(57)【要約】【課題】測定効率が向上された光学式座標測定装置を提供する。【解決手段】測定ヘッド１００の保持部１１０は、設置部１１１およびアーム部１１２を含む。設置部１１１は、水平な平板形状を有し、設置面に設置される。アーム部１１２は、設置部１１１の一方の端部から上方に延びるように設けられる。設置部１１１の他方の端部に載置台１２０が設けられる。載置台１２０上には、測定対象物Ｓが載置される。アーム部１１２の上部に主撮像部１３０が設けられる。主撮像部１３０は、載置台１２０の上方における予め定められた撮像領域を撮像可能に斜め下方を向くように配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物が載置される載置台と、
複数のマーカを有するとともに測定対象物に接触される接触部を有するプローブと、
前記プローブの前記複数のマーカを撮像することにより前記複数のマーカの画像に対応する画像データを生成する撮像部と、
前記撮像部により生成された画像データに基づいて、測定対象物と前記接触部との接触位置の座標を算出する算出部と、
前記載置台の上方の領域が前記撮像部により撮像されるように前記撮像部と前記載置台とを一体的に保持する保持部とを備える、光学式座標測定装置。
【請求項２】
前記撮像部は、前記載置台の斜め上方に配置される、請求項１記載の光学式座標測定装置。
【請求項３】
前記プローブは、
第１の方向に延びるように設けられ、使用者により把持される把持部と、
前記第１の方向に対して角度をなす第２の方向に延びるように前記把持部の上端部に設けられる本体部とを有し、
前記本体部の上面に前記複数のマーカが設けられる、請求項２記載の光学式座標測定装置。
【請求項４】
前記保持部により保持されるように設けられ、前記算出部による算出結果を表示する表示部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光学式座標測定装置。
【請求項５】
前記載置台は、前記測定対象物を固定するための固定具を取り付け可能に構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光学式座標測定装置。
【請求項６】
前記載置台は、磁性を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光学式座標測定装置。
【請求項７】
前記載置台は、粘着性を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光学式座標測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触式のプローブを用いる光学式座標測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
接触式の座標測定装置には、接触部を有するプローブが設けられる。測定対象物にプローブの接触部が接触され、測定対象物と接触部との接触位置の座標が算出される。測定対象物上の複数の位置の座標が算出されることにより、測定対象物の所望の部分の寸法が測定される。
【０００３】
特許文献１には、データプロセッサ、接触プローブおよび角度センサを備えた空間座標の逐点式測定システムが記載されている。接触プローブには、接触点に加えて、複数の点光源が設けられる。角度センサは、測定対象物の本質的な部分を観測可能でかつ接触プローブの複数の点光源を観測可能に設けられる。
【０００４】
角度センサから各光源に向かう空間的方向が記録される。記録された空間的方向に基づいて、角度センサに関する接触プローブの位置と方向とがデータプロセッサにより算出される。接触プローブの位置が接触点の位置および測定対象物の位置に関係付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平６−５１１５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の逐点式測定システムにおいては、三脚等の固定器具を用いて目的物および接触プローブの複数の点光源を観測可能に角度センサを固定する必要がある。そのため、比較的大型の測定対象物の形状を効率よく測定することができる。しかしながら、比較的小型の測定対象物の形状を測定する場合には、固定器具を準備して角度センサを固定する等の手順を行うことにより、測定効率が低下する。また、光学式の測定装置で数μｍ〜数十μｍといった高い測定精度を実現しようとすると、測定対象範囲が比較的限定される。そのため、三脚等の固定器具の調整に手間がかかる、あるいは、使用者が測定対象範囲を認識しにくくなる。これらも、測定効率が低下する要因となる。
【０００７】
本発明の目的は、測定効率が向上された光学式座標測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係る光学式座標測定装置は、測定対象物が載置される載置台と、複数のマーカを有するとともに測定対象物に接触される接触部を有するプローブと、プローブの複数のマーカを撮像することにより複数のマーカの画像に対応する画像データを生成する撮像部と、撮像部により生成された画像データに基づいて、測定対象物と接触部との接触位置の座標を算出する算出部と、載置台の上方の領域が撮像部により撮像されるように撮像部と載置台とを一体的に保持する保持部とを備える。
【０００９】
この光学式座標測定装置においては、載置台上に載置された測定対象物にプローブの接触部が接触される。プローブの複数のマーカが撮像部によって撮像されることにより画像データが生成される。その画像データに基づいて測定対象物と接触部との接触位置の座標が算出部により算出される。これにより、測定対象物の所望の部分の寸法を測定すること
ができる。
【００１０】
載置台の上方の領域が撮像部により撮像されるように、撮像部と載置台とが保持部により一体的に保持される。それにより、撮像部および載置台がそれぞれ別体として設けられる場合に比べて、光学式座標測定装置の取り扱いが容易になる。また、撮像部を固定するための固定具を別途用意する必要がない。それにより、光学式座標測定装置による測定効率が向上される。
【００１１】
（２）撮像部は、載置台の斜め上方に配置されてもよい。
【００１２】
この場合、光学式座標測定装置の大型化を抑制しつつ載置台の上方の広範囲な領域を撮像することができる。また、撮像部がプローブの移動の妨げになることが防止される。
【００１３】
（３）プローブは、第１の方向に延びるように設けられ、使用者により把持される把持部と、第１の方向に対して角度をなす第２の方向に延びるように把持部の上端部に設けられる本体部とを有し、本体部の上面に複数のマーカが設けられてもよい。
【００１４】
この場合、使用者が把持部を把持した状態で本体部の上面を撮像部に向けやすくなる。そのため、本体部の上面に設けられた複数のマーカを撮像部により容易に撮像することができる。
【００１５】
（４）光学式座標測定装置は、保持部により保持されるように設けられ、算出部による算出結果を表示する表示部をさらに備えてもよい。
【００１６】
この場合、別途に表示部を用意することなく、算出部による算出結果を容易に確認することができる。
【００１７】
（５）載置台は、測定対象物を固定するための固定具を取り付け可能に構成されてもよい。
【００１８】
この場合、固定具を用いて測定対象物を載置台に固定することにより、測定対象物の位置ずれが防止される。それにより、精度よく測定対象物の寸法を測定することができる。
【００１９】
（６）載置台は、磁性を有してもよい。この場合、測定対象物を載置台上に容易に固定することができる。
【００２０】
（７）載置台は、粘着性を有してもよい。この場合、測定対象物を載置台上に容易に固定することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、測定効率が向上される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光学式座標測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光学式座標測定装置の測定ヘッドの構成を示す斜視図である。
【図３】図２の測定ヘッドのプローブの構成を示す斜視図である。
【図４】主撮像部の構成について説明するための図である。
【図５】主撮像部と複数の発光部との関係について説明するための模式図である。
【図６】図２の表示部に表示される画像の一例を示す図である。
【図７】測定対象物の一例を示す図である。
【図８】測定例について説明するための図である。
【図９】測定例について説明するための図である。
【図１０】測定例について説明するための図である。
【図１１】測定例について説明するための図である。
【図１２】測定例について説明するための図である。
【図１３】撮像画像上に測定情報が重畳表示された例を示す図である。
【図１４】載置台の他の例を示す外観斜視図である。
【図１５】載置台上に板状部材が取り付けられる例を示す図である。
【図１６】載置台、主撮像部および表示部の他の配置例を示す正面図である。
【図１７】載置台、主撮像部および表示部の他の配置例を示す側面図である。
【図１８】載置台、主撮像部および表示部のさらに他の配置例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（１）光学式座標測定装置の構成
図１は、本発明の一実施の形態に係る光学式座標測定装置の構成を示すブロック図である。図２は、図１の光学式座標測定装置３００の測定ヘッドの構成を示す斜視図である。図３は、図２の測定ヘッド１００のプローブの構成を示す斜視図である。以下、本実施の形態に係る光学式座標測定装置３００について、図１〜図３を参照しながら説明する。図１に示すように、光学式座標測定装置３００は、測定ヘッド１００および処理装置２００を備える。測定ヘッド１００は、保持部１１０、載置台１２０、主撮像部１３０、プローブ１４０、副撮像部１５０、表示部１６０、操作部１７０および制御基板１８０を含む。
【００２４】
図２に示すように、測定ヘッド１００の保持部１１０は、設置部１１１およびスタンド部１１２を含む。設置部１１１は、水平な平板形状を有し、設置面に設置される。スタンド部１１２は、設置部１１１の一方の端部から上方に延びるように設けられる。
【００２５】
設置部１１１の他方の端部に載置台１２０が設けられる。載置台１２０は、例えば光学定盤である。載置台１２０上には、測定対象物Ｓが載置される。本例においては、載置台１２０は略正方形状を有する。載置台１２０には、互いに直交する２方向に等間隔で並ぶように複数のねじ穴が形成されている。これにより、クランプ部材および固定ねじにより測定対象物Ｓを載置台１２０に固定することができる。載置台１２０は磁性を有していてもよい。この場合、マグネットベース等の磁石を用いた固定部材により測定対象物Ｓを載置台１２０に固定することができる。また、載置台１２０の上面が粘着性を有してもよい。この場合も、測定対象物Ｓを載置台１２０に容易に固定することができる。なお、載置台１２０が着脱自在に構成されてもよい。例えば、複数のねじ穴が形成された載置台１２０に、上面が粘着性を有する板状部材をねじにより固定することで、上面が粘着性を有する載置台１２０を実現してもよい。
【００２６】
スタンド部１１２の上部に主撮像部１３０が設けられる。主撮像部１３０は、スタンド部１１２の上部に着脱自在に設けられてもよく、スタンド部１１２に一体的に設けられてもよい。主撮像部１３０は、撮像素子１３１（後述する図４）および複数のレンズ１３２（後述する図４）を含む。本実施の形態においては、撮像素子１３１は赤外線を検出可能なＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサである。主撮像部１３０は、予め定められた撮像領域Ｖ（後述する図５）から放出される赤外線を検出可能に斜め下方を向くように配置される。
【００２７】
撮像領域Ｖ（図５）は、設置部１１１の載置台１２０およびその周辺を含む一定の領域である。本実施の形態においては、図１の載置台１２０および載置台１２０から図１のプローブ１４０の全長の寸法分だけ突出した領域が撮像領域Ｖとして定義されている。なお、プローブ１４０の全長は、例えば１５０ｍｍ程度である。主撮像部１３０の各画素からは、検出量に対応するアナログの電気信号（以下、受光信号と呼ぶ）が制御基板１８０に
出力される。
【００２８】
図３に示すように、プローブ１４０は、筐体部１４１、把持部１４２、複数の発光部１４３、スタイラス１４４、電源基板１４５、接続端子１４６および通知部１４８を含む。把持部１４２は、第１の方向Ｄ１に延び、筐体部１４１は第１の方向Ｄ１と交差する第２の方向Ｄ２に延びる。使用者は、把持部１４２を把持してプローブ１４０を操作する。
【００２９】
以下、特に言及しない場合には、プローブ１４０の上下および前後は、使用者が把持部１４２を垂直に保持した状態（第１の方向Ｄ１が上下方向を向く状態）でのプローブ１４０の上下および前後を指す。
【００３０】
筐体部１４１は把持部１４２の上端部に設けられる。筐体部１４１の前部分が把持部１４２の前方に突出し、筐体部１４１の後部分が把持部１４２の後方に突出するように、把持部１４２は筐体部１４１の下面の中央部から下方に延びる。ここで、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とがなす角度を把持部１４２と筐体部１４１の前部分とがなす角度φと定義する。本実施の形態では、角度φは鋭角であり、０°よりも大きく９０°よりも小さい。
【００３１】
把持部１４２が垂直に保持された状態において、筐体部１４１の前端は筐体部１４１の後端よりも下方に位置し、筐体部１４１の上面が後端から前端にかけて斜め下方に傾斜する。この場合、使用者は、筐体部１４１の上面を容易に斜め上方に向けることができる。
【００３２】
本実施の形態では、筐体部１４１の上面は、前部上面１４１ａ、中央部上面１４１ｂおよび後部上面１４１ｃからなる。前部上面１４１ａ、中央部上面１４１ｂおよび後部上面１４１ｃは、それぞれ第２の方向Ｄ２に平行である。また、前部上面１４１ａ、中央部上面１４１ｂおよび後部上面１４１ｃは、第１および第２の方向Ｄ１，Ｄ２を含む平面に垂直である。前部上面１４１ａおよび後部上面１４１ｃは同一の平面上にあり、中央部上面１４１ｂは前部上面１４１ａおよび後部上面１４１ｃよりも高い平面上にある。
【００３３】
筐体部１４１の内部には、複数の発光部１４３を保持するガラス製の保持部材が収容される。筐体部１４１には、内部の複数の発光部１４３を露出させるための複数の開口１４１ｈが形成される。
【００３４】
図３の例においては、筐体部１４１内に７個の発光部１４３が設けられる。筐体部１４１の前端に３個の発光部１４３が配置され、中央に２個の発光部１４３が配置され、後端に２個の発光部１４３が配置される。筐体部１４１の前部上面１４１ａ、中央部上面１４１ｂおよび後部上面１４１ｃには、前端の３個の発光部１４３を露出させるための開口１４１ｈ、中央の２個の発光部１４３を露出させるための開口１４１ｈおよび後端の２個の発光部１４３を露出させるための開口１４１ｈが形成される。
【００３５】
本例においては、筐体部１４１の前端の３個の発光部１４３および後端の２個の発光部１４３は、同一の平面上に位置するように配置されている。また、中央の２個の発光部１４３は、他の発光部１４３が位置する平面よりも高い平面上に位置するように配置されている。
【００３６】
前端の３個の発光部１４３は前部上面１４１ａから上方に露出するように配置される。中央の２個の発光部１４３は中央部上面１４１ｂから上方に露出するように配置される。後端の２個の発光部１４３は後部上面１４１ｃから上方に露出するように配置される。
【００３７】
各発光部１４３は、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を含む。本例においては、各ＬＥＤは赤外ＬＥＤであり、各発光部１４３は定期的に波長８６０ｎｍの赤外線を放出する。複数の発光部１４３から放出された赤外線は、筐体部１４１の複数の開口１４１ｈを通って図２の主撮像部１３０により撮像される。
【００３８】
図２の主撮像部１３０は、載置台１２０の斜め上方に位置する。上記のように、使用者は、筐体部１４１の上面を容易に斜め上方に向けることができる。そのため、主撮像部１３０は、載置台１２０上の測定対象物Ｓの形状測定時に、プローブ１４０の複数の発光部１４３から放出される赤外線を効率よく撮像することができる。
【００３９】
図３に示すように、スタイラス１４４は、測定対象物Ｓに接触可能な接触部１４４ａを有する棒状の部材である。本実施の形態においては、スタイラス１４４の先端に球状の接触部１４４ａが設けられる。筐体部１４１の前端面および下面には、スタイラス１４４を取り付けるための図示しない取付部が形成されている。使用者は、測定対象物Ｓの形状に応じて、スタイラス１４４の取り付け位置を筐体部１４１の前端面と前端の下面との間で任意に変更することができる。図３の例では、スタイラス１４４は、筐体部１４１の前端面に取り付けられている。
【００４０】
電源基板１４５は、複数の発光部１４３に電力を供給する。電源基板１４５は、把持部１４２の内部に収納される。接続端子１４６は、把持部１４２の下部に配置される。複数の発光部１４３の動作は、接続端子１４６に接続されたケーブルを通して図１の制御基板１８０により制御される。なお、プローブ１４０と制御基板１８０とが無線により通信可能に設けられてもよい。
【００４１】
副撮像部１５０は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。副撮像部１５０の解像度は、主撮像部１３０の解像度よりも低くてもよい。副撮像部１５０は、プローブ１４０のスタイラス１４４の接触部１４４ａとの位置関係が既知となる位置に配置される。本実施の形態においては、副撮像部１５０は、プローブ１４０の筐体部１４１の前端の端面に配置される。副撮像部１５０の各画素から受光信号が制御基板１８０に出力される。
【００４２】
通知部１４８は、筐体部１４１の上面の後端近傍に配置される。本実施の形態においては、通知部１４８は、複数の緑色ＬＥＤおよび複数の赤色ＬＥＤを含む。複数の発光部１４３が主撮像部１３０（図２）の撮像領域Ｖ（図２）内に存在する場合には、通知部１４８は緑色に発光する。一方、複数の発光部１４３が主撮像部１３０の撮像領域Ｖ内に存在しない場合には、通知部１４８は赤色に発光する。これにより、複数の発光部１４３が主撮像部１３０の撮像領域Ｖ内に存在しているか否かを容易に認識することができる。
【００４３】
また、光学式座標測定装置３００には、複数のプローブ１４０を用いることが可能である。使用者は、測定対象物Ｓの形状に応じて、適切な位置に適切な形状を有するスタイラス１４４が設けられたプローブ１４０を選択して測定対象物Ｓの測定を行うことができる。使用されるべきプローブ１４０の選択は、表示部１６０に表示される画像に基づいて操作部１７０を用いて行われる。また、制御部２２０には、測定対象物Ｓの複数の測定すべき測定位置と、各々の測定位置に対応して複数のプローブ１４０のうち使用されるべきプローブ１４０とが予め関連付けられて登録されていてもよい。また、登録された複数の測定すべき測定位置について、登録された手順に従って測定を進めることで、登録された関連付けに基づいて使用されるべきプローブ１４０が自動的に切り替わってもよい。
【００４４】
使用されるべきプローブ１４０の通知部１４８は、緑色または赤色に発光する。具体的には、使用されるべきプローブ１４０の複数の発光部１４３が主撮像部１３０の撮像領域Ｖ（図２）内に存在する場合には、当該プローブ１４０の通知部１４８は緑色に発光する。一方、使用されるべきプローブ１４０の複数の発光部１４３が主撮像部１３０の撮像領域Ｖ内に存在しない場合には、当該プローブ１４０の通知部１４８は赤色に発光する。他のプローブ１４０の通知部１４８は発光しない。これにより、使用者は、使用されるべきプローブ１４０を容易に認識することができる。
【００４５】
なお、本実施の形態においては、使用されるべきプローブ１４０以外のプローブ１４０の複数の発光部１４３は発光しない。そのため、使用されるべきプローブ１４０以外のプローブ１４０を用いて測定が行われることが防止される。
【００４６】
図２に示すように、表示部１６０は、保持部１１０のスタンド部１１２に支持され、かつ表示部１６０の表示画面が斜め上方を向くように設置部１１１上に設けられる。これにより、使用者は、最小限の視線の移動で測定対象物Ｓおよび表示部１６０を選択的に視認することができ、または測定対象物Ｓおよび表示部１６０を同時に視認することができる。
【００４７】
表示部１６０は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）パネルにより構成される。表示部１６０には、制御基板１８０による制御に基づいて、処理装置２００により生成された画像、光学式座標測定装置３００の操作手順画面、または測定の結果等が表示される。
【００４８】
操作部１７０は、例えば複数の操作ボタンを有する。操作部１７０は、測定を行う測定対象物Ｓの部分を指定するとき等に使用者により操作される。操作部１７０は、プローブ１４０に一体的に設けられてもよい。例えば、図３の把持部１４２に１または複数の操作ボタンが操作部１７０として設けられてもよい。この場合、使用者が一方の手で把持部１４２を把持しつつ操作部１７０を操作することができる。
【００４９】
制御基板１８０は、保持部１１０の設置部１１１内に設けられる。制御基板１８０は、主撮像部１３０、プローブ１４０、副撮像部１５０、表示部１６０および操作部１７０に接続される。処理装置２００は、制御基板１８０を介して主撮像部１３０、プローブ１４０、副撮像部１５０、表示部１６０および操作部１７０の動作を制御する。
【００５０】
制御基板１８０には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）およびＦＩＦＯ（First In First Out）メモリが実装される。主撮像部１３０および副撮像部１５０から出力される受光信号は、制御基板１８０のＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次処理装置２００に転送される。
【００５１】
本実施の形態においては、図３の複数の発光部１４３の発光のタイミングと図２の主撮像部１３０の撮像のタイミングとが同期される。複数の発光部１４３の発光期間に蓄積された画素データが、次の発光部１４３の消光期間に制御基板１８０から処理装置２００に転送される。
【００５２】
図１に示すように、処理装置２００は、記憶部２１０、制御部２２０および操作部２３０を含む。記憶部２１０は、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）およびハードディスクを含む。記憶部２１０には、システムプログラムが記憶される。また、記憶部２１０は、種々のデータの処理および測定ヘッド１００から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。
【００５３】
制御部２２０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）を含む。本実施の形態においては、記憶部２１０および制御部２２０は、パーソナルコンピュータにより実現される。制御部２２０は、測定ヘッド１００から与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。画像データは複数の画素データの集合である。制御部２２０は、生成された画像データに基づいて、プローブ１４０のスタイラス１４４の接触部１４４ａの位置を算出する。
【００５４】
操作部２３０は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスは、マウスまたはジョイスティック等を含む。操作部２３０は、使用者により操作される。
【００５５】
（２）主撮像部の構成
図４は、主撮像部１３０の構成について説明するための図である。図４（ａ）は、主撮像部１３０の模式的断面図であり、図４（ｂ）は、主撮像部１３０の外観斜視図である。
【００５６】
図４（ａ）に示すように、主撮像部１３０は、素子保持部１３０ａ、レンズ保持部１３０ｂ、撮像素子１３１および複数のレンズ１３２を備える。素子保持部１３０ａおよびレンズ保持部１３０ｂは例えば金属材料からなる。素子保持部１３０ａおよびレンズ保持部１３０ｂは、一体成形により共通の部材として設けられてもよく、または別体として設けられてもよい。
【００５７】
素子保持部１３０ａの一面に矩形の断面を有する凹部１３３が形成される。凹部１３３に撮像素子１３１が嵌合される。撮像素子１３１の位置ずれを防止するため、凹部１３３内で撮像素子１３１が固定されてもよい。凹部１３３の底面から素子保持部１３０ａの上記一面に平行な他面にかけて貫通孔１３４が形成される。
【００５８】
レンズ保持部１３０ｂは、円筒形状を有する。レンズ保持部１３０ｂの一端部が素子保持部１３０ａの上記他面に固定される。レンズ保持部１３０ｂには種々の大きさを有する複数のレンズ１３２が保持される。複数のレンズ１３２は、素子保持部１３０ａの貫通孔１３４と重なり、かつ互いに光軸が一致するように配置される。レンズ保持部１３０ｂの他端部から複数のレンズ１３２を通して撮像素子１３１に光が入射する。
【００５９】
（３）主撮像部による検出
上記のように、主撮像部１３０は、プローブ１４０の複数の発光部１４３から放出される赤外線を検出する。図５は、主撮像部１３０と複数の発光部１４３との関係について説明するための模式図である。図５においては、理解を容易にするため、いわゆるピンホールカメラモデルを用いて説明する。図５には、主撮像部１３０の複数のレンズ１３２のうち１つのレンズ１３２のみが示され、そのレンズ１３２の主点１３２ａを通るように撮像素子１３１に光が導かれる。
【００６０】
図５に示すように、主撮像部１３０は、一定の画角（視野角）θを有する。主撮像部１３０の画角θの範囲内に、撮像領域Ｖが含まれる。撮像領域Ｖ内に複数の発光部１４３がそれぞれ位置する場合、それらの発光部１４３から放出される赤外線が、レンズ１３２の主点１３２ａを通って撮像素子１３１に入射する。
【００６１】
この場合、撮像素子１３１の受光位置Ｐに基づいて、レンズ１３２の主点１３２ａから各発光部１４３へ向かう方向が特定される。図５の例では、一点鎖線で示すように、各受光位置Ｐおよびレンズ１３２の主点１３２ａを通る各直線上に各発光部１４３が位置する。また、複数の発光部１４３の相対的な位置関係は、例えば図１の記憶部２１０に予め記憶される。
【００６２】
レンズ１３２の主点１３２ａから各発光部１４３へ向かう方向および複数の発光部１４３の位置関係に基づいて、各発光部１４３の中心の位置が一義的に定まる。また、本実施の形態では、互いに直交するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸がそれぞれ定義され、撮像領域Ｖ内の絶対位置が３次元座標で表される。図１の制御部２２０は、撮像素子１３１の受光位置Ｐ、および予め記憶された複数の発光部１４３の位置関係に基づいて、各発光部１４３の中心の座標を算出する。
【００６３】
算出された各発光部１４３の中心の座標に基づいて、プローブ１４０の接触部１４４ａ（図３）と測定対象物Ｓとの接触位置の座標が図１の制御部２２０により算出される。
【００６４】
例えば、各発光部１４３の中心と接触部１４４ａ（図３）の中心との位置関係が、図１の記憶部２１０に予め記憶される。算出された各発光部１４３の中心の座標、および予め記憶された各発光部１４３の中心と接触部１４４ａの中心との位置関係に基づいて、接触部１４４ａの中心の座標が特定される。
【００６５】
また、各発光部１４３の中心の座標に基づいて、プローブ１４０の姿勢が特定される。これにより、スタイラス１４４の向きが特定される。また、各発光部１４３の中心の座標の変化に基づいて、接触部１４４ａの移動方向が特定される。通常、接触部１４４ａは、接触されるべき測定対象物Ｓの面に対して垂直に近づけられる。そのため、特定されたスタイラス１４４の向きおよび接触部１４４ａの移動方向に基づいて、接触部１４４ａの中心と接触位置との相対的な位置関係が推定される。推定された位置関係に基づいて、接触部１４４ａの中心の座標から接触部１４４ａと測定対象物Ｓとの接触位置の座標が算出される。
【００６６】
なお、測定対象物Ｓから接触部１４４ａに加わる力の方向を検出するセンサがプローブ１４０に設けられてもよい。その場合、センサの検出結果に基づいて、接触部１４４ａと測定対象物Ｓとの接触位置の座標を算出することができる。
【００６７】
撮像素子１３１と複数のレンズ１３２との位置関係、複数の発光部１４３の位置関係、および複数の発光部１４３と接触部１４４ａとの位置関係等に個体差があると、算出される座標にばらつきが生じる。そこで、光学式座標測定装置３００による測定を行う前に、個体差によるばらつきを防止するためのキャリブレーションが行われることが好ましい。キャリブレーション結果を固有データとして保持し、その固有データを測定対象物の測定の際に参照してもよく、またはキャリブレーション結果に基づいて、実際に測定を行う前に上記の各位置関係等の個体差を調整してもよい。
【００６８】
（４）測定例
光学式座標測定装置３００による測定対象物Ｓの寸法の測定例について説明する。図６は、図２の表示部１６０に表示される画像の一例を示す図である。図７は、測定対象物Ｓの一例を示す図である。
【００６９】
図６には、撮像領域Ｖを仮想的に表す画像（以下、撮像領域仮想画像と呼ぶ）ＶＩが示される。上記のように、撮像領域Ｖには、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸がそれぞれ設定される。本例では、載置台１２０の上面に平行でかつ互いに直交するようにｘ軸およびｙ軸が設定され、載置台１２０の上面に対して垂直にｚ軸が設定される。また、載置台１２０の中心が原点Ｏに設定される。図６の撮像領域仮想画像ＶＩには、原点Ｏ、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸が含まれるとともに、載置台１２０の外周を表す線（図６の点線）が含まれる。
【００７０】
図７の測定対象物Ｓは、直方体形状を有する。本例では、測定対象物Ｓの一側面Ｓａと、その反対側の側面Ｓｂとの間の距離が測定される。測定対象物Ｓの側面Ｓａ，Ｓｂは、それぞれｘ軸に対して垂直である。
【００７１】
図８〜図１２は、図７の測定対象物Ｓにおける具体的な測定例について説明するための図である。図８（ａ）および図１０（ａ）は、載置台１２０、主撮像部１３０、プローブ１４０および測定対象物Ｓの位置関係を示す正面図であり、図８（ｂ）および図１０（ｂ）は、プローブ１４０および測定対象物Ｓの外観斜視図である。図９、図１１および図１２には、表示部１６０に表示される撮像領域仮想画像ＶＩの例が示される。
【００７２】
図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、プローブ１４０の複数の発光部１４３が撮像領域Ｖ内に位置するように、スタイラス１４４の接触部１４４ａが測定対象物Ｓの側面Ｓａに接触される。その状態で、図１の操作部１７０が操作されることにより、図８（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓと接触部１４４ａとの接触位置が測定位置Ｍ１ａとして設定される。この場合、測定位置Ｍ１ａの座標が特定される。
【００７３】
同様にして、測定対象物Ｓの側面Ｓａ上の３つの位置が測定位置Ｍ２ａ，Ｍ３ａ，Ｍ４ａとして設定され、測定位置Ｍ２ａ，Ｍ３ａ，Ｍ４ａの座標が特定される。続いて、図１の操作部１７０または操作部２３０が操作されることにより、測定位置Ｍ１ａ〜Ｍ４ａを通る平面が、測定対象物Ｓの側面Ｓａに対応する測定平面ＭＬ１として設定される。この場合、図９に示すように、撮像領域仮想画像ＶＩ上に、設定された測定平面ＭＬ１が重畳される。
【００７４】
続いて、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、プローブ１４０の複数の発光部１４３が撮像領域Ｖ内に位置するように、スタイラス１４４の接触部１４４ａが測定対象物Ｓの側面Ｓｂに接触される。その状態で、図１の操作部１７０が操作されることにより、図１０（ｂ）に示すように、測定対象物Ｓと接触部１４４ａとの接触位置が測定位置Ｍ１ｂとして設定される。この場合、測定位置Ｍ１ｂの座標が特定される。
【００７５】
同様にして、測定対象物Ｓの側面Ｓｂ上の３つの位置が測定位置Ｍ２ｂ，Ｍ３ｂ，Ｍ４ｂとして設定され、測定位置Ｍ２ｂ，Ｍ３ｂ，Ｍ４ｂの座標が特定される。続いて、図１の操作部１７０または操作部２３０が操作されることにより、測定位置Ｍ１ｂ〜Ｍ４ｂを通る平面が、測定対象物Ｓの側面Ｓｂに対応する測定平面ＭＬ２として設定される。この場合、図１１に示すように、撮像領域仮想画像ＶＩ上に、測定平面ＭＬ１に加えて、設定された測定平面ＭＬ２が重畳される。
【００７６】
続いて、図１の操作部１７０または操作部２３０が操作されることにより、図１の制御部２２０において、決定された測定平面ＭＬ１，ＭＬ２の距離が算出され、図１２に示すように、算出結果が撮像領域仮想画像ＶＩ上に表示される。なお、算出結果は、撮像領域仮想画像ＶＩと別個に表示部１６０に表示されてもよい。また、２つの測定平面間の距離の算出条件等は、使用者により適宜設定可能であってもよい。
【００７７】
本例では、４つの測定位置に基づいて１つの測定平面が決定されるが、最少で３つの測定位置に基づいて、１つの測定平面を設定することができる。一方、４つ以上の測定位置を設定することにより、測定対象物Ｓに対応する測定平面をより正確に設定することができる。また、４つ以上の測定位置に基づいて、測定対象物Ｓの面の平面度を求めることもできる。
【００７８】
また、本例では、指定された複数の位置（測定位置）を通る平面（測定平面）が測定対象として設定されるが、測定対象物の形状に応じて、他の幾何学形状が測定対象として設定されてもよい。例えば、指定された複数の位置を通る円筒または球等が測定対象として設定されてもよい。この場合、設定された円筒の断面の径または球の半径等を求めることができる。また、設定された幾何学形状に関する角度または面積等が求められてもよい。
【００７９】
本実施の形態に係る光学式座標測定装置３００が製造部品の良否検査に用いられる場合、実際に測定対象物（製造部品）の測定が行われる前に、測定すべき幾何学的特徴が光学式座標測定装置３００に予め設定される。その幾何学的特徴に関して測定対象物の測定が行われ、その測定結果に基づいて、測定対象物が設計通りの形状を有するか否かが検査される。この場合、測定すべき複数の幾何学的特徴の各々に関して良否基準が光学式座標測定装置３００に予め設定され、光学式座標測定装置３００が、その複数の幾何学的特徴に関する測定対象物の測定結果と、予め設定された複数の幾何学的特徴に関する良否基準とをそれぞれ比較し、各幾何学的特徴に関して良否の判別を行ってもよい。また、複数の幾何学的特徴の測定手順と複数の幾何学的特徴に関する良否基準が光学式座標測定装置３００に予め設定され、光学式座標測定装置３００が、各幾何学的特徴に関して良否の判別を行うのに加え、複数の幾何学的特徴に関する測定結果と良否基準との比較結果に基づいて総合的に測定対象物の良否判定を行ってもよい。
【００８０】
（５）撮像部の使用例
図３の副撮像部１５０によって測定対象物Ｓを撮像することにより、測定対象物Ｓの画像を表示部１６０に表示させることができる。以下、副撮像部１５０により得られる画像を撮像画像と呼ぶ。
【００８１】
複数の発光部１４３と副撮像部１５０との位置関係、および副撮像部１５０の特性（画角およびディストーション等）は、例えば図１の記憶部２１０に撮像情報として予め記憶される。そのため、複数の発光部１４３が撮像領域Ｖ内にある場合、副撮像部１５０により撮像される領域が図１の制御部２２０により認識される。すなわち、撮像画像に対応する３次元空間が制御部２２０により認識される。
【００８２】
上記のように、測定位置および測定平面等の測定に関する情報（以下、測定情報と呼ぶ）は、３次元空間で設定される。本実施の形態では、これらの測定情報を撮像画像と対応付け、撮像画像上に測定情報を重畳表示することができる。
【００８３】
図１３は、撮像画像上に測定情報が重畳表示された例を示す図である。図１３の例では、測定対象物Ｓの側面Ｓａが副撮像部１５０により撮像される。その撮像画像ＳＩに、測定位置Ｍ１ａ〜Ｍ４ａを表す複数の球体の画像Ｐ１ａ〜Ｐ４ａが重畳されるとともに、測定平面ＭＬ１を表す画像ＰＬ１が重畳される。
【００８４】
このように、実際に測定対象物Ｓが撮像されることによって得られる撮像画像上に測定情報が重畳されることにより、測定情報を使用者が視覚的に把握しやすくなる。また、一の測定対象物Ｓに対する測定を行った後に、他の測定対象物Ｓに対して同様の測定を行う場合、測定情報が重畳された撮像画像を参照することにより、他の測定対象物Ｓに対する測定を容易に行うことが可能となる。
【００８５】
（６）効果
上記実施の形態に係る光学式座標測定装置３００においては、載置台１２０の上方の撮像領域Ｖが主撮像部１３０により撮像されるように、主撮像部１３０と載置台１２０とが保持部１１０により一体的に保持される。それにより、主撮像部１３０および載置台１２０がそれぞれ別体として設けられる場合に比べて、光学式座標測定装置３００の取り扱いが容易になる。また、主撮像部１３０を固定するための固定具を別途用意する必要がない。それにより、光学式座標測定装置３００による測定効率が向上される。
【００８６】
また、上記実施の形態では、載置台１２０の斜め上方に主撮像部１３０が配置されるので、光学式座標測定装置３００の大型化を抑制しつつ載置台１２０の上方の広範囲な領域を撮像することができる。また、主撮像部１３０がプローブ１４０の移動の妨げになることが防止される。
【００８７】
また、上記実施の形態では、保持部１１０により保持されるように主撮像部１３０および載置台１２０と一体的に表示部１６０が設けられる。それにより、別途に表示部を用意することなく、使用者は制御部２２０による算出結果等を容易に確認することができる。
【００８８】
（７）載置台の他の例
図１４は、載置台１２０の他の例を示す外観斜視図である。図１４の載置台１２０について、図２の載置台１２０と異なる点を説明する。図１４の載置台１２０には、矩形状の領域表示線１２０Ｌが付される。領域表示線１２０Ｌは、測定精度が保証される領域（以下、精度保証領域と呼ぶ）を表す。本例において、精度保証領域は、載置台１２０の中央部上における幅２００ｍｍ、奥行き２００ｍｍおよび高さ１５０ｍｍの直方体状の領域である。
【００８９】
精度保証領域は精度を保証する領域であるため、精度保証領域内に測定対象物Ｓの測定位置があったとしても、その測定位置にプローブ１４０の接触部１４４ａが接触される状態で、複数の発光部１４３が撮像領域Ｖから必ずしも外れないというものではなく、プローブ１４０の位置や姿勢によっては、複数の発光部１４３が撮像領域Ｖから外れることがある。
【００９０】
精度保証領域内に測定対象物Ｓの測定位置がある場合、その測定位置にプローブの接触部１４４ａが接触される状態で、複数の発光部１４３が撮像領域Ｖから比較的外れにくい。そのため、主撮像部１３０により取得される画像データに基づいて、複数の発光部１４３の位置が正確に求められやすい。それにより、測定位置の座標が比較的精度良く算出される。一方、精度保証領域の外側に測定対象物Ｓの測定位置がある場合、その測定位置にプローブ１４０の接触部１４４ａが接触される状態で、少なくとも一部の発光部１４３が撮像領域Ｖから外れやすい。また、複数の発光部１４３が撮像領域Ｖ内にある場合であっても、その位置が正確に求められない場合がある。そのため、測定位置の座標が精度良く算出されない場合がある。測定位置と精度保証領域との間の距離が大きいほど、測定位置の座標の算出結果に誤差が生じやすくなる。
【００９１】
使用者は、領域表示線１２０Ｌを目安として、測定位置が精度保証領域内に位置するように、載置台１２０上に測定対象物Ｓを載置する。これにより、測定対象物Ｓの測定精度の低下が防止される。領域表示線１２０Ｌは、インク等により載置台１２０に描かれてもよく、または溝またはスリットとして載置台１２０上に形成されてもよい。
【００９２】
載置台１２０には、複数のねじ穴ＳＨが設けられる。これらのねじ穴ＳＨに、測定対象物Ｓを固定するための固定部材（例えば、クランプ部材または固定ねじ）が取り付けられる。なお、図１４の例では、領域表示線１２０Ｌ上およびその内側で規則的に並ぶように複数のねじ穴ＳＨが形成され、領域表示線１２０Ｌの外側にはねじ穴ＳＨが形成されない。そのため、複数のねじ穴ＳＨの位置に基づいて、精度保証領域を認識することができる。それにより、本例のように複数のねじ穴ＳＨが形成される場合には、載置台１２０に領域表示線１２０Ｌが付されなくてもよい。
【００９３】
載置台１２０上に特定の性質を有する板状部材が取り付けられてもよい。図１５は、載置台１２０上に板状部材が取り付けられる例を示す図である。図１５の例では、複数のねじＳＣが板状部材１２０ａの孔部ＨＰを通してねじ穴ＳＨにねじこまれることにより、板状部材１２０ａが載置台１２０上に取り付けられる。板状部材１２０ａには、精度保証領域を表す領域表示線１２０Ｌａが付される。
【００９４】
図１５の例では、板状部材１２０ａの４つの孔部ＨＰが、載置台１２０上の領域表示線１２０Ｌの４つの頂点に設けられるねじ穴ＳＨと重なる。そのため、４つの孔部ＨＰに挿入される４つのねじＳＣの位置が、領域表示線１２０Ｌの４つの頂点の位置を表す。したがって、４つのねじＳＣの位置に基づいて、精度保証領域を認識することができる。それにより、本例のように孔部ＨＰが設けられる場合には、板状部材１２０ａに領域表示線１２０Ｌａが付されなくてもよい。
【００９５】
板状部材１２０ａは、上面に粘着性を有してもよく、または磁力を有してもよい。このような板状部材１２０ａを用いて、測定対象物Ｓを載置台１２０上に容易に固定することができる。板状部材１２０ａの取付方法は、図１５の例に限定されない。例えば、板状部材１２０ａの下面が粘着性であってもよく、または他の部材を用いて板状部材１２０ａが載置台１２０上に取り付けられてもよい。
【００９６】
（８）他の実施の形態
（８−１）
上記実施の形態では、測定ヘッド１００の保持部１１０の一端部の上方にスタンド部１１２を介して主撮像部１３０が設けられ、保持部１１０の他端部に載置台１２０が設けられ、スタンド部１１２と載置台１２０との間に表示部１６０が設けられるが、載置台１２０、主撮像部１３０および表示部１６０の配置はこれに限定されない。
【００９７】
図１６および図１７は、載置台１２０、主撮像部１３０および表示部１６０の他の配置例を示す正面図および側面図である。図１６および図１７の例について、図２の例と異なる点を説明する。
【００９８】
図１６および図１７の例では、保持部１１０の一端部にスタンド部１１２を介して主撮像部１３０が設けられる代わりに、載置台１２０の側方にスタンド部１１２が設けられ、そのスタンド部１１２の上端部に主撮像部１３０が設けられる。平面視において、載置台１２０から表示部１６０に向かう方向と載置台１２０から主撮像部１３０に向かう方向とが互いに直交する。
【００９９】
本例においても、主撮像部１３０が載置台１２０の斜め上方に位置する。そのため、測定ヘッド１００の大型化を抑制しつつ載置台１２０上の撮像領域Ｖを撮像することができる。
【０１００】
図１８は、載置台１２０、主撮像部１３０および表示部１６０のさらに他の配置例を示す正面図および側面図である。図１８の例について、図２の例と異なる点を説明する。
【０１０１】
図１８の例では、スタンド部１１２と載置台１２０との間に表示部１６０が設けられる代わりに、スタンド部１１２の側方に取り付け部１６０ａを介して表示部１６０が設けられる。平面視において、載置台１２０から主撮像部１３０に向かう方向と、載置台１２０から表示部１６０に向かう方向とが角度をなす。
【０１０２】
本例においても、載置台１２０および主撮像部１３０と一体的に表示部１６０が設けられるので、別途に表示部を用意することなく、表示部１６０上で測定結果を容易に確認することができる。
【０１０３】
このように、載置台１２０、主撮像部１３０および表示部１６０の配置は限定されず、適宜変更されてもよい。また、測定ヘッド１００に表示部１６０が設けられることなく、ノート型パーソナルコンピュータのディスプレイ、または別途に用意された液晶ディスプレイ等に、測定結果が表示されてもよい。
【０１０４】
（８−２）
上記実施の形態では、主撮像部１３０により撮像されるプローブ１４０のマーカとして、ＬＥＤにより発光される発光部１４３が用いられるが、プローブ１４０のマーカはこれに限定されない。例えば、フィラメント等の他の発光素子により発光される発光部がマーカとして用いられてもよく、蛍光色等の特定の色を有する非発光部がマーカとして用いられてもよく、特定の形状を有する非発光部がマーカとして用いられてもよい。
【０１０５】
（９）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０１０６】
上記実施の形態においては、光学式座標測定装置３００が光学式座標測定装置の例であり、測定対象物Ｓが測定対象物の例であり、載置台１２０が載置台の例であり、発光部１４３がマーカの例であり、接触部１４４ａが接触部の例であり、プローブ１４０がプローブの例であり、主撮像部１３０が撮像部の例であり、制御部２２０が算出部の例であり、保持部１１０が保持部の例であり、把持部１４２が把持部の例であり、筐体部１４１が本体部の例であり、第１の方向Ｄ１が第１の方向の例であり、第２の方向Ｄ２が第２の方向の例であり、表示部１６０が表示部の例である。
【０１０７】
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明は、種々の測定対象物の寸法等の測定に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０９】
１００  測定ヘッド
１１０  保持部
１１１  設置部
１１２  スタンド部
１２０  載置台
１３０  主撮像部
１３１  撮像素子
１３２  レンズ
１４０  プローブ
１４１  筐体部
１４１ｈ  開口
１４２  把持部
１４３  発光部
１４４  スタイラス
１４４ａ  接触部
１４５  電源基板
１４６  接続端子
１５０  副撮像部
１６０  表示部
１７０  操作部
１８０  制御基板
２００  処理装置
２１０  記憶部
２２０  制御部
２３０  操作部
３００  光学式座標測定装置
Ｓ  測定対象物
【図１】
2015194452.tif 000003
【図２】
2015194452.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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