(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の投光箇所から前記投光箇所毎に向きが異なる仮想面に沿った方向へ面状に光を投射することにより、前記仮想面と測定対象物の表面との交線に相当する測定対象箇所に対して光を照射可能に構成され、各投光箇所からは前記投光箇所毎に波長域が異なる光を投射可能に構成された投光部と、
複数の前記投光箇所それぞれから投射される前記波長域が異なる光それぞれを区別して受光可能な撮像素子を有し、前記測定対象物の画像を撮像して、当該画像を表す画像データを出力可能な撮像部と、
複数の前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとの相対的な位置関係を変更可能な変更部と、
前記撮像部から出力される前記測定対象物の画像を表す画像データに基づくデータ処理を実行可能な処理部と
を備え、
前記処理部は、
複数の前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとの相対的な位置関係が前記変更部によって変更されるたびに前記撮像部において前記測定対象物の画像を撮像することにより、前記撮像部から出力される複数の前記画像データそれぞれが表す前記測定対象物の画像中から前記測定対象箇所を検出する第一の処理と、
前記第一の処理によって検出された前記画像中における前記測定対象箇所の位置と、複数の前記投光箇所の位置及び投光方向と前記撮像部の位置及び撮像方向と前記測定対象物の位置及び向きとに基づき、前記測定対象箇所の三次元座標を算出する第二の処理と
を実行可能に構成されており、
前記投光部は、複数の前記投光箇所それぞれにおいて、複数の前記波長域をいずれかに切り替えて光を投射可能に構成され、
前記測定対象物に対する形状測定を実行する前に実行される前処理として、
前記投光部は、複数の前記投光箇所のいずれかにおいて、複数の前記波長域を順に切り替えながら、各波長域に含まれる光を投射し、
前記撮像部は、前記投光部が各波長域に含まれる光を投射するたびに、前記測定対象物の画像を撮像して、当該画像を表す画像データを出力し、
前記処理部は、前記撮像部が前記画像データを出力するたびに、当該画像データが表す前記測定対象物の画像中から、前記測定対象箇所を検出して、検出された前記測定対象箇所の輝度を比較することにより、当該輝度が最も高い画像に対応する第一波長域を特定し、
前記測定対象物に対する形状測定を実行する際には、
前記投光部は、前記前処理によって特定された前記第一波長域に含まれる光を、一つの前記投光箇所から投射し、前記第一波長域とは異なる第二波長域に含まれる光を、前記第一波長域に含まれる光を投射する前記投光箇所とは別の前記投光箇所から投射するように構成されており、
前記測定対象物に対する形状測定を実行する際には、
前記投光部は、前記前処理によって特定された前記第一波長域に含まれる光を、複数の前記投光箇所それぞれからの投光方向と前記撮像部による撮像方向とのなす角度が最も小さくなる前記投光箇所から投射するように構成されている
三次元形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元形状測定装置であって、
前記投光部において、複数の前記投光箇所には、前記撮像部による撮像方向と投光方向のなす角度が第一の角度となる第一投光箇所と、前記撮像部による撮像方向と投光方向のなす角度が前記第一の角度よりも小さい第二の角度となる第二投光箇所とを含み、
前記変更部は、前記位置関係を第一位置関係に変更したときに前記第一投光箇所から光が照射される前記測定対象箇所と、前記位置関係を第二位置関係に変更したときに前記第二投光箇所から光が照射される前記測定対象箇所とが、同一の前記測定対象箇所となるように、前記位置関係を変更可能に構成され、
前記処理部は、前記第一の処理では、前記変更部によって前記位置関係が前記第一位置関係に変更された場合と前記位置関係が前記第二位置関係に変更された場合のそれぞれにおいて前記撮像部によって撮像された各画像を処理対象として、前記処理対象となる各画像の一方から前記測定対象箇所を検出した場合には、当該一方の画像から検出された前記測定対象箇所を前記第二の処理による処理対象とし、前記処理対象となる各画像の両方から前記測定対象箇所を検出した場合には、前記位置関係を前記第一位置関係に変更したときの画像から検出された前記測定対象箇所を前記第二の処理による処理対象とする
三次元形状測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の三次元形状測定装置であって、
前記投光部は、二つ又は三つの前記投光箇所を有し、各投光箇所から赤色光、緑色光、及び青色光のうちのいずれかを投射可能に構成されている
三次元形状測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の三次元形状測定装置であって、
前記変更部は、前記測定対象物を支持して、回転駆動される支持部を有し、
前記投光部は、複数の前記投光箇所それぞれからの光の投射方向を前記支持部の回転中心に向けて配置され、
前記撮像部は、撮像方向を前記支持部の回転中心に向けて配置されている
三次元形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
投光器から測定対象物へ光を投射し、測定対象物をカメラで撮像し、投光器やカメラが既知の相対位置関係にあることに基づき、三角測量の要領で測定対象物表面の三次元座標値を算出する三次元形状測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
下記特許文献１に記載された三次元形状測定装置の場合、測定対象物はターンテーブル上に搭載され、ターンテーブルを回転させることにより、スリット光が照射される箇所の位置が順次変更される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−６７１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に記載された三次元形状測定装置の場合、測定対象物の形状によっては、投光器から投射された光が照射されている測定対象箇所が、その測定対象箇所とカメラとの間にある突出箇所の裏に隠れてしまうことがあった。この場合、カメラ側ではスリット光が照射された箇所の位置を認識できないため、当該箇所については三次元座標値を算出することができず、測定対象物の表面形状が不明になる、という問題があった。
【０００６】
以上のような事情から、測定対象物の表面形状が不明になる範囲を削減可能な三次元形状測定装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に説明する三次元形状測定装置は、複数の投光箇所から投光箇所毎に向きが異なる仮想面に沿った方向へ面状に光を投射することにより、仮想面と測定対象物の表面との交線に相当する測定対象箇所に対して光を照射可能に構成され、各投光箇所からは投光箇所毎に波長域が異なる光を投射可能に構成された投光部と、複数の投光箇所それぞれから投射される波長域が異なる光それぞれを区別して受光可能な撮像素子を有し、測定対象物の画像を撮像して、当該画像を表す画像データを出力可能な撮像部と、複数の投光箇所の位置及び投光方向と撮像部の位置及び撮像方向と測定対象物の位置及び向きとの相対的な位置関係を変更可能な変更部と、撮像部から出力される測定対象物の画像を表す画像データに基づくデータ処理を実行可能な処理部とを備え、処理部は、複数の投光箇所の位置及び投光方向と撮像部の位置及び撮像方向と測定対象物の位置及び向きとの相対的な位置関係が変更部によって変更されるたびに撮像部において測定対象物の画像を撮像することにより、撮像部から出力される複数の画像データそれぞれが表す測定対象物の画像中から測定対象箇所を検出する第一の処理と、第一の処理によって検出された画像中における測定対象箇所の位置と、複数の投光箇所の位置及び投光方向と撮像部の位置及び撮像方向と測定対象物の位置及び向きとに基づき、測定対象箇所の三次元座標を算出する第二の処理とを実行可能に構成されている。
【０００８】
このように構成された三次元形状測定装置によれば、測定対象物の画像を撮像するたびに、測定対象箇所を複数の投光箇所と同数検出することができる。そのため、単一の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、一度の撮像でより多くの三次元座標を算出することができる。
【０００９】
しかも、複数の投光箇所は投光箇所毎に向きが異なる仮想面に沿った方向へ光を投射するので、撮像部による撮像方向と複数の投光箇所それぞれの投光方向とがなす角度は互いに異なる角度となる。そのため、ある投光箇所からの投光では測定対象箇所が他の突出箇所の裏に隠れてしまう場合であっても、別の投光箇所からの投光であれば測定対象箇所が他の突出箇所の裏に隠れない可能性がある。したがって、単一の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、測定対象物の表面形状が不明となる箇所を削減することができる。
【００１０】
また、二以上の投光箇所のいずれから投光しても、同一の測定対象箇所が撮像できる場合には、それら二以上の投光箇所の中から、より信頼性が高いと考えられる投光箇所を選定して、三次元座標の算出を行うこともできる。したがって、単一の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、算出される三次元座標の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は三次元形状測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２はカメラ、第一投光器、第二投光器、及びターンテーブルの位置関係を示す説明図である。
【図３】図３は三次元形状測定装置において実行される処理を示すフローチャートである。
【図４】図４は初期処理を示すフローチャートである。
【図５】図５はターンテーブルの回転に伴って測定対象箇所の位置が変化する様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、上述の三次元形状測定装置について、例示的な実施形態を挙げて説明する。
［三次元形状測定装置の構成］
図１に示すように、以下に説明する三次元形状測定装置１は、ＰＣ等の外部機器２に接続して使用される周辺機器である。この三次元形状測定装置１は、制御装置１０、第一投光器１１、第二投光器１２、カメラ１３、入力部１４、表示部１５、通信部１６、ステッピングモータ１７、動力伝達機構１８、及びターンテーブル１９などを備えている。
【００１３】
制御装置１０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータと、第一投光器１１、第二投光器１２、カメラ１３、及びステッピングモータ１７それぞれとマイクロコンピュータとの間に介在するインターフェース回路等を有する。第一投光器１１、第二投光器１２、カメラ１３、及びステッピングモータ１７は、それぞれが制御装置１０によって制御されて作動する。また、カメラ１３によって撮像された画像の画像データは、カメラ１３から制御装置１０へと伝送され、画像データに対するデータ処理や三次元座標値の算出処理が制御装置１０において実行される。
【００１４】
第一投光器１１は、図２に示すように、第一投光器１１からの光の投射方向をターンテーブル１９の回転中心となる軸線Ｔ０（図２において紙面に直交する軸線。）に向けて配置されている。また、第一投光器１１は、第一投光箇所Ｐ１とターンテーブル１９の回転中心となる軸線Ｔ０とを通る第一の仮想面に沿った方向へ面状に光を投射可能に構成されている。これにより、第一投光器１１は、第一の仮想面と測定対象物２０の表面との交線に相当する第一の測定対象箇所Ｑ１に対してスリット光を照射することができる。
【００１５】
第二投光器１２は、第二投光器１２からの光の投射方向をターンテーブル１９の回転中心となる軸線Ｔ０に向けて配置されている。また、第二投光箇所Ｐ２とターンテーブル１９の回転中心となる軸線Ｔ０とを通る第二の仮想面に沿った方向へ面状に光を投射可能に構成されている。これにより、第二投光器１２は、第二の仮想面と測定対象物２０の表面との交線に相当する第二の測定対象箇所Ｑ２に対してスリット光を照射することができる。
【００１６】
また、第一投光器１１及び第二投光器１２は、投光器毎に波長域が異なる光をそれぞれから投射可能に構成されている。本実施形態の場合、第一投光器１１及び第二投光器１２は、それぞれが赤色光、緑色光、及び青色光をいずれかに切り替えて投射可能に構成され、例えば、第一投光器１１から赤色光を投射する場合には、第二投光器１２からは緑色光を投射する等、投光器毎に波長域が異なる光を投射することができる。
【００１７】
カメラ１３は、撮像箇所Ｐ３において撮像方向をターンテーブル１９の回転中心となる軸線Ｔ０に向けて配置されている。第一投光器１１による投光方向とカメラ１３による撮像方向のなす角度は第一の角度θ１とされている。第二投光器１２による投光方向とカメラ１３による撮像方向のなす角度は第二の角度θ２とされ、第二の角度θ２は、上述の第一の角度θ１よりも小さい角度とされている。
【００１８】
カメラ１３は、第一投光器１１及び第二投光器１２それぞれから投射される波長域が異なる光それぞれを区別して受光可能な撮像素子を有する。このようなカメラ１３により、第一投光器１１及び第二投光器１２それぞれから投射される光が測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２において散乱する状態にある測定対象物２０の画像を撮像して、その画像を表す画像データを制御装置１０へと出力することができる。
【００１９】
入力部１４は、タッチパネルやプッシュスイッチ等によって構成され、利用者が三次元形状測定装置１に対する指令を入力する際に利用者によって操作される。表示部１５は、液晶ディスプレイ等によって構成され、三次元形状測定装置１に関する各種情報が表示される。通信部１６は、ＰＣ等の外部機器２と三次元形状測定装置１との間でデータ通信を行う際に利用される通信インターフェースである。
【００２０】
ステッピングモータ１７は、ターンテーブル１９を回転駆動するための動力源である。ステッピングモータ１７を作動させると、その動力が動力伝達機構１８を介してターンテーブル１９に伝達されて、ターンテーブル１９が回転駆動される。ターンテーブル１９には測定対象物２０が搭載され、ターンテーブル１９とともに測定対象物２０を回転させることにより、複数の投光箇所の位置及び投光方向とカメラ１３の位置及び撮像方向と測定対象物２０の位置及び向きとの相対的な位置関係を変更することができる。
【００２１】
［三次元形状測定装置において実行される処理］
次に、三次元形状測定装置１において実行される処理について、図３及び図４に基づいて説明する。以下に説明する処理は、入力部１４において測定開始ボタンが押された際に、制御装置１０によって実行される。
【００２２】
この処理を開始すると、制御装置１０は、まず、初期処理を実行する（Ｓ１０）。この初期処理の詳細については図４に基づいて説明する。初期処理を開始すると、制御装置１０は、第一投光器１１から赤色光、緑色光、及び青色光を測定対象物２０に対して投射して（Ｓ１１０）、測定対象物２０をカメラ１３で撮像する（Ｓ１２０）。Ｓ１１０及びＳ１２０では、赤色光、緑色光、及び青色光を同時に投射して撮像してもよいし、赤色光、緑色光、及び青色光それぞれを別々に投射してそれらを別々に撮像してもよい。
【００２３】
続いて、制御装置１０は、赤色光、緑色光、及び青色光が照射された箇所の画像を色別に抽出する（Ｓ１３０）。そして、抽出箇所に含まれる各画素の輝度を比較し、輝度がより高くなる光の色がカメラ１３との間の角度がより小さい投光器に割り当てられるように各投光器に光の色を割り付ける（Ｓ１４０）。
【００２４】
具体例を交えて説明すれば、赤色光を投光した場合に撮像された画像からの抽出箇所に含まれる画素の輝度が最も高く、青色光を投光した場合に撮像された画像からの抽出箇所に含まれる画素の輝度が最も低い場合には、カメラ１３との間の角度が最も小さい角度θ２となっている第二投光器１２に赤色光を割り付ける。また、カメラ１３との間の角度が次に小さい角度θ１となっている第一投光器１１に緑色光を割り付ける。なお、本実施形態の場合、投光器の数が二つなので、青色光はどの投光器にも割り付けられないが、投光器が三つある場合には、更に青色光も利用される。こうして、どの投光器にどの色の光を割り付けるかが確定したら、各投光器に割り付けられた色の光を各投光器から投射する（Ｓ１５０）。Ｓ１５０を終えたら図３に戻り、Ｓ１０を終える。
【００２５】
続いて、制御装置１０は、ターンテーブル１９が一回転したか否かを判断する（Ｓ２０）。Ｓ２０において、ターンテーブル１９がまだ一回転していなければ（Ｓ２０：ＮＯ）、制御装置１０は、測定対象物２０を撮像し（Ｓ３０）、撮像された画像中から測定対象箇所を検出する（Ｓ４０）。Ｓ３０においては、第一投光器１１から緑色光が照射された測定対象箇所Ｑ１、及び第二投光器１２から赤色光が投射された測定対象箇所Ｑ２の双方が撮像されるが、これらの測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２は色によって識別できる。そのため、Ｓ４０では、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２それぞれを色で識別して画像中から抽出できる。
【００２６】
続いて、制御装置１０は、抽出された測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の画像中での位置に基づいて、三次元座標値を算出する（Ｓ４０）。三次元座標値の具体的な算出方法は、周知の光切断法による三次元座標値の算出方法と同様に、三角測量の仕組みを利用して、回転中心Ｔ０から測定対象箇所Ｑ１までの距離を算出し、回転中心Ｔ０を中心とする円柱座標系における三次元座標値を得る。また、必要があれば、得られた三次元座標値を直交座標系における三次元座標値に変換してもよい。
【００２７】
続いて、制御装置１０は、同一の測定対象箇所の座標値を算出済みか否かを判断する（Ｓ６０）。ここで、Ｓ６０で実行される判断の手法については、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）に示す実例を交えて説明する。ターンテーブル１９の回転角が、図５（Ａ）に示す回転角となっている場合、第一投光箇所Ｐ１から投射される緑色光は測定対象箇所Ｑ１に照射される。このとき、測定対象箇所Ｑ１において散乱する散乱光は、撮像箇所Ｐ３にあるカメラ１３によって撮像される。また、第二投光箇所Ｐ２から投射される赤色光は測定対象箇所Ｑ２に照射される。このとき、測定対象箇所Ｑ２において散乱する散乱光は、撮像箇所Ｐ３にあるカメラ１３によって撮像される。
【００２８】
その後、ターンテーブル１９が回転駆動されて、ターンテーブル１９の回転角が図５（Ａ）に示す回転角から図５（Ｂ）に示す回転角に変化すると、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の位置が図５（Ａ）に示す位置から図５（Ｂ）に示す位置に変化する。この時点では、まだ測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２において散乱する散乱光を撮像箇所Ｐ３にあるカメラ１３によって撮像することができる。
【００２９】
しかし、更にターンテーブル１９が回転駆動されて、ターンテーブル１９の回転角が図５（Ｂ）に示す回転角から図５（Ｃ）に示す回転角に変化すると、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の位置が図５（Ｂ）に示す位置から図５（Ｃ）に示す位置に変化する。この時点でも、測定対象箇所Ｑ２において散乱する散乱光を撮像箇所Ｐ３にあるカメラ１３によって撮像することはできる。しかし、測定対象箇所Ｑ１は撮像箇所Ｐ３からは見えないアンダーカット部に位置することになり、カメラ１３によって撮像することができなくなる。
【００３０】
その後、更にターンテーブル１９が回転駆動されて、ターンテーブル１９の回転角が図５（Ｃ）に示す回転角から図５（Ｄ）に示す回転角に変化すると、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の位置が図５（Ｃ）に示す位置から図５（Ｄ）に示す位置に変化する。この時点に至ると、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２において散乱する散乱光を撮像箇所Ｐ３にあるカメラ１３によって撮像できる状態に復帰する。
【００３１】
このようにカメラ１３による撮像ができるか否かが変わるのは、第一投光器１１と第二投光器１２とで、カメラ１３との相対位置及び投光方向が異なるためである。すなわち、第一投光器１１は投光方向とカメラ１３による撮像方向のなす角度が第一の角度θ１とされているのに対し、第二投光器１２は投光方向とカメラ１３による撮像方向のなす角度が第一の角度θ１よりも小さい第二の角度θ２とされている。そのため、よりカメラ１３に近い位置にある第二投光器１２から投光される測定対象箇所Ｑ２の方が、アンダーカット部に入り込みにくくなる。
【００３２】
ただし、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の三次元座標値を算出するに当たっては、撮像された画像中において、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の位置と回転中心Ｔ０があるべき位置との「ずれ」に基づいて、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２から回転中心Ｔ０までの距離を算出する。そのため、測定対象物２０表面の同一位置が測定対象箇所Ｑ１になる場合と測定対象箇所Ｑ２になる場合とでは、測定対象箇所Ｑ１になる場合の方が上述の「ずれ」が大きくなる。したがって、そのような「ずれ」に基づいて測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の三次元座標値を算出する際には、測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いる方が、算出される三次元座標値の精度が上がる。
【００３３】
つまり、第一投光器１１から投光される測定対象箇所Ｑ１の方が、より精度の高い三次元座標値を算出でき、第二投光器１２から投光される測定対象箇所Ｑ２の方が、三次元座標値を算出できる可能性を高めることができる。これも具体例を交えて説明すれば、図５（Ｃ）に示すターンテーブル１９の回転角は、図５（Ａ）に示すターンテーブル１９の回転角に対し、時計回りに角度（θ２−θ１）だけ回転した位置にある。そのため、図５（Ａ）において第二投光器１２から投光されている測定対象箇所Ｑ２は、図５（Ｃ）において第一投光器１１から投光されている測定対象箇所Ｑ１と同一の箇所となる。したがって、第一投光器１１から投光するだけでは、図５（Ｃ）において第一投光器１１から投光されている測定対象箇所Ｑ１の三次元座標値を算出することはできないが、この箇所については、第二投光器１２からの投光により、図５（Ａ）において第二投光器１２から投光されている測定対象箇所Ｑ２を利用して三次元座標値を算出することができる。
【００３４】
また、図５（Ｄ）に示すターンテーブル１９の回転角は、図５（Ｂ）に示すターンテーブル１９の回転角に対し、時計回りに角度（θ２−θ１）だけ回転した位置にある。そのため、図５（Ｂ）において第二投光器１２から投光されている測定対象箇所Ｑ２は、図５（Ｄ）において第一投光器１１から投光されている測定対象箇所Ｑ１と同一の箇所となる。この箇所は、第一投光器１１及び第二投光器１２のどちらから投光しても、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２の三次元座標値を算出することができる。ただし、この場合には、測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いることにより、算出される三次元座標値の精度を上げることができる。
【００３５】
以上のような事情から、上述のＳ６０においては、例えば、既に測定対象箇所Ｑ２での測定結果を用いて三次元座標値を算出済みで、新たに同一の箇所について測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いて三次元座標値を算出した場合に、同一の測定対象箇所の座標値を算出済みであると判断する（Ｓ６０：ＹＥＳ）。この場合、制御装置１０は、カメラ１３との間の角度が大きい投光器を利用して算出された座標値を採用する（Ｓ７０）。すなわち、既に測定対象箇所Ｑ２での測定結果を用いて三次元座標値を算出済みであっても、新たに同一の箇所について測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いて三次元座標値を算出したのであれば、その箇所の三次元座標値としては、測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いて算出された三次元座標値を採用する。
【００３６】
一方、Ｓ６０において、まだ測定対象箇所Ｑ２での測定結果を用いて三次元座標値を算出済みではない場合には、同一の測定対象箇所の座標値を算出済みではないと判断する（Ｓ６０：ＮＯ）。この場合、制御装置１０は、新たに算出された座標値を採用する（Ｓ７５）。すなわち、この時点では、測定対象箇所Ｑ２での測定結果を用いて三次元座標値を算出しているものの、測定対象箇所Ｑ１での測定結果は得られていないので、その箇所の三次元座標値としては、測定対象箇所Ｑ２での測定結果を用いて算出された三次元座標値を採用する。なお、測定対象箇所Ｑ２での測定結果が得られないまま、測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いて三次元座標値を算出できた場合には、その箇所の三次元座標値としては、測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いて算出された三次元座標値を採用する。
【００３７】
こうしてＳ７０又はＳ７５を終えたら、制御装置１０は、ターンテーブル１９を所定角度だけ回転駆動して（Ｓ８０）、Ｓ２０へと戻る。これにより、Ｓ２０において否定判断がなされる間は、Ｓ２０〜Ｓ８０が繰り返し実行されることになる。その結果、ターンテーブル１９の回転角を所定角度ずつ変更しながら、測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２での測定結果を用いて三次元座標値が算出される。その際、これら双方の測定結果が得られた場合には、測定対象箇所Ｑ１での測定結果を用いて算出された三次元座標値が採用され、一方の測定結果しか得られない場合には、一方の測定結果を用いて算出された三次元座標値が採用される。
【００３８】
そして、Ｓ２０において、ターンテーブル１９が一回転した場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、制御装置１０は終了処理を実行して（Ｓ９０）、図３に示す処理を終了する。なお、Ｓ９０の終了処理としては、第一投光器１１及び第二投光器１２の消灯や、外部機器２へのデータ転送などが実行される。
【００３９】
なお、以上説明した実施形態において、制御装置１０は、本明細書でいう処理部の一例に相当する。第一投光器１１及び第二投光器１２は、本明細書でいう投光部の一例に相当する。カメラ１３は、本明細書でいう撮像部の一例に相当する。ステッピングモータ１７、動力伝達機構１８、及びターンテーブル１９は、本明細書でいう変更部の一例に相当し、ターンテーブル１９は、本明細書でいう支持部の一例に相当する。また、上述のＳ２０〜Ｓ８０は、本明細書でいう第一の処理及び第二の処理に相当する。上述のＳ１１０〜Ｓ１５０は、本明細書でいう前処理に相当する。
【００４０】
［効果］
以上説明した通り、上記三次元形状測定装置１によれば、Ｓ３０で測定対象物２０の画像を撮像するたびに、撮像された一つの画像中において二つの測定対象箇所Ｑ１，Ｑ２（すなわち、投光箇所と同数分の測定対象箇所。）を検出することができる。そのため、単一の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、一度の撮像でより多くの三次元座標を算出することができる。
【００４１】
しかも、第一投光器１１と第二投光器１２は投光器毎に向きが異なる仮想面に沿った方向へ光を投射するので、カメラ１３による撮像方向と各投光器の投光方向とがなす角度は互いに異なる角度θ１，θ２となる。そのため、第一投光器１１からの投光では測定対象箇所Ｑ１が他の突出箇所の裏に隠れてしまう場合であっても、第二投光器１２からの投光であれば測定対象箇所Ｑ２が他の突出箇所の裏に隠れない可能性がある。したがって、第一投光器１１相当の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、測定対象物２０の表面形状が不明となる箇所を削減することができる。
【００４２】
また、第一投光器１１及び第二投光器１２のいずれから投光しても、同一の測定対象箇所が撮像できる場合には、それら二つの投光器の中から、より信頼性が高いと考えられる第一投光器１１を選定して、三次元座標の算出を行うことができる。したがって、第二投光器１２相当の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、算出される三次元座標の精度を高めることができる。
【００４３】
また、本実施形態で例示した三次元形状測定装置１の場合、Ｓ１１０〜Ｓ１５０では、赤色光、緑色光、及び青色光（すなわち、複数の波長域それぞれに含まれる光。）を投射し、その撮像結果から、測定対象箇所の輝度が最も高くなる第一波長域（例えば、赤色光が含まれる波長域。）を特定する。その上で、その特定された第一波長域に含まれる光（例えば、赤色光。）を少なくとも利用する。したがって、複数の波長域に含まれる光のいくつかを利用するに当たって、測定対象物２０の色に応じて最も効果的な波長域を利用することができ、測定精度を向上させることができる。
【００４４】
また、本実施形態で例示した三次元形状測定装置１の場合、第一波長域に含まれる光（例えば赤色光。）が好適と判断された場合に、複数の投光器それぞれからの投光方向とカメラ１３による撮像方向とのなす角度θ１，θ２が最も小さい角度θ２となる第二投光器１２から第一波長域に含まれる光（例えば赤色光。）を投射する。したがって、三角測量による測定精度が低下しやすい角度で投光する第二投光器１２については、より輝度が高くなる波長域の光を割り当てることで、測定精度が更に低下するのを抑制することができる。
【００４５】
また、本実施形態で例示した三次元形状測定装置１の場合、第一投光器１１及び第二投光器１２が、赤色光、緑色光、及び青色光のうちのいずれかを投射する。そのため、赤色光、緑色光、及び青色光を区別して受光可能な撮像素子を採用すればよく、広く普及しているカラー撮像素子を利用することができる。したがって、赤色光、緑色光、及び青色光以外の波長域（例えば、赤外線波長域、紫外線波長域、赤色光と緑色光の間の波長域、緑色光と青色光の間の波長域など。）をも区別して受光可能な撮像素子を利用する場合に比べ、より低廉な装置構成にすることができる。
【００４６】
［補足］
以上、三次元形状測定装置について、例示的な実施形態を挙げて説明したが、上述の実施形態は本発明の一態様として例示されるものに過ぎない。すなわち、本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な形態で実施することができる。
【００４７】
例えば、上記実施形態では、第一投光器１１及び第二投光器１２が、赤色光、緑色光、及び青色光のうちのいずれかを投射する例を示したが、各投光器から投射される光の色は可変となっていなくてもよい。例えば、第一投光器１１からは緑色光が投射され、第二投光器１２からは赤色光が投射され、これらの光の色が変更できない構成になっていてもよい。
【００４８】
また、各投光器から投射される光は、互いに異なる波長域にあり、かつ撮像素子で散乱光を撮像できる波長域にあれば、赤色光、緑色光、及び青色光に限定されるものではない。例えば、いわゆるＲＧＢフィルター以外のマルチからフィルターを用いれば、赤色光と緑色光以外にそれらの間の波長域を区別して受光したり、緑色光と青色光以外にそれらの間の波長域を区別して受光したりすることができるので、そのような波長域を受光してもよい。あるいは、いわゆる可視光に限らず、赤外線波長域や、紫外線波長域の光を投射し、その散乱光を受光してもよい。
【００４９】
このようにより多くの波長域を用いる場合には、投光器の数も上記実施形態のように二つには限定されず、三つ以上の投光器から光を投射し、それら三つ以上の投光器それぞれから投射される光の波長域を、互いに異なる波長域にすることもできる。このようにすれば、上述の実施形態で説明した光の投射角θ１，θ２以外に、更に異なる投射角θ３，θ４，…で光を投射することもできるので、例えば、カメラの左右両側に投射角の異なる投光器を用意して、それら三つ以上の投光器それぞれから光を投射して撮像することもできる。
【００５０】
また、上記実施形態では、カメラ、及び各投光器を固定して、ターンテーブルを回転させることにより、測定対象物とカメラ及び各投光器との相対位置を変更していたが、他の手法で測定対象物とカメラ及び各投光器との相対位置を変更してもよい。例えば、測定対象物を固定し、その周囲でカメラ及び各投光器を変位させてもよい。あるいは、回転以外の方法で測定対象物とカメラ及び各投光器との相対位置を変更してもよく、例えば、測定対象物をベルトコンベヤ等に載せて一方向に直線的に変位させてもよい。さらに、投光器から投射される光の向きをミラーやプリズムなどで変更することにより、測定対象部表面における光の照射位置を変更してもよい。
【００５１】
なお、以上説明した例示的な実施形態から明らかなように、本明細書で説明した三次元形状測定装置は、更に以下に挙げるような構成を備えていてもよい。
まず、本明細書で説明した三次元形状測定装置は、投光部において、複数の投光箇所には、撮像部による撮像方向と投光方向のなす角度が第一の角度となる第一投光箇所と、撮像部による撮像方向と投光方向のなす角度が第一の角度よりも小さい第二の角度となる第二投光箇所とを含み、変更部は、位置関係を第一位置関係に変更したときに第一投光箇所から光が照射される測定対象箇所と、位置関係を第二位置関係に変更したときに第二投光箇所から光が照射される測定対象箇所とが、同一の測定対象箇所となるように、位置関係を変更可能に構成され、処理部は、第一の処理では、変更部によって位置関係が第一位置関係に変更された場合と位置関係が第二位置関係に変更された場合のそれぞれにおいて撮像部によって撮像された各画像を処理対象として、処理対象となる各画像の一方から測定対象箇所を検出した場合には、当該一方の画像から検出された測定対象箇所を第二の処理による処理対象とし、処理対象となる各画像の両方から測定対象箇所を検出した場合には、位置関係を第一位置関係に変更したときの画像から検出された測定対象箇所を第二の処理による処理対象とするように構成されていてもよい。
【００５２】
このように構成された三次元形状測定装置によれば、二以上の投光箇所のいずれから投光しても、同一の測定対象箇所が撮像できる場合に、それら二以上の投光箇所の中から、より信頼性が高いと考えられる投光箇所を選定して、三次元座標の算出を行うこともできる。したがって、同一の測定対象箇所に対して単一の投光箇所からしか投光できない装置に比べ、算出される三次元座標の精度を高めることができる。
【００５３】
また、本明細書で説明した三次元形状測定装置において、投光部は、複数の投光箇所それぞれにおいて、複数の波長域をいずれかに切り替えて光を投射可能に構成され、測定対象物に対する形状測定を実行する前に実行される前処理として、投光部は、複数の投光箇所のいずれかにおいて、複数の波長域を順に切り替えながら、各波長域に含まれる光を投射し、撮像部は、投光部が各波長域に含まれる光を投射するたびに、測定対象物の画像を撮像して、当該画像を表す画像データを出力し、処理部は、撮像部が画像データを出力するたびに、当該画像データが表す測定対象物の画像中から、測定対象箇所を検出して、検出された測定対象箇所の輝度を比較することにより、当該輝度が最も高い画像に対応する第一波長域を特定し、測定対象物に対する形状測定を実行する際には、投光部は、前処理によって特定された第一波長域に含まれる光を、一つの投光箇所から投射し、第一波長域とは異なる第二波長域に含まれる光を、第一波長域に含まれる光を投射する投光箇所とは別の投光箇所から投射するように構成されていてもよい。
【００５４】
このように構成された三次元形状測定装置によれば、前処理では、複数の波長域それぞれに含まれる光を投射し、その撮像結果から、交線に相当する箇所の輝度が最も高くなる第一波長域を特定する。その上で、その特定された第一波長域に含まれる光を少なくとも利用する。
【００５５】
したがって、複数の波長域に含まれる光のいくつかを利用するに当たって、測定対象物の色に応じて最も効果的な波長域を利用することができ、測定精度を向上させることができる。
【００５６】
また、本明細書で説明した三次元形状測定装置において、測定対象物に対する形状測定を実行する際には、投光部は、前処理によって特定された第一波長域に含まれる光を、複数の投光箇所それぞれからの投光方向と撮像部による撮像方向とのなす角度が最も小さくなる投光箇所から投射するように構成されていてもよい。
【００５７】
このように構成された三次元形状測定装置によれば、第一波長域に含まれる光を、複数の投光箇所それぞれからの投光方向と撮像部による撮像方向とのなす角度が最も小さくなる投光箇所から投射する。
【００５８】
したがって、三角測量による測定精度が低下しやすい角度で投光する投光箇所については、より輝度が高くなる波長域の光を割り当てることで、測定精度が更に低下するのを抑制することができる。
【００５９】
また、本明細書で説明した三次元形状測定装置において、投光部は、二つ又は三つの投光箇所を有し、各投光箇所から赤色光、緑色光、及び青色光のうちのいずれかを投射可能に構成されていてもよい。
【００６０】
このように構成された三次元形状測定装置によれば、投光部が、二つ又は三つの投光箇所から赤色光、緑色光、及び青色光のうちのいずれかを投射する。そのため、赤色光、緑色光、及び青色光を区別して受光可能な撮像素子を採用すればよく、広く普及しているカラー撮像素子を利用することができる。したがって、赤色光、緑色光、及び青色光以外の波長域（例えば、赤外線波長域、紫外線波長域、赤色光と緑色光の間の波長域、緑色光と青色光の間の波長域など。）をも区別して受光可能な撮像素子を利用する場合に比べ、より低廉な装置構成にすることができる。
【００６１】
また、本明細書で説明した三次元形状測定装置において、変更部は、測定対象物を支持して、回転駆動される支持部を有し、投光部は、複数の投光箇所それぞれからの光の投射方向を支持部の回転中心に向けて配置され、撮像部は、撮像方向を支持部の回転中心に向けて配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１…三次元形状測定装置、２…外部機器、１０…制御装置、１１…第一投光器、１２…第二投光器、１３…カメラ、１４…入力部、１５…表示部、１６…通信部、１７…ステッピングモータ、１８…動力伝達機構、１９…ターンテーブル、２０…測定対象物、Ｐ１…第一投光箇所、Ｐ２…第二投光箇所、Ｐ３…撮像箇所、Ｑ１，Ｑ２…測定対象箇所、Ｔ０…回転中心。
【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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