(57)【要約】【課題】測定対象の３次元形状を示す点群データの抽出領域を任意の形状で設定する。【解決手段】形状測定装置は、測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、撮像部によって撮像される撮像画像が、測定対象にパターンが投影された画像として撮像されるように、撮像部が撮像している方向と異なる方向から、パターンを測定対象に投影する投影部と、撮像部が生成した撮像画像内の領域の中から抽出領域を設定する際に、抽出領域を設定するための情報に基づいて、複数の設定可能な形状のいずれかから抽出領域を設定する抽出領域設定部と、撮像部が生成した撮像画像内の抽出領域の撮像画像に基づいて、測定対象の三次元形状を示す点群データを生成する生成部とを備える。【選択図】図３
2013234854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、
前記撮像部によって撮像される撮像画像が、前記測定対象にパターンが投影された画像として撮像されるように、前記撮像部が撮像している方向と異なる方向から、前記パターンを前記測定対象に投影する投影部と、
前記撮像部が生成した前記撮像画像内の領域の中から抽出領域を設定する際に、前記抽出領域を設定するための情報に基づいて、複数の設定可能な形状のいずれかから前記抽出領域を設定する抽出領域設定部と、
前記撮像部が生成した前記撮像画像内の前記抽出領域の前記撮像画像に基づいて、前記測定対象の三次元形状を示す点群データを生成する生成部と
を備える形状測定装置。
【請求項２】
前記抽出領域設定部は、前記抽出領域を設定する際に、３またはそれ以上の線分によって設定可能な形状の何れかにより前記抽出領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記抽出領域の輪郭を示す複数種類の形状データが記憶されている記憶部を備え、
前記抽出領域設定部は、前記記憶部に記憶されている複数の前記形状データのうちから、入力される前記抽出領域を設定するための情報に基づいて選択された前記形状データにより前記抽出領域を選択する
請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記抽出領域を設定するための情報には、前記抽出領域の境界を設定する抽出形状要素と、前記抽出領域の境界を規定するパラメータの値とが含まれ、
前記記憶部には、前記抽出形状要素と前記パラメータの種類とが関連付けられて前記形状データとして記憶されており、
前記抽出領域設定部は、
前記抽出領域を設定するための情報に該当する前記抽出形状要素に関連付けて記憶されている前記パラメータを前記記憶部から読み出し、読み出した当該抽出形状要素と、前記入力される前記抽出領域を設定するための情報に含まれる前記パラメータの値とに基づいて、前記抽出領域の形状を選択する
請求項３に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記抽出形状要素には、３以上の頂点を有する多角形の頂点数を示す情報が含まれ、
前記パラメータの値には、前記頂点の座標値が含まれ、
前記抽出領域設定部は、
前記入力される前記抽出領域を設定するための情報に該当する前記多角形を示す情報と一致する前記多角形を示す情報に関連付けて記憶されている前記多角形の形状を、前記多角形の頂点の座標に関する情報に基づいて前記記憶部から読み出し、読み出した当該多角形の形状を頂点の座標によって規定することを示す情報と、入力される前記頂点の座標値とに基づいて、前記抽出領域の形状を選択する
請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記入力される前記抽出領域を設定するための情報には、前記抽出領域を設定するための多角形状の頂点に関する情報が含まれ、
前記抽出領域設定部は、前記多角形状の頂点に関する情報を基に、前記抽出領域の境界位置を設定することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記入力される前記抽出領域を設定するための情報には、前記抽出領域を設定するための円の中心の位置と半径に関する情報が含まれ、
前記抽出領域設定部は、前記円の中心の位置と半径とに関する情報を基に、前記抽出領域の境界位置を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記抽出領域設定部は、
さらに入力される前記測定対象の設計情報に基づいて、前記抽出領域の形状を設定する
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項９】
前記抽出領域設定部は、前記生成部が生成した前記点群データに基づいて前記抽出領域を示す情報を設定する
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１０】
前記撮像部が生成した前記撮像画像に基づいて前記抽出領域を示す情報を設定する第２抽出領域設定部
を備え、
前記抽出領域設定部は、
前記第２抽出領域設定部から入力される前記抽出領域を示す情報に基づいて、前記抽出領域の形状を選択する
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１１】
前記抽出領域設定部は、前記撮像画像から非抽出領域を選択させることで、前記抽出領域を設定することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項１２】
構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する設計装置と、
前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
作成された前記構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の形状測定装置と、
前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較する検査装置と
を含む構造物製造システム。
【請求項１３】
測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像手順と、
前記撮像手順において撮像される撮像画像が、前記測定対象にパターンが投影された画像として撮像されるように、前記撮像手順において撮像される方向と異なる方向から、前記パターンを前記測定対象に投影する投影手順と、
前記撮像手順において生成された前記撮像画像内の領域の中から抽出領域を設定する際に、前記抽出領域を設定するための情報に基づいて、複数の設定可能な形状のいずれかから前記抽出領域を設定する抽出領域設定手順と、
前記撮像手順において生成された前記撮像画像内の前記抽出領域の前記撮像画像に基づいて、前記測定対象の三次元形状を示す点群データを生成する生成手順と
を有する形状測定方法。
【請求項１４】
前記抽出領域設定手順は、前記抽出領域を設定する際に、３またはそれ以上の線分によって設定可能な形状の何れかにより前記抽出領域を設定することを特徴とする請求項１３に記載の形状測定方法。
【請求項１５】
構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する工程と、
前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製する工程と、
作成された前記構造物の形状を、請求項１３または請求項１４に記載の形状測定方法を用いて生成した撮像画像に基づいて測定する工程と、
前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較する工程と
を含む構造物製造方法。
【請求項１６】
コンピュータに、
測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像ステップと、
前記撮像ステップによって撮像される撮像画像が、前記測定対象にパターンが投影された画像として撮像されるように、前記撮像ステップによって撮像される方向と異なる方向から、前記パターンを前記測定対象に投影する投影ステップと、
前記撮像ステップによって生成された前記撮像画像内の領域の中から抽出領域を設定する際に、前記抽出領域を設定するための情報に基づいて、複数の設定可能な形状のいずれかにより前記抽出領域を設定する抽出領域設定ステップと、
前記撮像ステップによって生成された前記撮像画像内の前記抽出領域の前記撮像画像に基づいて、前記測定対象の三次元形状を示す点群データを生成する生成ステップと
を実行させるための形状測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触光学走査により形状測定を行う、形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定対象の３次元形状を非接触で測定する方法として、測定対象にスリット光を照射し、このスリット光により測定対象の断面形状に対応して形成される光切断線を撮像し、この光切断線を撮像した画像データから測定対象の点群データを生成する光切断法がある（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９―５３４９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記の光切断法では、測定対象の表面を光切断線によりスキャン（走査）し、この光切断線を撮像した撮像画像から点群データを生成することにより、測定対象の３次元形状を測定している。しかしながら、この撮像画像には光切断線の多重反射等により発生する光切断線の像とは異なる像（例えば、不連続点など）が含まれることがある。このため、従来は、撮像画像の表示画面において、そのような像が含まれそうな領域を画面上で確認し、点群データを取得する範囲（抽出領域）を矩形などの単純な形状により設定していた。
【０００５】
しかしながら、上記のような矩形などによる抽出領域の設定方法では、測定対象が複雑な形状である場合や、スキャンの際に投影画像の形が変わるような測定対象の場合などには、異常点を正しく省いて点群データを生成することができない可能性もあった。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、測定対象の３次元形状の算出に用いる点群データの抽出領域を任意の形状で設定することができる、形状測定装置、構造物製造システム、形状測定方法、構造物製造方法、及びそのプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像部と、前記撮像部によって撮像される撮像画像が、前記測定対象にパターンが投影された画像として撮像されるように、前記撮像部が撮像している方向と異なる方向から、前記パターンを前記測定対象に投影する投影部と、前記撮像部が生成した前記撮像画像内の領域の中から抽出領域を設定する際に、前記抽出領域を設定するための情報に基づいて、複数の設定可能な形状のいずれかから前記抽出領域を設定する抽出領域設定部と、前記撮像部が生成した前記撮像画像内の前記抽出領域の前記撮像画像に基づいて、前記測定対象の三次元形状を示す点群データを生成する生成部とを備える形状測定装置である。
【０００８】
また、本発明の一実施形態は、構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する設計装置と、前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、作成された前記構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する上記の形状測定装置と、前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較する検査装置とを含む構造物製造システムである。
【０００９】
また、本発明の一実施形態は、測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像手順と、前記撮像手順において撮像される撮像画像が、前記測定対象にパターンが投影された画像として撮像されるように、前記撮像手順において撮像される方向と異なる方向から、前記パターンを前記測定対象に投影する投影手順と、前記撮像手順において生成された前記撮像画像内の領域の中から抽出領域を設定する際に、前記抽出領域を設定するための情報に基づいて、複数の設定可能な形状のいずれかから前記抽出領域を設定する抽出領域設定手順と、前記撮像手順において生成された前記撮像画像内の前記抽出領域の前記撮像画像に基づいて、前記測定対象の三次元形状を示す点群データを生成する生成手順とを有する形状測定方法である。
【００１０】
また、本発明の一実施形態は、構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する工程と、前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製する工程と、作成された前記構造物の形状を、上記の形状測定方法を用いて生成した撮像画像に基づいて測定する工程と、前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較する工程とを含む構造物製造方法。
【００１１】
また、本発明の一実施形態は、コンピュータに、測定対象を撮像した撮像画像を生成する撮像ステップと、前記撮像ステップによって撮像される撮像画像が、前記測定対象にパターンが投影された画像として撮像されるように、前記撮像ステップによって撮像される方向と異なる方向から、前記パターンを前記測定対象に投影する投影ステップと、前記撮像ステップによって生成された前記撮像画像内の領域の中から抽出領域を設定する際に、前記抽出領域を設定するための情報に基づいて、複数の設定可能な形状のいずれかにより前記抽出領域を設定する抽出領域設定ステップと、前記撮像ステップによって生成された前記撮像画像内の前記抽出領域の前記撮像画像に基づいて、前記測定対象の三次元形状を示す点群データを生成する生成ステップとを実行させるための形状測定プログラムである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、測定対象の３次元形状の算出に用いる点群データの抽出領域を任意の形状で設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の概要について説明するための図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る形状測定装置の概略構成を示す図である。
【図３】第１実施形態における形状測定装置の構成を示すブロック図である。
【図４】測定対象（平歯車）の形状測定の例を示す図である。
【図５】形状測定装置の制御部の動作を示すフローチャートである。
【図６】形状データから「直線」を選択して抽出領域を設定する例を示す図である。
【図７】形状データから「多角形」を選択して抽出領域を設定する例を示す図である。
【図８】形状データから「円」を選択して抽出領域を設定する第１の例を示す図である。
【図９】形状データから「円」を選択して抽出領域を設定する第２の例を示す図である。
【図１０】形状データから「楕円」を選択して抽出領域を設定する例を示す図である。
【図１１】形状データから「曲線」を選択して抽出領域を設定する例を示す図である。
【図１２】抽出領域の他の設定例を示す図である。
【図１３】２つの抽出領域を設定する例を示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】第２実施形態における抽出領域設定部の構成と動作を説明するための図である。
【図１６】第２実施形態における抽出領域の設定例を示す図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】第３実施形態における抽出領域設定部の構成と動作を説明するための図である。
【図１９】第３実施形態における抽出領域の設定例を示す図である。
【図２０】本発明の第４実施形態に係る形状測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２１】第４実施形態における抽出領域設定部の構成と動作を説明するための図である。
【図２２】第４実施形態における抽出領域の設定例を示す図である。
【図２３】本発明の第５実施形態に係る構造物製造システムの構成を示すブロック図である。
【図２４】構造物製造システムによる処理の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［概要］
図１は、本発明の形状測定装置の概要について説明するための図である。
本発明の形状測定装置は、測定対象（平歯車ＳＧ）３を光切断線ＰＣＬによりスキャン（走査）し、この光切断線ＰＣＬの撮像画像を基に、この測定対象３の３次元形状を示す点群データを生成する形状測定装置である。そして、本発明の形状測定装置は、光切断線ＰＣＬの撮像画像において、点群データの取得を許可する抽出領域を任意の形状で設定できる点に特徴がある。
【００１５】
本発明の形状測定装置は、図１（Ａ）に示すように、投影部２１により、測定対象３に向けて、この測定対象３の表面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１（第１方向）から、ライン状の測定光を照射する。このライン状の測定光によって、測定対象３の表面に光切断線ＰＣＬが形成される。
撮像部２２は、測定対象３の凹凸形状が延在する方向（歯すじの方向）を撮像方向ＤＲ２にして、光切断線ＰＣＬが撮像された撮像画像を生成する。
【００１６】
そして、測定対象３を歯車の円周方向（つまり、移動方向ＤＲ３）に移動させながら、光切断線ＰＣＬにより測定対象３の表面をスキャン（走査）する。
これにより、例えば、図１（Ｂ）に示すように、表示画面４６上に光切断線ＰＣＬの投影位置に応じた撮像画像Ｌ１が得られる。なお、この図１（Ｂ）に示す例は、測定対象３の１回のスキャン時における、光切断線ＰＣＬの撮像画像Ｌ１を模式的に示したものである。
【００１７】
この図１（Ｂ）の撮像画像に示すように、撮像画像Ｌ１において、撮像画像の多重反射（歯面により発生する多重反射）等によるノイズ成分が重畳することがある。この図１（Ｂ）に示す例では、撮像画像Ｌ１の近くに鏡面多重反射光像（ノイズＮ１）が異常点として現れている。
【００１８】
このため、この撮像画像Ｌ１から点群データを生成して測定対象３の３次元形状測定を行う場合には、撮像画像Ｌ１において、鏡面多重反射光像（以下、単に「多重反射光像」とも呼ぶ）などの異常点が含まれない抽出領域を設定して点群データを生成する必要がある。
しかしながら、従来は、抽出領域を矩形の領域で設定していた。例えば、図１（Ｂ）に示すように、表示画面４６上において、マウスなどによりＡ１点とＡ２点（対角線上の２点）の位置を指定することにより矩形の抽出領域（一点鎖線で囲まれる矩形領域）を設定していた。このため、光切断線ＰＣＬの撮像画像Ｌ１の像の近くに鏡面多重反射光像（ノイズＮ１）が現れてしまうと、この矩形の抽出領域の中に、多重反射光像（ノイズＮ１）も含まれてしまう。
このように、矩形による抽出領域の設定方法では、多重反射光像などの異常点を正しく省いて抽出領域を設定することができない可能性があった。
【００１９】
そこで、本発明の形状測定装置では、抽出領域を複数の線分を用いて任意の形状で設定できるようにする。例えば、図１（Ｂ）に示すように、表示画面４６上において、マウスにより「点Ｂ１→点Ｂ２→点Ｂ３→点Ｂ４→点Ｂ５→点Ｂ６」の順に各点Ｂ１〜Ｂ６の座標を指定することにより、破線で示す線分Ｂ１−Ｂ２、線分Ｂ２−Ｂ３、線分Ｂ３−Ｂ４、線分Ｂ４−Ｂ５、線分Ｂ５−Ｂ６及び線分Ｂ６−Ｂ１で囲まれる多角形を設定する。これにより、点Ｂ１〜点Ｂ６を頂点する多角形を抽出領域として設定することができる。
【００２０】
このように、本発明の形状測定装置では、複数の線分を用いて任意の形状で抽出領域を設定することができるため、多重反射光像（ノイズＮ１）などの異常点を含まないようにして撮像画像Ｌ１の抽出領域を複数または任意の設定可能な形状のいずれかにより設定することができる。このため、本発明の形状測定装置では、複雑な形状の測定対象３や、スキャンの際に投影画像の形が変わるような測定対象３の場合においても、異常点を正しく省いて抽出領域を設定することができる。
【００２１】
なお、後述する図１３（Ｂ）に示すように、測定対象３の被測定面の形状によっては、測定対象３をチルト、例えば、後述する図２に示すように測定対象３を回転軸φ回りにＢ方向に回転し、このチルトされた測定対象３の撮像画像Ｌ１に対して抽出領域設（Ｂ１〜Ｂ６を頂点とする多角形）を設定することも可能である。このように、測定対象３を傾けて形状測定（ラインパターンを投影して、撮像部２２で撮影）を行うことにより、直接反射光等が撮像部２２に到達しないようにして撮像することもできる。
【００２２】
［第１実施形態］
（形状測定装置の構成）
図２は、本発明の実施形態に係る形状測定装置の概略構成を示す図である。形状測定装置１００は、測定機本体１と制御ユニット４０（図３を参照）とを備えている。また、図３は、形状測定装置１００の構成を示すブロック図である。
【００２３】
図２に示されるように、測定機本体１は、水平な上面（基準面）を備えている基台２と、この基台２上に設けられ、測定ヘッド１３を支持して移動させる移動部１０と、基台２上に設けられ測定対象３を載置する支持装置３０とを備えている。ここで、本実施形態の形状測定装置１００は、例えば、歯車やタービンなど円周方向に周期的に配列されかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状の表面を有する測定対象３の表面形状を測定する。
【００２４】
ここで、この基台２の基準面を基準とする直交座標系を定義する。互いに直交するＸ軸とＹ軸とが基準面に対して平行に定められ、Ｚ軸が基準面に対して直交する方向に定められている。また、基台２には、Ｙ方向（紙面に垂直な方向でこれを前後方向とする）に延びるガイドレール（不図示）が設けられている。
【００２５】
移動部１０は、そのガイドレール上をＹ方向に移動自在に設けられ、支柱１０ａと、支柱１０ａと対をなす支柱１０ｂとの間で水平に延びるように架け渡された水平フレーム１０ｃとを備え、門型の構造体を形成している。また、移動部１０は、水平フレーム１０ｃにおいて、Ｘ方向（左右方向）に移動自在に設けられたキャリッジ（不図示）を備えており、そのキャリッジに対してＺ方向（上下方向）に移動自在に設けられた測定ヘッド１３を備えている。
【００２６】
測定ヘッド１３の下部には、測定対象３の形状を検出する検出部２０が設けられている。この検出部２０は、検出部２０の下方に配置される測定対象３と検出部２０との相対位置を検出するように、測定ヘッド１３に支持されている。測定ヘッド１３の位置を制御することにより、検出部２０の位置を移動させることができる。また、検出部２０とキャリッジとの間には、Ｚ軸方向と平行な軸に対して検出部２０を回転するヘッド回転機構１３ａを有している。
【００２７】
また、移動部１０の内部には、入力される駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させるヘッド駆動部１４（図３を参照）と、測定ヘッド１３の座標を検出し測定ヘッド１３の座標値を示す信号を出力するヘッド位置検出部１５（図３を参照）と、が設けられている。
【００２８】
基台２上には、支持装置３０が設けられている。支持装置３０は、ステージ３１と、支持テーブル３２とを備えている。ステージ３１は、測定対象３を載置して把持する。
支持テーブル３２は、直交する２方向の回転軸周りにステージ３１を回転可能に支持することによりステージ３１を基準面に対して傾斜または水平回転させる。本実施形態の支持テーブル３２は、例えば、垂直（Ｚ軸方向）に延びる回転軸θを中心として水平面内で図２に示すＡ方向に回転可能、かつ、水平（Ｘ軸方向）に延びる回転軸φを中心として図２に示すＢ方向に回転可能にステージ３１を支持している。
【００２９】
また、支持装置３０には、入力される駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ及び回転軸φ回りに電動でそれぞれ回転駆動させるステージ駆動部３３（図３を参照）と、ステージ３１の座標を検出し、ステージ座標値を示す信号を出力するステージ位置検出部３４（図３を参照）とが設けられている。
【００３０】
制御ユニット４０は、入力装置４１（マウス４２およびキーボード４３）と、ジョイスティック４４と、表示装置４５と、制御部５１とを備える。
制御部５１は、測定機本体１を制御する。その詳細は後述する。入力装置４１は、各種指示情報を入力するマウス４２やキーボード４３などである。表示装置４５は、表示画面４６上に、計測画面、指示画面、計測結果、点群データの抽出領域などを表示する。
【００３１】
続いて、図３を参照し、測定機本体１の構成について説明する。
測定機本体１は、駆動部１６と、位置検出部１７と、検出部２０とを備えている。駆動部１６は、前述のヘッド駆動部１４と、ステージ駆動部３３とを備えている。
ヘッド駆動部１４は、支柱１０ａ、１０ｂをＹ方向に駆動するＹ軸用モータ、キャリッジをＸ方向に駆動するＸ軸用モータ、測定ヘッド１３をＺ方向に駆動するＺ軸用モータ及び検出部２０をＺ軸方向と平行な軸に回転するヘッド回転用モータを備えている。ヘッド駆動部１４は、後述の駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ヘッド駆動部１４は、その駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させる。
【００３２】
ステージ駆動部３３は、ステージ３１を回転軸θ回りに回転駆動するロータリ軸用モータ及び回転軸φ回りに回転駆動するチルト軸用モータを備える。また、ステージ駆動部３３は、駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取り、受け取った駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ及び回転軸φ回りに、電動でそれぞれ回転させる。また、ステージ駆動部３３は、測定光が照射される測定対象３の位置を、円周方向に対応して定められる検出部２０の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる。また、ステージ駆動部３３は、検出部２０を、測定対象３に対して検出部２０の移動方向ＤＲ３に相対的に移動させる。また、ステージ駆動部３３は、測定対象３の中心軸ＡＸと回転移動の回転軸θとを一致させて測定対象３を回転移動させる。
【００３３】
ここで、例えば、測定対象３としての歯車の形状を測定する場合、ステージ駆動部３３は、測定光が照射される測定対象３の位置を、歯の歯幅の方向に対応して定められる検出部２０の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に移動させる。
位置検出部１７は、前述のヘッド位置検出部１５と、ステージ位置検出部３４とを備えている。
ヘッド位置検出部１５は、測定ヘッド１３のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向の位置及びヘッドの設置角度をそれぞれ検出するＸ軸用エンコーダ、Ｙ軸用エンコーダ、Ｚ軸用エンコーダ、及びヘッド回転用エンコーダを備えている。また、ヘッド位置検出部１５は、それらのエンコーダによって測定ヘッド１３の座標を検出し、測定ヘッド１３の座標値を示す信号を後述の座標検出部５２へ供給する。
【００３４】
ステージ位置検出部３４は、ステージ３１の回転軸θ及び回転軸φ回りの回転位置をそれぞれ検出するロータリ軸用エンコーダ及びチルト軸用エンコーダを備えている。また、ステージ位置検出部３４は、それらのエンコーダを用いて、ステージ３１の回転軸θ及び回転軸φ回りの回転位置を検出し、検出した回転位置を表す信号を座標検出部５２へ供給する。
検出部２０は、投影部２１と、撮像部２２とを有する光プローブ２０Ａを備えており、光切断方式により測定対象３の表面形状を検出する。つまり、検出部２０は、投影部２１と撮像部２２との間の相対的な位置が変化しないように、投影部２１と撮像部２２とを保持している。
【００３５】
投影部２１は、後述の間隔調整部５３から供給される光の照射を制御する制御信号に基づき、所定の光量分布を有する測定光を、測定対象３の表面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１（第１方向）によって測定対象の測定領域（測定対象の表面）に照射する。この測定光は、例えば、平面に照射された場合にライン状に形成される光量分布を有している。この場合、測定対象３に照射された測定光は、測定対象３の凹凸形状に応じて長手方向が設定されたライン状の投影パターンを測定対象３に投影することで形成される。この長手方向が前述のような方向になるように、ヘッド回転機構１３ａを駆動制御している。このような測定光は、例えば、点光源から発せられた光が屈折または掃引されてライン状に形成されてもよい。このライン状に形成された測定光によって、測定対象３の表面に光切断線ＰＣＬが形成される。
【００３６】
ここで、例えば、測定対象３としての歯車の形状を測定する場合、投影部２１は、測定対象３の歯車が有する歯に測定光を、歯の歯面の法線方向にそって照射する。この場合、光切断線ＰＣＬは、測定対象３の表面形状（例えば、歯車の歯面の形状）に応じて形成される。
【００３７】
撮像部２２は、測定光が照射された表面を照射方向ＤＲ１と異なる方向（測定対象３が歯車である場合、その歯車の円周方向とは異なる方向）の撮像方向ＤＲ２（第２方向）から撮像し、測定用画像を生成する。例えば、本実施形態の撮像部２２は、測定対象３の凹凸形状が延在する方向を撮像方向ＤＲ２にして、測定光が撮像された撮像画像を生成する。ここで、測定対象３が歯車である場合には、測定対象３の凹凸形状（つまり歯車の歯）が延在する方向は、例えば歯車の歯すじの方向である。この場合、撮像部２２は、測定対象３としての歯車の歯すじの方向から測定光が投影された歯面の像を撮像画像として生成する。このように、撮像部２２は、投影部２１からの照射光により測定対象３の表面に形成される光切断線ＰＣＬを撮像する。なお、測定対象３の凹凸形状が延在する方向に対応して撮像方向ＤＲ２が設定されているが、必ずしも凹凸形状が延在する方向と一致する必要は無く、延在方向を中心に、測定部位の凸部又は凹部が、隣接する凸部により撮像部２２から見て隠れない方向であればよい。
【００３８】
また、撮像部２２は、測定対象３の表面に測定光を投影することにより形成される陰影パターンを撮像し、撮像した画像情報を間隔調整部５３へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。撮像部２２は、ＣＣＤ（Charge  Coupled  Device）、Ｃ−ＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）センサなどの個体撮像素子を備えている。
【００３９】
ここで、例えば、測定対象３としての歯車の形状を測定する場合、撮像部２２は、測定光が照射された歯面の歯すじの向きに対応して定められる撮像方向ＤＲ２（第２方向）から光切断線が撮像された撮像画像を生成する。また、投影部２１と撮像部２２は同じ筐体に固定されており、測定位置が変わっても投影部２１の投影方向と撮像部２２の撮像方向及び、投影部２１と撮像部２２の位置は変わらない。
【００４０】
続いて、制御ユニット４０について説明する。上述したように、制御ユニット４０は、制御部５１と、入力装置４１と、ジョイスティック４４と、表示装置４５とを備える。
入力装置４１は、ユーザが各種指示情報を入力するマウス４２及びキーボード４３を備えており、例えば、マウス４２やキーボード４３により入力された指示情報を検出し、検出した指示情報を、後述する記憶部６０に書き込み記憶させる。本実施形態の入力装置４１には、例えば、測定対象３の種類が指示情報として入力される。例えば、測定対象３が歯車である場合に、入力装置４１には、測定対象３の種類としては、歯車の種類（例えば、平歯車ＳＧ、はすば歯車ＨＧ、かさ歯車ＢＧ、曲りばかさ歯車ＳＢＧ、ウォーム歯車ＷＧなど）が指示情報として入力される。
また、入力装置４１は、後述するように、表示装置４５に表示された撮像画像（測定対象３に投影された光切断線ＰＣＬの撮像画像）から、３次元形状測定に使用する点群データの抽出領域の設定するために使用される。この抽出領域の設定については、後に、詳細に説明される。
【００４１】
表示装置４５は、データ出力部５７から供給された測定データ（全測定ポイントの座標値）等を受け取る。表示装置４５は、受け取った測定データ（全測定ポイントの座標値）等を表示する。また、表示装置４５は、計測画面、指示画面等を表示する。
制御部５１は、座標検出部５２と、間隔調整部５３と、駆動制御部５４と、移動指令部５５と、座標算出部５６と、点群データ生成部５６Ａと、データ出力部５７と、記憶部６０と、抽出領域設定部７０と、を備えている。
【００４２】
記憶部６０には、測定対象３の種類ごとに、測定対象３の凹凸形状が延在する方向の位置と、凹凸形状が延在する方向の位置毎に凹凸形状が延在する方向を示す情報とが関連付けられて予め記憶されている。記憶部６０には、例えば、歯車の種類ごとに、歯車の歯すじ方向の位置と、歯すじ方向の位置毎に歯すじの方向を示す情報とが関連付けられて予め記憶されている。つまり、記憶部６０には、測定ポイントの移動方向が、歯車の種類に関連付けられて予め記憶されている。
【００４３】
また、記憶部６０には、測定対象３の種類ごとに、測定対象３の測定開始位置（最初の測定ポイント）の座標値と測定終了位置（最後の測定ポイント）の座標値、及び各測定ポイントの距離間隔が、測定対象３の種類に関連付けられて予め記憶されている。また、記憶部６０には、座標算出部５６から供給された３次元座標値の点群データが測定データとして保持される。また、記憶部６０には、座標検出部５２から供給された各測定ポイントの座標情報が保持される。
また、記憶部６０には、設計データ（ＣＡＤデータ）６１は保持される。また、記憶部６０には、後述する抽出領域設定部７０により点群データを生成する抽出領域を設定する際に使用される形状データ６２が記憶されている。この形状データ６２の詳細については、後述する。
【００４４】
座標検出部５２は、ヘッド位置検出部１５から出力される座標信号により、ヘッド位置検出部１５に支持されている光プローブ２０Ａの位置、すなわち水平方向における観察位置と上下方向における観察位置と、光プローブ２０Ａの撮像方向を検知する。また、座標検出部５２は、ステージ位置検出部３４から出力される回転位置を示す信号により、ステージ３１の回転軸θ及び回転軸φ回りの回転位置を検知する。
【００４５】
座標検出部５２は、それぞれ検知された水平方向における観察位置と上下方向における観察位置の情報と、ステージ位置検出部３４から出力される回転位置を示す情報（ステージ３１の回転位置情報）とから、座標情報を検出する。そして、座標検出部５２は、光プローブ２０Ａの座標情報、撮像方向とステージ３１の回転位置情報とを座標算出部５６へ供給する。また、座標検出部５２は、光プローブ２０Ａの座標情報、撮像方向とステージ３１の回転位置情報とに基づいて、光プローブ２０Ａとステージ３１との相対的な移動経路、移動速度、移動が停止しているか否かなどの情報を検出し、検出した情報を移動指令部５５へ供給する。
【００４６】
間隔調整部５３は、座標計測開始前に記憶部６０からサンプリング周波数を指定するデータを読み出す。間隔調整部５３は、そのサンプリング周波数で、撮像部２２から画像情報を受け取る。
【００４７】
駆動制御部５４は、移動指令部５５からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部１４に駆動信号を出力して、測定ヘッド１３の駆動制御を行う。また、駆動制御部５４は、移動制御部５４Ａと、速度制御部５４Ｂとを備えている。
移動制御部５４Ａは、測定対象３を、測定対象３の円周方向に対応して定められる検出部２０の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に回転移動させて、測定光が照射される位置を移動させるようにステージ駆動部３３を制御する。本実施形態の移動制御部５４Ａは、例えば、測定対象３としての歯車を、歯車の円周方向に一致するように定められる移動方向ＤＲ３（つまり歯車の円周方向）に回転移動させて、測定光が照射される位置を移動させるようにステージ駆動部３３を制御する。
【００４８】
すなわち、移動制御部５４Ａの制御によりステージ駆動部３３は、歯車を検出部２０の移動方向ＤＲ３（第３方向）に相対的に回転移動させて、測定光が照射される位置を検出部２０の移動方向ＤＲ３に相対的に移動させる。このようにして、本実施形態の形状測定装置１００は、測定対象３の円周方向に周期的に配列されかつ円周方向とは異なる方向に延在した凹凸形状（例えば、測定対象３としての歯車の歯やタービンのブレード）に対して順に測定光を照射して、測定対象３の表面形状を測定する。速度制御部５４Ｂは、測定光が照射されている測定対象３の回転移動のステージ半径ｒｓ方向（半径方向）の位置に応じて、測定対象３を相対的に回転移動させる移動速度を制御する。
【００４９】
座標算出部５６は、光プローブ２０Ａにより検出された測定対象３の表面の形状に基づいて、測定対象３の表面の形状データ、すなわち３次元形状データを算出する。つまり、座標算出部５６は、撮像部２２からの撮像画像から、撮像部２２の撮像面上での測定光が検出された位置に基づいて、表面の形状を測定する。
また、座標算出部５６は、間隔調整部５３から供給されたフレームからなる画像情報を受け取る。座標算出部５６は、座標検出部５２から供給された光プローブ２０Ａの座標情報、撮像方向と、ステージ３１の回転位置情報とを受け取る。
【００５０】
なお、座標算出部５６は点群データ生成部５６Ａを含み、この点群データ生成部５６Ａにより、間隔調整部５３から供給された画像情報と、光プローブ２０Ａの座標情報、撮像方向と、ステージ３１の回転位置情報とに基づき、各測定ポイントの座標値（３次元座標値）の点群データを算出する。
【００５１】
ここで、例えば、測定対象３としての歯車の形状を測定する場合、座標算出部５６は、撮像部２２からの撮像画像に撮像されている像の測定光の位置に基づいて、歯の形状を測定する。
具体的な算出方法は以下の通りである。まず、座標算出部５６は、撮像部２２の撮影された画像情報から、陰影パターンが示すラインパターンが投影された相対位置を取得する。この相対位置は、検出部２０に対する測定対象３のラインパターンが投影された位置である。また、相対位置は、撮像部２２の撮影方向と投影部２１の投影方向と撮像部２２と投影部２１の距離に基づいて、座標算出部５６で算出される。一方、受け取った光プローブ２０Ａの座標とラインパターンが撮像された画像データ上での位置とを基に、基準座標系におけるラインパターンが投影された位置の座標を算出する。
ここで、投影部２１は光プローブ２０Ａに固定されているので、投影部２１の照射角度は、光プローブ２０Ａに対して固定である。また、撮像部２２も光プローブ２０Ａに固定されているので、撮像部２２の撮像角度は、光プローブ２０Ａに対して固定である。
【００５２】
座標算出部５６は、照射した光が測定対象３に照射された位置の座標を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。ここで、照射した光が測定対象３にあたった点の座標は、投影部２１の座標から投影部２１の照射角度で描画される直線と、撮像部２２の座標から撮像部２２の撮像角度で描画される直線（光軸）とが交わる点の座標である。なお、上記の撮像された画像は、測定位置に配置された光プローブ２０Ａによって検出された画像を示す。
このようにして、座標算出部５６は撮像部２２からの撮像画像に撮像されている像の測定光の位置に基づいて、表面の形状を測定する。
【００５３】
また、測定対象３は、ステージ３１に支持されている。測定対象３は、支持テーブル３２によって、ステージ３１が回転軸θ周りに回転することにより、ステージ３１の回転軸θを中心にステージ３１と一緒に回転する。また、測定対象３は、ステージ３１が回転軸φ周りに回転することにより、ステージ３１の回転軸φを中心にステージ３１と一緒に回転する。つまり、算出された光が照射された位置の座標は、ステージ３１の回転軸θ及び回転軸φを中心に回転したことによって姿勢が傾けられた測定対象３の表面の位置を示す情報である。このようにして、座標算出部５６は、ラインパターンが照射された位置の座標を、ステージ３１の傾き、即ち回転軸θ及び回転軸φ周りの回転位置情報に基づいて、ステージ３１の傾きに応じた座標変換を行うことにより、実際の測定対象３の表面形状データを算出する。
また、座標算出部５６は、算出した測定対象３の表面形状データである３次元座標値の点群データを記憶部６０に記憶させる。
【００５４】
移動指令部５５は、記憶部６０から、入力装置４１によって記憶された指示情報（つまり測定対象３の種類）を読み出す。また、移動指令部５５は、読み出した測定対象３の種類に関連付けられた測定対象３の測定範囲を示す測定ポイントの座標値、測定対象３の測定開始位置（最初の測定ポイント）の座標値、測定終了位置（最後の測定ポイント）の座標値、測定ポイントの移動方向、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータ等を記憶部６０から読み出す。移動指令部５５は、上記読み出したデータに基づいて、測定対象３に対するスキャンの移動経路を算出する。そして、移動指令部５５は、算出した移動経路及び記憶部６０から読み出した各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）等に従って、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３（移動部）とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる。
【００５５】
例えば、移動指令部５５は、移動経路及び測定ピッチに従って、測定ヘッド１３の移動または移動の停止と、ステージ３１の回転または回転の停止を駆動させる指令信号を供給して、光プローブ２０Ａとステージ３１との相対的な位置を移動させて測定ポイント毎に停止させる。また、移動指令部５５は、この指令信号を間隔調整部５３に供給する。
【００５６】
データ出力部５７は、記憶部６０から測定データ（全測定ポイントの座標値）等を読み出す。データ出力部５７は、その測定データ等を表示装置４５に供給する。
また、データ出力部５７は、抽出領域設定部７０からの指示により、後述する抽出領域を設定する際に使用されるアイコンや抽出領域の形状を示す画像データなどを表示装置４５に供給する。また、データ出力部５７は、測定データ等をプリンタやＣＡＤシステムなど設計システム（不図示）へ出力する。
【００５７】
抽出領域設定部７０は、光プローブ２０Ａにより測定対象３の表面に照射される計測光によって形成される陰影パターンを撮像した撮像画像から、点群データを生成する抽出領域を設定するための処理部である。座標算出部５６内の点群データ生成部５６Ａは、この抽出領域設定部７０により設定された抽出領域内の画像情報に基づいて、測定対象３の座標値の点群データを算出する。この抽出領域設定部７０の構成と動作の詳細については後述する。
【００５８】
次に、本実施形態の形状測定装置１００が測定対象３である歯車の形状を測定する場合の、照射方向ＤＲ１、撮像方向ＤＲ２、移動方向ＤＲ３及び移動方向ＤＲ４の各方向について、平歯車ＳＧを測定する場合を例にして説明する。
【００５９】
（平歯車の測定）
本実施形態の形状測定装置１００は、例えば、図４に示すように、平歯車ＳＧを測定対象３にして測定対象３の形状を測定することができる。
【００６０】
図４は、形状測定装置１００による平歯車ＳＧの形状を測定する例を示す図である。
形状測定装置１００によって平歯車ＳＧの形状を測定する場合、測定対象３である平歯車ＳＧは、例えば、平歯車ＳＧの回転軸の中心とステージ３１の回転軸θの中心とを一致させてステージ３１上に載置される。つまり、ステージ駆動部３３は、平歯車ＳＧの回転軸と回転移動の回転軸とを一致させて、平歯車ＳＧを回転移動させる。
【００６１】
ここで、投影部２１は、図４（Ａ）に示すように、測定光を、平歯車ＳＧの歯面の法線方向に対応して定められる照射方向ＤＲ１によって平歯車ＳＧの歯面に照射する。具体的には、各歯の頭頂部の包絡面を想定し、測定領域における包絡面に対して垂直な方向となる。
この場合、撮像部２２は、測定光が照射された平歯車ＳＧの歯面（表面）の歯すじの方向（円周方向とは異なる方向）に対応して定められる撮像方向ＤＲ２から測定光を撮像する。つまり、撮像部２２は、図４（Ｂ）に示すように、平歯車ＳＧの歯すじの方向、つまりＺ軸方向を撮像方向ＤＲ２にして、光切断線ＰＣＬを撮像する。
また、この場合、移動制御部５４Ａは、図４（Ｂ）に示すように、回転軸θを中心にした移動方向ＤＲ３の方向に支持テーブル３２を回転させる。すなわち、移動制御部５４Ａは、測定光が照射される測定対象３の位置を、円周方向に対応して定められる検出部２０の移動方向ＤＲ３に相対的に移動させる。このようにして、形状測定装置１００は、平歯車ＳＧの形状を測定する。
【００６２】
また、本実施形態の形状測定装置１００は、測定光が照射される測定領域の位置を、円周方向に対応した移動方向ＤＲ３（第３方向）に移動させるためにステージ３１のロータリ軸用モータを備えている。このモータを駆動させることで、ステージが回転軸θ周りに回転する。それゆえ、測定対象３が投影部２１に対して相対的に移動する。また、撮像部２２は、第３方向に測定領域が変位する毎に撮像画像を生成し、座標算出部５６は、撮像画像に基づいて、複数の凹凸形状を測定する。また、移動部１０は、更に歯すじが延在する方向に対応して定められる移動方向ＤＲ４（第４方向）に移動させるように投影部２１と測定対象３とを相対的に移動する。
【００６３】
具体的には、形状測定装置１００は、測定領域を平歯車ＳＧの歯の配列方向（例えば、図４（Ａ）の回転軸θの回転方向）に沿って移動させながら、歯すじの方向（例えば、図４（Ｂ）の回転軸θの軸線方向）に沿って順次移動させる。例えば、形状測定装置１００は、平歯車ＳＧを回転軸θの回転方向（例えば、図４（Ｂ）の移動方向ＤＲ３（第３方向））に回転させて、各々の歯が測定領域になるように測定領域を移動させる。これとともに、形状測定装置１００は、投影部２１及び撮像部２２を平歯車ＳＧの回転軸θの軸線方向（例えば、図４（Ｂ）の移動方向ＤＲ４（第４方向））に移動させて、歯面のそれぞれの位置が測定領域になるように測定領域を移動させる。このようにして、本実施形態の形状測定装置１００は、平歯車ＳＧの各々の歯の形状を順次測定することができる。
【００６４】
また、このとき、投影部２１は、測定対象３の凹凸形状の最凸部から最凹部に掛けてライン（光切断線ＰＣＬ）が形成されるようにライン状の測定光を照明する。そのときの照射方向である照射方向ＤＲ１（第１方向）は、主に測定したい面の法線方向に設定する。つまり、投影部２１は、測定対象３としての歯車の測定したい面において、その面の歯先部から歯底部にわたって光切断線ＰＣＬが形成されるように、測定光を照射する。
【００６５】
そして、撮像部２２は、測定対象３表面の撮像画像を生成する。また、座標算出部５６は、撮像部２２によって撮像された撮像画像に基づいて、歯面の一部の領域の凹凸形状を測定する。ここで、これを歯車の歯すじ方向にそって、ライン状の測定光の投影領域を順次変えながら撮影することで、歯車の各歯の面形状を測定することができる。測定対象３の凹凸形状（つまり歯車の歯）の寸法は、歯車の歯厚の方向である。また、表面に照射されている測定光が撮像される長さとは、例えば、測定対象３の表面に形成される光切断線ＰＣＬの撮像方向ＤＲ２から見た長さのうちの、撮像部２２によって撮像される長さである。つまり、測定対象３が歯車である場合には、撮像部２２は、歯の歯幅の長さと歯面に照射されている測定光が撮像される長さとに応じて撮像した複数の撮像画像を生成する。すなわち、撮像部２２は、歯車が有する複数の歯をそれぞれ撮像した複数の撮像画像を生成する。この場合、座標算出部５６は、これら複数の撮像画像に基づいて、複数の歯の形状を測定する。
【００６６】
なお、投影部２１は、測定対象３の円周方向に交差する方向を光切断線ＰＣＬ（ライン）の方向にして測定光を照射してもよい。つまり、投影部２１は、光切断線ＰＣＬが、例えば、平歯車ＳＧの円周方向から歯すじの方向に傾いて形成されるように測定光を照射してもよい。また、歯すじに対して左右のどちらか一方の面を測定したい場合には、測定光を測定したい歯の面に対して垂直に近くなるように設定しても良い。
【００６７】
（形状測定を実行する処理についての説明）
次に、図５が示すフローチャートを用いて、形状測定装置１００が測定対象３の形状測定を実行する処理について説明する。主に、ティーチングの工程時における作業について説明する。実際には、ティーチング工程により、測定ポイントとして選ばれた測定位置の点群を取得して、その点群情報が信頼における値を示しているかどうかを、ユーザーが判定する。ユーザが信頼における値を示していると判断したら、測定ポイントの各点を結ぶように連続的に走査しながら、更に細かい間隔で測定することで本測定が行われる。
【００６８】
図５は、本実施形態における形状測定処理の一例を示すフローチャートである。
最初に、ユーザは、測定対象３の測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を入力装置４１から入力して設定する。入力装置４１は、入力された測定開始位置（最初の測定ポイント）及び測定終了位置（最後の測定ポイント）を記憶部６０に記憶させる（ステップＳ１１）。
また、ユーザは、測定対象３の測定ポイントの距離間隔を入力装置４１から入力して設定する。入力装置４１は、入力された測定ポイントの距離間隔を記憶部６０に記憶させる（ステップＳ１２）。
次に、測定対象３の測定ポイントにおける歯車の緒元データを基に、測定光の投影方向及び撮像方向を設定する。具体的には、歯車の歯面の方向に応じて、投影方向が設定され、歯車の歯すじの方向に沿って、検出部２０の走査方向が設定される（ステップＳ１３）。
移動指令部５５は、記憶部６０から入力されて設定された情報である測定開始位置（最初の測定ポイント）と測定終了位置（最後の測定ポイント）との座標値、及び各測定ポイントの距離間隔（例えば、一定距離間隔の測定ピッチ）を示すデータや、予め設定された情報である測定範囲を示す測定ポイントの座標値、及び測定ポイントの移動方向等を読み出す。移動指令部５５は、上記読み出したデータに基づいて、測定対象３に対するスキャンの移動経路を算出する。
【００６９】
次に、移動指令部５５は、算出した移動経路に基づいて、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３（移動部）とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる。これにより、移動指令部５５は、測定ヘッド１３とステージ３１との相対的な位置を移動させて光プローブ２０Ａを測定対象３の測定開始位置（最初の測定ポイント）に移動させる（ステップＳ１４）。
【００７０】
次に、間隔調整部５３は、光プローブ２０Ａを介して測定対象３の表面の形状を検出し、検出した撮像画像（光切断線ＰＣＬの撮像画像）の画像情報を座標算出部５６へ供給する。
また、座標検出部５２は、位置検出部１７より光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とを検出し、検出した情報を座標算出部５６へ供給する（ステップＳ１５）。
【００７１】
座標算出部５６は、間隔調整部５３から供給された撮像画像（光切断線ＰＣＬの撮像画像）の画像情報を、座標検出部５２から供給された光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報とともに、記憶部６０に保存する（ステップＳ１６）。
また、座標算出部５６は、間隔調整部５３から供給された撮像画像（光切断線ＰＣＬの撮像画像）を、（図１（Ｂ）の撮像画像Ｌ１を参照）、表示装置４５の表示画面４６上に表示する（ステップＳ１７）。
【００７２】
次に、抽出領域設定部７０により、測定対象３の３次元形状データの算出に使用する画像の抽出領域を設定する（ステップＳ１８）。この抽出領域の設定方法の詳細については、後述する。また、ステップＳ１８で設定された領域は、ステップＳ１５で取得された位置検出部１７より光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の回転位置情報と対応づけられて、記憶部６０に記憶される。
次に、移動指令部５５は、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であるか否かを判定する（ステップＳ１９）。
ステップＳ１９において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）でない（測定終了位置以外の測定ポイントである）と判定された場合（ステップＳ１９；ＮＯ）、移動指令部５５は、次の測定ポイントに光プローブ２０Ａを移動させた後停止させる。例えば、移動指令部５５は、移動経路に従って次の測定ポイントへ移動させるために、測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させるための指令信号を駆動制御部５４に供給し、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに測定ヘッド１３及びステージ３１を駆動させる（ステップＳ２０）。そして、移動指令部５５は、ステップＳ１５に制御を戻す。
【００７３】
一方、ステップＳ１９において、直前に測定した測定ポイントが測定終了位置（最後の測定ポイント）であると判定された場合（ステップＳ１９；ＹＥＳ）、すでに、設定された抽出領域にを基に、検出部２０と測定対象３の測定光投影位置の相対位置情報を算出し、点群データを生成する。座標算出部５６内の点群データ生成部５６Ａは、記憶部６０から、光プローブ２０Ａにより検出された抽出領域内の画像情報、及び座標検出部５２により検出された光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とを読み出し、これらの読み出した情報に基づいて、抽出領域内の撮像画像の点群データを生成する。また、座標算出部５６は、点群データ生成部５６Ａにより生成された抽出領域内の点群データに基づいて、測定対象３の３次元形状データを算出する（ステップＳ２１）。
このようにして、ティーチング工程での３次元形状データを出力して、これで良いかどうかユーザが判定する。その結果に基づき、本測定に移ることとなる。
【００７４】
なお、ステップＳ１８において、測定ポイントが測定終了位置に至らない場合には、各測定ポイント毎に、撮像画像を表示して、抽出領域を設定することとなるが、平歯車のように歯すじ方向に沿っての断面形状が大きく変わらない測定対象の場合必ず各測定ポイント毎に抽出領域を設定しなくても良い。
【００７５】
このように、本実施形態の形状測定装置１００では、撮像画像における点群データの抽出領域を、任意の形状で設定することができようにし、この設定された抽出領域内の点群データを基に、測定対象３の３次元形状データを算出する。このため、測定対象３の形状が複雑な形状である場合においても、異常点を正しく省くようにして、点群データを生成することができる。
【００７６】
［抽出領域設定部７０における抽出領域の設定例］
（「直線」を用いて抽出領域を設定する例）
図６は、抽出領域設定部７０における抽出領域の設定例を示す図であり、直線（より正確には線分）を用いて多角形を描画することにより、ある投影位置で取得された画像データから、点群データ生成時に使用する画像領域を抽出する領域を設定する例を示している。
この場合、記憶部６０には、抽出領域を設定する際に使用される基本的な形状データ６２が、「抽出領域の境界を設定する抽出形状要素」として記憶されている。
例えば、抽出形状要素として、直線、曲線（スプライン曲線）、矩形、円、多角形、楕円等が記憶部６０に登録されている。また、形状データ６２内のそれぞれの形状データ（抽出形状要素）には、この形状データを用いて抽出領域の境界形状を設定する際に使用されるパラメータの種類（例えば、直線であれば、２つの点と座標、多角形であれば頂点数と頂点座標など）が関連付けされて記憶されている。
【００７７】
ユーザは、この形状データ６２の中から、所望の形状データ（抽出形状要素）を選択し、また、選択した抽出形状要素に具体的な境界位置を設定するためのパラメータの値を設定することにより抽出領域を設定することができる。例えば、形状データ６２の中から「直線」を選択する場合は、この直線の形状を規定するパラメータとして、表示画面４６上において２点の座標を指定することにより、この２点を結ぶ直線（線分）を設定することができる。そして、表示画面４６上において、複数の線分により１の領域を囲むことにより、この１の領域を抽出領域として設定することができる。
【００７８】
この形状データ６２の情報は、表示画面４６の左端側にアイコン４７として表示されている。このアイコン４７には、縦方向に、「直線」を示すアイコンと、「曲線」を示すアイコンと、「矩形」を示すアイコンと、「円」を示すアイコンと、「多角形」を示すアイコンと、「楕円」を示すアイコンと、が並べて配置されている。
ユーザは、この表示画面４６に表示されたアイコン４７の中から、所望の図形のアイコンにマウスカーソルをあわせてクリック（例えば、左ボタン４２Ｌを押下）することにより、形状データを選択することができる。
【００７９】
また、抽出領域設定部７０には、図形選択処理部７１と、クリック点座標取得部７２と、抽出領域描画部７３とを有している。図形選択処理部７１は、記憶部６０に登録された形状データ６２から、ユーザがアイコン４７により所望の形状データを選択することを可能にするための処理部である。この図形選択処理部７１は、データ出力部５７を介して表示画面４６上に形状データのアイコン４７を表示させるとともに、このアイコン４７の中からユーザが選択（マウス４２でクリック）したアイコンの種類を検出する。
【００８０】
また、クリック点座標取得部７２は、表示画面４６上でマウスボタンのクリックにより指定された座標点を取得するための処理部である。例えば、クリック点座標取得部７２は、ユーザが形状データとして「直線」を選択した場合に、ユーザにより指定される最初のクリック点を直線（より正確には線分）の一端の座標として取得し、次のクリック点を直線の他端の座標として取得する。
抽出領域描画部７３は、ユーザが選択した形状データの情報と、クリック点座標取得部７２により指定された座標点の情報とを基に、表示画面４６上で抽出領域を描画するための処理部である。
【００８１】
そして、例えば、表示画面４６に示すように、撮像部２２により撮像された光切断線ＰＣＬの撮像画像Ｌ１が、その測定ポイントに応じた態様で表示されているものとする。なお、この表示画面４６の撮像画像の例では、光プローブ２０Ａ（図３参照）による１回のスキャン時の、光切断線ＰＣＬの撮像画像Ｌ１を模式的に示したものである。
【００８２】
この図に示す画像データでは、撮像画像Ｌ１と、撮像画像Ｌ１に多重反射（歯面により発生する多重反射）等によるノイズＮ１の像が隣接して撮影されている。
従って、形状測定装置１００では、抽出領域設定部７０により、撮像画像Ｌ１においてノイズＮ１が含まれない抽出領域を設定し、この抽出領域内の撮像画像を基に３次元形状測定を行う点群データを生成する必要がある。
【００８３】
このため、ユーザは、点群データを生成する抽出領域を、多角形により設定する。この場合、ユーザは、最初に、マウスカーソルをアイコン４７の中の「直線」のアイコンの位置に合わせて、マウス４２の左ボタン４２Ｌをクリックする。これにより、図形選択処理部７１により、記憶部６０の形状データ６２から「直線」が選択され、「直線」による多角形の描画処理が開始される。
【００８４】
続いて、ユーザは、表示画面４６上で、マウスカーソルの移動とクリックとを繰り返すことにより、「点Ａ１→点Ａ２→点Ａ３→点Ａ４→点Ａ５→点Ａ６→点Ａ７」の順に各点Ａ１〜Ａ７の座標を指定する。
例えば、ユーザが、点Ａ１の位置にマウスカーソルを移動させて左ボタン４２Ｌをクリックした後に、マウスカーソルを点Ａ２の位置に移動させ、この点Ａ２の位置で再度左ボタン４２Ｌをクリックする。この場合、クリック点座標取得部７２が、点Ａ１と点Ａ２の座標を取得することに応じて、抽出領域描画部７３は、点Ａ１と点Ａ２とを結ぶ直線Ｂ１を描画する。
【００８５】
以降、ユーザが、マウスカーソルを点Ａ３〜点Ａ７の位置に移動させて左ボタン４２Ｌをクリックするごとに、クリック点座標取得部７２が、点Ａ３〜点Ａ７の座標位置を取得するとともに、抽出領域描画部７３が、直線Ｂ２〜Ｂ６を順番に描画する。
なお、点Ａ７を、直線Ｂ１とＢ６とが交差するように設定することにより、抽出領域設定部７０は、点Ａ１〜Ａ６を頂点とする多角形（この例では、６角形）を抽出領域として設定する。また、直線Ｂ１とＢ６とが交差しないように点Ａ７が設定された場合は、後に、点Ａ１〜点Ａ７を頂点とする多角形（７角形）が設定される。
【００８６】
このように、ユーザが、表示画面４６上でマウス４２により点Ａ１〜Ａ７を設定することにより、クリック点座標取得部７２は、各点Ａ１〜Ａ７の座標の情報を取得して、記憶部６０に記憶する。また、抽出領域描画部７３は、表示画面４６上に、直線（線分）Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６を表示する。そして、ユーザが最後に、例えば、「Ｅｎｔｅｒ」キーを押下するか、また、例えば、マウス４２の右ボタン４２Ｒをクリックすることにより、点Ａ１〜点Ａ６（または点Ａ７）を頂点する多角形が抽出領域として設定される。
【００８７】
このように、本実施形態の形状測定装置１００は、直線を用いて、任意の形状の多角形を描画することにより抽出領域を設定することができる。このため、複雑な形状の測定対象３や、スキャンの際に投影画像の形が変わるような測定対象３においても、異常点（ノイズを含む点）を除いた領域で点群データを取得することができる。
【００８８】
なお、図６に示す例では、多角形により囲まれる領域を設定して、点群データを生成する抽出領域を設定する例について説明したが、逆に、多角形により囲まれる領域の画像データでもって、点群データを生成しない非抽出領域として設定することも可能である（図７〜図１３に示す例においても同様）。
【００８９】
（記憶部が記憶している多角形の形状データを用いて抽出領域を設定する例）
図６に示す例では、形状データのアイコン４７から「直線」のアイコンを選択し、この直線により任意形状の多角形をマウス４２により描画することにより、抽出領域を設定する例について説明したが、抽出領域の設定方法はこれに限定されない。本実施形態の形状測定装置１００では、記憶部６０が記憶している複数の形状候補から、所望の形状データを選択し、この選択した形状データにより抽出領域の形状を設定することもできる。
【００９０】
例えば、図７は、形状データ６２から「多角形」を選択して抽出領域を設定する例を示す図である。この場合に、記憶部６０には、「多角形」の形状データと、この「多角形」の形状データに関連付けされて、多角形の形状を規定するパラメータの種類、例えば、角数、寸法、回転角（底辺角度；水平方向からの傾き角度）などのパラメータの種類を示す情報が記憶されている。
【００９１】
そして、ユーザは、最初に、表示画面４６上の形状データのアイコン４７から「多角形」のアイコンを選択する。例えば、マウス４２の移動によりマウスカーソルをアイコン４７内の「多角形」のアイコンの位置に合わせ、マウス４２の左ボタン４２Ｌをクリックする。これにより、図形選択処理部７１は、記憶部６０の形状データ６２から「多角形」を選択する。このようにして、「多角形」による描画処理が開始される。
【００９２】
この形状データ「多角形」が選択されると、表示画面４６の最上部に、パラメータ設定ウィンドウ４８がポップアップ表示される。ユーザは、このパラメータ設定ウィンドウ４８に、角数、寸法、回転角（底辺角度；水平方向からの傾き角度）を入力する。この例では、角数に５を入力し、寸法に３０（例えば、外接円の半径３０ｍｍに相当）を入力し、回転角（底辺角度）に１０を入力する。
次に、ユーザは、表示画面４６上で、マウス４２によりマウスカーソルを点Ａ１の位置に移動し、このＡ１点において左ボタン４２Ｌをクリックすることにより、Ａ１点を中心とする５角形ＰＯＬが抽出領域として設定される。
【００９３】
このように、本実施形態に形状測定装置１００は、記憶部６０が記憶している複数の形状候補から多角形の形状を選択して抽出領域を設定することができる。このため、複雑な形状の測定対象３や、スキャンの際に投影画像の形が変わるような測定対象３においても、異常点を除いた抽出領域を正しく設定して点群データを取得することができる。
【００９４】
（抽出領域を円により設定する例）
次に、形状データ６２から「円」を選択して抽出領域を設定する例について説明する。
図８は、形状データ６２から「円」を選択して抽出領域を設定する例を示す図である。
この場合に、記憶部６０には、「円」の形状データと、この「円」の形状データに関連付けされて、円の形状を規定するパラメータの種類、例えば、中心座標、半径などのパラメータの種類を示す情報が記憶されている。
【００９５】
そして、ユーザは、最初に、表示画面４６上の形状データのアイコン４７から「円」を選択する。すなわち、マウス４２の移動によりマウスカーソルを「円」のアイコンの位置に合わせ、マウス４２の左ボタン４２Ｌをクリックする。これにより、図形選択処理部７１は、記憶部６０の形状データ６２から形状データ「円」を選択する。このようにして、「円」による描画処理が開始される。
【００９６】
この形状データ「円」が選択されると、表示画面４６の上部に、パラメータ設定ウィンドウ４９がポップアップ表示される。ユーザは、このパラメータ設定ウィンドウ４９に、半径入力する。この例では、半径に３０（例えば、３０ｍｍに相当）を入力する。
次に、ユーザは、表示画面４６上で、マウス４２によりマウスカーソルを点Ａ１の位置に移動し、この点Ａ１において左ボタン４２Ｌをクリックすることにより、点Ａ１を中心とする円ＣＩＲが描画されるとともに、この円ＣＩＲが点群データを生成する抽出領域として設定される。
このように、本実施形態に形状測定装置１００は、記憶部６０が記憶している複数の形状候補から円の形状データを選択して抽出領域を設定することができる。
【００９７】
なお、この「円」を抽出領域として設定する場合には、パラメータ設定ウィンドウ４９を用いることなく、図９に示すように、マウスカーソルを点Ａ１の位置に移動して円の中心点を定めた後に、マウスカーソルを点Ａ２まで移動してクリックすることにより半径Ｒを定めて円ＣＩＲを描画するようにしてもよい。
【００９８】
（抽出領域を楕円により設定する例）
次に、形状データ６２から「楕円」を選択して抽出領域を設定する例について説明する。図１０は、形状データ６２から「楕円」を選択して抽出領域を設定する例を示す図である。
この場合、記憶部６０には、「楕円」の形状データと、この「楕円」の形状データに関連付けされて、楕円の形状を規定するパラメータの種類、例えば、長軸または短軸の長さと位置、傾き角、楕円上の１点の座標などのパラメータの種類を示す情報が記憶されている。
【００９９】
そして、ユーザは、最初に、表示画面４６において、マウス４２の移動によりマウスカーソルをアイコン４７中の「楕円」のアイコンの位置に合わせて、マウス４２の左ボタン４２Ｌをクリックする。これにより、図形選択処理部７１は、記憶部６０の形状データ６２から形状データ「楕円」を選択する。このようにして、「楕円」による描画処理が開始される。この「楕円」による描画処理は、３点指示により行われる。
【０１００】
次に、ユーザは、表示画面４６上でマウスカーソルの移動とクリックにより、長軸または短軸の長さと、位置と、傾き角度とを、点Ａ１と点Ａ２により選択する。続いて、ユーザは、楕円上の一点Ａ３を選択する。これにより、点Ａ１と点Ａ２と点Ａ３とを含む楕円ＥＬが抽出領域として設定される。
なお、形状測定装置１００は、楕円を抽出領域として設定する場合に、中心点の位置をマウスカーソルにより設定し、長軸及び短軸の長さと、傾きとを、パラメータにより設定するようにしてもよい。
【０１０１】
このように、本実施形態に形状測定装置１００は、任意の形状の楕円ＥＬで抽出領域を設定することができる。このため、複雑な形状の測定対象３においても、異常点を除いた抽出領域を設定して点群データを取得することができる。
【０１０２】
（抽出領域を曲線により設定する例）
図１１は、曲線により抽出領域を設定する例を示している。
形状測定装置１００のユーザは、表示画面４６に表示された形状データのアイコン４７の中から、「曲線」のアイコンをマウス４２により選択する。
【０１０３】
そして、ユーザは、表示画面４６上でマウスカーソルの移動とクリックとを繰り返して行うことにより、「点Ａ１→点Ａ２→点Ａ３→点Ａ４→点Ａ５→点Ａ６→点Ａ７」の順に各点Ａ１〜Ａ７の座標を指定する。例えば、ユーザが、点Ａ１の位置にマウスカーソルを移動させて左ボタン４２Ｌをクリックした後に、マウスカーソルを点Ａ２の位置に移動させ、この点Ａ２の位置で再度左ボタン４２Ｌをクリックすると、クリック点座標取得部７２は、点Ａ１と点Ａ２の座標を取得するととともに、抽出領域描画部７３は、Ａ１と点Ａ２とを結ぶ直線Ｂ１を描画する。
以降、ユーザが、マウスカーソルを点Ａ３〜点Ａ７の位置に移動させて左ボタン４２Ｌをクリックするごとに、クリック点座標取得部７２は、点Ａ３〜点Ａ７の座標位置を取得するとともに、直線Ｂ２〜Ｂ６を順番に描画する。
【０１０４】
これにより、クリック点座標取得部７２は、各点Ａ１〜Ａ７の座標の情報を取得して、記憶部６０に記憶するとともに、表示画面４６上に、線分Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６が表示される。そして、ユーザが最後に、例えば、「Ｅｎｔｅｒ」キーを押下するか、または、右ボタン４２Ｒをクリックすることにより、線分Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７（点Ａ７とＡ１とを結ぶ直線）が確定するとともに、点Ａ１〜点Ａ７を含む滑らかなスプライン曲線ＳＰＬが抽出領域として設定される。
このように、本実施形態に形状測定装置１００は、曲線により任意の形状の抽出領域を設定することができる。このため、複雑な形状の測定対象３などにおいても、異常点を除いた抽出領域を設定して点群データを取得することができる。
【０１０５】
以上、抽出領域の設定方法について、種々の例を示して説明したが、本発明の形状測定装置１００における抽出領域の設定方法は、図６から図１１の図示例に限定されるものではない。例えば、上述した方法により表示画面４６上に描かれた２つの図形に挟まれる領域を抽出領域として設定することもできる。例えば、図１２（Ａ）に示すように、表示画面４６上に点Ａ１を中心とする円ＣＩＲ１と、点Ａ２を中心とする円ＣＩＲ２とを描画し、この２つの円ＣＩＲ１とＣＩＲ２とで挟まれる領域ＥＲＡ１を抽出領域として設定することができる。
また、図１２（Ｂ）に示すように、描画した図面の内側の領域ではなく、外側の領域ＥＲＡ２を抽出領域として設定することもできる。換言すれば、図１２（Ｂ）において、円ＣＩＲ１により、点群データを生成しない非抽出領域を設定することも可能である。
【０１０６】
また、図１３（Ａ）に示すように、形状測定装置１００は、表示画面４６上に２つの抽出領域を設定することもできる。この図１３（Ａ）に示す例は、図１１で説明したスプライン曲線ＳＰＬで囲まれた抽出領域と、図８で説明した円ＣＩＲで囲まれた抽出領域との２つの抽出領域を、点群データを生成する領域として設定する例である。
なお、本実施形態で、円、楕円、曲線等で囲まれた領域を設定することで、抽出領域を設定する際、画像データ上で設定される抽出領域の境界は、非常に微細な線分をつなぎ合わせて、略円、略楕円、略曲線で近似して設定することができる。
【０１０７】
また、図１３（Ｂ）に示すように、測定対象３の被測定面の形状によっては、測定対象３をチルトし、このチルトされた測定対象３の撮像画像に対して抽出領域設（頂点Ａ１〜Ａ６を有する６角形）を設定することも可能である。具体的には、図２に示す支持テーブル３２を、水平（Ｘ軸方向）に延びる回転軸φを中心として図２に示すＢ方向に回転させることにより、直接反射光が撮像部２２のカメラに到達しないように測定対象を傾けて撮像する。
このように、測定対象３を傾けて、形状測定を行うことにより、直接反射光等が撮像部２２に到達しないようにして撮像することができる。
【０１０８】
［第２実施形態］
上述した第１実施形態では、抽出領域の設定を記憶部６０に記憶された形状データ６２を用いて設定するようにしていた。これに対して、第２実施形態では、測定対象３のＣＡＤデータ（設計情報）に基づいて抽出領域の形状を設定する例について説明する。
【０１０９】
図１４は、本発明の第２実施形態に係る形状測定装置１００Ａの構成を示すブロック図である。この図１４に示す形状測定装置１００Ａは、図３に示す第１実施形態の形状測定装置１００の構成と比較して、図３に示す抽出領域設定部７０を、図１４に示す抽出領域設定部７０Ａに置き換えた点が異なる。他の構成は、図３に示す形状測定装置１００と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１０】
また、図１５は、抽出領域設定部７０Ａの構成と動作を説明するための図である。
この図１５に示すように、抽出領域設定部７０Ａには、抽出領域推定部７４が設けられている。また、記憶部６０に、測定対象３のＣＡＤデータ（設計情報）６１が記憶されている。
【０１１１】
抽出領域推定部７４は、記憶部６０が記憶するＣＡＤデータ６１を利用して、鏡面による多重反射光像（ノイズＮ１）の発生位置を推定する。この場合に、抽出領域推定部７４は、光切断線ＰＣＬの照射方向、撮像方向、測定対象の面の方向を判定し、ＣＡＤデータ６１を基に、多重反射光像の発生位置を幾何学的に推定する。
【０１１２】
具体的には、抽出領域推定部７４は、図１６（Ａ）に示すように、ＣＡＤデータＣＬ（一点鎖線で示される図形ＣＬ）を基に、多重反射光像（ノイズＮ１）の発生位置を推定する。そして、抽出領域推定部７４は、図１６（Ｂ）に示すように、多重反射光像（ノイズＮ１）を除外するようにして、点Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５、Ａ６を頂点とする多角形で囲まれる領域ＥＲＡ１を抽出領域として推定（設定）する。なお、抽出領域推定部７４により推定された抽出領域ＥＲＡ１は、表示画面４６上に撮像画像Ｌ１とともに表示することができる。
【０１１３】
このように、第２実施形態の形状測定装置１００Ａでは、ＣＡＤデータ６１に基づいて抽出すべき領域を推定し、推定した領域を抽出領域として自動的に設定することができる。なお、第２実施形態の形状測定装置１００Ａは、ＣＡＤデータ６１に基づいて抽出すべき領域を自動で設定できる機能に加えて、第１実施形態と同様に、ユーザが、記憶部６０に保持された形状データ６２を用いて抽出領域を設定できるようにしてもよい。
【０１１４】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態として、測定対象３に対して、仮測定により点群データを生成し、この仮測定結果に基づいて抽出領域を設定する例について説明する。図１７は、第３実施形態に係る形状測定装置１００Ｂの構成を示すブロック図である。
この図１７に示す形状測定装置１００Ｂは、図３に示す第１実施形態の形状測定装置１００の構成と比較して、図３に示す抽出領域設定部７０を、図１７に示す抽出領域設定部７０Ｂに置き換えた点が異なる。他の構成は、図３に示す形状測定装置１００と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１５】
また、図１８は、抽出領域設定部７０Ｂの構成と動作を説明するための図である。
この図１８に示す抽出領域設定部７０Ｂは、仮測定実行部７５を有している。また、記憶部６０には、抽出領域設定部７０Ｂにより抽出された抽出領域を示す情報である抽出領域情報６３が保存される。
【０１１６】
仮測定実行部７５は、表示画面４６上において、測定対象３に対して仮測定を実行する。この仮測定において、仮測定実行部７５は、通常の計測の場合と同様にして、点群データ生成部５６Ａにより、撮像部２２が生成した撮像画像に基づいて、測定対象３の３次元形状を示す点群データを生成する。この場合に、仮測定実行部７５は、撮像画像に対して抽出領域設定部７０Ｂにより抽出領域を設定することなく、撮像画像の全体から点群データを生成する。そして、抽出領域設定部７０Ｂは、仮測定実行部７５における仮測定結果に基づいて抽出領域を設定する。また、抽出領域設定部７０Ｂは、設定した抽出領域を記憶部６０に記憶する。
【０１１７】
具体的には、仮測定実行部７５は、図１９（Ａ）に示す表示画面４６上の撮像画像Ｌ１および多重反射光像（ノイズＮ１）に対して点群データを生成する。そして、抽出領域設定部７０Ｂは、仮測定実行部７５により生成された点群データを基に、多重反射光像（ノイズＮ１）が含まれる領域を判定する。例えば、抽出領域設定部７０Ｂは、点群データが不連続になる部分など判定することにより多重反射光像（ノイズＮ１）を異常点として含まれる領域として判定する。
【０１１８】
そして、抽出領域設定部７０Ｂは、多重反射光像（ノイズＮ１）を含む領域を除外した正常な領域を抽出領域として設定し、この抽出領域の設定情報を、抽出領域情報６３として記憶部６０に記憶する。
例えば、抽出領域設定部７０Ｂは、図１９（Ｂ）に示すように、表示画面４６において、正常な領域ＡＵＲ１（Ａ１〜Ａ６を頂点とする多角形の領域）を抽出領域として設定し、この設定した抽出領域ＡＵＲ１の情報を抽出領域情報６３として記憶部６０に記憶する。以降、抽出領域設定部７０Ｂは、この記憶部６０に記憶された抽出領域情報６３を基に、入力される撮像画像に対して抽出領域を設定する。
【０１１９】
このように、第３の実施形態では、測定対象（製品）の製造ライン等、同一形状かつ複数の測定対象を測定する場合に、いちど仮測定して抽出領域を記憶部６０に記憶しておくことにより、その後は、複数の測定対象３について、自動的に抽出領域を設定することができる。なお、第２実施形態の形状測定装置１００Ｂは、仮測定により抽出すべき領域を自動で設定する機能に加えて、第１実施形態と同様に、ユーザが、記憶部６０に保持された形状データ６２を用いて抽出領域を設定できるようにしてもよい。
【０１２０】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態として、撮像部２２が生成した撮像画像に基づいて、抽出領域を自動で設定する例について説明する。
図２０は、第４実施形態に係る形状測定装置１００Ｃの構成を示すブロック図である。この図２０に示す形状測定装置１００Ｃは、図３に示す第１実施形態の形状測定装置１００の構成と比較して、図３に示す抽出領域設定部７０を、図２０に示す抽出領域設定部７０Ｃに置き換えた点が異なる。他の構成は、図３に示す形状測定装置１００と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１２１】
また、図２１は、抽出領域設定部７０Ｃの構成と動作を説明するための図である。
この図２１に示すように、抽出領域設定部７０Ｃは、第２抽出領域設定部８０を有している。この第２抽出領域設定部８０は、撮像部２２により計測された測定対象３の光切断線ＰＣＬの撮像画像を基に、多重反射光像（ノイズＮ１）等の異常点が含まれる領域を判定し、異常点を除外した正常な領域を、自動抽出領域として推定する。
【０１２２】
具体的には、第２抽出領域設定部８０は、図２２（Ａ）に示す表示画面４６上の撮像画像Ｌ１および多重反射光像（ノイズＮ１）において、例えば、多重反射光像（ノイズＮ１）が不連続な画像（閉じた領域の画像）であると判定することにより、多重反射光像（ノイズＮ１）を異常点と判定する。
そして、第２抽出領域設定部８０は、例えば、図２２（Ｂ）に示すように、表示画面４６において、多重反射光像（ノイズＮ１）を含まない領域（Ａ１〜Ａ６を頂点とする多角形の領域）を抽出領域として推定する。抽出領域設定部７０Ｃは、第２抽出領域設定部８０の推定結果を基に、抽出領域ＧＥＲ１を点群データを生成する抽出領域として設定する。
【０１２３】
このように、第４実施形態の形状測定装置１００Ｃでは、測定対象３の撮像画像を基に、点群データを生成する抽出領域を自動で設定することができる。なお、第４実施形態の形状測定装置１００Ｃは、撮像画像に基づいて抽出すべき領域を自動で設定する機能に加えて、第１実施形態と同様に、ユーザが、記憶部６０に保持された形状データ６２を用いて抽出領域を設定できるようにしてもよい。
【０１２４】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態として、上述した第１の実施形態の形状測定装置１００、第２の実施形態の形状測定装置１００Ａ、第３実施形態の形状測定装置１００Ｂ、および第４実施形態の形状測定装置１００Ｃの、いずれかの形状測定装置を備えた構造物製造システムについて説明する。
【０１２５】
図２３は、第５実施形態に係る構造物製造システム２００の構成を示すブロック図である。構造物製造システム２００は、例えば、上述した形状測定装置１００と、設計装置１１０と、成形装置１２０と、制御装置（検査装置）１５０と、リペア装置１４０とを備える。
【０１２６】
設計装置１１０は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作成した設計情報を成形装置１２０に送信する。また、設計装置１１０は、作成した設計情報を制御装置１５０の後述する座標記憶部１５１に記憶させる。ここで、設計情報とは、構造物の各位置の座標を示す情報である。
【０１２７】
成形装置１２０は、設計装置１１０から入力された設計情報に基づいて上記構造物を作製する。成形装置１２０の成形工程には、鋳造、鍛造、または切削等が含まれる。
形状測定装置１００は、作製された構造物（測定対象３）の座標を測定し、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置１５０へ送信する。
【０１２８】
制御装置１５０は、座標記憶部１５１と、検査部１５２とを備える。座標記憶部１５１には、前述の通り、設計装置１１０により設計情報が記憶される。検査部１５２は、座標記憶部１５１から設計情報を読み出す。検査部１５２は、形状測定装置１００から受信した座標を示す情報（形状情報）と座標記憶部１５１から読み出した設計情報とを比較する。
【０１２９】
検査部１５２は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部１５２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。
検査部１５２は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合、修復可能であるか否か判定する。修復できる場合、検査部１５２は、比較結果に基づき、不良部位と修復量を算出し、リペア装置１４０に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。
【０１３０】
リペア装置１４０は、制御装置１５０から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。
【０１３１】
図２４は、構造物製造システム２００による処理の流れを示したフローチャートである。
【０１３２】
まず、設計装置１１０が、構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ１０１）。次に、成形装置１２０は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する（ステップＳ１０２）。次に、形状測定装置１００は、作製された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ１０３）。次に、制御装置１５０の検査部１５２は、形状測定装置１００で得られた形状情報と、上記設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作成されたか否か検査する（ステップＳ１０４）。
【０１３３】
次に、制御装置１５０の検査部１５２は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。作成された構造物が良品である場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）、構造物製造システム２００はその処理を終了する。一方、作成された構造物が良品でない場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）、制御装置１５０の検査部１５２は、作成された構造物が修復できるか否か判定する（ステップＳ１０６）。
【０１３４】
作成された構造物が修復できると検査部１５２が判断した場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）、リペア装置１４０は、構造物の再加工を実施し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０３の処理に戻る。一方、作成された構造物が修復できないと検査部１５２が判断した場合（ステップＳ１０６；ＮＯ）、構造物製造システム２００はその処理を終了する。以上で、本フローチャートの処理を終了する。
【０１３５】
以上により、上記の実施形態における形状測定装置１００が構造物の座標（３次元形状）を、撮像画像の異常点を容易に除外して測定することができるので、構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であるか否かを正確に判定することができる。また、構造物製造システム２００は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。
【０１３６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、ここで、本発明と上述した実施形態との対応関係について補足して説明しておく。
すなわち、上記実施形態において、本発明における形状測定装置は、形状測定装置１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃのいずれかが対応する。また、本発明における投影部は、投影部２１が対応し、本発明における撮像部は、撮像部２２が対応する。また、本発明における抽出領域設定部は、抽出領域設定部７０、７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃのいずれかが対応し、本発明における生成部は、座標算出部５６（より正確には点群データ生成部５６Ａ）が対応する。
また、本発明における構造物製造システムは、構造物製造システム２００が対応し、本発明における設計装置は、設計装置１１０が対応し、本発明における成形装置は、成形装置１２０が対応し、本発明における検査装置は、制御装置１５０が対応する。
【０１３７】
以上説明したように、上記実施形態において、形状測定装置１００は、測定対象３を撮像した撮像画像を生成する撮像部２２と、撮像部２２によって撮像される撮像画像が、測定対象３にパターン（光切断線ＰＣＬ）が投影された画像として撮像されるように、撮像部２２が撮像している方向と異なる方向から、パターンを測定対象３に投影する投影部２１と、撮像部２２が生成した撮像画像内の領域の中から、抽出領域を設定するための情報に基づいて、３またはそれ以上の線分によって設定可能な形状のいずれかにより抽出領域を設定する抽出領域設定部７０と、撮像部２２が生成した撮像画像内の抽出領域の撮像画像に基づいて、測定対象３の三次元形状を示す点群データを生成する生成部（点群データ生成部５６Ａ）とを備える。
このような構成の形状測定装置１００であれば、抽出領域設定部７０は、撮像部２２が生成した撮像画像内の領域の中から、３またはそれ以上の線分によって設定可能な形状（例えば、多角形）により抽出領域を設定し、生成部（点群データ生成部５６Ａ）は、この抽出領域の撮像画像に基づいて、測定対象３の三次元形状を示す点群データを生成する。
これにより、形状測定装置１００では、測定対象の３次元形状を示す点群データの抽出領域を任意の形状で指定することができる。このため、測定対象３が複雑な形状である場合や、スキャンの際に投影画像が形の変わるような場合においても、異常点を正しく省いて点群データを生成することができる。
【０１３８】
また、上記実施形態において、形状測定装置１００は、抽出領域の輪郭を示す複数種類の形状データが記憶されている記憶部６０を備え、抽出領域設定部７０は、記憶部６０に記憶されている複数の形状データのうちから、入力される抽出領域を設定するための情報に基づいて選択された形状データにより抽出領域を選択する。
このような構成の形状測定装置１００であれば、記憶部６０には、抽出領域の輪郭を示す複数種類の形状データ（例えば、多角形や、円などの形状データ）が記憶されており、ユーザは、所望の形状データを選択して、この選択した形状データを用いて、撮像画像内の領域から点群データを生成する抽出領域を設定する。
これにより、形状測定装置１００では、記憶部６０に記憶されている形状データのうちから、所望の形状データを選択して抽出領域を設定することができる。
【０１３９】
また、上記実施形態において、抽出領域を設定するための情報には、抽出領域の境界を設定する抽出形状要素と、抽出領域の境界を規定するパラメータの値とが含まれ、記憶部６０には、抽出形状要素とパラメータの種類とが関連付けられて形状データ６２として記憶されており、抽出領域設定部７０は、抽出領域を設定するための情報に該当する抽出形状要素に関連付けて記憶されているパラメータを記憶部６０から読み出し、読み出した当該抽出形状要素と、入力される抽出領域を設定するための情報に含まれるパラメータの値とに基づいて、前記抽出領域の形状を選択する。
このような構成の形状測定装置１００であれば、記憶部６０に、抽出形状要素（例えば、多角形等）とパラメータの種類（例えば、多角形の頂点数等）とを関連付して形状データ６２として記憶しておく。そして、抽出領域設定部７０は、抽出領域の設定に使用する抽出形状要素のパラメータの種類を記憶部６０から読み出し、この読み出したパラメータと、入力されるパラメータの値（例えば、多角形の頂点の座標値）とに基づいて、抽出領域の形状を選択する。
これにより、抽出領域の境界形状要素（例えば、多角形等）と、そのパラメータの値とに基づいて、抽出領域を設定することができる。
【０１４０】
また、上記実施形態において、抽出形状要素には、３以上の頂点を有する多角形の頂点数を示す情報が含まれ、パラメータには、多角形の頂点の数を示す情報が含まれている。また、パラメータには、それぞれの頂点に関する座標値が含まれ、抽出領域設定部７０は、入力される抽出領域を設定するための情報に該当する多角形を示す情報と一致する多角形を示す情報に関連付けて記憶されている多角形の形状を、多角形の頂点の座標に関する情報に基づいて記憶部６０から読み出し、読み出した当該多角形の形状を頂点の座標によって規定することを示す情報と、入力される頂点の座標値とに基づいて、抽出領域の形状を選択する。
これにより、形状測定装置１００では、多角形と多角形の頂点座標とにより、抽出領域を設定することができる。
【０１４１】
また、上記実施形態において、入力される抽出領域を設定するための情報には、抽出領域を設定するための多角形状の頂点に関する情報が含まれ、抽出領域設定部７０は、多角形状の頂点に関する情報を基に、抽出領域の境界位置を設定する。
これにより、形状測定装置１００では、多角形と多角形の頂点座標とにより、抽出領域を設定することができる。
【０１４２】
また、上記実施形態において、入力される抽出領域を設定するための情報には、抽出領域を設定するための円の中心の位置と半径に関する情報が含まれ、抽出領域設定部は、円の中心の位置と半径とに関する情報を基に、抽出領域の境界位置を設定する。
これにより、形状測定装置１００では、円の中心座標と、半径とにより、抽出領域を設定することができる。
【０１４３】
また、上記実施形態において、形状測定装置１００Ａでは、抽出領域設定部７０Ａが、さらに測定対象３の設計情報（ＣＡＤデータ）に基づいて、抽出領域の形状を設定する。
これにより、形状測定装置１００Ａを利用するユーザは、測定対象３のＣＡＤデータを利用して、点群データを生成する抽出領域を設定することができる。
【０１４４】
また、上記実施形態において、形状測定装置１００Ｂでは、抽出領域設定部７０Ｂが、生成部（点群データ生成部５６Ａ）が生成した点群データに基づいて抽出領域を示す情報を設定する。
このような構成の形状測定装置１００Ｂであれば、仮測定により測定対象３の点群データを生成し、この仮測定結果に基づき、３次元形状データの算出に用いる点群データの抽出領域を設定する。
これにより、形状測定装置１００Ｂを利用するユーザは、測定対象３の仮測定結果を基に、ノイズ等の異常点の含まれる領域を確認して、抽出領域を設定することができる。
【０１４５】
また、上記実施形態において、形状測定装置１００Ｃは、撮像部２２が生成した撮像画像に基づいて抽出領域を示す情報を設定する第２抽出領域設定部８０を備え、抽出領域設定部７０は、第２抽出領域設定部８０から入力される抽出領域を示す情報に基づいて、抽出領域の形状を選択する。
このような構成の形状測定装置１００Ｃであれば、第２抽出領域設定部８０は、撮像部２２が生成した撮像画像に基づいてノイズ等の異常点の含まれる領域を判定し、抽出領域設定部７０は、第２抽出領域設定部８０により判定されたノイズ等の含まれる領域を除外するようにして、点群データを生成する抽出領域を設定することができる。
【０１４６】
また、上記実施形態において、抽出領域設定部７０は、撮像画像から非抽出領域を選択させることで、抽出領域を設定する。
これにより、ユーザは、撮像画像において、点群データを生成しない非抽出領域を設定することができる。
【０１４７】
また、上記実施形態において、構造物製造システム２００は、構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する設計装置１１０と、構造物設計情報に基づいて構造物を作製する成形装置１２０と、作成された前記構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する形状測定装置１００と、測定によって得られた形状情報と、構造物設計情報とを比較する検査装置（制御装置１５０）とを含む。
これにより、構造物製造システム２００は、形状測定装置１００が構造物の座標（３次元形状）を、撮像画像の異常点を容易に除外して測定することができるので、構造物製造システム２００は、作成された構造物が良品であるか否かを正確に判定することができる。
【０１４８】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
【０１４９】
なお、上記の各実施形態における制御ユニット４０及び各装置が備える制御部（以下、これらを総称して制御部ＣＯＮＴと記載する）又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。
【０１５０】
なお、この制御部ＣＯＮＴ又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、この制御部ＣＯＮＴ又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部はメモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、制御部ＣＯＮＴ、又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
【０１５１】
また、制御部ＣＯＮＴ又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、制御部ＣＯＮＴ又はこの制御部ＣＯＮＴが備える各部による処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【０１５２】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
【０１５３】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【符号の説明】
【０１５４】
１…測定機本体、２…基台、３…測定対象、２０…検出部、２１…投影部、２２…撮像部、４０…制御ユニット、４１…入力装置、４２…マウス、４３…キーボード、４５…表示装置、４６…表示画面、４７…形状データのアイコン、５１…制御部、５２…座標検出部、５３…間隔調整部、５４…駆動制御部、５５…移動指令部、５６…座標算出部、５６Ａ…点群データ生成部（生成部）、５７…データ出力部、６０…記憶部、６１…ＣＡＤデータ、６２…形状データ、６３…抽出領域情報、７０，７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ…抽出領域設定部、７１…図形選択処理部、７２…クリック点座標取得部、７３…抽出領域描画部、７４…抽出領域推定部、７５…仮測定実行部、８０…第２抽出領域設定部、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…形状測定装置、１１０…設計装置、１２０…成形装置、１４０…リペア装置、１５０…制御装置、１５１…座標記憶部、１５２…検査部、２００…構造物製造システム
【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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