(57)【要約】【課題】対象部品の大きさや形状によらず、微小部分の形状が高精度な３次元形状データを作成可能な方法、及び作成したデータを用いた部品検査方法等を提供する。【解決手段】本３次元形状データ作成方法は、複数の基準物体を選択した位置に配設可能なステージ上に対象部品を載置し、対象部品の所定範囲内に基準物体が存在するように基準物体を配設する載置ステップと、３次元スキャナを用いて基準物体の３以上と共に対象部品の一部分の３次元形状を測定し、部分３次元形状データとして作成する部分３次元形状データ作成ステップと、対象部品の１以上の部分毎に、部分３次元形状データ作成ステップによって部分３次元形状データを作成し、測定された基準物体の位置に基づいて各部分３次元形状データを基準座標系のデータに変換することにより、各部分３次元形状データを結合させた３次元形状データを作成する結合ステップと、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2017067704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基準物体が複数の配設可能位置から選択される位置に配設されているステージ上に対象部品を載置して、前記対象部品の３次元形状データを作成する３次元形状データ作成方法であって、
前記ステージに相対する原点を基準とする基準座標系を備え、
前記ステージの前記配設可能位置に配設される各前記基準物体によって定義される既知の定点座標が、前記ステージに相対する原点を基準とする基準座標系における座標として予め記憶手段に格納されており、
前記ステージに前記対象部品を載置した際に、前記対象部品の周囲の所定範囲内に前記基準物体が存在するように前記基準物体を配設し、前記対象部品を載置する載置ステップと、
３次元スキャナを用いて前記基準物体の３以上と共に前記対象部品の一部分の３次元形状を測定し、前記対象部品の当該部分の３次元形状データを部分３次元形状データとして作成する部分３次元形状データ作成ステップと、
前記対象部品の１又は２以上の部分毎に、前記部分３次元形状データ作成ステップによって前記部分３次元形状データを作成し、各前記部分と共に測定された前記基準物体の定点座標を検出し、前記３次元スキャナを用いて測定した各前記部分３次元形状データを、前記検出した前記基準物体の定点座標と記憶手段に格納されている前記既知の定点座標とを対応づけるように前記基準座標系における３次元座標に変換することにより、各前記部分３次元形状データを結合させた３次元形状データを作成する結合ステップと、
を備えることを特徴とする３次元形状データ作成方法。
【請求項２】
請求項１記載の３次元形状データ作成方法を用いて対象部品の３次元表面形状を検査する部品検査方法であって、
前記ステージ上に標本とする前記対象部品を載置して、前記３次元形状データ作成方法によって前記標本の３次元形状データを作成する標本３次元形状データ作成ステップと、
前記標本の３次元形状データに基づいて所定の点の座標を算出するための算出情報と、３次元形状データに基づいて前記算出情報により算出して得られる２以上の標本検査点と、各前記標本検査点の相対位置から算出される量と、を標本検査点データとして記憶手段に格納する標本検査点データ作成ステップと、
前記ステージ上に製品となる前記対象部品を載置して、前記３次元形状データ作成方法によって前記製品の３次元形状データを作成し、その３次元形状データから前記記憶手段に格納されている前記標本検査点データにおける標本検査点の座標と情報とを用いて各前記標本検査点に対応する点を製品検査点として設定し、各前記製品検査点の相対位置から算出される量を製品検査点データとする製品検査点データ作成ステップと、
前記製品検査点データと前記記憶手段に格納されている前記標本検査点データにおける対応する量とを対比することによって前記製品となる対象部品の良否を判定する良否判定ステップと、
を備えることを特徴とする部品検査方法。
【請求項３】
複数の基準物体を複数の配設可能位置から選択される位置に配設すると共に、対象部品を載置することができるステージと、
前記ステージの前記配設可能位置に配設される各前記基準物体によって定義される既知の定点座標が、前記ステージに相対する原点を基準とする基準座標系における座標として予め格納されている記憶手段と、
３次元スキャナの前記対象部品に対する位置を設定した上で、前記３次元スキャナを用いて前記基準物体の３以上と共に前記対象部品の一部分の３次元形状を測定し、前記測定した３次元形状のデータを部分３次元形状データとして作成する部分３次元形状データ作成手段と、
前記対象部品の１箇所又は２箇所以上の部分毎に、前記部分３次元形状データ作成手段によって前記部分３次元形状データを作成し、各前記部分と共に測定された各前記基準物体の定点座標をそれぞれ検出し、前記検出した定点座標を前記記憶手段に予め格納されている前記既知の定点座標に対応させて前記部分３次元形状データの座標系から前記基準座標系に座標変換するための座標変換係数を算出し、前記座標変換係数による座標変換によって各前記部分３次元形状データを前記基準座標系における３次元座標に変換することにより、各前記部分３次元形状データを結合させた３次元形状データを作成する結合手段と、
を備えることを特徴とする３次元形状データ作成装置。
【請求項４】
請求項３記載の３次元形状データ作成装置を用いて作製された３次元形状データから対象部品の３次元表面形状を検査する部品検査プログラムであって、
前記ステージの前記配設可能位置に各前記基準物体が配置され、且つ前記ステージ上に標本とする前記対象部品が載置されている状態で、前記３次元形状データ作成装置を用いて作成された前記標本の３次元形状データを取得し、前記標本の３次元形状データに基づいて所定の点の座標を算出するための算出情報と、前記標本の３次元形状データに基づいて前記算出情報により算出して得られる２以上の標本検査点と、各前記標本検査点の相対位置から算出される量と、を標本検査データとして前記記憶手段に格納する標本検査点データ作成機能と、
前記ステージの前記配設可能位置に各前記基準物体が配置され、且つ前記ステージ上に製品とする前記対象部品が載置されている状態で、前記３次元形状データ作成装置を用いて作成された前記製品の３次元形状データを取得し、前記製品の３次元形状データに基づいて前記記憶手段に格納されている前記標本検査点データにおける標本検査点の座標と、前記算出情報とを用いて、各前記標本検査点に対応する点を製品検査点として設定し、各前記製品検査点の相対位置から算出される量を製品検査点データとする製品検査点データ作成機能と、
前記製品検査点データと前記記憶手段に格納されている前記標本検査点データにおける対応する量とを対比することによって前記製品となる対象部品の良否を判定する良否判定機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする部品検査プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象部品の表面形状を検査するための３次元形状データ作成方法、及びそれを用いた部品検査方法等に関する。詳しくは、対象部品の部分毎に３次元表面形状を測定することにより対象部品全体にわたる３次元形状データの作成を可能とする３次元形状データ作成方法及びその形状データを用いた部品検査方法、並びに３次元形状データ作成装置及び部品検査プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生産された部品（製品）が正しい３次元形状で製造されているかを確認するために、種々の検査システムが提案されている（特許文献１、２を参照。）。
例えば、特許文献１に開示されている加工対象物検査のための方法及びシステムは、加工対象物に関連するモデルデータを検査システムに入力し、加工対象物に対する奥行き検知装置の相対位置を決定し、及び加工対象物に対する奥行き検知装置の位置に基づいて、モデルに対する検査システム用の姿勢ビューを較正している。その上で、加工対象物に対する奥行き検知装置の少なくとも１個のピクセルについて実際の奥行き距離データを測定し、測定した奥行き距離データに基づいて加工対象物が所定の検査基準を満たすかどうかを判定している。
また、特許文献２に開示されている３次元形状測定システムでは、複数の基準物体が配置固定されたステージ装置上にワークを載置した状態で、基準物体およびワークの３次元形状が３次元形状測定装置によって異なる位置から複数回測定される。３次元形状測定装置には、測定により得られた３次元形状データの中から各基準物体の３次元形状データを抽出するための識別パラメータ及び各基準物体の定点座標が予め格納されており、３次元形状測定装置は、測定後得られた３次元形状データから識別パラメータを用いて各基準物体の３次元形状データを抽出し、抽出した３次元形状データから各基準物体の定点座標を計算する。そして、計算された各基準物体の定点座標と予め格納されている各基準物体の定点座標を対応させて、得られた３次元形状データをステージ装置の固定座標系である基準座標系による３次元形状データに変換するための座標変換係数を計算し、得られた座標変換係数で３次元形状データの座標変換を行うことで、全ての３次元形状データを基準座標系による３次元形状データにしている。この３次元形状データを用いれば、表示装置にあらゆる方向から見た場合のワークの３次元画像を表示させることが可能となり、３次元画像から測定対象物の３次元形状を検査することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−４４２０３号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、部品の３次元形状の検査においては、部品の微小部分の寸法が設定通りであるかを確認することが多い。このためには、部品の全体のみならず微小部分の３次元形状まで精度よく測定する必要がある。しかしながら、特許文献１に記載されている検査方法では、対象物全体に対する奥行き検査装置の位置を決定した上で奥行き距離データを測定しているため、部品の微小部分の３次元形状まで精度よく測定することは困難である。これに対し、特許文献２に記載されている３次元形状測定装システムは、ワークの部分毎の３次元形状を測定し、全ての部分の３次元形状データを基準座標系における３次元形状データに変換することで、１つの３次元形状データにしているため、部品の部分毎に測定範囲を限った３次元形状データを得て、各部分の３次元形状データを結合させて部品全体の３次元形状とすることができ、部品の微小部分の３次元形状を精度よく測定することが可能である。
しかしながら、部品の部分毎の３次元形状を結合させるためには、部品の部分毎の３次元形状測定において、３つ以上の基準物体が同時に計測される必要があるため。様々な大きさの部品がある場合には、部品の微小部分の３次元形状を精度よく測定することが困難になる場合がある。即ち、部品が小さい場合には、部品の部分毎の３次元形状を測定するには３次元形状測定装置を部品に近づける必要があるが、３つ以上の基準物体を同時測定することができなくなって、測定が困難になる場合がある。また、部品が大きい場合には、ステージ装置状に部品を載置できなかったり、ステージ装置から部品がはみ出たりして、３つ以上の基準物体を同時計測できない部分が生じる場合がある。
また、特許文献２に記載されている３次元形状測定システムは、表示装置にワークの３次元画像を表示させるのみであり、部品の微小部分の寸法が設定通りであるかを確認するには、使用者が表示装置に表示された部品の３次元画像を見て計測ポイントを設定することで、装置に寸法を表示させる必要がある。このため、合否を判定するまでに多大の時間を要し、量産される部品の３次元形状の検査を行う場合は検査効率が非常に悪くなる。
更に、部品に設定通りの寸法で、形成されている標本が存在する場合は、予め標本の３次元形状データを取得しておき、検査対象の部品の３次元形状を測定することで、演算装置により標本の３次元形状データを重ね合わせて、不一致の度合いを検出する手法がある。しかし、この手法は、標本の位置と検査対象の部品の位置と、を高精度で一致させる必要があり、部品を正確に位置決めする治具等の固定手段によって、検査の度に部品を正確に固定する必要があり、高精度の治具を用意する等のコストが掛かったり、検査に必要な時間が多くなったりする。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、部品が様々な大きさや形状であっても、部品の部分毎に表面形状を測定することにより部品の微小部分の３次元形状が高精度とした部品全体の３次元形状データの作成を可能にすると共に、部品を正確に位置決めしなくても、量産される部品毎の検査を自動化可能とする３次元形状データ作成方法及びそれを用いた部品検査方法、並びに３次元形状データ作成装置及び部品検査プログラム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】
【０００６】
前記問題点を解決するために、第１発明は、複数の基準物体が複数の配設可能位置から選択される位置に配設されているステージ上に対象部品を載置して、前記対象部品の３次元形状データを作成する３次元形状データ作成方法であって、前記ステージに相対する原点を基準とする基準座標系を備え、前記ステージの前記配設可能位置に配設される各前記基準物体によって定義される既知の定点座標が、前記ステージに相対する原点を基準とする基準座標系における座標として予め記憶手段に格納されており、前記ステージに前記対象部品を載置した際に、前記対象部品の周囲の所定範囲内に前記基準物体が存在するように前記基準物体を配設し、前記対象部品を載置する載置ステップと、３次元スキャナを用いて前記基準物体の３以上と共に前記対象部品の一部分の３次元形状を測定し、前記対象部品の当該部分の３次元形状データを部分３次元形状データとして作成する部分３次元形状データ作成ステップと、前記対象部品の１又は２以上の部分毎に、前記部分３次元形状データ作成ステップによって前記部分３次元形状データを作成し、各前記部分と共に測定された前記基準物体の定点座標を検出し、前記３次元スキャナを用いて測定した各前記部分３次元形状データを、前記検出した前記基準物体の定点座標と記憶手段に格納されている前記既知の定点座標とを対応づけるように前記基準座標系における３次元座標に変換することにより、各前記部分３次元形状データを結合させた３次元形状データを作成する結合ステップと、を備えることを要旨とする。
第２発明は、第１発明の３次元形状データ作成方法を用いて対象部品の３次元表面形状を検査する部品検査方法であって、前記ステージ上に標本とする前記対象部品を載置して、前記３次元形状データ作成方法によって前記標本の３次元形状データを作成する標本３次元形状データ作成ステップと、前記標本の３次元形状データに基づいて所定の点の座標を算出するための算出情報と、３次元形状データに基づいて前記算出情報により算出して得られる２以上の標本検査点と、各前記標本検査点の相対位置から算出される量と、を標本検査点データとして記憶手段に格納する標本検査点データ作成ステップと、前記ステージ上に製品となる前記対象部品を載置して、前記３次元形状データ作成方法によって前記製品の３次元形状データを作成し、その３次元形状データから前記記憶手段に格納されている前記標本検査点データにおける標本検査点の座標と情報とを用いて各前記標本検査点に対応する点を製品検査点として設定し、各前記製品検査点の相対位置から算出される量を製品検査点データとする製品検査点データ作成ステップと、前記製品検査点データと前記記憶手段に格納されている前記標本検査点データにおける対応する量とを対比することによって前記製品となる対象部品の良否を判定する良否判定ステップと、を備えることを特徴とすることを要旨とする。
第３発明は、複数の基準物体を複数の配設可能位置から選択される位置に配設すると共に、対象部品を載置することができるステージと、前記ステージの前記配設可能位置に配設される各前記基準物体によって定義される既知の定点座標が、前記ステージに相対する原点を基準とする基準座標系における座標として予め格納されている記憶手段と、３次元スキャナの前記対象部品に対する位置を設定した上で、前記３次元スキャナを用いて前記基準物体の３以上と共に前記対象部品の一部分の３次元形状を測定し、前記測定した３次元形状のデータを部分３次元形状データとして作成する部分３次元形状データ作成手段と、前記対象部品の１箇所又は２箇所以上の部分毎に、前記部分３次元形状データ作成手段によって前記部分３次元形状データを作成し、各前記部分と共に測定された各前記基準物体の定点座標をそれぞれ検出し、前記検出した定点座標を前記記憶手段に予め格納されている前記既知の定点座標に対応させて前記部分３次元形状データの座標系から前記基準座標系に座標変換するための座標変換係数を算出し、前記座標変換係数による座標変換によって各前記部分３次元形状データを前記基準座標系における３次元座標に変換することにより、各前記部分３次元形状データを結合させた３次元形状データを作成する結合手段と、を備えることを要旨とする。
第４発明は、第３発明の３次元形状データ作成装置を用いて作製された３次元形状データから対象部品の３次元表面形状を検査する部品検査プログラムであって、前記ステージの前記配設可能位置に各前記基準物体が配置され、且つ前記ステージ上に標本とする前記対象部品が載置されている状態で、前記３次元形状データ作成装置を用いて作成された前記標本の３次元形状データを取得し、前記標本の３次元形状データに基づいて所定の点の座標を算出するための算出情報と、前記標本の３次元形状データに基づいて前記算出情報により算出して得られる２以上の標本検査点と、各前記標本検査点の相対位置から算出される量と、を標本検査データとして前記記憶手段に格納する標本検査点データ作成機能と、前記ステージの前記配設可能位置に各前記基準物体が配置され、且つ前記ステージ上に製品とする前記対象部品が載置されている状態で、前記３次元形状データ作成装置を用いて作成された前記製品の３次元形状データを取得し、前記製品の３次元形状データに基づいて前記記憶手段に格納されている前記標本検査点データにおける標本検査点の座標と、前記算出情報とを用いて、各前記標本検査点に対応する点を製品検査点として設定し、各前記製品検査点の相対位置から算出される量を製品検査点データとする製品検査点データ作成機能と、前記製品検査点データと前記記憶手段に格納されている前記標本検査点データにおける対応する量とを対比することによって前記製品となる対象部品の良否を判定する良否判定機能と、をコンピュータに実現させることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００７】
本第１発明によれば、複数の基準物体を、複数の配設可能位置のうち、選択された位置に配設することができるため、対象部品の大きさや形状によらず、対象部品の近傍に複数の基準物体を配設することができる。よって、対象部品の大きさや形状によらず、対象部品の部分毎の３次元形状を３次元スキャナの視野内に３つ以上の基準物体が存在するようにして測定することができ、対象部品の大きさや形状によらず、部品の微小部分の３次元形状を高精度にした部品全体の３次元形状データの作成が可能となる。
【０００８】
本第２発明によれば、標本検査点データ作成ステップにおいて、標本検査点データとして、各標本検査点の算出情報と、算出情報により算出される各標本検査点の座標と、各標本検査点の相対位置から算出される量と、が記憶手段に格納される。そして、製品検査点データ作成ステップにおいて、得られた製品の３次元形状データと記憶手段に格納されている標本検査点の座標と算出情報とを用いて得た、標本検査点に対応する点を製品検査点として設定し、製品検査点の相対位置から算出される量を製品検査点データとし、良否判定ステップにおいて製品検査点データと標本検査点データの対応する量とから製品の良品を判定する。
製品検査点データ作成ステップは、製品の３次元形状測定以外は、コンピュータによる演算処理によって実施することができ、良否判定ステップもコンピュータによる演算処理が可能であるため、標本検査点データ作成ステップにより標本検査点データを１度取得すれば、その後は製品の３次元形状測定とコンピュータによる演算処理を行うことによって、繰り返し製品の３次元形状を検査することができる。すなわち、量産される部品毎の３次元形状の検査を自動化することができる。
また、製品検査点は、製品の３次元形状データと標本検査点の座標及び算出情報とを用いて設定されるので、ステージ上の標本の位置と製品の位置はおおよそ一致していればよく、製品をステージ上に位置決めをすることなくおおまかに載置すればよいため、治具等の固定手段は必要としない。尚、前記算出情報とは、上面の角の位置、円孔部の中心位置、球体の中心位置といった形状の情報を基にして所定の点の座標を算出するための情報である。
【０００９】
本第３発明の３次元形状データ作成装置によれば、前記３次元形状データ作成方法における載置ステップを除く各ステップを３次元形状測定装置の手段として実現することができる。これによって、３次元形状データ作成装置を利用して、ほぼ自動的に、対象部品全体にわたって検査に必要とされる３次元形状データを得ることができる。
【００１０】
本第４発明の部品検査プログラムによれば、前記部品検査方法における標本３次元形状データ作成ステップ、及び製品検査点データ作成ステップにおける３次元形状データ作成以外の各ステップと実質的に同一の機能をコンピュータ上に実現することができる。これによって、製品となる対象部品毎に３次元形状を測定して３次元形状データを得ることにより、コンピュータを利用して部品毎に自動で３次元形状の検査を行い、製品の良否を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
【図１】３次元形状データ作成方法に使用する装置の構成を模式的に表す側面図である。
【図２】３次元形状データ作成方法に使用するステージ上の配置を表す模式平面図である。
【図３】検査点を例示する図である。
【図４】３次元形状データ作成プログラムの処理を示すフローチャートである。
【図５】部品検査プログラムにより標本検査点データを得る処理を示すフローチャートである。
【図６】部品検査プログラムにより製品を測定して良否判定を行う処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図を参照しながら、本発明を詳しく説明する。
ここで示される事項は例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。
【００１３】
本実施形態に係る３次元形状データ作成方法及び部品検査方法では、図１に示すような定盤１を使用し、定盤１の上面がステージ２とされている。以下、ステージ２の面をＸ軸及びＹ軸で表し、ステージ２の垂直方向をＺ軸で表す。ステージ２の上方に、ステージ２上の物体の３次元形状を測定するための３次元スキャナ６が備えられる。３次元スキャナ６はステージ２（ＸＹ面）上の任意の部分に対して３次元形状測定が可能であればよく、当該部分を異なる位置や向きから測定可能とするために、３次元スキャナ６の位置変更機構（図示せず）が設けられている。
【００１４】
位置変更機構は、例えば、アクチュエータ等によって３次元スキャナ６を上下、左右に位置移動させたり、水平方向、垂直方向に回動させたりすることで、位置や向きを変えることができるアーム装置を例示することができる。
このような位置変更機構によって３次元スキャナ６は、ステージ２の全体を測定対象とすることができるように、３次元スキャナ６とステージ２との相対的位置が変更可能とされている。このためには、定盤１をＸＹ方向に移動可能とすることもできるが、以下では、３次元スキャナ６を上記位置変更機構によってＸＹ面に平行に移動させるものとする。
尚、図１では３次元スキャナ６の向きは移動位置によらず常にＺ方向と平行になっているが、位置変更機構により適宜変更するようにしてもよい。例えば、対象部品３をステージ２の中心付近に載置し、３次元スキャナ６を常にステージ２の中心方向に向くようにすると、対象部品３の上面に加えて側面の３次元形状を精度よく測定することができ、３次元形状データを用いて後述する標本検査点や製品検査点を設定する際により精度よく設定を行うことができるので好ましい。
【００１５】
更に、３次元スキャナ６はコンピュータ７に接続されており、コンピュータ７は３次元スキャナ６の位置等を制御すると共に、３次元スキャナ６から出力されるデータの処理を行う。３次元スキャナ６及びコンピュータ７の具体的な構成は問わない。３次元スキャナ６とコンピュータ７とを合わせて本３次元形状データ作成方法及び本部品検査方法が実施可能であればよく、必要な制御及びデータ処理をいずれにより行うかは任意とすることができる。また、コンピュータ７は、複数のコンピュータ又はコントローラにより構成されてもよい。
【００１６】
図２は、ステージ２を上方から見た例を表している。ステージ２上にはそれぞれ所定の位置に複数の凹部４が形成され、１つの凹部４には１つの真球状の基準物体５を嵌めて固定することが可能とされている。この凹部４のいくつかに、それぞれ基準物体５が嵌められる。ステージ２上において各凹部４の位置は定められているので、各凹部４に基準物体５を嵌めたときの各基準物体５の位置もまた予め定められることとなる。
また、ステージ２上には、対象部品３が載置される。対象部品３は、その３次元形状データを作成することにより検査を行う対象である。
図２中に破線（６０ａ〜６０ｄ）で示したように、３次元スキャナ６は対象部品３を一部分ずつに分けて３次元形状データを作成する。この理由は、対象部品３の全体を１度に掃引しようとすると、分解能が視野に対して一定である３次元スキャナ６を対象部品３から遠く離さなければならず、３次元形状データの精度の低下を招くことになるためである。
また、ステージ２に対象部品３を載置した際に、対象部品３の周囲の所定範囲内に基準物体５が存在するように基準物体５が配設される。この所定範囲内とは、３次元スキャナ６により撮影される前記一部分の視野に含まれる範囲である。
【００１７】
図２では、各凹部４は、Ｘ方向及びＹ方向に所定の間隔でステージ２上に配設されている。また、各凹部４の間隔は等間隔ではなく、その間隔がＸ方向及びＹ方向に沿って段階的に変化している。具体的には、図２における右方向及び下方向の間隔がより拡がるように配設されている。そして、凹部間の距離が一意の値となるように間隔が選択されている。
よって、領域内の凹部４に基準物体５を複数嵌めたとき、基準物体５の位置関係（基準物体５間の距離、及び基準物体５間を直線で結んだときに形成される図形の角度）は、基準物体５を嵌めた凹部４の位置により一意の値となる。これは、３次元スキャナ６による測定により作成された３次元形状データを処理して複数の基準物体５の位置を検出した際に、これらの基準物体５の位置関係から、各基準物体５はステージ２上のどの凹部４に嵌められたものであるかを明確に判別できるようにするためである。
【００１８】
各凹部４に嵌められている基準物体５の中心座標は、定点座標として扱われる。この定点座標における既知の定点座標と、該当する凹部４に付与されている識別符号とは対応させてコンピュータ７の記憶手段に格納されている。この既知の定点座標は、ステージ２に相対する原点を基準とする基準座標系における座標であり、結合ステップで部分３次元形状データ中の３次元座標を、基準座標系における３次元座標に変換するために用いられる。
この既知の定点座標を求める方法として、例えば、特許文献２の図４に例示されている既存の接触式３次元形状測定装置を用いることができる。接触式３次元形状測定装置によって基準物体５の定点座標を測定するときは、各凹部４に基準物体５を嵌めた状態で、基準物体５の表面に接触式３次元形状測定装置のプローブを４点以上接触させて４つ以上の座標を取得し、各座標が全て球面上となる球体の式を求め、その球体の式から得られる中心座標を定点座標とすればよい。また、接触式に限られず光を照射して高精度で座標を取得することができる非接触式３次元形状測定装置を用いてもよい。この場合は、３次元形状データとして、基準物体の表面の座標が多く得られるため、これらの座標が球面上となる球体の式を最小２乗法により求め、中心座標を求めることが可能である。
【００１９】
基準物体５の既知の定点座標は、基準座標系における座標である。一方、３次元スキャナ６による３次元形状測定で得られる３次元形状データ（部分３次元形状データ）の各座標は、３次元スキャナ６の座標系による座標であり、３次元スキャナ６の位置がステージ２に対して変化する毎に座標系が変化する座標である。しかし、この部分３次元形状データの座標を基準座標系における座標に変換することができれば、座標系のデータを一つに統一することができ、部分３次元形状データを合成・結合して１つの３次元形状データにすることができる。
得られた個々の部分３次元形状データの座標を基準座標系における座標に変換する演算は、得られた３次元形状データ中の各基準物体５の３次元形状データから算出される基準物体５の定点座標が、コンピュータ７の記憶手段に格納されている各基準物体５の既知の定点座標に変換される座標変換係数を計算し、この座標変換係数を用いて３次元形状データを座標変換することによって行われる。また、先行文献の特許文献２に示されているように、この座標変換係数を求めるには、３点以上の基準物体５の定点座標が必要であるため、３次元スキャナ６によりステージ２に載置された対象部品の３次元形状を測定する際に、３つ以上の基準物体が同時に測定される必要がある。
図２に示すように、凹部４は複数備えられており縦横に並べて配列されているので、対象部品３の大きさ、及び形状に応じて複数の基準物体５を所定位置の凹部４に嵌めていく。このとき、上述したように３次元スキャナ６によりステージ２に載置された対象部品３の３次元形状を測定する際に、３つ以上の基準物体５が同時に計測される必要がある。即ち、３次元スキャナ６により図２中の各破線（６０ａ〜６０ｄ）で囲まれている領域毎に３次元計測を行うときは、対象部品３の近傍に複数の基準物体５を配設して、それぞれの破線（６０ａ〜６０ｄ）で囲まれている領域毎に３つ以上の基準物体５が存在するようにする。
【００２０】
尚、ステージ２は、３次元スキャナ６の掃引範囲毎に３つ以上の基準物体５を各凹部４に配設することができる。そして、３次元形状データの処理によって得られる配置した各基準物体５の位置関係から各基準物体５がどの凹部４に嵌められたかを判別することができる限り、凹部４の数や配置方法は特に問わない。
例えば、各凹部４の間隔をＸ方向及びＹ方向のいずれも等間隔としても、基準物体５が嵌められた凹部４を判別することができる。この場合は、３次元スキャナ６のそれぞれの掃引範囲を一定にし、それぞれの掃引範囲毎に基準物体５が嵌められた凹部４の識別符号（又は定点座標）をコンピュータ７の記憶手段に記憶させれば良い。各凹部４の間隔をＸ方向及びＹ方向のいずれも等間隔にすると、凹部４に基準物体５を嵌めた際の基準物体５の定点座標がＸ方向及びＹ方向のいずれも等間隔になり、基準座標系の座標への変換においてより使いやすく、且つより高精度の精度出し、及びより高精度の精度管理ができ、更に運用においても非常に効率がよい管理が行えるという利点がある。
また、それぞれの基準物体５の特性を変えることにより各基準物体５が嵌められた凹部４を判別することができるようにしても良い。例えば、基準物体５の特性の一種である表面の反射率を、基準物体５毎に異なる率となるように変化させることによって、各基準物体５をその輝度によって一意に識別できるようにし、それぞれの異なる反射率の基準物質５が、どの凹部４に嵌められているかをコンピュータ７の記憶手段に記憶させて、３次元スキャナ６の掃引範囲毎に３つ以上の基準物体５を配設してもよい。この場合は、３次元スキャナ６による３次元形状測定の際に、基準物体５からの反射光量も測定し、各基準物体５の３次元形状データがどの凹部４に嵌められた基準物体５のものであるかを判別する。また、各基準物体５を個々に識別することができれば表面の反射率以外の特性（例えば、大きさ、形状等）を変えてもよい。ただし、大きさ、形状を異ならせる場合は、凹部４に嵌めた基準物体５により定点座標が変わるため、基準物体５を配設する毎に高精度の３次元形状測定装置による測定によって定点座標を求める必要がある。
【００２１】
前記定盤１及び前記基準物体５の材質は、特に限定されるものではなく、合成樹脂、金属、木材等の何れを使用してもよいが、温度変化による変形や耐久性や形状の恒常性を考慮すると、金属を使用することが好ましい。
尚、定盤１及び基準物体５に金属を使用した場合、表面（定盤１においてはステージ２）は梨地処理等が施されるにより、表面の反射率が抑えられていることが好ましい。３次元スキャナ６は、レーザ光やパターン光等を照射して、散乱光の一部である反射光を撮像器で検出する方式が通常使用され、定盤１及び基準物体５の表面の反射率が高いと、定盤１等の表面で２回以上反射した光が３次元スキャナ６で検出されて、測定精度を悪化させる可能性があるためである。梨地処理等により表面の反射率を抑えることによって、２回以上反射した光の強度は無視できるほど小さくなり、測定精度の悪化を防止することができる。
また、本実施形態では基準物体５は真球状としているが、基準物体５はその３次元形状データから定点座標を決定することができればよく、真球状以外に円柱、円錐、多面体、角錐等の単純形状の物体であってもよい。ただし、３次元スキャナ６の測定により得られる３次元形状データの演算処理において基準物体５の３次元形状データを抽出し、定点座標を基準物体５の３次元スキャナ６に対する向きにかかわらず容易に算出するには真球状とするのが好ましい。前記凹部４の形状は、基準物体５の形状に対応し、基準物体５を一定の位置に固定可能である限り問わない。例えば、基準物体５が真球状であれば、その真球が嵌まる丸底状とすることができる。
【００２２】
（３次元形状データ作成方法）
前記３次元形状データ作成方法は、複数の基準物体が複数ある配設可能位置から選択された位置に配設されているステージ上に対象部品を載置して、前記対象部品の３次元形状データを作成する３次元形状データ作成方法であって、３次元スキャナの前記対象部品に対する位置を設定した上で、前記３次元スキャナを用いて前記基準物体の３以上と共に前記対象部品の一部分の３次元形状を測定し、前記対象部品の当該部分の３次元形状データを部分３次元形状データとして作成する部分３次元形状データ作成ステップを備えている。作成した各部分３次元形状データは、コンピュータ７に備えられる記憶装置等に記憶させておくようにすることができる。
【００２３】
前記「部分３次元形状データ」は、３次元スキャナ６により測定された、ステージ２上の１つの掃引範囲（例えば、図２に示した６０ａ）の３次元形状データである。３次元スキャナ６によってこのような３次元形状データを作成することは、公知の技術を用いて可能である。
作成される３次元形状データは、ｘ座標値、ｙ座標値、ｚ座標値からなる点の座標値が多数具備されるデータ群であり、各座標値を点として画像表示した場合は、複数の点により対象物の表面を模して、その形状を表示することができる。この３次元形状データは、３次元スキャナ６に定められる座標軸による座標値であり、上述したように３次元スキャナ６は、ステージ２に対する位置を位置変更機構により変えて、異なる掃引範囲において測定をおこなうため、各掃引範囲の３次元形状データは掃引範囲毎に異なる座標系による３次元形状データである。
【００２４】
また、前記３次元形状データ作成方法は、前記対象部品の１又は２以上の部分毎に、前記部分３次元形状データ作成ステップによって前記部分３次元形状データを作成し、各前記部分と共に測定された前記基準物体のそれぞれから定点座標を検出し、前記検出した定点座標を前記記憶手段に予め格納されている定点座標に対応づけることにより座標変換係数を算出し、前記座標変換係数による座標変換で各前記部分３次元形状データを基準座標系における３次元座標に変換することにより、各前記部分３次元形状データを結合させた３次元形状データを作成する結合ステップ、を備えている。
前記３次元形状データ作成ステップにおいて作成される前記部分毎の３次元形状データは、掃引範囲が異なり、原点等が異なる座標系の３次元形状データであるため、これらをそのまま１つのデータ群に合成しても対象部品３の全体を表す３次元形状データが得られない。１つのデータ群にしたとき、対象部品３の全体を表す３次元形状データにするには、各掃引範囲の３次元形状データを基準座標系による３次元形状データに変換する必要がある。３次元形状データを基準座標系のデータに変換する計算には座標変換係数が必要である。このため、各掃引範囲毎に、３次元形状データを基準座標系による３次元形状データに変換するための座標変換係数を求め、この座標変換係数により３次元形状データを座標変換することにより、全ての３次元形状データは基準座標系による３次元形状データとなる。
【００２５】
基準座標系による３次元形状データに変換するための座標変換係数を求めるには、コンピュータ７の記憶手段に格納されている基準物体５の定点座標と、各掃引範囲毎の３次元形状データから計算した基準物体５の定点座標を用いる。以下、各掃引範囲毎の３次元形状データを基準座標系による３次元形状データに変換する演算処理を順に説明する。
まず、各掃引範囲毎の３次元形状データから基準物体５の３次元形状データを抽出する。コンピュータ７の記憶手段には、基準物体５に関する情報として、基準物体５が真球状且つ真球の直径の情報が格納されており、この情報を用いて、基準物体５の３次元形状データを抽出する。この演算処理は、特許第３９５２４６７号公報に例示されている処理と同様の処理を行う。各掃引範囲には基準物体５が３つ以上配設されており、３つ以上の３次元形状データ群を抽出することができる。
次いで、基準物体５は真球状であるため、抽出した３次元形状データ群のそれぞれを球体の式に当てはめ、最小２乗法により球体の式の未知の係数を求めることで基準物体５の中心座標を求める。これにより３つ以上の基準物体５の定点座標を求めることができる。上述したように各凹部４の間隔は、Ｘ方向、Ｙ方向に沿って段階的に変化しているため、基準物体５の位置関係は基準物体５を嵌めた凹部４により異なる。よって、記憶手段に格納されている定点座標のデータ群において、計算された３点以上の定点座標から形成される図形の長さと角度に合致する定点座標群とは１組のみとなるので、次にこの定点座標群を抽出する。
【００２６】
その後、抽出した各定点座標と計算した各定点座標とを対応付けする。３つ以上の定点座標の位置関係は、凹部４の配置が等間隔でなく二等辺三角形のように対称となる位置関係以外であるため、抽出した定点座標と計算した定点座標を１対１で対応させる組み合わせは１つのみである。これにより、記憶手段に格納されている基準座標系による座標と各掃引範囲における座標とが、１対１に対応する。
尚、まれに３点の定点座標の位置関係が二等辺三角形の関係になるケースがあるが、そのような場合でも、二等辺三角形のそれぞれの頂点Ａ、Ｂ、Ｃにおける角度を計算し、他の２つの角度と値が異なる頂点Ａから角度が同一の頂点Ｂ、Ｃに向かうベクトルと、頂点Ａから頂点Ｂ、Ｃの中点に向かうベクトルとの外積のベクトルの方向をそれぞれ計算すれば、頂点Ａを上にして頂点Ｂ、Ｃがそれぞれ左右のどちらに位置するかが判別できるため、抽出した定点座標と計算した定点座標とを一対一で対応させることができる。即ち、本実施形態によらず、各凹部４の間隔を等間隔にした場合、３点の定点座標の位置関係が二等辺三角形の関係になることが生じるが、そのような場合であっても抽出した定点座標（コンピュータ７に記憶した基準物体５が嵌められた凹部４の情報から得られる定点座標）と計算した定点座標とを一対一で対応させることができる。
そして、基準座標系による座標と各掃引範囲における座標とを座標変換の式に当てはめて成立する連立方程式を解いて座標変換係数を求める（特許文献２を参照）。
求めた座標変換係数により各掃引範囲毎の３次元形状データを基準座標系の３次元形状データに変換する。これにより、測定により得られた３次元形状データを全て基準座標系の３次元形状データに変換し、各掃引範囲毎の対象部品３の部分３次元形状データを１つの座標系のデータ群にすることにより、対象部品３の全体を表す３次元形状データとなる。得られた対象部品３の全体を表す３次元形状データは、コンピュータ７に備えられる記憶装置等に記憶させておくようにすることができる。
【００２７】
前記３次元形状データ作成方法により得られた３次元形状データは、後述する対象部品３の検査に用いられる。したがって、対象部品３の全てをカバーする３次元形状データを作成する必要はなく、検査に必要な部分の３次元形状データが得られればよい。例えば、図２に示す掃引範囲６０ｂと６０ｃに含まれる対象部品３の部分が検査対象である場合には、掃引範囲６０ａ及び６０ｄは不要とすることができる。
【００２８】
（部品検査方法）
本実施形態に係る部品検査方法は、例えば、製品となる対象部品３毎の３次元表面形状における各部寸法、傾斜、対象部品３上に設けられた孔等の中心の位置、２つの孔間の距離、孔の径（中心−縁までの寸法、縁−縁の寸法）等が適正であるか等を、少ない手間で短時間に検査することを目的としている。
そのため、本実施形態に係る部品検査方法は、ステージ２上に標本とする対象部品３を載置して、前記３次元形状データ作成方法によって標本の３次元形状データを作成する標本３次元形状データ作成ステップと、前記標本の３次元形状データに基づいて２以上の点を算出情報と共に標本検査点として設定し、前記設定した各標本検査点の座標と、各前記情報と、各前記標本検査点の相対位置から算出される量（標本測定量）と、を標本検査点データとして記憶手段に格納する標本検査点データ作成ステップ、を備えている。
【００２９】
標本３次元形状データ作成ステップは、標本とする対象部品３、すなわち生産される製品の良品判断の基準とする対象部品３をステージ２上に載置して、前記３次元形状データ作成方法によってその３次元形状データ（標本３次元形状データ）を取得する。前記標本には、予め正しい形状であることが分かっているものが使用され、例えば、標本とするべく予め用意された製品（又は試作品）、量産された製品の中から任意に選択された１つ（例えば、図面等の寸法と合っているか確認したもの）が挙げられる。
【００３０】
標本検査点データ作成ステップでは、前記標本３次元形状データに基づいて標本とする対象部品３の３次元画像（標本３次元画像）を生成し、コンピュータ７に備えられる表示装置等に表示することができる。そして、使用者に、その標本３次元画像上で２以上の点を、前記点の座標を３次元形状データにより決定するための算出情報と共に標本検査点として設定させる。これによりコンピュータ７の記憶手段には、標本検査点の座標と、標本検査点を３次元形状データから決定するための算出情報と、が格納される。算出情報とは、例えば、上辺の両端（角）を示す点、凹部の下の角を示す点、凸部の上の角を示す点、円状孔部の中心点、円孔状部の直径を示す２点、球体の中心点、を挙げることができる。
標本検査点は、製品となる対象部品３の形状検査をおこなうために、標本の表面形状において設定する点であり、製品の何処にいくつの検査点を設定するかは、製品に応じて使用者が適宜決定することができる。例えば、図３に示す対象部品において、対象部品３の角を示す点、孔の中心軸、孔の周囲上の点等に検査点が設定される。より詳しくは、上辺の両端（角）を示す点を示す検査点ａ、ｂ、凸部の下の角を示す検査点ｃ、凸部の上の角を示す検査点ｄ、２つ円状孔部の中心軸を示す検査点ｅ、ｆ、１つの円状孔部の直径を示す製品縦方向の点を示す検査点ｇ、ｈである。尚、標本検査点を設定するための演算処理をより簡単にするため、より詳細な算出情報を設定してもよく、例えば、段差ｘｍｍの凸部の上の角、直径ｘｍｍの円状孔部の中心、といった情報を挙げることができる。
使用者がコンピュータ７に標本検査点を設定する手段は、例えば使用者が表示装置等に表示されている標本３次元画像を参照して、任意のポインティングデバイス等の座標入力手段によって、標本３次元画像の標本検査点に対応する位置を設定する手段であってもよい、
【００３１】
しかし、３次元形状データは、座標データ群であるため、ちょうど、角になる部分に座標データがあるとは限らず、孔や円状部の中心は、使用者が目測で設定することになるため精度が悪くなる。よって、使用者は標本検査点がある領域を座標入力手段により指定し、算出情報を入力し、コンピュータ７による演算処理によって標本検査点の座標を求めることが適している。この演算処理は、後述する製品検査点の設定である、製品検査点の座標の計算においても使用される。
この演算処理について詳細を説明する。コンピュータ７は、３次元形状データが形成されると面毎に面を表す式を計算し、その面に含まれる３次元形状データを１つのグループにまとめる。これは以下のようにして行う。まず、任意の領域の３次元形状データを抽出し、平面の式ａ・ｘ＋ｂ・ｙ＋ｃ・ｚ＋１＝０に座標ｘｙｚを代入して、最小２乗法により仮の係数ａ、ｂ、ｃを計算する。次いで、全ての３次元形状データから、この平面からの距離が所定の範囲内にある３次元形状データを抽出する。このとき抽出された３次元形状データが所定数以上あれば、最初に抽出した３次元形状データは同一平面上のものであると判定して、抽出した３次元形状データの全てを平面の式ａ・ｘ＋ｂ・ｙ＋ｃ・ｚ＋１＝０に代入して、最小２乗法により正式な係数ａ、ｂ、ｃを求める。もし、抽出された３次元形状データが所定数未満であれば、最初に抽出した３次元形状データは同一平面内ではないと判定して、最初に抽出した３次元形状データの隣の３次元形状データを抽出して同一の処理を行う。この処理を正式な係数ａ、ｂ、ｃが取得できるまで繰り返し行い、抽出した３次元形状データを計算された平面の式に含まれるデータとして１つのグループにまとめる。次に抽出されずに残った３次元形状データに対して同一の処理を行い、別の平面の式を求め、この平面の式に含まれる３次元形状データを１つのグループにまとめる。この処理を同一平面内の３次元形状データが所定数以上抽出されなくなるまで行う。これにより、対象部品３の平面毎に、平面の式とその平面に含まれる３次元形状データが求められる。
【００３２】
対象部品３が図３に示すものであれば、３次元形状データの殆どはいずれかの平面に対応する３次元形状データのグループに属することとなる。しかし、どの３次元形状データのグループにも属していない３次元形状データがある場合は、対象部品３には平面以外の面があることを意味する。この場合は、球面を定義する式（ｘ―ａ）２＋（ｙ―ｂ）２＋（ｚ―ｃ）２＝ｄ２を適用して、上述した処理と同様の処理を行う。そして、それでもどの３次元形状データのグループにも属しない３次元形状データがある場合は、より複雑な形状の３次元形状データであるとするが、Ｚ座標が所定の微小な範囲内にある同じ３次元形状データの、ｘ、ｙ座標値を式（ｘ―ａ）２＋（ｙ―ｂ）２＝ｒ２を用いて上述した処理と同様の処理を行い、係数ａ、ｂが所定の範囲（円の中心が所定の範囲内で同一である）円に含まれる３次元形状データのグループを１グループとする。これにより、平面以外の面として、球面、円柱の側面、円錐の側面毎の面を表す式と、その面に含まれる３次元形状データが１つのグループにまとめられる。そして、更に、３次元形状データのグループのいずれにも属していない３次元形状データがある場合は、複雑な形状の面の３次元形状データであるとするが、通常の対象部品３ではそこに至ることはない。
【００３３】
使用者が表示装置等に表示されている標本３次元画像を見て標本検査点がある領域を座標入力手段によって指定すると共に、算出情報を入力すると、コンピュータ７は、計算済みの平面の式と、３次元形状データグループとを用いて標本検査点の座標を計算する。例えば、対象部品３が図３に示すものである場合、上面の角の点ａであれば、使用者は点ａ付近一帯の領域を指定し、算出情報として「上面の角」を入力する。コンピュータ７は、指定された領域に存在する３次元形状データのグループに対応する平面の式を選定するが、この場合、指定された領域に存在する３次元形状データは、上面のデータのグループ、上側面のデータのグループ、及び横側面のデータのグループ、の３グループがあるので、それぞれ対応する平面の式が選定される。そして、３つの平面の式は、未知数がｘ、ｙ、ｚである連立方程式であるため、この連立方程式を解くことにより点ａの座標を求めることができる。同様の方法で点ｂの座標を求めることができる。
また、点ｃにおいては、点ｃ付近一帯の領域を指定して、「凸部の下の角」を入力する。コンピュータ７は、指定された領域に存在する３次元形状データのグループに対応する平面の式を選定するが、この場合は、４つの平面の式が選定される。そして、それぞれの平面の法線ベクトルから平行でない３つの平面の式を選定し、選定した３つの平面の式の連立方程式を解いて座標を求める。平行でない３つの平面は２組あり、得られる座標は、点ｃ、点ｄであるが算出情報として「凸部の下の角」が入力されているので、ｚ座標値が小さい方（下方）が選択されて点ｃの座標とされる。
点ｄにおいては、点ｄ付近一帯の領域を指定し、算出情報として「凸部の上の角」を入力する。コンピュータ７が行う演算処理は点ｃと同じであるが、算出情報として「凸部の上の角」が入力されているため、演算処理により得られる２つの座標のうち、ｚ座標値が大きい方（上方）が選択されて点ｄの座標とされる。
【００３４】
点ｅにおいては、点ｅ付近一帯の領域を指定して、「円状孔部の中心点」を入力する。コンピュータ７は、指定された領域に存在する３次元形状データのグループに対応する平面の式として、上面に対応する１グループを選定する。そして、選定したグループの３次元形状データのうち、ｙ座標値が所定範囲内で一致しているデータ毎にグループとし、グループ毎に３次元形状データをｘ座標値が変化する順に並べ、途中でｘ座標値が途切れているグループは、途切れているグループ範囲の両端の３次元形状データを抽出する。また、３次元形状データをｘ座標値が所定範囲内で一致しているデータ毎にグループにして、グループ毎に３次元形状データをｙ座標値が変化する順に並べ、途中でｙ座標値が途切れているグループに対しては途切れている範囲の両端の３次元形状データを抽出する。これにより、孔の輪郭に対応する３次元形状データが抽出されるため、抽出した３次元形状データを、円を表す式（ｘ―ａ）２＋（ｙ―ｂ）２＝ｒ２を用い、最小２乗法により中心座標のｘ、ｙ座標値を求める。そして、最初に選定した３次元形状データのｚ座標値を平均し、中心座標のｚ座標値とする。これにより点ｅの座標を求めることができる。
【００３５】
点ｆにおいては、点ｅと同様に座標を求めることができる。また、孔が大きいため、指定された領域に存在する３次元形状データのグループに孔の内部側面を表す３次元形状データグループも存在している。このため、そのグループに対応する面の式である複数の円の式の係数ａ、ｂを平均して孔の中心座標として得て点ｅと同様にｚ座標値を求めれば、点ｆの座標を求めることができる。
【００３６】
点ｈ、ｇにおいては、各点ｈ、ｇの孔付近一帯の領域を指定して、「円状孔部の直径を示す製品縦方向の点」を入力する。コンピュータ７は、点ｆと同様にして点ｆの座標を求めることができる。３次元形状データのグループにおいてｚ座標値が所定の範囲を超えて変化しているグループの３次元形状データに対応する平面の式を選定し、平行な平面が３つ以上ある場合は座標原点からの距離が最も遠い平面と、最も近い平面の式を選定する。次いで、ｚ座標値が略同じであり、データの数が最も多いグループの３次元形状データに対応する平面の式を選定し、これらの平面の交線方向を、それぞれの平面の法線ベクトルの外積により求める。これによって対象部品３の輪郭に沿った方向である２つの方向が求められるため、この２つの方向の中からＹ方向に近い方向を製品の縦方向とする。次に、点ｆの座標から製品縦方向の両方向において、最も近い２つの３次元形状データを抽出する。そして、抽出した３次元形状データが点ｈ、ｇの座標となる。
【００３７】
以上、図３に示す対象部品３について説明したが、他の形状の対象部品である場合、考えられる標本検査点として、球体形状部分の中心、円柱状凸部の中心、縁が円形状である凹部の中心等が考えられるが、いずれの場合も、標本検査点一帯の３次元形状データに含まれる３次元形状データのグループと、そのグループに対応する面の式を用いた演算処理により、標本検査点の座標を計算することができる。
【００３８】
コンピュータ７は、各標本検査点の座標を計算した後、表示装置等に標本３次元画像に合わせて各標本検査点を表示する。また、数値も表示する。そして、使用者は表示された標本検査点を確認することにより適切に標本検査点が算出されたかを確認することができる。
標本検査点の設定を行った後、使用者は、各標本検査点の相対位置から算出される距離又は角度の量である標本測定量を設定する。この距離は、２つの標本検査点の距離、対象部品３の縦方向長さ、横方向長さ、所定形状の間隔の距離、凹凸部の凹凸の段差高、孔の直径等を表す量である。また、角度は３つの標本検査点により形成される３角形の所定の検査点における角度であり、対象部品の対象部品３の輪郭における頂点の角度、凹凸部の輪郭における頂点の角度、上面の傾斜角度等を挙げることができる。対象部品３の形状から得られる距離又は角度のうち、何を標本測定量とするかは、使用者が対象部品３の製品において何を検査するかによって適宜設定することができる。例えば、図３に示す対象部品３において、標本測定量を検査点ａ、ｂ間の寸法、検査点ｃ、ｄ間の寸法、検査点ｅ、ｆ間の寸法、検査点ｈ、ｇ間の寸法とすれば、製品の横方向の長さ、凸部の段差、２つの孔間の長さ、検査点ｆを中心とする孔の直径を検査することができる。コンピュータ７は、使用者の設定に基づいて各標本検査点の座標から標本検査量を計算する。
【００３９】
コンピュータ７は、演算処理により得られた標本検査点の座標と、使用者が入力した標本検査点の算出情報と、各標本検査点の相対位置から算出された量である標本測定量とを、標本検査点データとして記憶手段に格納することができる。記憶手段に格納された標本検査点データのうち、標本検査点の座標と算出情報は、後述する製品検査点を設定する、すなわち、製品検査点の座標を算出するために用いられ、標本測定量は後述する製品測定量の良否を判定するときの基準値として使用される。尚、対象部品３の各面毎にその面の中心付近の３次元形状データの数個を記憶すると、製品となる対象部品３の３次元形状データを面毎のグループに分類し、それぞれの面の式を求める演算を行う際に格納されている３次元形状データの付近にある３次元形状データを抽出するところから演算を始めることができるため、より短時間で演算を完了することができる。
以上の標本３次元形状データ作成ステップ及び標本検査点データ作成ステップにより、標本とする対象部品３についての測定は終了する。
【００４０】
次に、製品となる個々の対象部品３について測定を行い、その良否（合否）を判定する。この測定は、複数の基準物体５を、標本とする対象部品３の測定時と略同一の位置に配置して行われる。
このため、本部品検査方法は、ステージ２上に製品となる対象部品３を載置して、前記３次元形状データ作成方法によって前記製品となる対象部品３の３次元形状データを作成し、その３次元形状データから前記記憶手段に格納してされている前記標本検査点データにおける標本検査点の座標と情報とを用いて各前記標本検査点に対応する位置を製品検査点として抽出し、各前記製品検査点の相対位置から算出される量（製品測定量）を製品検査点データとする製品検査点データ作成ステップを備えている。
【００４１】
製品となる対象部品３の３次元形状データの取得方法は、標本とする対象部品３について３次元形状データを取得する前記標本３次元形状データ作成ステップと同様である。
次いで、製品検査点データ作成ステップにおいては、前記記憶手段に格納された標本検査点データから標本検査点の座標と、算出情報を用いて、製品の３次元形状データを演算処理し、それぞれの標本検査点に対応する点を製品検査点として設定する。これは、標本検査点の設定において、使用者が標本検査点を含む領域を座標入力手段で指定する方法が、コンピュータ７の演算処理により、標本検査点の座標付近一帯の領域を指定する方法に変わったのみであり、指定した領域の３次元形状データを用いて製品検査点を設定する演算処理は、標本検査点の演算処理と同じである。
製品となる対象部品３は標本とする対象部品３とおよその位置で位置が合うようにステージ２に載置され、標本検査点の座標付近一帯の領域には製品検査点が存在する。また、標本検査点の設定の際に、使用者が入力した算出情報は、記憶手段に格納されている。よって、標本検査点の設定の際、使用者が入力により行ったことは、製品検査点の設定においては不要であり、コンピュータ７は演算処理により製品検査点の設定、すなわち、製品検査点の座標を計算することができる。
製品検査点が設定されると、コンピュータ７は標本検査点の相対位置から算出される量（標本測定量）と同等の量である、製品検査点の相対位置から算出される量（製品測定量）を算出する。すなわち、使用者が標本測定量の設定において設定した、対象部品３の縦方向長さ、横方向長さ、所定２点間の長さ、凹凸部の凹凸の段差高、孔の内径、対象部品３の輪郭における頂点の角度、凹凸部の輪郭における頂点の角度、上面の傾斜角度等、製品の３次元形状を検査するための検査量と同等の測定量が算出される。
【００４２】
そして、本部品検査方法は、算出された製品検査点データと前記記憶手段に格納されている標本検査点データにおける対応する量を対比することによって、製品となる対象部品３の良否を判定する良否判定ステップを備えている。これは、製品測定量毎に製品測定量の標本測定量に対する差を計算し、それぞれの差が全て許容範囲内にある場合は合格と判定し、許容範囲外である場合は、不合格と判定するものである。許容範囲は、予め使用者の入力によりコンピュータ７の記憶手段に格納されている。これにより、製品となる対象部品３の良否を判定することができる。
【００４３】
（３次元形状データ作成装置）
前記３次元形状データ作成方法の各ステップは、一般に載置ステップを使用者が行うことを除いて３次元スキャナの制御、３次元スキャナの位置変更機構の制御、及び演算処理をコンピュータにより行うことができる。すなわち、３次元形状データ作成方法における載置ステップ以外の各ステップと実質的に同一の機能を装置として実現することができる。
本実施形態に係る３次元形状データ作成装置は、複数の基準物体５を、複数ある配設可能位置から選択された位置に配設すると共に、対象部品３を載置することができるステージ２を備えた上で、コンピュータ７の記憶機能、制御プログラム、演算プログラムとして、ステージ２に複数ある配設可能位置のそれぞれに基準物体５を配設したときの、基準物体５に定義される定点座標が基準座標系における座標として予め格納されている記憶手段と、３次元スキャナ６の対象部品３に対する位置を設定した上で、３次元スキャナ６を用いて基準物体５の３以上と共に対象部品３の一部分の３次元形状を測定し、対象部品３の当該部分の３次元形状データを部分３次元形状データとして作成する部分３次元形状データ作成手段と、対象部品３の１又は２以上の部分毎に前記部分３次元形状データ作成手段によって部分３次元形状データを作成し、各対象部分３の部分と共に測定された基準物体６のそれぞれから定点座標を算出し、検出した定点座標を記憶手段に予め格納されている既知の定点座標に対応させて部分３次元形状データの座標系から基準座標系に座標変換するための座標変換係数を算出し、座標変換係数による座標変換で各部分３次元形状データを基準座標系における３次元座標に変換することにより、各部分３次元形状データを結合させた３次元形状データを作成する結合手段と、を備えるように構成することができる。
【００４４】
図４は、３次元形状データ作成装置のコンピュータの制御プログラム、演算プログラムを使用した部分３次元形状データ作成手段と、結合手段とを表している。
まず、複数の基準物体５が選択された位置に配設されているステージ２上に対象部品３が載置された状態で、３次元スキャナ６を移動させて（ステップＳ０１）、基準物体５の３以上と共に対象部品３の一部分が含まれる掃引範囲の３次元形状を測定し、当該範囲の３次元形状データを部分３次元形状データとして作成する（Ｓ０２）。そして、必要な全ての掃引範囲について部分３次元形状データを作成するようにする（Ｓ０３）。
次に、各掃引範囲に含まれる３以上の基準物体５を抽出してその定点座標を計算し、その定点座標と、記憶手段に予め格納されている基準座標系による定点座標とを対応させて座標変換係数を算出し、算出した座標変換係数による座標変換を行って各部分３次元形状データを基準座標系による３次元形状データに変換する（Ｓ０５）。
そして、これによって得られた各部分を１つに結合した３次元形状データを、記憶手段に格納する（Ｓ０６）。
【００４５】
（部品検査プログラム）
前記部品検査方法における３次元形状データ作成を除く各ステップと実質的に同一の機能を、コンピュータにて演算処理を行う部品検査プログラムとして実現することができる。
本実施形態に係る部品検査プログラムは、ステージ２に標本となる対象部品３を載置して、３次元形状データ作成装置によって作成された標本の３次元形状データに基づいて、２つ以上の点を算出情報により算出して得られる標本検査点として設定し、設定された各標本検査点の座標と各前記算出情報と各前記標本検査点の相対位置から算出される標本測定量とを、標本検査データとして記憶手段に格納する標本検査点データ作成機能を備える。
【００４６】
図５は、前記標本検査点データ作成機能による処理の例を表している。
まず、コンピュータ７に備えられている表示装置等に標本の３次元画像を表示し、使用者に３次元形状データを用いて標本検査点を設定するための算出情報を入力させる（Ｓ２１）、次いで、使用者に標本の３次元画像において標本検査点がある領域を指定させ、演算処理により標本検査点の座標を計算する。計算した座標は標本の３次元画像に点として重ねて表示する（Ｓ２２）。その後、使用者に各標本検査点の相対位置から標本測定量とするものを設定させ、その設定に基づいて標本測定量を計算する（Ｓ２３）。そして、標本検査点の座標、算出情報及び標本測定量を、標本検査点データとして記憶手段に格納する（Ｓ２４）。
以上によって、標本とする対象部品３についての部品検査プログラムによる処理が終了する。
【００４７】
また、本部品検査プログラムは、ステージ２上に製品となる対象部品３を載置して、前記３次元形状データ作成装置によって作成された標本の３次元形状データと記憶手段に格納されている標本検査点データにおける標本検査点の座標と算出情報とを用いて、各前記標本検査点に対応する点を製品検査点として設定し、各前記製品検査点の相対位置から算出される量（製品測定量）を製品検査点データとして算出する製品検査点データ作成機能と、その製品検査点データ（製品測定量）と前記記憶手段に格納されている前記標本検査点データにおける対応する量（標本測定量）とを対比することによって製品となる対象部品３の良否を判定する良否判定機能、を備えている。
【００４８】
図６は、前記製品検査点データ作成機能及び前記良否判定機能による処理の例を表している。
まず、記憶手段に格納されている標本検査点の座標と算出情報とを用いて、取得された製品の３次元形状データを用いて、各標本検査点に対応する点を製品検査点として設定する（Ｓ３１）。この設定は、製品検査点がある領域を標本検査点の座標の付近一帯で選定する点を除き、標本検査点の設定と同じ演算処理を行う。
次いで、設定された各製品検査点の相対位置から算出される量（製品測定量）を標本測定量における各標本検査点の相対位置を同等となるように計算する（Ｓ３２）。
【００４９】
そして、算出された製品検査点データ（製品測定量）と前記記憶手段に格納されている標本検査点データの対応する量（標本測定量）とを対比することによって（Ｓ４１）、製品となる対象部品３の良否（合否）を判定することができる（Ｓ４２）。例えば、標本検査点データには、標本測定量として図３に示した標本検査点ａと標本検査点ｂとの間の寸法Ｌが含まれている。一方、製品について算出された製品検査点データ（製品測定量）には、標本検査点ａに対応する製品検査点ａ’と標本検査点ｂに対応する製品検査点ｂ’との間の寸法Ｌ’が含まれる。この寸法を１つの検査項目とすれば、標本の寸法Ｌに対する製品の寸法Ｌ’の差が許容範囲内であるか否かを判定することによって、当該製品の良否を判断することができる。ステップＳ４１及び４２の処理は、計算された全ての製品測定量について行うようにすることができる（Ｓ４３）。これによって、例えば、１つの製品において全ての製品測定量の標本測定量に対する差が許容範囲内であった場合は合格（良）、いずれかが所定範囲を超えた場合は不合格（否）等とすることができる。
以上の製品検査点データ作成機能及び良否判定機能による処理は、製品となる対象部品３毎に実行するようにすることができる。
【００５０】
なお、以上に説明した３次元形状データ作成方法、部品検査方法、３次元形状データ作成装置及び部品検査プログラムにおいては、コンピュータ７の記憶機能、制御プログラム及び演算プログラムを用いて、３次元スキャナ６と、その位置変更機構とを制御して、３次元スキャナ６の各掃引範囲毎の部分３次元形状データを作成し、コンピュータ７の記憶機能及び演算プログラムを用いて、それらの部分３次元形状データを結合させた３次元形状データを作成するようにしたが、別の構成で作成することも可能である。例えば、使用者が３次元スキャナ６を固定したスタンドを移動させることで３次元スキャナ６の位置を変更し、各位置でコンピュータ７の入力装置から３次元スキャナ６に測定を行わせるよう指令を入力し、３次元形状の測定を行わせるようにしても良い。また、コンピュータ７の記憶機能に格納された部分３次元形状データを、記憶媒体やネットワーク回線を介して別のコンピュータに入力し、その別のコンピュータによって部分３次元形状データを結合させた３次元形状データを作成させるようにしても良い。
また、コンピュータ７の記憶機能及び演算プログラムを用いて、製品の３次元形状データが作成された直後に、その３次元形状データを演算処理して製品測定量を求め、求めた製品測定量を標本検査量と比較して良否判定を行うようにしたが、標本検査点、算出情報及び標本検査量が格納されており、製品の３次元形状データを処理するための演算プログラムがあれば、どのコンピュータに製品の３次元形状データを入力させても、本機能を実施することができる。例えば、１つ又は複数の製品の３次元形状データを記憶媒体又はネットワーク回線を介して別のコンピュータに入力させて、その別のコンピュータで演算処理して製品測定量を求め、標本測定量と比較して良否判定を行うようにしても良い。
【００５１】
尚、本発明においては、以上に示した実施形態に限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１；定盤、２；ステージ、３；対象部品、４；凹部、５；基準物体、６；３次元スキャナ、７；コンピュータ。
【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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