(57)【要約】【課題】  三次元形状データの品質を必要に応じて向上させることができる三次元測定装置を提供する。【解決手段】  ステージ、投光手段、撮像手段、回転駆動手段、測定モード記憶手段及び測定指示受付手段と、モード指定情報及び測定開始の指示に基づいて回転駆動手段を制御し、撮影画像に基づいて測定対象物の三次元形状データを求める測定制御手段とにより構成される。測定制御手段は、品質向上モードが指定された場合に、測定開始の指示受付時におけるステージの回転位置に対応する注目アングルを含むアングル範囲内で２以上の撮像アングルを指定し、回転駆動手段を制御してこれらの撮像アングルにステージを順次に切り替え、各撮像アングルで撮像された撮影画像から複数の三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを合成することにより、より高品質の合成形状データを生成する。【選択図】  図８
2017227610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物が載置されるステージと、
上記ステージ上の上記測定対象物に検出光を照射する投光手段と、
上記ステージに対して受光軸が傾斜するように配置され、上記測定対象物により反射された上記検出光を受光して撮影画像を生成する撮像手段と、
鉛直方向の回転軸を中心として上記ステージを回転させることにより、撮像アングルを切り替える回転駆動手段と、
ワンショット測定モード及び連結測定モードを含む通常測定モードと品質向上モードとのいずれかを指定するモード指定情報を保持する測定モード記憶手段と、
測定開始の指示を受け付ける測定指示受付手段と、
上記モード指定情報及び上記測定開始の指示に基づいて、上記回転駆動手段を制御し、上記撮影画像に基づいて上記測定対象物の三次元形状データを求める測定制御手段とを備え、
上記測定制御手段は、
上記ワンショット測定モードが指定された場合に、上記測定開始の指示受付時における上記ステージの回転位置に対応する撮像アングルで撮像された上記撮影画像から上記三次元形状データを求め、
上記連結測定モードが指定された場合に、上記回転駆動手段を制御して上記測定開始の指示受付前に指定された複数の上記撮像アングルに上記ステージを順次に切り替え、各撮像アングルで撮像された上記撮影画像から複数の上記三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて連結することにより、より死角の少ない連結形状データを生成し、
上記品質向上モードが指定された場合に、上記測定開始の指示受付時における上記ステージの回転位置に対応する注目アングルを含むアングル範囲内で２以上の上記撮像アングルを指定し、上記回転駆動手段を制御してこれらの撮像アングルに上記ステージを順次に切り替え、各撮像アングルで撮像された上記撮影画像から複数の上記三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて合成することにより、より高品質の合成形状データを生成することを特徴とする三次元測定装置。
【請求項２】
上記品質向上モードにおける上記アングル範囲は、上記注目アングルを中心とする１８０°以下の幅を有することを特徴とする請求項１に記載の三次元測定装置。
【請求項３】
上記品質向上モードにおける上記２以上の撮像アングルには、上記注目アングルと、上記注目アングルを挟む２つの撮像アングルとが含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元測定装置。
【請求項４】
上記測定制御手段は、上記品質向上モード時に、上記撮像手段の撮像視野内における上記測定対象物の位置及び姿勢が互いに略一致するように上記２以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させた上記合成形状データを生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項５】
上記測定制御手段は、上記品質向上モード時に、上記注目アングルにおいて重要領域が上記撮像手段に略正対する上記測定対象物であっても側面が撮像されるように上記２以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも死角の少ない上記合成形状データを生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項６】
上記注目アングルに対するオーバーハング角の指定を受け付ける測定設定情報指定手段を更に備え、
上記測定制御手段は、上記品質向上モード時に、上記注目アングルを中心とする上記オーバーハング角以下の角度範囲を上記アングル範囲として、上記２以上の撮像アングルを指定することを特徴とする請求項５に記載の三次元測定装置。
【請求項７】
上記測定制御手段は、上記品質向上モード時に、上記注目アングルを含む第１の角度範囲内で２以上の広視野化アングルを指定するとともに、これらの広視野化アングルごとに、上記広視野化アングルを含み、上記第１の角度範囲よりも狭い第２の角度範囲内で上記２以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させ、かつ、死角の少ない上記合成形状データを生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項８】
上記測定制御手段は、連結測定のために連結角度範囲内で予め指定された複数の連結アングルについて、これらの連結アングルごとに、上記連結アングルを含み、上記連結角度範囲よりも狭い高密度化角度範囲内で２以上の上記撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させ、かつ、死角の少ない上記合成形状データを生成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の三次元測定装置。
【請求項９】
上記三次元形状データに基づいて、上記測定対象物の立体形状を画面表示する表示手段を更に備え、
上記表示手段は、上記品質向上モード時に生成された上記合成形状データに基づいて、上記注目アングルを視点として上記立体形状を画面表示することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の三次元測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元測定装置に係り、さらに詳しくは、測定対象物の立体形状を光学的に測定する三次元測定装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元測定装置は、測定対象物の立体形状を光学的に測定する測定器であり、三角測距の原理等を利用して三次元形状データが取得される。例えば、ステージ上に載置された測定対象物に対し、縞状のパターン光を投影し、この状態でステージ上の測定対象物がカメラにより撮影される。測定対象物の高さ情報は、撮影画像を解析し、パターンのずれやゆがみ具合から求められる。
【０００３】
上述した三次元測定装置では、撮影画像に基づいて三次元形状データを取得することから、測定対象物の側面や背面のような死角になっている領域の形状データを取得することができない。また、測定対象物の表面の法線方向とカメラの受光軸とのなす角度が大きくなるほど測定精度が低下する。この様な問題を解決する測定方法として、連結測定法が知られている。連結測定法では、撮像アングルが異なる複数の撮影画像のそれぞれから三次元形状データを求め、これらの三次元形状データを合成することによって、より死角の少ない三次元形状データが求められる。
【０００４】
撮像アングルは、カメラと測定対象物との相対的な位置関係に対応し、例えば、ステージを回転させることによって切り替えられ、ステージの回転位置としてユーザにより個別に指定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
測定対象物の一部領域を測定箇所として寸法や形状を計測するのであれば、カメラが測定箇所に略正対するように撮像アングルを調整して撮影画像を取得することが考えられる。この場合、所望の測定箇所が被写体として撮像される撮像アングルにおいて測定開始を指示すればよいため、連結測定に比べ、複数の撮像アングルを予め指定しておく必要がなく、また、形状測定に要する時間を短縮することができる。
【０００６】
ところが、上述した様な従来の三次元測定装置では、カメラで捉えた撮影画像から三次元形状データが求められることから、測定点の数がカメラの画素数以下に制限されてしまうという問題があった。同じ撮像視野に対し、測定点の数を増やすには、画素数の多いカメラを用いることが考えられる。しかしながら、カメラの画素数を増やすことにより、感度やＳ／Ｎ比が低下するという問題があった。また、カメラの画素数を増やすと、撮影画像の処理速度が低下するという問題もあった。
【０００７】
また、カメラが測定対象物の一部領域に略正対する撮像アングルでは、カメラで捉えられない領域について、三次元形状データが取得できないという問題があった。例えば、平板上に直方体状の突出部が形成された部品の形状を測定する場合、カメラの受光軸が平板と略垂直に交差するような撮像アングルで撮影画像を取得すれば、平板や突出部の上面の形状を高い精度で測定することができる。ところが、この様な撮像アングルでは、突出部の側面をカメラで捉えることはできない。このため、突出部の側面について三次元形状データが取得できず、突出部の対向する２つの側面の間の距離等が取得できなかった。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、三次元形状データの品質を必要に応じて向上させることができる三次元測定装置を提供することを目的とする。特に、品質向上モードを選択すれば、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、より高品質の三次元形状データを取得することができる三次元測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、カメラの画素数を増やすことなく、測定点の数密度を増大させた三次元形状データを取得することができる三次元測定装置を提供することを目的とする。また、本発明は、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、死角の少ない三次元形状データを取得することができる三次元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】
本発明の第１の態様による三次元測定装置は、測定対象物が載置されるステージと、上記ステージ上の上記測定対象物に検出光を照射する投光手段と、上記ステージに対して受光軸が傾斜するように配置され、上記測定対象物により反射された上記検出光を受光して撮影画像を生成する撮像手段と、鉛直方向の回転軸を中心として上記ステージを回転させることにより、撮像アングルを切り替える回転駆動手段と、ワンショット測定モード及び連結測定モードを含む通常測定モードと品質向上モードとのいずれかを指定するモード指定情報を保持する測定モード記憶手段と、測定開始の指示を受け付ける測定指示受付手段と、上記モード指定情報及び上記測定開始の指示に基づいて、上記回転駆動手段を制御し、上記撮影画像に基づいて上記測定対象物の三次元形状データを求める測定制御手段とを備える。上記測定制御手段は、上記ワンショット測定モードが指定された場合に、上記測定開始の指示受付時における上記ステージの回転位置に対応する撮像アングルで撮像された上記撮影画像から上記三次元形状データを求め、上記連結測定モードが指定された場合に、上記回転駆動手段を制御して上記測定開始の指示受付前に指定された複数の上記撮像アングルに上記ステージを順次に切り替え、各撮像アングルで撮像された上記撮影画像から複数の上記三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて連結することによって、より死角の少ない連結形状データを生成し、上記品質向上モードが指定された場合に、上記測定開始の指示受付時における上記ステージの回転位置に対応する注目アングルを含むアングル範囲内で２以上の上記撮像アングルを指定し、上記回転駆動手段を制御してこれらの撮像アングルに上記ステージを順次に切り替え、各撮像アングルで撮像された上記撮影画像から複数の上記三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを上記撮像アングルに基づいて合成することにより、より高品質の合成形状データを生成する。
【００１１】
この様な構成によれば、品質向上モード時に、より高品質の合成形状データが生成されるため、品質向上モードを指定すれば、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、より高品質の三次元形状データを取得することができる。
【００１２】
本発明の第２の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記品質向上モードにおける上記アングル範囲が、上記注目アングルを中心とする１８０°以下の幅を有するように構成される。この様な構成によれば、注目アングルにおいて重要領域が撮像手段に略正対する測定対象物であっても、側面の三次元形状データを取得することができる。
【００１３】
本発明の第３の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記品質向上モードにおける上記２以上の撮像アングルには、上記注目アングルと、上記注目アングルを挟む２つの撮像アングルとが含まれるように構成される。この様な構成によれば、品質向上モード時に、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、注目アングルと注目アングルを挟む２つの撮像アングルとで撮像された撮影画像を取得して三次元形状データを求めることができる。
【００１４】
本発明の第４の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記測定制御手段が、上記品質向上モード時に、上記撮像手段の撮像視野内における上記測定対象物の位置及び姿勢が互いに略一致するように上記２以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させた上記合成形状データを生成するように構成される。
【００１５】
この様な構成によれば、撮像視野内における測定対象物の位置及び姿勢が互いに略一致するように複数の撮像アングルを指定して合成形状データが生成されるため、カメラの画像数を増やすことなく、測定点の数密度を増大させた三次元形状データを取得することができる。
【００１６】
本発明の第５の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記測定制御手段が、上記品質向上モード時に、上記注目アングルにおいて重要領域が上記撮像手段に略正対する上記測定対象物であっても側面が撮影されるように上記２以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも死角の少ない上記合成形状データを生成するように構成される。
【００１７】
この様な構成によれば、注目アングルにおいて重要領域が撮像手段に略正対する測定対象物であっても側面が撮像されるように複数の撮像アングルを指定して合成形状データが生成されるため、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、死角の少ない三次元形状データを取得することができる。
【００１８】
本発明の第６の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記注目アングルに対するオーバーハング角の指定を受け付ける測定設定情報指定手段を更に備え、上記測定制御手段が、上記品質向上モード時に、上記注目アングルを中心とする上記オーバーハング角以下の角度範囲を上記アングル範囲として、上記２以上の撮像アングルを指定するように構成される。この様な構成によれば、ユーザは、注目アングルを含むアングル範囲内で複数の撮像アングルを自動指定するためのオーバーハング角を任意に指定することができる。
【００１９】
本発明の第７の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記測定制御手段が、上記品質向上モード時に、上記注目アングルを含む第１の角度範囲内で２以上の広視野化アングルを指定するとともに、これらの広視野化アングルごとに、上記広視野化アングルを含み、上記第１の角度範囲よりも狭い第２の角度範囲内で上記２以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させ、かつ、死角の少ない上記合成形状データを生成するように構成される。この様な構成によれば、カメラの画像数を増やすことなく測定点の数密度を増大させ、かつ、広視野化アングルごとの三次元形状データよりも死角の少ない三次元形状データを取得することができる。
【００２０】
本発明の第８の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記測定制御手段が、連結測定のために連結角度範囲内で予め指定された複数の連結アングルについて、これらの連結アングルごとに、上記連結アングルを含み、上記連結角度範囲よりも狭い高密度化角度範囲内で上記２以上の撮像アングルを指定し、上記撮像アングルごとの上記三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させ、かつ、死角の少ない上記合成形状データを生成するように構成される。この様な構成によれば、カメラの画像数を増やすことなく測定点の数密度を増大させ、かつ、連結アングルごとの三次元形状データよりも死角の少ない三次元形状データを取得することができる。
【００２１】
本発明の第９の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記三次元形状データに基づいて、上記測定対象物の立体形状を画面表示する表示手段を更に備え、上記表示手段が、上記品質向上モード時に生成された上記合成形状データに基づいて、上記注目アングルを視点として上記立体形状を画面表示するように構成される。この様な構成によれば、品質向上モードを指定して合成形状データを取得した後、注目アングルを視点として測定対象物の立体形状が画面表示されるため、ユーザは、測定開始を指示した際の撮像アングルで立体形状を確認することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、三次元形状データの品質を必要に応じて向上させることができる。特に、品質向上モードを指定すれば、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、より高品質の三次元形状データを取得することができる。また、カメラの画素数を増やすことなく、測定点の数密度を増大させた三次元形状データを取得することができる。また、撮像アングルを調整して測定開始を指示することにより、死角の少ない三次元形状データを取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態による三次元測定装置１の一構成例を示したシステム図である。
【図２】図１の測定部２の一構成例を模式的に示した説明図である。
【図３】三次元測定装置１における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。
【図４】図３のステップＳ１０１（投光照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。
【図５】図３のステップＳ１０２（テクスチャ照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。
【図６】図３のステップＳ１１３（データ解析）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。
【図７】図１の測定部２のステージ２１の構成例を模式的に示した説明図である。
【図８】図１の情報処理端末５内の機能構成の一例を示したブロック図である。
【図９】図１の情報処理端末５における測定設定時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される設定画面６が示されている。
【図１０】図１の三次元測定装置１の動作の一例を示した図であり、品質向上モード（密度向上モード）において撮像された撮影画像８が示されている。
【図１１】図１の三次元測定装置１の動作の一例を示した図であり、品質向上モード（マルチアングルモード）において撮像された撮影画像８が示されている。
【図１２】図８の情報処理端末５における寸法測定時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に画面表示される立体形状９が示されている。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
まず、本発明による三次元測定装置の概略構成について、図１〜図６を用いて以下に説明する。
【００２５】
＜三次元測定装置１＞
図１は、本発明の実施の形態による三次元測定装置１の一構成例を示したシステム図である。この三次元測定装置１は、測定対象物Ｗの立体形状を光学的に測定する測定器であり、測定部２、コントローラ４及び情報処理端末５により構成される。
【００２６】
＜測定部２＞
測定部２は、ステージ２１上の測定対象物Ｗに可視光からなる検出光を照射し、測定対象物Ｗにより反射された検出光を受光して撮影画像を生成するヘッドユニットであり、ステージ２１、回転駆動部２２、撮像部２３、投光部２４、テクスチャ照明出射部２５及び制御基板２６により構成される。この測定部２は、ステージ２１、撮像部２３、投光部２４及びテクスチャ照明出射部２５が一体型の筐体に搭載される。
【００２７】
ステージ２１は、測定対象物Ｗを載置するための水平かつ平坦な載置面を有する作業台である。このステージ２１は、円板状のステージプレート２１１と、ステージプレート２１１を支持するステージベース２１２とにより構成される。
【００２８】
ステージプレート２１１は、中央付近で折り曲げて固定することができ、測定対象物Ｗを撮像部２３に正対させるための傾斜台として機能させることができる。回転駆動部２２は、ステージ２１上の測定対象物Ｗに対する撮像アングルを調整するために、鉛直方向の回転軸を中心としてステージ２１を回転させる。
【００２９】
撮像部２３は、ステージ２１上の測定対象物Ｗを撮影する固定倍率のカメラであり、受光レンズ２３１及び撮像素子２３２により構成される。撮像素子２３２は、受光レンズ２３１を介して測定対象物Ｗからの検出光を受光し、撮影画像を生成する。撮像素子２３２には、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）などのイメージセンサが用いられる。この撮像素子２３２は、例えば、モノクロイメージセンサである。
【００３０】
投光部２４は、ステージ２１上の測定対象物Ｗに検出光を照射する照明装置であり、投光用光源２４１、コレクタレンズ２４２、パターン生成ユニット２４３及び投光レンズ２４４により構成される。投光用光源２４１には、例えば、単色の検出光を生成するＬＥＤ（発光ダイオード）又はハロゲンランプが用いられる。色収差補正等が容易であることから、白色光源を用いる場合に比べ、単色の投光用光源２４１を用いる方が有利である。また、波長は短い方が三次元形状データの解像度を上げるのに有利であることから、青色の光源、例えば、青色ＬＥＤを投光用光源２４１として用いることが好ましい。ただし、撮像素子２３２が良好なＳ／Ｎで受光することができる波長が選択される。
【００３１】
なお、単色の投光用光源２４１を使用する場合、撮像素子２３２がカラーイメージセンサであれば、ＲＧの受光素子が利用できないため、Ｂの受光素子のみの利用となり、利用できる画素数が減ることになる。従って、画素サイズや画素数をそろえた場合、撮像素子２３２には、モノクロイメージセンサを用いる方が有利である。
【００３２】
投光用光源２４１から出射された検出光は、コレクタレンズ２４２を介してパターン生成ユニット２４３に入射する。そして、パターン生成ユニット２４３から出射された検出光は、投光レンズ２４４を介してステージ２１上の測定対象物Ｗに照射される。
【００３３】
パターン生成ユニット２４３は、構造化照明用のパターン光を生成するための装置であり、均一な検出光と、二次元パターンからなる検出光とを切り替えることができる。パターン生成ユニット２４３には、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）又は液晶パネルが用いられる。ＤＭＤは、多数の微小なミラーが２次元状に整列配置され、各ミラーの傾きを制御することにより、画素ごとに明状態と暗状態とを切り替えることができる表示素子である。
【００３４】
三角測距の原理を利用して測定対象物Ｗの立体形状を測定するための構造化照明法には、正弦波位相シフト法、マルチスリット法、空間コード法等がある。正弦波位相シフト法は、測定対象物Ｗに正弦波状の縞パターンを投影し、正弦波の周期よりも短いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における位相値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
【００３５】
マルチスリット法は、測定対象物Ｗに細線状の縞パターンを投影し、縞と縞との間隔よりも狭いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における最大輝度の撮影タイミングを求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
【００３６】
空間コード法は、測定対象物Ｗに対し、白黒のデューティ比が５０％であり、パターン幅が異なる複数の縞パターンを順次に投影し、撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素におけるコード値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。
【００３７】
パターン生成ユニット２４３では、上述した縞パターンを二次元パターンとして生成することができる。この三次元測定装置１では、マルチスリット法と空間コード法とを組み合わせることにより、高分解能かつ高精度に三次元形状データが取得される。
【００３８】
また、この三次元測定装置１では、撮像部２３を挟んで２つの投光部２４が左右対称に配置されている。各投光部２４の投光軸Ｊ２及びＪ３は、三角測距の原理を利用するために、撮像部２３の受光軸Ｊ１に対して傾斜している。この投光部２４では、投光用光源２４１、コレクタレンズ２４２及びパターン生成ユニット２４３の光軸に対し、投光レンズ２４４を受光軸Ｊ１側にオフセットさせることにより、投光軸Ｊ２及びＪ３を傾斜させている。この様な構成を採用することにより、投光部２４全体を傾斜させる場合に比べ、測定部２を小型化することができる。
【００３９】
テクスチャ照明出射部２５は、測定対象物Ｗの色や模様を表面テクスチャ情報として検知するための可視光からなる均一な照明光をステージ２１上の測定対象物Ｗに向けて出射する。このテクスチャ照明出射部２５は、投光軸が撮像部２３の受光軸Ｊ１と略平行であり、撮像部２３の受光レンズ２３１を取り囲むように配置される。このため、投光部２４からの照明と比べて測定対象物Ｗ上での影ができにくく、撮影時の死角が少なくなる。
【００４０】
制御基板２６は、回転駆動部２２を制御する制御回路、投光部２４の投光用光源２４１及びパターン生成ユニット２４３を駆動する駆動回路、撮像部２３の撮像素子２３２からの検出信号を処理する処理回路等が設けられた回路基板である。
【００４１】
コントローラ４は、測定部２用の制御装置であり、テクスチャ照明用の照明光を生成するテクスチャ光源４１と、テクスチャ光源４１用の駆動回路等が設けられた制御基板４２と、測定部２内の各デバイスに電力を供給する電源４３とにより構成される。テクスチャ光源４１は、撮影画像からカラーのテクスチャ画像が得られるようにするために、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の照明光を順次に点灯する。撮像素子２３２がモノクロイメージセンサであることから、テクスチャ光源４１に白色光源を用いてテクスチャ情報を取得する場合、カラー情報を取得することができない。このため、テクスチャ光源４１ではＲＧＢを切り替えて照明している。
【００４２】
なお、モノクロのテクスチャ画像で十分な場合は、テクスチャ光源４１に白色光源、例えば、白色ＬＥＤを用い、或いは、ＲＧＢの単色光を同時に照射する光源を用いても良い。また、測定精度の低下をある程度許容する場合には、撮像素子２３２にカラーイメージセンサを用いても良い。照明光は、ライトガイド３を介して測定部２のテクスチャ照明出射部２５に伝送される。制御基板４２及び電源４３は、測定部２の制御基板２６に接続されている。
【００４３】
情報処理端末５は、測定部２を制御し、撮影画像の画面表示、寸法測定のための設定情報の登録、三次元形状データの生成、測定対象部Ｗの寸法算出等を行う端末装置であり、表示部５１、キーボード５２及びマウス５３が接続されている。表示部５１は、撮影画像や設定情報を画面に表示するモニタ装置である。キーボード５２及びマウス５３は、ユーザが操作入力を行う入力装置である。この情報処理端末は、例えば、パーソナルコンピュータであり、測定部２の制御基板２６に接続されている。
【００４４】
図２は、図１の測定部２の一構成例を模式的に示した説明図である。この測定部２は、撮影倍率が互いに異なる２つの撮像部２３ａ及び２３ｂを備え、ステージ２１と撮像部２３ａ及び２３ｂとの相対的な位置関係が変化しないようにベース筐体２７に取り付けられている。このため、ステージ２１の回転角が互いに異なる複数の撮影画像の連結合成が容易である。
【００４５】
撮像部２３ａは、低倍率の撮像部２３である。撮像部２３ｂは、撮像部２３ａよりも高倍率の撮像部２３である。撮像部２３ａ及び２３ｂは、測定対象物全体の三次元形状データが得られるようにするために、いずれもステージ２１に対して受光軸Ｊ１１及びＪ１２が傾斜するように配置されている。
【００４６】
例えば、ステージ２１に対する受光軸Ｊ１１及びＪ１２の傾斜角は、４５°程度である。また、撮像部２３ｂは、焦点位置ＦＰがステージ２１の回転軸Ｊ４上において撮像部２３ａの焦点位置ＦＰよりも下側となるように、撮像部２３ａの下方に配置され、受光軸Ｊ１２は、受光軸Ｊ１１と略平行である。
【００４７】
この様な構成を採用することにより、撮像部２３ａの測定可能領域Ｒ１と撮像部２３ｂの測定可能領域Ｒ２とをステージ２１上に適切に形成することができる。測定可能領域Ｒ１及びＲ２は、いずれもステージ２１の回転軸Ｊ４を中心とする円柱状の領域であり、測定可能領域Ｒ２は、測定可能領域Ｒ１内に形成される。
【００４８】
図３のステップＳ１０１〜Ｓ１１３は、三次元測定装置１における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、三次元測定装置１は、ステージ２１上に載置された測定対象物Ｗを撮像部２３により撮影して撮影画像を表示部５１に表示し、投光照明の明るさ調整を行う（ステップＳ１０１）。この明るさ調整は、投光部２４から均一な検出光を照射し、或いは、パターン光を照射して行われる。
【００４９】
次に、三次元測定装置１は、テクスチャ照明に切り替えて撮影画像を取得し、表示部５１に表示してテクスチャ照明の明るさ調整を行う（ステップＳ１０２）。この明るさ調整は、テクスチャ照明出射部２５からＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の照明光を順次に照射し、或いは、同時に照射して行われる。ステップＳ１０１とステップＳ１０２とは、順序を入れ替えても良い。
【００５０】
三次元測定装置１は、照明条件が確定されるまで、ステップＳ１０１及びＳ１０２の処理手順を繰り返し、照明条件の確定後、ユーザにより測定開始が指示されれば（ステップＳ１０３）、投光部２４からパターン光を投影し（ステップＳ１０４）、パターン画像を取得する（ステップＳ１０５）。このパターン画像は、ステージ２１上の測定対象物Ｗが撮影された撮影画像である。パターン光の投影及び撮影画像の取得は、パターン生成ユニット２４３と撮像部２３とを同期させて行われる。
【００５１】
次に、三次元測定装置１は、テクスチャ照明に切り替えてテクスチャ画像を取得する（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。このテクスチャ画像は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の照明光を順次に照射させて取得された複数の撮影画像を合成することによって得られる。連結測定時には、ステージ２１を予め指定された複数の撮像アングルに順次に切り替えながら、ステップＳ１０４からステップＳ１０７までの処理手順が繰り返される（ステップＳ１０８）。
【００５２】
次に、三次元測定装置１は、ステップＳ１０５において取得されたパターン画像を所定の計測アルゴリズムにより解析し、三次元形状データを生成する（ステップＳ１０９）。この三次元形状データの生成ステップでは、撮像アングルが異なる複数の撮影画像から求めた三次元形状データが必要に応じて合成される。そして、三次元測定装置１は、生成された三次元形状データにテクスチャ画像をマッピングし（ステップＳ１１０）、測定対象物Ｗの立体形状として表示部５１に表示する（ステップＳ１１１）。
【００５３】
三次元測定装置１は、所望の測定箇所について、三次元形状データが得られるまで、撮像アングルや撮影条件等を変更しながらステップＳ１０１からステップＳ１１１までの処理手順を繰り返し（ステップＳ１１２）、所望のデータが得られ、ユーザによりデータ解析が指示されれば、寸法測定用のアプリケーションプログラムにより、三次元形状データのデータ解析を行い、測定対象物Ｗの寸法を算出する（ステップＳ１１３）。
【００５４】
図４のステップＳ２０１〜Ｓ２１１は、図３のステップＳ１０１（投光照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置１の動作が示されている。まず、三次元測定装置１は、左側の投光部２４を点灯し（ステップＳ２０１）、ユーザによる明るさの調整を受け付ける（ステップＳ２０２）。
【００５５】
次に、三次元測定装置１は、ユーザによる撮影倍率の選択を受け付け、撮影倍率が変更されれば、対応する撮像部２３に切り替える（ステップＳ２０３）。このとき、三次元測定装置１は、所望の測定箇所に照明が当たっていなければ、ユーザ操作に基づいてステージ２１を回転させることにより、測定対象物Ｗの位置及び姿勢の調整を行う（ステップＳ２０４，Ｓ２０５）。位置及び姿勢の調整は、左右の投光部２４を同時に点灯させて行っても良い。
【００５６】
そして、三次元測定装置１は、測定箇所の明るさが適切でなければ、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける（ステップＳ２０６，Ｓ２０７）。三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップＳ２０３からステップＳ２０７までの処理手順を繰り返す（ステップＳ２０８）。
【００５７】
次に、三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、右側の投光部２４に切り替えて（ステップＳ２０９）、ユーザによる明るさの調整を受け付ける（ステップＳ２１０）。三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップＳ２１０の処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、この処理を終了する（ステップＳ２１１）。
【００５８】
図５のステップＳ３０１〜Ｓ３１３は、図３のステップＳ１０２（テクスチャ照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置１の動作が示されている。まず、三次元測定装置１は、テクスチャ照明を点灯し（ステップＳ３０１）、ユーザによる明るさの調整を受け付ける（ステップＳ３０２）。三次元測定装置１は、測定箇所の明るさが適切でなければ（ステップＳ３０３）、ステップＳ３０２の処理手順を繰り返し、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける。
【００５９】
次に、三次元測定装置１は、ユーザによるテクスチャ画像の画質の選択を受け付け（ステップＳ３０４）、通常画質が選択されれば、通常画質を指定し、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する（ステップＳ３１３）。
【００６０】
一方、三次元測定装置１は、ユーザによりフルフォーカス画質が選択されれば、フルフォーカス画質を指定する（ステップＳ３０５，Ｓ３０６）。フルフォーカス画質は、深度合成処理により得られる画質であり、焦点位置を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、画像全体においてピントの合った画像が得られる。
【００６１】
そして、三次元測定装置１は、ユーザによりＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）画質が選択されれば、ＨＤＲ画質を指定する（ステップＳ３０７，Ｓ３０８）。ＨＤＲ画質は、露光時間を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、ダイナミックレンジの広い画像が得られる。
【００６２】
次に、三次元測定装置１は、ユーザによりテクスチャ画像の確認が指示されれば（ステップＳ３０９）、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件に基づいて、撮影画像を取得し（ステップＳ３１０）、テクスチャ画像を作成して表示部５１に表示する（ステップＳ３１１）。
【００６３】
三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップＳ３０５からステップＳ３１１までの処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する（ステップＳ３１２）。
【００６４】
図６のステップＳ４０１〜Ｓ４１３は、図３のステップＳ１１３（データ解析）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置１の動作が示されている。まず、三次元測定装置１は、ユーザ操作に基づいて、三次元形状データを所定のデータ形式で読み込み、測定対象物Ｗの立体形状を表示部５１に表示する（ステップＳ４０１，Ｓ４０２）。
【００６５】
次に、三次元測定装置１は、ノイズの除去、穴埋め、不要データの削除等の前処理を行い（ステップＳ４０３）、ユーザによる表示倍率及び姿勢の調整を受け付ける（ステップＳ４０４）。
【００６６】
次に、三次元測定装置１は、表示中の立体形状上において、測定箇所の幾何要素を特定するための点群の指定を受け付ける（ステップＳ４０５）。そして、三次元測定装置１は、幾何要素について、形状種別の指定を受け付ける（ステップＳ４０６）。形状種別には、点、線、面、球面、円筒面、円錐面等がある。ステップＳ４０５とステップＳ４０６とは、順序を入れ替えても良い。
【００６７】
三次元測定装置１は、全ての幾何要素について、点群及び形状種別の指定が完了するまで、ステップＳ４０５及びＳ４０６の処理手順を繰り返し（ステップＳ４０７）、点群及び形状種別の指定が完了すれば、ユーザによる幾何要素の選択を受け付ける（ステップＳ４０８）。そして、三次元測定装置１は、選択された幾何要素について、寸法種別の選択を受け付ける（ステップＳ４０９）。寸法種別には、距離、角度、幾何公差、直径等がある。ステップＳ４０８とステップＳ４０９とは、順序を入れ替えても良い。
【００６８】
次に、三次元測定装置１は、選択された幾何要素について、点群に基本形状をフィッティングさせることによって幾何要素を特定し、幾何要素間の寸法値を算出する（ステップＳ４１０）。次に、三次元測定装置１は、寸法値を測定対象物Ｗの立体形状上の測定箇所に対応づけて表示する（ステップＳ４１１）。三次元測定装置１は、所望の測定箇所が他にもあれば、ステップＳ４０８からステップＳ４１１までの処理手順を繰り返し（ステップＳ４１２）、所望の測定箇所が他になければ、測定結果を出力してこの処理を終了する（ステップＳ４１３）。
【００６９】
次に、本発明による三次元測定装置１のさらに詳細な構成について、図７〜図１２を用いて以下に説明する。
【００７０】
＜ステージ２１＞
図７は、図１の測定部２のステージ２１の構成例を模式的に示した説明図である。このステージ２１のステージプレート２１１は、中央付近で折り曲げた状態でステージベース２１２に対して固定することができ、ステージプレート２１１上に配置された測定対象物Ｗを撮像部２３に対して正対させる傾斜台である。
【００７１】
例えば、ステージベース２１２に対し、傾斜角θ１＝４５°程度傾けてステージプレート２１１を固定することができる。撮像部２３の受光軸Ｊ１は、ステージ２１の回転軸Ｊ４に対して傾斜角θ２＝４５°程度傾斜している。このため、ステージプレート２１１上で測定対象物Ｗが撮像部２３に正対している状態からステージ２１を回転させれば、測定対象物Ｗの側面を撮像することができる。
【００７２】
＜情報処理端末５＞
図８は、図１の情報処理端末５内の機能構成の一例を示したブロック図である。この情報処理端末５は、測定設定情報指定部１０、測定設定記憶部１１、測定指示受付部１２、測定制御部１３、形状データ記憶部１４及び表示制御部１５により構成される。
【００７３】
測定設定情報指定部１０は、キーボード５２又はマウス５３によるユーザ操作に基づいて、立体形状の測定を行うための測定設定情報を指定し、測定設定記憶部１１内に格納する。測定設定情報指定部１０は、例えば、通常測定モード及び品質向上モードのいずれかがユーザにより測定モードとして指定されれば、これらの測定モードのいずれかを指定するモード指定情報を生成し、測定設定情報として測定設定記憶部１１に登録する。通常測定モードは、ワンショット測定モード及び連結測定モードのいずれかを選択可能な測定モードである。
【００７４】
通常測定モードにおけるワンショット測定モードは、ユーザにより測定開始が指示された際の撮像アングルに基づいて、三次元形状データを求める測定モードである。撮像アングルは、撮像部２３の撮像視野内における測定対象物Ｗの位置及び姿勢であり、回転駆動部２２を制御してステージ２１を回転させることにより切り替えられる。
【００７５】
通常測定モードにおける連結測定モードは、複数の撮像アングルで求められた複数の三次元形状データを連結することにより、より死角の少ない三次元形状データを求める測定モードである。連結測定のためのアングル範囲や撮像アングルは、測定設定情報として測定設定記憶部１１に登録される。
【００７６】
連結測定モードには、以下の（１）〜（３）に示す３つの方式があり、いずれかを任意に指定することができる。（１）撮像アングル範囲が３６０°に自動的に指定され、現在のステージ２１の回転位置に対応する撮像アングルを基準にして、一定の回転角、例えば、６０°ごとに複数の補間アングルが自動的に指定される。（２）撮像アングル範囲がユーザにより指定されれば、この撮像アングル範囲内に補間アングルが自動的に指定される。（３）ユーザが連結測定のための複数の撮像アングルを全て指定する。
【００７７】
品質向上モードは、ユーザにより測定開始が指示された際の撮像アングルに基づいて、より高品質の三次元形状データを求める測定モードであり、密度向上モード及びマルチアングルモードの少なくとも一方が含まれ、或いは、いずれかを選択することができる。
【００７８】
測定指示受付部１２は、キーボード５２又はマウス５３によるユーザ操作に基づいて、測定開始の指示を受け付ける。測定制御部１３は、モード指定情報及び測定開始の指示に基づいて、回転駆動部２２及び投光部２４を制御し、撮像部２３から取得した撮影画像に基づいて測定対象物Ｗの三次元形状データを求め、形状データ記憶部１４内に格納する。三次元形状データは、多数の測定点の三次元位置情報からなる。
【００７９】
測定制御部１３は、ワンショット測定モードが指定された場合に、測定開始の指示受付時におけるステージ２１の回転位置に対応する撮像アングルで撮像された撮影画像から三次元形状データを求める。
【００８０】
測定制御部１３は、連結測定モードが指定された場合に、回転駆動部２２を制御して測定開始の指示受付前に指定された複数の撮像アングルにステージ２１を順次に切り替える。そして、測定制御部１３は、撮像部２３により各撮像アングルで撮像された撮影画像から複数の三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを撮像アングルに基づいて連結することにより、より死角の少ない連結形状データを生成する。
【００８１】
測定制御部１３は、品質向上モードが指定された場合に、測定開始の指示受付時におけるステージ２１の回転位置に対応する撮像アングルを注目アングルΦ０とし、この注目アングルΦ０を含むアングル範囲内で２以上の撮像アングルを指定し、回転駆動部２２を制御してこれらの撮像アングルにステージ２１を順次に切り替える。そして、測定制御部１３は、撮像部２３により各撮像アングルで撮像された撮影画像から複数の三次元形状データをそれぞれ求め、これらの三次元形状データを撮像アングルに基づいて合成することにより、より高品質の合成形状データを生成する。
【００８２】
測定制御部１３は、各撮像アングルにおいて、左右の投光部２４を順次に点灯させて撮影画像をそれぞれ取得する。すなわち、測定制御部１３は、左側の投光部２４からパターン光を照射させて撮影画像を取得した後、右側の投光部２４からパターン光を照射させて撮影画像を取得する。１つの撮像アングルについて、左右の投光部２４を順次に点灯させて取得された複数の撮影画像から三次元形状データが算出される。このため、左側又は右側の投光部２４だけでは影になるような測定箇所についても、三次元形状データを取得することができる。
【００８３】
測定制御部１３は、密度向上モードが指定された場合に、撮像部２３の撮像視野内における測定対象物Ｗの位置及び姿勢が互いに略一致するように２以上の撮像アングルを指定し、撮像アングルごとの三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させた合成形状データを生成する。例えば、撮像部２３の撮像素子２３２における画素間のピッチ以下の回転角となるように各撮像アングルが自動的に指定される。
【００８４】
一方、測定制御部１３は、マルチアングルモードが指定された場合に、注目アングルΦ０において重要領域が撮像部２３に略正対する測定対象物Ｗであっても側面が撮像されるように２以上の撮像アングルを指定し、撮像アングルごとの三次元形状データよりも死角の少ない合成形状データを生成する。重要領域とは、測定対象物Ｗの一部の領域であって、ユーザが高精度で測定することを希望する領域をいう。
【００８５】
このマルチアングルモードでは、例えば、注目アングルΦ０を中心とする１８０°以下の幅を有するアングル範囲内で各撮像アングルが自動的に指定される。この様な構成により、注目アングルΦ０において重要領域が撮像部２３に略正対する測定対象物Ｗであっても、側面の三次元形状データを取得することができる。また、２以上の撮像アングルには、注目アングルΦ０と、注目アングルΦ０を挟む２つの撮像アングルとが含まれる。
【００８６】
表示制御部１５は、形状データ記憶部１４内の三次元形状データに基づいて、表示部５１を制御し、測定対象物Ｗの立体形状を画面表示する。例えば、品質向上モード時に測定制御部１３により生成された合成形状データに基づいて、注目アングルΦ０を視点として立体形状が画面表示される。
【００８７】
測定設定情報指定部１０は、注目アングルΦ０に対するオーバーハング角φの指定を受け付ける。オーバーハング角φは、注目アングルΦ０を基準とする回転角である。品質向上モードでは、例えば、（Φ０−φ）から（Φ０＋φ）までの角度範囲がアングル範囲である。測定制御部１３は、この範囲内に２以上の撮像アングルを指定する。密度向上モードの場合、オーバーハング角φは、１０°以下であり、望ましくは、５°以下の角度、例えば、１°程度である。一方、マルチアングルモードの場合、オーバーハング角φは、例えば、１５°から６０°までの範囲で任意に指定することができる。
【００８８】
なお、品質向上モードとして、密度向上モードとマルチアングルモードとを組み合わせた測定モードがあっても良い。すなわち、この測定モードでは、測定制御部１３が、注目アングルΦ０を含む第１の角度範囲内で２以上の広視野化アングルΦ１を指定する。そして、測定制御部１３は、これらの広視野化アングルΦ１ごとに、広視野化アングルΦ１を含み、第１の角度範囲よりも狭い第２の角度範囲内で２以上の撮像アングルを指定する。
【００８９】
第１の角度範囲は、注目アングルΦ０を基準とし、オーバーハング角φ＝１５°〜６０°を用いて（Φ０−φ）から（Φ０＋φ）までの角度範囲である。第２の角度範囲は、広視野化アングルΦ１を基準とし、オーバーハング角φ＝１°を用いて（Φ１−φ）から（Φ１＋φ）までの角度範囲である。
【００９０】
測定制御部１３は、広視野化アングルΦ１ごとに、第２の角度範囲内で撮像アングルを順次に切り替え、各撮像アングルにおいて取得した撮影画像から複数の三次元形状データを求めて合成することにより、撮像アングルごとの三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させ、かつ、死角の少ない合成形状データを生成する。
【００９１】
また、品質向上モードとして、連結測定モードと密度向上モードとを組み合わせた測定モードがあっても良い。すなわち、この測定モードでは、連結測定のために連結角度範囲内で予め指定された複数の連結アングルΦ２について、測定制御部１３が、これらの連結アングルΦ２ごとに、連結アングルΦ２を含み、連結角度範囲よりも狭い高密度化角度範囲内で２以上の撮像アングルを指定する。
【００９２】
高密度化角度範囲は、連結アングルΦ２を基準とし、オーバーハング角φ＝１°を用いて（Φ２−φ）から（Φ２＋φ）までの角度範囲である。測定制御部１３は、連結アングルΦ２ごとに、高密度化角度範囲内で撮像アングルを順次に切り替え、各撮像アングルにおいて取得した撮影画像から複数の三次元形状データを求めて合成することにより、撮像アングルごとの三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させ、かつ、死角の少ない合成形状データを生成する。
【００９３】
＜設定画面６＞
図９は、図１の情報処理端末５における測定設定時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に表示される設定画面６が示されている。設定画面６は、測定設定情報を編集するための編集画面であり、測定設定情報を新たに作成して登録し、或いは、既に登録されている測定設定情報を変更することができる。
【００９４】
この設定画面６には、撮影画像が表示される表示欄６１と、測定モードを選択するためのモード指定タブ６５及び６６とが設けられている。表示欄６１の上段には、撮影倍率を指定するための入力欄６２と、表示倍率を指定するための入力欄６３とが設けられている。撮影倍率は、低倍率又は高倍率のいずれかを選択することができる。
【００９５】
また、表示欄６１内には、ステージ２１を回転させて撮像アングルを切り替えるためのアングル調整ボタン６４ａ〜６４ｃが配置されている。アングル調整ボタン６４ａは、ステージ２１を現在の位置から１８０°回転させるための操作アイコンである。
【００９６】
アングル調整ボタン６４ｂは、ステージ２１を反時計回り又は時計回りに回転させるための操作アイコンである。アングル調整ボタン６４ｃは、ステージ２１を基準位置まで回転させるための操作アイコンである。これらのアングル調整ボタン６４ａ〜６４ｃは、マウスポインタ７をアングル調整ボタン６４ａ〜６４ｃ上に移動させることによって操作することができる。
【００９７】
モード指定タブ６５は、通常測定モードを測定モードとして指定するための操作アイコンである。マウス操作などによってモード指定タブ６５を選択すれば、ワンショット測定モード及び連結測定モードのいずれかを通常測定モードにおける測定モードとして指定することができ、指定された測定モードに対応する設定項目が表示される。
【００９８】
一方、モード指定タブ６６は、品質向上モードを測定モードとして指定するための操作アイコンである。この例では、モード指定タブ６６が選択されており、品質向上モードにおける測定モードを指定するための複数のチェックボックス６７が配置されている。
【００９９】
品質向上モードにおいて指定可能な測定モードには、密度向上モード及びマルチアングルモードと、密度向上モード及びマルチアングルモードを組み合わせた測定モードと、連結測定モード及び密度向上モードを組み合わせた測定モードとがある。マウス操作などによってチェックボックス６７にチェックマークを入力することにより、これらの測定モードのいずれかを任意に指定することができる。
【０１００】
図１０は、図１の三次元測定装置１の動作の一例を示した図であり、品質向上モード（密度向上モード）において撮像された撮影画像８が示されている。図中の（ａ）には、基準姿勢時に取得された撮影画像８が示され、（ｂ）には、左回転時の姿勢で取得された撮影画像８が示され、（ｃ）には、右回転時の姿勢で取得された撮影画像８が示されている。
【０１０１】
密度向上モードでは、ユーザによる測定開始の指示を受け付けた時点における撮像アングルが注目アングルとして登録され、この注目アングルを測定対象物Ｗの基準姿勢としてステージ２１を左右に微小回転させて複数の撮影画像が取得される。
【０１０２】
左回転時の姿勢は、基準姿勢に対し、ステージ２１を反時計回りに１°程度回転させた際の姿勢である。一方、右回転時の姿勢は、基準姿勢に対し、ステージ２１を時計回りに１°程度回転させた際の姿勢である。
【０１０３】
三次元測定装置１は、基準姿勢、左回転時の姿勢及び右回転時の姿勢の３つの撮像アングルを指定し、各撮像アングルにおいて取得した撮影画像から複数の三次元形状データをそれぞれ求める。これらの三次元形状データを合成することにより、撮像アングルごとの三次元形状データよりも測定点の数密度を増大させた高解像度の合成形状データが算出される。
【０１０４】
なお、カメラの画素数に応じて、微小回転角（オーバーハング角φ）を調整しても良い。また、ステージ２１を左右に微小回転させる際の回転角や撮像アングルは、左右対称であっても良いが、左右非対称であっても良い。
【０１０５】
図１１は、図１の三次元測定装置１の動作の一例を示した図であり、品質向上モード（マルチアングルモード）において撮像された撮影画像８が示されている。図中の（ａ）には、基準姿勢（正対）時に取得された撮影画像８が示され、（ｂ）には、左回転時の姿勢で取得された撮影画像８が示され、（ｃ）には、右回転時の姿勢で取得された撮影画像８が示されている。
【０１０６】
マルチアングルモードでは、ユーザによる測定開始の指示を受け付けた時点における撮像アングルが注目アングルとして登録され、この注目アングルを測定対象物Ｗの基準姿勢としてステージ２１を左右にオーバーハング角φだけ回転させて複数の撮影画像が取得される。基準姿勢では、測定対象物Ｗの左側面Ｓ１や右側面Ｓ２が撮像されない。
【０１０７】
左回転時の姿勢は、基準姿勢に対し、ステージ２１を反時計回りに４５°程度回転させた際の姿勢である。この姿勢では、測定対象物Ｗの左側面Ｓ１が撮像されている。一方、右回転時の姿勢は、基準姿勢に対し、ステージ２１を時計回りに４５°程度回転させた際の姿勢である。この姿勢では、測定対象物Ｗの右側面Ｓ２が撮像されている。
【０１０８】
三次元測定装置１は、基準姿勢、左回転時の姿勢及び右回転時の姿勢の３つの撮像アングルを指定し、各撮像アングルにおいて取得した撮影画像から複数の三次元形状データをそれぞれ求める。これらの三次元形状データを合成することにより、撮像アングルごとの三次元形状データよりも死角の少ない合成形状データが算出される。従って、基準姿勢時に測定開始を指示するだけで、基準姿勢では映らない測定対象物Ｗの左側面Ｓ１や右側面Ｓ２の三次元形状データを取得することができる。
【０１０９】
なお、基準姿勢の撮像アングルは、省略可能であり、左回転時の姿勢及び右回転時の姿勢の２つの撮像アングルにおいて撮影画像を取得して三次元形状データを求めるような構成であっても良い。また、ステージ２１を左右に回転させる際の回転角や撮像アングルは、左右対称であっても良いが、左右非対称であっても良い。
【０１１０】
図１２は、図８の情報処理端末５における寸法測定時の動作の一例を示した図であり、表示部５１に画面表示される立体形状９が示されている。各測定モードにおいて算出された三次元形状データに基づいて、測定対象物Ｗの立体形状９が表示部５１に画面表示される。この立体形状９には、例えば、テクスチャ画像がマッピングして表示される。
【０１１１】
測定箇所の幾何要素を特定するための点群や幾何要素の形状種別がユーザにより指定されれば、立体形状９上の点群に基本形状をフィッティングさせることにより、幾何要素の位置、姿勢及びサイズを特定し、幾何要素間の寸法値が算出される。表示中の立体形状９には、寸法値が測定箇所に対応づけて表示される。
【０１１２】
例えば、測定対象物Ｗの右側面が幾何要素「平面Ｐ１」として特定され、左側面が幾何要素「平面Ｐ２」として特定されている。寸法値「距離２０．０ｍｍ」は、これらの幾何要素間の距離である。従って、基準姿勢時に測定開始を指示するだけで、基準姿勢では映らない測定対象物Ｗの左側面Ｓ１や右側面Ｓ２の寸法値を取得することができる。なお、立体形状９は、撮像部２３の画角と合わせた遠近法を用いて表示するような構成であっても良い。
【０１１３】
本実施の形態によれば、品質向上モード時に、より高品質の合成形状データが生成されるため、品質向上モードを指定すれば、撮像アングルを調整して測定開始を指示するだけで、より高品質の三次元形状データを取得することができる。
【０１１４】
また、撮像視野内における測定対象物Ｗの位置及び姿勢が互いに略一致するように複数の撮像アングルを指定して合成形状データが生成されるため、カメラの画像数を増やすことなく、測定点の数密度を増大させた三次元形状データを取得することができる。また、注目アングルにおいて重要領域が撮像部２３に略正対する測定対象物Ｗであっても側面が撮像されるように複数の撮像アングルを指定して合成形状データが生成されるため、撮像アングルを調整して測定開始を指示するだけで、死角の少ない三次元形状データを取得することができる。
【０１１５】
なお、図９では、モード指定タブ６５又は６６を選択することによって通常測定モードと品質向上モードとのいずれかが測定モードに指定される場合を例示したが、測定モードの指定方法はこれに限らない。例えば、設定画面６内にモード選択ボタンを配置し、ユーザによりモード選択ボタンが操作されれば、ワンショット測定モード、連結測定モード又は品質向上モードのいずれかを測定モードに指定するような構成であっても良い。
【０１１６】
また、ワンショット測定モードに対応したタブと、連結測定モードに対応したタブとを設定画面６内に表示し、タブを選択することによって測定モードを切り替えるようにしてもよい。そして、ワンショット測定モード及び連結測定モードのそれぞれの設定項目として、密度向上モードやマルチアングルモードに対応したチェックボックスを用意し、ワンショット測定モードが選択され、チェックボックスにより密度向上モードが有効化された場合に、品質向上モードとして、密度向上モードが指定される。また、連結測定モードが選択され、チェックボックスにより密度向上モードが有効化された場合に、品質向上モードとして、連結測定モードと密度向上モードとを組み合わせた測定モードが指定される。また、ワンショット測定モードが選択され、チェックボックスによりマルチアングルモードが有効化された場合に、品質向上モードとして、マルチアングルモードが指定される。
【０１１７】
また、本実施の形態では、鉛直方向の回転軸Ｊ４を中心としてステージ２１を回転させることによって撮像アングルが切り替えられる場合の例について説明したが、本発明は、撮像アングルの切替方法をこれに限定するものではない。例えば、ステージ２１を水平方向又は鉛直方向に移動させることによって撮像アングルを切り替える装置にも本発明は適用可能である。また、鉛直方向以外の回転軸を中心としてステージ２１を回転させることによって撮像アングルを切り替えるような構成であっても良い。
【０１１８】
また、本実施の形態では、マルチスリット法と空間コード法とを組み合わせた投影法により三次元形状データが取得される場合の例について説明したが、本発明は、構造化のための投影法をこれに限定するものではない。例えば、正弦波位相シフト法、ライン状のパターン光を投影して一方向にスキャンする光切断法、或いは、縞状のパターン光を投影して一方向にスキャンする縞投影法によって、三次元形状データを取得するような構成であっても良い。
【０１１９】
また、本実施の形態では、撮像部２３を挟むように２つの投光部２４が配置される場合の例について説明したが、本発明は、撮像部２３及び投光部２４の構成をこれに限定するものではない。撮像部２３及び投光部２４をそれぞれ１つずつ備えるものや、１つの投光部２４を挟むように２つの撮像部２３が配置されるようなものにも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【０１２０】
１  三次元測定装置
２  測定部
２１  ステージ
２１１  ステージプレート
２１２  ステージベース
２２  回転駆動部
２３，２３ａ，２３ｂ  撮像部
２４  投光部
２５  テクスチャ照明出射部
２６  制御基板
２７  ベース筐体
３  ライトガイド
４  コントローラ
４１  テクスチャ光源
４２  制御基板
４３  電源
５  情報処理端末
５１  表示部
５２  キーボード
５３  マウス
１０  測定設定情報指定部
１１  測定設定記憶部
１２  測定指示受付部
１３  測定制御部
１４  形状データ記憶部
１５  表示制御部
６  設定画面
８  撮影画像
９  立体形状
Ｊ１，Ｊ１１，Ｊ１２  受光軸
Ｊ２，Ｊ３  投光軸
Ｊ４  回転軸
Ｗ  測定対象物
【図１】
2017227610.tif 000003
【図２】
2017227610.tif 000004
【図３】
2017227610.tif 000005
【図４】
2017227610.tif 000006
【図５】
2017227610.tif 000007
【図６】
2017227610.tif 000008
【図７】
2017227610.tif 000009
【図８】
2017227610.tif 000010
【図９】
2017227610.tif 000011
【図１０】
2017227610.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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