(57)【要約】【課題】光切断法を用いた三次元形状測定装置において、校正器を容易に設置して、簡単にかつ正確に校正する。【解決手段】三次元形状測定装置は、被測定物に光切断線Ｌを照射するラインレーザ１０２および被測定物に照射された光切断線Ｌを撮像するカメラ１０４からなる光切断センサ１００と、光切断法を用いて被測定物の三次元形状を検出するパソコン２００とを備える。光切断線Ｌの照射範囲に設置された校正器４００は、実空間での座標値が既知であって且つ光切断線Ｌに対する反射状態が異なる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状を備える。校正方法は、光切断法を用いて算出した校正器４００の三次元形状Ａと光切断線Ｌに対して射影変換を用いて算出した校正器４００の三次元形状Ｂとが一致するように、計測パラメータを変更するステップを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に光切断線を照射する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部とを備えた三次元形状測定装置に用いられる校正方法であって、
実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状の校正器を用意しておき、
前記校正器に対して照射部から光切断線を照射し、
前記光切断線が照射された校正器を撮像手段で撮像し、
撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状Ａを測定し、
撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して射影変換を用いることで、被測定物の三次元形状Ｂを測定し、
前記三次元形状Ａと三次元形状Ｂとが一致するように、検出部内に設けられた計測パラメータを校正する
ことを特徴とする三次元形状測定装置の校正方法。
【請求項２】
前記校正器の特徴部位は、光切断線に対する反射状態が異なる表面状態、形状、模様、色彩またはこれらの組合せで構成され、
前記特徴部位に照射された光切断線を撮像手段で撮像した際に、当該光切断線が破断状乃至は長手方向に異なる輝度となってい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の校正方法。
【請求項３】
前記校正器の特徴部位は、校正器の表面において一価関数で表現された曲線乃至は直線で囲まれて構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の三次元形状測定装置の校正方法。
【請求項４】
前記校正器は、その表面に鋸歯形状の模様を備えた少なくとも２つの矩形パネルを含む立体で構成されていることを特徴とする請求項３に記載の三次元形状測定装置の校正方法。
【請求項５】
前記検出部内に、撮像手段の回転角を変更するパラメータ、撮像手段の焦点距離を変更するパラメータ、照射部と撮像手段との基線長を変更するパラメータ、照射部と撮像手段とのなす角を変更するパラメータの少なくとも一つ以上を計測パラメータとして設定し、
前記三次元形状Ａと三次元形状Ｂとが一致するように、前記計測パラメータを変更することで校正を実施することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の三次元形状測定装置の校正方法。
【請求項６】
被測定物に光切断線を照射する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部とを備えた三次元形状測定装置を校正する際に用いられる校正器であって、
前記校正器は、実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状を有していることを特徴とする校正器。
【請求項７】
前記特徴部位は、光切断線に対する反射状態が異なる表面状態、形状、模様、色彩またはこれらの組合せで構成され、
前記特徴部位に照射された光切断線を撮像手段で撮像した際に、当該光切断線が破断状乃至は長手方向に異なる輝度となっていることを特徴とする請求項６に記載の校正器。
【請求項８】
前記特徴部位は、校正器の表面において一価関数で表現された曲線乃至は直線で囲まれて構成されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の校正器。
【請求項９】
表面に鋸歯形状の模様を備えた少なくとも２つの矩形パネルを含む立体で構成されていることを特徴とする請求項８に記載の校正器。
【請求項１０】
被測定物に光切断線を照射する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部とを備えた三次元形状測定装置の前記検出部を動作させるコンピュータプログラムであって、
実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状の校正器に対して照射部から光切断線を照射し、前記光切断線が照射された校正器を撮像手段で撮像するステップと、
撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状Ａを測定するステップと、
撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して射影変換を用いることで、被測定物の三次元形状Ｂを測定するステップと、
前記三次元形状Ａと三次元形状Ｂとが一致するように、検出部内に設けられた計測パラメータを校正するステップと
を実行することを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１１】
被測定物に光切断線を照射する照射部と、
前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部と、
実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状の校正器に対して照射部から光切断線を照射し、前記光切断線が照射された校正器を撮像手段で撮像し、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状Ａを測定し、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して射影変換を用いることで、被測定物の三次元形状Ｂを測定し、前記三次元形状Ａと三次元形状Ｂとが一致するように、検出部内に設けられた計測パラメータを校正する校正部と、
を有することを特徴とする三次元形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オンラインにて被測定物を非接触で精密測定する三次元形状測定技術に関し、特に、被測定物が大型であり、それに伴って校正器が大きくて正確な位置決めが困難な場合であっても三次元形状測定装置を正確に校正する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型構造物の形状計測において、レーザ光源から直線レーザ光（光切断線Ｌ）を照射して、所定の位置に設けられたＣＣＤカメラなどの撮像手段で反射光を撮像して、撮像された画像内の光切断線Ｌの位置（座標値）及びＣＣＤカメラ等のアラインメント情報から、被計測物の寸法や三次元形状を計算により求める光切断法が提案されている。この方法によれば、被測定物の三次元形状や寸法を、非接触で安全かつ容易に測定することができる。
【０００３】
この光切断方法を工場などの製造現場で使用すると、製造現場における振動等によりレーザ光源とＣＣＤカメラとの位置関係（距離、角度）が経時変化でずれたり、温度変化で測定結果に誤差を含むようになったりすることがある。このような場合、測定の精度や信頼性が十分でなくなる。このような問題を解決するためには、三次元形状測定装置の校正（キャリブレーション）が必要となる。
【０００４】
特開平１０−１２２８３７号公報（特許文献１）は、形鋼のオンライン測定装置の校正方法を開示する。この校正方法は、被測定物である形鋼の測定面に対し所定の角度でファンビーム状の光線を照射して得られる輝線を正反射方向から観測し、測定面の形状寸法を製造ライン上にて非接触で精密測定する形鋼のオンライン測定装置を校正する校正方法において、被測定物と同材質で断面の形状寸法が大略同じであり、かつ各部の正確な形状寸法が別の手段により測定されて既知である校正治具を校正治具搭載用架台に搭載することにより空間上の所定位置に配置し、この状態で校正治具の形状寸法を測定し、前記校正治具の形状寸法の既知の値と測定結果とを基準にして測定装置を校正し、被測定物である形鋼の形状寸法をより精度よく測定可能にすることを特徴とする。
【０００５】
また、特許第２６２３３６７号公報（特許文献２）は、三次元形状測定装置の校正方法を開示する。この校正方法は、被測定物にスリット光を照射し、被測定物の表面に生ずる光切断線Ｌの形状をスリット光の光源に対して一定の位置に配置されたカメラで撮像して被測定物の三次元形状を測定する三次元形状測定装置において、スリット光が照射される平面状空間における実座標上の位置が既知である校正点を複数個備えた校正器を用い、これをカメラで撮像して各校正点の撮像画面における画面内座標を検出する手順を、校正器を上記平面状空間内で移動させながら繰り返し行い、検出された実座標と画面内座標との対応関係のデータから、面面内座標を実座標に換算する変換テーブルを作成して測定に供することを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１２２８３７号公報
【特許文献２】特許第２６２３３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された校正方法は、被測定物と同じ材質であって寸法が既知である校正治具（校正器、校正用ターゲット）を、校正治具搭載用架台に搭載して実空間上の所定位置に配置しなければならない。このような架台があるとしても校正治具を空間上の所定位置に配置することが困難を極める。被測定物が大型の場合、校正用ターゲットも大型化するので特に困難である。
【０００８】
そもそも、工場等の現場において、オペレータや作業員に対して「校正器などの治具を正確な位置に確実に据え付ける」ことを強いるのは、困難なことが多いのが実情である。
さらに、特許文献２に開示された校正方法は、スリット光が照査される平面状空間内で校正器を移動させながら、繰り返しカメラで撮像する必要がある。この校正方法では、短時間に正確に校正することができない。
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、光切断法を用いた三次元形状測定装置において、校正器を容易に設置して、簡単にかつ正確に校正することのできる、三次元形状測定装置に用いられる校正方法、校正器およびプログラムならびに三次元形状測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係る三次元形状測定装置に用いられる校正方法は、以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のある態様に係る校正方法は、被測定物に光切断線を照射する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部とを備えた三次元形状測定装置に用いられる校正方法であって、実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状の校正器を用意しておき、前記校正器に対して照射部から光切断線を照射し、前記光切断線が照射された校正器を撮像手段で撮像し、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状Ａを測定し、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して射影変換を用いることで、被測定物の三次元形状Ｂを測定し、前記三次元形状Ａと三次元形状Ｂとが一致するように、検出部内に設けられた計測パラメータを校正することを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記校正器の特徴部位は、光切断線に対する反射状態が異なる表面状態、形状、模様、色彩またはこれらの組合せで構成され、前記特徴部位に照射された光切断線を撮像手段で撮像した際に、当該光切断線が破断状乃至は長手方向に異なる輝度となっているとよい。
好ましくは、前記校正器の特徴部位は、校正器の表面において一価関数で表現された曲線乃至は直線で囲まれて構成されているとよい。
【００１２】
好ましくは、前記校正器は、その表面に鋸歯形状の模様を備えた少なくとも２つの矩形パネルを含む立体で構成されているとよい。
好ましくは、前記検出部内に、撮像手段の回転角を変更するパラメータ、撮像手段の焦点距離を変更するパラメータ、照射部と撮像手段との基線長を変更するパラメータ、照射部と撮像手段とのなす角を変更するパラメータの少なくとも一つ以上を計測パラメータとして設定し、前記三次元形状Ａと三次元形状Ｂとが一致するように、前記計測パラメータを変更することで校正を実施するとよい。
【００１３】
また、本発明のある態様に係る校正器は、被測定物に光切断線を照射する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部とを備えた三次元形状測定装置を校正する際に用いられる校正器であって、前記校正器は、実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状を有していることを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、前記特徴部位は、光切断線に対する反射状態が異なる表面状態、形状、模様、色彩またはこれらの組合せで構成され、前記特徴部位に照射された光切断線を撮像手段で撮像した際に、当該光切断線が破断状乃至は長手方向に異なる輝度となっているとよい。
好ましくは、前記特徴部位は、校正器の表面において一価関数で表現された曲線乃至は直線で囲まれて構成されているとよい。
【００１５】
好ましくは、表面に鋸歯状態の模様を備えた少なくとも２つの矩形パネルを含む立体で構成されているとよい。
また、本発明のある態様に係るコンピュータプログラムは、被測定物に光切断線を照射
する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部とを備えた三次元形状測定装置の前記検出部を動作させるコンピュータプログラムであって、実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状の校正器に対して照射部から光切断線を照射し、前記光切断線が照射された校正器を撮像手段で撮像するステップと、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状Ａを測定するステップと、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して射影変換を用いることで、被測定物の三次元形状Ｂを測定するステップと、前記三次元形状Ａと三次元形状Ｂとが一致するように、検出部内に設けられた計測パラメータを校正するステップとを実行することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のある態様に係る三次元形状測定装置は、被測定物に光切断線を照射する照射部と、前記被測定物に照射された光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された光切断線を含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部と、実空間での座標値が既知であって且つ前記光切断線に対する反射状態が異なることにより前記撮像手段により識別できる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状の校正器に対して照射部から光切断線を照射し、前記光切断線が照射された校正器を撮像手段で撮像し、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状Ａを測定し、撮像された画像に映り込んだ光切断線に対して射影変換を用いることで、被測定物の三次元形状Ｂを測定し、前記三次元形状Ａと三次元形状Ｂとが一致するように、検出部内に設けられた計測パラメータを校正する校正部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る三次元形状測定装置に用いられる校正方法、校正器およびプログラムならびに三次元形状測定装置を用いることにより、光切断法を用いた三次元形状測定装置において、校正器を容易に設置して、簡単にかつ正確に校正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る校正方法を説明するための図（その１）である。
【図２】本発明の実施形態に係る校正方法を説明するための図（その２）である。
【図３】本発明の実施形態に係る校正方法を説明するための図（その３）である。
【図４】本発明の実施形態に係る校正器を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る校正方法のステップ１を説明するための図である。
【図６】本発明の実施形態に係る校正方法のステップ２を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態に係る校正方法のステップ３を説明するための図である。
【図８】本発明の実施形態に係る校正方法のステップ４を説明するための図である。
【図９】本発明の実施形態に係る校正方法のステップ５を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る校正方法のステップ６を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る校正器の他のパネル例を示す図である。
【図１２】（ａ）は本発明の実施形態に係る校正方法のフローチャートを示したものであって、（ｂ）は従来の校正方法のフローチャートを示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る三次元形状測定装置に用いられる校正方法、校正器およびプログラムならびに三次元形状測定装置を、図面に基づき詳しく説明する。なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
［三次元形状測定装置］
本発明の実施形態に係る三次元形状測定装置の校正方法を説明するにあたり、従来の校正方法の概要も併せて説明する。図１、図２、図１２（ｂ）に従来の校正方法の概要を示す。図３、図１２（ａ）に本発明の実施形態に係る校正方法の概要を示す。
【００２０】
図１〜図３に示すように、三次元形状測定装置は、被測定物の一例である鋳鍛鋼製品に光切断線Ｌを照射する照射部（ラインレーザ１０２）と、被測定物に照射された光切断線Ｌを撮像する撮像手段（エリア画像を撮像するカメラ１０４）からなる光切断センサ１００と、撮像手段により撮像された光切断線Ｌを含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部（パソコン２００）とを備える。
【００２１】
この三次元形状測定装置を用いて、被測定物の三次元形状を計測する場合は、まず、被測定物に対してラインレーザ１０２から光切断線Ｌを照射し、光切断線Ｌが照射された被測定物をカメラ１０４で撮像し、パソコン２００において、撮像された画像に映り込んだ光切断線Ｌに対して光切断法を用いることで被測定物の三次元形状を算出する。この三次元形状測定装置を用いることで、被測定物の三次元形状（ｘ，ｙ，ｚ座標値）を遠隔から非接触にて計測することができるようになる。
【００２２】
さて、三次元形状測定装置において、何らかの原因でラインレーザ１０２とカメラ１０４との位置関係（距離、角度）などが初期設定値とずれた場合、すなわち装置アラインメントが狂った場合、測定の精度や信頼性が不十分なものとなる。このような問題を解決するために、三次元形状測定装置の校正を行う。
図１、図１２（ｂ）には、従来の校正方法が示されている。従来の校正方法では、まず、実空間での座標値が既知である校正器（ターゲット）３００を所定の位置および姿勢で正確に設置する。
【００２３】
その後、ラインレーザ１０２から光切断線Ｌを、校正器３００の表面に予め記された基準線や校正器３００の縁端部に正確に一致するように照射する。その上で、カメラ１０４でこの校正器３００を撮像し光切断線Ｌを含む画像を取得する。撮像された画像に映り込んだ光切断線Ｌは、パソコン２００において光切断法を適用され、校正器３００の表面に記された基準線や校正器３００の縁端部の三次元形状Ａが算出される。算出された結果は、図１のパソコン画面上に点線で示されている。
【００２４】
一方、所定の位置および姿勢で正確に設置された校正器３００に関しては、その表面に予め記された基準線や縁端部の三次元形状Ａ’（実空間座標における基準線や縁端部の座標値）は予め判っている。その結果は、図１のパソコン２００の画面上に三次元形状Ａ’として実線で示されている。
三次元形状測定装置の装置アラインメントが狂っていない場合、点線で示される三次元形状Ａのラインと、実線で示される三次元形状Ａ’のラインとは一致するが、三次元形状測定装置の装置アラインメントが狂うと（校正が必要であると）、パソコン２００の画面上に示される点線と実線とは、不一致となる。
【００２５】
そこで、パソコン２００の画面上の点線が実線に重なるように、パソコン２００（検出部）内に設けられたプログラム中の計測パラメータを変更することにより三次元形状測定装置を校正する。プログラム中の計測パラメータの詳細については、後述する。
なお、上記した従来法における校正器３００は、単なる立体形状であって、光切断線Ｌに対する反射状態（反射率、表面状態等）が異なる特徴部位を表面に備えるものではない。従来法における校正器３００の表面は、ほぼ均一な性状を備えるものとなっている。
【００２６】
次に、図２に示すように、このような従来の校正方法において、校正器３００の位置および／または姿勢が正しくなく設置された場合を考える。
この場合には、校正器３００が正しい位置および／または姿勢で設置されていないために、校正器３００の表面に予め記された基準線や縁端部の三次元形状Ａ’（実空間座標における基準線や縁端部の座標値）が不明となる。それ故、パソコン２００の画面上の点線が実線に重なるように、パソコン２００（検出部）内に設けられたプログラム中の計測パラメータを変更するといった校正が、意味のないものとなる。
【００２７】
つまり、校正器３００を正しい位置および／または姿勢で設置するといった前提を厳守できない状況下では、従来の校正方法は適用できないことになる。
そこで、図３、図１２（ａ）に示すように、本実施形態に係る三次元形状測定装置の校正方法においては、校正器３００とは異なる校正器４００を用いて三次元形状測定装置を校正する。
【００２８】
この校正器４００は、実空間での座標値が既知であって且つ光切断線Ｌに対する反射状態（反射率、表面状態等）が異なる特徴部位を表面に複数個備えた立体形状を備える。この校正器４００に対してラインレーザ１０２から光切断線Ｌを照射し、光切断線Ｌが照射された校正器４００をカメラ１０４で撮像し、撮像された画像に映り込んだ光切断線Ｌに対して光切断法を用いることで校正器４００の三次元形状Ａを測定する。
【００２９】
その一方で、撮像された画像に映り込んだ光切断線Ｌに対して射影変換を用いることで、校正器４００の三次元形状Ｂを測定する。そして、三次元形状Ａと三次元形状Ｂとが一致するように、パソコン２００内に設けられた計測パラメータを校正する。
このように、校正器４００に表面に光切断線Ｌの反射状態（反射率、表面状態等）が異なる特徴部位を設けて、この校正器４００の真の形状を射影変換で算出して、この真の形状と光切断法による計測結果（点線）とが一致するように、計測パラメータを変更することにより三次元形状測定装置を校正する。
【００３０】
以上のように、本実施形態に係る校正方法においては、射影変換を実現可能とする特徴的な模様を備えた校正器４００に照射した光切断線Ｌの反射光を撮像して、その撮像データを射影変換して、校正器４００の真の形状を求め、この真の形状と光切断法による計測結果とが一致するように計測パラメータを変更している。このため、校正器４００の設置した位置および／または姿勢が正しくなくても、正確にかつ容易に三次元形状測定装置を校正することができる。
【００３１】
以下において、校正器４００の詳細および詳細な校正方法について説明する。
［校正器］
図４を参照して、校正器４００について説明する。図４に示すように、この校正器４００は、階段状の立体形状を備える。光切断線Ｌが照射される少なくとも２面の矩形パネルには特徴部位（模様、マーク）が設けられている。このマークは、２種類から構成される。
【００３２】
すなわち、この校正器４００は、特徴部位（鋸歯形状の模様）を備えた少なくとも２つの矩形パネルを含む立体（階段形状立体）で構成されている。図４に示す如く、本実施形態の校正器４００は、３つの段を有する階段体であり、各段が互いに直交する２つの矩形パネルで構成されている。この矩形パネルの表面に特徴部位が設けられている。
矩形パネルの横方向をｕ’座標、矩形パネルの縦方向をｖ’座標とする矩形パネルの２次元座標系を考えた場合、特徴部位は、２次元座標系（ｕ’ｖ’座標系）のいずれかの座標軸に平行な直線（マーク１）と、２次元座標系における一方の座標値に対して一意に他方の座標値が特定できる一価関数で構成される線（マーク２）とを有している。マーク２は直線でも曲線でも構わない。マーク１とマーク２は繋がるようになっている。
【００３３】
本実施形態の校正器４００の特徴部位は、上記のマーク１およびマーク２だけに限定されるものではなく、マーク１、マーク２に囲まれた領域（鋸歯形状の模様領域）とされている。この領域は、光切断線Ｌに対する反射率が無い又は低いものとされている。例えば、ラインレーザ１０２から照射される光切断線Ｌが赤外線の場合、赤外線を吸収するような塗料を塗布し、特徴部位を形成するとよい。なお、この領域は光切断線Ｌに対する反射状態が異なるもの（反射率が異なる場合を含み、反射率が同じでも表面凹凸等による反射状態が異なる場合を含む）であって、カメラ１０４で領域を識別できるものであればよい。
【００３４】
以下、校正器４００について、さらに詳しく説明する。
図４において、矩形パネルの表面に設けられるマーク１は、たとえば、矩形パネルの上下端（ｕ’座標）に平行な直線であって、最低１本以上で、矩形パネル上下端との位置関係が既知である。なお、ここでは、矩形パネルの上下端もマーク１としている。次に、マーク２は、マーク１で区切られた区画領域の対角を結ぶ線であって、区画領域１つにつき１本が設けられる。なお、マーク２は、曲線でもよく、曲線である場合には、矩形パネル内の位置を矩形パネル左上頂点を原点としたｕ’ｖ’座標系で考えた場合に必ずｕ’座標値とｖ’座標値とが１：１対応になる一価関数であることが必要である。
【００３５】
このようなマーク１およびマーク２が形成された矩形パネルを少なくとも２面備えた校
正器４００は、校正器４００における矩形パネルの位置は既知である。このため、以下に示す構成方法を用いて矩形パネルのｕ’ｖ’座標系から実空間上の３次元座標系に射影変換して、校正器４００の真の形状（光切断線Ｌが当たっている部分の形状）を求めることができる。そのため、校正のための所定の位置および姿勢で校正器４００が設置されていなくても、校正器４００の真の形状を求めることができる。
【００３６】
なお、校正器４００の特徴部位は、上記のマーク１およびマーク２に限定されるものはなく、光切断線Ｌに対する反射状態が異なれば構わない。たとえば、光切断線Ｌに対する反射状態が異なるように校正器４００の表面状態が構成されており、形状（凹凸、くぼみ）、模様、色彩またはこれらの組合せで構成されていればよい。すなわち、この特徴部位に光切断線が照射されると、特徴部位の反射状態が異なるためにカメラ１０４により境界線を撮像でき、複数の特徴部位を識別できることになる。この場合において、特徴部位に照射された光切断線Ｌを撮像手段で撮像した際に、当該光切断線Ｌが破断状乃至は長手方向に異なる輝度となるように校正器４００の特徴部位が形成されていればよい。
【００３７】
［校正方法］
図５〜図１０を参照しつつ、以上のような構成を備えた三次元形状測定装置および校正器４００を用いた三元形状測定装置の校正方法について説明する。
この校正方法は、大略的には、以下の６つのステップで校正される。なお、これらのステップは、三次元形状測定装置を構成するパソコン２００で実行されるプログラムにより実現される。このプログラムは、カメラ１０４により撮像された光切断線Ｌを含む画像から光切断法を基にして被測定物の三次元形状を検出する検出部をソフトウエア的に構成するものであると共に、このプログラム中に存在する計測パラメータを校正する校正部をソフトウエア的に構成するものである。
【００３８】
本実施形態の校正方法の各ステップは、次の通りである。
・ステップ１およびステップ２：光切断線Ｌを含む画像において、矩形パネルの端点（c0,c1,c2,…）を含む特徴部位の複数の特徴点（mi1、mi2、mi3、…）の画像座標値を求める。この処理は各パネルについて行われる。
・ステップ３：画像座標における特徴点（mi1、mi2、mi3、…）の間の距離を算出して、画像座標における距離の比から、実空間座標における特徴点（Mi1、Mi2、Mi3、…）の間の距離の比を算出する。
【００３９】
・ステップ４：実空間座標における距離の比に基づいて、実空間座標における特徴点（Mi2,Mi4）の座標値を算出する。
・ステップ５：実空間座標における１のパネル上の特徴点の座標値に基づいて、実空間座標における１のパネルの端点（レーザの頂点のパネル状の座標Ci＝Mi1等）を算出する。
【００４０】
・ステップ６：少なくとも２つの矩形パネルにおける実空間座標における端点（レーザの頂点のパネル状の座標Ci＝Mi1等）を算出して、校正器４００の３次元形状Ｂを算出する。そして、光切断法による計測結果（３次元形状Ａ）が、実空間座標における校正器４００の３次元形状Ｂに一致するように、計測パラメータを変更することにより三次元形状測定装置を校正する。
【００４１】
以上のステップは、画像の射影変換の技術を利用したものである。
以下、これらのステップについてさらに詳しく説明する。
図５に示すように、ステップ１においては、被測定対象である校正器４００にラインレーザ１０２からレーザ光（光切断線Ｌ）を照射して、カメラ１０４で校正器４００に照射されたレーザ光を撮像して、校正器４００を形成する矩形パネルの頂点を検出する。ここでは、校正器４００の矩形パネルの、実空間上の頂点をC0、C1、・・・、C4とし、カメラ１０４で撮像した画像上の頂点をc0、c1、・・・、c4としている。実空間上において、パネル１上のC0、C1が、パネル２上のC1、C2が、パネル３上のC2、C3が、パネル４上のC3、C4が、画像上の頂点として検出される。
【００４２】
図６に示すように、ステップ２においては、カメラ１０４で撮像した画像内において、レーザ光と各パネル内の全てのマーク１およびマーク２との交点を特徴点として検出する
。パネルiで検出した「画像上の特徴点」を、m1、m2、m3、m4、m5、・・・、実空間上の特徴点をMi1、Mi2、Mi3、Mi4、Mi5、・・・とする。なお、パネル上のレーザ頂点C0、C1、C2、・・・も特徴点としてカウントする。すなわち、パネル１上の全特徴点数が５つとしたら、実空間上でC0=M11、C1=M15=M21、画像上でc0=m11、c1=m15=m21、・・・となる。ここで、留意すべきは、カメラ１０４で撮像した画像上では、撮像手段（カメラ１０４）の位置によって画像上の特徴点間の距離が変わる点である。
【００４３】
図７に示すように、ステップ３においては、パネルiで検出した「画像上の特徴点」（mi1、mi2、mi3、mi4、mi5、・・・）間の距離の比から、パネルiの「実空間上の特徴点」（Mi1、Mi2、Mi3、Mi4、Mi5、・・・）間の距離の比を求める。画像上の特徴点の位置関係から、実空間上の特徴点の位置関係を求めるには、射影変換前後で複比が一定であることを用いることにより、図６に示す式により実空間上の特徴点間の距離の比が求められる。これにより、パネルiの実空間上の特徴点の位置関係が算出できる。
【００４４】
図８に示すように、ステップ４においては、ステップ３で求めたパネルiの「実空間上の特徴点」間の距離の比から、パネルi上のMi2、Mi4（マーク２（一価関数）上の特徴点）の座標値を導出する。なお、この図７においては、Mijのパネル状の座標（ｕ’、ｖ’）を（Mij(u’)、Mij(v’)）と記載している。ここで、レーザ光は直線であるから、Mi2とMi4とを結ぶ直線がそのままパネルi上のレーザの軌跡になる。Mi1、Mi2、Mi3、Mi4、Mi5、・・・のパネル上の座標を導出する。これから、レーザの頂点のパネル上の座標Ci（=Mi1）、Ci+1（＝Mi5）が求まる。
【００４５】
図９に示すように、ステップ５においては、各パネルの特徴点の座標をターゲット上の座標に投影、レーザ線の頂点の座標を得る。この結果、ターゲットである校正器４００上のレーザ線の３次元形状Ｂ（＝「真の形状」）を獲得できる。
図１０に示すように、ステップ６においては、ステップ５で獲得した校正器４００の３次元形状Ｂと、光切断法による計測結果である３次元形状Ａが一致するように、計測パラメータを調整（必要があれば変更）する。具体的には、パソコン２００の画面上に表示された３次元形状Ａが３次元形状Ｂに重なるように、パソコン２００内に設けられたプログラム中の計測パラメータを変更する。
【００４６】
この校正においては、カメラ１０４の回転角αを変更するパラメータ、カメラ１０４の焦点距離Ｆを変更するパラメータ、ラインレーザ１０２とカメラ１０４との基線長Ｌを変更するパラメータ、ラインレーザ１０２とカメラ１０４とのなす角θを変更するパラメータの少なくとも一つ以上を計測パラメータとして設定し、これら計測パラメータを人為的に操作したり、一定のピッチで変更してゆくとよい。
【００４７】
［実施形態における効果］
以上のようにして、本実施形態に係る三次元形状測定装置に用いられる校正方法、校正器およびプログラムならびに三次元形状測定装置によると、以下の効果が発現する。
（Ａ）校正器４００をラインレーザ１０２の照射範囲内に載置すればよく、その位置および姿勢が厳密に所定の位置および姿勢になるように載置する必要がない。このため、被測定物が大型の計測対象物の場合には、校正器も大型化してしまい位置および姿勢が所定の状態になるように載置するのが極めて困難になるが、このような形鋼の形状を計測する場合であっても、校正器を容易に載置して、正確に校正することができる。
【００４８】
（Ｂ）校正器４００に対して照射された光切断線Ｌを用いて、光切断法により校正器４００の三次元形状Ａと、射影変換により校正器４００の真の三次元形状Ｂとを算出することができる。すなわち、光切断線Ｌを一度の取り込むことだけで、三次元形状Ａと三次元形状Ｂとを算出することができる。この三次元形状Ａと三次元形状Ｂとが一致するように校正することにより、三次元形状測定装置を正確にかつ容易に校正することができる。
【００４９】
（Ｃ）このように校正された三次元形状測定装置により、誤差を含まない正確な三次元形状を測定することができる。
［校正器における他のマーク］
校正器における他のマークを図１１に示す。マーク１とマーク２とは必ずしも接続（接触）されている必要はなく、図４のマークの中央部分のみ切り抜いた図１１の形状であっ
ても構わない。この他にもマークの形状は限定されるものではなく、校正器４００のマークは、校正器４００の表面において一価関数で表現された曲線乃至は直線（図１１のような線分を含む）であればよい。
【００５０】
ところで、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。また、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、たとえば、運転条件、操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な事項を採用している。
【符号の説明】
【００５１】
１００  光切断センサ
１０２  ラインレーザ
１０４  カメラ
２００  パーソナルコンピュータ（パソコン）
３００  校正器（従来）
４００  校正器（本発明）
【図１１】
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【図１２】
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【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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