(57)【要約】【課題】  光切断法などによって測定対象物を計測する場合における、効率的な基準座標系に対するカメラ座標系のずれ量の取得方法を提供すること。【解決手段】  法線方向がｚ軸を定義する第一平面部４３ａと、第一平面部４３ａが形成される平面との交線がｚ軸と直交するｘ軸を定義する第二平面部４３ｂと、ｚ軸に直交する平面であって第一平面部４３ａが形成される平面とは異なる平面上に交線４３ｇが形成される第三平面部４３ｃおよび第四平面部４３ｄとを有した基準ワーク４０に対してレーザー光を照射して、得られる点群データに基づいて、基準となる座標系（基準座標系）に対する前記形状測定器に定義される座標系（カメラ座標系）のずれ量を検出する。【選択図】  図１
2008008876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に対して直線状に光を照射するとともに照射光の反射光を受光して、受光した反射光の座標点を算出することにより測定対象物の三次元形状を計測する形状測定器の測定対象物に対するずれ量を取得する形状測定器のずれ量取得方法であって、
法線方向が一つの座標軸であるｚ軸を定義する第一平面部と、前記第一平面部が形成される平面との交線が前記ｚ軸と直交する座標軸であるｘ軸を定義する第二平面部と、前記ｚ軸に直交する平面であって前記第一平面部が形成される平面とは異なる平面上に交線を形成する第三平面部および第四平面部とを有し、前記ｚ軸、前記ｘ軸および、前記ｚ軸および前記ｘ軸の双方に直交する座標軸であるｙ軸によって基準となる座標系を定義する基準ワークに対して、前記第一平面部、前記第二平面部、前記第三平面部および前記第四平面部を通過するように直線状に光を照射する照射ステップと、
前記照射ステップにて基準ワークに照射した光の反射光から得られる情報により、形状測定器に定義される座標系における、基準ワークに照射した光の照射点の点群データを取得する点群データ取得ステップと、
前記点群データ取得ステップにて取得した点群データに基づいて、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系のずれ量を算出するずれ量算出ステップと、
を含むことを特徴とする形状測定器のずれ量取得方法。
【請求項２】
請求項１に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記交線は、前記ｙ軸に平行であることを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記ずれ量算出ステップは、
前記点群データ取得ステップにて取得された点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部、前記第二平面部、前記第三平面部、前記第四平面部のいずれか２つ以上の平面部に照射した光の切断線を示す直線の方程式を計算する直線計算ステップと、
前記直線計算ステップにて計算された２つ以上の直線の方程式に基づいて前記ずれ量を計算するずれ量計算ステップと
を有することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
【請求項４】
請求項３に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記ずれ量が、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系の前記ｘ軸回りのずれ角度θxである場合には、
前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データ、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式、前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および、前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、
前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式、前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ角度θxを演算することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載のずれ量取得方法において、
前記ずれ量が、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系の前記ｚ軸周りのずれ角度θzである場合には、
前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データおよび前記第二平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式および前記第二平面部に照射した光の切断線を示す第二直線の方程式を計算し、
前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式および前記第二直線の方程式に基づいて、前記ずれ角度θzを演算することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれか１項に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記ずれ量が、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系の前記ｙ軸方向のずれ位置Δyである場合には、
前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データおよび前記第二平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式および前記第二平面部に照射した光の切断線を示す第二直線の方程式を計算し、
前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式および前記第二直線の方程式に基づいて、前記ずれ位置Δyを演算することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか１項に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記ずれ量が、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系の前記ｙ軸回りのずれ角度θyである場合には、
前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データ、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式、前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および、前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、
前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式、前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ角度θyを演算することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれか１項に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記ずれ量が、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系の前記ｘ軸方向のずれ位置Δxである場合には、
前記直線計算ステップにおいて、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、
前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ位置Δxを演算することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
【請求項９】
請求項３〜８のいずれか１項に記載の形状測定器のずれ量取得方法において、
前記ずれ量が、前記基準となる座標系に対する前記形状測定器に定義される座標系の前記ｚ軸方向のずれ位置Δzである場合には、
前記直線計算ステップにおいて、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、
前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ位置Δzを演算することを特徴とする、形状測定器のずれ量取得方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のずれ量取得方法をコンピュータにより実行させるためのプログラム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のプログラムを格納したコンピュータにより読み取り可能な記録媒体。
【請求項１２】
測定対象物に対して直線状に光を照射するとともに照射光の反射光を受光して、受光した反射光の座標点を算出することにより測定対象物の三次元形状を計測する形状測定器のずれ量取得を行う際に用いるずれ量取得用基準ワークであって、
法線方向が一つの座標軸であるｚ軸を定義する第一平面部と、前記第一平面部が形成された平面との交線が前記ｚ軸と直交する座標軸であるｘ軸を定義する第二平面部と、前記ｚ軸に直交する平面であって前記第一平面部が形成された平面とは異なる平面上に交線を形成する第三平面部および第四平面部とを有することを特徴とする、ずれ量取得用基準ワーク。
【請求項１３】
請求項１２に記載のずれ量取得用基準ワークにおいて、
前記交線は、前記ｙ軸に平行であることを特徴とする、ずれ量取得用基準ワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物に向けて光を照射し、その反射光を受光して測定対象物の外形形状を測定する形状測定器に定義される座標系の、基準となる座標系からのずれ量を取得する方法および前記ずれ量を取得する際に使用するプログラム、ならびに前記ずれ量を取得する際に使用する基準ワーク（ずれ量取得用物体）に関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象物の外形形状を形状測定器により測定するときに、測定対象物が定義する基準となる座標系（基準座標系）に対して形状測定器に定義される座標系（カメラ座標系）がずれている場合があり、このような状態のまま形状測定を行うと、測定データと測定対象物のＣＡＤデータとの間に相対誤差が生じて、測定対象物が正しく設計されているかの評価を適正に行うことができない。斯かる不具合を防止するため、形状測定の前に形状測定器のキャリブレーションを実行し、基準座標系に対するカメラ座標系のずれ量を取得して、形状測定器の姿勢および位置の補正が行われる。
【０００３】
このようなキャリブレーションに関し、特許文献１には、複数の基準位置を持った基準ワークを形状測定器により測定して、上記複数の基準位置の相対関係を調整することによってキャリブレーションを行う方法が記載されている。
【特許文献１】特開平０３−１８７５７９号公報
【発明の開示】
【０００４】
特許文献１に記載の方法は、ＣＣＤカメラによって一度に全体の画像を取り込むようにして形状測定を行う場合には適用できる。しかし、二次元的な測定を繰り返し行うことによって全体の外形形状を測定する方法、例えば、測定対象物に対して光をスリット状に照射したり、あるいはレーザー光などを直線的に走査したりして、照射部分における位置情報から形状を測定する方法、により形状測定を行う場合には、一回の走査で基準位置を把握することが困難である。よって、特許文献１に記載の方法は、この種の形状測定法を行うものに対するキャリブレーションとしては不向きである。
【０００５】
本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、測定対象物に対して光を直線状に照射することにより測定対象物の外形形状を測定する形状測定方法を行う場合における効率的な基準座標系に対するカメラ座標系のずれ量を取得する方法、前記方法を実現するためのずれ量取得用プログラム、ならびに斯かるずれ量取得を実行する際に必要とされるずれ量取得用基準ワーク（ずれ量取得用物体）を提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、測定対象物に対して直線状に光を照射するとともに照射光の反射光を受光して、受光した反射光の座標点を算出することにより測定対象物の三次元形状を計測する形状測定器の測定対象物に対するずれ量を取得する形状測定器のずれ量取得方法であって、法線方向が一つの座標軸であるｚ軸を定義する第一平面部と、前記第一平面部との交線が前記ｚ軸と直交する座標軸であるｘ軸を定義する第二平面部と、前記ｚ軸に直交する平面であって前記第一平面部とは異なる平面上に交線が形成される第三平面部および第四平面部とを有し、前記ｚ軸、前記ｘ軸および、前記ｚ軸および前記ｘ軸の双方に直交する座標軸であるｙ軸によって基準となる座標系（基準座標系）を定義する基準ワークに対して、前記第一平面部、前記第二平面部、前記第三平面部および前記第四平面部を通過するように直線状に光を照射する照射ステップと、前記照射ステップにて基準ワークに照射した光の反射光から得られる情報により、形状測定器に定義される座標系（カメラ座標系）における、基準ワークに照射した照射点の座標点の点群データを取得する点群データ取得ステップと、前記点群データ取得ステップにて取得した点群データに基づいて、前記基準となる座標系（基準座標系）に対する前記形状測定器に定義される座標系（カメラ座標系）のずれ量を検出するずれ量検出ステップと、を含む形状測定器のずれ量取得方法とすることにある。
【０００７】
上記した本発明の方法によれば、基準ワークの第一平面部、第二平面部、第三平面部および第四平面部を通過するように光を直線的に基準ワークに照射することにより、それぞれの平面部に照射された光の位置に関する情報を取得することができる。ここで、基準ワークは、第一平面部、第二平面部、第三平面部および第四平面部によって、基準となる座標系を定義し得るものであるから、上記各平面部に照射された光の位置に関する情報から、基準ワークが定義する基準となる座標系に対する形状測定器に定義される座標系のずれ量を検出することができる。このようにして形状測定器のずれ量を取得することができる。
【０００８】
この場合、前記交線は、前記ｙ軸に平行であるのが良い。また、前記ずれ量検出ステップは、前記点群データ取得ステップにて取得された点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部、前記第二平面部、前記第三平面部、前記第四平面部のいずれか２つ以上の平面部に照射した光の切断線を示す直線の方程式を計算する直線計算ステップと、前記直線計算ステップにて計算された２つ以上の直線の方程式に基づいて前記ずれ量を計算するずれ量計算ステップとを有するものであると良い。各平面部に照射した光の切断線から、幾何学的関係によって、上記ずれ量を導き出すことができる。なお、点群データから直線の方程式を求めるには、各平面部にて取得した点群データの座標点に基づき最小二乗法などで計算することができる。
【０００９】
上記ずれ量は、ずれ角度およびずれ位置を含むものである。ずれ角度は、基準となる座標系の座標軸に対する形状測定器に定義される座標系の座標軸のなす角のことであり、具体的には、基準ワークが定義するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸回りに、形状測定器に定義される座標系の座標軸が傾いている角度であるずれ角度θx、θyおよびθzが挙げられる。ずれ位置は、基準となる座標系の座標軸に対する形状測定器に定義される座標系の座標軸の位置ずれ量であり、具体的には、基準ワークが定義するｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向への形状測定器に定義される座標系の座標軸の位置ずれ量であるずれ位置Δx、ΔyおよびΔzが挙げられる。
【００１０】
そして、上記ずれ角度θxを算出するに当たっては、前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データ、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式、前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および、前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式、前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ角度θxを演算することにより、ずれ角度θxを算出することができる。
【００１１】
また、上記ずれ角度θzを算出するに当たっては、前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データおよび前記第二平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式および前記第二平面部に照射した光の切断線を示す第二直線の方程式を計算し、前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式および前記第二直線の方程式に基づいて、前記ずれ角度θzを演算することにより、ずれ角度θzを算出することができる。
【００１２】
また、上記ずれ位置Δyを算出するに当たっては、前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データおよび前記第二平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式および前記第二平面部に照射した光の切断線を示す第二直線の方程式を計算し、前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式および前記第二直線の方程式に基づいて、前記ずれ位置Δyを演算することにより、ずれ位置Δyを算出することができる。
【００１３】
また、上記ずれ角度θyを算出するに当たっては、前記直線計算ステップにおいて、前記第一平面部における照射点の点群データ、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第一平面部に照射した光の切断線を示す第一直線の方程式、前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および、前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、前記ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第一直線の方程式、前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ角度θyを演算することにより、ずれ角度θyを算出することができる。
【００１４】
また、上記ずれ位置Δxを算出するに当たっては、前記直線計算ステップにおいて、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ位置Δxを演算することにより、ずれ位置Δxを算出することができる。
【００１５】
また、上記ずれ位置Δzを算出するに当たっては、前記直線計算ステップにおいて、前記第三平面部における照射点の点群データおよび前記第四平面部における照射点の点群データから、前記形状測定器に定義される座標系における前記第三平面部に照射した光の切断線を示す第三直線の方程式および前記第四平面部に照射した光の切断線を示す第四直線の方程式を計算し、ずれ量計算ステップにおいて、計算された前記第三直線の方程式および前記第四直線の方程式に基づいて、前記ずれ位置Δzを演算することにより、ずれ位置Δzを算出することができる。
【００１６】
この場合、上記ずれ角度θx、θy、θz、ずれ位置Δx、Δy、Δzの計算をそれぞれ上記方法により逐次的に行い、全ての角度および位置におけるずれ量を算出するのがよい。このとき、各ずれ量の算出が終わった後に、算出されたずれ量を０にするように、自動または手動で形状測定器の姿勢を補正すると良い。また、前記補正した場合には、そのたびに照射ステップおよび点群データ取得ステップを行い、点群データを再取得するのが良い。このようにすれば、測定対象物に対する形状測定器の位置および傾きを精度良く補正することができる。また、ずれ位置を取得する前にずれ角度を取得して、形状測定器の傾きを補正しておくのが良い。このような順序でずれ量の取得および補正を行えば、補正することによるずれ量の変化に悪影響を及ぼすことが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について説明する。図１に、本実施形態に係る形状測定システムの全体概略図を示す。図１に示すように、本実施形態の形状測定システムは、形状測定器１０と、姿勢制御装置２０を備える。形状測定器１０は、その正面側に位置する物体の三次元表面形状を測定するとともに同測定した三次元表面形状を表す情報を出力するものであり、例えば、レーザー光を用いて三角測量法に従って物体の三次元表面形状を測定するものである。
【００１８】
形状測定器１０は、方形のハウジング１１によってその外郭が構成されている。このハウジング１１内には、レーザー光源と、照射方向変更装置と、受光装置が収納されている。レーザー光源はレーザー光を外部に放出するものであり、誘導放出が可能であればどのような種類のレーザー光源を用いることもできるが、レーザーダイオードを用いれば小型化を図ることができる。照射方向変更装置は、レーザー光源から出射するレーザー光の出射方向を水平方向に変更するものであり、このような機能を有するものであればどのような構造でもよい。例えば、レーザー光源自体を水平方向に揺動する機構を用いることもできる。あるいは、ガルバノミラーおよびそのガルバノミラーを鉛直軸周りに揺動させる電動モータなどで照射方向変更装置を構成し、ガルバノミラーの揺動によってレーザー光の光路が水平方向に変更するように構成することもできる。受光装置は、レーザー光が測定対象物に照射されたときに測定対象物表面で散乱する散乱光を受光して電気信号を発生するものであり、ＣＣＤ（電荷結合素子）などが一列に配列したラインセンサなどが用いられる。その他、ハウジング内には、受光精度を良好にするための光学装置、例えば測定対象物からの散乱光を受光装置へ結像させるための結像レンズなどが、適宜配置される。
【００１９】
姿勢制御装置２０は、支柱ユニット２１と、この支柱ユニット２１の上端に取り付けられた位置調整器２２と、位置調整器２２の上面に配置された角度調整器２３とを備えている。支柱ユニット２１は、外筒２１１およびこの外筒２１１内に軸方向移動可能に挿通された内筒２１２を備える。また、内筒２１２は、外筒２１１内で軸周り方向に回転可能とされている。外筒２１１の側周にはネジ孔２１１ａが形成されており、このネジ孔２１１ａにはボルト２１１ｂが取り付けられている。したがって、ボルト２１１ｂを回転させてボルト２１１ｂの先端を内筒２１２の外周に当接することによって、外筒２１１内での内筒２１２の軸方向移動および回転を規制することができる。
【００２０】
位置調整器２２は図に示すように直方体状に構成されているとともに、四方側面のうちの二つの側面に第一スリット２２１、第二スリット２２２がそれぞれ形成されている。また、位置調整器２２には第一レバー２２３および第二レバー２２４が取り付けられていて、第一レバー２２３は第一スリット２２１を通じて位置調整器２２の内部に組み込まれた図示しないリンク機構に連結され、第二レバー２２４は第二スリット２２２を通じて上記リンク機構に連結されている。また、上記リンク機構は、角度調整器２３を前後左右方向に移動し得るように角度調整器２３の下面に接続されている。したがって、第一レバー２２３を第一スリット２２１に沿って水平方向に移動させることによって、リンク機構に連結された角度調整器２３が形状測定器１０の正面に対面している測定対象物に対して左右方向に移動する。また、第二レバー２２４を第二スリット２２２に沿って水平方向に移動させることによって、角度調整器２３が測定対象物に対して前後方向に移動する。
【００２１】
角度調整器２３は、本実施形態では２枚の円板状の部材（下側円板部材２３１および上側円板部材２３２）が所定間隔を置いて重ね合わされたもので形成されている。下側円板部材２３１および上側円板部材２３２はともに同一の円板形状とされている。下側円板部材２３１には、周方向に等間隔で３つの有底穴２３１ａが形成されている。この有底穴２３１ａは、下側円板部材２３１の上面にて開口し、下面にて閉塞している。上側円板部材２３２には、周方向に等間隔で３つのネジ孔２３２ａが貫通して形成されている。これらの有底穴２３１ａおよびネジ孔２３２ａは、下側円板部材２３１と上側円板部材２３２とを上下に重ね合わせた場合に各有底穴２３１ａと各ネジ孔２３２ａとの上下方向位置が一致する状態を採り得るように、下側円板部材２３１および上側円板部材２３２にそれぞれ形成されている。そして、両円板部材２３１，２３２が上記の状態となるように重ね合わせられている。また、上下方向に軸心が一致した有底穴２３１ａおよびネジ孔２３２ａにボルト２３３が取り付けられている。
【００２２】
このボルト２３３が回転することによって、ボルト２３３とネジ孔２３２ａとの螺合状態が変化し、下側円板部材２３１に対する上側円板部材２３２の相対的な高さ位置が変更される。したがって、各有底穴２３１ａおよびネジ孔２３２ａに取り付けられたボルト２３３を独立に回転操作することによって、上側円板部材２３２の傾きが調整される。図に示すように上側円板部材２３２の上面には形状測定器１０が載置されているため、各ボルト２３３の回転操作によって、形状測定器１０の測定対象物に対する傾きを調整することができる。
【００２３】
測定対象物は、形状測定器１０の正面に対面して配置される。本実施形態では、測定対象物は、車両に用いられるクランクシャフトなどの、軸を持った回転物である。本実施形態の形状測定システムを用いて実際にこのような測定対象物の外形形状を測定する際には、形状測定器１０は測定対象物の持つ軸に沿った方向にレーザー光を直線的に照射して、測定対象物の軸を通る断面外形を測定する。これとともに測定対象物が自身の軸を中心に回転する。このように測定することにより、測定対象物の全周における断面外形を測定することができる。斯かる形状測定を行うに当たり、測定対象物の軸を水平状態で支える支持機構が必要である。本実施形態では支持機構３０は所定の間隔を隔てて対面して立設された２つの長板状部材３１，３１から構成される。この長板状部材３１の上面には、図２に示すように断面半円形状に切り欠かれた窪み部３１ａが形成されている。測定対象物はその軸の両端部分が２つの長板状部材３１に形成された窪み部３１ａにそれぞれ載置されて、軸が水平となるように支持される。
【００２４】
上述したように、測定対象物の外形形状を測定するときには、形状測定器１０から出射されるレーザー光は測定対象物の持つ軸に沿って測定対象物に直線的に照射される。このとき、レーザー光の照射方向が軸に沿った位置からずれていたり、または傾いていたりすると、精度の良い外形形状を測定することができず、適正な外形形状の評価を行うことができない。このため、実際に測定対象物の形状測定を行う前に、まず基準ワークの外形形状を測定して、測定対象物が持つ基準となる座標系（基準座標系）に対する形状測定器に定義される座標系（カメラ座標系）のずれ量を取得する必要がある。ずれ量の取得を行うときには、図１に示すような基準ワーク（ずれ量取得用物体）４０を支持機構３０に載置する。
【００２５】
基準ワーク４０は、軸部４１と、位置決め部４２と、測定部４３とを有する。軸部４１は長尺状の棒形状を呈しており、両端側が支持機構３０の上面に形成された窪み部３１ａに嵌め込まれてその位置が固定される。位置決め部４２は、内部が中空の円筒状の部材を半分に割った半円筒形状に形成されており、内周にて軸部４１の外周を半周だけ覆うようにして、軸部４１の両端にそれぞれ取り付けられている。また、軸部４１の両端に取り付けられる位置決め部４２間の距離は、支持機構３０を構成する２つの長板状部材３１，３１の対面間隔に等しくされている。したがって、軸部４１の位置決め部４２が取り付けられた部分を支持機構３０の窪み部３１ａに載置することにより、図２に示すように位置決め部４２の平面部分が長板状部材３１の上端面に当接する。この当接によって、軸部４１の軸周り方向への回転が規制される。
【００２６】
測定部４３は、図１に示すように平板状に形成されており、形状測定器１０に向き合った面以外の面はフラットに形成されているが、形状測定器１０に向き合った側の面には６つの平面部が形成されている。これらの面は、図において左から第一平面部４３ａ、第二平面部４３ｂ、第三平面部４３ｃ、第四平面部４３ｄ、第五平面部４３ｅおよび第六平面部４３ｆであり、形状測定器１０側から見てこれらの面が水平方向に一列に並んだように配置される。図３（ａ）に測定部４３の正面図、図３（ｂ）に平面図、図３（ｃ）に側面図を示す。
【００２７】
図３（ａ）において、図示左端に形成される第一平面部４３ａおよび、図示右端に形成される第六平面部４３ｆは、同一平面上に形成されている。また、第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆは、図１に示すように基準ワーク４０が支持機構３０に支持された状態において、法線ベクトルｎ１の向きが形状測定器１０に向かうような水平方向となるように、鉛直状に配置されている。ここで、法線ベクトルｎ１の向きが、基準ワーク４０におけるｚ軸の向きを定義する。なお、第六平面部４３ｆは、後述する第一直線Ｌ１を精度良く算出するために設けてあり、第一平面部４３ａのみで第一直線Ｌ１を精度良く算出することができるのであれば、省略してもよい。
【００２８】
図３（ａ）において第一平面部４３ａの右隣に形成される第二平面部４３ｂおよび、第六平面部４３ｆの左隣に形成される第五平面部４３ｅは、同一平面上に形成されている。また、第二平面部４３ｂおよび第五平面部４３ｅは、図１に示すように、図示上端から下端にかけて、基準ワーク４０が定義するｚ軸方向に傾斜している。本実施形態では図１に示すように、第二平面部４３ｂおよび第五平面部４３ｅの図示下端側が上端側よりも形状測定器１０に対して突き出るように傾斜しているが、この関係は逆でも良い。
【００２９】
また、第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆが形成される平面を仮想平面Ａと、第二平面部４３ｂおよび第五平面部４３ｅが形成される平面を仮想平面Ｂとしたときに、仮想平面Ａと仮想平面Ｂは異なる平面であり、両平面Ａ，Ｂの交線の方向ベクトルｎ２は、第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆの法線ベクトルｎ１と直交する関係にある。つまり、第二平面部４３ｂおよび第五平面部４３ｅは、ｚ軸と直交する軸周りに第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆを所定角度φ（図３（ｃ）参照）だけ回転させた関係にある。このため、方向ベクトルｎ２の向きが、上記ｚ軸に直交するｘ軸の向きを定義する。このようにしてｘ軸およびｚ軸の向きが定義されるので、これらの軸に直交するｙ軸の向きも定義される。なお、第五平面部４３ｅは、後述する第二直線Ｌ２を精度良く算出するために設けてあり、第二平面部４３ｂのみで第二直線Ｌ２を精度良く算出することができるのであれば、省略してもよい。
【００３０】
第三平面部４３ｃは、図３（ａ）において第二平面部４３ｂの右隣に形成される面であり、図１および図３（ｂ）に示すように、図示左端から右端にかけてｚ軸方向に傾斜している。また、第四平面部４３ｄは、図３（ａ）において第三平面部４３ｃの右隣に形成される面であり、第三平面部４３ｃと同様に、図示左端から右端にかけてｚ軸方向に傾斜している。本実施形態では、図１に示すように、第三平面部４３ｃの右端が左端に対して形状測定器１０に向かって突き出るように傾斜しており、第四平面部４３ｄの左端が右端に対して形状測定器１０に向かって突き出るように傾斜している。したがって、第三平面部４３ｃと第四平面部４３ｄとの交線４３ｇが、形状測定器１０に対してｚ軸方向に突き出るように形成される。この交線４３ｇは、ｚ軸に直交する平面であり、且つ、上記仮想平面Ａとは異なる平面内に形成されていれば良い。
【００３１】
なお、法線ベクトルｎ１および方向ベクトルｎ２は基準座標系におけるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の向きを定義するが、基準座標系におけるｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の位置は基準座標系における座標軸原点を次のように定義することにより定義される。基準座標系における座標軸原点は、法線ベクトルｎ１と平行であり、図１７に示される基準ワーク４０の中心線lxを含む平面と交線４３ｇとの交点を通る法線ベクトルｎ１に平行な直線において、前記交点からの距離が形状測定器側にＺ０の距離にある点として定義される。距離Ｚ０は、基準ワーク４０の軸部４１の中心線から形状測定器までの距離（正確には形容測定器に定義される座標系の座標軸原点までの距離）を設定すれば、この設定値から基準ワーク４０の軸部４１の半径と第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆが形成される平面から交線４３ｇまでの距離を減じた値である。
【００３２】
本実施形態においては、第三平面部４３ｃは、第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆに対してｙ軸周りに所定角度ψ（図３（ｂ）参照）だけ回転した平面とされる。また、第四平面部４３ｄは、第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆに対してｙ軸周りに所定角度ψだけ、第三平面部４３ｃとは反対側に回転した平面である。したがって、第三平面部４３ｃと第四平面部４３ｄとの交線４３ｇは、ｙ軸に平行な直線となる。しかし、交線４３ｇは、必ずしもｙ軸に平行である必要はない。
【００３３】
図１に示すように、形状測定器１０には、コンピュータ装置５１が電気的に接続されている。このコンピュータ装置５１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどからなり、作業者からの入力指示に従い後述するずれ量取得プログラムを実行するとともに、同ずれ量取得プログラムの実行により検出したずれ量（角度、長さ）を表示装置５２に出力する。表示装置５２はディスプレイまたはプリンタなどから構成され、コンピュータ装置５１から入力されたずれ量をディスプレイ上に表示し、あるいは印刷する。
【００３４】
次に、上記のように構成した基準ワーク４０を用いて、形状測定器１０のずれ量を取得するときの制御について説明する。まず、作業者がコンピュータ装置５１に形状測定器１０のずれ量の取得を実行する指示を入力すると、コンピュータ装置５１は、図４のずれ量取得プログラムを実行する。この場合において、実行するずれ量取得プログラムは、コンピュータ装置５１のＲＯＭ内に予め記憶されているものでも良いし、あるいは、ＣＤ−ＲＯＭやフレキシブルディスクなどの記録媒体に記録されていて、コンピュータ装置５１がこれらの記録媒体に記録された情報を読み込んで実行するものであっても良い。
【００３５】
ずれ量取得プログラムは図４のステップＳ１０にて開始され、ステップＳ１１にてずれ角度θxの計算処理プログラムを実行する。ずれ角度θxは、図１２に示すように、基準ワーク４０が定義するｙ−ｚ平面における、形状測定器１０から基準ワーク４０へのレーザー光の入射方向を示す線分ＬＳ１とｚ軸とのなす角であり、このずれ角度θxは、基準ワーク４０が定義するｘ軸回りに形状測定器１０が傾斜している角度を示す。このθxの計算処理プログラムは、図５のフローチャートに示されている。
【００３６】
θx計算処理プログラムは図５のステップＳ１１０にて開始され、ステップＳ１１１にてコンピュータ装置５１が形状測定器１０に対してレーザー光を照射するように指示する。これにより、形状測定器１０が作動して、ハウジング１１の内部に収納されているレーザー光源からレーザー光が出射される。また、レーザー光源から出射されたレーザー光は照射方向変更装置によってその出射方向が水平方向に沿って変化する。このため、レーザー光は基準ワーク４０のｘ軸方向にほぼ沿って直線的に出射される。レーザー光源から出射されたレーザー光は形状測定器１０に向き合っている基準ワーク４０の第一平面部４３ａ、第二平面部４３ｂ、第三平面部４３ｃ、第四平面部４３ｄ、第五平面部４３ｅおよび第六平面部４３ｆにそれぞれ照射される。
【００３７】
上記各平面部にレーザー光が照射された場合、レーザー光はその照射部分で乱反射する。この反射光が形状測定器１０内の結像レンズを通過し、さらに結像レンズにより結像された反射光が受光装置に受光される。また、受光装置は、レーザー光源から基準ワーク４０における照射スポットまでの距離に応じて受光位置が変化するような姿勢で形状測定器１０内に配設されている。さらに、照射方向変換装置によるレーザー光の照射角度ξは、例えばガルバノミラーを駆動する電動モータの回転角度を検出または演算することなどにより取得することができる。したがって、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１１２にて、これらの距離情報および角度情報を基に、三角測量の原理によって、レーザー光源から基準ワーク４０の照射スポットまでの距離lnを計算する。
【００３８】
続いて、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１１３にて、形状測定器１０から見たｘ−ｚ座標系において、各照射スポットのｘ−ｚ座標点N(xn,zn)を計算する。このときに用いるｘ−ｚ座標系は、形状測定器１０に定義される座標系であり、具体的には照射スポットまでの距離lnを測定する際の原点位置を座標軸原点とし、レーザー光の照射角度を０°とするときのレーザー光の照射方向をｚ軸方向とし、このｚ軸に垂直でレーザー光の照射方向が変化する方向をｘ軸方向とし、これらｚ軸、ｘ軸方向に垂直な方向をｙ軸方向とした座標軸によって座標データが表される座標系のうちの、ｘ−ｚ平面にて表される座標系である（以下、基準ワーク４０が定義するｘ−ｚ座標系と区別するため、形状測定器１０に定義されるｘ−ｚ座標系をカメラｘ−ｚ座標系という）。この場合において、レーザー光は基準ワーク４０をほぼ水平に走査するので、基準ワーク４０の水平方向における複数の座標点N(xn,zn)が計算される。なお、座標点N(xn,zn)の計算は、上記距離lnおよび照射角度ξを基に決定することができる。例えば、距離がln、照射角度がξである照射スポット（照射ポイント）の座標点を（ln・cosξ，ln・sinξ）として決定することができる。
【００３９】
次いで、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１１４にて、照射スポットの座標点N(xn,zn)から３つの直線（第一直線Ｌ１，第三直線Ｌ３，第四直線Ｌ４）の方程式を計算する。ここで、ステップＳ１１３にて計算した座標点N(xn,zn)は、カメラｘ−ｚ座標系において図１１のように基準ワーク４０の第一、第二、第三、第四、第五および第六平面部４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ，４３ｆの断面外形が走査された状態となっている。この場合において、第一平面部４３ａから第二平面部４３ｂに照射スポットが切り換わるときや、第二平面部４３ｂから第三平面部４３ｃに照射スポットが切り換わるときには、その切り換わりのときの座標点に大きなずれが生じる。したがって、このずれ（隣接する座標点間の距離）が所定値未満である場合には同一平面部内における点群データと認識し、ずれが所定値以上である場合には同一平面部内における点群データではないと認識する。このような認識を隣接する座標点ごとに行うことによって、第一平面部４３ａに属する点群データＧ１、第二平面部４３ｂに属する点群データＧ２、第三平面部４３ｃに属する点群データＧ３、第四平面部４３ｄに属する点群データＧ４、第五平面部４３ｅに属する点群データＧ５および第六平面部４３ｆに属する点群データＧ６を取得することができる。
【００４０】
上記のようにして点群データを各平面部に分けて取得した後に、第一平面部４３ａに属する点群データＧ１および第六平面部４３ｆに属する点群データＧ６を用いて最小二乗法により第一直線Ｌ１の方程式を計算する。また、第三平面部４３ｃに属する点群データＧ３を用いて最小二乗法により第三直線Ｌ３の方程式を計算する。さらに、第四平面部４３ｄに属する点群データＧ４を用いて最小二乗法により第四直線Ｌ４の方程式を計算する。なお、本実施形態において、上記第一、第三および第四直線Ｌ１，Ｌ３およびＬ４の方程式は、それぞれ下記の式１，３，４のように表すこととする。また、第二平面部４３ｂに属する点群データＧ２と第五平面部４３ｅに属する点群データＧ５を用いて最小二乗法により計算される第二直線Ｌ２の方程式は、下記の式２のように表すこととする。
【数１】
2008008876.tif 000003
【数２】
2008008876.tif 000004
【数３】
2008008876.tif 000005
【数４】
2008008876.tif 000006
【００４１】
次いで、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１１５にて、第三直線Ｌ３と第四直線Ｌ４との交点の座標点C(xc,zc)を計算する。座標点Cは、第三直線Ｌ３の方程式（式３）と第四直線Ｌ４の方程式（式４）とを連立させることによって解くことができ、その解は、下記式５のようになる。
【数５】
2008008876.tif 000007
【００４２】
次いで、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１１６にて、座標点C(xc,zc)と第一直線Ｌ１との距離Ｓを計算する。距離Ｓは、点と直線との距離の公式より求められ、下記式６のようになる。
【数６】
2008008876.tif 000008
【００４３】
続いて、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１１７にて距離Ｓを用いてずれ角度θxを計算する。この場合において、ずれ角度θxは、上述したように図１２におけるレーザー光の基準ワーク４０への入射方向を示す線分ＬＳ１と、基準ワーク４０が定義するｚ軸とのなす角である。また、上記交点の座標点Cは、図において線分ＬＳ１と交線４３ｇとの交点の座標点であり、距離Ｓは、線分ＬＳ１における上記座標点Ｃから第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆが形成される平面までの距離を示す。交線４３ｇから第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆが形成される平面までの最短距離は、基準ワーク４０から測定することができるから、この距離（最短距離）をｍとすると、ずれ角度θxの正弦は距離Ｓと距離ｍの比で表すことができ、この関係を利用してずれ角度θxを下記式７のようにして計算することができる。
【数７】
2008008876.tif 000009
【００４４】
このようにしてずれ角度θxを計算した後に、コンピュータ装置５１はステップＳ１１８にてこのθx計算処理プログラムの実行を終了する。求められたずれ角度θxは、表示装置５２に表示される。作業者は表示されたずれ角度θxが０になるように、角度調整器２３に取り付けられたボルト２３３を回転させて、形状測定器１０の傾きを調整する。これによりずれ角度θxの調整が行われる。なお、上記式７は、ｍならびに第一、第三および第四直線Ｌ１，Ｌ３およびＬ４の方程式から直接計算することができるので、各直線の方程式が決定された後に、これらの係数などを用いて式７によりずれ角度θxを直接計算すれば、上記式５および式６の計算を省略することもできる。このように、ずれ角度θxは、第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆにおけるレーザー光の切断線である第一直線Ｌ１の方程式、第三平面部４３ｃにおけるレーザー光の切断線である第三直線Ｌ３の方程式、および、第四平面部４３ｄにおけるレーザー光の切断線である第四直線Ｌ４の方程式に基づいて求めることができる。
【００４５】
なお、上記式７において距離Ｓおよび距離ｍが正の値しかとらないためθxは常に正の値となり、レーザー光の基準ワーク４０への入射方向が基準ワーク４０が定義するｚ軸から上側にθxずれているのか下側にθxずれているのか、計算されたずれ角度θxでは判別することができない。したがって、作業者はずれ角度θxの調整を繰り返しながらθx計算処理プログラムを実行し、ずれ角度θxのずれている方向を把握する必要がある。
【００４６】
θx計算処理プログラムの実行が終了した後は、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１２にてθz計算処理プログラムを実行する。ずれ角度θzは、図１４に示すように、基準ワーク４０が定義するｘ−ｙ平面における、形状測定器１０から基準ワーク４０へのレーザー光による切断線を示す線分ＬＳ２とｘ軸とのなす角であり、このずれ角度θzは、基準ワーク４０が定義するｚ軸回りに形状測定器１０が傾斜している角度を示す。ずれ角度θzの計算処理プログラムは、図６のフローチャートに示されている。このθz計算処理プログラムは図６のステップＳ１２０にて開始され、ステップＳ１２１にて形状測定器１０から基準ワーク４０にレーザー光が照射される。次に、ステップＳ１２２にて、三角測量の原理によって、レーザー光源から基準ワーク４０の照射スポットまでの距離lnを計算する。続いて、ステップＳ１２３にて、カメラｘ−ｚ座標系における照射スポットのｘ−ｚ座標点N(xn,zn)を計算し、ステップＳ１２４にて、第一平面部４３ａに属する点群データおよび第六平面部４３ｆに属する点群データに基づいて第一直線Ｌ１を計算し、第二平面部４３ｂに属する点群データおよび第五平面部４３ｅに属する点群データに基づいて第二直線Ｌ２を計算する。第一直線Ｌ１，第二直線Ｌ２は、上記式１，２のように表すことができる。
【００４７】
次に、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１２５にて、第一直線Ｌ１と第二直線Ｌ２とのなす角θL1-L2を計算する。図１３に示すように、角度θL1-L2は、カメラｘ−ｚ座標系において第一直線Ｌ１とｘ軸とのなす角をθL1とし、第二直線Ｌ２とｘ軸とのなす角をθL2としたときに、角度θL1と角度θL2との差の角度θL1−θL2に等しい。したがって、θL1-L2は、三角関数の加法定理によって、下記式８のように計算される。
【数８】
2008008876.tif 000010
ここで、θL1の正接tanθL1は第一直線Ｌ１の傾き（−ａ1／ｂ1）に等しく、θL2の正接tanθL2は第二直線Ｌ２の傾き（−ａ2／ｂ2）に等しいので、上記式８は第一直線Ｌ１および第二直線Ｌ２の方程式から計算することができる。なお、θzが０でない場合は、図１４に示すようにレーザー光が基準ワーク４０に対して斜めに照射していることになるので、第二平面部４３ｂおよび第五平面部４３ｅにおける照射スポットのｚ軸方向位置がｘ軸方向に沿って変化し、第一および第六平面部４３ａおよび４３ｆとの相対距離が変化する。このため第二直線Ｌ２が第一直線Ｌ１に交差する。
【００４８】
続いて、コンピュータ装置は、ステップＳ１２６にて、下記式９の計算の実行によりθzを計算する。
【数９】
2008008876.tif 000011
ここで、ｎは、基準ワーク４０のｙ軸方向長さ、ｐは、第二平面部４３ｂおよび第五平面部のｚ軸方向への変化量である（図１４参照）。ｎおよびｐは、基準ワーク４０から測定することができる。上記式９は、以下のように導出される。
【００４９】
まず、θzが０ではなく、図１４に示すように基準ワーク４０に対して斜めに傾いてレーザー光が照射されている場合は、第二平面部４３ｂの図示左端の照射スポットＨのｙ軸に沿った高さＴＨは、第五平面部４３ｅの図示右端の照射スポットＪのｙ軸に沿った高さＴＪとは異なる。両高さの差をΔＴ（＝ＴＨ−ＴＪ）とする。また、第二平面部４３ｂおよび第五平面部４３ｅは、ｚ軸方向に傾いて形成されているために、ｙ軸に沿った高さ位置が異なればｚ軸に沿った奥行き長さ（第一平面４３ａおよび第六平面４３ｆが形成される平面までの距離）も異なる。よって、ｙ−ｚ平面から基準ワーク４０を見た拡大図である図１５に示すように、照射スポットＨにおける奥行き長さＤＨと照射スポットＪにおける奥行き長さＤＪも異なる。両奥行き長さの差をΔＤとする。
【００５０】
この場合、レーザー光が、基準ワーク４０上を照射スポットＨから照射スポットＪまで（このＨからＪまでレーザー光が進んだときの距離をｑ’とする）進む間に、奥行き長さがΔＤだけ変化したということであるので、この変化割合は第一直線Ｌ１と第二直線Ｌ２との傾きの差、すなわちθL1-L2の正接で表される。したがって、下記式１０が成立する。
【数１０】
2008008876.tif 000012
ここで、図１４に示すように、第二平面部４３ｂから第五平面部４３ｅまでのｘ軸方向長さをｑとすると、ｑ’はｑ／cosθzで表されるが、近似的にcosθz＝１とすると、上記式１０は式１１のようになる。
【数１１】
2008008876.tif 000013
また、相似の関係から、ΔＤとΔＴについて、式１２の関係が成立する。
【数１２】
2008008876.tif 000014
また、θzの正接tanθzは、図１４から明らかなように下記式１３のように表すことができる。
【数１３】
2008008876.tif 000015
したがって、式１１を式１２に代入してΔＤを消去し、さらにその式を式１３に代入してΔＴを消去することにより、上記式９が導かれる。
【００５１】
このようにしてずれ角度θzを計算した後に、コンピュータ装置５１はステップＳ１２７にてこのθz計算処理プログラムの実行を終了する。求められたずれ角度θzは、表示装置５２に表示される。作業者は表示されたずれ角度θzが０になるように角度調整器２３の各ボルト２３３を回転させて、基準ワーク４０に対する形状測定器１０の傾きを調整する。これによりずれ角度θzの調整が行われる。なお、上記式９中のtanθL1-L2は、第一直線Ｌ１および第二直線Ｌ２の方程式から直接求めることもできる。この場合は、上記式８の計算を省略することができる。このように、ずれ角度θzは、第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆにおけるレーザー光の切断線である第一直線Ｌ１の方程式および、第二平面部４３ｂにおけるレーザー光の切断線である第二直線Ｌ２の方程式に基づいて求めることができる。
【００５２】
θz計算処理プログラムの実行が終了した後は、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１３にてΔy計算処理プログラムを実行する。ずれ位置Δyは、図１７に示すように、基準ワーク４０のｘ−ｙ平面におけるｘ軸方向に沿った中心線lxと、基準ワーク４０に照射されるレーザー光の切断線を示す線分ＬＳ２とのずれ量であり、このずれ位置Δyは、基準ワーク４０に対して形状測定器１０がｙ軸方向にずれている量を示す。このΔy計算処理プログラムは図７のステップＳ１３０にて開始され、ステップＳ１３１にて形状測定器１０から基準ワーク４０に向けてレーザー光が照射される。次に、ステップＳ１３２にて、三角測量の原理によって、レーザー光源から基準ワーク４０の照射スポットまでの距離lnを計算する。続いて、ステップＳ１３３にて、カメラｘ−ｚ座標系における照射スポットのｘ−ｚ座標点N(xn,zn)を計算し、ステップＳ１３４にて第一直線Ｌ１，第二直線Ｌ２の方程式を計算する。第一直線Ｌ１、第二直線Ｌ２は、上記式１，２のように表すことができる。
【００５３】
次に、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１３５にて、第一直線Ｌ１と第二直線Ｌ２との距離ｔを計算する。ここで、上記θz計算プログラムにおいてθzが補正されており、第一直線Ｌ１と第二直線Ｌ２とは平行な関係にあるものとする。距離ｔは、下記式１４の計算を実行することにより求めることができる。
【数１４】
2008008876.tif 000016
【００５４】
続いて、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１３６にて、下記式１５の計算の実行によりずれ位置Δyを計算する。
【数１５】
2008008876.tif 000017
上記式１５は、以下のように導出される。まず、図１７に示すように、距離ｔは、ｙ−ｚ平面における、第二平面部４３ｂおよび第五平面部４３ｅ上へのレーザー光の照射点Ｋから、第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆが形成される平面までの距離である。一方、Δyは、ｙ−ｚ平面における基準ワーク４０の中心線lxが第二平面部４３ｂおよび第五平面部４３ｅを通過する点Ｌと、上記点Ｋとの間の距離のｙ軸方向成分である。したがって、相似の関係から、ｎ：ｐ＝（ｎ／２−Δy）：ｔとなる。この関係を変形することにより、上記式１５が導かれる。
【００５５】
このようにしてずれ位置Δyを計算した後に、コンピュータ装置５１はステップＳ１３７にてこのΔy計算処理プログラムの実行を終了する。求められたずれ位置Δyは、表示装置５２に表示される。作業者は表示されたずれ位置Δyが０になるように、支柱ユニット２１の内筒２１２を軸方向に移動して、支柱ユニット２１の高さを調整する。これによりずれ位置Δyの調整が行われる。なお、ずれ位置Δyは第一直線Ｌ１および第二直線Ｌ２の方程式から直接計算することもできる、この場合は、上記式１４の計算を省略することができる。このように、ずれ位置Δyは、第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆにおけるレーザー光の切断線である第一直線Ｌ１の方程式および、第二平面部４３ｂにおけるレーザー光の切断線である第二直線Ｌ２の方程式に基づいて求めることができる。
【００５６】
Δy計算処理プログラムの実行が終了した後は、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１５にてθy計算処理プログラムを実行する。ずれ角度θyは、図１９に示すように、基準ワーク４０のｘ−ｚ平面における、形状測定器１０から基準ワーク４０の交線４３ｇへレーザー光が入射するときのレーザー光の入射方向を示す線分ＬＳ３と、ｚ軸とのなす角であり、このずれ角度θyは、基準ワーク４０が定義するｙ軸回りに形状測定器１０が傾斜している角度を示す。このθy計算処理プログラムは図８のステップＳ１４０にて開始され、ステップＳ１４１にて形状測定器１０から基準ワーク４０にレーザー光が照射され、ステップＳ１４２にて三角測量の原理によって、レーザー光源から基準ワーク４０の照射スポットまでの距離lnを計算し、ステップＳ１４３にてカメラｘ−ｚ座標系における照射スポットのｘ−ｚ座標点N(xn,zn)を計算し、ステップＳ１４４にて第一直線Ｌ１，第三直線Ｌ３および第四直線Ｌ４の方程式を計算する。第一直線Ｌ１，第三直線Ｌ３，第四直線Ｌ４は、上記式１，３，４のように表すことができる。その後、ステップＳ１４５にて第三直線Ｌ３と第四直線Ｌ４との交点C(xc,zc)を計算する。交点Cは、上記式５のように表すことができる。
【００５７】
次に、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１４６にて、交点Cを通り、第一直線Ｌ１に垂直な第五直線Ｌ５を計算する。第五直線Ｌ５は、第一直線Ｌ１と直交し、また交点Cを通ることにより、下記式１６のように表すことができる。
【数１６】
2008008876.tif 000018
【００５８】
続いて、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１４７にて、第五直線Ｌ５と第一直線Ｌ１との交点の座標点Q(xq,yq)を計算する。座標点Q(xq,yq)は、下記式１７の計算の実行により求められる。
【数１７】
2008008876.tif 000019
上記式１７は、上記式１６によって表される第五直線Ｌ５および上記式１によって表される第一直線Ｌ１が共に点Q(xq,yq)を通ることに基づいて導かれる。
【００５９】
点Q(xq,yq)を求めた後に、コンピュータ装置５１はステップＳ１４８にて下記式１８の実行によりθyを計算する。
【数１８】
2008008876.tif 000020
上記式１８は、以下のようにして導かれる。第一直線Ｌ１，第三直線Ｌ３，第四直線Ｌ４および第五直線Ｌ５がカメラｘ−ｚ座標系において図１８に示す状態のように計測された場合、第三直線Ｌ３と第四直線Ｌ４との交点Cと、第五直線Ｌ５と第一直線Ｌ１との交点Qとを結ぶ線分CQと、カメラｘ−ｚ座標系におけるｚ軸とのなす角がずれ角度θyである。この場合、ずれ角度θyの正弦は、線分ＣＱの長さと、座標点Ｃと座標点Ｑとのｘ軸方向成分の差xc-xqとの比によって表される。ここで、線分ＣＱの長さは、基準ワーク４０の交線４３ｇから第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆが形成される平面までの距離ｍであり、基準ワーク４０から測定することができる。したがって、ずれ角度θyの正弦sinθyは、（xc−xq）／ｍと表すことができる。式１８は、この関係に基づき導かれる。
【００６０】
ステップＳ１４８にてずれ角度θyを計算した後は、コンピュータ装置５１はステップＳ１４９にてθy計算処理プログラムの実行を終了する。求められたずれ角度θyは、表示装置５２に表示される。作業者は表示されたずれ角度θyが０になるように支柱ユニット２１の内筒２１２を回転する。これによりずれ角度θyの調整が行われる。なお、上記式１８中のxc-xqは、第一直線Ｌ１、第三直線Ｌ３および第四直線Ｌ４の方程式から直接求めることもできる。したがって、xc-xqをこれらの第一直線Ｌ１，第三直線Ｌ３および第四直線Ｌ４の方程式から直接計算し、それを基に第五直線Ｌ５および交点Qを求めることなしにθyを計算することができる。この場合は、上記式１６および上記式１７の計算を省略することができる。このように、ずれ角度θyは、第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆにおけるレーザー光の切断線である第一直線Ｌ１の方程式および、第三平面部４３ｃにおけるレーザー光の切断線である第三直線Ｌ３の方程式および、第四平面部４３ｄにおけるレーザー光の切断線である第四直線Ｌ４の方程式に基づいて求めることができる。
【００６１】
θy計算処理プログラムの実行が終了した後は、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１６にてΔx計算処理プログラムを実行する。ずれ位置Δxは、図２１に示すように、基準ワーク４０のｘ−ｚ平面における、基準ワーク４０の中心線lzからの形状測定器１０のｘ軸方向のずれ量である。Δx計算処理プログラムは図９のステップＳ１５０にて開始され、ステップＳ１５１にて形状測定器１０から基準ワーク４０にレーザー光が照射される。次に、ステップＳ１５２にて、三角測量の原理によって、レーザー光源から基準ワーク４０の照射スポットまでの距離lnを計算する。続いて、ステップＳ１５３にて、カメラｘ−ｚ座標系における照射スポットのｘ−ｚ座標点N(xn,zn)を計算し、ステップＳ１５４にて第三直線Ｌ３および第四直線Ｌ４の方程式を計算する。第三直線Ｌ３，第四直線Ｌ４は、上記式３，４のように表すことができる。その後、ステップＳ１５５にて第三直線Ｌ３と第四直線Ｌ４との交点C(xc,zc)の座標点を計算する。交点Cの座標点は、上記式５のように計算することができる。
【００６２】
次に、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１５６にて、ずれ位置Δxを計算する。この場合において、交点Cにおけるｘ軸方向成分が０であるときが形状測定器１０のｘ軸方向の基準位置とする場合には、ステップＳ１５５にて計算した交点Cのｘ軸方向成分xｃがそのままｘ軸方向のずれ量を示す。したがって、図２０に示すようなカメラｘ−ｚ座標系において取得したxcをずれ位置Δxとする。このようにしてずれ位置Δxを計算した後に、コンピュータ装置５１はステップＳ１５７にてこのΔx計算処理プログラムの実行を終了する。求められたずれ位置Δxは、表示装置５２に表示される。作業者は表示されたずれ位置Δxが０または所定値になるように、位置調整器２２の第一レバー２２３を調整する。これによりずれ位置Δxの調整が行われる。このように、ずれ位置Δxは、第三平面部４３ｃにおけるレーザー光の切断線である第三直線Ｌ３の方程式および、第四平面部４３ｄにおけるレーザー光の切断線である第四直線Ｌ４の方程式に基づいて求めることができる。
【００６３】
Δx計算処理プログラムの実行が終了した後は、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１７にてΔz計算処理プログラムを実行する。ずれ位置Δzは、図２１に示すように、基準ワーク４０のｘ−ｚ平面における、交線４３ｇから形状測定器１０までのｚ軸方向距離zcと、基準となる距離z0との差である。Δz計算処理プログラムは図１０のステップＳ１６０にて開始され、ステップＳ１６１にて形状測定器１０から基準ワーク４０にレーザー光が照射される。次に、ステップＳ１６２にて、三角測量の原理によって、レーザー光源から基準ワーク４０の照射スポットまでの距離lnを計算する。続いて、ステップＳ１６３にて、カメラｘ−ｚ座標系における照射スポットのｘ−ｚ座標点N(xn,zn)を計算し、ステップＳ１６４にて第三直線Ｌ３および第四直線Ｌ４の方程式を計算する。第三直線Ｌ３，第四直線Ｌ４は、上記式３，４のように表すことができる。その後、ステップＳ１６５にて第三直線Ｌ３と第四直線Ｌ４との交点C(xc,zc)の座標点を計算する。交点Cの座標点は、上記式５のように計算することができる。
【００６４】
次に、コンピュータ装置５１は、ステップＳ１６６にて、Δzを計算する。この場合において、図２０に示すように、交点Cのｚ軸方向成分zcは、基準ワーク４０の交線４３ｇから形状測定器１０までのｚ軸方向の距離である。よって、この距離zcと基準となるｚ軸方向の距離z0との差がそのままずれ位置Δｚとなる。したがって、ずれ位置Δzは、z0-zcの計算の実行により求めることができる。このようにずれ位置Δzを計算した後に、コンピュータ装置５１はステップＳ１６７にてこのΔz計算処理プログラムの実行を終了する。求められたずれ位置Δzは、表示装置５２に表示される。作業者は表示されたずれ位置Δzが０になるように位置調整器２２の第二レバー２２４を調整する。これによりずれ位置Δzの調整が行われる。このように、ずれ位置Δzは、第三平面部４３ｃにおけるレーザー光の切断線である第三直線Ｌ３の方程式および、第四平面部４３ｄにおけるレーザー光の切断線である第四直線Ｌ４の方程式に基づいて求めることができる。
【００６５】
以上のように、本実施形態では、θx，θy，θz，Δx，Δy，Δzを検出し、全てのずれ角度およびずれ位置を補正することによって、基準ワーク４０が定義する基準座標系に形状測定器１０のカメラ座標系を合わせることができる。したがって、極めて精度の高いワークの形状測定を行うことができる。
【００６６】
なお、上記実施形態においては、ずれ角度θx、θy、θzおよびずれ位置Δx、Δy、Δzを１つずつ計算して表示し、作業者は表示されたずれ角度またはずれ位置に基づいて、形状測定器の角度および位置を調整した例を示したが、１つのずれ角度またはずれ位置を調整することにより、それ以外のずれ角度またはずれ位置が変化してしまうことが考えられる。この場合には、基準ワーク４０にレーザー光を照射し、カメラｘ−ｚ座標系における照射ポイントのｘ−ｚ座標点N（xn,zn）を計算した後、上記の計算方法によりずれ角度θx、θy、θzおよびずれ位置Δx、Δy、Δzをすべて計算して表示してもよい。作業者は先に０になるように調整したずれ角度またはずれ位置が再び０からずれた場合は先の調整作業を再度行うようにすればよい。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態につき説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態においては、基準ワーク４０の六つの平面部を設けた構成を示したが、第五平面部４３ｅおよび第六平面部４３ｆは省略することができる。また、第一平面部４３ａと第二平面部４３ｂの位置、あるいは、第五平面部４３ｅと第六平面部４３ｆの位置を入れ替えた構成としても良い。また、第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆに対する第二平面部４３ｂおよび第五平面部４３ｅの幾何学的関係は、上述したように第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆを含む仮想平面Ａに対して、第二平面部４３ｂおよび第五平面部４３ｅを含む仮想平面Ｂが交わっており、その交線の方向ベクトルｎ２が仮想平面Ａの法線ベクトルでもあるベクトルｎ１に対して直交する関係にあればよく、このような関係を満たしている限り、第二平面部４３ｂおよび第五平面部４３ｅは第一平面部４３ａおよび第六平面部４３ｆとは離間した位置に形成されていてもよいし、これらの平面部が基準ワーク４０内で交差していてもよい。さらに、交線４３ｇは、法線ベクトルｎ１に直交する平面であり、且つ仮想平面Ａとは異なる位置にある平面内であればどのようなものでもよく（ただし、方向ベクトルｎ２と平行である場合を除く）、図１に示すようにｙ軸に平行である必要はない。また、上記実施形態においてはずれ角度θx、θy、θzおよびずれ位置Δx、Δy、Δzをすべて調整したが、重要でないずれ位置の調整は省略してもよい。例えばずれ位置Δxやずれ位置Δzが０より少々ずれている場合であれば測定対象物の形状測定にはほとんど影響しない場合がある。このような場合には、ずれ角度θx、θy、θzおよびずれ位置Δyの調整を行い、ずれ位置ΔxおよびΔzの調整は省略してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定システムの全体概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る支持機構に基準ワークを載置する部分を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る基準ワークを示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図、（ｃ）が側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るずれ量取得プログラムのフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係るθx計算プログラムのフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に係るθz計算プログラムのフローチャートである。
【図７】本発明の実施形態に係るΔy計算プログラムのフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係るθy計算プログラムのフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態に係るΔx計算プログラムのフローチャートである。
【図１０】本発明の実施形態に係るΔz計算プログラムのフローチャートである。
【図１１】θx計算プログラムの実行において使用する、形状測定器により測定されたカメラｘ−ｚ座標系における基準ワークの照射画像を示す図である。
【図１２】ずれ角度θxを求めるための、基準ワークの幾何学的関係を示す図である。
【図１３】θz計算プログラムの実行において使用する、形状測定器により測定されたカメラｘ−ｚ座標系における基準ワークの照射画像を示す図である。
【図１４】ずれ角度θzを求めるための、基準ワークの幾何学的関係を示す図である。
【図１５】基準ワークを側面から見た場合における、ずれ角度θzを求めるための幾何学的関係を示す拡大図である。
【図１６】Δy計算プログラムの実行において使用する、形状測定器により測定されたカメラｘ−ｚ座標系における基準ワークの照射画像を示す図である。
【図１７】ずれ位置Δyを求めるための、基準ワークの幾何学的関係を示す図である。
【図１８】θy計算プログラムの実行において使用する、形状測定器により測定されたカメラｘ−ｚ座標系における基準ワークの照射画像を示す図である。
【図１９】ずれ角度θyを求めるための、基準ワークの幾何学的関係を示す図である。
【図２０】Δx計算プログラムおよびΔz計算プログラムの実行において使用する、形状測定器により測定されたカメラｘ−ｚ座標系における基準ワークの照射画像を示す図である。
【図２１】ずれ位置Δxおよびずれ位置Δzを求めるための、基準ワークの幾何学的関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０…形状測定器、２０…姿勢制御装置、２１…支柱ユニット、２２…位置調整器、２３…角度調整器、４０…基準ワーク、４３…測定部、４３ａ…第一平面部、４３ｂ…第二平面部、４３ｃ…第三平面部、４３ｄ…第四平面部、４３ｅ…第五平面部、４３ｆ…第六平面部、４３ｇ…交線、５１…コンピュータ装置、５２…表示装置、Ｌ１…第一直線、Ｌ２…第二直線、Ｌ３…第三直線、Ｌ４…第四直線、Ｌ５…第五直線、Δx，Δy，Δz…ずれ位置、θx，θy，θz…ずれ角度
【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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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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