(57)【要約】【課題】上部中央部に凹部を有するような死角部を有する複雑な立体形状の被測定物であっても非接触で被測定物の三次元形状を確実かつ高精度に計測することができる三次元形状測定装置および方法を提供する。【解決手段】保持回転装置１２、光位置検出素子１４、１６、レーザ装置１８、演算装置２０、及び補間手段２２を備え、被測定物Ｍを通る複数の垂直軸ｚ１、ｚ２を中心に被測定物をそれぞれ回転させ、被測定物に向けてレーザ光１を照射し、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から、被測定物の複数の形状測定データ群を演算し、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から死角部範囲のデータを補間する。【選択図】      図２
2004254828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
死角部を有する被測定物（Ｍ）の表面形状を非接触で測定する三次元形状測定装置であって、
被測定物（Ｍ）を保持しこれを通る複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）を中心に被測定物をそれぞれ回転させる保持回転装置（１２）と、被測定物からの反射光を受ける複数の光位置検出素子（１４、１６）と、前記複数の光位置検出素子の間に位置し被測定物に向けてレーザ光（１）を走査するレーザ装置（１８）と、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）における被測定物の複数の形状測定データ群を演算する演算装置（２０）と、前記複数の形状測定データ群から死角部を補間する補間手段（２２）と、を備えたことを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項２】
前記補間手段（２２）は、複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間する、ことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状測定装置。
【請求項３】
前記保持回転装置（１２）は、被測定物（Ｍ）を所定間隔を隔てた複数箇所に取付け可能な差込み式チャンネルトレー（１２ａ）と、該チャンネルトレーを所定の方向にスライドして位置決め可能なスライド式位置決め具（１２ｂ）と、該位置決め具を固定し垂直軸を中心に回転させる回転駆動装置（１２ｃ）とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状測定装置。
【請求項４】
死角部を有する被測定物（Ｍ）の表面形状を非接触で測定する三次元形状測定方法であって、
被測定物（Ｍ）を保持しこれを通る複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）を中心に被測定物をそれぞれ回転させる保持回転装置（１２）と、被測定物からの反射光を受ける複数の光位置検出素子（１４、１６）と、前記複数の光位置検出素子の間に位置し被測定物に向けてレーザ光（１）を走査するレーザ装置（１８）と、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から被測定物の形状測定データ群を演算する演算装置（２０）と、複数組の形状測定データ群から死角部を補間する補間手段（２２）と、を備え、
保持回転装置（１２）により、被測定物（Ｍ）を通る複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）を中心に被測定物をそれぞれ回転させ、
レーザ装置（１８）により、被測定物に向けてレーザ光（１）を照射し、
演算装置（２０）により、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から、前記複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）における被測定物の複数の形状測定データ群を演算し、
前記補間手段（２２）により、複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間する、ことを特徴とする三次元形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯牙模型等の三次元形状を非接触で測定する三次元形状測定装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯科治療において歯に欠損が生じた場合、欠損部を所定の形状に成形して支台歯とし、その上に金属やセラミックスで製作した補綴物を被せて固定する治療が一般に行われている。
【０００３】
このような歯科用補綴物を製作するために、成形した支台歯やその隣接歯、あるいはこれらと噛み合う対向歯の印象型から歯牙模型を製作し、その三次元形状を正確に測定する必要がある。このため、レーザ光を用いた非接触式の三次元形状測定手段が開示されている。
【０００４】
図７は、かかる非接触式の三次元形状測定手段の原理図である。この図において、Ｍは歯牙模型、５１はレーザ光５１ａを照射するレーザ光源、５２は集光レンズ、５３は光位置検出素子（ＰＳＤ）であり、歯牙模型Ｍの測定点Ｐに向けてレーザ光５１ａを照射し、歯牙模型Ｍからの反射光５１ｂをＰＳＤ５３上に集光してその位置ｙを検出する。
この構成により、ＰＳＤ５３の受光位置ｙとレーザ光５１ａの照射角度θから幾何学的に反射光の入射角度αが定まり、これらから測定点Ｐとセンサ基準点Ｐｓの距離Ｌを繰返し算出することにより、歯牙模型Ｍの三次元形状を特定することができる。
しかし、単一の光位置検出素子のみを備えた図７の三次元形状測定手段の場合には、被測定物（歯牙模型Ｍ）の形状によっては、１次反射光が入射しないため測定を行うことができない場合がある。
【０００５】
これに対して、特許文献１の「三次元形状測定方法および装置」は、図８に示すように、レンズと光位置検出素子との組み合わせを少なくとも２以上備えたものであり、一部の光位置検出素子（例えば５３ｃ、５３ｄ）に反射光が入射しなくても、残りの光位置検出素子（例えば５３ａ、５３ｂ）に反射光が入射するため、被測定物の形状に拘わらず測定を行うことができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−４２９４１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、歯科治療において歯の上部中央に虫歯等で欠損が生じた場合、欠損部を所定の形状に成形してその部分にインレーと呼ぶ詰め物を挿入する治療が一般に行われている。
このようなインレーを製作するために、欠損部を有する歯から歯牙模型を製作し、その三次元形状を正確に測定する必要がある。
【０００８】
しかし、上述した従来の三次元形状測定では、被測定物（歯牙模型）が上部中央に凹部を有するような複雑な立体形状をしていると、計測部位にレーザが照射されず、或いはレーザが照射されてもレーザ反射光が被測定物に遮られて受光できないため、計測不能となり正確な測定ができないことがある問題があった。
【０００９】
図９はこのような計測例を示している。（Ａ）は図８の装置をそのまま歯牙模型Ｍに適用した場合である。この場合、レーザ光５１ａを真下に照射しているため、垂直に近い立壁部Ｍ２ではレーザ光５１ａの入射角が小さく散乱されるため、反射光が弱く受光できても正確な測定ができない。このような死角部を「立壁死角部」と呼ぶ。
また、（Ｂ）は歯牙模型Ｍを垂直軸を中心に回転させながら斜めにレーザ光５１ａを照射した場合である。この場合、垂直に近い立壁部Ｍ２でも入射角が大きくなり、正確な測定ができるが、レーザ光５１ａが遮られる死角部が生じうる。このような死角部を「谷底死角部」と呼ぶ。
【００１０】
図１０（Ａ）（Ｂ）は、図８（Ｂ）において死角部ができる歯牙模型の具体例であり、（Ａ）は歯の４隅に山部が残りその他の部分が凹んでいるもの（タイプＡ）、（Ｂ）は中心部とまわりの一部が凹んでいるもの（タイプＢ）である。
図１０（Ｃ）に示すように、タイプＡでは中央底部に斜線で示す谷底死角部Ｄ１ができ、かつ山部の側面の太い実線で示す立壁死角部Ｄ２ができる。また、図１０（Ｄ）に示すように、タイプＢでも中央底部に斜線で示す谷底死角部Ｄ１ができ、かつ山部の側面の太い実線で示す立壁死角部Ｄ２ができる。
【００１１】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、上部中央部に凹部を有するような死角部を有する複雑な立体形状の被測定物であっても非接触で被測定物の三次元形状を確実かつ高精度に計測することができる三次元形状測定装置および方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、死角部を有する被測定物（Ｍ）の表面形状を非接触で測定する三次元形状測定装置であって、
被測定物（Ｍ）を保持しこれを通る複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）を中心に被測定物をそれぞれ回転させる保持回転装置（１２）と、被測定物からの反射光を受ける複数の光位置検出素子（１４、１６）と、前記複数の光位置検出素子の間に位置し被測定物に向けてレーザ光（１）を走査するレーザ装置（１８）と、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）における被測定物の複数の形状測定データ群を演算する演算装置（２０）と、前記複数の形状測定データ群から死角部を補間する補間手段（２２）と、を備えたことを特徴とする三次元形状測定装置が提供される。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記補間手段（２２）は、複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間する。
【００１４】
また、本発明によれば、死角部を有する被測定物（Ｍ）の表面形状を非接触で測定する三次元形状測定方法であって、
被測定物（Ｍ）を保持しこれを通る複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）を中心に被測定物をそれぞれ回転させる保持回転装置（１２）と、被測定物からの反射光を受ける複数の光位置検出素子（１４、１６）と、前記複数の光位置検出素子の間に位置し被測定物に向けてレーザ光（１）を走査するレーザ装置（１８）と、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から被測定物の形状測定データ群を演算する演算装置（２０）と、複数組の形状測定データ群から死角部を補間する補間手段（２２）と、を備え、
保持回転装置（１２）により、被測定物（Ｍ）を通る複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）を中心に被測定物をそれぞれ回転させ、レーザ装置（１８）により、被測定物に向けてレーザ光（１）を照射し、演算装置（２０）により、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から、前記複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）における被測定物の複数の形状測定データ群を演算し、前記補間手段（２２）により、複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間する、ことを特徴とする三次元形状測定方法が提供される。
【００１５】
上記本発明の装置及び方法によれば、被測定物からの反射光を受ける複数の光位置検出素子（１４、１６）と、それらの光位置検出素子の間に位置するレーザ装置（１８）とを備え、保持回転装置（１２）により被測定物（Ｍ）を通る複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）を中心に被測定物をそれぞれ回転させ、レーザ装置（１８）により、被測定物に向けてレーザ光（１）を照射するので、演算装置（２０）により、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から、前記複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）における被測定物の複数の形状測定データ群を演算することができる。
【００１６】
また、前記補間手段（２２）により、複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間するので、上部中央部に凹部を有するような死角部を有する複雑な立体形状の被測定物であっても非接触で被測定物の三次元形状を確実かつ高精度に計測することができる。
【００１７】
また本発明の好ましい実施形態によれば、前記保持回転装置（１２）は、被測定物（Ｍ）を所定間隔を隔てた複数箇所に取付け可能な差込み式チャンネルトレー（１２ａ）と、該チャンネルトレーを所定の方向にスライドして位置決め可能なスライド式位置決め具（１２ｂ）と、該位置決め具を固定し垂直軸を中心に回転させる回転駆動装置（１２ｃ）とからなる。
【００１８】
この構成により、差込み式チャンネルトレー（１２ａ）の異なる箇所に取付け直すだけで、被測定物（Ｍ）を所定間隔で正確に移動し、複数の垂直軸（ｚ１、ｚ２）を中心に回転することができる。
また、スライド式位置決め具（１２ｂ）によりチャンネルトレー（１２ａ）を所定の方向にスライドして位置決めすることにより、チャンネルトレー（１２ａ）に取り付けられた被測定物（Ｍ）の移動方向を正確に所望の方向に合わせることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明で使用する光位置検出素子の原理図である。この光位置検出素子は、Ｐ層、Ｓｉ基板、Ｎ層が順に積層された半導体位置検出素子（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＳＤ）である。この図において、ＰＮ間に電圧を印加した状態で、Ｐ層の一部にスポット光を受けると、その位置でＰＮ間が導通し、スポット光の強度に比例する電流（Ｉ１＋Ｉ２）が流れる。Ｐ層の両端に出力端子ａ、ｂを設け、同一の抵抗をそれぞれ付加すると、出力端子ａ、ｂにはそれぞれ電流Ｉ１，Ｉ２が流れ、これを電圧Ｖａ、Ｖｂとして検出することができる。
【００２１】
この場合、スポット光の位置は、式（１）（２）で求めることができる。
Ｘ１＝Ｌ×Ｉ２／（Ｉ１＋Ｉ２）・・・（１）
Ｘ２＝Ｌ×Ｉ１／（Ｉ１＋Ｉ２）・・・（２）
【００２２】
図２は、本発明の三次元形状測定装置の全体構成図である。この三次元形状測定装置１０は、死角部を有する被測定物Ｍの表面形状を非接触で測定する三次元形状測定装置である。
【００２３】
なお、この図において被測定物Ｍとして上部中央に凹部を有するインレーの歯牙模型を想定しているが、本発明はこれに限定されず、支台歯その他の歯牙模型にも同様に適用することができる。
【００２４】
図２において、本発明の三次元形状測定装置１０は、保持回転装置１２、第１の光位置検出素子１４、第２の光位置検出素子１６、レーザ装置１８、演算装置２０、及び補間手段２２を備える。
【００２５】
保持回転装置１２は、被測定物Ｍを保持し、これを通る複数（この例では２本）の垂直軸ｚ１、ｚ２を中心に被測定物Ｍをそれぞれ回転させるようになっている。被測定物Ｍを垂直軸ｚ１又はｚ２を中心に１回転させることにより、被測定物Ｍの外面全周を計測することができる。
【００２６】
この例において、保持回転装置１２は、差込み式チャンネルトレー１２ａ、スライド式位置決め具１２ｂ、及び回転駆動装置１２ｃからなる。
【００２７】
差込み式チャンネルトレー１２ａは、水平方向に一定（例えば２．５ｍｍ）のピッチで嵌合溝１１ａを有し、被測定物Ｍの下面に設けられた突起Ｍａを嵌合溝１１ａに嵌め直すことにより、所定間隔（ピッチの倍数）を隔てた複数箇所に被測定物Ｍを正確に取付けることができるようになっている。このチャンネルトレー１２ａには、嵌合溝１１ａのピッチ方向に延びる平面下面１１ｂと平面側面（図示せず）が設けられている。
【００２８】
スライド式位置決め具１２ｂは、チャンネルトレー１２ａを載せる上面とチャンネルトレー１２ａの平面側面に当たる肩面とを有し、肩面に沿ってチャンネルトレー１２ａを滑らして所定の方向にスライドしてチャンネルトレー１２ａを位置決めするようになっている。
【００２９】
回転駆動装置１２ｃは、その上面に位置決め具１２ｂを固定し、その垂直軸を中心に回転させるようになっている。なお、回転駆動装置１２ｃへの位置決め具１２ｂの固定、及び位置決め具１２ｂへのチャンネルトレー１２ａの固定は、マグネットによる吸着でもよく、或いはピンとピン穴の嵌合でもよい。
【００３０】
この構成により、差込み式チャンネルトレー１２ａの異なる箇所に取付け直すだけで、被測定物Ｍを所定間隔で正確に移動し、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２を中心に回転することができる。
また、スライド式位置決め具１２ｂによりチャンネルトレー１２ａを所定の方向にスライドして位置決めすることにより、チャンネルトレー１２ａに取り付けられた被測定物Ｍの移動方向を正確に所望の方向に合わせることができる
【００３１】
第１光位置検出素子１４と第２光位置検出素子１６は、上述した半導体位置検出素子（ＰＳＤ）である。その出力特性は同一であるのが好ましいが、例えば第１光位置検出素子１４を主体とし、第２光位置検出素子１６を補助にして、出力特性の異なるＰＳＤを用いてもよい。
【００３２】
この例において第１光位置検出素子１４は、レーザ装置１８の上側に被測定物Ｍの平坦部に対向して位置し、平坦部からの反射光を強く受けるようになっている。この場合、立壁部からの反射光は、斜めに受けるため逆に弱くなる。
なお、図中の１３ａ、１３ｂは反射光を測定面１４ａ、１６ａに集光する集光レンズである。
【００３３】
第２光位置検出素子１６は、レーザ装置１８の下側に被測定物Ｍの立壁部に対向して位置し、立壁部からの反射光を強く受けるようになっている。この場合、平坦部からの反射光は、斜めに受けるため逆に弱くなる。
【００３４】
レーザ装置１８は、レーザ発信器１８ａと走査ミラー１８ｂとからなり、第１と第２の光位置検出素子１４、１６の間に位置する。レーザ発信器１８ａは好ましくは単一波長のレーザ光１を走査ミラー１８ｂに向けて照射する。走査ミラー１８ｂは図示しない駆動装置により揺動し、レーザ光１を反射して被測定物Ｍに向けてレーザ光１を走査するようになっている。
【００３５】
また、この例において、第１と第２の光位置検出素子１４、１６とレーザ装置１８によるレーザ光１は、好ましくは被測定物Ｍを通る同一平面内（この例でｒ−ｚ座標の第１象限内）に位置し、ｒ−ｚ座標の二次元計測と被測定物Ｍのｚ軸まわりの回転により、被測定物Ｍの外表面の三次元形状測定を可能にしている。
【００３６】
演算装置２０は、レーザ光１の走査方向と、レーザ光１の反射光２の第１と第２の光位置検出素子１４、１６による受光位置から被測定物Ｍのレーザ光照射位置Ｐを演算する。この原理は、図７に示したものと実質的に同一である。
【００３７】
また、複数の光位置検出素子１４、１６のいずれかの信号出力が弱い（所定値に満たない）場合には、その低い信号出力を無視し強い信号出力からレーザ光照射位置Ｐを演算する。これにより、図８に示したように弱い信号による誤差を防ぐことができる。
【００３８】
更に、複数の光位置検出素子１４、１６の全ての信号出力が弱い（所定値に満たない）場合には、その全ての信号出力を無視し、そのレーザ光照射位置の演算は行わない。この結果、図１０（Ａ）（Ｂ）に示したように、谷底死角部Ｄ１と立壁死角部Ｄ２においてデータの欠落が発生する。
【００３９】
本発明において、演算装置２０は、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２を中心にしてそれぞれｒ−ｚ座標の二次元計測を行い、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２における被測定物Ｍの複数の形状測定データ群Ｐ１、Ｐ２を演算する。
この形状測定データ群Ｐ１、Ｐ２は、各垂直軸を中心とする回転角θとその方向におけるｒ−ｚ座標値からなる。
【００４０】
補間手段２２は、演算装置２０で得られた複数の形状測定データ群Ｐ１、Ｐ２から死角部を補間する機能を有する。
なお、演算装置２０と選択手段２２として、同一又は異なるコンピュータ（例えばパーソナルコンピュータ）を用いることができる。
【００４１】
図３は、本発明による測定状態の模式図である。この図において、（Ａ）は２つの垂直軸ｚ１、ｚ２を中心として計測する被測定物Ｍの断面図、（Ｂ）はその平面図である。
図３（Ａ）（Ｂ）からわかるように、左側の垂直軸ｚ１を中心として計測する場合、垂直軸ｚ１に近い部分に斜線で示す谷底死角部Ｄ１ができる。また、右側の垂直軸ｚ２を中心として計測する場合、垂直軸ｚ２に近い部分に斜線で示す谷底死角部Ｄ２ができる。なお立壁死角部も同様にできるがここでは説明を省略する。
【００４２】
次に、本発明の測定方法を説明する。本発明の測定方法は、回転ステップ（Ａ）、照射ステップ（Ｂ）、演算ステップ（Ｃ）、及び補間ステップ（Ｄ）からなる。
回転ステップ（Ａ）では、上述した保持回転装置１２により、被測定物Ｍを通る複数の垂直軸ｚ１、ｚ２を中心に被測定物Ｍをそれぞれ回転させる。この回転角θは、所定の角度ピッチで行うのがよい。
照射ステップ（Ｂ）では、垂直軸ｚ１、ｚ２を中心とするそれぞれの回転時に、レーザ装置１８により、被測定物に向けてレーザ光１を照射する。またこの照射時に走査ミラー１８ｂによりレーザ光を垂直軸から外方に所定の角度ピッチで走査する。
【００４３】
演算ステップ（Ｃ）では、演算装置２０により、レーザ光の走査方向とレーザ光の反射光の複数の光位置検出素子による受光位置から、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２における被測定物の複数の形状測定データ群を演算する。この形状測定データ群Ｐ１，Ｐ２は、（θ，ｒ，ｚ）のデータ列でも、これを変換した（ｘ，ｙ，ｚ）のデータ列でもよい。
図３（Ｂ）において、白丸（○）は垂直軸ｚ１における被測定物の形状測定データ群Ｐ１の一部、黒丸（●）は垂直軸ｚ２における被測定物の形状測定データ群Ｐ２の一部を示している。
【００４４】
補間ステップ（Ｄ）では、補間手段２２により、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間する。
すなわち、図３（Ｂ）において、垂直軸ｚ１における死角部範囲Ｄ１には形状測定データ群Ｐ１のデータが欠落しているため、本発明ではこの死角部範囲Ｄ１に位置するデータを別の形状測定データ群Ｐ２の一部で補間する。
【００４５】
なお、被測定物Ｍを垂直軸ｚ１，ｚ２を中心に１回転させながら、ステップ（Ａ）〜（Ｄ）を繰返し、かつレーザ光１を走査することにより、被測定物Ｍの外面全周を計測することができる。得られた被測定物Ｍの外表面の三次元形状データは、表示装置に画像表示し、或いは記憶装置に記憶する。
【００４６】
図４は、上述した補間ステップ（Ｄ）のフロー図である。この図を参照して、上述した補間ステップ（Ｄ）を更に詳しく説明する。
【００４７】
補間ステップ（Ｄ）は、この図において、ステップＳ１〜Ｓ６からなる。
【００４８】
ステップＳ１では、視角を補間するラインＬの平面の式を求める。平面の式は、回転ステップ（Ａ）におけるライン番号又は３点を通る平面の式から求めることができる。
ステップＳ２では、ラインＬの中のデータ欠落部（死角）を検出する。この検出は１つ前のデータの座標との距離で判定する。
ステップＳ３では、死角の範囲を確定する。
ステップＳ４では、死角の範囲の中の座標値を示すデータを、オフセットして計測した別のデータ郡の中から計測ライン毎に検索して抽出する。
ステップＳ５では、平面の式に範囲中の座標値を代入して計算を行う。
ステップＳ６では、代入した平面式の計算値の絶対値がライン毎に最小となる座標値を死角の補間値として採用する。
【００４９】
上述したステップＳ１〜Ｓ６を繰返すことにより、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間することができる。
【００５０】
図５は、図９（Ａ）に示した死角部ができる歯牙模型の具体例（タイプＡ）に本発明を適用した場合の適用例である。タイプＡの歯牙模型は、（Ａ）に示すように歯の４隅に山部が残りその他の部分が凹んでいるものである。
図５（Ｂ）（Ｃ）は、上方向と下方向に歯牙模型をオフセットさせた場合である。この例から、上方向にオフセットさせると、（Ｂ）に示すように下方向に死角部が残り、逆に下方向にオフセットさせると、（Ｃ）に示すように上方向に死角部が残る。従って、この２つの形状測定データ群から死角部範囲のデータを補間することができることがわかる。
また図５（Ｄ）（Ｅ）は、右方向と左方向に歯牙模型をオフセットさせた場合である。この例から、右方向にオフセットさせると、（Ｄ）に示すように左方向に死角部が残り、逆に左方向にオフセットさせると、（Ｅ）に示すように右方向に死角部が残る。従って、この２つの形状測定データ群からも同様に死角部範囲のデータを補間することができることがわかる。
【００５１】
図６は、図９（Ｂ）に示した死角部ができる歯牙模型の具体例（タイプＢ）に本発明を適用した場合の適用例である。タイプＢの歯牙模型は、（Ａ）に示すように中心部とまわりの一部が凹んでいるものである。
図６（Ｂ）（Ｃ）は、上方向と下方向に歯牙模型をオフセットさせた場合である。この例から、上方向にオフセットさせると、（Ｂ）に示すように下方向に死角部が残り、逆に下方向にオフセットさせると、（Ｃ）に示すように右上方向に死角部が残る。従って、この２つの形状測定データ群から死角部範囲のデータを補間することができることがわかる。
また図６（Ｄ）（Ｅ）は、右方向と左方向に歯牙模型をオフセットさせた場合である。この例から、右方向にオフセットさせると、（Ｄ）に示すように左下方向に死角部が残り、逆に左方向にオフセットさせると、（Ｅ）に示すように右方向に死角部が残る。従って、この２つの形状測定データ群からも同様に死角部範囲のデータを補間することができることがわかる。
【００５２】
上述した本発明の装置及び方法によれば、被測定物からの反射光を受ける複数の光位置検出素子１４、１６と、それらの光位置検出素子の間に位置するレーザ装置１８とを備え、保持回転装置１２により被測定物Ｍを通る複数の垂直軸ｚ１、ｚ２を中心に被測定物をそれぞれ回転させ、レーザ装置１８により、被測定物に向けてレーザ光１を照射するので、演算装置２０により、レーザ光の走査方向と該レーザ光の反射光の前記複数の光位置検出素子による受光位置から、前記複数の垂直軸ｚ１、ｚ２における被測定物の複数の形状測定データ群を演算することができる。
【００５３】
また、前記補間手段２２により、複数の垂直軸ｚ１、ｚ２の１つにおける形状測定データ群から死角部範囲を特定し、かつ他の垂直軸における形状測定データ群から前記死角部範囲のデータを補間するので、上部中央部に凹部を有するような死角部を有する複雑な立体形状の被測定物であっても非接触で被測定物の三次元形状を確実かつ高精度に計測することができる。
【００５４】
なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
上述したように、本発明では、レーザの照射死角と受光センサの視野内死角によって欠落する形状データを補間して欠落部のない形状データを得るため、計測物の中心を測定用回転テーブルの中心からずらして取付けて形状測定を行い、かつずらす位置を２箇所以上設けて測定することで得られる複数の形状データを組み合わせて死角部を補間する。これににより、レーザが照射できない、もしくはレーザ反射光が受光できない複雑な立体形状をしていても確実かつ正確に計測することができる。
【００５６】
従って、本発明の三次元形状測定装置および方法は、上部中央部に凹部を有するような死角部を有する複雑な立体形状の被測定物であっても非接触で被測定物の三次元形状を確実かつ高精度に計測することができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用する光位置検出素子の原理図である。
【図２】本発明の三次元形状測定装置の全体構成図である。
【図３】本発明による測定状態の模式図である。
【図４】本発明による補間ステップ（Ｄ）のフロー図である。
【図５】死角部ができる歯牙模型の具体例（タイプＡ）に本発明を適用した場合の適用例である。
【図６】死角部ができる歯牙模型の具体例（タイプＢ）に本発明を適用した場合の適用例である。
【図７】非接触式の三次元形状測定手段の原理図である。
【図８】先行出願の三次元形状測定手段の説明図である。
【図９】従来の死角のある計測例を示している。
【図１０】死角部ができる歯牙模型の具体例である。
【符号の説明】
１  レーザ光、２  反射光、
２ａ、２ｂ  一次反射光、３ａ、３ｂ  二次反射光、
１０  三次元形状測定装置、１２  保持回転装置、
１２ａ  差込み式チャンネルトレー、
１２ｂ  スライド式位置決め具、１２ｃ  回転駆動装置、
１３ａ、１３ｂ  集光レンズ、
１４  第１光位置検出素子、１４ａ  測定面、
１６  第２光位置検出素子、１６ａ  測定面、
１８  レーザ装置、１８ａ  レーザ発信器、１８ｂ  走査ミラー、
２０  演算装置、２２  補間手段
Ｍ  被測定物、Ｍ２  立壁面、
Ｐ  レーザ光照射位置、ｚ１、ｚ２  垂直軸
【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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