(57)【要約】      （修正有）【課題】基準マークが３点以上特定できる異なる複数の視点から被測定物を簡単に撮像でき、被測定物の３次元形状を簡単に測定することができる測定用基準体、およびこれを備えた３次元形状測定装置を提供する。【解決手段】３次元形状測定装置１は、被測定物Ｐまたはその近傍に位置する基準マークを、基準マークが３点以上特定できる異なる複数の視点から被測定物Ｐを撮像し、撮像した画像データに基づいて、被測定物Ｐの３次元形状のデータを生成する装置であり、基準マークが配置された平面部を隣接して１０面以上有した多面体である測定用基準体１０と、被測定物Ｐを撮像する撮像装置２と、撮像装置２で測定された画像データに基づいて、被測定物Ｐの３次元形状のデータを生成する生成装置３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物またはその近傍に位置する基準マークを３点以上特定できる視点から、前記被測定物を撮像し、撮像した画像データに基づいて、前記被測定物の３次元形状のデータを生成する３次元形状測定装置に用いる測定用基準体であって、
該測定用基準体は、平面部を１０面以上有した多面体であり、前記平面部のうち隣接する１０面以上の各平面部には、前記基準マークが配置されていることを特徴とする測定用基準体。
【請求項２】
すべての前記平面部に、前記基準マークが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の測定用基準体。
【請求項３】
前記平面部のうち、前記測定用基準体が前記被測定物に設置される設置用の平面部には、前記被測定物に付着する付着部材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の測定用基準体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の測定用基準体と、
前記被測定物を撮像する撮像装置と、
該撮像装置で測定された画像データに基づいて、前記被測定物の３次元形状のデータを生成する生成装置と、を備えることを特徴とする３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、被測定物を撮像することにより、被測定物の３次元形状を測定するための測定用基準体、およびこれを備えた３次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、被測定物の３次元形状を測定する際には、非接触式の３次元形状測定装置が利用されている。この３次元形状測定装置では、被測定物を異なる複数の視点から撮像し、この撮像した画像データから、被測定物の３次元形状のデータが合成（生成）されている。
【０００３】
ここで、被測定物の３次元形状のデータを合成する際には、撮像した各画像データに、被測定物に対して基準となる３点以上の基準点が含まれている必要がある。このような点を鑑みて、例えば、特許文献１では、図７（ａ）に示すように、被測定物Ｐを撮像する前に、被測定物Ｐの表面Ｐａに、複数の基準マークＭを配置している。
【０００４】
被測定物Ｐの撮像時には、図７（ｂ）に示すように、基準マークＭが３点以上特定できる視点（具体的には、複数の異なる視点）から、被測定物Ｐを撮像装置２で撮像している。これにより、３点以上の基準マーク（基準点）が含まれた被測定物Ｐの画像データを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２２０５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような測定方法を採用した場合、撮像装置２の視野Ｒに、基準マークが３点以上存在し、かつ、撮像した画像データから、これらの基準マークＭを特定できなければ、被測定物Ｐの３次元形状のデータを生成することはできない。したがって、基準マークＭがこの条件を満たすように、被測定物Ｐの表面Ｐａまたはその近傍に基準マークＭを過剰に配置しなければならなかった。
【０００７】
さらに、基準マークＭを被測定物Ｐに配置する際には、基準マークＭの位置ずれ等を防止するため、基準マークＭが印刷されたシールを被測定物Ｐの表面Ｐａに貼着することが想定される。したがって、被測定物Ｐの３次元形状を測定する前に、特定の多数の位置にこれらのシールを貼着せねばならず、測定終了後には、貼着したすべてのシールを剥がさなければならない。
【０００８】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、基準マークが３点以上特定できる異なる複数の視点から、被測定物を簡単に撮像でき、被測定物の３次元形状を簡単に測定することができる測定用基準体、およびこれを備えた３次元形状測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような点を鑑みて、本発明に係る測定用基準体は、被測定物またはその近傍に位置する基準マークを３点以上特定できる視点から、前記被測定物を撮像し、撮像した画像データに基づいて、前記被測定物の３次元形状のデータを生成する３次元形状測定装置に用いる測定用基準体であって、該測定用基準体は、平面部を１０面以上有した多面体であり、前記平面部のうち隣接する１０面以上の各平面部には、前記基準マークが配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る測定用基準体によれば、１つの測定用基準体には、複数の基準マークが配置されているので、測定用基準体を被測定物またはその近傍に設置すれば、基準マークが３点以上特定できる視点から被測定物を簡単に撮像できる。
【００１１】
また、測定用基準体は、平面部を１０面以上有した多面体であり、平面部のうち隣接する１０面以上の各平面部に、基準マークが配置されているので、異なる複数の視点からの撮像装置の視野内において、３点以上の基準マークを存在させ易く、基準マークを特定し易い画像データを得ることができる。
【００１２】
より好ましい態様としては、すべての前記平面部に、前記基準マークが配置されている。この態様によれば、多面体のいずれか１つの平面部を設置用の平面部として測定用基準体を設置しても、残りのすべての平面部に、基準マークが配置されている。これにより、測定用基準体の設置の仕方にかかわらず、３つ以上の基準マークを被測定物とともに撮像し易い。
【００１３】
より好ましい態様としては、前記平面部のうち、前記測定用基準体が前記被測定物に設置される設置用の平面部には、前記被測定物に付着する付着部材が設けられている。この態様によれば、多面体の設置用の平面部に付着部材が設けられているので、撮像時に測定用基準体を安定して設置することができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る３次元形状測定装置は、前記測定用基準体と、前記被測定物を撮像する撮像装置と、該撮像装置で測定された画像データに基づいて、前記被測定物の３次元形状のデータを生成する生成装置と、を備える。
【００１５】
本発明に係る３次元形状測定装置によれば、被測定物またはその近傍に測定用基準体を配置し、撮像装置で、測定用基準体の基準マークが３点以上特定できる異なる複数の視点から、被測定物を簡単に撮像することができる。そして、撮像した複数の画像データに基づいて、生成装置で被測定物の３次元形状のデータを生成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る測定用基準体およびこれを備えた３次元形状測定装置によれば、基準マークが３点以上特定できる異なる複数の視点から、被測定物を簡単に撮像でき、被測定物の３次元形状を簡単に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る測定用基準体を備えた３次元形状測定装置の模式的斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す測定用基準体の模式的斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す測定用基準体の基準マークの平面図である。
【図３】図１に示す３次元形状測定装置を用いた被測定物の３次元形状の測定方法を説明するためのフロー図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、図３のステップＳ３３を説明するための模式的概念図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、平面部の基準マークの特定方法を説明するための模式的概念図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、図２に示す測定用基準体のいくつかの変形例を示した模式的斜視図である。
【図７】（ａ）は、従来に係る３次元形状の測定方法を行う際の被測定物の模式的斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す被測定物の３次元形状を測定する方法を説明するための模式的概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明の実施形態に測定用基準体を備えた３次元形状測定装置と、これを用いた被測定物の３次元形状の測定方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
１．３次元形状測定装置１について
図１は、本発明の実施形態に係る測定用基準体１０を備えた３次元形状測定装置１の模式的斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係る３次元形状測定装置１は、測定用基準体１０を用いて、被測定物Ｐを異なる複数の視点から撮像し、撮像した複数の画像データに基づいて、被測定物Ｐの３次元形状のデータを生成する装置である。
【００２０】
３次元形状測定装置１は、測定用基準体１０と、被測定物Ｐを撮像する撮像装置（カメラ）２と、撮像装置２で測定された画像データに基づいて、被測定物Ｐの３次元形状のデータを生成する生成装置３と、を備えている。なお、測定用基準体１０については、後述する。
【００２１】
撮像装置２は、アタッチメント５を介してスタンド４に固定されている。アタッチメント５は、固定部５１において、スタンド４に対して上下方向に移動可能にスタンド４に取り付けられ、連接部５２において、アーム５３，５３同士が回動するようになっている。撮像装置２は、アタッチメント５の取付け部５４において、上下方向に回動自在に取り付けられている。なお、図１に示す撮像装置２の固定構造はその一例であり、撮像装置２により異なる複数の視点（角度）から被測定物Ｐを撮像することができるのであれば、撮像装置２の固定構造は特に限定されるものではない。
【００２２】
生成装置３は、撮像装置２に電気的に接続されており、撮像装置２で撮像された画像データを取り込み、これらの画像データに基づいて、被測定物Ｐの３次元形状のデータを合成（生成）する。なお、生成装置３による被測定物Ｐの画像データからの被測定物Ｐの３次元形状のデータを生成（合成）する技術は、例えば特許文献１等で開示されているように、一般的に知られた技術であるため、詳細な説明は、省略する。
【００２３】
さらに、本実施形態では、３次元形状測定装置１は、測定時に被測定物Ｐを載置する回転テーブル７を備えている。これにより、異なる視点から撮像装置２で被測定物Ｐを撮像する際に、回転テーブル７を回転させることができる。
【００２４】
ここで、撮像装置２で撮像した画像データから、生成装置３で３次元形状のデータを生成する際には、撮像装置２で撮像した画像データに、被測定物Ｐに対して基準となる３点以上の基準点（基準マーク）が含まれていなければならない。そこで、本実施形態では、以下に示す測定用基準体１０に複数の基準マークを設けている。
【００２５】
２．測定用基準体１０について
図２（ａ）は、図１に示す測定用基準体１０の模式的斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す測定用基準体１０の基準マーク１２の平面図である。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、測定用基準体１０は、基準マーク１２が配置された平面部１１を複数有した多面体である。具体的には、測定用基準体１０は、切頂二十面体であり、正五角形からなる平面部１１を１２面と、正六角形からなる平面部１１を２０面と、を有した多面体である。したがって、測定用基準体１０は、平面部１１を３２面（１０面以上）有する。また、測定用基準体１０の隣接する平面部１１，１１の法線同士の成す角度は４５°である。
【００２７】
本実施形態では、切頂二十面体の正五角形および正六角形からなるすべての平面部１１に、基準マーク１２が配置されている。すなわち、本発明でいう、平面部１１のうち隣接する１０面以上の各平面部１１に、基準マーク１２が配置されている要件を満たしている。
【００２８】
これにより、切頂二十面体のいずれか１つの平面部１１を設置用の平面部として測定用基準体１０を設置しても、残りのすべての平面部１１に、基準マーク１２が配置されている。したがって、測定用基準体１０の設置の仕方に拘わらず、３つ以上の基準マーク１２を被測定物Ｐとともに、撮像装置２で撮像し易い。
【００２９】
なお、基準マーク１２が配置された１０面以上の平面部１１を形成することができるのであれば、測定用基準体２０の材質および内部構造は、特に限定されるものではない。また、平面部１１に基準マーク１２を配置する場合、基準マーク１２を、切頂二十面体の平面部に直接印刷してもよく、基準マーク１２が印刷された印刷物を、切頂二十面体の平面部に接着剤等で貼り付けてもよい。
【００３０】
図２（ｂ）に示すように、各基準マーク１２は、異なる２色の色で構成された２重円である、具体的には、各基準マーク１２は、第１の色を有した円部１２ａと、円部１２ａの周りに形成された第２の色（第１の色と異なる色）からなる環状部１２ｂと、で構成されている。円部１２ａの外周である内側円の直径は５ｍｍ程度であり、環状部１２ｂの外周である外側円の直径は１０ｍｍ程度である。
【００３１】
なお、撮像装置２で撮像された画像データから、生成装置３で基準マーク１２を特定することができるのであれば、基準マーク１２の第１の色と、第２の色との組み合わせは特に限定されるものではない。同様に、本実施形態では、各基準マーク１２は、異なる２色の色で構成された２重円であったが、基準マーク１２が識別可能な形状であれば、その形状は特に限定されるものではない。
【００３２】
３．被測定物Ｐの３次元形状の測定方法について
図３および図４（ａ），（ｂ）を参照しながら、上述した測定用基準体１０を備えた３次元形状測定装置１を用いて、被測定物Ｐの３次元形状を測定する方法を以下に説明する。
【００３３】
図３は、図１に示す３次元形状測定装置１を用いた被測定物Ｐの３次元形状の測定方法を説明するためのフロー図であり、図４（ａ）および図４（ｂ）は、図３のステップＳ３３を説明するための模式的概念図である。
【００３４】
図３に示すように、まず、ステップＳ３１では、被測定物Ｐに現像液を塗布する。これにより、被測定物Ｐに入射された光の反射を抑制し、撮像装置２で被測定物Ｐの画像データを精度よく取得することができる。
【００３５】
次に、ステップＳ３２に進み、被測定物Ｐを回転テーブル７に載置し、被測定物Ｐまたはその近傍に、測定用基準体１０を設置する。本実施形態では、図１に示すように、被測定物Ｐの形状を測定したい部分の近傍に測定用基準体１０を設置する。
【００３６】
次に、ステップＳ３３に進み、撮像装置２で測定用基準体１０と共に被測定物Ｐを撮像可能な位置まで回転させ、アタッチメント５で撮像装置２の位置を調整し、撮像装置２でこれらを撮像する。これにより、測定用基準体１０と被測定物Ｐとの静止画像のデータを取得することができる。
【００３７】
具体的には、その一例として、図４（ａ）に示すように、被測定物Ｐの上方から、測定用基準体１０と共に被測定物Ｐを撮像する。これにより、撮像装置２の視野Ｒにおける測定用基準体１０の３つ以上の平面部１１（すなわち３つ以上の基準マーク１２）と、被測定物Ｐの撮像領域Ｃ１とを含む画像データを取得することができる。
【００３８】
次に、アタッチメント５を調整し、図４（ａ）に示す視点とは異なる視点から測定用基準体１０と共に被測定物Ｐを撮像する。例えば、図４（ｂ）に示すように、被測定物Ｐの斜め上方から、測定用基準体１０と被測定物Ｐを撮像する。これにより、撮像装置２の視野Ｒにおける測定用基準体１０の３つ以上の平面部１１（すなわち３つ以上の基準マーク１２）と、被測定物Ｐの撮像領域Ｃ２とを含む、先の画像データとは異なる画像データを得ることができる。そして、測定したい箇所に合わせて、測定用基準体１０の配置を変更して、ステップＳ３２〜Ｓ３３を繰り返すことにより、複数の画像データを取得する。
【００３９】
次に、ステップＳ３４に進み、生成装置３で、撮像装置２により撮像した複数の画像データに基づいて、被測定物Ｐの３次元形状データを生成（合成）する。ここで、例えば、被測定物Ｐの寸法検査を行う際には、被測定物Ｐの設計データ（ＣＡＤデータ）と、生成された３次元形状データとを照合し、被測定物Ｐの寸法誤差を測定することができる。
【００４０】
本実施形態によれば、１つの測定用基準体１０の複数の平面部１１の各平面部１１に基準マーク１２が配置されている。したがって、測定用基準体１０を被測定物Ｐまたはその近傍に設置すれば、図４（ａ），（ｂ）に示すように、基準マーク１２が３点以上特定できる異なる複数（２つ）の視点から、被測定物Ｐを簡単に撮像できる。
【００４１】
これにより、図７（ａ）に示すように、被測定物Ｐの表面Ｐａに、多数の基準マークＭを配置しなくてもよい。特に、基準マークＭが印刷されたシールを被測定物Ｐに貼着する場合には、被測定物Ｐの表面Ｐａに貼り付けたシールを、測定終了後にすべて剥がす必要があるが、本実施形態の如く、測定用基準体１０を用いれば、このような作業は不要となる。
【００４２】
また、測定用基準体１０は、平面部１１を３２面有した多面体（切頂二十面体）である。したがって、異なる複数の視点からの撮像装置２の視野Ｒ内において、３点以上の基準マーク１２を存在させ易く、生成装置３で基準マーク１２を特定し易い画像データを得ることができる。
【００４３】
４．測定用基準体１０の最適な平面部１１の面数について
以下に図５（ａ）および（ｂ）を参照しながら、測定用基準体１０の最適な平面部１１の面数を説明する。図５（ａ）および（ｂ）は、平面部１１の基準マーク１２の特定方法の一例を説明するための模式的概念図である。
【００４４】
まず、図５（ａ）に示すように、撮像装置２の光軸Ｌに対して、測定用基準体１０の１つの平面部１１の表面が略直交するように撮像した場合を想定する。このとき、平面部１１と隣接する平面部１１’，１１’の基準マーク１２’，１２’は、撮像装置２の視野Ｒ内にある。したがって、撮像装置２で撮像された画像データには、３つ以上の基準マーク１２，１２’が存在する。
【００４５】
なお、図５（ａ）では、隣接する平面部１１，１１’同士の法線ｎ，ｎ’が成す角度は、角度θ１であり、光軸Ｌと直交する撮像面Ｆと隣接する平面部１１’との成す角度も、角度θ１である。
【００４６】
ここで、図５（ａ）の測定用基準体１０よりも、多面体の面数が少ない測定用基準体１０’の場合には、図５（ｂ）に示すように、隣接する平面部１１，１１’同士の法線ｎ，ｎ’が成す角度は、角度θ２となり、図５（ａ）に示す角度θ１よりも大きくなる。
【００４７】
同様に、図５（ｂ）に示すように、光軸Ｌと直交する撮像面Ｆと平面部１１’との成す角度も、角度θ２であるため、図５（ａ）に示す角度θ１よりも大きくなる。これにより、図５（ｂ）で示すように、撮像装置２で撮像した画像データに、基準マーク１２，１２’が撮像できたとしても、光軸Ｌと直交する撮像面Ｆに対して平面部１１’の成す角度が大きいため、生成装置３で基準マーク１２’を特定できないおそれがある。
【００４８】
このような観点から、発明者の経験によれば、測定用基準体１０は、基準マーク１２が配置された平面部１１を、隣接して１０面以上有することが必要である。これにより、生成装置３で基準マークを特定し易い画像データを、撮像装置２で撮像することができる。なお、生成装置３で特定可能な大きさの基準マーク１２を配置することができるのであれば、基準マーク１２が配置された平面部１１の面数の上限面数は特に限定されるものではない。
【００４９】
５．測定用基準体１０の変形例について
以下に、図６（ａ）〜（ｄ）を参照して、図２に示した測定用基準体１０の４つの変形例に係る測定用基準体１０Ａ〜１０Ｄを説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は、図２に示す測定用基準体１０のいくつかの変形例を示した模式的斜視図である。
【００５０】
図６（ａ）に示す変形例では、切頂二十面体の平面部１１のうち、測定用基準体１０Ａが被測定物Ｐに設置される設置用の平面部１３に基準マーク１２を設けずに、被測定物Ｐに付着する付着部材１４が設けられている。
【００５１】
付着部材１４は、粘着性を有した両面テープなどを挙げることができる。被測定物Ｐが軟磁性材料である場合、付着部材１４はマグネットであってもよい。この変形例では、設置用の平面部１３に付着部材１４が設けられているので、撮像装置２による撮像時に、測定用基準体を安定して、被測定物Ｐに設置することができる。
【００５２】
図６（ｂ）に示す変形例では、切頂二十面体の平面部１１のうち、測定用基準体１０Ｂが被測定物Ｐに設置される設置用の平面部１３と、これに隣接する平面部１５とに、基準マーク１２を配置せず、残りの平面部１１に、基準マーク１２を配置している。また、図６（ａ）と同様に、設置用の平面部１３に付着部材１４が設けられている。
【００５３】
この変形例でも、測定用基準体１０Ｂは、平面部１１を１０面以上（具体的には、２５面）有した多面体である。したがって、３点以上の基準マーク１２を撮像装置２で撮像し、撮像した画像データからこれらの基準マーク１２を生成装置３で特定し易い。
【００５４】
図６（ｃ）に示す変形例では、測定用基準体１０Ｃは、正十二面体であり、すべての正五角形の平面部１１に、基準マーク１２が配置されている。また、図６（ｄ）に示す変形例では、測定用基準体１０Ｄは、切頂八面体であり、正方形または正六角形からなるすべての平面部１１に、基準マーク１２が配置されている。
【００５５】
これらの変形例でも、測定用基準体１０Ｃ，１０Ｄには、１０面以上（具体的には、１２面、１４面）の平面部１１が形成され、各平面部１１に基準マーク１２が配置されている。したがって、３点以上の基準マーク１２を撮像装置２で撮像し、撮像した画像データからこれらの基準マーク１２を生成装置３で特定し易い。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【００５７】
たとえば、図６（ｃ），（ｄ）の測定用基準体の設置用の平面部に、図６（ａ）に示す付着部材を設けても良く、隣接する１０面以上の平面部に基準マークが配置されていれば、図６（ｃ），（ｄ）に示す設置用の平面部に隣接する一部の平面部に、基準マークを設けなくてもよい。
【００５８】
さらに、本実施形態およびその変形例では、測定用基準体は、切頂二十面体、正十二面体、切頂八面体などの多面体であった。しかしながら、平面部を隣接して１０面以上有することができるのであれば、正二十面体、変形立方体、立方八面体など、その他の多面体であってもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１：３次元形状測定装置、２：撮像装置、３：生成装置、４：スタンド、５：アタッチメント、７：回転テーブル、１０，１０’，１０Ａ〜１０Ｄ：測定用基準体、１１：平面部、１２：基準マーク、１３：設置用の平面部、１４：付着部材、１５：平面部、Ｐ：被測定物、Ｆ：撮像面、Ｒ：視野、Ｃ１，Ｃ２：撮像領域。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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