、光スポットが同孔部の周縁部Ａよりも前の部分に放射されたレーザ光の光量を表す第１光量制御信号の集合が記憶されたことになる。
【００３３】
そして、ステップＳ２０にて、メモリ４０ａ内に記憶されている第１光量制御信号を用いて第２光量制御信号を生成する。具体的には、メモリ４０ａ内に記憶された第１光量制御信号のサンプリングされた各値の中で、直近に記憶された値から所定の数の値を除いた各値の平均値を計算し、同計算値を第２光量指令値とする。すなわち、この第２光量制御信号は、光スポットが孔部の周縁部Ａよりも前の対象物の表面上を走査したときのレーザ光源１１から放射されたレーザ光の光量の平均値を表している。この場合、最後に記憶された第１光量制御信号から所定の数の第１光量制御信号を除くのは、これらの値は、対象物ＯＢの表面に設けられた孔部の周縁部Ａにおける放射光量であり、放射光量上限値付近の第１光量制御信号の値を除外して、第２光量制御信号の精度を向上させるためである。なお、この第２光量制御信号の値は、メモリ４０ａに記憶されている第１光量制御信号のサンプリングされた各値の中央値または高頻度値であってもよい。中央値とは、最大値と最小値とを加算して「２」で除した値、または各値を大きい順に並べたとき中央に存在する値であり、高頻度値とは、分布関数を用いて発生頻度を調べて、発生頻度の最も高い値またはその近傍の値である。
【００３４】
次に、マイクロプロセッサユニット４０は、ステップＳ２２にて、前記ステップＳ２０にて生成した第２光量制御信号をセレクタ５０に出力するとともに、ステップＳ２４にて、セレクタ５０を切替制御する。したがって、セレクタ５０は、レーザ駆動回路１３とレーザ光量補正回路３３とを切断するとともに、レーザ駆動回路１３とマイクロプロセッサユニット４０とを接続する。これにより、レーザ駆動回路１３は、第２光量制御信号に基づいてレーザ光源１１の作動を制御する。この結果、図４（Ｂ）に示すように、レーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量は、瞬間的に放射光量上限値に達した後、
第１光量制御信号によるフィードバック制御が中止され、第２光量制御信号による一定の光量に制御される。
【００３５】
次に、マイクロプロセッサユニット４０は、ステップＳ２６にて、コントローラ６０からの停止命令の有無を判定する。この判定においては、コントローラ６０から停止指令が入力されない限り、「Ｎｏ」と判定され続け、この制御信号切替プログラムの実行が続けられる。次に、マイクロプロセッサユニット４０は、ステップＳ２８にて、孔部上を走査されている光スポットが同孔部を通過したか否かを判定する。具体的には、レーザ光量補正回路３３から出力されている第１光量制御信号の値が放射光量上限値よりも小さいか否かを判定する。この判定において、第１光量制御信号の値が放射光量上限値よりも大きい場合には、「Ｎｏ」と判定され続けステップＳ２６，Ｓ２８の処理を繰り返し実行する。この場合、光スポットは、第２光量制御信号による一定の光量によって対象物ＯＢの表面の孔部上（図３のＡ−Ｂ間の位置）を走査していることになる。
【００３６】
一方、同判定において、第１光量制御信号の値が放射光量上限値よりも小さい場合には、「Ｙｅｓ」と判定されステップＳ３０に進む。すなわち、対象物ＯＢの表面上を走査される光スポットが孔部以外の位置（図３のＢを越えた位置）にあることを意味する。この場合、対象物ＯＢの表面は、光スポットが孔部を走査する前の放射光量の平均値である第２光量制御信号によって照射されているため、同表面からの反射光は、図４（Ａ）に示すように、同孔部を走査する前の反射光量と略等しい光量の反射光となる。
【００３７】
次に、マイクロプロセッサユニット４０は、ステップＳ３０にて、セレクタ５０を切替制御する。したがって、セレクタ５０は、レーザ駆動回路１３とマイクロプロセッサユニット４０とを切断するとともに、レーザ駆動回路１３とレーザ光量補正回路３３とを接続する。これにより、レーザ駆動回路１３は、第１光量制御信号に基づいてレーザ光源１１の作動を制御する。すなわち、レーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量は、再びフィードバック制御されることになる。この場合、対象物ＯＢからの反射光の光量は、前記したように孔部を走査する前の反射光量と略等しい光量であるため（図４（Ａ）参照）、この光量に基づいて生成される第１光量制御信号は、同孔部を走査する前の第１光量制御信号と略等しい光量の信号である（図４（Ｂ）参照）。
【００３８】
次に、マイクロプロセッサユニット４０は、ステップＳ３２にて、第２光量制御信号の出力を停止してステップＳ１２に戻る。そして、このような、ステップＳ１２からＳ３２までの処理を繰り返し実行している過程において、コントローラ６０から停止指令が出力された場合には、ステップＳ１４またはステップＳ２６の判定にて、「Ｙｅｓ」と判定されて、ステップＳ３４にて、制御信号切替プログラムの実行を終了する。このコントローラ６０から停止指令が出力される場合とは、作業者の手動操作により出力される場合と、対象物ＯＢの測定が終了した場合に自動的に出力される場合とがある。
【００３９】
上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、対象物ＯＢの表面に設けられた孔部以外の部分にレーザ光を放射する場合には、対象物ＯＢの表面からの反射光の光量に基づいて放射されるレーザ光の光量をフィードバック制御し、対象物ＯＢの表面に設けられた孔部にレーザ光を放射する場合には、孔部を走査する前の光量と略等しい光量のレーザ光を放射するようにした。このため、レーザ光の光スポットが孔部を走査した後、同孔部の周縁部上に位置したとき、同対象物ＯＢからの反射光は、同孔部を走査する前の反射光量と略等しい光量となる。これにより、前記光量のフィードバック制御が円滑に再開されるようになり、対象物ＯＢからの反射光がハンチングせず安定する。この結果、同孔部周縁部の形状を良好に測定することができる。
【００４０】
また、レーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量のフィードバック制御と、対象物ＯＢの表面上を走査される光スポットが、同表面上に設けられた孔部に位置しているか否かの判定に、レーザ光量補正回路３３から出力される第１光量制御信号を用いているため、各々に用いる信号をそれぞれ生成する必要がなく３次元形状測定装置を簡単に構成することができる。
【００４１】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４２】
上記実施形態においては、レーザ光源１１から放射されるレーザ光の光量を表す第１光量制御信号の値によって対象物ＯＢの表面上に設けられた孔部を検出するようにしたが、対象物ＯＢからの反射光の光量を表す値であれば、これに限定されるものではない。例えば、対象物ＯＢからの反射光の光量自体によって孔部を検出するようにしてもよい。
【００４３】
具体的には、上記実施形態におけるフォトディテクタ３１によって検出された反射光の光量を表す受光信号を増幅回路３２を介してマイクロプロセッサユニット４０に入力するように構成する。そして、図２に示す制御信号切替プログラムにおけるステップＳ１６にて、同入力した受光信号の値が所定の光量より小さくなった場合に、対象物ＯＢの表面上を走査されている光スポットが、同表面上に設けられた孔部に位置したと判定する。また、ステップＳ２８にて、同入力した受光信号の値が所定の光量より大きくなった場合に、対象物ＯＢの表面上を走査されている光スポットが、同表面上に設けられた孔部以外の位置に位置したと判定するようにする。
【００４４】
また、この対象物ＯＢからの反射光の光量自体のほかに、対象物ＯＢからの反射光の光量と基準反射光量との光量差よって孔部を検出するようにしてもよい。この場合、レーザ光量補正回路３３で算出される前記光量差をマイクロプロセッサユニット４０に入力するように構成する。そして、図２に示す制御信号切替プログラムにおけるステップＳ１６にて、同入力した光量差が所定の光量差より大きくなった場合に、対象物ＯＢの表面上を走査されている光スポットが、同表面上に設けられた孔部に位置したと判定する。また、ステップＳ２８にて、同入力した光量差が所定の光量差より小さくなった場合に、対象物ＯＢの表面上を走査されている光スポットが、同表面上に設けられた孔部以外の位置に位置したと判定するようにする。これらによっても、上記実施形態と同様の効果を期待できる。
【００４５】
また、上記実施形態においては、第２光量制御信号をメモリ４０ａ内に記憶した第１光量制御信号のサンプリングされた各値から算出したが、対象物ＯＢの表面に設けられた孔部以外の部分に放射されるレーザ光の光量を表す値であれば、これに限定されるものではない。例えば、メモリ４０ａ内に記憶されている第１光量制御信号のサンプリングされた各値の中から１つの値を選択して第２光量制御信号としてもよい。また、対象物ＯＢの表面の反射率に応じて孔部に放射するレーザ光の光量を予め定めて第２光量制御信号として設定しておいてもよい。この場合、第２光量制御信号を生成する処理が省略できるため、第１光量制御信号から第２光量制御信号に早期に切り替えることができる。また、第２光量制御信号を生成する構成が不要となるため、３次元形状測定装置の構成を簡単にすることができる。
【００４６】
また、上記実施形態においては、セレクタ５０を切替制御することにより第１光量制御信号と第２光量制御信号とを切り替えるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、セレクタ５０を省略するとともに、マイクロプロセッサユニット４０とレーザ駆動回路１３とを接続して構成する。そして、マイクロプロセッサユニット４０によるプログラム処理によって、レーザ光量補正回路３３によって生成された第１光量制御信号とマイクロプロセッサユニット４０によって生成された第２光量制御信号とを選択的にレーザ駆動回路１３に出力するようにしてもよい。
【００４７】
さらに、フォトディテクタ３１によって検出された反射光の光量を表す受光信号を増幅回路３２を介してマイクロプロセッサユニット４０に入力するように構成する。そして、マイクロプロセッサユニット４０のプログラム処理によって、同受光信号に基づいて第１光量制御信号および第２光量制御信号を生成するようにしてもよい。これらによれば、３次元形状測定装置の構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係る３次元形状測定装置の全体を示す概略図である。
【図２】図１の３次元形状測定装置によって実行される制御信号切替プログラムのフローチャートである。
【図３】対象物に設けられた孔部にレーザ光の光スポットを走査する状態を示す説明図である。
【図４】（Ａ）は、対象部の孔部からの反射光の光量を示すタイムチャートであり、（Ｂ）は、対象物の孔部にレーザ光を放射する場合の放射光量を示すタイムチャートである。
【図５】（Ａ）は、従来例による対象部の孔部からの反射光の光量を示すタイムチャートであり、（Ｂ）は、従来例による対象物の孔部にレーザ光を放射する場合の放射光量を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
ＯＢ…対象物、１０…レーザ光放射器、１１…レーザ光源、１２…コリメートレンズ、１３…レーザ駆動回路、１４…走査用光学系、２１…結像レンズ、２２…ラインセンサ、２３…センサ信号取出し回路、３１…フォトディテクタ、３３…レーザ光量補正回路、４０…マイクロプロセッサユニット、４０ａ…メモリ、５０…セレクタ、６０…コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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