(57)【要約】【課題】１回のステレオ撮影で計測したい表面形状全体が撮影できない被測定物の三次元表面形状を簡易に計測する。【解決手段】被測定物１１を移動させ、該被測定物１１が所定の複数の計測位置のいずれかに到達したことを検知する被測定物検知手段（センサ１ａ〜１ｄ）と、被測定物１１の移動方向Ａにおいて少なくとも３台以上の撮影装置を有し、被測定物１１が計測位置のいずれかに到達したことが検知されたときに、計測位置ごとに撮影装置を切り替えつつ、撮影装置のうち少なくとも２台以上の撮影装置で同時に被測定物を撮影する被測定物撮影手段（カメラ２ａ〜２ｄ）と、２台以上の撮影装置で同時に撮影された２以上の画像に基づいて、被測定物１１の少なくとも一部の三次元表面形状を求めるステレオマッチング手段３と、を備える。【選択図】図２
2018105694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を移動させ、該被測定物が所定の複数の計測位置のいずれかに到達したことを検知する被測定物検知手段と、
前記被測定物の移動方向において少なくとも３台以上の撮影装置を有し、前記被測定物検知手段により前記被測定物が前記計測位置のいずれかに到達したことが検知されたときに、前記計測位置ごとに前記撮影装置を切り替えつつ、前記撮影装置のうち少なくとも２台以上の撮影装置で同時に前記被測定物を撮影する被測定物撮影手段と、
前記２台以上の撮影装置で同時に撮影された２以上の画像に基づいて、前記被測定物の少なくとも一部の三次元表面形状を求めるステレオマッチング手段と、
を備えることを特徴とする三次元表面形状測定装置。
【請求項２】
前記ステレオマッチング手段で算出された前記被測定物の一部の三次元表面形状を記憶する部分形状記憶手段と、
前記部分形状記憶手段に記憶された複数の前記被測定物の一部の三次元表面形状に基づいて、前記被測定物の三次元表面形状を求める表面形状合成手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の三次元表面形状測定装置。
【請求項３】
前記被測定物撮影手段で前記被測定物を撮影した画像と、該画像の撮影時刻と、該画像を撮影した撮影装置と、を記憶する部分画像記憶手段を備え、
前記ステレオマッチング手段は、前記部分画像記憶手段に記憶された前記画像、前記撮影時刻、および前記撮影装置に基づいて、前記被測定物の少なくとも一部の三次元表面形状を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の三次元表面形状測定装置。
【請求項４】
前記被測定物撮影手段は、少なくとも１つの撮影装置を２以上の計測位置での撮影に用いることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の三次元表面形状測定装置。
【請求項５】
前記被測定物検知手段は、複数の検知装置を有することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の三次元表面形状測定装置。
【請求項６】
前記被測定物検知手段は１つの検知装置からなり、
前記計測位置ごとに、各計測位置で前記被測定物を同時に撮影する前記２台以上の撮影装置を記憶した撮影装置記憶手段と、
前記被測定物検知手段により検知された前記被測定物の計測位置に基づいて、前記撮影装置記憶手段を参照して、該計測位置で前記被測定物を同時に撮影する前記２台以上の撮影装置を特定する撮影装置制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の三次元表面形状測定装置。
【請求項７】
前記被測定物撮影手段が有する複数の撮影装置は、前記被測定物の移動方向に対して複数の方向から前記被測定物を撮影するように配置されることを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の三次元表面形状測定装置。
【請求項８】
前記被測定物を同時に撮影する前記２台以上の撮影装置の少なくとも一部に替えて、２以上の視差の異なる画像を撮影可能なステレオカメラを用いることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の三次元表面形状測定装置。
【請求項９】
被測定物を移動させ、該被測定物が所定の複数の計測位置のいずれかに到達したことを検知する被測定物検知処理と、
前記被測定物の移動方向に配置された少なくとも３台以上の撮影装置を用いて、前記被測定物が前記計測位置のいずれかに到達したことを検知したときに、前記計測位置ごとに前記撮影装置を切り替えつつ、前記撮影装置のうち少なくとも２台以上の撮影装置で同時に前記被測定物を撮影する被測定物撮影処理と、
前記２台以上の撮影装置で同時に撮影された２以上の画像に基づいて、前記被測定物の少なくとも一部の三次元表面形状を求めるステレオマッチング処理と、
を行うことを特徴とする三次元表面形状測定方法。
【請求項１０】
請求項１から８までのいずれかに記載の三次元表面形状測定装置を三次元表面形状測定手段として備えるとともに、
前記被測定物の基準形状を記憶する基準形状記憶手段と、
前記三次元表面形状測定手段で測定した前記被測定物の少なくとも一部の三次元表面形状と前記基準形状とを比較して、前記被測定物の三次元表面形状の欠陥を検査する形状比較手段と、
を備えることを特徴とする三次元表面形状欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元表面形状測定装置、三次元表面形状測定方法、および三次元表面形状欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の三次元表面形状を計測するために、計測対象である被測定物をカメラで撮影し、得られた複数の画像からステレオマッチングによって画像に写された部分の三次元表面形状を計算する計測方法が知られている。この三次元表面形状の計測を複数回実施して組み合わせることで、被測定物の三次元表面形状を計測することが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、測定対象物と、測定対象物の近傍に配置され、あらかじめ立体的な相対位置関係が定められている基準点を有する校正用被写体とを、複数の方向からステレオ撮影するステレオ撮影部と、ステレオ撮影された撮影画像データから校正用被写体の基準点の像を抽出して、基準点の位置からステレオ撮影する方向毎の撮影パラメータを求める撮影パラメータ演算手段と、撮影パラメータと、基準点の像が抽出された撮影画像データにおける測定対象物の像位置から、測定対象物の表面形状を求める表面形状測定手段とを備える表面形状測定装置が開示されている。
【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、これまでの画像のステレオマッチングを用いた三次元表面形状の計測装置では、１回のステレオ撮影で計測したい表面形状全体が撮影できない物体の三次元表面形状を、簡易に計測を行うことに検討の余地があった。
【０００５】
例えば、図２６（ａ），（ｂ）に示すように、車両、車体、機材等の被取付物９０に取り付けられている車輪等の被測定物９１の円周側面を計測しようとする場合、被測定物９１が、レール９２（または地面）等に接している部分（ａ部分の側面（踏面））や、被取付物９０によって死角になる部分（ｂの部分の側面）は、被測定物９１が静止した状態では計測することができない。
【０００６】
そのため、このような被測定物９１を三次元表面形状の計測装置により計測するためには、従来、例えば、図２７に示すように、被取付物９０から被測定物９１を取り外し、被測定物９１を囲むように設けた複数のカメラ９３で撮影するか（図２７（ａ））、１つのカメラ９３の前で被測定物９１を回転させて撮影する（図２７（ｂ））ことが必要があった。
【０００７】
しかしながら、被取付物９０から被測定物９１を取り外したり取り付けたりすることは、不可能な場合も多く、また、可能な場合も容易ではなく相当の手間がかかってしまう。また、図２７（ｂ）のように被測定物９１を移動させずに１つのカメラ９３の前で回転させるためには、被測定物９１が取り付けられている車両ごと浮かせるか、被測定物９１と同じ速度で逆回転するローラーやベルト等の上で走行させるなど、大掛かりな装置が必要となってしまう。
【０００８】
そこで本発明は、１回のステレオ撮影で計測したい表面形状全体が撮影できない被測定物の三次元表面形状を簡易に計測することができる三次元表面形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するため、本発明に係る三次元表面形状測定装置は、被測定物を移動させ、該被測定物が所定の複数の計測位置のいずれかに到達したことを検知する被測定物検知手段と、前記被測定物の移動方向において少なくとも３台以上の撮影装置を有し、前記被測定物検知手段により前記被測定物が前記計測位置のいずれかに到達したことが検知されたときに、前記計測位置ごとに前記撮影装置を切り替えつつ、前記撮影装置のうち少なくとも２台以上の撮影装置で同時に前記被測定物を撮影する被測定物撮影手段と、前記２台以上の撮影装置で同時に撮影された２以上の画像に基づいて、前記被測定物の少なくとも一部の三次元表面形状を求めるステレオマッチング手段と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、１回のステレオ撮影で計測したい表面形状全体が撮影できない被測定物の三次元表面形状を簡易に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】三次元表面形状測定装置の機能構成の一例を示す図である。
【図２】三次元表面形状測定装置の一例を示す模式図である。
【図３】三次元表面形状測定装置を進行方向の正面側から見た模式図である。
【図４】各センサと各カメラの対応の一例を示す図である。
【図５】三次元表面形状測定装置の他の例を示す模式図である。
【図６】被測定物の三次元表面形状の計測処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】複数のカメラで同時に被測定物を撮影する様子を示す説明図（１）である。
【図８】複数のカメラで同時に被測定物を撮影する様子を示す説明図（２）である。
【図９】三次元表面形状測定装置の機能構成の他の例を示す図である。
【図１０】被測定物の三次元表面形状の計測処理の他の例を示すフローチャートである。
【図１１】三次元表面形状測定装置の機能構成の他の例を示す図である。
【図１２】部分画像記憶手段に記憶される各画像についての情報の一例を示す図である。
【図１３】被測定物の三次元表面形状の計測処理の他の例を示すフローチャートである。
【図１４】三次元表面形状測定装置の機能構成の他の例を示す図である。
【図１５】センサの計測位置と各計測位置でのカメラとの対応の一例を示す図である。
【図１６】三次元表面形状測定装置の他の例を示す模式図である。
【図１７】三次元表面形状測定装置の他の例を示す模式図である。
【図１８】円周側面に凹凸を有する被測定物の模式図である。
【図１９】三次元表面形状測定装置の他の例を示す模式図である。
【図２０】各センサと各カメラの対応の他の例を示す図である。
【図２１】三次元表面形状測定装置の他の例を示す模式図である。
【図２２】各センサと各カメラの対応の他の例を示す図である。
【図２３】三次元表面形状欠陥検査装置の機能構成の一例を示す図である。
【図２４】欠陥種類と基準値との対応の一例を示す図である。
【図２５】形状比較手段による比較処理の説明図である。
【図２６】被取付物に取り付けられている被測定物の円周側面を計測しようとする場合の説明図である。
【図２７】被取付物から被測定物を取り外して撮影する場合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る構成を図１から図２５に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
（三次元表面形状測定装置）
［第１の実施形態］
本実施形態に係る三次元表面形状測定装置（三次元表面形状測定装置１０）は、被測定物（被測定物１１）を移動させ、該被測定物が所定の複数の計測位置のいずれかに到達したことを検知する被測定物検知手段（被測定物検知手段１）と、被測定物の移動方向において少なくとも３台以上の撮影装置を有し、被測定物検知手段により被測定物が計測位置のいずれかに到達したことが検知されたときに、計測位置ごとに撮影装置を切り替えつつ、撮影装置のうち少なくとも２台以上の撮影装置で同時に被測定物を撮影する被測定物撮影手段（被測定物撮影手段２）と、２台以上の撮影装置で同時に撮影された２以上の画像に基づいて、被測定物の少なくとも一部の三次元表面形状を求めるステレオマッチング手段（ステレオマッチング手段３）と、を備えるものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。
【００１４】
図１は、本実施形態の三次元表面形状測定装置１０の機能構成の一例を示す図である。三次元表面形状測定装置１０は、被測定物検知手段１、被測定物撮影手段２、ステレオマッチング手段３、部分形状記憶手段４を有する。
【００１５】
被測定物検知手段１は、１台以上のセンサ（検知装置）によって構成される検知手段である。被測定物検知手段１は、予め決められた被測定物１１（図２等参照）を計測する計測位置に、被測定物１１が到達したことを検知し、これを被測定物撮影手段２に通知する。
【００１６】
被測定物１１を計測する計測位置は複数設定されており、被測定物１１が各計測位置に到達する度に、これを検知し、被測定物撮影手段２に通知する。
【００１７】
被測定物撮影手段２は、少なくとも３台以上のカメラ（撮影装置）によって構成される撮影手段である。被測定物撮影手段２は、被測定物検知手段１からの通知を受けて、計測位置に対応する２台以上のカメラで被測定物１１を同時に撮影し、撮影された複数の画像をステレオマッチング手段３に送る。
【００１８】
ステレオマッチング手段３は、平行化、視差演算、距離算出などの処理の実行部を含み、被測定物撮影手段２から送られた複数の画像の重複部分からステレオマッチングを行うことにより被測定物１１の一部の三次元表面形状を計算する演算手段である。ステレオマッチング手段３での計算結果である被測定物１１の一部の三次元表面形状は、部分形状記憶手段４に記憶される。
【００１９】
ステレオマッチング手段３は、被測定物撮影手段２のうち同時に撮影するカメラの組み合わせ毎に予めキャリブレーションを行っておく。なお、ステレオマッチング手段３は、例えば、一般的なパーソナルコンピュータ、計算用サーバ、有線または無線で接続されたネットワーク上にある計算機等の情報処理装置を用いて構成されるものであればよい。
【００２０】
部分形状記憶手段４は、ステレオマッチング手段３で計算された被測定物の一部の三次元表面形状を記憶する記憶手段である。なお、部分形状記憶手段４は、例えば、一般的なパーソナルコンピュータ、計算用サーバ、有線または無線で接続されたネットワーク上にある計算機等の情報処理装置が備える記憶装置を用いて構成されるものであればよい。
【００２１】
なお、上記の各手段の接続方法は有線か無線かは問わず、また、各手段の間の通信方法も問わない。これらは、以下の他の実施形態の各手段についても同様とする。
【００２２】
図２および図３は、三次元表面形状測定装置１０の一例を示す模式図である。図２は、矢印Ａで示す進行方向に回転移動する被測定物１１を測定する三次元表面形状測定装置１０を側面から見た状態を示している。また、図３は、被測定物１１を測定する三次元表面形状測定装置１０を進行方向の正面側から見た状態を示している。なお、図３以降の図面では、ステレオマッチング手段３および部分形状記憶手段４の図示は適宜省略する。
【００２３】
被測定物１１は、幅を持った円盤、または、ボールのような球体であり、計測時に矢印Ａ方向に向かって回転しながら移動する。図２の例では、奥行き方向に幅を持った円盤を例としている。被測定物１１は、例えば、電車などの車両に取り付けられる車輪であり、三次元表面形状測定装置１０は、車輪の踏面（レールと接する面）となる円周側面を三次元計測するものである。被測定物１１は単独の物体でなく車両等に取り付けられた状態などでもよく、被測定物１１の円周側面の一部が撮影可能であればよい。
【００２４】
矢印Ａ方向は計測時における被測定物１１の進行方向である。図２の例では、被測定物１１は直線で移動するが、これに限らず曲線であってもよい。なお、図２では図示しないが、被測定物１１は、矢印Ａ方向に沿って、レールや溝、段差のような被測定物１１の軌道となる物の上を回転移動する。
【００２５】
被測定物検知手段１は複数のセンサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，・・・１ｉ（ｉは１以上の自然数）で構成される。各センサ１ａ〜１ｉは被測定物１１の進行方向に沿って配置され、予め決められた各計測位置に被測定物１１が到達したことを検知したとき、これを被測定物撮影手段２に通知する。各センサ１ａ〜１ｉのセンシングの方法は特に限られるものではなく、センサは接触式でも非接触式でもよい。
【００２６】
図２の例では、各センサ１ａ〜１ｉは被測定物１１と接しないように記載しているが、接触式のセンサを用いる場合は各センサを被測定物１１および矢印Ａに接する位置に配置してもよい。なお、図２では、複数のセンサを図示しているが、後述するようにセンサは少なくとも１台以上であればよい。
【００２７】
被測定物撮影手段２は複数のカメラ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，・・・２ｉ（ｉは３以上の自然数）で構成される。各カメラ２ａ〜２ｉは被測定物１１の進行方向に沿って、予め決められた各計測位置にある被測定物１１が対応するカメラで撮影できるように配置される。各カメラ２ａ〜２ｉは被測定物１１の全周が撮影できるように配置されれば、等間隔でなく不規則な間隔で配置されていてもよい。
【００２８】
図２の点線の矢印で示すように、各計測位置では、少なくとも２台以上の複数のカメラを用いて被測定物１１を撮影する。図４に各センサと各カメラの対応例を示す。図４に示すように、被測定物１１がセンサ１ａの計測位置に到達し、センサ１ａが被測定物１１を検知したときは、カメラ２ａ，２ｂで被測定物１１を撮影する。同様に、センサ１ｂが被測定物１１を検知したときは、カメラ２ｂ，２ｃで被測定物１１を撮影する。
【００２９】
なお、図４に示す各センサと各カメラの対応は一例であって、このように規則的にセンサとカメラが順に対応している必要はない。また、すべての計測位置で異なるカメラの組み合わせでなくてもよく、同じカメラの組み合わせで複数の計測位置に対応するようにしてもよい。また、図４に示す例では、１つのセンサに対して２つのカメラが対応しているが、１つのセンサに対し、３つ以上のカメラが対応し、ステレオマッチングでは３つ以上の画像を用いてより精度を高める多眼ステレオマッチング方法を用いてもよい。
【００３０】
図２および図３の例では、各カメラ２ａ〜２ｉは、被測定物１１に対し、進行方向前方の斜め下側から撮影する例を示したが、カメラの撮影方向はこれに限られるものではなく、同じ高さや斜め上からの撮影や、進行方向後方側からの撮影であってもよい。また、各カメラの配置を、進行方向の片側に１列で配置することに限らず、１列でない配置や、図５に示すように、進行方向の両側に配置してもよい。図５は、カメラ２ａ〜２ｉを被測定物１１の進行方向両側に配置した三次元表面形状測定装置１０の上面図である。なお、図５の例では、カメラを両側に交互に規則的に配置しているが、不規則に配置してもよい。また、各カメラを回転テーブルのような角度を変えられる台に設置し、被測定物１１の位置に応じてカメラの角度を変えて撮影してもよい。
【００３１】
本実施形態の三次元表面形状測定装置１０による被測定物１１の三次元表面形状の計測処理の一例を図６のフローチャートに示す。
【００３２】
先ず、各センサは予め決められた計測位置に被測定物１１が到達したことを検知する（Ｓ１０１）。ある１つのセンサ（センサ１ｘとする）が被測定物１１を検知したとき、センサ１ｘに対応する複数のカメラ（カメラ２ｘ，２ｙとする）で同時に被測定物１１を撮影する（Ｓ１０２）。各カメラで撮影した画像はステレオマッチング手段３に送られる。
【００３３】
Ｓ１０２の処理について図７および図８を参照して説明する。例えば、図７に示すように、ある時刻（時刻ｔ１）にセンサ１ａが被測定物１１を検知したとき、カメラ２ａ，２ｂにより、被測定物１１の円周Ｉ１部分の側面を同時に撮影する。次いで、図８に示すように被測定物１１が回転移動して進み、ある時刻（時刻ｔ２）にセンサ１ｂが被測定物１１を検知したとき、カメラ２ｂ，２ｃで被測定物１１の円周Ｉ２部分の側面を同時に撮影する。ここで、円周Ｉ１部分および円周Ｉ２部分は重複する範囲があってもよく、また、隣り合っていなくてもよい。
【００３４】
次いで、ステレオマッチング手段３は、各カメラで撮影された画像に基づいて、ステレオマッチングを実行し、被測定物１１の一部の三次元表面形状を計算する（Ｓ１０３）。上記の例では、カメラ２ａ，２ｂによる撮影画像に基づいて、被測定物１１の円周Ｉ１部分の三次元表面形状を計算し、カメラ２ｂ，２ｃによる撮影画像に基づいて、被測定物１１の円周Ｉ２分の三次元表面形状を計算する。
【００３５】
次いで、ステレオマッチング手段３は、計算された三次元表面形状を部分形状記憶手段４に記憶する（Ｓ１０４）。
【００３６】
最後に、全ての計測位置での計測が終了したか否かを判定し（Ｓ１０５）、終了していない場合（Ｓ１０５：Ｎｏ）は、他の計測位置での計測を行い（Ｓ１０１へ戻る）、終了している場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）は、本フローチャートの処理は終了となる。
【００３７】
以上説明した本実施形態に係る三次元表面形状測定装置１０によれば、車両に取り付けられた車輪などを被測定物１１とし、この被測定物１１の一部の被検査面（車両の踏面など）の三次元表面形状を、簡易に計測することが可能となる。
【００３８】
すなわち、計測時に被測定物１１を回転移動させ、被測定物１１の移動方向に沿って複数のカメラを配置し、カメラで撮影した画像からステレオマッチングにより三次元表面形状を計算することを繰り返すことで、被測定物１１の回転移動に伴い、順次、被測定物１１の円周側面の異なる部分を計測することができる。このため、車両等に取り付けられたまま被測定物１１の被検査面の表面形状を計測することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、複数の計測位置に対応して、複数のセンサを設けておくことで、各センサは定められた一箇所にのみ被測定物が到達したことを検知できればよい。このため、センサとして、検知範囲の狭いセンサや、接触式のセンサを適用することが可能となる。
【００４０】
また、図７および図８を参照して説明したように、１つの撮影装置を複数回使用するようにしているので、全体の撮影回数を保ったまま撮影装置の台数増加を抑えることができる。
【００４１】
［第２の実施形態］
以下、本発明に係る三次元表面形状測定装置の他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は適宜省略する。
【００４２】
第１の実施形態では、計測時に被測定物１１を回転移動させ、被測定物１１の三次元表面形状の被検査面の少なくとも一部を計測する例について説明した。第２の実施形態では、計測時に被測定物１１を回転移動させ、被測定物１１の被検査面の全周の三次元表面形状を計測する場合について説明する。
【００４３】
図９は、第２の実施形態の三次元表面形状測定装置１０の機能構成の一例を示す図である。三次元表面形状測定装置１０は、被測定物検知手段１、被測定物撮影手段２、ステレオマッチング手段３、部分形状記憶手段４、表面形状合成手段５、全周形状記憶手段６を有する。なお、被測定物検知手段１、被測定物撮影手段２、ステレオマッチング手段３、部分形状記憶手段４については、第１の実施形態と同様である。
【００４４】
表面形状合成手段５は、ステレオマッチング手段３によって計算され、部分形状記憶手段４に記憶された複数の被測定物１１の被検査面の一部の三次元表面形状を組み合わせ、被測定物１１の被検査面の全部の三次元表面形状を計算する。
【００４５】
表面形状合成手段５による組み合わせの計算においては、それぞれの三次元表面形状に含まれる凹凸の特徴や色情報に基づいて、それぞれの三次元表面形状の位置関係を把握する。このとき、各センサによる計測位置を用いて、それぞれの三次元表面形状の位置関係を把握することも好ましい。
【００４６】
表面形状合成手段５は、被測定物１１の全体の三次元表面形状の計算結果を全周形状記憶手段６に記憶する。なお、表面形状合成手段５は、例えば、一般的なパーソナルコンピュータ、計算用サーバ、有線または無線で接続されたネットワーク上にある計算機等の情報処理装置を用いて構成されるものであればよい。また、ステレオマッチング手段３と同一の情報処理装置であっても、他の情報処理装置であってもよい。
【００４７】
全周形状記憶手段６は、表面形状合成手段５で計算された被測定物の全体の三次元表面形状を記憶する記憶手段である。なお、全周形状記憶手段６は、例えば、一般的なパーソナルコンピュータ、計算用サーバ、有線または無線で接続されたネットワーク上にある計算機等の情報処理装置が備える記憶装置を用いてい構成されるものであればよい。また、部分形状記憶手段４と同一の記憶装置であっても、他の記憶装置であってもよい。
【００４８】
第２の実施形態の三次元表面形状測定装置１０による被測定物１１の三次元表面形状の計測処理の一例を図１０のフローチャートに示す。
【００４９】
Ｓ２０１〜Ｓ２０５の各処理は、Ｓ１０１〜Ｓ１０５（図６）の各処理と同内容であるので説明を省略する。第２の実施形態では、全ての計測位置での計測が終了したと判定されると（Ｓ２０５：Ｙｅｓ）、表面形状合成手段５は、部分形状記憶手段４に記憶されている複数の三次元表面形状を合成し、全周の三次元表面形状を求める（Ｓ２０６）。
【００５０】
次いで、表面形状合成手段５は、求めた全周の三次元表面形状を全周形状記憶手段６に記憶する（Ｓ２０７）。
【００５１】
以上説明した本実施形態に係る三次元表面形状測定装置１０によれば、計測時に被測定物１１を回転移動させ、被測定物１１の三次元表面形状について、被検査面の断片的な複数の三次元表面形状から全周の三次元表面形状が得られ、被検査面の全周の三次元表面形状を簡易に計測することが可能となる。
【００５２】
［第３の実施形態］
次いで、三次元表面形状測定装置１０が各カメラで撮影した画像を記憶する記憶手段を備える構成例について説明する。
【００５３】
第１の実施形態では、計測時に被測定物１１を回転移動させ、被測定物１１の三次元表面形状をカメラで順に撮影しながら計測する例について説明した。第３の実施形態では、計測時に被測定物１１を回転移動させ、被測定物１１の三次元表面形状をすべてカメラで撮影した後に、三次元表面形状を計測する場合について説明する。
【００５４】
図１１は、第３の実施形態の三次元表面形状測定装置１０の機能構成の一例を示す図である。三次元表面形状測定装置１０は、被測定物検知手段１、被測定物撮影手段２、部分画像記憶手段７、ステレオマッチング手段３、部分形状記憶手段４を有する。
【００５５】
被測定物検知手段１、被測定物撮影手段２、ステレオマッチング手段３、部分形状記憶手段４については、第１の実施形態と同様であるが、被測定物撮影手段２は撮影した画像を部分画像記憶手段７に記憶し、ステレオマッチング手段３は、部分画像記憶手段７に記憶された画像を用いてステレオマッチングを実行する点で異なる。なお、第２の実施形態と同様に、さらに表面形状合成手段５および全周形状記憶手段６を有することが好ましい。
【００５６】
部分画像記憶手段７は、被測定物撮影手段２で撮影した複数の画像を記憶する記憶手段である。なお、部分画像記憶手段７は、例えば、一般的なパーソナルコンピュータ、計算用サーバ、有線または無線で接続されたネットワーク上にある計算機等の情報処理装置が備える記憶装置を用いてい構成されるものであればよい。また、部分形状記憶手段４と同一の記憶装置であっても、他の記憶装置であってもよい。
【００５７】
図１２は、部分画像記憶手段７に記憶される各画像についての情報の一例を示す説明図である。図１２に示すように、部分画像記憶手段７は、被測定物撮影手段２で撮影した画像とともに、各画像の撮影時刻と、各画像を撮影した撮影装置を併せて記憶する。撮影装置は、例えば、各カメラに付与される識別情報であればよい。また、被測定物１１の属性情報、例えば、被測定物１１が属する車両の識別情報（車両ＩＤ）や被測定物１１自体の識別情報（車輪ＩＤ）などを記憶することも好ましい。
【００５８】
そして、本実施形態では、ステレオマッチング手段３は、部分画像記憶手段７に記憶された画像について、撮影時刻が同じ時刻の画像を用いてステレオマッチングを行う。
【００５９】
第３の実施形態の三次元表面形状測定装置１０による被測定物１１の三次元表面形状の計測処理の一例を図１３のフローチャートに示す。
【００６０】
Ｓ３０１およびＳ３０２の各処理は、Ｓ１０１〜Ｓ１０２（図６）の各処理と同内容であるので説明を省略する。Ｓ３０２での撮影後、被測定物撮影手段２は、撮影した画像、撮影時刻、撮影装置等の各情報を部分画像記憶手段７に記憶させる（Ｓ３０３）。
【００６１】
次いで、全ての計測位置での撮影が終了したか否かを判定し（Ｓ３０４）、終了していない場合（Ｓ３０４：Ｎｏ）は、他の計測位置での撮影を行う（Ｓ３０１へ戻る）。一方、終了している場合（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）は、ステレオマッチング手段３は、部分画像記憶手段７に記憶されている画像に基づいて、ステレオマッチングを実行し、被測定物１１の各部の三次元表面形状を計算する（Ｓ３０５）。ステレオマッチングは、撮影時刻が同一の画像を用いて実行される。
【００６２】
次いで、ステレオマッチング手段３は、計算された三次元表面形状を部分形状記憶手段４に記憶する（Ｓ３０６）。なお、第２の実施形態と同様に、表面形状合成手段５および全周形状記憶手段６を有する場合は、Ｓ３０６の後、Ｓ２０６およびＳ２０７（図１０）と同様の処理を実行する。
【００６３】
以上説明した第３の実施形態に係る三次元表面形状測定装置１０によれば、撮影と同時にステレオマッチングの計算を行う必要がなく、例えば、ステレオマッチングの計算に時間を要する場合でも、撮影を止めることなく、撮影後に三次元表面形状を計算することが可能となる。
【００６４】
［第４の実施形態］
次いで、三次元表面形状測定装置１０が撮影装置制御手段を備える構成例について説明する。
【００６５】
図１４は、第４の実施形態の三次元表面形状測定装置１０の機能構成の一例を示す図である。三次元表面形状測定装置１０は、被測定物検知手段１、撮影装置制御手段８、撮影装置記憶手段９、被測定物撮影手段２、ステレオマッチング手段３、部分形状記憶手段４を有する。
【００６６】
被測定物検知手段１、被測定物撮影手段２、ステレオマッチング手段３、部分形状記憶手段４については、第１の実施形態と同様であるが、第４の実施形態では、被測定物検知手段１は被測定物１１を検知した際に、これを撮影装置制御手段８に通知する点で異なる。
【００６７】
撮影装置制御手段８は、被測定物検知手段１から通知される被測定物１１の計測位置に応じて、被測定物撮影手段２のうちのどのカメラで被測定物１１を撮影するかを判定し、被測定物撮影手段２の該当するカメラに通知する。
【００６８】
撮影装置記憶手段９は、センサの計測位置と、これに対応する撮影装置とを記憶する記憶手段である。なお、撮影装置記憶手段９は、例えば、一般的なパーソナルコンピュータ、計算用サーバ、有線または無線で接続されたネットワーク上にある計算機等の情報処理装置が備える記憶装置を用いてい構成されるものであればよい。また、部分形状記憶手段４と同一の記憶装置であっても、他の記憶装置であってもよい。
【００６９】
図１５は、撮影装置記憶手段９に記憶されているセンサの計測位置と、各計測位置でのカメラとの対応である。例えば、被測定物１１が計測位置Ａにある場合、被測定物撮影手段２の中のカメラ２ａと２ｂで撮影するように通知し、被測定物１１が計測位置Ｂにある場合、被測定物撮影手段２の中のカメラ２ｂと２ｃで撮影するように通知する。なお、被測定物１１が撮影装置記憶手段９に記憶された計測位置のいずれにもない場合は、被測定物撮影手段２への通知を行わない。
【００７０】
以上説明した第４の実施形態に係る三次元表面形状測定装置１０によれば、撮影装置制御手段８を備えることで、センサの計測位置と、これに対応する撮影装置との対応を好適に設定することが可能となる。
【００７１】
［第５の実施形態］
第１の実施形態では、被測定物検知手段１が複数のセンサによって構成される例を説明したが、上述のように、被測定物検知手段１は、１台以上のセンサによって構成される検知手段であればよい。第５の実施形態では、１つのセンサで被測定物１１の位置を検知する三次元表面形状測定装置１０について説明する。
【００７２】
図１６は、第５の実施形態に係る三次元表面形状測定装置１０を側面から見た状態を示している。第５の実施形態では、三次元表面形状測定装置１０の被測定物検知手段１は、非接触式の１つのセンサ１で構成される。
【００７３】
センサ１は、十分に細かい時間間隔ごとに被測定物１１の位置を検知し、撮影装置制御手段８に通知する。これを受けた撮影装置制御手段８は、第４の実施形態で説明したように、被測定物検知手段１から通知された被測定物１１の位置（計測位置）に応じて、被測定物撮影手段２のうちのどのカメラで被測定物１１を撮影するかを判定し、被測定物撮影手段２の該当するカメラに通知する。
【００７４】
なお、ここまで被測定物検知手段１は、接触式または非接触式のセンサを用いて被測定物１１の位置を検知することを説明したが、被測定物検知手段１は、レーザーや音波などを用いて被測定物１１の位置を検知してもよい。また、ＧＰＳのような位置検知システムを用いて被測定物１１の位置を検知してもよい。
【００７５】
以上説明した第５の実施形態に係る三次元表面形状測定装置１０によれば、１つのセンサにより、被測定物１１の三次元表面形状の計測を可能として、センサの数を減らすことが可能となる。
【００７６】
［第６の実施形態］
第１の実施形態では、各計測位置において少なくとも２台以上のカメラで被測定物１１を撮影する例を説明したが、第６の実施形態では、被測定物撮影手段２の各カメラを２以上の視差の異なる画像を撮影可能なステレオカメラで構成する例について説明する。
【００７７】
図１７は、第６の実施形態に係る三次元表面形状測定装置１０を側面から見た状態を示している。第６の実施形態では、三次元表面形状測定装置１０の被測定物撮影手段２の各カメラは、ステレオカメラで構成される。
【００７８】
被測定物撮影手段２は、複数のステレオカメラ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，・・・２ｉで構成される。各ステレオカメラ２ａ〜２ｉは、それぞれ複数のカメラ２ａＬと２ａＲ，２ｂＬと２ｂＲ，２ｃＬと２ｃＲ，２ｄＬと２ｄＲ，・・・２ｉＬと２ｉＲで構成される。なお、各ステレオカメラは、３台以上のカメラで構成されたものを用いてもよい。
【００７９】
各ステレオカメラ２ａ〜２ｉは被測定物１１の進行方向に沿って、予め決められた各計測位置にある被測定物１１が対応するステレオカメラで撮影できるように配置される。各ステレオカメラ２ａ〜２ｉは被測定物１１の全周が撮影できるように配置されれば、等間隔でなく不規則な間隔で配置されていてもよい。また、図１７の例では、１つのセンサに対し１つのステレオカメラを用いているが、センサの数はこれに限られるものではない。また、全てのカメラをステレオカメラとすることに限られず、ステレオカメラと、通常のカメラが混在していてもよい。
【００８０】
以上説明した第６の実施形態に係る三次元表面形状測定装置１０によれば、ステレオカメラを用いることで、カメラの台数を減らすことができるとともに、ステレオマッチングの計算を簡易にすることが可能となる。
【００８１】
［第７の実施形態］
第７の実施形態では、円周側面に凹凸を有する被測定物１１の三次元表面形状の計測について説明する。
【００８２】
図１８（ａ）〜（ｃ）の各図は、円周側面に凹凸を有する被測定物１１を進行方向の正面側から見た状態を示している。
【００８３】
図１８（ａ）に示すように、被測定物１１が円周側面に凹凸を有する場合、例えば、（ｂ）に示すように、進行方向Ａの一方の斜め下側に配置された１組のカメラ２ｅ，２ｆでは、斜線部が死角となり撮影できず、カメラ２ｅ，２ｆで同時に撮影した画像からステレオマッチングを行うと、斜線部が欠けた三次元表面形状が計算されてしまう。
【００８４】
そのため、円周側面に凹凸を有する場合など、進行方向Ａの一方側に配置された１組のカメラの撮影画像では、三次元表面形状が計算できない場合は、（ｃ）に示すように、進行方向Ａの両側の斜め下側に配置されたカメラ２ｅ１，２ｆ１，２ｅ２，２ｆ２で同時に被測定物１１を撮影し、カメラ２ｅ１，２ｆ１で撮影した画像から作成した三次元表面形状と、カメラ２ｅ２，２ｆ２で撮影した画像から作成した三次元表面形状をそれぞれ計算し、これら複数の三次元表面形状を補完しあうことで欠けた部分が少ない三次元表面形状を計算する。
【００８５】
図１９は、円周側面に凹凸を有する被測定物１１の進行方向両側にカメラを配置した三次元表面形状測定装置１０の上面図である。
【００８６】
被測定物撮影手段２は複数のカメラ２ａ１，２ａ２，２ｂ１，２ｂ２，２ｃ１，２ｃ２，２ｄ１，２ｄ２，・・・２ｉ１，２ｉ２で構成される。被測定物１１の進行方向に対し、一方側のカメラ２ａ１，２ｂ１，２ｃ１，２ｄ１，・・・２ｉ１をカメラグループ１、他方側のカメラ２ａ２，２ｂ２，２ｃ２，２ｄ２，・・・２ｉ２をカメラグループ２とする。
【００８７】
図１９の点線の矢印で示すように、各計測位置で各カメラグループの中の複数のカメラを用いて被測定物１１を撮影する。図２０に各センサと各カメラの対応例を示す。図２０に示すように、被測定物１１がセンサ１ａの計測位置に到達し、センサ１ａが被測定物１１を検知したときは、カメラ２ａ１，２ａ２，２ｂ１，２ｂ２で被測定物１１を撮影する。同様に、センサ１ｂが被測定物１１を検知したときは、カメラ２ｂ１，２ｂ２，２ｃ１，２ｃ２で被測定物１１を撮影する。
【００８８】
なお、図２０に示す各センサと各カメラの対応は一例であって、このように規則的にセンサとカメラが順に対応している必要はない。また、カメラグループ１，２の配置は移動方向１２の両側にそれぞれ配置することに限らず、１つのグループの中でも移動方向１２の両側に及ぶ配置であってもよい。また、カメラグループは２つに限られず、３つ以上であってもよい。
【００８９】
ステレオマッチング手段３は、同じカメラグループ内で同じタイミングで撮影された複数の画像を用からステレオマッチングにより三次元表面形状を計算する。計算された１つひとつの三次元表面形状は被測定物１１の円周側面の凹凸により撮影できなかった部分が欠けた状態となるが、これらは表面形状合成手段５で他のカメラグループで撮影された画像から計算された三次元表面形状を組み合わせることで補完される。
【００９０】
以上説明した第７の実施形態に係る三次元表面形状測定装置１０によれば、１つの方向からだけでは死角が発生し撮影が難しい構造の被測定物１１であっても、三次元表面形状を測定することが可能となる。
【００９１】
［第８の実施形態］
第７の実施形態では、２つのカメラグループのそれぞれ２つのカメラ（計４台）を用いて三次元表面形状の計測を行う例を説明したが、第８の実施形態では、複数のカメラグループのそれぞれ１台のカメラで撮影した画像を用いて三次元表面形状の計測を行う例を説明する。
【００９２】
図２１は、被測定物１１の進行方向の両側にカメラを配置した三次元表面形状測定装置１０の上面図である。
【００９３】
被測定物撮影手段２は複数のカメラ２ａ１，２ａ２，２ｂ１，２ｂ２，２ｃ１，２ｃ２，２ｄ１，２ｄ２，・・・２ｉ１，２ｉ２で構成される。被測定物１１の進行方向に対し、一方側のカメラ２ａ１，２ｂ１，２ｃ１，２ｄ１，・・・２ｉ１をカメラグループ１、他方側のカメラ２ａ２，２ｂ２，２ｃ２，２ｄ２，・・・２ｉ２をカメラグループ２とする。
【００９４】
図２１の点線の矢印で示すように、各計測位置で各カメラグループの中の複数のカメラを用いて被測定物１１を撮影する。図２２に各センサと各カメラの対応例を示す。図２２に示すように、被測定物１１がセンサ１ａの計測位置に到達し、センサ１ａが被測定物１１を検知したときは、カメラ２ａ１，２ａ２で被測定物１１を撮影する。同様に、センサ１ｂが被測定物１１を検知したときは、カメラ２ｂ１，２ｂ２で被測定物１１を撮影する。
【００９５】
なお、図２２に示す各センサと各カメラの対応は一例であって、このように規則的にセンサとカメラが順に対応している必要はない。また、円周側面に凹凸を有しない被測定物１１であれば、双方のカメラグループを進行方向の片側に配置してもよい。
【００９６】
この第８の実施形態は、上記のステレオカメラを用いた構成例（第６の実施形態）と同等の構成となるが、ステレオカメラを用いる必要がなく、同時に撮影するカメラが一体化している必要のない点で有利である。
【００９７】
（三次元表面形状欠陥検査装置）
ここまで説明した三次元表面形状測定装置１０を三次元表面形状測定手段として備える三次元表面形状欠陥検査装置について説明する。
【００９８】
図２３は、三次元表面形状欠陥検査装置２０の機能構成の一例を示す図である。三次元表面形状欠陥検査装置２０は、三次元表面形状測定手段２１、基準形状記憶手段２２、形状比較手段２３、形状差通知手段２４を有する。
【００９９】
三次元表面形状測定手段２１は、第１〜第８のいずれかの実施形態の説明した三次元表面形状測定装置１０である。
【０１００】
基準形状記憶手段２２は、被測定物１１の設計時の形状などの被測定物１１のあるべき形状である基準形状を記憶する記憶手段である。また、基準形状とともに、図２４に示すように、欠陥種類ごとの基準値（許容値）を併せて記憶している。この基準値が各欠陥についての判定基準となる。なお、基準形状記憶手段２２は、例えば、一般的なパーソナルコンピュータ、計算用サーバ、有線または無線で接続されたネットワーク上にある計算機等の情報処理装置が備える記憶装置を用いてい構成されるものであればよい。また、三次元表面形状測定手段２１内の部分形状記憶手段４などの記憶手段と同一の記憶装置であっても、他の記憶装置であってもよい。
【０１０１】
形状比較手段２３は、三次元表面形状測定手段２１で測定した形状と、基準形状記憶手段２２に記憶されている基準形状と、を比較して形状の異なる部分を探索する。
【０１０２】
図２５を参照して形状比較手段２３による比較処理を説明する。図２５（ａ）は、三次元表面形状測定手段２１で計測された被測定物１１の三次元表面形状の一例、（ｂ）の破線は、基準形状記憶手段２２に記憶されている被測定物１１の基準形状の一例、（ｃ）は、計測された三次元表面形状と基準形状とを照合した様子を示す説明図である。
【０１０３】
形状比較手段２３は、図２５（ｃ）に実線部と破線で示すように、計測された三次元表面形状と基準形状とで形状の異なる部分を探索し、その欠陥部ｄの種類や、サイズを計算する。そして、欠陥部ｄの計算結果について、基準形状記憶手段２２に記憶されている基準値（図２４）を判断基準として、欠陥であるか否かを判定する。例えば、図２５（ｃ）に示すＡ，Ｂを算出し、基準値と比較し、基準値を超えている場合は、欠陥であると判定し、欠陥部ｄの位置および程度等を形状差通知手段２４に通知する。
【０１０４】
なお、三次元表面形状測定手段２１が表面形状合成手段５を有しない構成（第１の実施形態等）の場合であっても、三次元表面形状測定手段２１内のステレオマッチング手段３で計算された複数の断片的な三次元表面形状をそれぞれ基準形状と比較することで、少なくとも三次元表面形状を測定した部分についての欠陥を検知することができる。
【０１０５】
形状差通知手段２４は、形状比較手段２３から通知された欠陥を外部に通知する。ここで、形状比較手段２３および形状差通知手段２４は、例えば、一般的なパーソナルコンピュータ、計算用サーバ、有線または無線で接続されたネットワーク上にある計算機等の情報処理装置を用いて構成されるものであればよい。
【０１０６】
形状差通知手段２４による通知方法は、特に限られるものではなく、ディスプレイなどの表示装置に表示する、ログに記録する、スピーカなどから警告音を出す、ランプを点灯させる、有線または無線で接続された通知先に通知をするなどであればよい。
【０１０７】
また、三次元表面形状欠陥検査装置２０は、基準形状記憶手段２２に記憶されている基準形状を変更する手段、基準形状記憶手段２２に記憶されている欠陥の種類や基準値を変更する手段、形状差通知手段２４による通知方法を設定する手段、等を備えていることが好ましい。
【０１０８】
以上説明した本実施形態に係る三次元表面形状欠陥検査装置２０によれば、車両に取り付けられた車輪など、被測定物１１の三次元表面形状の欠陥を簡易に検査することが可能とある。また、被測定物１１の全周の三次元表面形状を計測している場合は、１度の欠陥検査で、基準形状との比較により欠陥を検査することができる。
【０１０９】
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【０１１０】
１  被測定物検知手段（センサ）
２  被測定物撮影手段（カメラ、ステレオカメラ）
３  ステレオマッチング手段
４  部分形状記憶手段
５  表面形状合成手段
６  全周形状記憶手段
７  部分画像記憶手段
８  撮影装置制御手段
９  撮影装置記憶手段
１０  三次元表面形状測定装置
１１  被測定物
２０  三次元表面形状欠陥検査装置
２１  三次元表面形状測定手段
２２  基準形状記憶手段
２３  形状比較手段
２４  形状差通知手段
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１１】
【特許文献１】特開２００３−  ４２７３２号公報
【図１】
2018105694.tif 000003
【図２】
2018105694.tif 000004
【図３】
2018105694.tif 000005
【図４】
2018105694.tif 000006
【図５】
2018105694.tif 000007
【図６】
2018105694.tif 000008
【図７】
2018105694.tif 000009
【図８】
2018105694.tif 000010
【図９】
2018105694.tif 000011
【図１０】
2018105694.tif 000012
【図１１】
2018105694.tif 000013
【図１２】
2018105694.tif 000014
【図１３】
2018105694.tif 000015
【図１４】
2018105694.tif 000016
【図１５】
2018105694.tif 000017
【図１６】
2018105694.tif 000018
【図１７】
2018105694.tif 000019
【図１８】
2018105694.tif 000020
【図１９】
2018105694.tif 000021
【図２０】
2018105694.tif 000022
【図２１】
2018105694.tif 000023
【図２２】
2018105694.tif 000024
【図２３】
2018105694.tif 000025
【図２４】
2018105694.tif 000026
【図２５】
2018105694.tif 000027
【図２６】
2018105694.tif 000028
【図２７】
2018105694.tif 000029