(57)【要約】【課題】  装置を大型化させずに、形状データが取得されない死角領域の範囲を狭めることが可能な３次元形状測定装置を提供すること。【解決手段】  ３次元形状測定装置１００は、レーザー照射器１２から出射して測定対象物ＯＢに照射されるライン光の経路中に設けられ、ライン光の進行方向を測定対象物に向かう方向に変更する第１ミラー２０を備える。このため第１ミラー２０によりライン光の進路が変更する分だけライン光の進行距離が延びる。したがって、ライン光が測定対象物ＯＢに向かって広がる角度が小さくなり、測定対象物ＯＢに形成される死角領域の範囲を狭めることができる。よって、装置を大型化せずに測定対象物の死角領域の形成範囲を狭めることができる。【選択図】  図３
2008203091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物への照射断面がライン状のレーザー光であるライン光を出射するレーザー照射器と、測定対象物に照射されたライン光の反射光を受光する受光器とを有する３次元センサと、前記受光器により受光された反射光の受光位置に基づいて測定対象物の３次元形状データを作成する形状データ作成手段とを備えた３次元形状測定装置において、
前記レーザー照射器から出射して測定対象物に照射されるライン光の経路中に設けられ、ライン光の進行方向を変更する第１の進行方向変更手段を備えることを特徴とする、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、
前記レーザー照射器と前記受光器の位置関係は固定されており、
前記第１の進行方向変更手段は、測定対象物に照射されたライン光の反射光が前記受光器に受光されるまでの反射光の経路中に設けられ、反射光の進行方向を変更することを特徴とする、３次元形状測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の３次元形状測定装置において、
前記レーザー照射器から出射するライン光の進行方向に略平行な方向に前記レーザー照射器を移動する移動手段を備え、
前記第１の進行方向変更手段は、前記レーザー照射器から出射するライン光の進行方向を、前記移動手段により前記レーザー照射器が移動する際における前記レーザー照射器の移動方向と略直角の方向に変更することを特徴とする、３次元形状測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の３次元形状測定装置において、
測定対象物は長尺形状を呈しており、
前記レーザー照射器は、前記移動手段によって測定対象物の長尺方向に沿って移動することを特徴とする、３次元形状測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の３次元形状測定装置において、
前記レーザー照射器と前記第１の進行方向変更手段との間における前記レーザー照射器から出射するライン光の経路中に設けられ、ライン光の進行方向を変更する第２の進行方向変更手段を備えることを特徴とする、３次元形状測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の３次元形状測定装置において、
前記第２の進行方向変更手段は、測定対象物に照射されたライン光の反射光が前記第１の進行方向変更手段によって進行方向を変更されてから前記受光器に受光されるまでの経路中に設けられ、反射光の進行方向を変更することを特徴とする、３次元形状測定装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の３次元形状測定装置において、
前記第１の進行方向変更手段および前記第２の進行方向変更手段は、ライン光を入射するとともに入射したライン光を反射することによってライン光の進行方向を変更する反射部材で構成されていることを特徴とする、３次元形状測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の３次元形状測定装置において、
前記レーザー照射器から出射したライン光が前記第１の進行方向変更手段の近傍を通過し、次いで前記第２の進行方向変更手段に入射してこの第２の進行方向変更手段にて反射し、次いで前記第１の進行方向変更手段に入射してこの第１の進行方向変更手段にて反射するように、前記第１の進行方向変更手段および前記第２の進行方向変更手段が配置されていることを特徴とする、３次元形状測定装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の３次元形状測定装置において、
前記第１の進行方向変更手段に一体に形成され、ライン光を通過させるためのスリット孔またはスリット状の透過手段をさらに備え、
前記スリット孔または前記透過手段は、前記レーザー照射器から出射したライン光が前記スリット孔または前記透過手段を通過するように配置され、
前記第２の進行方向変更手段は、前記スリット孔または前記透過手段を通過したライン光が前記第２の進行方向変更手段にて反射するように配置されていることを特徴とする、３次元形状測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の３次元形状測定装置において、
前記第２の進行方向変更手段は、前記レーザー照射器から出射したライン光が入射するとともに入射したライン光を折り返すように反射して前記第１の進行方向変更手段に入射するように配置されていることを特徴とする、３次元形状測定装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の３次元形状測定装置において、
複数の前記３次元センサを備え、少なくとも２台の前記３次元センサは前記測定対象物に対してそれぞれ正反対の位置に対称的に設けられていることを特徴とする、３次元形状測定装置。
【請求項１２】
測定対象物への照射断面がライン状のレーザー光であるライン光を第１の進行方向変更手段に入射させるとともにこの第１の進行方向変更手段によりライン光の進行方向を変更する第１変更ステップと、
前記第１変更ステップにて進行方向が変更されたライン光を測定対象物に照射する照射ステップと、
前記照射ステップにて測定対象物に照射されたライン光の反射光を受光する受光ステップと、
前記受光ステップにて受光された反射光の受光位置に基づいて、測定対象物の形状データを作成する形状データ作成ステップと、
を含む、３次元形状測定方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の３次元形状測定方法において、
前記第１変更ステップを行う前に行うステップであって、
ライン光を第２の進行方向変更手段に入射させるとともにこの第２の進行方向変更手段によりライン光の進行方向を変更する第２変更ステップをさらに含むことを特徴とする、３次元形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面がライン状のレーザー光であるライン光を測定対象物に照射し、測定対象物からの反射光を検出する３次元センサを用いて測定対象物の形状を測定する３次元形状測定装置および３次元形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元センサから断面がライン状のレーザー光であるライン光を測定対象物体に照射すると共に、３次元センサの位置を変化させて測定対象物へのライン光の照射部位を移動していき、３次元センサにて測定対象物に照射されたライン光の反射光を検出することにより測定対象物の形状を測定する３次元形状測定装置が知られている。例えば、特許文献１には、この種の３次元形状測定装置を用いて人体や柱などの長尺状の物体の形状を測定するものが提案されている。
【特許文献１】特開平１０−１２２８５０号公報
【発明の開示】
【０００３】
特許文献１に記載の３次元形状測定装置によれば、３次元センサを長尺状の測定対象物の周囲に複数個配置し、これら複数の３次元センサを長尺状の測定対象物の長尺方向に移動しながら移動方向と垂直な方向にライン光を出射して測定対象物にライン光を照射し、ライン光の照射部位における反射光を検出することで測定対象物のそれぞれの３次元センサにおける３次元形状を測定し、その後それぞれの３次元形状を合成することで全体の３次元形状を得ている。ここで、測定対象物の全周の形状を測定するためには複数の３次元センサが必要となるため、３次元センサの必要個数が増加する分だけ装置のコストが高くなるという問題がある。
【０００４】
長尺状の測定対象物を全周に亘り測定するためにはどうしても複数の３次元センサが必要となる。そこで、図１に示すように、３次元センサＢを測定対象物ＯＢに対して正反対の位置（測定対象物体を中心として対称の位置）に２台配置するのみとして、この２台の３次元センサＢにより測定対象物ＯＢを測定すれば、３次元センサの必要個数が最も少なくなり、装置のコスト低減に寄与することができる。
【０００５】
しかし、図１に示す３次元形状測定装置Ａで測定対象物ＯＢの３次元形状を測定する場合、図２に示すように、測定対象物ＯＢに、いずれの３次元センサＢから出射するライン光も照射されない死角領域ＤＡが生じる。この死角領域ＤＡの形状データは取得することはできないため、死角領域ＤＡの形成範囲が広い場合は形状データの欠損率が増加し、あるいは欠損部分の補完率が増加して測定精度が低下する。死角領域ＤＡは、３次元センサＢを測定対象物ＯＢから遠ざけて、ライン光が測定対象物ＯＢに向かって広がる角度αを小さくすることにより減らすことはできるが、そうすると、測定対象物ＯＢからそれぞれの３次元センサＢまでの距離が長くなって装置の大型化を招くという問題が生じる。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、３次元形状測定装置のコストを抑制するために３次元センサを測定対象物体に対して正反対の位置に２台設置する場合、あるいは３次元センサが１台であっても、装置を大型化させずに形状データが取得されない死角領域の範囲を狭めることが可能な３次元形状測定装置、および、このような装置において行われる３次元形状測定方法を提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の特徴は、測定対象物への照射断面がライン状のレーザー光であるライン光を出射するレーザー照射器と、測定対象物に照射されたライン光の反射光を受光する受光器とを有する３次元センサと、前記受光器により受光された反射光の受光位置に基づいて測定対象物の３次元形状データを作成する形状データ作成手段とを備えた３次元形状測定装置において、前記レーザー照射器から出射して測定対象物に照射されるライン光の経路中に設けられ、ライン光の進行方向を変更する第１の進行方向変更手段を備えるものとすることにある。
【０００８】
上記発明によれば、レーザー照射器から出射したライン光は、測定対象物に照射されるまでの進行経路中において、第１の進行方向変更手段によってその進行方向が変更される。つまり、レーザー照射器から出射したライン光は測定対象物まで直線的に進行せずに、少なくとも１回は第１の進行方向変更手段により進路が変更する。よって、この進路が変更する分だけレーザー照射器から出射されてから測定対象物に照射されるまでのライン光の進行距離が長くなり、ライン光の起点の位置と測定対象物との間の距離も長くなる。したがって、上記距離が長くなった分だけライン光が測定対象物に向かって広がる角度が小さくなり、測定対象物に形成される死角領域の形成範囲を狭めることができる。また、第１の進行方向変更手段によってライン光の進行方向が変更されるために、同じ進行距離であって直線的な進行経路を辿って測定対象物にライン光が照射される場合よりも、測定対象物に近い位置にレーザー照射器を配置することができる。このため、装置を大型化せずに測定対象物の死角領域の形成範囲を狭めることができる。
【０００９】
上記発明において、ライン光とは、所定の進行方向を基準に平面方向に拡がりを持ったレーザー光であり、上記基準となる進行方向に垂直な断面形状がライン状となるものである。このライン光は測定対象物に照射された場合にその照射断面がライン状となる。また、ライン光の進行方向とは、広がりの基準となるレーザー光の進行方向、すなわちライン光の中心方向（拡がりの角度を二分した方向）に進行する方向をいう。また、第１の進行方向変更手段は、レーザー照射器から出射されたライン光が測定対象物に照射されるまでの間に進行する経路中に設けられていればよい。この第１の進行方向変更手段は、反射によりライン光の進行方向を変更するものでもよく、また、屈折によりライン光の進行方向を変更するものでもよい。反射によりライン光の進行方向を変更するものとしてミラーが例示される。屈折によりライン光を変更するものとしてプリズムが例示される。また、第１の進行方向変更手段は、入射してくるライン光の進行方向を測定対象物に向かう方向に変更するものであるとよい。
【００１０】
また、上記本発明において、前記レーザー照射器と前記受光器の位置関係は固定されており、前記第１の進行方向変更手段は、測定対象物に照射されたライン光の反射光が前記受光器に受光されるまでの反射光の経路中に設けられ、反射光の進行方向を変更するものであるとよい。これによれば、第１の進行方向変更手段が、レーザー照射器から測定対象物までにおけるライン光の経路を構成する光学部品として使用されるのみならず、測定対象物から受光器に受光されるまでにおける反射光の経路を構成する光学部品としても使用されるため、部品の共通化を図って装置コストを低減することができる。この場合、第１の進行方向変更手段は、前記レーザー照射器および／または前記受光器との位置関係が固定されているものであるのがよい。また、第１の進行方向変更手段は、入射してくる反射光の進行方向を受光器に向かう方向に変更するものであるとよい。
【００１１】
また、本発明の３次元形状測定装置は、前記レーザー照射器から出射するライン光の進行方向に略平行な方向に前記レーザー照射器を移動する移動手段を備えるものであるとよい。この場合、前記第１の進行方向変更手段は、前記レーザー照射器から出射するライン光の進行方向を、前記移動手段により前記レーザー照射器が移動する際における前記レーザー照射器の移動方向と略直角の方向に変更するものであるのがよい。これによれば、ライン光の進行方向と略平行な方向にレーザー照射器を移動し、且つ第１の進行方向変更手段により直角方向にライン光の進行方向を変更することにより、ライン光の起点の位置と測定対象物との間の距離を効率よく長くすることができる。
【００１２】
この場合、測定対象物が長尺形状を呈しており、前記レーザー照射器は、前記移動手段によって測定対象物の長尺方向に沿って移動するものであるのがよい。このように構成することにより、ライン光を測定対象物の長尺方向に亘り照射することができ、測定対象物全体の３次元形状を測定することができる。さらにこの場合、第１の進行方向変更手段とレーザー照射器とを、レーザー照射器の移動方向に離間して配置しておくとよい。こうすることにより、レーザー照射器から出射するライン光はレーザー照射器の移動方向に沿って進行して第１の進行方向変更手段に入射し、この第１の進行方向変更手段により進行方向が変更されて例えば測定対象物に向かう。この構成によれば、レーザー照射器の移動方向に沿った方向にライン光が進行する分だけライン光の進行距離を長くすることができる。レーザー照射器の移動方向は測定対象物の長尺方向に沿った方向であるので、この方向にライン光の進行距離を長くしても装置は大型化しない。よって、コンパクトな装置構成のまま、ライン光の進行距離を長くして測定対象物の死角領域の形成範囲を狭めることが実現可能となる。
【００１３】
また、本発明の他の特徴は、前記レーザー照射器と前記第１の進行方向変更手段との間における前記レーザー照射器から出射するライン光の経路中に設けられ、ライン光の進行方向を変更する第２の進行方向変更手段を備える３次元形状測定装置とすることにある。
【００１４】
上記発明の他の特徴によれば、レーザー照射器と第１の進行方向変更手段との間の経路中に第２の進行方向変更手段が設けられる。したがって、レーザー照射器から出射したライン光は、測定対象物に照射されるまでに、第２の進行方向変更手段により進行方向が変更され、さらに第１の進行方向変更手段により進行方向が再度変更される。このように、ライン光がレーザー照射器から測定対象物まで直線的に進行せずに、第１の進行方向変更手段および第２の進行方向変更手段により少なくとも２回は進路が変更する。よって、この進路が変更する分だけレーザー照射器から出射されてから測定対象物に照射されるまでのライン光の進行距離がより長くなる。換言すると、ライン光の起点位置と測定対象物との間の距離がより長くなる。したがって、上記距離がより長くなった分だけライン光が測定対象物に向かって広がる角度が小さくなって、測定対象物における死角領域の形成範囲をより狭めることができ、測定精度をより向上させることができる。また、第２の進行方向変更手段を設けないものと同等の測定精度、つまり死角領域の形成範囲が同じ程度でよいのであれば、第２の進行方向変更手段を設けることによりレーザー照射器を測定対象物により近づけることができるので、装置の小型化を図ることができる。上記第２の進行方向変更手段は、入射してくるライン光の進行方向を、第１の進行方向変更手段に向かう方向に変更するものであるのがよい。
【００１５】
上記発明から把握できるように、レーザー照射器と測定対象物との間の光学経路中に介在する進行方向変更手段は、その数が多ければ多いほどレーザー光の進行距離が長くなって測定対象物に形成される死角領域の形成範囲を狭めることができることがわかる。よって、より高精度の測定をするためには、レーザー照射器と測定対象物との間の光学経路中に進行方向変更手段を３つ以上介在させた３次元形状測定装置とすればよい。進行方向変更手段の数は、測定する形状の要求精度と装置の設置スペースとの兼ね合いから適宜決定することができる。
【００１６】
レーザー照射器が移動手段により移動する場合には、前記第２の進行方向変更手段は、前記移動手段による前記レーザー照射器の移動方向に前記レーザー照射器と所定の距離を隔てて配置されているものであるのがよい。これによれば、第２の進行方向変更手段をレーザー照射器の移動スペース内に設置することができるため、コンパクトに第２の進行方向変更手段を取り付けることが可能となる。さらにこの場合、第１の進行方向変更手段がレーザー照射器の移動方向に第２の進行方向変更手段と所定距離を隔てて配置されているとよい。これによれば、２つの進行方向変更手段がともにレーザー照射器の移動スペース内に設置されるため、よりコンパクトに装置を構成することができるとともに、レーザー照射器から出射したライン光が第１の進行方向変更手段に至るまでに、第２の進行方向変更手段を介してレーザー照射器の移動方向に往復するようにライン光の進行経路を設計することができる。よって、コンパクトな構成でより効率的にライン光の進行距離を長くすることができる。
【００１７】
また、前記第２の進行方向変更手段は、測定対象物に照射されたライン光の反射光が前記第１の進行方向変更手段によって進行方向を変更されてから前記受光器に受光されるまでの経路中に設けられ、反射光の進行方向を変更するように配置されているとよい。これによれば、第２の進行方向変更手段を、ライン光がレーザー照射器から測定対象物に照射されるまでの経路を構成する光学部品としても、測定対象物から受光器に受光されるまでの反射光の経路を構成する光学部品としても使用することができるため、部品の共通化を図って装置コストを低減することができる。この場合、第１の進行方向変更手段は、測定対象物の表面に照射されたライン光の反射光が第２の進行方向変更手段に入射されるまでの反射光の経路中に設けられ、反射光の進行方向を第２の進行方向変更手段に向かう方向に変更するものであるとよい。さらにこの場合、第２の進行方向変更手段は、入射してくる反射光の進行方向を受光器に向かう方向に変更するものであるとよい。また、前記第２の進行方向変更手段は、前記レーザー光源および／または前記受光器、および、第１の進行方向変更手段との位置関係が固定されているものであるのがよい。
【００１８】
前記第１の進行方向変更手段および／または前記第２の進行方向変更手段は、ライン光を入射するとともに入射したライン光を反射することによってライン光の進行方向を変更する反射部材で構成されているのがよい。第１、第２の進行方向変更手段はプリズムなどの屈折を利用してレーザー光の進行方向を変更するものであってもよいが、ミラーのような反射を利用してレーザー光の進行方向を変更する反射部材は反射角の調整が簡単で且つ安価であるので、ミラーのような反射部材を第１、第２の進行方向変更手段として用いることにより、本発明を実現するための装置のコストを低減することができる。
【００１９】
また、前記第１の進行方向変更手段および前記第２の進行方向変更手段は、前記レーザー照射器から出射したライン光が前記第１の進行方向変更手段の近傍を通過し、次いで前記第２の進行方向変更手段に入射してこの第２の進行方向変更手段にて反射し、次いで前記第１の進行方向変更手段に入射してこの第１の進行方向変更手段にて反射するように配置されているのがよい。この場合、３次元形状測定装置は、前記第１の進行方向変更手段に一体に形成され、ライン光を通過させるためのスリット孔またはスリット状の透過手段をさらに備え、前記スリット孔または前記透過手段は、前記レーザー照射器から出射したライン光が当該スリット孔または透過手段を通過するように配置され、前記第２の進行方向変更手段は、前記スリット孔または前記透過手段を通過したライン光を反射するように配置されているのがよい。このように構成することにより、簡単且つコンパクトな構造で本発明を実現することができるとともに、第１、第２の進行方向変更手段や３次元センサの調整が行いやすくなる。なお、上記スリット孔または上記スリット状の透過手段は、第１の進行方向変更手段の内部に形成されていれば、よりコンパクトに構成できる。
【００２０】
この場合、前記第２の進行方向変更手段は、前記レーザー照射器から出射したライン光が入射するとともに入射したライン光を折り返すように反射して前記第１の進行方向変更手段に入射するように配置されているものであるのがよい。つまり、前記第２の進行方向変更手段は、上記スリット孔または上記スリット状の透過部分を通過したレーザー光の進行方向を略正反対方向に変更するものであるのがよい。これによれば、装置の構成をより簡単にすることができる。また、第２の進行方向変更手段は、測定対象物からの反射光が第１の進行方向変更手段にて反射した反射光を、その進行方向を略正反対方向に変更するように反射して、受光器に向かうようにその進行方向を変更するものであるとよい。
【００２１】
また、本発明の３次元形状測定装置は、複数の前記３次元センサを備え、少なくとも２台の前記３次元センサは前記測定対象物に対してそれぞれ正反対の位置に対称的に設けられているものであるのがよい。これによれば、３次元センサを測定対象物に対して正反対の位置に２台配置するのみで、測定対象物の大部分の箇所における形状データを取得することができるので、装置のコストを抑制することができる。
【００２２】
また、本発明の他の特徴は、断面がライン状のレーザー光であるライン光を第１の進行方向変更手段に入射させるとともにこの第１の進行方向変更手段によりライン光の進行方向を変更する第１変更ステップと、前記第１変更ステップにて進行方向が変更されたライン光を測定対象物に照射する照射ステップと、前記照射ステップにて測定対象物に照射されたライン光の反射光を受光する受光ステップと、前記受光ステップにて受光された反射光の受光位置に基づいて、測定対象物の形状データを作成する形状データ作成ステップと、を含む３次元形状測定方法とすることにある。この方法により測定対象物の３次元形状を測定することにより、装置の大型化を招くことなく、且つ死角領域の形成範囲が狭まって測定精度の高い３次元形状測定を行うことができる。なお、第１の変更ステップは、第１の進行方向変更手段によってライン光の進行方向を測定対象物に向かう方向に変更するのがよい。
【００２３】
この場合、前記第１変更ステップを行う前に行うステップであって、ライン光を第２の進行方向変更手段に入射させるとともにこの第２の進行方向変更手段によりライン光の進行方向を変更する第２変更ステップをさらに含む３次元形状測定方法とするとよい。これによれば、測定対象物における死角領域の形成範囲をより狭めることができ、測定精度をより向上させることができる。なお、第２変更ステップは、第２の進行方向変更手段によってライン光の進行方向を第１の進行方向変更手段に向かう方向に変更するのがよい。また、第２変更ステップの前に、１回または複数回ライン光の進行方向を変更するステップを設けてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図３は、本実施形態に係る３次元形状測定装置の概略図である。この３次元形状測定装置１００は、図１に示した従来の３次元形状測定装置Ａと同様に、測定対象物ＯＢに対称的に（測定対象物ＯＢに対してそれぞれ正反対の位置に）２つの３次元センサ１０を設置し、対向する２箇所から測定対象物ＯＢの３次元形状を測定するものである。
【００２５】
３次元形状測定装置１００は、２つの測定ユニット１，１を有する。各測定ユニット１，１は同一の構成態様である。測定ユニット１は、平板状のベースプレート２と、このベースプレート２上に立設したガイド部３を有する。ガイド部３は、上下面および両側面の４面が板材で形成され、前後面が筒抜けにされた上下に細長い枠体形状とされている。このガイド部３内に３次元センサ１０が配置している。
【００２６】
ガイド部３の左右側面を形成する長尺状の板材の内壁側にはガイド溝Ｇが長軸方向（上下方向）に沿って形成されている。また、ガイド部３の図示下端部分にはそれぞれモータ４が配設されている。モータ４の出力軸にはプーリを介してベルト５が巻き回されている。ベルト５はガイド部３の上端部分に回転可能に配置したプーリにも巻き回されていて、モータ４が駆動するとプーリを介して駆動力が伝達されてガイド部３の長尺方向（上下方向）に駆動するようになっている。
【００２７】
図４、図５は、３次元センサ１０の詳細構造を示す図であり、図４は３次元センサ１０をガイド部３に取り付けた状態を示す図、図５は３次元センサ１０をガイド部３から取り外した状態を示す図である。３次元センサ１０は光切断法により測定対象物ＯＢの３次元形状を測定するためにライン光を測定対象物ＯＢに照射するとともに、測定対象物ＯＢに照射したライン光の反射光を受光して受光信号を出力する検出装置である。３次元センサ１０は、所定の基準となる進行方向から平面的に広がりを持ったレーザー光であり、進行方向に垂直な断面形状がライン状であるライン光を出射するレーザー照射器１２と、受光カメラ１４とを備えている。レーザー照射器１２は、筐体１２１と、筐体１２１内に収容されたレーザー光源１２２、コリメートレンズ１２４およびシリンドリカルレンズ１２３を有している。レーザー光源１２２は図示しないレーザー駆動回路からの駆動制御指令に基づいて、進行方向に垂直な断面形状がスポット状のレーザー光を出射する。コリメートレンズ１２４はレーザー光源１２２から出射したレーザー光を平行光にし、シリンドリカルレンズ１２３はその平行光をライン光にする。このようにして生成されたライン光がレーザー照射器１２から出射して測定対象物ＯＢに照射される。受光カメラ１４は、ライン光が測定対象物ＯＢに照射されたときにその照射部位における反射光（散乱光の一部）を受光する。
【００２８】
レーザー照射器１２および受光カメラ１４は、取り付けブロック３０に取り付けられている。取り付けブロック３０は、本体部３１と、ミラー保持枠３２と、カメラ保持腕３３とを備えて形成されている。本体部３１は直方体状の基部３１１とこの基部３１１の一面から垂直に、且つ互いに平行に延びた２本の凸部３１２，３１２を有し、２本の凸部３１２，３１２および基部３１１によって断面が略コ字状とされたブロック体である。この本体部３１の基部３１１および２つの凸部３１２，３１２によって囲まれた領域内にレーザー照射器１２が配置し、取り付けブロック３０に挟まれたような状態でレーザー照射器１２が取り付けブロック３０に保持されている。また、本体部３１の基部３１１の両側面にはガイドレール３１１ａが形成されている。ガイドレール３１１ａはガイド部３に形成されたガイド溝Ｇに嵌め込まれる。この嵌合により取り付けブロック３０がガイド溝Ｇに沿ってガイド部３の長尺方向に移動可能とされる。さらに、本体部３１は、図４に示すようにベルト５が挿通しており、挿通部分にてベルト５が本体部３１に固定されている。
【００２９】
２つの凸部３１２，３１２の先端側には平板状の部材３１３，３１３がそれぞれ形成されている。この平板状部材３１３，３１３から垂下してミラー保持枠３２，３２が形成されている。この２本のミラー保持枠３２，３２により長方形状の第１ミラー２０が保持されている。２本のミラー保持枠３２，３２は、それぞれ２本の腕部（第１腕部３２１、第２腕部３２２）を持ち、それぞれのミラー保持枠３２，３２の第１腕部３２１，３２１が第１ミラー２０の一方の長辺側の端部をそれぞれ保持し、それぞれのミラー保持枠３２，３２の第２腕部３２２，３２２が第１ミラー２０の他方の長辺側の端部をそれぞれ保持している。なお、各腕部にはその下端部分にて第１ミラー２０を保持できるように係止部が設けられている。また、図に示すように第１腕部３２１，３２１による第１ミラー２０の保持部分の高さと、第２腕部３２２，３２２による第１ミラー２０の保持部分の高さは異なっている。具体的には、第１腕部３２１，３２１による第１ミラー２０保持位置は、第２腕部３２２，３２２による第１ミラー２０の保持位置よりも低くされている。このため第１ミラー２０は、ミラー保持枠３２に保持された状態ではその長手方向の軸回りに傾いて配置されることになる。
【００３０】
また、２つの平板状部材３１３，３１３からは、カメラ保持腕３３，３３がそれぞれ対称的に延びて形成されている。このカメラ保持腕３３，３３は平板状部材３１３，３１３に凸部３１２が連結されている方向とは反対方向に延びて形成されており、その先端部で両側から挟むように受光カメラ１４を保持している。受光カメラ１４は、その受光面側が第１ミラー２０側を向いた状態で、カメラ保持腕３３，３３に保持される。
【００３１】
このように、取り付けブロック３０には、レーザー照射器１２、受光カメラ１４、第１ミラー２０が一体的に取り付けられており、取り付けブロック３０によってこれらの位置関係が固定されている。したがって、モータ４の駆動によりベルト５が駆動し、このベルト５の駆動によりベルト５に固定された取り付けブロック３０がガイド溝Ｇに沿ってガイド部３の長手方向に移動すると、レーザー照射器１２、受光カメラ１４および第１ミラー２０も一体的に、且つそれぞれの位置関係を変化させずにガイド部３の長手方向に移動する。
【００３２】
レーザー照射器１２は、取り付けブロック３０に取り付けられ且つ取り付けブロック３０がガイド部３に嵌め込まれた状態において、ライン光の進行方向（具体的にはライン光の広がりの中心を通るレーザー光の進行方向）がガイド部３の長手方向に平行となるようにライン光を出射する。なお、レーザー照射器１２はモータ４の駆動によりガイド部３の長手方向に移動するので、モータ４は、レーザー照射器１２から出射するライン光の進行方向に略平行な方向にレーザー照射器１２を移動することになる。本実施形態では、ライン光はレーザー照射器１２から図示垂直下方に向けて出射される。
【００３３】
第１ミラー２０は、取り付けブロック３０に取り付けられ且つ取り付けブロック３０がガイド部３に嵌め込まれた状態において、レーザー照射器１２から出射したライン光を反射可能に配置される。本実施形態では第１ミラー２０は、図に示すようにレーザー照射器１２から、当該レーザー照射器１２の移動方向（ガイド部の長尺方向）に所定距離を隔てて離間してレーザー照射器１２の下方に配置されている。また第１ミラー２０は長手軸回りに水平方向から約４５°傾斜した状態で鏡面部分を上向きにして配置している。したがって、レーザー照射器１２から略鉛直下方に向けて出射したライン光は第１ミラー２０によって反射されて、レーザー照射器１２の移動方向（ガイド部３の長尺方向）に垂直な方向に進行方向を変更する。
【００３４】
受光カメラ１４は、図４に示すようにＣＣＤから構成されるエリアセンサ１４１が内蔵されており、受光した光をエリアセンサ１４１で検出し、そのエリアセンサ１４１内の受光位置を特定できるようになっている。この受光カメラ１４は、取り付けブロック３０に取り付けられ且つ取り付けブロック３０がガイド部３に嵌め込まれた状態において、測定対象物ＯＢの表面で散乱された反射光の一部が第１ミラー２０で反射した反射光を受光できるように、その受光面側が傾斜した第１ミラー２０に向いて配置されている。本実施形態では、受光カメラ１４は第１ミラー２０の上部に位置し、その受光面側が僅かに傾いた下向きとなるように配置されている。なお、この状態において、受光カメラ１４のエリアセンサ１４１内における縦方向（図において矢印Ａ方向）の受光位置はレーザー照射器１２から測定対象物ＯＢまでの距離に対応し、横方向（図において矢印Ｂ方向）の受光位置は、その受光位置にて受光された反射光に対応するライン光がライン光の中心線（ライン光の広がりの中心を通るレーザー光の進行方向を表す直線）に対してなす角（照射角度θy）に対応する。
【００３５】
上記のように構成された測定ユニット１，１は、図３に示すように長尺状の測定対象物ＯＢに対して正反対の位置に、つまり測定対象物ＯＢを挟んで対称的に配置される。このため、各測定ユニット１，１の３次元センサ１０，１０も、測定対象物ＯＢに対して正反対の位置に対称的に配置される。また、図からわかるように、ガイド部３の長手方向、すなわち３次元センサ１０の移動方向は、測定対象物ＯＢの長尺方向と略一致する方向とされる。したがって、３次元センサ１０のガイド部３の長手方向に沿った移動方向と、測定対象物の長尺方向とは略一致する。このように構成することにより、それぞれの測定ユニット１，１に取り付けられたレーザー照射器１２，１２から出射されたライン光は第１ミラー２０を介して測定対象物ＯＢに異なった方向（正反対の方向）からそれぞれ照射される。なお、本実施形態において、ガイド部３の長手方向、すなわち３次元センサ１０、取り付けブロック３０、および第１ミラー２０の移動方向がＹ軸方向となり、Ｙ軸方向に直交する方向であって３次元センサ１０から出射するライン光が第１ミラー２０で反射して測定対象物ＯＢに向かう方向がＺ軸方向となり、Ｙ軸方向とＺ軸方向との双方に直交する方向がＸ軸方向となる座標系により測定対象物の形状が表される。また、受光カメラ１４のエリアセンサ１４１内における横方向（図４において矢印Ｂ方向）はＸ軸方向と平行とされる。
【００３６】
図３に示すように、本実施形態の３次元形状測定装置１００は、３次元画像処理装置６、コントローラ７、表示装置８および入力装置９を備える。３次元センサ１０（レーザー照射器１２、受光カメラ１４）およびモータ４は、３次元画像処理装置６およびコントローラ７に電気的に接続されている。３次元画像処理装置６は、受光カメラ１４から受光位置を表す受光信号が入力されるとともにモータ４（のエンコーダ）から３次元センサ１０の移動情報が入力され、これらの入力情報に基づいて光切断法の場合の座標計算式により測定対象物ＯＢの３次元形状データ（座標データ）を作成し、その結果を表示装置８に表示する。コントローラ７は、入力装置９から入力される入力指令に基づいて、レーザー照射器１２、受光カメラ１４およびモータ４を駆動制御するとともに、その制御情報を３次元画像処理装置６に出力する。
【００３７】
上記のように構成された３次元形状測定装置１００において、レーザー照射器１２のレーザー光源１２２から断面形状がスポット状のレーザー光が出射すると、出射したレーザー光がコリメートレンズ１２４により平行光にされ、その後シリンドリカルレンズ１２３によって断面形状がライン状であるライン光とされる。このライン光がレーザー照射器１２から出射する。ライン光はその進行方向がガイド部３の長手方向に沿った方向である図示鉛直下方向（Ｙ軸方向）であってライン平面（ライン状の断面を含み、ライン光の中心線に平行な平面）がＸ−Ｙ平面と略平行となるように進行し、レーザー照射器１２の下方に位置する第１ミラー２０に入射する。第１ミラー２０は入射したライン光を反射する。この反射によりライン光は、進行方向がガイド部３の長手方向（Ｙ軸方向）に垂直な方向であって測定対象物ＯＢに向かう方向（Ｚ軸方向）であり、ライン平面がＸ−Ｚ平面と略平行となるように、進行方向を変更する（第１変更ステップ）。ライン光はこのようにして進行方向を変更した後に測定対象物ＯＢに照射される（照射ステップ）。これにより、測定対象物ＯＢには照射断面がＸ−Ｚ平面に平行に延びたライン状となるレーザー光が照射される。上記したライン光の進行経路からわかるように、第１ミラー２０は、レーザー照射器１２から出射して測定対象物ＯＢに照射されるライン光の経路中に設けられ、ライン光の進行方向を測定対象物ＯＢに向かう方向に変更する。
【００３８】
また、３次元センサ１０は、レーザー照射器１２からライン光を測定対象物ＯＢに照射すると同時に、モータ４の駆動によりＹ軸方向であるガイド部３の長尺方向に移動する。このため測定対象物ＯＢには、Ｘ−Ｚ平面に平行に延びたライン光がＹ軸方向に亘って順次照射される。この照射により測定対象物ＯＢのほぼ全域に亘ってライン光が照射される。なお、３次元センサ１０の移動に伴って、取り付けブロック３０に一体に取り付けられた受光カメラ１４および第１ミラー２０も同じようにＹ軸方向に移動する。
【００３９】
測定対象物ＯＢに照射したライン光は測定対象物ＯＢの表面で散乱し、散乱光の一部の反射光が第１ミラー２０に入射する。第１ミラー２０は、入射した反射光の進行方向を受光カメラ１４に向かう方向である略上向き方向に変更する。第１ミラー２０により進行方向が変更された反射光は第１ミラー２０の上部に位置する受光カメラ１４にて受光される（受光ステップ）。このように、本実施形態では第１ミラー２０は測定対象物に照射されたライン光の反射光が受光カメラ１４に受光されるまでの反射光の経路中に設けられ、反射光の進行方向を受光カメラ１４に向かう方向に変更する。
【００４０】
受光カメラ１４では、受光した反射光のエリアセンサ１４１における縦方向および横方向の受光位置を示す受光信号を３次元画像処理装置６に出力する。３次元画像処理装置６は、入力した受光信号を基に測定対象物ＯＢの形状データ（座標データ）を作成し（形状データ作成ステップ）、形状データを基に３次元画像データを作成して表示装置８に送り、表示装置８に３次元形状を表示させる。具体的には、３次元画像処理装置６は、モータ４のエンコーダから出力される３次元センサ１０の移動情報から測定対象物ＯＢに照射されているライン光のＹ軸方向位置を算出する。また、３次元画像処理装置６は、受光カメラ１４のエリアセンサ１４１で検出する横方向の受光位置に対応する照射角度θyおよび受光カメラ１４のエリアセンサ１４１で検出する縦方向の受光位置に対応するレーザー照射器１２から測定対象物ＯＢまでの距離Ｌを用いてＬsinθyの計算により測定対象物ＯＢに照射されているライン光のＸ軸方向位置を算出する。さらに、３次元画像処理装置６は、Ｌcosθyの計算により測定対象物ＯＢに照射されているライン光のＺ軸方向位置を算出する。したがって、３次元画像処理装置６は、測定対象物ＯＢにおけるライン光の照射部位の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を（Ｌsinθy，Ｙ，Ｌcosθy）として算出する。このような座標点を順次計算していくことで、測定対象物ＯＢの３次元形状データが作成される。なお、レーザー照射器１２から出射するライン光が３次元センサ１０の移動方向（Ｙ軸方向）から右回りに角度φ分だけ傾いている場合は、モータ４の移動情報から導かれる３次元センサ１０の移動位置をＹ０とすると、座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は（Ｌsinθy，Ｙ０−Ｌcosθy・sinφ，Ｌcosθy・cosφ）により求められる。
【００４１】
本実施形態では測定対象物ＯＢを中心に正反対の位置に（対称的に）２台の３次元センサ１０を設置しているので、測定対象物ＯＢに２台の３次元センサ１０からライン光を照射し、測定対象物ＯＢの両側から３次元形状を測定することになる。よって、この２台の３次元センサ１０により測定対象物ＯＢのほぼ全周の外形形状を測定することができる。さらに、２台の３次元センサ１０がＹ軸方向に移動しながら測定対象物ＯＢの外形形状を測定することで、測定対象物ＯＢの全体の外形形状を測定することができる。
【００４２】
図６は、本実施形態の３次元形状測定装置１００にて光切断法により測定対象物ＯＢの形状を測定するときの、レーザー照射器１２から出射されて測定対象物ＯＢに照射されるまでのライン光の進行経路と、ライン光が測定対象物ＯＢに照射されて、その照射部位における反射光が受光カメラ１４により受光されるまでの反射光の進行経路を示す図である。図において点線がレーザー照射器１２から出射して測定対象物ＯＢに照射されるまでのライン光を示し、一点鎖線が測定対象物ＯＢの表面に照射されたライン光の反射光が受光カメラ１４に受光されるまでの反射光を示す。上述の説明のように、レーザー照射器１２から鉛直下方向（Ｙ軸方向）に出射されたライン光は、第１ミラー２０で直角方向に進行方向を変更してＹ軸方向と直角なＺ軸方向に進行し、測定対象物ＯＢに照射される。測定対象物ＯＢに照射されたレーザー光の散乱光の一部が反射光として第１ミラー２０に入射し、この第１ミラー２０によって進行方向を受光カメラ１４に向かう方向に変更する。そして、この反射光が受光カメラ１４により受光される。
【００４３】
図７は、本実施形態における３次元形状測定装置１００においてライン光が測定対象物ＯＢに照射されるまでの進行距離を直線的に示した図（図７（ａ））と、従来における３次元形状測定装置においてライン光が測定対象物ＯＢに照射されるまでの進行距離を示した図（図７（ｂ））とを比較した図であり、両図とも３次元形状測定装置を上から見た図である。従来の３次元形状測定装置においては、図７（ｂ）に示すようにレーザー照射器１２と測定対象物ＯＢとの間の距離Ｌ０が短いために、ライン光が測定対象物ＯＢに向かって広がる角度α、すなわち、測定対象物ＯＢの両側に接する２本のレーザー光を表す直線のなす角が大きい。このため、ライン光が測定対象物ＯＢに照射されない死角領域ＤＡが比較的広い範囲に形成される。死角領域ＤＡの形状データは作成することができないので、この死角領域ＤＡの形成範囲が広いほど形状データが欠損する割合が大きくなって測定対象物ＯＢの形状測定精度が低下する。
【００４４】
これに対し、本実施形態の３次元形状測定装置１００においては、図３および図６に示すようにレーザー照射器１２から出射するライン光はガイド部３の長手方向に沿ったＹ軸方向に進行して第１ミラー２０に入射し、この第１ミラー２０で反射して進行方向を変更した後に測定対象物ＯＢに向かう。したがって、レーザー照射器１２から第１ミラー２０までの距離をＬＡとし、第１ミラー２０から測定対象物ＯＢまでの距離Ｌ１をＬＡとすると、レーザー照射器１２から出射するライン光が測定対象物ＯＢを照射するまでに進行する距離は図７（ａ）に示すようにＬ１＋ＬＡとなる。Ｌ１とＬ０はほぼ等しいので、本実施形態におけるライン光の進行距離は従来の場合よりもＬＡの分だけ長くなる。このため、ライン光の起点となる位置から測定対象物ＯＢまでの距離が長くなり、図７（ａ）に示すように、ライン光が測定対象物ＯＢに向かって広がる角度αが図７（ｂ）に示す角度αよりも小さくなる。
【００４５】
角度αが小さければ、ライン光が照射されない死角領域ＤＡの形成範囲が狭くなる。したがって、本実施形態の３次元形状測定装置１００によりライン光を測定対象物ＯＢに照射すれば、死角領域ＤＡの形成範囲が減少して形状データの欠損率が減少し、測定精度を向上させることができる。
【００４６】
また、ライン光の進行距離のうちで、上記距離ＬＡはライン光が測定対象物ＯＢの長尺方向に沿った方向に進行する距離であり、この方向にライン光を進行させることによって進行距離を延ばしても、レーザー照射器１２と測定対象物ＯＢとの間の距離は従来の場合と同じである。つまり、本実施形態では、レーザー照射器１２と測定対象物ＯＢとの間の距離を同じにしたままで、装置を大型化せずにライン光の進行距離を長くすることができる。よって、測定対象物ＯＢの全周を測定するために必要な３次元センサの配置数を最小の２台としてコストを最小限に抑えた場合でも、装置を大型化せずに取得する３次元形状データの精度の低下を抑制することが可能である。
【００４７】
以上のように、本実施形態の３次元形状測定装置１００は、レーザー照射器１２から出射して測定対象物ＯＢに照射されるライン光の経路中に設けられ、ライン光の進行方向を測定対象物ＯＢに向かう方向に変更する第１ミラー２０を備えるので、第１ミラー２０によりライン光の進路が変更する分だけ、つまりレーザー照射器１２から第１ミラー２０の間の距離の分だけライン光の進行距離が長くなり、ライン光の起点の位置と測定対象物との間の距離が長くなる。したがって、上記距離が長くなる分だけライン光が測定対象物に向かって広がる角度αが小さくなり、測定対象物ＯＢに形成される死角領域ＤＡの範囲を狭めることができる。これにより測定精度を向上させることができる。また、ライン光がレーザー照射器１２から測定対象物ＯＢに照射されるまでに第１ミラー２０でライン光の進行方向を変えているため、直線的にライン光の進行距離を長くする場合と比較してコンパクトに３次元形状測定装置を設計することができる。特に、本実施形態のようにライン光を測定対象物の長尺方向に沿って進行させることによってライン光の進行距離を延ばすことにより、装置を大型化せずに３次元形状測定の測定精度を向上させることができる。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図８は、本実施形態に係る３次元形状測定装置２００の概略図である。本実施形態における３次元形状測定装置２００は、第１ミラー２０にスリット孔２２を形成するとともに、第２ミラー２５を設けた点を特徴とする。以下、特徴点を中心に説明する。
【００４９】
図８に示すように、本実施形態に係る３次元形状測定装置２００は、上記の第１実施形態に係る３次元形状測定装置１００と同じように、測定対象物ＯＢに対称的に２つの３次元センサ６０を設置し、対向する２箇所から測定対象物ＯＢの形状を測定するものである。３次元形状測定装置２００は、２つの測定ユニット１，１を有し、各々の測定ユニット１，１のガイド部３，３内に３次元センサ６０が配置している。
【００５０】
図９、図１０は、本実施形態に係る３次元センサ６０の詳細構造を示す図であり、図９は３次元センサ６０をガイド部３に取り付けた状態を示す図、図１０は３次元センサ６０をガイド部３から取り外した状態を示す図である。３次元センサ６０はレーザー照射器１２と受光カメラ１４とを備える。レーザー照射器１２および受光カメラ１４の構造は上記第１実施形態に示したものと同一である。レーザー照射器１２および受光カメラ１４は、ガイド部３内のガイド溝Ｇ内にガイドレール８１１ａが嵌め込まれてガイド部３の長尺方向に移動可能とされた取り付けブロック８０に取り付けられている。
【００５１】
取り付けブロック８０は、第１実施形態に係る取り付けブロック３０と同様に、本体部８１と、ミラー保持枠８２と、カメラ保持腕８３とを備えて形成されている。本体部８１の形状は第１実施形態にかかる取り付けブロック３０の本体部３１と同じように直方体状の基部８１１およびこの基部８１１の一面から垂直且つ平行に延びた２本の凸部８１２を有する。レーザー照射器１２はこの本体部８１の基部８１１と２つの凸部８１２とで囲まれた領域内に配置されており、この配置状態にて取り付けブロック８０に保持される。
【００５２】
本体部８１の２つの凸部８１２，８１２の先端には平板状の部材８１３，８１３がそれぞれ取り付けられている。この平板状部材８１３，８１３の図示上面の端から上方に向かって延びるようにミラー保持枠８２，８２がそれぞれ形成されている。この２本のミラー保持枠８２，８２は、それぞれ２本の腕部（第１腕部８２１、第２腕部８２２）を持ち、各腕部８２１，８２２の途中には係止部８２１ａ，８２２ａが形成されている。そして、係止部８２１ａに長方形状の第１ミラー２０の一方の長辺側の端部が係止され、係止部８２２ａに第１ミラー２０の他方の長辺側の端部が係止される。この係止により第１ミラー２０がその鏡面部分を上向きの状態としてミラー保持枠８２に保持される。
【００５３】
図に示すように、係止部８２１ａによる第１ミラー２０の保持位置は、係止部８２２ａによる第１ミラー２０の保持位置よりも低くされている。このため第１ミラー２０はミラー保持枠８２に保持された状態でその長手方向の軸回りに傾いて配置されることになる。また、ミラー保持枠８２は平板状部材８１３の上面から上方向に延びているために、このミラー保持枠８２に保持される第１ミラー２０は本体部８１に取り付けられるレーザー照射器１２よりも上方に配置することになる。
【００５４】
また、図からわかるように、２つのミラー保持枠８２，８２の各腕部８２１，８２２の上端には第２ミラー２５が配置している。この第２ミラー２５は第１ミラー２０の上方に配置し、全部で４本の腕部８２１，８２１，８２２，８２２によって支えられている。
【００５５】
また、２つの平板状部材８１３，８１３からは、カメラ保持腕８３，８３がそれぞれ対称的に延びて形成されている。このカメラ保持腕８３，８３は上記第１実施形態で説明したカメラ保持腕３３，３３と同じような形状とされており、その先端部分で受光カメラ１４を挟むように保持している。受光カメラ１４は、その受光面側が第２ミラー２５側（上側）を向いた状態で、カメラ保持腕８３，８３に保持される。
【００５６】
このように、３次元センサ６０（レーザー照射器１２、受光カメラ１４）、第１ミラー２０および第２ミラー２５は、取り付けブロック８０に取り付けられており、それぞれの位置関係が固定されている。また、レーザー照射器１２、第１ミラー２０および第２ミラー２５は、これらが取り付けブロック８０に取り付けられた状態で、上から第２ミラー２５、第１ミラー２０、レーザー照射器１２の順に配置している。なお、この配置は逆でもよいが、そのときはレーザー照射器１２、第１ミラー２０および第２ミラー２５の全ての向きを逆とする。
【００５７】
取り付けブロック８０は、ガイド部３内のベルト５に固定されている。よって、ベルト５の駆動により取り付けブロック８０およびこの取り付けブロック８０に取り付けられた３次元センサ６０（レーザー照射器１２、受光カメラ１４）、第１ミラー２０および第２ミラー２５が全て一体となってガイド部３の長手方向に移動する。
【００５８】
レーザー照射器１２は、取り付けブロック８０に取り付けられ且つこの取り付けブロック８０がガイド部３に嵌め込まれた状態において、ライン光がガイド部３の長手方向、すなわち３次元センサ１０の移動方向と略平行な方向に進行するように、ライン光を出射する。本実施形態では、ライン光はレーザー照射器１２から垂直上方に向けて出射される。
【００５９】
第１ミラー２０は、取り付けブロック８０に取り付けられた状態において、その鏡面側がレーザー照射器１２とは対面しない方向を向いて配置されている。本実施形態では第１ミラー２０の鏡面側は上向きであって、長手方向の軸まわりに約４５°傾いた状態で配置している。また、第１ミラー２０にはスリット孔２２が形成されている。レーザー照射器１２は、ライン光がこのスリット孔２２を通過して第２ミラー２５に入射するようにその配置位置が調整される。また、第２ミラー２５は、取り付けブロック８０に取り付けられ且つ取り付けブロック８０がガイド部３に嵌め込まれた状態において、鏡面側が下向きとなり、且つガイド部３の長手方向、つまりレーザー照射器１２の移動方向に第１ミラー２５およびレーザー照射器１２と離間して配置している。
【００６０】
受光カメラ１４は、第２ミラー２５の下方に配置している。また、受光カメラ１４は、第２ミラー２５にて反射した反射光を受光し得るようにその受光面側が上方を向いている。本実施形態の３次元形状測定装置２００のその他の構成は上記第１実施形態で説明した３次元形状測定装置１００と同一であるので、同一部分については同一符号で示し、その具体的説明を省略する。
【００６１】
上記のように構成された３次元形状測定装置２００において、レーザー照射器１２からライン光が出射すると、このライン光は、進行方向がガイド部３の長手方向に沿った方向である図示鉛直上方（Ｙ軸方向）であってライン平面が図８に示す座標系におけるＸ−Ｙ平面と略平行となるように進行し、レーザー照射器１２の上部に配置した第１ミラー２０に形成されたスリット孔２２を通過して、第１ミラー２０の上部に位置する第２ミラー２５に入射する。
【００６２】
第２ミラー２５に入射したライン光はこの第２ミラー２５にて折り返すように反射して進行方向を変更する（第２変更ステップ）。つまり、ライン光は第２ミラー２５により進行方向が入射時の進行方向と略反対方向となるように、その進行方向が変更される。ただし、入射するライン光を完全に正反対な方向に反射した場合、反射したライン光は第１ミラー２０のスリット孔２２を再度通過してしまう。本実施形態ではこのようにならずに、第２ミラー２５で反射したライン光が第１ミラー２０のスリット孔２２の近傍位置に入射する成分を持つように、レーザー照射器１２から出射されるライン光の進行方向を鉛直方向から若干傾けるか、または第２ミラー２５の長手方向の軸回りの角度を微小調整する。
【００６３】
第２ミラー２５で反射してスリット孔２２の近傍位置である第１ミラー２０の所定位置に入射したライン光は第１ミラー２０によって進行方向がガイド部３の長手方向に垂直な方向である測定対象物ＯＢに向かう方向（Ｚ軸方向）であってライン平面がＸ−Ｚ平面と略平行となるように進行方向を変更する（第１変更ステップ）。そして、測定対象物ＯＢに照射される（照射ステップ）。これにより測定対象物ＯＢにはＸ−Ｚ平面に平行に延びたライン状のレーザー光が照射される。また、３次元センサ１０は、モータ４の駆動により第１ミラー２０および第２ミラー２５とともにＹ軸方向に移動する。これによりライン光が測定対象物ＯＢの長手方向に亘って順次照射される。上記したライン光の進行経路からわかるように、第２ミラー２５は、レーザー照射器１２と第１ミラー２０との間におけるライン光の進行経路中に設けられ、ライン光の進行方向を第１ミラー２０に向かう方向に変更する。
【００６４】
測定対象物ＯＢに照射されたライン光は測定対象物ＯＢの表面で散乱する。この散乱光の一部の反射光が第１ミラー２０に入射する。第１ミラー２０は入射した反射光の進行方向を、第２ミラー２５に向かう方向である上向き方向に変更する。このため反射光は第１ミラー２０で反射して上向きに進行し、第２ミラー２５に入射する。第２ミラー２５は入射した反射光を折り返すように、つまり入射時の進行方向（上向き方向）と略反対方向（下向き方向）となるように進行方向を変更する。この折り返し方向には受光カメラ１４が配置しているため、第２ミラー２５にて折り返した反射光の一部は受光カメラ１４にて受光される（受光ステップ）。受光カメラ１４では受光した反射光の受光位置に関する受光信号を３次元画像処理装置６に出力する。３次元画像処理装置６は受光位置に関する情報およびモータ４から入力される３次元センサ１０の移動情報に基づいて測定対象物ＯＢの形状データを作成する（形状データ作成ステップ）。
【００６５】
図１１は、レーザー照射器１２から出射されて測定対象物ＯＢに照射されるライン光の進行経路（点線で示した進行経路）と、測定対象物ＯＢで反射した反射光の進行経路（一点鎖線で示した進行経路）を示す図である。ライン光および反射光は上述した通りの進行経路を辿る。
【００６６】
本実施形態の３次元形状測定装置２００では、レーザー照射器１２から測定対象物ＯＢに照射されるライン光、および、測定対象物ＯＢに照射されるライン光の反射光は、第２ミラー２５により折り返すように反射されて、第１ミラー２０および第２ミラー２５の間で往復するようにその進行経路が設計されている。したがって、この往復進行のためにライン光がレーザー照射器１２から出射して測定対象物ＯＢに照射されるまでの進行距離をより長くすることができ、図１２に示すようにライン光の起点位置から測定対象物ＯＢまでの距離Ｌをさらに長くすることができる。このためライン光が測定対象物ＯＢに向かって拡がる角度αをより小さくすることができ、測定対象物ＯＢにおける死角領域ＤＡの形成範囲をより狭くすることができる。また、上記のライン光または反射光は、レーザー照射器１２の移動方向、つまりガイド部３の長手方向に往復進行するが、この方向にライン光あるいは反射光が往復進行することにより進行距離を延ばしても、レーザー照射器１２と測定対象物ＯＢとの間の距離は従来の場合と同じである。したがって、本実施形態の３次元形状測定装置２００によれば、受光カメラ１４を２台のみとしてコストを抑制できるとともに、装置を大型化せずに３次元形状データの精度をより向上させることができる。また、レーザー照射器１２から照射されるレーザー光の広がりの角度αを第１実施形態と同程度とした場合には、３次元センサ１０と測定対象物ＯＢの間の距離を狭めることができるため、装置を小型化することができるといった効果を奏する。
【００６７】
以上のように、本実施形態の３次元形状測定装置２００は、第１ミラー２０に加え、レーザー照射器１２と第１ミラー２０との間におけるレーザー照射器１２から出射するライン光の経路中に設けられ、ライン光の進行方向を第１ミラー２０に向かう方向に変更する第２ミラー２５を備えるので、レーザー照射器１２から出射されてから測定対象物ＯＢに照射されるまでのライン光の進行距離がより長くなり、ライン光が測定対象物に向かって広がる角度がより小さくなって、測定対象物における死角領域の形成範囲をより狭めることができる。これにより測定精度を向上することができる。また、ライン光がレーザー照射器１２から測定対象物ＯＢに照射されるまでに第１ミラー２０および第２ミラー２５によりライン光の進行方向を変えているため、直線的にライン光の進行距離を長くする場合と比較してコンパクトに３次元形状測定装置を設計することができる。特に、本実施形態のようにライン光を第１ミラー２０と第２ミラー２５との間でレーザー照射器１２の移動方向に往復して進行させることによってライン光の進行距離を延ばせば、装置を大型化せずに３次元形状測定の測定精度を向上させることができる。
【００６８】
また、レーザー照射器１２から出射されたライン光は第２ミラー２５に入射する前に第１ミラー２０の内部に形成されたスリット孔２２を通過してから第２ミラー２５に入射し、この第２ミラー２５で折り返すように反射し、さらに第１ミラー２０にて反射して測定対象物ＯＢに向かう。このように構成することにより、簡単且つよりコンパクトな装置構造とすることができる。
【００６９】
なお、本発明は様々な変形が可能である。上記実施形態においては、３次元センサ１０，６０の移動には移動方向をガイドするものとして長尺状の枠体内に形成されたガイド溝Ｇを使用し、移動手段としてモータ４によるベルト駆動方式を採用したが、３次元センサ１０，６０が移動すればどのような方式でもよい。例えば移動手段として長尺のネジを切ったシャフトをモータにより回転させてネジ送り機構により移動する方式を採用してもよい。
【００７０】
また、上記実施形態においては、３次元センサ１０，６０の移動を１方向にしたが、複数の方向に移動するような構成にしてもよい。例えば、上方向に移動した後横方向に移動し、下方向に移動するようにして３次元センサを１台として測定対象物ＯＢを複数の方向から測定するようにしてもよい。また、上記実施形態においては、３次元センサ１０，６０と第１ミラー２０および／または第２ミラー２５を取り付けブロック３０，８０により一体にして移動するようにしたが、それぞれの移動の精度を高精度にして３次元センサ１０，６０と第１ミラー２０、第２ミラー２５を別々に移動するようにしてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態においては、進行方向に垂直な断面がライン状のレーザー光を作成するためにシリンドリカルレンズ１２３を使用したが、断面がライン状になればどのような方式を採用してもよい。例えば、ポリゴンミラーやガルバノミラーにより断面がライン状になるレーザー光を作成してもよい。つまり、レーザー光を進行方向とは異なる方向に走査して測定対象物の３次元形状を測定する場合にも本発明を適用することができる。また、上記実施形態においては３次元センサ１０，６０をレーザー照射器１２と受光カメラ１４に分けて構成したが、１つの筐体にレーザー照射器と受光カメラが収納されているようなものであってもよい。
【００７２】
また、上記実施形態においては、３次元センサ１０，６０を２台としたが、装置のコスト面を重要視しなければ、３台以上にして本発明を適用してもよい。さらに、上記実施形態においては、長尺状の測定対象物ＯＢの形状測定に本発明を適用したが、３次元センサが移動して光切断法により測定対象物の３次元形状を測定するものであれば、長尺状の物体に限らず、どのような物体の形状測定にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来の３次元形状測定装置の概略図である。
【図２】従来の３次元形状測定装置において、出射するライン光と測定対象物との関係を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る３次元形状測定装置の概略図である。
【図４】第１実施形態に係る３次元センサの概略斜視図であり、ガイド部に取り付けられた状態を示す図である。
【図５】第１実施形態に係る３次元センサの概略斜視図であり、ガイド部から取り外された状態を示す図である。
【図６】第１実施形態に係る３次元形状測定装置にて測定対象物を測定する際における、ライン光および測定対象物からの反射光の進行経路を示す図である。
【図７】従来の３次元形状測定装置および第１実施形態に係る３次元形状測定装置において、ライン光の進行距離を比較した図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る３次元形状測定装置の概略図である。
【図９】第２実施形態に係る３次元センサの概略斜視図であり、ガイド部に取り付けられた状態を示す図である。
【図１０】第２実施形態に係る３次元センサの概略斜視図であり、ガイド部から取り外された状態を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係る３次元形状測定装置にて測定対象物を測定する際における、ライン光および測定対象物からの反射光の進行経路を示す図である。
【図１２】第２実施形態に係る３次元形状測定装置において、ライン光の進行距離を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…測定ユニット、３…ガイド部、４…モータ（移動手段）、６…３次元画像処理装置（形状データ作成手段）、１０，６０…３次元センサ、１２…レーザー照射器、１２２…レーザー光源、１２３…シリンドリカルレンズ、１４…受光カメラ（受光器）、１４１…エリアセンサ、２０…第１ミラー（第１の進行方向変更手段、反射部材）、２２…スリット孔、２５…第２ミラー（第２の進行方向変更手段、反射部材）、３０，８０…取り付けブロック、３１，８１…本体部、３２，８２…ミラー保持枠、３３，８３…カメラ保持腕、１００，２００…３次元形状測定装置、ＤＡ…死角領域
【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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