(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定空間に設置される任意の三次元形状を有する測定対象物に対して投光手段からレーザ光を照射し、前記投光手段からのレーザ光が前記測定対象物で反射する反射光を受光手段で検出することにより、前記測定対象物の三次元形状を測定する測定装置において前記測定対象物を複数の方向から測定し、各方向から測定して得られる測定データに基づいて前記測定対象物の三次元形状を表現するように位置合わせされた複数の三次元形状データを生成する三次元形状測定システムであって、
前記測定対象物の測定に先立って前記測定空間に設置される所定の校正用対象物を前記複数の方向から測定するように前記測定装置を制御する制御手段と、
前記測定装置による前記校正用対象物の測定結果に基づいて、前記複数の方向から測定する前記測定装置における複数の三次元ローカル座標系でそれぞれ表現された複数の三次元形状データを単一のワールド座標系での三次元形状データに変換するための前記複数の方向に対応した実用座標変換パラメータを求めるデータ処理手段と、
前記実用座標変換パラメータを記憶する記憶手段と、
を備え、
前記データ処理手段は、
前記複数の方向についての前記校正用対象物の測定結果に基づいて、前記複数のローカル座標系において前記校正用対象物の三次元形状をそれぞれ表現した複数の校正用ローカル形状データを求める第１処理手段と、
各ローカル座標系と前記ワールド座標系との座標関係に基づいて規定された座標変換第１パラメータを使用して前記複数の校正用ローカル形状データの座標変換を行うことによって、前記ワールド座標系において前記校正用対象物の三次元形状を表現した複数の校正用ワールド形状データを求める第２処理手段と、
前記複数の校正用ワールド形状データと、前記ワールド座標系において前記校正用対象物の三次元形状を設計数値的に表現した既知の校正用設計ワールド形状データとの相互関係において、各校正用ワールド形状データと前記校正用設計ワールド形状データとの距離が小さくなっていくように、ＩＣＰアルゴリズムに基づく演算を所定回数反復して行うことで、
前記距離が縮小するように前記各校正用ワールド形状データから前記校正用設計ワールド形状データへの座標変換を行うための前記複数の方向に対応した座標変換情報を求めるとともに、
前記座標変換第１パラメータと前記座標変換情報とに基づいて前記複数の方向に対応した座標変換第２パラメータを求め、前記座標変換第２パラメータを前記実用座標変換パラメータとする第３処理手段と、
を有し、
前記測定対象物を測定する際には、
前記複数の方向のそれぞれについて、前記測定対象物に前記投光手段からレーザ光を照射して前記受光手段で検出することにより、前記複数のローカル座標系で前記測定対象物を三次元的に表現した複数の対象ローカル形状データを求め、
前記実用座標変換パラメータを用いて前記複数の対象ローカル形状データの座標変換を行うことにより、前記ワールド座標系における前記測定対象物の三次元形状を表現するように位置合わせされた複数の三次元形状データを生成することを特徴とする三次元形状測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載の三次元形状測定システムにおいて、
前記実用座標変換パラメータが、回転移動を行うための回転移動行列と、平行移動を行うための平行移動行列とを含むことを特徴とする三次元形状測定システム。
【請求項３】
測定空間に設置される任意の三次元形状を有する測定対象物に対して投光手段からレーザ光を照射し、前記投光手段からのレーザ光が前記測定対象物で反射する反射光を受光手段で検出することにより、前記測定対象物の三次元形状を測定する測定装置において前記測定対象物を複数の方向から測定し、各方向から測定して得られる測定データに基づいて前記測定対象物の三次元形状を表現するように位置合わせされた複数の三次元形状データを生成する三次元形状測定方法であって、
前記測定対象物の測定に先立って前記測定空間に所定の校正用対象物を設置する工程と、
前記測定装置により、前記校正用対象物を前記複数の方向から測定する工程と、
前記複数の方向についての前記校正用対象物の測定結果に基づいて、前記複数の方向から測定する前記測定装置における複数の三次元ローカル座標系において、前記校正用対象物の三次元形状をそれぞれ表現した複数の校正用ローカル形状データを求め、
各ローカル座標系と単一のワールド座標系との座標関係に基づいて規定された座標変換第１パラメータを使用して前記複数の校正用ローカル形状データの座標変換を行うことによって、前記ワールド座標系において前記校正用対象物の三次元形状を表現した複数の校正用ワールド形状データを求め、
前記複数の校正用ワールド形状データと、前記ワールド座標系において前記校正用対象物の三次元形状を設計数値的に表現した既知の校正用設計ワールド形状データとの相互関係において、各校正用ワールド形状データと前記校正用設計ワールド形状データとの距離が小さくなっていくように、ＩＣＰアルゴリズムに基づく演算を所定回数反復して行うことで、
前記距離が縮小するように各校正用ワールド形状データから前記校正用設計ワールド形状データへの座標変換を行うための前記複数の方向に対応した座標変換情報を求めるとともに、
前記座標変換第１パラメータと前記座標変換情報とに基づいて、前記複数の校正用ローカル形状データを前記ワールド座標系の三次元形状データに変換するための前記複数の方向に対応した実用座標変換パラメータを求める工程と、
前記実用座標変換パラメータを記憶する工程と、
前記測定対象物を測定する際には、
前記複数の方向のそれぞれについて、前記測定対象物に前記投光手段からレーザ光を照射して前記受光手段で検出することにより、前記複数のローカル座標系で前記測定対象物を三次元的に表現した複数の対象ローカル形状データを求め、前記実用座標変換パラメータを用いて前記複数の対象ローカル形状データの座標変換を行うことにより、前記ワールド座標系における前記測定対象物の三次元形状を表現するように位置合わせされた複数の三次元形状データを生成する工程と、
を備えることを特徴とする三次元形状測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の三次元形状測定方法において、
前記実用座標変換パラメータが、回転移動を行うための回転移動行列と、平行移動を行うための平行移動行列とを含む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】
この発明は、測定対象物の三次元形状を測定する三次元形状測定システム及び三次元形状測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ光で測定対象物の表面形状を非接触で測定する三次元測定器を複数台用いて、測定対象物を複数の位置から測定し、各三次元測定器から得られる測定データを合成することによって測定対象物に関する三次元形状データを生成する三次元測定システムが知られている。
【０００３】
従来、各三次元測定器から得られる測定データを合成する際には、測定対象物を各三次元測定器で測定した後、各三次元測定器から得られる測定データの合成処理が行われる。具体的には、各三次元測定器で測定対象物を測定して得られる測定データにおいて、測定対象物の表面位置が一致するように、対応する２面間の距離を小さくする繰り返し演算が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のように測定対象物を測定してから各三次元測定器で得られる測定データを合成するための繰り返し演算を行った場合、測定対象物の測定後、演算処理に多大な時間を要することとなり、三次元形状データを得るまでに多大な時間がかかることになる。
【０００５】
そこで、この発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、測定対象物の測定から三次元形状データが求められるまでの時間を短縮し、効率的に測定動作を行うことのできる三次元形状測定システム及び三次元形状測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、測定空間に設置される任意の三次元形状を有する測定対象物に対して投光手段からレーザ光を照射し、前記投光手段からのレーザ光が前記測定対象物で反射する反射光を受光手段で検出することにより、前記測定対象物の三次元形状を表現するように位置合わせされた複数の三次元形状を測定する測定装置において前記測定対象物を複数の方向から測定し、各方向から測定して得られる測定データに基づいて前記測定対象物の三次元形状データを生成する三次元形状測定システムであって、前記測定対象物の測定に先立って前記測定空間に設置される所定の校正用対象物を前記複数の方向から測定するように前記測定装置を制御する制御手段と、前記測定装置による前記校正用対象物の測定結果に基づいて、前記複数の方向から測定する前記測定装置における複数の三次元ローカル座標系でそれぞれ表現された複数の三次元形状データを単一のワールド座標系での三次元形状データに変換するための前記複数の方向に対応した実用座標変換パラメータを求めるデータ処理手段と、前記実用座標変換パラメータを記憶する記憶手段と、を備え、前記データ処理手段は、前記複数の方向についての前記校正用対象物の測定結果に基づいて、前記複数のローカル座標系において前記校正用対象物の三次元形状をそれぞれ表現した複数の校正用ローカル形状データを求める第１処理手段と、各ローカル座標系と前記ワールド座標系との座標関係に基づいて規定された座標変換第１パラメータを使用して前記複数の校正用ローカル形状データの座標変換を行うことによって、前記ワールド座標系において前記校正用対象物の三次元形状を表現した複数の校正用ワールド形状データを求める第２処理手段と、前記複数の校正用ワールド形状データと、前記ワールド座標系において前記校正用対象物の三次元形状を設計数値的に表現した既知の校正用設計ワールド形状データとの相互関係において、各校正用ワールド形状データと前記校正用設計ワールド形状データとの距離が小さくなっていくように、ＩＣＰアルゴリズムに基づく演算を所定回数反復して行うことで、前記距離が縮小するように前記各校正用ワールド形状データから前記校正用設計ワールド形状データへの座標変換を行うための前記複数の方向に対応した座標変換情報を求めるとともに、前記座標変換第１パラメータと前記座標変換情報とに基づいて前記複数の方向に対応した座標変換第２パラメータを求め、前記座標変換第２パラメータを前記実用座標変換パラメータとする第３処理手段と、を有し、前記測定対象物を測定する際には、前記複数の方向のそれぞれについて、前記測定対象物に前記投光手段からレーザ光を照射して前記受光手段で検出することにより、前記複数のローカル座標系で前記測定対象物を三次元的に表現した複数の対象ローカル形状データを求め、前記実用座標変換パラメータを用いて前記複数の対象ローカル形状データの座標変換を行うことにより、前記ワールド座標系における前記測定対象物の三次元形状を表現するように位置合わせされた複数の三次元形状データを生成することを特徴としている。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の三次元形状測定システムにおいて、前記実用座標変換パラメータが、回転移動を行うための回転移動行列と、平行移動を行うための平行移動行列とを含むことを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、測定空間に設置される任意の三次元形状を有する測定対象物に対して投光手段からレーザ光を照射し、前記投光手段からのレーザ光が前記測定対象物で反射する反射光を受光手段で検出することにより、前記測定対象物の三次元形状を測定する測定装置において前記測定対象物を複数の方向から測定し、各方向から測定して得られる測定データに基づいて前記測定対象物の三次元形状を表現するように位置合わせされた複数の三次元形状データを生成する三次元形状測定方法であって、前記測定対象物の測定に先立って前記測定空間に所定の校正用対象物を設置する工程と、前記測定装置により、前記校正用対象物を前記複数の方向から測定する工程と、前記複数の方向についての前記校正用対象物の測定結果に基づいて、前記複数の方向から測定する前記測定装置における複数の三次元ローカル座標系において、前記校正用対象物の三次元形状をそれぞれ表現した複数の校正用ローカル形状データを求め、各ローカル座標系と単一のワールド座標系との座標関係に基づいて規定された座標変換第１パラメータを使用して前記複数の校正用ローカル形状データの座標変換を行うことによって、前記ワールド座標系において前記校正用対象物の三次元形状を表現した複数の校正用ワールド形状データを求め、前記複数の校正用ワールド形状データと、前記ワールド座標系において前記校正用対象物の三次元形状を設計数値的に表現した既知の校正用設計ワールド形状データとの相互関係において、各校正用ワールド形状データと前記校正用設計ワールド形状データとの距離が小さくなっていくように、ＩＣＰアルゴリズムに基づく演算を所定回数反復して行うことで、前記距離が縮小するように各校正用ワールド形状データから前記校正用設計ワールド形状データへの座標変換を行うための前記複数の方向に対応した座標変換情報を求めるとともに、前記座標変換第１パラメータと前記座標変換情報とに基づいて、前記複数の校正用ローカル形状データを前記ワールド座標系の三次元形状データに変換するための前記複数の方向に対応した実用座標変換パラメータを求める工程と、前記実用座標変換パラメータを記憶する工程と、前記測定対象物を測定する際には、前記複数の方向のそれぞれについて、前記測定対象物に前記投光手段からレーザ光を照射して前記受光手段で検出することにより、前記複数のローカル座標系で前記測定対象物を三次元的に表現した複数の対象ローカル形状データを求め、前記実用座標変換パラメータを用いて前記複数の対象ローカル形状データの座標変換を行うことにより、前記ワールド座標系における前記測定対象物の三次元形状を表現するように位置合わせされた複数の三次元形状データを生成する工程と、を備えることを特徴としている。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の三次元形状測定方法において、前記実用座標変換パラメータが、回転移動を行うための回転移動行列と、平行移動を行うための平行移動行列とを含むことを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
＜１．三次元形状測定システム＞
図１は、この発明の実施の形態における三次元形状測定システム１の概略構成を示す斜視図である。図１に示すように、この三次元形状測定システム１は、第１の三次元測定器１０と第２の三次元測定器２０と回転ステージ３０とが基台４０上に設置されて構成される測定装置２と、２台の三次元測定器１０，２０と回転ステージ３０とを制御するとともに、各三次元測定器１０，２０から得られる測定データをデータ処理するように構成されたデータ処理装置５０と、を備える。なお、図１においては、各三次元測定器１０，２０を基台４０に固定するための固定部材は図示を省略している。
【００１５】
測定装置２に含まれる２台の三次元測定器１０，２０はそれぞれ同様の構成となっており、双方の設置位置を入れ替えてもよい。回転ステージ３０は任意の三次元形状を有する測定対象物を設置するためのものであり、データ処理装置５０によって回転動作及び回転角が制御される。
【００１６】
まず、三次元測定器１０，２０について説明する。図２は三次元測定器１０を示す斜視図である。図２に示すように、三次元測定器１０の正面側には投光部１１と受光部１２とが設けられている。投光部１１は投光窓１１ａと走査光学系１１ｂとを有し、走査光学系１１ｂはレーザ光源からのレーザ光を光束断面がスリット状（直線状）となるレーザ光（以下、「レーザスリット光」という。）Ｌ１に変換し、ガルバノミラー等の走査手段を用いてレーザスリット光Ｌ１を所定の走査方向ＳＣに走査させるように構成されている。図２においては、投光部１１より照射されるレーザスリット光Ｌ１の光成分が水平方向に分布する状態、すなわちレーザスリット光Ｌ１のスリット方向が水平方向である状態を示しており、走査光学系１１ｂによる走査方向ＳＣは垂直方向、すなわちスリット方向に直交する方向にレーザスリット光Ｌ１を走査させるように構成されている。
【００１７】
また、受光部１２は受光窓１２ａと受光光学系１２ｂとを有し、投光部１１から照射されるレーザスリット光Ｌ１が測定対象物で反射する反射光を、受光窓１２ａを介して受光光学系１２ｂで受光するように構成される。受光光学系１２ｂには受光素子としてＣＣＤ撮像素子が配置され、投光部１１における走査光学系１１ｂと同期して受光光学系１２ｂが制御されることにより、レーザスリット光Ｌ１の走査位置に対応した測定データが得られる。
【００１８】
投光部１１と受光部１２とは互いに所定の基線長を隔てて配置され、基線長方向はレーザスリット光Ｌ１の走査方向ＳＣに一致するように構成されている。このように構成されることにより、レーザスリット光Ｌ１の走査位置（照射位置）とＣＣＤ撮像素子で受光される反射光の位置とから、三角測量の原理によって測定対象物の表面形状に関する測定データが得られることになる。
【００１９】
なお、三次元測定器１０の背面側には、データ処理装置５０とケーブル接続するためのインタフェース、三次元測定器１０に対する各種設定を行うための操作パネル、測定結果等を表示するための表示部等が設けられる。また、図２では第１の三次元測定器１０について説明したが、第２の三次元測定器２０についても同様の構成である。
【００２０】
図１に戻り、三次元形状測定システム１の測定装置２においては、上述した三次元測定器１０，２０それぞれの基線長の方向が互いにほぼ直交するように配置されている。第１の三次元測定器１０では投光部１１と受光部１２との基線長の方向が水平方向（Ｙ方向）に設定され、また、第２の三次元測定器２０では投光部２１と受光部２２との基線長の方向が鉛直方向（Ｚ方向）から回転ステージ３０の位置する側に若干傾斜した方向に設定されている。つまり、第２の三次元測定器２０の基線長方向は、Ｙ方向に直交するＸＺ平面に含まれるように設定されている。
【００２１】
なお、各三次元測定器１０，２０の受光部１２，２２の位置は回転ステージ３０の正面位置（より具体的には回転ステージ３０の中心を通るＸＺ平面内に含まれる位置）となるように設置される。
【００２２】
そして第１の三次元測定器１０から照射されるレーザスリット光Ｌ１はスリット方向がＺ方向に平行な方向に設定され、かつＹ方向に走査されて、回転ステージ３０上の測定空間３の全域に対してレーザスリット光Ｌ１が照射されるように構成される。また、第２の三次元測定器２０から照射されるレーザスリット光Ｌ２はスリット方向がＹ方向に平行な方向に設定され、かつＺ方向に走査されて、回転ステージ３０上の測定空間３の全域に対してレーザスリット光Ｌ２が照射されるように構成される。
【００２３】
図３及び図４は第１及び第２の三次元測定器１０，２０が測定対象物５を測定する状態を示す図であり、図３は測定装置２を上方側から見た図であって第１の三次元測定器１０によるレーザスリット光Ｌ１の走査範囲を示しており、図４は測定装置２を横方向側から見た図であって第２の三次元測定器２０によるレーザスリット光Ｌ２の走査範囲を示している。
【００２４】
まず、図３に示すように第１の三次元測定器１０の走査光学系１１ｂはレーザスリット光Ｌ１を走査範囲Ｒ１内で走査させる。この走査範囲Ｒ１ではレーザスリット光Ｌ１が所定の角速度で等角速度走査するように、ガルバノミラー等の走査手段は走査範囲Ｒ１にレーザスリット光Ｌ１を導く前に助走運動（所定の角速度になるまでの加速度運動）を行い、レーザスリット光Ｌ１が走査範囲Ｒ１内を走査している間で等角速度運動を行い、更にレーザスリット光Ｌ１が走査範囲Ｒ１を通過した後に惰走運動（停止させるための加速度運動）を行うように制御される。
【００２５】
走査範囲Ｒ１内において、レーザスリット光Ｌ１は回転ステージ３０上の測定対象物５の表面で反射する。その反射光は受光部１２の受光光学系１２ｂで受光され、測定対象物５の表面形状に応じた電子信号（測定データ）に変換される。三次元測定器１０においてはレーザスリット光Ｌ１を走査範囲Ｒ１内で１回走査させれば測定データを得ることができ、その測定データから三次元測定器１０におけるローカル座標系での測定対象物５の三次元座標を求めることができる。
【００２６】
第１の三次元測定器１０での測定が終了すると、次に図４に示すように第２の三次元測定器２０の走査光学系２１ｂがレーザスリット光Ｌ２を走査範囲Ｒ２内で走査させる。この場合も上記と同様に、ガルバノミラー等の走査手段は走査範囲Ｒ２にレーザスリット光Ｌ２を導く前に助走運動を行い、レーザスリット光Ｌ２が走査範囲Ｒ２内を走査している間で等角速度運動を行い、更にレーザスリット光Ｌ２が走査範囲Ｒ２を通過した後に惰走運動を行うように制御される。
【００２７】
このレーザスリット光Ｌ２も走査範囲Ｒ２内では回転ステージ３０上の測定対象物５の表面で反射する。その反射光は受光部２２の受光光学系２２ｂで受光され、測定対象物５の表面形状に応じた電子信号（測定データ）に変換される。三次元測定器２０においてもレーザスリット光Ｌ２を走査範囲Ｒ２内で１回走査させれば測定データを得ることができ、その測定データから三次元測定器２０におけるローカル座標系での測定対象物５の三次元座標を求めることができる。
【００２８】
そして回転ステージ３０を回転させて三次元測定器１０，２０による測定を再び行えば測定対象物５の背面側も測定することができ、回転ステージ３０の回転と三次元測定器１０，２０の測定動作とを繰り返し行うことによって測定対象物５の全周についての三次元形状を測定することができる。
【００２９】
ここで、三次元測定器１０，２０の位置関係について説明する。図５及び図６は直方体状の測定対象物５を測定する場合の測定対象物５とレーザスリット光との関係を示す図であり、回転ステージ３０に設置された直方体状の測定対象物５を上方側から見た図である。
【００３０】
まず、図５に示すように、測定対象物５に対して第１の三次元測定器１０の投光部１１からレーザスリット光Ｌ１を走査させる場合、測定対象物５の面５ａには適切にレーザスリット光Ｌ１が照射されるが、面５ｂにはレーザスリット光Ｌ１が照射されない状態にあり、面５ｂの形状は第１の三次元測定器１０では測定不可能な状態となっている。面５ａ，５ｂの双方ともに受光部１２の視野範囲内にあるにもかかわらず、面５ｂの形状を測定することができない理由は、投光部１１が受光部１２から所定の基線長を隔てた位置に配置されるため、投光部１１からは面５ｂが面５ａの影となるからである。
【００３１】
次に、図６に示すように、測定対象物５に対して第２の三次元測定器２０の投光部２１からレーザスリット光Ｌ２を走査させる場合、測定対象物５の面５ａに対して適切にレーザスリット光Ｌ２が照射されるとともに、面５ｂにもレーザスリット光Ｌ２が適切に照射される状態にあり、面５ａ，５ｂの双方の形状が第２の三次元測定器１０で測定可能な状態となっている。
【００３２】
つまり、上述したように、三次元測定器１０，２０のそれぞれの基線長方向を異なる方向（すなわち、非平行状態）に設定し、測定対象物５に対して異なる方向からレーザスリット光Ｌ１，Ｌ２を照射することにより、三次元形状の測定時に影となる部分を減少させることができ、それによって測定対象物５を移動させることなく良好な測定データを得ることが可能になる。なお、基線長方向をほぼ直交するように構成すれば、三次元形状の測定時に影となる部分を最も減少させることができる。
【００３３】
また、各三次元測定器１０，２０の走査方向ＳＣを互いに直交するように構成することで、同一方向に対する走査では検出することが困難な表面形状を有する測定対象物５であっても良好な測定データを得ることが可能になる。
【００３４】
図７は、三次元形状測定システム１の内部構成を示すブロック図である。
【００３５】
第１の三次元測定器１０は、上述した投光部１１及び受光部１２の他に、データを記憶するためのメモリ等の記憶部１３と、三次元測定器１０の動作全般を制御するための制御部１４と、受光部１２での検出結果に基づいて測定対象物の形状を表した測定データを求める演算部１５と、データ処理装置５０とのデータの入出力を行うための入出力部１６とを備えて構成される。なお、三次元測定器１０で生成される測定データは測定動作を行う際に設定された測定倍率に関する情報も含むように構成され、データ処理装置５０においてデータ処理が行われる際には測定倍率を考慮したデータ処理が行われる。
【００３６】
同様に、第２の三次元測定器２０も、上述した投光部２１及び受光部２２の他に、データを記憶するためのメモリ等の記憶部２３と、三次元測定器２０の動作全般を制御するための制御部２４と、受光部２２での検出結果に基づいて測定対象物の形状を表した測定データを求める演算部２５と、データ処理装置５０とのデータの入出力を行うための入出力部２６とを備えて構成される。なお、三次元測定器２０で生成される測定データも測定動作を行う際に設定された測定倍率に関する情報を含むように構成され、データ処理装置５０においてデータ処理が行われる際には測定倍率を考慮したデータ処理が行われる。
【００３７】
データ処理装置５０はいわゆるコンピュータ（ＰＣ）によって構成され、ＣＰＵ等によって構成される制御部５１と、メモリや磁気ディスク装置等によって構成される記憶部５３と、データの入出力を行う入出力部５６とを備えて構成される。
【００３８】
制御部５１は各三次元測定器１０，２０の測定動作を制御し、入出力部５６を介して各三次元測定器１０，２０から測定データを入力する。また、制御部５１は回転ステージ３０に対して制御信号を送出することによって回転ステージ３０の回転角を制御するようにも構成される。
【００３９】
制御部５１は所定のデータ校正プログラムを実行することによってデータ処理部５２としても機能し、データ校正処理においては三次元形状測定システム１における一のワールド座標系で表現した三次元形状データを生成するために、予め各三次元測定器１０，２０から得られる測定データを校正するための変換パラメータを求める。
【００４０】
各三次元測定器１０，２０は設計値に基づいて三次元形状測定システム１に設置されるが、設置誤差等の影響により設計上の理想的な位置や姿勢に設置することができないのが一般的である。このため、各三次元測定器１０，２０から得られる測定データを設計値に基づいてワールド座標系に変換しても正確な三次元形状データが得られない。そこで、実際に測定対象物の測定を行う前に、予めデータ校正用対象物を用いて、各三次元測定器１０，２０でデータ校正用対象物を測定し、その結果得られた測定データに基づいて、データ処理装置４０が測定データを校正するための変換パラメータを求めておくように構成される。このデータ校正処理の詳細については後述する。
【００４１】
また、データ処理部５２は、実際の測定対象物を測定する測定処理においては予め求めておいた変換パラメータに基づいて、各三次元測定器１０，２０から得られる測定データを変換し、測定対象物の表面形状を一のワールド座標系で表現した三次元形状データを生成する。
【００４２】
記憶部５３は、データ校正処理の際には中間段階の各パラメータを記憶するとともに、最終的に生成される変換パラメータを記憶する。また、制御部５１が実行するプログラムも記憶する。
【００４３】
入出力部５６は、各三次元測定器１０，２０に対して測定動作のための制御信号を出力したり、各三次元測定器１０，２０からの測定データを入力する。また入出力部５６はコンピュータ読み取り可能な記録媒体９からデータを入力することができるようにも構成され、記録媒体９に上述のデータ校正プログラム等のプログラムが格納されている場合は、データ処理装置５０の制御部５１が記録媒体９からそのプログラムを読み取って実行するようにも構成される。
【００４４】
回転ステージ３０は入出力部３６と回転制御部３１と回転駆動部３２とを備えており、入出力部３６はデータ処理装置５０とデータ通信可能なように構成される。回転制御部３１はデータ処理装置５０からの制御信号によって指示された回転角度に基づいてモータ等の回転駆動部３２を駆動し、回転ステージ３０を回転させる。これにより、回転ステージ３０上に設置される測定対象物を回転させることができ、各三次元測定器１０，２０が測定対象物の背面側の形状も測定可能になる。
【００４５】
＜２．三次元形状測定システムにおけるデータ校正＞
次に、三次元形状測定システム１におけるデータ校正処理について説明する。
【００４６】
データ校正処理の内容には、三次元形状測定システム１に対して取り付けられた各三次元測定器１０，２０の相対的な位置及び姿勢についてのデータ校正を行う第１のデータ校正処理と、回転ステージ３０を回転させて測定するために回転軸の位置を求め、その回転軸を中心に測定データの示す三次元形状を回転移動させるようなデータ校正を行う第２のデータ校正処理と、各三次元測定器１０，２０から得られた測定データを合成して一の三次元形状データを生成する際に高精度な合成処理を行うためのデータ校正を行う第３のデータ校正処理とがある。
【００４７】
各校正処理においては校正内容の目的に適合した校正用対象物を、各三次元測定器１０，２０で測定して得られる測定データから変換パラメータが求められる。なお、以下の説明においては、第１の三次元測定器１０についてのローカル座標系をワールド座標系とし、各校正処理においては各三次元測定器１０，２０で得られる測定データをそのワールド座標系において適切なデータとするための変換パラメータが求められる。
【００４８】
図８はデータ校正処理のフローチャートである。図８に示すようにデータ校正処理においては、第１のデータ校正処理（ステップＳ１）、第２のデータ校正処理（ステップＳ２）、第３のデータ校正処理（ステップＳ３）の順で処理が行われる。
【００４９】
まず、第１のデータ校正処理について説明する。図９及び図１０は第１のデータ校正処理において使用されるデータ校正用対象物７０を示す図であり、図９はデータ校正用対象物７０の正面図、図１０はデータ校正用対象物７０の側面図である。また、図１１はデータ校正用対象物７０を三次元形状測定システム１に設置した状態を示す図である。
【００５０】
図９及び図１０に示すように、データ校正用対象物７０の正面側には多面体構造となった被測定部７１が設けられ、その被測定部７１は支持部材７２によって支持されている。支持部材７２と基台７３との間には複数のスペーサ板７５が設けられており、スペーサ板７５の枚数を変更することにより被測定部７１の高さ位置を調整することが可能なように構成されている。なお、基台７３にはデータ校正用対象物７０の持ち運びを容易にするための把手部７９が被測定部７１の両端側に配置されている。したがって、データ校正用対象物７０は、測定空間３における被測定部７１の位置を変更することができるように構成されている。
【００５１】
被測定部７１の多面体は各面が平面状に構成された５面７１１〜７１５で構成され、５面のうち互いに隣接する３平面は１点で交差するように構成されている。被測定部７１はデータ校正用対象物７０が回転ステージ３０上に設置された際に、各三次元測定器１０，２０から死角になる面がないように構成することが好ましい。
【００５２】
第１のデータ校正処理を行う際には、上記のようなデータ校正用対象物７０を図１１に示すような状態、すなわち被測定部７１の各面が各三次元測定器１０，２０によって測定可能な状態となるように設置する。
【００５３】
そして第１のデータ校正処理では、各三次元測定器１０，２０で被測定部７１を測定し、その結果得られる測定データにおける同一の頂点（例えば、３面７１１，７１２，７１３の交点として形成される頂点７１ａ）の座標値を一致させるような処理が行われる。より具体的には、第２の三次元測定器２０から得られる測定データをワールド座標系の座標データに座標変換するための変換パラメータを求めることが行われる。ただし、各三次元測定器１０，２０の相対的な位置及び姿勢を考慮した変換パラメータを求めるためには、同一直線上にない少なくとも３つの頂点を各三次元測定器１０，２０で測定することが必要である。そのため、データ校正用対象物７０は被測定部７１の高さ位置を変更することができるように構成され、また図１１に示すようにユーザがデータ校正用対象物７０のＸ方向における位置を移動させることで各三次元測定器１０，２０からの距離を変更することができるように構成される。なお、データ校正用対象物７０にＸ方向についての移動機構を設け、データ処理装置５０からの制御信号によって自動的にデータ校正用対象物７０のＸ方向における位置を変更させるようにしてもよい。
【００５４】
図１２は第１のデータ校正処理の詳細を示すフローチャートである。
【００５５】
まず、ユーザは多面体を備えて構成されるデータ校正用対象物７０を回転ステージ３０上に設置する（ステップＳ１００）。このときデータ校正用対象物７０の被測定部７１が各三次元測定器１０，２０に対向するように配置され、各三次元測定器１０，２０からのレーザスリット光が少なくとも互いに隣接する３面に入射するように配置される。
【００５６】
そして三次元形状測定システム１においてデータ処理装置５０が第１の三次元測定器１０に対して測定動作の指令を与え、第１の三次元測定器１０によるデータ校正用対象物７０の測定動作、すなわち第１の三次元測定器１０によるスキャンが行われる（ステップＳ１０２）。このスキャン動作によりデータ校正用対象物７０にはＺ方向のレーザスリット光Ｌ１がＹ方向に走査され、第１の三次元測定器１０において測定データが生成される。第１の三次元測定器１０において生成される測定データは、データ処理装置５０に出力される。
【００５７】
次にステップＳ１０４に進み、データ処理装置５０が第１の三次元測定器１０のローカル座標系においてデータ校正用対象物７０の一の頂点座標を算出することが行われる。このステップＳ１０４においては、図１３に示すフローチャートの処理が行われる。
【００５８】
データ処理装置５０においてデータ処理部５２は、第１の三次元測定器１０から得られる測定データから、第１の三次元測定器１０に関して固有に定義されるローカル座標系についての三次元形状データを生成する（ステップＳ１３０）。このとき、三次元測定器１０が測定動作を行う際に設定された測定倍率に基づいて三次元形状データの拡大又は縮小処理が行われ、測定倍率が変更された状態で測定が行われた場合でも適切な三次元形状データが生成される。なお、第１の三次元測定器１０における固有のローカル座標系がワールド座標系となるため、ステップＳ１３０においては第１の三次元測定器１０から得られる測定データからワールド座標系で表現された三次元座標値、すなわち三次元形状データが生成されることになる。
【００５９】
次に、データ処理部５２は、データ校正用対象物７０の表面座標から特定の一の頂点（例えば頂点７１ａ）を形成する３面７１１，７１２，７１３を選択し、３面７１１，７１２，７１３のそれぞれに含まれる点の集合を各面について抽出する（ステップＳ１３２）。具体的な方法として、測定データを２次元画像化し、各面の交線をエッジ検出によって抽出し、抽出された交線によって各面を領域分けする方法や、三次元座標値において最近接点の３点がなす面の法線ベクトルを求めて法線ベクトルが同一方向になる点群を抽出する方法等、種々の公知の方法を用いることができる。
【００６０】
そして各面について抽出された点群の座標情報に対して最小２乗法を適用し、３面のそれぞれを表す方程式を算出する（ステップＳ１３４）。そして各面について導出された３方程式を連立させて解き、３面７１１，７１２，７１３によって形成される頂点の座標を求める（ステップＳ１３６）。求められた頂点座標はデータ処理部５２から記憶部５３に与えられ、記憶部５３に保存される（ステップＳ１３８）。
【００６１】
ここまでの処理が終了すると、第１の三次元測定器１０での処理が終了し、図１２のフローチャートに戻る。
【００６２】
次に、三次元形状測定システム１においてデータ処理装置５０が第２の三次元測定器２０に対して測定動作の指令を与え、第２の三次元測定器２０によるデータ校正用対象物７０の測定動作、すなわち第２の三次元測定器２０によるスキャンが行われる（ステップＳ１０６）。このスキャン動作によりデータ校正用対象物７０にはＹ方向のレーザスリット光Ｌ２がＺ方向に走査され、第２の三次元測定器２０において測定データが生成される。第２の三次元測定器２０において生成される測定データは、データ処理装置５０に出力される。
【００６３】
次にステップＳ１０８に進み、データ処理装置５０が第２の三次元測定器２０のローカル座標系においてデータ校正用対象物７０の一の頂点座標を算出することが行われる。このステップＳ１０８においては、図１４に示すフローチャートの処理が行われる。
【００６４】
データ処理装置５０においてデータ処理部５２は、第２の三次元測定器２０から得られる測定データから、第２の三次元測定器２０に関して固有に定義されるローカル座標系で表現された三次元形状データを生成する（ステップＳ１４０）。このときも、三次元測定器２０が測定動作を行う際に設定された測定倍率に基づいて三次元形状データの拡大又は縮小処理が行われ、測定倍率が変更された状態で測定が行われた場合でも適切な三次元形状データが生成される。
【００６５】
次に、データ処理部５２は、データ校正用対象物７０の表面座標から特定の一の頂点（例えば頂点７１ａ）を形成する３面７１１，７１２，７１３を選択し、３面７１１，７１２，７１３のそれぞれに含まれる点の集合を各面について抽出する（ステップＳ１４２）。なお、具体的な方法は、第１の三次元測定器１０について行われる方法と同様である。また、ここで選択される３面は、図１３のフローチャートにおいてステップＳ１３２で選択された３面と同一である。
【００６６】
そして各面について抽出された点群の座標情報に対して最小２乗法を適用し、３面のそれぞれを表す方程式を算出する（ステップＳ１４４）。そして各面について導出された３方程式を連立させて解き、３面７１１，７１２，７１３によって形成される頂点７１ａの座標を求める（ステップＳ１４６）。ここで求められる座標は、第２の三次元測定器２０のローカル座標系で表現された座標である。そして求められた頂点座標はデータ処理部５２から記憶部５３に与えられ、記憶部５３に保存される（ステップＳ１４８）。
【００６７】
ここまでの処理が終了すると、第２の三次元測定器２０での処理が終了し、再び図１２のフローチャートに戻る。
【００６８】
データ処理装置５０は頂点座標を３点以上算出したか否かを判断し（ステップＳ１１０）、３点以上算出している場合は、ステップＳ１１４へと処理を進める。
【００６９】
一方、３点以上算出していない場合は、データ校正用対象物７０の位置を移動させるようにユーザに指示する。これにより、ユーザはデータ校正用対象物７０の位置を移動させ、ステップＳ１０４，Ｓ１０８で座標算出の対象となった頂点の位置を変化させる（ステップＳ１１２）。また、ユーザはスペーサ板７５の枚数を変更することで被測定部７１の高さ位置を変更するようにしてもよい。また、データ校正用対象物７０が移動機構を備えている場合は、データ処理装置５０の制御によって自動的にデータ校正用対象物７０の位置を移動させるように構成してもよい。さらに、データ処理装置５０が回転ステージ３０を制御することによって回転ステージ３０を回転させ、それによってデータ校正用対象物７０の位置を移動させるようにしてもよい。
【００７０】
そしてステップＳ１０２に戻り、頂点７１ａの位置が移動した状態でステップＳ１０２〜Ｓ１０８の処理を繰り返し行い、各三次元測定器１０，２０からの測定データから同一頂点の頂点座標を算出する。そして異なる３つの頂点について、各三次元測定器１０，２０での測定の結果に基づいた座標値を求めると、ステップＳ１１４に進む。
【００７１】
なお、頂点の数は３点に限られるものではなく、３点以上であれば何点であってもよい。頂点の数が増加する程、データ校正の精度は向上するため、高精度化の観点からはより多くの頂点座標を求めることが好ましい。その一方で、頂点の数が増加する程、第１のデータ校正処理の処理効率が低下するため、処理効率の観点からは３点の頂点座標を求めるように構成することが好ましい。
【００７２】
ステップＳ１１４においてデータ処理部５２は、第１の三次元測定器１０から得られた頂点座標と、第２の三次元測定器２０から得られた頂点座標とのデータ組を生成する。このデータ組は同一頂点に対応する座標どうしが一組にされるため、ステップＳ１１４では３組以上のデータ組が生成される。
【００７３】
そして、データ処理部５２は、データ組ごとに、第２の三次元測定器２０のローカル座標系で表現された頂点座標をワールド座標系に変換するための方程式を求める（ステップＳ１１６）。この方程式には、第２の三次元測定器２０のローカル座標系で表現された頂点座標をワールド座標系に変換するための変換パラメータ（第１の変換パラメータ）が未知数として用いられる。この第１の変換パラメータには、頂点座標を三次元空間で回転移動させるための回転行列と、平行移動させるための平行移動行列とが含まれる。
【００７４】
そしてステップＳ１１８においてデータ処理部５２は、データ組ごとに生成される方程式を連立させて解くことにより、第１の変換パラメータの値を求める。このようにして生成された第１の変換パラメータをデータ処理部５２はデータ処理装置５０の記憶部５３に保存する（ステップＳ１２０）。
【００７５】
この第１の変換パラメータを用いて第２の三次元測定器２０から得られる測定データを変換することにより、ローカル座標系で表現された頂点座標をワールド座標系に変換することができ、各三次元測定器１０，２０の相対的な位置関係及び姿勢関係が補正されたワールド座標系での形状データになる。
【００７６】
以上で第１のデータ校正処理が終了する。この第１のデータ校正処理により、第２の三次元測定器２０から得られる測定データをワールド座標系の座標データに座標変換するための変換パラメータを求めることができる。上記の処理では、第２の三次元測定器２０のローカル座標系を第１の三次元測定器１０のローカル座標系（ワールド座標系）に変換するように構成されているため、第１の三次元測定器１０のローカル座標系とは別にワールド座標系が設定される場合と比べると、第２の三次元測定器２０から得られる測定データを基準として、第２の三次元測定器２０から得られる測定データに対する第１の変換パラメータだけを求めればよいため、効率的な処理が可能である。
【００７７】
また、第１のデータ校正処理では、各三次元測定器１０，２０が平面を測定して頂点座標を求めるような処理形態となっている。各三次元測定器１０，２０が平面を測定する場合は、三次元測定器１０，２０の測定倍率が変化しても高精度な測定が可能であるので、各頂点座標も高精度に求めることが可能である。したがって、上記のようにして求められた第１の変換パラメータは第２の三次元測定器２０から得られる測定データをワールド座標系のに座標変換するための高精度なパラメータとなる。その結果、三次元形状測定システム１で測定対象物を測定して得られる三次元形状データも正確なデータとなる。
【００７８】
また、上述したような多面体構造のデータ校正用対象物７０を用いることにより、比較的簡単にデータ校正用対象物７０を作成することができるという利点もある。例えば球体を用いて球体の中心座標を求めるようなデータ校正処理の場合には、使用する球体の球面を高精度に加工するのは困難であり、かつ球体自体が高価になる。これに対し、上記のような多面体構造のデータ校正用対象物７０を用いれば、高精度な平面を加工するのは比較的容易であり、安価に作成することができるとともに、信頼性の高いデータ校正用対象物７０を実現することが可能である。
【００７９】
さらに、各三次元測定器１０，２０の測定倍率の影響を受けることがなく、どのような測定倍率で測定しても高精度に平面を測定することができるので、高精度なデータ校正が可能になる。
【００８０】
なお、上記の説明では、ステップＳ１１２でデータ校正用対象物７０を移動させる場合を例示したが、被測定部７１が図９のような構造となっている場合には、各三次元測定器１０，２０が１回スキャンすれば４点の頂点座標を求めることができるため、データ校正用対象物７０を移動させることなく必要な頂点数の座標を導くことができるので、そのような処理手順にしてもよい。
【００８１】
また、第１のデータ校正処理において使用するデータ校正用対象物は、多面体構造の少なくとも任意の３平面が１点（多面体構造での頂点に限らず、仮想点であってもよい。）で交差するような形状でありさえすれば頂点座標を良好に求めることができるので、上述した構造の多面体に限定されない。
【００８２】
次に、第２のデータ校正処理について説明する。図１５及び図１６は第２のデータ校正処理において使用される回転軸校正用対象物８０を示す図であり、図１５は回転軸校正用対象物８０を上方側から見た図、図１６は回転軸校正用対象物８０の正面図である。また、図１５及び図１６はともに回転ステージ３０上に回転軸校正用対象物８０を設置した状態を示している。
【００８３】
図１５及び図１６に示すように、回転軸校正用対象物８０の正面側には鉛直方向（Ｚ方向）に平行な２平面８２，８３を有する被測定部８１が設けられ、その被測定部８１の下面側が回転ステージ３０の上面側と接触するように設置される。
【００８４】
被測定部８１における各平面８２，８３の法線方向は平行でなく、各平面８２，８３が所定の角度をなすように設定されている。したがって、被測定部８１は２平面８２，８３を延長させると、鉛直方向に平行な直線（交線）上で交差する。
【００８５】
このような回転軸校正用対象物８０を回転ステージ３０上に設置する際には、２平面８２，８３の交線と回転ステージ３０の回転軸とが一致するように設置する。加えて、２平面８２，８３が各三次元測定器１０，２０から測定可能な向きに設置する。
【００８６】
そして第２のデータ校正処理では、各三次元測定器１０，２０で被測定部８１を測定し、その結果得られる測定データから交線の方程式を求める。交線は回転ステージ３０の回転軸であるため、交線の方程式は回転ステージ３０の回転軸を表す方程式、すなわち回転軸そのものを表した式となる。そして求められた回転軸を中心にして座標データを回転移動させるための回転変換パラメータを求めることが行われる。
【００８７】
第２のデータ校正処理で回転変換パラメータを求めておくことにより、測定対象物を測定して三次元形状データを生成した際に、その三次元形状データを回転軸回りに回転させることが可能になる。
【００８８】
図１７は第２のデータ校正処理（ステップＳ２）の詳細を示すフローチャートである。
【００８９】
まず、ユーザは２平面８２，８３を備えて構成される回転軸校正用対象物８０を回転ステージ３０上に設置する（ステップＳ２００）。このとき回転軸校正用対象物８０の被測定部８１が各三次元測定器１０，２０に対向するように配置されるとともに、２平面８２，８３の交線が回転ステージ３０の回転軸に一致するように配置される。
【００９０】
データ処理装置５０は三次元測定器１０，２０のうちから校正対象の三次元測定器を選択する（ステップＳ２０２）。例えば、最初は第１の三次元測定器１０が校正対象として選択される。
【００９１】
データ処理装置５０は、選択した三次元測定器１０によって回転軸校正用対象物８０をスキャンし、回転軸校正用対象物８０の表面形状の読み取り動作を行う（ステップＳ２０４）。
【００９２】
そしてデータ処理装置５０のデータ処理部５２は、三次元測定器１０から得られる測定データをワールド座標系の三次元座標値に変換する（ステップＳ２０６）。このときも、三次元測定器が測定動作を行う際に設定された測定倍率に基づいて三次元形状データの拡大又は縮小処理が行われ、測定倍率が変更された状態で測定が行われた場合でも適切な三次元形状データが生成される。なお、第１の三次元測定器１０のローカル座標系がワールド座標系であるため、第１の三次元測定器１０で得られた測定データは第１の三次元測定器１０のローカル座標系で表現するだけで、ワールド座標系の座標値となる。一方、校正対象が第２の三次元測定器２０である場合には、第１のデータ校正処理によって得られた第１の変換パラメータを用いて、第２の三次元測定器２０から得られる測定データを変換することにより、ワールド座標系の座標値に簡単に変換することができる。
【００９３】
そして校正対象の三次元測定器から得られた測定データをワールド座標系での座標値に変換すると、次に、そのワールド座標系での三次元座標値から回転軸校正用対象物８０の２平面８２，８３を構成する点群データの抽出が行われる（ステップＳ２０８）。すなわち、平面８２に含まれる点群データ、平面８３に含まれる点群データのそれぞれが抽出される。
【００９４】
データ処理部５２は各面８２，８３の点群データから各面８２，８３の方程式を算出する（ステップＳ２１０）。データ処理部５２は２平面８２，８３のそれぞれについて得られる方程式を連立させて解くことにより、２平面の交線（すなわち回転ステージ３０の回転軸）を示す回転軸方程式を算出する（ステップＳ２１２）。この回転軸方程式により、ワールド座標系の三次元空間における回転ステージ３０の回転軸の位置を特定することができる。
【００９５】
次に、データ処理部５２は回転ステージ３０上面に関する面の方程式を算出する（ステップＳ２１４）。例えば、第１のデータ校正処理（ステップＳ１）を行う際に使用したデータ校正用対象物７０に関する既知データ（既知の形状データ）がある場合、第１のデータ校正処理（ステップＳ１）で測定した頂点座標と、データ校正用対象物７０におけるその頂点の設計上の高さ位置とに基づいて、回転ステージ３０の上面の位置を特定すれば、その上面を示す方程式を求めることができる。なお、他の方法によって、回転ステージ３０の上面に関する方程式を求めてもよい。
【００９６】
次に、データ処理部５２は回転ステージ３０を回転制御するために予め設定されている回転角度（制御角度）を記憶部５３から読み取る（ステップＳ２１６）。これにより、三次元形状測定システム１が測定対象物の全方向から測定する際に、回転ステージ３０を何度ごと回転させて測定対象物を測定するのかを識別することができる。
【００９７】
そして、データ処理部５２は回転角度ごとに回転軸回りについての回転変換パラメータを求める（ステップＳ２１８）。つまり、回転ステージ３０の回転角度の符号を反転させた角度毎に、上記の回転軸方程式によって規定される回転軸を中心とした回転変換を行うための回転変換パラメータを求めるのである。この回転変換パラメータを用いて測定データを変換することにより、校正対象として選択された三次元測定器で測定対象物を測定したときの回転ステージ３０の回転角度分だけ、測定データから導かれる三次元形状を回転させることができる。
【００９８】
データ処理部５２はステップＳ２１８で求められる回転変換パラメータがどの三次元測定器に対応するものかを示すために、校正対象の三次元測定器と、回転角度毎の回転変換パラメータとを対応づけ、データ処理装置５０の記憶部５３に保存する（ステップＳ２２０）。
【００９９】
そして、データ処理装置５０は全ての三次元測定器１０，２０について回転変換パラメータの算出が終了したか否かを判断し（ステップＳ２２２）、全てについて終了していれば、第２のデータ校正処理は終了する。
【０１００】
一方、終了していない場合は、他の三次元測定器について回転変換パラメータを求めるべく、ステップＳ２０２に戻る。第１の三次元測定器１０について回転変換パラメータが求められた場合は、次に第２の三次元測定器２０についての回転変換パラメータを求めるために、ステップＳ２０２〜Ｓ２２０の処理を繰り返す。
【０１０１】
第２の三次元測定器２０について回転変換パラメータを求める際、ステップＳ２０６で第１のデータ校正処理によって得られた第１の変換パラメータを用いて測定データがワールド座標系に変換され、そのワールド座標系で表現された座標値に基づいて回転変換パラメータが求められる。第１の変換パラメータとステップＳ２１８で求められる回転変換パラメータとを合成することによって、ワールド座標系変換と回転変換とを同時に行うパラメータ（第２の変換パラメータ）が求められる。その時点で第１の変換パラメータは必要でなくなる。
【０１０２】
このような第２のデータ校正処理では、各三次元測定器１０，２０が回転軸校正用対象物の２平面を測定して回転ステージ３０の回転軸を求めるような処理形態となっている。したがって、高精度な平面の測定によって回転軸を高精度に求めることができるので、回転変換パラメータ及び第２の変換パラメータも高精度に求めることが可能である。その結果、三次元形状測定システム１で測定対象物の全周を測定して得られる三次元形状データも正確なデータとなる。
【０１０３】
また、各三次元測定器１０，２０の測定倍率の影響を受けることがなく、どのような測定倍率で測定しても高精度に平面を測定することができるので、高精度なデータ校正が可能になる。
【０１０４】
なお、第２のデータ校正処理は、三次元形状測定システム１が回転ステージ３０を備えておらず、測定対象物の正面側三次元形状のみを測定する場合には、必要な処理ではない。また、第２のデータ校正処理において使用される回転軸校正用対象物も上述した内容のものに限定されるものではない。
【０１０５】
次に、第３のデータ校正処理について説明する。図１８及び図１９は第３のデータ校正処理において使用される高精度校正用対象物９０を示す図であり、図１８は高精度校正用対象物９０を上方側から見た図、図１９は高精度校正用対象物９０の正面図である。また、図１８及び図１９はともに回転ステージ３０上に高精度校正用対象物９０を設置した状態を示している。
【０１０６】
図１８及び図１９に示すように、高精度校正用対象物９０は、多面体構造の被測定部９１と、被測定部９１を支持する支持部材９２とを備えて構成され、被測定部９１の多面体構造は、ＣＡＤデータ等の既知データに基づいて高精度に作成された複数の平面を有する。また、支持部材９２が回転ステージ３０に設置される。
【０１０７】
三次元形状測定システム１で実際に測定対象物を測定し、測定対象物の三次元形状をデータ化する場合、各三次元測定器１０，２０から得られる回転角度ごとの測定データを合成して一の三次元形状データを生成することが行われる。第３のデータ校正処理は、その合成処理が高精度に行われるようにするための、各三次元測定器１０，２０から得られる測定データの高精度変換パラメータ（第３の変換パラメータ）を求めることが行われる。
【０１０８】
第３のデータ校正処理で高精度校正用対象物９０を測定し、その測定データを既知データに近づけるような高精度変換パラメータを求めておくことで、測定対象物を各三次元測定器１０，２０で測定した測定データを高精度に合成することが可能になる。
【０１０９】
図２０は第３のデータ校正処理（ステップＳ３）の詳細を示すフローチャートである。
【０１１０】
まず、ユーザは図１８及び図１９のような高精度校正用対象物９０を回転ステージ３０上に設置する（ステップＳ３００）。このとき高精度校正用対象物９０の被測定部９１の中心位置を回転ステージ３０の回転軸が通るように配置することが好ましい。
【０１１１】
データ処理部５２は回転ステージ３０を回転制御するために予め設定されている回転角度（制御角度）を記憶部５３から読み取る（ステップＳ３０２）。これにより、三次元形状測定システム１が測定対象物を全方向から測定する際に、回転ステージ３０を何度ごと回転させて測定対象物を測定するのかを識別することができる。そして制御部５１は回転ステージ３０に対して制御信号を与え、回転ステージ３０を読み取った回転角度分だけ回転させる（ステップＳ３０４）。
【０１１２】
次に、データ処理装置５０は三次元測定器１０，２０のうちから校正対象となる三次元測定器を選択する（ステップＳ３０６）。例えば、最初は第１の三次元測定器１０が校正対象として選択される。
【０１１３】
データ処理装置５０は、選択した三次元測定器によって高精度校正用対象物９０をスキャンし、高精度校正用対象物９０の表面形状の読み取り動作を行う（ステップＳ３０８）。
【０１１４】
データ処理部５２は三次元測定器から得られる測定データをワールド座標系の三次元座標値に変換して保存する（ステップＳ３１０）。具体的には、データ処理部５２は、校正対象となっている三次元測定器と、回転ステージ３０の現在の回転角度とに基づいて、第２のデータ校正処理（ステップＳ２）で得られたワールド座標系変換と回転変換とを行うパラメータを記憶部５３から読み出し、その読み出した変換パラメータを用いて測定データを変換することで、ワールド座標系での座標値に変換することができる。なお、このときも、三次元測定器が測定動作を行う際に設定された測定倍率に基づいて三次元形状データの拡大又は縮小処理が行われ、測定倍率が変更された状態で測定が行われた場合でも適切な三次元形状データが生成される。
【０１１５】
そして、データ処理装置５０は全ての三次元測定器１０，２０で高精度校正用対象物９０を測定したか否かを判断し（ステップＳ３１２）、全ての三次元測定器１０，２０で測定が終了した場合はステップＳ３１４に進む。一方、第１の三次元測定器１０での測定が終了しただけの段階では、続いて第２の三次元測定器２０での測定を行うべく、ステップＳ３０６に戻り、校正対象として第２の三次元測定器２０を選択して、高精度校正用対象物のスキャン（ステップＳ３０８）と、それによって得られた測定データをワールド座標系の三次元座標値に変換するための処理（ステップＳ３１０）とが行われる。
【０１１６】
したがって、ステップＳ３０６〜Ｓ３１２のループ処理により、回転ステージ３０の回転角がある角度に設定されている状態での高精度校正用対象物９０を各三次元測定器１０，２０で測定することができ、その結果、各三次元測定器１０，２０で測定した三次元座標値（三次元形状データ）を生成することができる。
【０１１７】
ステップＳ３１４においては、データ処理装置５０は全ての角度で高精度校正用対象物９０を測定したか否かの判断が行われ、全ての角度で高精度校正用対象物９０を測定していない場合はステップＳ３０４に戻って、回転ステージ３０を回転駆動し、各三次元測定器１０，２０によってその状態の高精度校正用対象物９０の測定が行われる。したがって、ステップＳ３０４〜Ｓ３１４のループ処理により、高精度校正用対象物９０を所定の回転角度ごとに回転させた状態での測定動作が行われ、各三次元測定器１０，２０で所定の回転角度ごとに測定された三次元形状データが生成される。
【０１１８】
そして、全ての角度での測定が終了すると、高精度校正用対象物９０の全周について測定したことになるため、ステップＳ３１６に進み、回転角度ごとに得られた高精度校正用対象物９０の三次元座標値と、高精度校正用対象物９０の既知データとを比較し、測定によって求められた三次元座標値を既知データに近づけるための変換情報が生成される。
【０１１９】
図２１は、角度ごとに既知データと比較して変換情報を生成する処理（ステップＳ３１６）の詳細を示す図である。データ処理部５２は高精度校正用対象物９０の既知データを記憶部５３から読み出す（ステップＳ３３０）。そしてデータ処理部５２は、ステップＳ２１４で求めた回転ステージ３０上面に関する方程式とステップＳ２１２で求めた回転軸方程式とを用いて、その読み出した既知データをワールド座標系の三次元空間において回転ステージ３０上に位置するように配置し、既知データに基づく三次元座標値を求める（ステップＳ３３２）。そして、各三次元測定器１０，２０について得られた回転角度ごとの三次元座標値と、既知データに基づく三次元座標値とを比較する（ステップＳ３３４）。ここでの比較は各三次元測定器１０，２０について得られた回転角度ごとの三次元座標値における一点の座標値と、それに対応する既知データに基づく三次元座標値における座標値とを比較することにより行われる。
【０１２０】
次に、データ処理部５２は、公知のＩＣＰ（Iterative Closest Points）アルゴリズムに基づく演算を、測定によって求められた三次元座標値の面と既知データに基づく面との距離が次第に小さくなっていくように、所定回数反復して行う（ステップＳ３３６）。ＩＣＰアルゴリズムは反復演算を繰り返すことにより面と面との距離が最小になるような座標変換情報を求めるアルゴリズムであるが、本システムにおいては予め形状及びずれの程度が限定できるので反復回数を固定値としている。また、処理対象とする点数を反復計算回数に応じて変更してもよい。例えば、全部で６０回の反復演算を行う場合、最小の１０回は４点を処理対象とし、次の２０回は１０点を処理対象とし、残りの３０回は全点を処理対象とするようにしてもよい。このような工夫により、本システムでは、効率的な処理が実現されている。
【０１２１】
そしてデータ処理部５２は、ステップＳ３３６の反復演算の結果に基づいて、測定によって求められた面と既知データに基づく面との距離を小さくするような座標変換情報を求める（ステップＳ３３８）。座標変換情報には、回転移動を行うための回転移動行列と、平行移動を行うための平行移動行列とが含まれる。この座標変換情報を求めることにより、測定によって求められた面の座標位置を理論的に正確な既知データに基づく面の位置に近づけることが可能になる。
【０１２２】
そして図２０のフローチャートに戻ってステップＳ３１８に進み、データ処理部５２はステップＳ３１６の処理によって求められた変換情報が所定精度以上の座標変換を行うためのものであるか否かを判断する。具体的には、ステップＳ３１６の処理において反復演算が行われた結果、測定データと既知データとの対応する面どうしの距離が所定の閾値以下となっているか否かを判断することが行われ、例えば一つでも２面間の距離が閾値を超えている場合にはエラー処理が行われる（ステップＳ３２０）。
【０１２３】
エラー処理では、例えばデータ処理装置５０のディスプレイ上にエラー表示を行う等の処理が行われ、それによってユーザは第３のデータ校正処理が正常に終了されなかったことを知ることができる。この場合は、第１のデータ校正処理（ステップＳ１）の手順から再開することになる。
【０１２４】
一方、ステップＳ３１８の判断によって所定精度以上であると判断された場合はステップＳ３２２に進み、データ処理部５２がステップＳ３１６において求められた変換情報と、第２のデータ校正処理（ステップＳ２）で求められた第２の変換パラメータとの合成変換パラメータを求め、その合成変換パラメータを高精度変換パラメータ（第３の変換パラメータ）として決定する。この高精度変換パラメータも各三次元測定器について回転ステージ３０の回転角度ごとに定められる。
【０１２５】
そして、三次元測定器及び回転角度を対応づけて、高精度変換パラメータをデータ処理装置５０の記憶部５３に保存し（ステップＳ３２４）、第３のデータ構成処理を終了する。
【０１２６】
複数の三次元測定器で測定対象物を測定して三次元形状データを生成する場合、複数の三次元測定器で測定対象物を測定して得られた測定データを上述のＩＣＰアルゴリズム等に基づいて合成処理を行うことが一般的であるが、そのような処理形態では測定対象物を測定する度に時間のかかる合成演算処理を行うことが必要になるため、三次元形状データを求めるまでに多大な時間がかかることになる。この実施の形態では、予め高精度校正用対象物９０を測定し、各三次元測定器１０，２０からの測定データを高精度に合成するための高精度変換パラメータを求めておくため、測定対象物を測定する際にはＩＣＰアルゴリズム等による繰り返し演算が必要でなく、高精度変換パラメータを用いて測定データを変換するだけで各三次元測定器１０，２０から得られる測定データの高精度な合成状態が実現されるため、測定後、三次元形状データが生成されるまでの時間を短縮化することができる。
【０１２７】
また、２つの測定形状を位置合わせするＩＣＰアルゴリズムでは、例えば２つの三次元形状データが得られた場合、重なり合っている部分を抽出し、それらのデータの差（点と対応点との距離）を小さくするような演算が行われる。しかし、この実施の形態では、各三次元測定器１０，２０から得られる三次元形状を理想的な既知データと比較し、それぞれの三次元形状を理想的な既知データに近づけるような演算が行われるため、一般的な場合に比べて理想的な状態に近づけるための高精度な変換パラメータを求めることができる。換言すれば、第３のデータ校正処理（ステップＳ３）では、各三次元測定器１０，２０が複数の平面を有する高精度校正用対象物９０を測定し、各三次元測定器１０，２０から得られる測定データが高精度校正用対象物９０の既知データにより近くなるような合成処理を行い、その合成処理の結果に基づいて高精度変換パラメータを求めることが行われるため、測定結果を理論値に近づけるような高精度変換パラメータが予め求められることになる。
【０１２８】
また、各三次元測定器１０，２０からの測定データには測定倍率に関する情報が含まれているため、各三次元測定器１０，２０が異なる測定倍率で高精度校正用対象物９０及び測定対象物を測定したとしても、測定倍率に応じて測定データの倍率を調整することができるので、合成精度が低下することもない。
【０１２９】
さらに、高精度変換パラメータは、第２のデータ校正処理で得られた第２の変換パラメータ（ワールド座標系変換と回転変換との合成）を含むパラメータであるため、高精度変換パラメータが求められれば、第１及び第２の変換パラメータは必要なものでなくなる。
【０１３０】
なお、上記の説明における第３のデータ校正処理（ステップＳ３）は第１及び第２のデータ校正処理（ステップＳ１，Ｓ２）が行われることを前提とした処理内容になっているが、それに限定されるものではない。例えば、各三次元測定器１０，２０の組み付け位置及び姿勢等を測定装置２の既知データから求め、その既知データに基づいて測定データをワールド座標系の三次元座標値に変換し、その後、その三次元座標値を高精度校正用対象物９０の設計値に近づけるための変換パラメータを求めるようにしてもよい。ただし、第１及び第２のデータ校正処理を行わない場合は各三次元測定器１０，２０の組み付け位置や姿勢が設計値から大幅にずれているような場合は、測定データの変換パラメータを正確に求めることができない可能性が高くなるため、上述したように第１及び第２のデータ校正処理（ステップＳ１，Ｓ２）を行った後に、第３のデータ校正処理（ステップＳ３）を行うことが好ましい。
【０１３１】
以上で、三次元形状測定システム１により、測定対象物を測定する前に予め行っておくデータ校正処理（図８のフローチャート）が終了する。そして、図８のフローチャートに示す全ての処理が終了すると、回転ステージ３０を回転させつつ、測定対象物を測定して得られる測定データから三次元形状データを生成するための変換パラメータが導かれ、データ処理装置５０の記憶部５３にその変換パラメータが格納されることになる。
【０１３２】
測定対象物の測定の前に予めこのような変換パラメータを求めておくことにより、三次元形状測定システム１で測定対象物を測定して三次元形状データを生成する際の処理の効率化が図られるとともに、生成される三次元形状データを正確なものにすることができる。
【０１３３】
そして、三次元形状測定システム１の測定装置２においては、測定対象物に影が生じて測定困難な部分が少ないような状態に構成されているので、三次元形状測定システム１で測定対象物を測定して得られる三次元形状データは高精度かつ完全な三次元形状データとなる。
【０１３４】
＜３．測定対象物の測定動作＞
次に、三次元形状測定システム１における測定対象物の測定動作について説明する。なお、この測定動作に先立って上記のデータ校正処理が行われているものとする。
【０１３５】
図２２は三次元形状測定システム１における測定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【０１３６】
まず、ユーザは任意の表面形状を有する測定対象物を回転ステージ３０上に設置する（ステップＳ４００）。続いて、ユーザによって測定動作の指示がなされると、データ処理部５２は回転ステージ３０を回転制御するために予め設定されている回転角度（制御角度）を記憶部５３から読み取る（ステップＳ４０２）。これにより、三次元形状測定システム１が測定対象物を全方向から測定する際に、回転ステージ３０を何度ごと回転させて測定対象物を測定するのかを識別することができる。そして制御部５１は回転ステージ３０に対して制御信号を与え、回転ステージ３０を読み取った回転角度分だけ回転させる（ステップＳ４０４）。
【０１３７】
次に、データ処理装置５０は三次元測定器１０，２０のうちから制御対象となる三次元測定器を選択し、測定動作を行う三次元測定器を特定する（ステップＳ４０６）。例えば、最初は第１の三次元測定器１０が制御対象として選択される。
【０１３８】
データ処理装置５０は、選択した三次元測定器によって測定対象物をスキャンし、測定対象物の表面形状の読み取り動作を行う（ステップＳ４０８）。データ処理部５２は三次元測定器から得られる測定データをワールド座標系の三次元座標値に変換する（ステップＳ４１０）。具体的には、データ処理部５２は、制御対象となっている三次元測定器と、回転ステージ３０の現在の回転角度とに基づいて、第３のデータ校正処理（ステップＳ３）で得られた高精度変換パラメータを記憶部５３から読み出し、その高精度変換パラメータを用いて測定データを変換することで、現在の回転角度に応じたワールド座標系での座標値に変換することができる。
【０１３９】
そして、データ処理部５２は生成した三次元座標値のうちから不要部分を削除する（ステップＳ４１２）。各三次元測定器１０，２０はレーザスリット光の照射される領域に物体があればその物体についての測定データを生成する。このため三次元形状測定システム１に含まれる回転ステージ３０等の三次元形状も測定データに含まれることになる。このようなデータは測定対象物の形状ではないため、三次元座標値のうちから不要部分として削除されることになる。不要部分の特定は、例えば、図１７のフローチャートにおいてステップＳ２１４で求めた回転ステージ３０上面の方程式から特定され、回転ステージ３０の上面よりも下側にある三次元座標値を無効にすることで不要部分の削除が行われる。また、測定装置２の設計値からワールド座標値における回転ステージ３０の上面位置を推定し、その上面位置より下側部分を削除するようにしてもよい。この結果、測定データから求められた三次元座標値には測定対象物に関するデータのみが含まれることになる。
【０１４０】
そして不要部分の削除された三次元座標値は、現在の回転角度での測定対象物のみに関する三次元形状データとなり、その三次元形状データがデータ処理装置５０の記憶部５３に保存される（ステップＳ４１４）。
【０１４１】
データ処理装置５０は回転ステージ３０が現在の回転角度にある状態で全ての三次元測定器で測定対象物を測定したか否かを判断する（ステップＳ４１６）。そして第１の三次元測定器１０での測定が終了した段階では、次に第２の三次元測定器２０での測定動作を行うべく、ステップＳ４０６に戻って第２の三次元測定器２０を制御対象として選択する。第２の三次元測定器２０による測定動作が終了し、三次元座標値から不要部分が削除されて記憶部５３への保存が終了すると、ステップＳ４１６において「ＹＥＳ」と判断される。
【０１４２】
次にデータ処理装置５０は全ての回転角度で測定対象物を測定したか否かを判断する（ステップＳ４１８）。つまり、測定対象物の全周につき三次元形状データが生成されたか否かを判断し、「ＮＯ」であればステップＳ４０４に戻って回転ステージ３０を回転させ、各三次元測定器１０，２０で測定対象物を別の角度から測定して三次元形状データを生成することになる（ステップＳ４０６〜Ｓ４１６）。例えば、回転ステージ３０を駆動制御する際の回転角度が９０°に設定されている場合は、ステップＳ４０４〜Ｓ４１８のループ処理が４回繰り返されることにより、測定対象物のほぼ全周がデータ化されることになる。
【０１４３】
そして全ての回転角度での測定対象物の測定動作が終了すると、データ処理部５２は、各三次元測定器１０，２０から回転角度ごとに得られた三次元座標値（部分的な三次元形状データ）を読み出し、それらを加算することで測定対象物全体に関する三次元形状データを生成し、記憶部５３に保存する（ステップＳ４２０）。この結果、データ処理装置５０の記憶部５３には測定対象物の表面形状に関する三次元形状データが記憶され、必要に応じて他の外部機器に出力される。
【０１４４】
以上で、三次元形状測定システム１における測定対象物の測定動作の処理が終了するが、測定動作において測定データからワールド座標系の三次元座標値に変換する際（ステップＳ４１０）、第３のデータ校正処理（ステップＳ３）で得られた高精度変換パラメータを用いてデータ変換を行うだけで、高精度な三次元座標値が得られる。また、高精度変換パラメータを用いることにより、各三次元測定器１０，２０で測定対象物を測定した後に繰り返し演算等を行って形状の合わせ込み処理を行う必要がなく、高速処理が可能である。
【０１４５】
また、さらに測定動作の高速化を実現しようとする場合には、データ処理装置５０が各三次元測定器１０，２０と回転ステージ３０とを次に示すような形態で動作制御すればよい。
【０１４６】
図２３は、測定動作を高速化するための制御形態を示すタイムチャートである。図２３に示すように、三次元測定器１０，２０では最初に測定対象物を測定する際に、プリ測光を行う。そして、測定準備動作が行われた後、走査開始段階でレーザ光源の点灯が行われるとともに、走査手段の助走動作が開始される。助走動作が完了して、走査範囲内でレーザスリット光の等速運動が可能になると、測定動作が行われる。測定動作の間は安定した走査が実現される。そして測定動作が終了すると、走査手段による走査運動を停止させるための惰走動作が行われる。この段階でレーザ光源は消灯される。そして各三次元測定器１０，２０での演算処理が行われた後、測定データがデータ処理装置５０へと出力されることになる。
【０１４７】
回転ステージ３０を回転させて測定対象物のほぼ全周を測定する場合には、データ処理装置５０は回転ステージ３０の回転ステージ駆動を開始させ、所定時間内に定められた回転角度分だけ回転させるように構成されている。
【０１４８】
そして、第１の三次元測定器１０から測定動作を行う場合は、第１の三次元測定器１０が走査停止段階に入ったときに、第２の三次元測定器２０の走査開始を行うように制御する。このように構成すれば、第１の三次元測定器１０からのデータ出力段階が終了した後に第２の三次元測定器２０が測定準備を開始する場合に比べて、測定動作の効率化を図ることができる。つまり、第１の三次元測定器１０が測定動作（安定走査）の段階を終了した直後に、第２の三次元測定器２０による測定動作（安定走査）を行うことができるように、第１の三次元測定器１０の動作を並列して第２の三次元測定器２０も動作し、第１の三次元測定器１０が動作を行っている間に、第２の三次元測定器２０において測定準備動作（助走段階以前の動作）を完了させておくことで、三次元形状測定システム１での測定動作を高速化することができるのである。
【０１４９】
また、回転ステージ３０を回転させるタイミングは、第２の三次元測定器２０での測定動作が終了した直後であり、第２の三次元測定器２０が惰走段階にある間に回転ステージ３０を駆動開始し、回転ステージ３０の回転動作が終了した直後に第１の三次元測定器１０で次の測定動作（安定走査）を行うことができるように準備しておく。
【０１５０】
このようにデータ処理装置５０が第１の三次元測定器１０と、第２の三次元測定器２０と、回転ステージ３０とを並列的に動作制御することにより、効率的な測定動作が可能になる。
【０１５１】
以上説明したように、この実施の形態に示した三次元形状測定システム１は、測定装置２において２台の三次元測定器１０，２０が設置され、それによって回転ステージ３０上に設置される測定対象物に測定することのできない部分が生じることを低減している。
【０１５２】
また、測定対象物の測定動作を行う前に三次元形状測定システム１におけるデータ校正処理を行うことで、２台の三次元測定器１０，２０で測定する測定データのデータ校正を行い、ワールド座標系での三次元形状データを求めることができるように構成されている。このため、測定対象物を測定する際にはデータ処理に時間を要することなく三次元形状データを求めることが可能となっている。
【０１５３】
そしてデータ校正処理を行う際には、各種の校正用対象物を使用し、校正用対象物の平面を検出するように構成されているので、正確なデータ校正を行うことが可能である。また、データ校正処理において三次元測定器１０，２０で得られる測定データを高精度に合成するための高精度変換パラメータが求められるので、測定対象物を測定した後に時間のかかる合成処理を行う必要がなく、測定対象物を効率的に求めることが可能である。
【０１５４】
したがって、この実施の形態に説明した三次元形状測定システム１を用いて測定対象物を測定することにより、測定対象物の表面形状のほぼ全体を測定することができ、高精度かつ高速に三次元形状データを求めることが可能である。
【０１５５】
＜４．変形例＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
【０１５６】
例えば、上記実施の形態においては、２台の三次元測定器１０，２０を配置する例について説明したが、それに限定されるものではなく、３台以上の複数の三次元測定器を配置するようにしてもよい。三次元測定器の数が増加する程、測定対象物の測定不可能な部分が減少することになり、より好ましい測定結果が得られる。
【０１５７】
また、上記実施の形態においては、同様の構成の三次元測定器を２台配置することについて説明したが、それに限定されるものでもない。例えば、図２４に示すように、一の受光部１０２に対して二の投光部１０３，１０４を配置し、受光部１０２が各投光部１０３，１０４からの照射されたレーザスリット光の反射光を検出するように構成してもよい。このように構成することによって、受光部の数を１つにすることができるので低コストでシステム構築を行うことができる。ただし、この場合であっても、各投光部１０３，１０４と受光部１０２とを結ぶ基線長の方向は異なる方向に設定されることが好ましい。また、この場合の投光部の数も２個に限定されるものではない。図２５は一の受光部１０２に対して複数の投光部１０３〜１０６が配置された例を示しているが、この場合においても各投光部１０３〜１０６と受光部１０２とを結ぶ基線長の方向はそれぞれ異なる方向に設定されることが好ましい。
【０１５８】
また、複数台の三次元測定器ではなく、１台の三次元測定器を用いてもよい。つまり、１台の三次元測定器を第１の位置に設置し、校正用対象物や測定対象物を第１の位置から測定した後に、第２の位置に移動させ、続いて校正用対象物や測定対象物を第２の位置から測定するように構成してもよい。この場合は、三次元測定器を頻繁に移動させるため、第１の位置及び第２の位置への取り付け精度を高くする必要がある。
【０１５９】
なお、上記実施の形態においては、測定装置２に回転ステージ３０が設けられ、測定対象物の全周を測定する例について説明したが、測定対象物の正面側だけを測定すればよいような場合には、回転ステージ３０は必須のものではない。
【０１６０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１または３に記載の発明によれば、測定対象物の測定に先立って、測定空間に設置される校正用対象物を複数の方向から測定し、複数の方向のそれぞれについて得られる校正用対象物に関する測定データをワールド座標系の三次元形状データに変換するための変換パラメータを求めておく。そして測定対象物の測定の時に、複数の方向のそれぞれについて得られる測定対象物に関する測定データを、予め求めた変換パラメータを用いてデータ変換することにより、三次元形状データを生成するように構成されているため、測定対象物の測定開始から三次元形状データが求められるまでの時間を短縮し、効率的に測定動作を行うことが可能になる。
【０１６４】
請求項１または３に記載の発明によれば、データ処理手段が、複数の方向のそれぞれについて得られる校正用対象物に関する測定データを、校正用対象物の既知データと比較し、当該測定データを既知データに近づけるための変換パラメータを予め求めるように構成されているため、測定データを既知データに近づけるような変換パラメータを用いて測定データの変換を行うことで、高精度な合成処理を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における三次元形状測定システムの概略構成を示す斜視図である。
【図２】三次元測定器を示す斜視図である。
【図３】三次元測定器が測定対象物を測定する状態を示す図である。
【図４】三次元測定器が測定対象物を測定する状態を示す図である。
【図５】測定対象物とレーザスリット光との関係を示す図である。
【図６】測定対象物とレーザスリット光との関係を示す図である。
【図７】三次元形状測定システムの内部構成を示すブロック図である。
【図８】データ校正処理のフローチャートである。
【図９】第１のデータ校正処理において使用されるデータ校正用対象物を示す図である。
【図１０】第１のデータ校正処理において使用されるデータ校正用対象物を示す図である。
【図１１】データ校正用対象物を三次元形状測定システムに設置した状態を示す図である。
【図１２】第１のデータ校正処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１３】ステップＳ１０４の詳細な処理を示すフローチャートである。
【図１４】ステップＳ１０８の詳細な処理を示すフローチャートである。
【図１５】第２のデータ校正処理において使用される回転軸校正用対象物を示す図である。
【図１６】第２のデータ校正処理において使用される回転軸校正用対象物を示す図である。
【図１７】第２のデータ校正処理の詳細を示すフローチャートである。
【図１８】第３のデータ校正処理において使用される高精度校正用対象物を示す図である。
【図１９】第３のデータ校正処理において使用される高精度校正用対象物を示す図である。
【図２０】第３のデータ校正処理の詳細を示すフローチャートである。
【図２１】ステップＳ３１６の詳細な処理を示すフローチャートである。
【図２２】三次元形状測定システムにおける測定処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図２３】測定動作を高速化するための制御形態を示すタイムチャートである。
【図２４】投光部及び受光部の構成の変形例を示す図である。
【図２５】投光部及び受光部の構成の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１  三次元形状測定システム
２  測定装置
５  測定対象物
９  記録媒体
１０，２０  三次元測定器
１１，２１  投光部
１２，２２  受光部
３０  回転ステージ
４０  基台
５０  データ処理装置
７０  データ校正用対象物
７１  被測定部
８０  回転軸校正用対象物
９０  高精度校正用対象物
Ｌ１，Ｌ２  レーザスリット光
ＳＣ  走査方向
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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