(57)【要約】【課題】測定対象物の表面の反射率の大きさや計測環境の照明の明るさ等にかかわらず、光切断線の撮像画像において光切断線を確実に抽出することができ、露出についてロバストな自動制御に対応することができる三次元形状計測方法を提供すること。【解決手段】光切断法による三次元形状計測方法において、アンダー側の限界の状態およびオーバー側の限界の状態を含む複数の露出状態での二次元画像を取得し、取得された複数の二次元画像それぞれについて、画像データについての輝度値の積算値である輝度体積Ｖを算出し、算出された輝度体積Ｖの複数の二次元画像についての平均値を、露出の制御における目標輝度体積Ｖｒｅｆとして設定し、目標輝度体積Ｖｒｅｆに基づく入力信号と、スリット光のワークに対する各走査位置に対応する二次元画像について算出される測定輝度体積Ｖｍｅａｓに基づくフィードバック信号との比較による差に基づいて、露出の制御を行う。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に対してスリット光を照射し、測定対象物の表面に形成される光切断線を撮像し、撮像した光切断線を含む二次元画像から計測される前記光切断線上の各点の三次元座標に基づいて測定対象物の三次元形状を計測する三次元形状計測方法であって、
前記光切断線の撮像に際しての露出について、前記二次元画像の取得が可能な範囲におけるアンダー側の限界の状態およびオーバー側の限界の状態を含む複数の露出状態での前記二次元画像を取得し、
取得された複数の前記二次元画像それぞれについて、該二次元画像における第一の座標軸の方向を走査方向とし、前記第一の座標軸に直交する第二の座標軸の方向を並列方向として設定される走査ラインの画像データについての輝度値の、前記第一の座標軸の方向の積算値である輝度面積が、前記第二の座標軸の方向に積算されることで得られる値である輝度体積を算出し、
算出された前記複数の前記二次元画像についての前記輝度体積の平均値を、前記露出の制御における目標値として設定し、
設定された前記目標値に基づく入力信号と、前記スリット光の前記測定対象物に対する各走査位置に対応する前記二次元画像について算出される前記輝度体積に基づくフィードバック信号との比較による差に基づいて、前記露出の制御を行う、
ことを特徴とする三次元形状計測方法。
【請求項２】
前記フィードバック信号を生成するために算出される前記輝度体積を、前記スリット光の前記測定対象物に対する走査位置の更新回数について予め設定される所定の回数毎に平均化する処理を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状計測方法。
【請求項３】
前記輝度体積の値を、前記二次元画像における前記光切断線についての画素部分であって、輝度値が予め設定される所定の規定値よりも大きい部分の、前記第二の座標軸の方向の長さの総和で除算することで、前記第二の座標軸の方向についての単位長さ当たりの値とする補正を行う、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の三次元形状計測方法。
【請求項４】
前記露出の制御を、
前記スリット光の光源の出力の調整、および前記光切断線の撮像に用いられる撮像素子の感度の調整の少なくともいずれかを用いて行う、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の三次元形状計測方法。
【請求項５】
測定対象物に対してスリット光を照射する照射手段と、
前記照射手段によって照射される前記スリット光により測定対象物の表面に形成される光切断線を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮像された光切断線を含む二次元画像から前記光切断線上の各点の三次元座標を計測し、この三次元座標に基づいて測定対象物の三次元形状を計測する演算手段と、を備える三次元形状計測装置であって、
前記演算手段は、
前記光切断線の撮像に際しての露出について、前記二次元画像の取得が可能な範囲におけるアンダー側の限界の状態およびオーバー側の限界の状態を含む複数の露出状態での前記二次元画像を取得するサンプル画像取得部と、
該サンプル画像取得部により取得された複数の前記二次元画像それぞれについて、該二次元画像における第一の座標軸の方向を走査方向とし、前記第一の座標軸に直交する第二の座標軸の方向を並列方向として設定される走査ラインの画像データについての輝度値の、前記第一の座標軸の方向の積算値である輝度面積が、前記第二の座標軸の方向に積算されることで得られる値である輝度体積を算出する輝度体積算出部と、
前記輝度体積算出部により算出された前記複数の前記二次元画像についての前記輝度体積の平均値を、前記露出の制御における目標値として設定する目標値設定部と、
該目標値設定部により設定された前記目標値に基づく入力信号と、前記輝度体積算出部により前記スリット光の前記測定対象物に対する各走査位置に対応する前記二次元画像について算出される前記輝度体積に基づくフィードバック信号との比較による差に基づいて、前記露出の制御を行う露出制御部と、
を有する、
ことを特徴とする三次元形状計測装置。
【請求項６】
前記演算手段は、
前記フィードバック信号を生成するために前記輝度体積算出部により算出される前記輝度体積を、前記スリット光の前記測定対象物に対する走査位置の更新回数について予め設定される所定の回数毎に平均化する処理を行う平均化処理部をさらに有する、
ことを特徴とする請求項５に記載の三次元形状計測装置。
【請求項７】
前記演算手段は、
前記輝度体積の値を、前記二次元画像における前記光切断線についての画素部分であって、輝度値が予め設定される所定の規定値よりも大きい部分の、前記第二の座標軸の方向の長さの総和で除算することで、前記第二の座標軸の方向についての単位長さ当たりの値とする補正を行う輝度体積補正部をさらに有する、
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の三次元形状計測装置。
【請求項８】
前記露出制御部は、
前記露出の制御を、
前記照射手段における前記スリット光の光源の出力の調整、および前記撮像手段における前記光切断線の撮像に用いられる撮像素子の感度の調整の少なくともいずれかを用いて行う、
ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の三次元形状計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光切断法による三次元形状計測方法および三次元形状計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、非接触式の三次元形状計測の技術として、光切断法と呼ばれるものがある。かかる技術においては、測定対象物（以下「ワーク」という。）に対して、レーザ光等によるスリット状の光（以下「スリット光」という。）が照射される。スリット光が照射されたワークの表面には、その断面形状に応じて光切断線（反射光の輝線）が形成される。このワークの表面に形成された光切断線は、カメラ等の撮像手段によって受光され撮像される。この撮像された光切断線に基づいて、三角測量の原理が用いられてワークの表面上（光切断線上）の各点の三次元座標が計測される。こうした計測が、スリット光がワークに対して走査（スキャニング）されながら行われることで、ワークの三次元形状が計測される。
【０００３】
このような光切断法による三次元形状の計測においては、撮像手段における露出制御に関し、カメラ等による通常の写真撮影のような場合とは異なり、様々な反射率を持つワークの表面に形成される光切断線の撮像に際し、露出を大きく変えることによって光切断線のみが確実に抽出されることが必要とされる。
【０００４】
すなわち、撮像手段における露出のレベルは、撮像手段を構成する撮像素子がワークからの反射光をレンズ等を介して受光する光の量に対応するものであり、撮像手段におけるシャッタースピード（露光時間）や絞り等に依存する。したがって、例えば、ワークの色が黒い傾向にある場合には、ワーク表面の反射率が低いことから、露出がアンダーとなる（撮像素子が受光する光の量が不足する）。逆に、ワークの色が白い傾向にある場合には、ワーク表面の反射率が高いことから、露出がオーバーとなる（撮像素子が受光する光の量が過多となる）。
【０００５】
これらのように、露出がアンダーとなったりオーバーとなったりすると、撮像画像において、レーザ光が照射されるワークの表面における背景と光切断線との輝度差が小さくなるため、光切断線の抽出が困難となる。また、露出がオーバーである場合については、レーザライン（撮像された光切断）が太くなり過ぎることも、光切断線の抽出が困難となる原因となる。つまり、光切断法による三次元形状の計測においては、露出が適正であることにより、光切断線の撮像画像において光切断線が確実に抽出され、正確な計測が可能となる。
【０００６】
例えば、特許文献１には、光切断法による断面形状の測定において、露出に影響するワークの色や周囲の明るさにかかわらず正確な測定を行うため、シャッタースピードが制御される技術が開示されている。具体的には、特許文献１に開示の技術においては、ワークからの反射光を受光するＣＣＤカメラのシャッタースピードの制御に際し、予め複数種類設定されているシャッタースピードから最適なものが選択される。ここで、シャッタースピードの選択は、次のようにして行われている。
【０００７】
すなわち、撮像手段によって撮像された光切断線が表れている二次元画面において、所定の座標軸方向（例えばｙ軸方向とする）に画素数等に応じて設定される多数の走査ライン毎に、ｙ軸に対する明るさ（輝度レベル）の曲線（輝度グラフ）が求められ、各走査ラインについての明るさの最大値および平均値が算出される。これら各走査ラインについての明るさの最大値および平均値から、画面全体の最大値と平均値とが算出される。ここで、明るさの最大値と平均値との差がある一定値以上のラインが有効とみなされるとともに、スリット像の存在する可能性のないラインが無効とされて平均値の算出において除外されるという処理が行われている。こうした画面全体の最大値および平均値の算出が、予め設定される複数のシャッタースピードそれぞれについて行われる。そして、算出された画面全体の最大値と平均値との差が最も大きくなるシャッタースピードが、最適なシャッタースピードとして選択される。
【０００８】
確かに、特許文献１に開示されている技術によれば、シャッタースピードの適正化が図れ、光切断線の抽出に際し、撮像画像における光切断線についての明るさのピーク値を明確にすることができると考えられる。しかし、かかる技術においては、光切断線についての明るさのピーク値を明確にすることができるものの、ワーク表面からのレーザ光の反射が強過ぎたりあるいは逆に弱過ぎたりするためにピーク値が求め難くなる等の要因が考慮されていない。つまり、特許文献１に開示されている技術では、ワーク表面からのレーザ光の反射が強過ぎたり弱過ぎたりする場合において、光切断線の抽出が困難となるときがあると考えられる。
【０００９】
また、特許文献２には、光切断法等を用いた光学式の変位センサにおいて、計測光の照射光像（光切断線）と計測対象物表面（ワークの表面）との位置関係が画像モニタで確認できるようにするための技術が開示されている。そして、特許文献２には、計測光の照射光像は適切な明るさで写るもののその周辺の計測対象物表面像（背景）は適切な明るさより暗くしか写らないように撮影条件を調整する旨記載されている。
【００１０】
しかし、特許文献２においては、前記撮影条件として、計測用光源の輝度や二次元撮像素子の露光時間が含まれる等の記載があるが、撮影条件の具体的な調整の手法まで言及されていない。つまり、特許文献２に開示されている技術によっては、安定でかつ高速な光切断法による三次元形状の計測に適した画像処理を実現することが困難である。
【００１１】
光切断法による三次元形状の計測においては、撮像手段における露出についての安定性が肝心となるため、所定のロジックに基づいたロバストな自動露出制御が望まれる。また、光切断法による三次元形状の計測が、インライン検査に適用される場合などは、現場環境やワーク表面の反射率に適応したロバスト性の確保が強く望まれる。しかし、上述のような従来技術によっては、そのような露出の自動制御に対応することや、現場環境等に適応したロバスト性の確保は困難である。
【特許文献１】特開平６−１４７８５０号公報
【特許文献２】特許第３６２４８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、測定対象物の表面の反射率の大きさや計測環境の照明の明るさ等にかかわらず、光切断線の撮像画像において光切断線を確実に抽出することができ、露出についてロバストな自動制御に対応することができる三次元形状計測方法および三次元形状計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１４】
すなわち、請求項１においては、測定対象物に対してスリット光を照射し、測定対象物の表面に形成される光切断線を撮像し、撮像した光切断線を含む二次元画像から計測される前記光切断線上の各点の三次元座標に基づいて測定対象物の三次元形状を計測する三次元形状計測方法であって、前記光切断線の撮像に際しての露出について、前記二次元画像の取得が可能な範囲におけるアンダー側の限界の状態およびオーバー側の限界の状態を含む複数の露出状態での前記二次元画像を取得し、取得された複数の前記二次元画像それぞれについて、該二次元画像における第一の座標軸の方向を走査方向とし、前記第一の座標軸に直交する第二の座標軸の方向を並列方向として設定される走査ラインの画像データについての輝度値の、前記第一の座標軸の方向の積算値である輝度面積が、前記第二の座標軸の方向に積算されることで得られる値である輝度体積を算出し、算出された前記複数の前記二次元画像についての前記輝度体積の平均値を、前記露出の制御における目標値として設定し、設定された前記目標値に基づく入力信号と、前記スリット光の前記測定対象物に対する各走査位置に対応する前記二次元画像について算出される前記輝度体積に基づくフィードバック信号との比較による差に基づいて、前記露出の制御を行うものである。
【００１５】
請求項２においては、請求項１に記載の三次元形状計測方法において、前記フィードバック信号を生成するために算出される前記輝度体積を、前記スリット光の前記測定対象物に対する走査位置の更新回数について予め設定される所定の回数毎に平均化する処理を行うものである。
【００１６】
請求項３においては、請求項１または請求項２に記載の三次元形状計測方法において、前記輝度体積の値を、前記二次元画像における前記光切断線についての画素部分であって、輝度値が予め設定される所定の規定値よりも大きい部分の、前記第二の座標軸の方向の長さの総和で除算することで、前記第二の座標軸の方向についての単位長さ当たりの値とする補正を行うものである。
【００１７】
請求項４においては、請求項１〜３のいずれか一項に記載の三次元形状計測方法において、前記露出の制御を、前記スリット光の光源の出力の調整、および前記光切断線の撮像に用いられる撮像素子の感度の調整の少なくともいずれかを用いて行うものである。
【００１８】
請求項５においては、測定対象物に対してスリット光を照射する照射手段と、前記照射手段によって照射される前記スリット光により測定対象物の表面に形成される光切断線を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された光切断線を含む二次元画像から前記光切断線上の各点の三次元座標を計測し、この三次元座標に基づいて測定対象物の三次元形状を計測する演算手段と、を備える三次元形状計測装置であって、前記演算手段は、前記光切断線の撮像に際しての露出について、前記二次元画像の取得が可能な範囲におけるアンダー側の限界の状態およびオーバー側の限界の状態を含む複数の露出状態での前記二次元画像を取得するサンプル画像取得部と、該サンプル画像取得部により取得された複数の前記二次元画像それぞれについて、該二次元画像における第一の座標軸の方向を走査方向とし、前記第一の座標軸に直交する第二の座標軸の方向を並列方向として設定される走査ラインの画像データについての輝度値の、前記第一の座標軸の方向の積算値である輝度面積が、前記第二の座標軸の方向に積算されることで得られる値である輝度体積を算出する輝度体積算出部と、前記輝度体積算出部により算出された前記複数の前記二次元画像についての前記輝度体積の平均値を、前記露出の制御における目標値として設定する目標値設定部と、該目標値設定部により設定された前記目標値に基づく入力信号と、前記輝度体積算出部により前記スリット光の前記測定対象物に対する各走査位置に対応する前記二次元画像について算出される前記輝度体積に基づくフィードバック信号との比較による差に基づいて、前記露出の制御を行う露出制御部と、を有する、ものである。
【００１９】
請求項６においては、請求項５に記載の三次元形状計測装置において、前記演算手段は、前記フィードバック信号を生成するために前記輝度体積算出部により算出される前記輝度体積を、前記スリット光の前記測定対象物に対する走査位置の更新回数について予め設定される所定の回数毎に平均化する処理を行う平均化処理部をさらに有するものである。
【００２０】
請求項７においては、請求項５または請求項６に記載の三次元形状計測装置において、前記演算手段は、前記輝度体積の値を、前記二次元画像における前記光切断線についての画素部分であって、輝度値が予め設定される所定の規定値よりも大きい部分の、前記第二の座標軸の方向の長さの総和で除算することで、前記第二の座標軸の方向についての単位長さ当たりの値とする補正を行う輝度体積補正部をさらに有するものである。
【００２１】
請求項８においては、請求項５〜７のいずれか一項に記載の三次元形状計測装置において、前記露出制御部は、前記露出の制御を、前記照射手段における前記スリット光の光源の出力の調整、および前記撮像手段における前記光切断線の撮像に用いられる撮像素子の感度の調整の少なくともいずれかを用いて行うものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、測定対象物の表面の反射率の大きさや計測環境の照明の明るさ等にかかわらず、光切断線の撮像画像において光切断線を確実に抽出することができ、露出についてロバストな自動制御に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
光切断法による三次元形状の計測においては、測定対象物（以下「ワーク」という。）にスリット状の光（以下「スリット光」という。）が照射されることでワークの表面に形成される光切断線の撮像に際し、露出のレベルが、光切断線に合わせられ、ワークの表面における背景の部分が暗く落とされることで、光切断線と背景との反射光のコントラスト（相対差）が大きくなり、光切断線の抽出（ライン抽出）の効率が向上する。さらに、ワーク表面の反射率に応じて、撮像画像全体に対応する露出のレベル（絶対値）が調整されることで、撮像素子のラティチュード（反応帯域）を最大限に生かすことができる。本発明は、光切断法による三次元形状の計測において、ライン抽出に際し、露出のレベルの制御に関してリアルタイムな制御が可能となる具体的な調整の手法を提案するものである。以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態に係る三次元形状計測装置１は、照射手段としてのレーザ投光部２と、撮像手段としてのカメラ３と、演算手段としての演算制御部５を含む制御装置４とを備える。
【００２５】
レーザ投光部２は、ワーク１０に対してスリット光１１を照射する。レーザ投光部２は、例えば赤色半導体レーザ等のレーザ光の光源であるレーザ発信器やシリンドリカルレンズ（円筒レンズ）等を有するレーザ出力ユニットとして構成される。すなわち、レーザ投光部２においては、レーザ発信器から発射されたレーザ光が、シリンドリカルレンズを透過することでスリット光（レーザシート）１１に変換される。そして、レーザ投光部２から投光されるスリット光１１が、ワーク１０に照射される。レーザ投光部２からのスリット光１１が照射されたワーク１０の表面には、その断面形状に応じて光切断線（反射光の輝線）１２が形成される。
【００２６】
カメラ３は、レーザ投光部２によって照射されるスリット光１１によりワーク１０の表面に形成される光切断線１２を撮像する。カメラ３は、光切断線１２、つまりワーク１０の表面にて反射するレーザ光（反射光）を受光する受光センサであり、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子により構成される。そして、カメラ３は、ワーク１０の表面に形成される光切断線１２を受光して撮像することにより、光切断線１２についての画像（以下「スリット画像」ともいう。）を、撮像素子の撮像面において二次元画像１３（図２参照）として取得する。カメラ３は、撮像面に対する光切断線１２の結像に際してワーク１０の表面からの反射光を受ける受光レンズ１４（図２参照）を有する。
【００２７】
また、カメラ３は、レーザ投光部２からのスリット光１１の照射方向（投光軸方向）に対して光軸（受光軸）が所定角度ずらされた状態で配置される。例えば、カメラ３は、ワーク１０における水平面の部分に形成される光切断線１２の部分が、画像上で水平方向となるような姿勢で配置される。カメラ３により撮像された光切断線１２についての画像データは、制御装置４に送られる。
【００２８】
制御装置４に備えられる演算制御部５は、カメラ３によって撮像された光切断線１２を含む二次元画像１３から光切断線１２上の各点の三次元座標を計測し、この三次元座標に基づいてワーク１０の三次元形状を計測する。すなわち、演算制御部５は、カメラ３によって撮像された二次元画像１３の画像データに基づいて、レーザ投光部２の位置や、受光レンズ１４のレンズ中心Ｏ１の位置（図２参照）や、ワーク１０の表面からの反射光のカメラ３に対する入射角度などから、三角測量の原理により、ワーク１０の表面における光切断線１２上の各点（照射点）についての三次元座標を計測する。つまり、この光切断線１２上の各点の三次元座標が、演算制御部５による計測データ（ワーク１０の断面形状に対応する位置データ）となる。一つの光切断線１２についての計測データにより、ワーク１０の物体としての輪郭線が計測されることとなる。
【００２９】
そして、ワーク１０に照射されるスリット光１１の位置が走査（スキャニング）され所定間隔毎に更新されることで、ワーク１０に対するスリット光１１の各走査位置（照射位置）に対応する光切断線１２を含む二次元画像１３が得られる。つまり、演算制御部５は、ワーク１０に対するスリット光１１の各走査位置（照射位置）における計測データを連続的に求め、ワーク１０の三次元形状を計測する。
【００３０】
ワーク１０に対するスリット光１１の走査に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１は、次のような構成を備える。図１に示すように、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、レーザ投光部２とカメラ３とが、互いに所定の位置関係となる状態で、ケース６内に収容される。すなわち、レーザ投光部２およびカメラ３は、ケース６内に収容されることで、一体的な光切断センサユニット７として構成される。光切断センサユニット７は、レーザ投光部２から照射されるスリット光１１のワーク１０に対する走査方向に、図示せぬ移動手段によって移動可能に設けられる。
【００３１】
本実施形態では、ワーク１０は、例えば図１に示すように、平面部１０ａとこの平面部１０ａ上に形成される直方体状の凸部１０ｂとを有する。かかるワーク１０に対して、レーザ投光部２からのスリット光１１は、そのスリット面方向（光切断線１２が形成される方向）が凸部１０ｂの短手方向となるように略鉛直下向きに照射され、凸部１０ｂの長手方向（図１における左右方向）に走査される。つまり、本実施形態では、凸部１０ｂの長手方向がワーク１０に対するスリット光１１の走査方向となり、かかる方向が、光切断センサユニット７の移動方向となる（矢印Ａ１参照）。
【００３２】
なお、ワーク１０に対するスリット光１１の走査のための構成は、本実施形態に限定されるものではない。スリット光１１の走査に際しては、例えば、回動可能に設けられスリット光１１を反射させるミラーを備える構成が用いられてもよい。かかる構成においては、ミラーによるスリット光１１の反射方向が、ミラーの角度によって偏向されることで、スリット光１１がワーク１０に対して走査されることとなる。
【００３３】
制御装置４は、前記のとおりワーク１０の三次元形状を計測する演算制御部５に加え、入力部１６と、表示部１７とを備える。
【００３４】
演算制御部５は、三次元形状計測装置１の一連の動作を制御する。演算制御部５は、プログラム等を格納する格納部、プログラム等を展開する展開部、プログラム等に従って所定の演算を行う演算部、演算部による演算結果等を保管する保管部等を有する。
【００３５】
演算制御部５としては、具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成や、ワンチップのＬＳＩ等からなる構成が用いられる。演算制御部５としては、専用品のほか、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等が格納されたものが用いられる。
【００３６】
入力部１６は、演算制御部５に接続され、演算制御部５に三次元形状計測装置１の動作に係る種々の情報・指示等を入力する。入力部１６としては、専用品のほか、市販のキーボード、マウス、ポインティングデバイス、ボタン、スイッチ等が用いられる。
【００３７】
表示部１７は、演算制御部５に接続され、三次元形状計測装置１の動作状況、入力部１６から演算制御部５への入力内容、三次元形状計測装置１による計測結果等を表示する。表示部１７による表示内容には、光切断線１２についての画像であるスリット画像２０が含まれる。具体的には、図１に示すように、前記のとおり平面部１０ａと凸部１０ｂとを有するワーク１０についてのスリット画像２０は、平面部１０ａに対応する直線部２０ａと、凸部１０ｂに対応する凸形状部２０ｂとを有することとなる。表示部１７としては、専用品のほか、市販のモニタや液晶ディスプレイ等が用いられる。
【００３８】
以上のような構成を備える三次元形状計測装置１が用いられて行われる本実施形態に係る三次元形状計測方法について説明する。本実施形態の三次元形状計測方法は、ワーク１０に対してスリット光１１を照射し、ワーク１０の表面に形成される光切断線１２を撮像し、撮像した光切断線１２を含む二次元画像１３から計測される光切断線１２上の各点の三次元座標に基づいてワーク１０の三次元形状を計測するものである。
【００３９】
本実施形態の三次元形状計測方法においては、まず、ワーク１０に対するスリット光１１の照射が行われる。すなわち、ワーク１０に対して、レーザ投光部２により、スリット光１１が照射される（図１参照）。
【００４０】
次に、光切断線１２の撮像およびスリット画像２０の中心線（以下「スリット画像中心線」という。）の抽出が行われる。すなわち、カメラ３により、スリット光１１が照射されたワーク１０の表面に形成される光切断線１２が撮像される。これにより、カメラ３の撮像面にて光切断線１２についての画像であるスリット画像２０を含む二次元画像１３が得られる。このようなスリット画像２０を含む二次元画像１３は、演算制御部５において随時記憶される。そして、このスリット画像２０についてのスリット画像中心線の抽出が行われる。
【００４１】
スリット画像２０についてのスリット画像中心線の抽出は、次のようにして行われる。図３に示すように、前記のとおりワーク１０に対するスリット光１１の各走査位置にて取得される二次元画像１３においては、所定の座標軸方向（本実施形態ではｖ軸方向）に、二次元画像１３の画素数に応じて多数の走査ラインＳＬが設定される。つまり、本実施形態では、走査ラインＳＬは、二次元画像１３にて、この二次元画像１３における第一の座標軸であるｖ軸の方向を走査方向とし、ｖ軸に直交する第二の座標軸であるｕ軸の方向を並列方向として設定される。
【００４２】
一方、例えば図４（ａ）に示すように、スリット光１１の照射により形成される光切断線１２についての撮像画像であるスリット画像２０は、線状の画像となるが、二次元画像１３において有限の幅（線の太さ）を有する。つまり、スリット画像２０の幅は、二次元画像１３における一つの画素（ピクセル）の長さよりも長く、複数の画素にわたることとなる。そこで、二次元画像１３におけるｖ軸方向（縦方向、走査ラインＳＬの走査方向）の輝度分布（撮像素子の出力レベルの分布）に基づいて、スリット画像中心線２０ｃが抽出される。
【００４３】
スリット画像２０について、ある走査ラインＳＬの走査位置におけるｖ軸方向に沿う輝度Ｌの分布は、例えば図４（ｂ）に示す輝度グラフＧ１ようになる。このようなスリット画像２０のｖ軸方向（ｗ方向）についての輝度分布から、そのｖ軸方向についての中心位置に対応する画素（中心点）が求められる。スリット画像２０についてのｖ軸方向の中心位置としては、例えば、図４（ｂ）においてｖ軸方向を示すｗ軸と輝度グラフＧ１とで囲まれる面積が等しくなるｖ軸方向の位置や、輝度グラフＧ１における輝度についての所定の閾値以上の部分の加重平均となる位置や、輝度Ｌの分布を正規分布に近似させた場合の平均の位置などが用いられる。このようにして求められるスリット画像２０についてのｖ軸方向の中心位置に対応する画素（中心点）の、二次元画像１３におけるｕ軸方向（横方向、走査ラインＳＬの並列方向）の集合が、スリット画像中心線２０ｃとして抽出される。
【００４４】
このように、スリット画像中心線２０ｃの抽出は、二次元画像１３において走査ラインＳＬの並列方向（ｕ軸方向）に連続する全ての走査ラインＳＬについて抽出される走査方向（ｖ軸方向）における中心位置に対応する画素（中心点）、つまり二次元画像１３におけるスリット画像２０のライン中心が抽出されることに対応する。そして、本実施形態では、このようにして行われるスリット画像中心線２０ｃの抽出が、二次元画像１３における光切断線１２を形成する各点の抽出、つまりは光切断線１２の抽出（以下「ライン抽出」ともいう。）に対応する。
【００４５】
続いて、図２に示すように、スリット画像中心線２０ｃ上の各点に対応するスリット面モデル４１上の点の算出が行われる。すなわち、スリット画像中心線２０ｃ上の各点について、これら各点と受光レンズ１４のレンズ中心Ｏ１とを結ぶ直線が算出され、この直線の、スリット面モデル４１に対する交点が求められる。ここで、スリット面モデル４１とは、レーザシートであるスリット光１１がそのシート面形状としてモデル化されたものに対応する。
【００４６】
具体的に、図２に示すように、例えばスリット画像中心線２０ｃ上の点Ｐ１について説明する。二次元画像１３において二次元座標で表される点Ｐ１の位置（ｕ１、ｖ１）や、受光レンズ１４のレンズ中心Ｏ１の位置や、レンズ中心Ｏ１に対する二次元画像１３の位置などは、予め行われるカメラ３の（受光レンズ１４の）キャリブレーション（校正）によって求められたカメラ３のパラメータから測定される。これらの測定値から、スリット画像中心線２０ｃ上の点Ｐ１と、受光レンズ１４のレンズ中心Ｏ１とを通る直線Ｌ１が算出され、この直線Ｌ１の、スリット面モデル４１に対する交点となる点Ｐ２が求められる。このスリット面モデル４１上の点Ｐ２が、二次元画像である二次元画像１３のスリット画像中心線２０ｃ上における点Ｐ１に対応する、世界座標系における三次元空間における計測点となる。
【００４７】
次に、スリット面モデル４１上の点の三次元座標の計測が行われる。すなわち、スリット画像中心線２０ｃ上の各点に対応するスリット面モデル４１上の計測点の三次元座標が、レーザ投光部２の位置や、受光レンズ１４のレンズ中心Ｏ１の位置や、ワーク１０の表面からの反射光のカメラ３に対する入射角度などから、三角測量の原理により計測される。つまり、上記の例においては、スリット画像中心線２０ｃ上の点である点Ｐ１の位置（ｕ１、ｖ１）から、これに対応するスリット面モデル４１上の点Ｐ２についての三次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が計測される。ここで、図２に示すように、カメラ３の二次元画像１３における二次元座標で認識された点（スリット画像中心線２０ｃ上の点）は、スリット面モデル４１において存在する高さデータとして演算される。
【００４８】
そして、このような計測点についての三次元座標の計測が、ワーク１０について得られる全ての点群について行われる。すなわち、スリット画像中心線２０ｃ上の各点に対応する計測点についての三次元座標の計測が、ワーク１０に対するスリット光１１の全走査範囲について、所定間隔毎に更新されるスリット光１１の各走査位置（照射位置）にて行われる。したがって、ここでのワーク１０について得られる全ての点群とは、ワーク１０に対するスリット光１１の走査範囲において、全ての走査位置にて得られるスリット画像中心線２０ｃ上の全ての点となる。このような点群における各点に対応する計測点についての三次元座標の計測値は、演算制御部５において随時記憶される。
【００４９】
このようにしてワーク１０について得られる全ての点群についての三次元座標の計測データから、ワーク１０の三次元形状が計測される。すなわち、前記のとおりスリット画像中心線２０ｃ上の点はスリット面モデル４１において高さデータとして演算されることから、スリット光１１のある走査位置（照射位置）に対応するスリット画像中心線２０ｃ上の点群についてのスリット面モデル４１上の計測データ（計測点の集合）により、その走査位置におけるワーク１０の断面形状に対応する輪郭線４５が計測される（図２参照）。このようなワーク１０についての輪郭線４５が、スリット光１１の走査方向に連続的に取得されることで、これらの輪郭線４５の集合から、ワーク１０の三次元形状が計測される。
【００５０】
そして、ワーク１０についての全ての計測点の統合、および三次元点群としてのファイル保存が行われる。すなわち、三次元座標が計測されたワーク１０について得られる全ての点群についての計測点が、輪郭線４５およびこれらの集合として統合され、ワーク１０の三次元点群、つまりワーク１０の三次元形状として、演算制御部５において保存される。計測されたワーク１０の三次元形状は、制御装置４における表示部１７において表示される。
【００５１】
以上のようにして計測されたワーク１０についての三次元形状は、例えば、図面等との比較による解析、品質検査に用いられる。すなわちこの場合、前記のとおり表示部１７に表示されるワーク１０についての三次元形状について、ＣＡＤ図面等の設計図面や試作品等から選出されたマスターワーク等との比較が行われる。これにより、計測対象であるワーク１０についての三次元形状の解析や、品質の良否判定等の品質検査が行われる。
【００５２】
以上のようにして行われる本実施形態の光切断法による三次元形状計測において、カメラ３によるワーク１０の表面に形成される光切断線１２の撮像に際し、カメラ３についての露出（以下単に「露出」ともいう。）の自動調整が行われる。すなわち、本実施形態の三次元形状計測方法においては、露出の自動制御のもと、前述したようなワーク１０の三次元形状の計測、つまりワーク１０の形状についての三次元データ化が行われる。
【００５３】
本実施形態の三次元形状計測方法における露出の制御について説明する。本実施形態の三次元形状計測方法においては、露出の制御に際し、二次元画像１３について算出される輝度体積という考え方が用いられる。そして、この輝度体積について予め目標値が設定され、設定された目標値と、スリット光１１がワーク１０に対して走査されながら取得される二次元画像１３についての輝度体積の算出値（測定値）との比較によるフィードバック制御が行われる。
【００５４】
したがって、本実施形態の三次元形状計測方法においては、輝度体積についての目標値が設定されるプリセット作業が行われる目標値設定工程と、目標値設定工程にて設定された目標値が用いられて露出の制御が行われながらワーク１０の三次元形状の計測が行われる形状計測工程とが含まれる。
【００５５】
ここでまず、露出の制御に対して用いられる二次元画像１３の輝度体積という概念について説明する。
【００５６】
前述したように、二次元画像１３においてｖ軸方向を走査方向、ｕ軸方向を並列方向として設定される走査ラインＳＬ（図３参照）については、その走査位置におけるｖ軸方向に沿う輝度の分布が輝度グラフとして表される（図３、輝度グラフＧ１参照）。この輝度グラフについては、走査ラインＳＬの画像データについての輝度値が、ｖ軸方向に積算されることで、輝度グラフが表される平面における面積が算出されることとなる。このようにして輝度グラフについて算出される面積（以下「輝度面積」という。）が、ｕ軸方向に積算された値が、輝度体積となる。
【００５７】
すなわち、輝度面積は、走査ラインＳＬの画像データについての輝度値のｖ軸方向の積分値となる。言い換えると、輝度面積は、輝度グラフが表される平面において、輝度グラフとｖ軸とで囲まれた（挟まれた）部分の面積となる。したがって、輝度面積は、次式（１）として表される。
【００５８】
【数１】
2009281815.tif 000003
【００５９】
上記式（１）において、Ｓｕは、ｕ軸方向の座標位置ｕにおける走査ラインＳＬによる輝度グラフについての輝度面積である。ｂｕｖは、走査ラインＳＬの画像データについてのｖ軸方向の各位置（座標位置）における輝度値（輝度レベル）である。また、ｖｍｉｎ、ｖｍａｘは、それぞれ走査ラインＳＬの画像データについてのｖ軸方向における始点、終点の座標位置（ｖ座標）に対応する。
【００６０】
そして、輝度体積は、前記のとおり輝度面積Ｓｕがｕ軸方向に積算された値であることから、次式（２）として表される。
【００６１】
【数２】
2009281815.tif 000004
【００６２】
上記式（２）において、Ｖは、輝度体積である。ｕｍｉｎ、ｕｍａｘは、輝度面積Ｓｕが積算されるｕ軸方向の範囲における始点、終点の座標位置（ｕ座標）に対応する。
【００６３】
輝度体積Ｖについて、図５を用いて具体的に説明する。図５（ａ）に、二次元画像１３において設定される走査ラインＳＬの例として、ｕ座標（ｕ軸方向における座標位置）がｕ１の走査ラインＳＬ１、ｕ座標がｕ２の走査ラインＳＬ２、ｕ座標がｕ３の走査ラインＳＬ３を示す。各走査ラインＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３についての輝度グラフの一例が、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示されている。各輝度グラフは、いずれもスリット画像２０のｖ軸方向における略中央位置をピークとする山型の形状となる。
【００６４】
すなわち、図５（ｂ）には、走査ラインＳＬ１についての輝度グラフＧｕ１が示されている。輝度グラフＧｕ１についての輝度面積Ｓｕ１は、走査ラインＳＬ１の画像データについての輝度値ｂｕｖのｖ軸方向の積分値（上記式（１）参照）に対応する。そして、この輝度面積Ｓｕ２は、図５（ｂ）に示すように、輝度グラフＧｕ１とｖ軸とで囲まれた部分である領域Ｔ１の面積に対応する。同様にして、図５（ｃ）に示すように、走査ラインＳＬ２による輝度グラフＧｕ２についての輝度面積Ｓｕ２は、走査ラインＳＬ２の画像データについての輝度値ｂｕｖのｖ軸方向の積分値であり、輝度グラフＧｕ２とｖ軸とで囲まれた部分である領域Ｔ２の面積に対応する。また、図５（ｄ）に示すように、走査ラインＳＬ３による輝度グラフＧｕ３についての輝度面積Ｓｕ３は、走査ラインＳＬ３の画像データについての輝度値ｂｕｖのｖ軸方向の積分値であり、輝度グラフＧｕ３とｖ軸とで囲まれた部分である領域Ｔ３の面積に対応する。
【００６５】
このような各走査ラインＳＬについての輝度面積Ｓｕが、前述したように二次元画像１３において画素数に応じて多数設定される走査ラインＳＬの数（例えば、二次元画像１３におけるｕ軸方向の画素数）だけ積算される（矢印Ａ２参照）。そして、この輝度面積Ｓｕが走査ラインＳＬの数だけ積算された値が、輝度体積Ｖ（上記式（２）参照）となる。
【００６６】
このように、二次元画像１３について算出される輝度体積Ｖは、実質的には、二次元画像１３を構成する各画素における輝度値の積算値となる。したがって、輝度体積Ｖは、二次元画像１３を構成する各画素の輝度値が二次元画像１３からの高さ（画像平面に対して垂直方向の長さ）として表される場合において、スリット画像中心線２０ｃ（図４（ａ）参照）に対応する位置を尾根（稜線）としてスリット画像２０に沿って二次元画像１３上に仮想される突条形状（山形状）の体積に相当する。
【００６７】
なお、輝度体積Ｖの算出に際しては、二次元画像１３における有効画素部分が用いられてもよい。ここで、有効画素部分とは、二次元画像１３において、輝度値がほぼ０または任意の閾値以下であって画像上、反射光が検出されず黒い部分となりスリット画像２０によるワーク１０の三次元形状の計測に不要な画素部分が除かれた画素部分を意味する。したがって、図５（ａ）に示すような本実施形態に係る二次元画像１３においては、有効画素部分は、例えばスリット画像２０が含まれないｖ軸方向（上下方向）両側の縁部が除かれた画素部分となる。ここで二次元画像１３について除かれる画素部分は、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すような輝度グラフにおいて、ｖ軸方向（左右方向）両端部分に対応する画素部分となる、
【００６８】
このように、二次元画像１３において上下両側の縁部が除かれた部分が有効画素部分として輝度体積Ｖの算出に際して用いられる場合においては、各走査ラインＳＬについての輝度面積Ｓｕの算出に際し、輝度グラフにおけるｖ軸方向の両端の部分が除かれることとなる。つまりこの場合、輝度面積Ｓｕの算出を表す上記式（１）において、走査ラインＳＬの画像データについてのｖ軸方向における始点のｖ座標に対応するｖｍｉｎが、二次元画像１３におけるｖ座標の最小値よりも大きい値となり、同じくｖ軸方向における終点のｖ座標に対応するｖｍａｘが、二次元画像１３におけるｖ座標の最大値よりも小さい値となる。このように、輝度体積Ｖの算出に際して有効画素面積が用いられることで、輝度体積Ｖの算出に要する処理時間の短縮化が図られる。
【００６９】
以上のようにして二次元画像１３について算出される輝度体積Ｖが用いられ、露出の制御が行われる。
【００７０】
本実施形態の三次元形状計測方法における目標値設定工程について説明する。目標値設定工程においては、前記のとおり輝度体積Ｖについての目標値の設定が行われる。そして、輝度体積Ｖの目標値としては、複数の二次元画像１３について算出される輝度体積Ｖの平均値が用いられる。ここで、輝度体積Ｖの目標値の算出に用いられる複数の二次元画像１３は、三次元形状の計測対象となるワーク１０について、実際に形状計測が行われる現場環境（実環境）で取得される。また、複数の二次元画像１３の取得に際しては、異なる複数の露出状態が用いられる。ここで、異なる複数の露出状態には、露出の下限（露出アンダー限界）の状態と、露出の上限（露出オーバー限界）の状態とが含まれる。なお、以下の説明では、目標値設定工程にて輝度体積Ｖの目標値の算出に際して用いられる二次元画像１３を「サンプル画像」と称することとする。
【００７１】
したがって、目標値設定工程では、まず、光切断線１２の撮像に際しての露出について、二次元画像１３の取得が可能な範囲におけるアンダー側の限界の状態（以下「アンダー限界状態」という。）およびオーバー側の限界の状態（以下「オーバー限界状態」という。）を含む複数の露出状態での二次元画像１３が取得される。
【００７２】
ここで、露出について、二次元画像１３の取得が可能な範囲とは、光切断法によるワーク１０の形状の計測（判定）が可能な露出状態の範囲となる。言い換えると、光切断線１２を含む二次元画像１３において光切断線１２の部分のスリット画像２０としての認識（ライン抽出）が可能な露出状態の範囲となる。露出についてのアンダー限界状態およびオーバー限界状態は、例えば、取得された二次元画像１３におけるスリット画像２０の状態に基づいて作業者による目視によって判定されたり、取得された二次元画像１３について算出される輝度体積Ｖの大きさに基づいて判定されたりする。つまり、露出についてのアンダー限界状態およびオーバー限界状態は、作業者による目視や輝度体積Ｖの大きさ等に基づいて規定される。
【００７３】
サンプル画像の取得に際しての露出の調整、つまり露出がアンダー限界状態とされたりオーバー限界状態とされたりすることは、カメラ３におけるシャッタースピード（露光時間）や絞りや撮像素子の感度（ゲイン）の調整、あるいはレーザ投光部２におけるレーザ光のレーザパワー（レーザ輝度）の調整等によって行われる。
【００７４】
本実施形態では、サンプル画像として、露出がアンダー限界状態およびオーバー限界状態の各露出状態で取得された二次元画像１３のほか、露出が適正である状態で取得された二次元画像１３が用いられる。つまり、本実施形態では、サンプル画像として、露出がアンダー限界状態で取得された二次元画像１３（以下「露出アンダー限界画像１３ａ」とする。）と、露出が適正な状態で取得された二次元画像１３（以下「露出適正画像１３ｂ」という。）と、露出がオーバー限界状態で取得された二次元画像１３（以下「露出オーバー限界画像１３ｃ」という。）との三つの二次元画像１３が用いられる。図６に、各露出状態についてのサンプル画像の一例を示す。
【００７５】
図６（ａ）は、露出アンダー限界画像１３ａを示す。図６（ａ）に示すように、露出アンダー限界画像１３ａにおいては、カメラ３の撮像素子が受光する光の量が少ないことから、光切断線１２の部分に対応するスリット画像２０の部分（画像上白い部分）と背景部分（同黒い部分）との輝度差が比較的小さく、スリット画像２０の部分が認識できる限界まで細くなっている。
【００７６】
図６（ｂ）は、露出適正画像１３ｂを示す。図６（ｂ）に示すように、露出適正画像１３ｂにおいては、カメラ３の撮像素子が受光する光の量が適正となり、スリット画像２０の部分と背景部分との輝度差が比較的大きく、スリット画像２０の部分がライン抽出に適したものとなっている。
【００７７】
図６（ｃ）は、露出オーバー限界画像１３ｃを示す。図６（ｃ）に示すように、露出オーバー限界画像１３ｃにおいては、カメラ３の撮像素子が受光する光の量が多いことから、スリット画像２０の部分と背景部分との輝度差が比較的小さく、光切断線１２の部分に対応するスリット画像２０の部分が認識できる限界まで太くなっている。
【００７８】
なお、図６に例示するサンプル画像は、図１等において示されるワーク１０の形状とは異なる形状を有するワークが用いられて取得されたものである。
【００７９】
このようなサンプル画像の取得に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、図１に示すように、演算制御部５において、サンプル画像取得部５１が備えられる。すなわち、サンプル画像取得部５１は、光切断線１２の撮像に際しての露出について、二次元画像１３の取得が可能な範囲におけるアンダー限界状態およびオーバー限界状態を含む複数の露出状態でのサンプル画像として、露出アンダー限界画像１３ａ、露出適正画像１３ｂ、および露出オーバー限界画像１３ｃを取得する。実体的には、演算制御部５が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、サンプル画像取得部５１としての機能を果たす。
【００８０】
次に、取得された複数のサンプル画像、つまり露出アンダー限界画像１３ａ、露出適正画像１３ｂ、および露出オーバー限界画像１３ｃそれぞれについて、輝度体積Ｖが算出される。つまり、各サンプル画像それぞれについて、ｖ方向を走査方向とし、ｕ軸方向を並列方向として設定される走査ラインＳＬの画像データについての輝度値の、ｖ軸方向の積算値である輝度面積Ｓｕが、ｕ軸方向に積算されることで得られる値である輝度体積Ｖが算出される。
【００８１】
すなわち、上記式（１）および（２）により、露出アンダー限界画像１３ａ、露出適正画像１３ｂ、および露出オーバー限界画像１３ｃの各サンプル画像についての輝度体積Ｖが算出される。以下では、露出アンダー限界画像１３ａについて算出される輝度体積Ｖを輝度体積Ｖ１、露出適正画像１３ｂについて算出される輝度体積Ｖを輝度体積Ｖ２、露出オーバー限界画像１３ｃについて算出される輝度体積Ｖを輝度体積Ｖ３とする。
【００８２】
このような輝度体積Ｖの算出に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、図１に示すように、演算制御部５において、輝度体積算出部５２が備えられる。すなわち、輝度体積算出部５２は、サンプル画像取得部５１により取得された複数のサンプル画像としての露出アンダー限界画像１３ａ、露出適正画像１３ｂ、および露出オーバー限界画像１３ｃそれぞれについて、輝度体積Ｖを算出する。実体的には、演算制御部５が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、輝度体積算出部５２としての機能を果たす。
【００８３】
そして、算出された三つのサンプル画像についての輝度体積Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の平均値が、露出の制御における目標値として設定される。
【００８４】
すなわち、輝度体積Ｖの目標値の設定に際しては、複数のサンプル画像それぞれについて算出された輝度体積Ｖの平均値が求められる。輝度体積Ｖの平均値は、次式（３）により求められる。
【００８５】
【数３】
2009281815.tif 000005
【００８６】
上記式（３）において、Ｖｍｅａｎは、サンプル画像についての輝度体積Ｖの平均値（以下「平均輝度体積」という。）である。ｍは、取得されるサンプル画像の数である。したがって、本実施形態では、上記式（３）においてｍ＝３となる。つまり、本実施形態では、上記式（３）においてＶｎ（ｎ＝１〜３）となり、平均輝度体積Ｖｍｅａｎは、露出アンダー限界画像１３ａについての輝度体積Ｖ１と、露出適正画像１３ｂについての輝度体積Ｖ２と、露出オーバー限界画像１３ｃについての輝度体積Ｖ３との平均値となる。
【００８７】
よって、本実施形態では、上記式（３）より、Ｖｍｅａｎ＝（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）／３となる。このようにして算出される平均輝度体積Ｖｍｅａｎが、露出の制御に用いられる輝度体積Ｖについての目標値（以下「目標輝度体積Ｖｒｅｆ」ともいう。）として設定される。
【００８８】
このような目標輝度体積Ｖｒｅｆの設定に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、図１に示すように、演算制御部５において、目標値設定部５３が備えられる。すなわち、目標値設定部５３は、輝度体積算出部５２により算出された三つのサンプル画像についての輝度体積Ｖの平均値である平均輝度体積Ｖｍｅａｎを、露出の制御における目標値である目標輝度体積Ｖｒｅｆとして設定する。実体的には、演算制御部５が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、目標値設定部５３としての機能を果たす。
【００８９】
以上のようにして、輝度体積Ｖについての目標値（目標輝度体積Ｖｒｅｆ）が設定される目標値設定工程が行われる。なお、本実施形態では、目標輝度体積Ｖｒｅｆの設定に際して取得されるサンプル画像として、露出アンダー限界画像１３ａ、露出適正画像１３ｂ、および露出オーバー限界画像１３ｃの三つの二次元画像が取得されているが、これに限定されるものではない。すなわち、目標輝度体積Ｖｒｅｆの設定に際して取得されるサンプル画像としては、露出のアンダー限界状態にて取得される二次元画像１３であるサンプル画像と、露出のオーバー限界状態にて取得される二次元画像１３であるサンプル画像との少なくとも二つのサンプル画像が含まれていれば、取得されるサンプル画像の枚数や、各サンプル画像が取得される際の露出状態等は、特に限定されるものではない。ただし、取得されるサンプル画像の枚数が多いほど、露出状態が多段階であるほど、目標輝度体積Ｖｒｅｆとして設定される平均輝度体積Ｖｍｅａｎの値は、輝度体積Ｖの平均値としての精度が高まると考えられるが、その反面、目標輝度体積Ｖｒｅｆの設定のための処理時間が長くなる。このため、目標輝度体積Ｖｒｅｆの設定に際して取得されるサンプル画像の枚数や異なる露出状態の数は、輝度体積Ｖの平均値としての精度の確保と処理時間との兼ね合い等によって適宜設定される。
【００９０】
次に、形状計測工程が行われる。形状計測工程においては、前記のとおり目標値設定工程にて設定された目標輝度体積Ｖｒｅｆが用いられて露出の制御が行われながらワーク１０の三次元形状の計測が行われる。ここでは、形状計測工程において行われる露出の制御について説明する。
【００９１】
形状計測工程において行われる露出の制御としては、目標値設定工程にて予め設定された目標輝度体積Ｖｒｅｆと、スリット光１１がワーク１０に対して走査されながら取得される二次元画像１３についての輝度体積Ｖの算出値（測定値）との比較によるフィードバック制御が行われる。
【００９２】
すなわち、本実施形態の三次元形状計測方法においては、設定された目標輝度体積Ｖｒｅｆに基づく入力信号と、スリット光１１のワーク１０に対する各走査位置に対応する二次元画像１３について算出される輝度体積Ｖ（以下「測定輝度体積Ｖｍｅａｓ」とする。）に基づくフィードバック信号との比較による差に基づいて、露出の制御が行われる。
【００９３】
具体的には、図７に示すように、スリット光１１のワーク１０に対するスキャニング毎に取得される二次元画像１３についての測定輝度体積Ｖｍｅａｓの算出が行われる（符号Ｂ１参照）。ここで算出された測定輝度体積Ｖｍｅａｓに基づき、フィードバック信号が生成される。そして、この測定輝度体積Ｖｍｅａｓに基づいて生成されたフィードバック信号が、予め設定されている目標輝度体積Ｖｒｅｆに基づく入力信号と比較される。かかる比較によって、入力信号とフィードバック信号との差（偏差）が求められる。この入力信号とフィードバック信号との差に基づいて露出に対する制御信号が生成され、この制御信号に基づいて露出の調整が行われる（符号Ｂ２参照）。
【００９４】
ここで、露出に対する制御信号による露出の調整は、取得される二次元画像１３についての測定輝度体積Ｖｍｅａｓが、目標輝度体積Ｖｒｅｆに維持されるように行われる。すなわち、取得された二次元画像１３についての測定輝度体積Ｖｍｅａｓが、目標輝度体積Ｖｒｅｆよりも大きい場合は、露出がアンダー側となるように調整される。逆に、測定輝度体積Ｖｍｅａｓが目標輝度体積Ｖｒｅｆよりも小さい場合は、露出がオーバー側となるように調整される。
【００９５】
このようなフィードバック制御における露出の調整は、カメラ３におけるシャッタースピード（露光時間）や絞りや撮像素子の感度（ゲイン）の調整、あるいはレーザ投光部２におけるレーザ光のレーザパワー（レーザ輝度）の調整等によって行われる。
【００９６】
なお、露出の制御のためには、カメラ３におけるシャッタースピード等やレーザ投光部２におけるレーザパワー等の少なくともいずれかが調整されればよい。つまり、本実施形態の三次元形状計測における露出の制御において行われる調整は、カメラ３におけるシャッタースピードの調整や、レーザ投光部２におけるレーザパワーの調整等、カメラ３およびレーザ投光部２が有する露出を変化させることができる部分に対する調整であれば、特に限定されるものではない。したがって、本実施形態において、露出の制御は、シャッタースピードの調整やレーザパワーの調整等のカメラ３およびレーザ投光部２における各部の調整が行われるように、カメラ３およびレーザ投光部２の少なくともいずれかの制御が行われることに対応する。
【００９７】
このような露出の制御に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、図１に示すように、演算制御部５において、露出制御部５４が備えられる。すなわち、露出制御部５４は、目標値設定部５３により設定された目標値（目標輝度体積Ｖｒｅｆ）に基づく入力信号と、輝度体積算出部５２によりスリット光１１のワーク１０に対する各走査位置に対応する二次元画像１３について算出される輝度体積Ｖ（測定輝度体積Ｖｍｅａｓ）に基づくフィードバック信号との比較による差に基づいて、露出の制御を行う。実体的には、演算制御部５が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、露出制御部５４としての機能を果たす。
【００９８】
このような露出の制御においては、露出の調整が、例えばワーク１０の各断面形状の計測毎に行われる。つまりこの場合、露出の調整は、ワーク１０に対するスリット光１１の各走査位置において取得される二次元画像１３について算出される輝度体積Ｖが用いられ、その各走査位置にて行われる。したがって、本実施形態の三次元形状計測においては、ワーク１０に照射されるスリット光１１の位置が走査されながら、その所定間隔毎に更新される各走査位置において、カメラ３やレーザ投光部２の各部が随時制御されることで、前述のような露出の調整が自動的に行われる。
【００９９】
なお、本実施形態では、目標輝度体積Ｖｒｅｆを設定するためのサンプル画像についての輝度体積Ｖ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）の算出と、露出の制御を行うための二次元画像１３についての測定輝度体積Ｖｍｅａｓの算出とのいずれもが、演算制御部５において備えられる輝度体積算出部５２により行われている。この点、演算制御部５は、両者の輝度体積Ｖの算出を行う部分を別々に備える構成であってもよい。
【０１００】
以上のように、光切断線１２の撮像に際し、二次元画像１３について算出される輝度体積Ｖが用いられて露出のフィードバック制御が行われることで、ワーク１０の表面の反射率の大きさや計測環境の照明の明るさ等にかかわらず、光切断線１２の撮像画像である二次元画像１３において光切断線１２を確実に抽出することができ、露出についてロバストな自動制御に対応することができる。
【０１０１】
すなわち、一般的な自動露出調整アルゴリズムでは、インライン検査など、ワークが多様でかつ、信頼性の要求される用途ではロバスト性の確保が困難となる。この点、本実施形態の三次元形状計測における露出の制御によれば、実環境の下で取得される画像データに基づいてプリセットされる目標輝度体積Ｖｒｅｆが標準仕様とされるため、ロバスト性の高い露出の制御が可能となる。これにより、二次元画像１３について露出がアンダーの状態となったりオーバーの状態となったりすることが防止され、光切断線１２の撮像に際しての露出の適正化が図られる。
【０１０２】
また、上述のような輝度体積Ｖが用いられる露出の制御においては、露出の制御が、スリット光１１の光源の出力（以下「レーザパワー」という。）の調整、および光切断線１２の撮像に用いられるカメラ３の撮像素子の感度（以下「素子感度」という。）の調整の少なくともいずれかが用いられて行われることが好ましい。すなわち、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、露出制御部５４は、露出の制御を、レーザ投光部２におけるレーザパワーの調整およびカメラ３における素子感度の調整の少なくともいずれかを用いて行うことが好ましい。
【０１０３】
露出の制御における制御要素としては、前述したように、カメラ３におけるシャッタースピード（露光時間）や絞りや素子感度（ゲイン）、あるいはレーザ投光部２におけるレーザパワー（レーザ輝度）がある。そこで、露出の制御においては、これらの制御要素のうち、レーザパワーおよび素子感度の少なくともいずれかが用いられることが好ましい。このように、露出の制御要素として、レーザパワーおよび素子感度が用いられることで、次のような効果が得られる。
【０１０４】
まず、露出の制御要素として、レーザパワーが用いられることにより、二次元画像１３におけるスリット画像２０の部分と背景部分との輝度差を能動的に制御することが可能となる。かかる効果について、例えば特許文献１のように露出の制御要素としてシャッタースピード（露光時間）のみが用いられる場合との比較により説明する。
【０１０５】
光切断線１２が確実に抽出されるためには、撮像画像である二次元画像１３におけるスリット画像２０の部分と背景部分との輝度差が大きくなることが必要とされる。この点、シャッタースピードが遅くなること（露光時間が長くなること）は、必ずしも光切断線１２の抽出に関係する輝度差（スリット画像２０の部分と背景部分との）が大きくなることに対応するとは限らない。
【０１０６】
具体的には、例えば特許文献１においてシャッタースピードが遅すぎる場合として挙げられているような輝度グラフとして、図８（ａ）に示すような輝度グラフがある。かかる輝度グラフにおいては、撮像画像（二次元画像１３）においてワーク表面に形成される光切断線の部分に対応する明るさの部分（以下「光切断線部分」という。）Ｐａ１と、ワーク表面における他の部分に対応する明るさの部分（以下「ワーク部分」という。）Ｐａ２と、ワーク以外の部分となる背景部分に対応する明るさの部分（以下「ワーク外部分」という。）Ｐａ３とが段階的に存在する。したがって、輝度差としては、光切断線部分Ｐａ１とワーク部分Ｐａ２との間の輝度差（範囲Ｒ１参照）と、ワーク部分Ｐａ２とワーク外部分Ｐａ３との間の輝度差（範囲Ｒ２参照）とが存在する。
【０１０７】
そして、シャッタースピードが変化することは、図８（ａ）に示すような輝度グラフにおいて、着目される部分（輝度差）が変化することに対応すると考えられる。つまり、シャッタースピードが比較的速い場合は、撮像画像において光切断線部分Ｐａ１に対応する画像部分とワーク部分Ｐａ２に対応する画像部分とが現れることとなる。この場合、光切断線部分Ｐａ１とワーク部分Ｐａ２との間の輝度差（範囲Ｒ１参照）が、着目される部分となる。また、シャッタースピードが比較的遅い場合は、撮像画像において光切断線部分Ｐａ１およびワーク部分Ｐａ２それぞれに対応する画像部分に加え、ワーク外部分Ｐａ３に対応する画像部分が現れることとなる。この場合、輝度差としては、光切断線部分Ｐ１とワーク部分Ｐａ２との間の輝度差（範囲Ｒ１参照）に加え、ワーク部分Ｐａ２とワーク外部分Ｐａ３との間の輝度差（範囲Ｒ２参照）が着目される部分となる。
【０１０８】
このように、シャッタースピードが変化することが、着目される輝度差が変化することに対応することから、シャッタースピードが遅くなることは、全体的な輝度のレベルは変化するものの光切断線１２の抽出に関係する輝度差となる光切断線部分Ｐａ１とワーク部分Ｐａ２との間の輝度差（範囲Ｒ１参照）が大きくなることには対応しない場合がある。つまり、シャッタースピードの調整のみによっては、二次元画像１３において光切断線１２の抽出に関係する輝度差について十分な大きさを得ることに限界があると考えられる。
【０１０９】
この点、露出の制御要素としてレーザパワーが用いられることにより、輝度差を能動的に制御することが可能となり、二次元画像１３において光切断線１２の抽出に際して十分な輝度差を得ることができる。すなわち、レーザパワーが大きくなることにより、例えば図８（ｂ）に示すように、光切断線部分Ｐａ１についての輝度の大きさがワーク部分Ｐａ２等に対して部分的に（相対的に）大きくなる（破線部分参照）。このように、露出の制御に際してレーザパワーが可変となることにより、二次元画像１３において光切断線１２の抽出に関係する輝度差を拡大することができ（符号Ｄ１参照）、光切断線１２の抽出に際して十分な輝度差を得ることができる。
【０１１０】
また、露出の制御要素として、素子感度が用いられることにより、シャッタースピードを遅くする（露光時間を延ばす）ことができるとともに、スリット光１１のワーク１０に対するスキャニングの周期（時間間隔）を一定に維持することができる。
【０１１１】
シャッタースピードが変化することは、スキャニング周期に直接影響を及ぼす。例えば図９に示すように、スキャニング周期がｔ１で一定である場合において（図９上段参照）、シャッタースピードが可変となることにより、その影響でスリット光１１のスキャニング周期も変化する（同図下段参照）。例えば、シャッタースピードが遅くなることにより、スキャニング周期は長くなる。
【０１１２】
このように、シャッタースピードの変化は、スキャニング周期の変化をともなう。このため、例えばロボット等が活用されることによって行われる等間隔スキャニングにおいては、シャッタースピードが変化させられることにより、ワークに対するスキャニングの密度ムラが生じたり、スキャニング速度の低下による計測時間の長期化が生じたりする場合がある。これらの現象は、インライン検査においては特に不具合の原因となる。
【０１１３】
この点、露出の制御要素として素子感度が用いられることにより、シャッタースピードの変化にかかわらず、スキャニング周期を一定に維持することが可能となる。つまり、素子感度の調整により、シャッタースピードの変化にともなうスリット光１１のスキャニング周期の変化を補う（相殺する）ことができる。したがって、露出の制御要素として素子感度を用いることにより、二次元画像１３において光切断線１２の抽出に関係する輝度差を拡大させるに際し、スキャニング周期を一定に維持した状態で、シャッタースピードを遅くすることができる。
【０１１４】
このように、露出の制御要素として、レーザパワーおよび素子感度のいずれか、あるいは両方、さらには他の制御要素（カメラ３におけるシャッタースピードや絞り等）との適宜の組み合せが用いられることにより、露出の制御における選択の自由度が増える。これにより、二次元画像１３において光切断線１２の抽出に関係する輝度差を拡大させることが容易となり、インライン検査にも適した露出の制御を行うことができる。
【０１１５】
また、形状計測工程において行われる露出の制御においては、フィードバック信号を生成するために算出される輝度体積Ｖ（測定輝度体積Ｖｍｅａｓ）が、スリット光１１のワーク１０に対する走査位置の更新回数について予め設定される所定の回数毎に平均化される処理（以下「平均化処理」という。）が行われることが好ましい。
【０１１６】
すなわち、フィードバック信号について行われる平均化処理によれば、フィードバック信号を生成するためのスキャニング毎の測定輝度体積Ｖｍｅａｓが、スリット光１１のワーク１０に対する走査位置の更新回数、つまりスキャニングの回数について予め設定される所定の回数毎に平均化される。言い換えると、スキャニング周期が一定である状態において、スキャニング毎の測定輝度体積Ｖｍｅａｓが、所定のスキャニング回数に対応する時間毎に平均化される。
【０１１７】
露出の制御においてフィードバック信号についての平均化処理が行われる場合、具体的には、次のような態様となる。すなわち、図１０に示すように、スリット光１１のワーク１０に対するスキャニング毎に取得される二次元画像１３について測定輝度体積Ｖｍｅａｓの算出が行われる（符号Ｃ１参照）。この算出された測定輝度体積Ｖｍｅａｓが、平均化処理により、予め設定される所定のスキャニング回数毎（例えばスキャニング１０回毎）に平均化される（符号Ｃ２参照）。ここで平均化された値（以下「平均化輝度体積Ｖａｖｅ」とする。）に基づき、フィードバック信号が生成される。そして、この平均化輝度体積Ｖａｖｅに基づいて生成されたフィードバック信号が、予め設定されている目標輝度体積Ｖｒｅｆに基づく入力信号と比較される。かかる比較によって、入力信号とフィードバック信号との差（偏差）が求められる。この入力信号とフィードバック信号との差に基づいて露出に対する制御信号が生成され、この制御信号に基づいて露出の調整が行われる（符号Ｃ３参照）。ここで、露出に対する制御信号による露出の調整は、取得される二次元画像１３についての測定輝度体積Ｖｍｅａｓが、目標輝度体積Ｖｒｅｆに維持されるように行われる。
【０１１８】
このように、フィードバック信号について平均化処理が行われることにより、露出の制御における制御作用の頻度を適切にすることができ、ワーク１０上に存在するナット等の小部品が写り込むこと等によるワーク１０の部分的な反射率の変化や瞬時的な外乱光等の影響による露出の制御の不安定化を抑制することができる。平均化処理による効果について、具体例を用いて説明する。
【０１１９】
図１１（ａ）は、外乱部分２１を含む二次元画像１３の一例を示す。ここで、外乱部分２１は、二次元画像１３においてワーク１０上に存在するナット等の小部品が写り込むこと等によるワーク１０の部分的な反射率の変化や瞬時的な外乱光等によって生じる不要な部分である。このように、二次元画像１３において外乱部分２１が存在することは、露出の制御の不安定化の原因となる。
【０１２０】
すなわち、二次元画像１３において外乱部分２１にかかる（外乱部分２１を通過する）こととなる走査位置の走査ラインＳＬｂ（図１１（ａ）参照）に対応する輝度グラフは、図１１（ｂ）において実線で示される輝度グラフ６１のような態様となる。これに対し、外乱部分２１にかからない（外乱部分２１を通過しない）走査位置の走査ラインＳＬａに対応する輝度グラフは、図１１（ｂ）において破線で示される輝度グラフ６０のような態様となる。
【０１２１】
外乱部分２１にかかる走査ラインＳＬｂについての輝度グラフ６１においては、外乱部分２１にかからない走査ラインＳＬａについての適正な輝度グラフ６０との対比において、スリット画像２０の部分に対応するピーク（ｖ軸方向略中央に位置するピーク）に加え、外乱部分２１の部分に対応するピーク６１ｐが存在する。なお、両輝度グラフ６０、６１が有するスリット画像２０の部分に対応するピークは、ｖ軸方向において略同じ位置となるが、図１１（ｂ）においては便宜上そのピーク位置をずらして示している。
【０１２２】
このように、外乱部分２１にかかる走査ラインＳＬｂの画像データについて算出される輝度体積Ｖは、輝度グラフ６１において外乱部分２１の部分に対応するピーク６１ｐが存在する分、外乱部分２１にかからない走査ラインＳＬａの画像データ（輝度グラフ６０）について算出される（適正な）輝度体積Ｖに対して大きな値となる。つまり、二次元画像１３において外乱部分２１が存在することにより、スキャニング毎に連続して算出される輝度体積Ｖについて、その外乱部分２１に対応する走査位置について算出される輝度体積Ｖが、他の走査位置にて算出される輝度体積Ｖに対して一時的に急激に増加することとなる。こうした輝度体積Ｖの一時的な急激な増加は、フィードバック信号が１回のスキャニング毎に算出される測定輝度体積Ｖｍｅａｓに基づいて生成される場合、フィードバック信号の目標輝度体積Ｖｒｅｆに基づく入力信号との比較による差に基づいて生成される制御信号に対して大きく影響することとなる。
【０１２３】
具体的には、図１２に示すように、各輝度体積の大きさの時間変化を表すグラフにおいて、一定である目標輝度体積Ｖｒｅｆに対して、外乱部分２１が存在することによる測定輝度体積Ｖｍｅａｓの急激な増加が生じた場合、これにともなって、制御信号に基づいて露出が調整された状態に対応する輝度体積Ｖ（以下「調整輝度体積Ｖｃｏｎｔ」とする。）が急激に減少する。つまり、急激に増加した測定輝度体積Ｖｍｅａｓに基づいて生成されたフィードバック信号と目標輝度体積Ｖｒｅｆに基づく入力信号との比較によって調整される調整輝度体積Ｖｃｏｎｔは、急激に減少することとなる。そして、これら測定輝度体積Ｖｍｅａｓおよび調整輝度体積Ｖｃｏｎｔの急激な変化が影響し合うことによって、各輝度体積の値がブレ続けるといういわゆるハンチング現象が生じる場合がある。こうした輝度体積の急激な変化は、露出の制御において不安定な動作を招くこととなる。
【０１２４】
このように、フィードバック信号が１回のスキャニング毎に算出される測定輝度体積Ｖｍｅａｓに基づいて生成される場合、外乱部分２１のように例えば偶発的な１回のノイズ等によって生じる測定輝度体積Ｖｍｅａｓの急激な変化の影響により、露出自動制御系が不安定な状態となり、本来適正な露出条件さえも乱してしまう可能性がある。
【０１２５】
そこで、前述したようにフィードバック信号について平均化処理が行われることにより、外乱部分２１のような突発的に生じる外乱に対して、露出のフィードバック制御において用いられる輝度体積Ｖの変化が効果的に鈍感になり、不安定な動作が抑制され、露出の制御の安定化を図ることができる。なお、フィードバック信号についての平均化処理に際し、測定輝度体積Ｖｍｅａｓが平均化される所定のスキャニング回数は、特に限定されるものではない。
【０１２６】
このようなフィードバック信号についての平均化処理に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、図１に示すように、演算制御部５において、平均化処理部５５が備えられる。すなわち、平均化処理部５５は、フィードバック信号を生成するために輝度体積算出部５２により算出される輝度体積Ｖ（測定輝度体積Ｖｍｅａｓ）を、スリット光１１のワーク１０に対する走査位置の更新回数について予め設定される所定の回数毎に平均化する処理（平均化処理）を行う。実体的には、演算制御部５が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、平均化処理部５５としての機能を果たす。ここで、走査位置の更新回数（スキャニング回数）についての所定の回数は、演算制御部５における格納部等に予め設定され記憶される。
【０１２７】
また、形状計測工程において露出の制御においては、輝度体積Ｖの値が、二次元画像１３における光切断線１２についての画素部分（スリット画像２０の部分）であって、輝度値が予め設定される所定の規定値よりも大きい部分の、ｕ軸方向の長さの総和で除算されることで、ｕ軸方向についての単位長さ当たりの値とされる補正（以下「輝度体積補正」という。）が行われることが好ましい。
【０１２８】
すなわち、二次元画像１３について算出される輝度体積Ｖについて行われる輝度体積補正によれば、二次元画像１３上のスリット画像２０のｕ軸方向の長さについての有効スリット長が用いられる。そして、輝度体積Ｖが、有効スリット長で割られることで、ｕ軸方向の単位長さ当たりの値に換算される。
【０１２９】
ここで、有効スリット長とは、二次元画像１３におけるスリット画像２０の部分であって、輝度値が予め設定される所定の規定値よりも大きい部分の、ｕ軸方向の長さの総和である。そして、有効スリット長とは、スリット画像２０について、途切れた部分等のように反射光がない（＝ワーク１０が存在しない）部分が除外された残りの部分の、ｕ軸方向の長さの総和である。したがって、有効スリット長を規定するために各画素の輝度値について設定される所定の規定値は、ワーク１０が存在すること等によるスリット光１１の反射光による明るい部分を形成する画素（背景部分等に対して十分に明るい部分の画素）の輝度値との比較において十分に小さい値（反射光がなく暗い部分に対応する輝度値）として設定される。なお、有効スリット長の長さの単位としては、二次元画像１３を構成する画素数や、二次元画像１３の長さ（例えばｍｍ等）が適宜用いられる。
【０１３０】
このような有効スリット長が用いられる場合、例えば図１３に示すように、ワーク１０の部分的な形状等により、図１１（ａ）等に示されるスリット画像２０との対比において、スリット画像２０のｕ軸方向（左右方向）の略左半分が存在しない場合（反射光がない場合）、存在する略右半分の部分のｕ軸方向の長さ（符号ＥＬ参照）が、有効スリット長となる（以下「有効スリット長ＥＬ」とする）。そして、図１３に示される二次元画像１３について算出された輝度体積Ｖが、有効スリット長ＥＬで除算される。
【０１３１】
なお、有効スリット長ＥＬは、前記のとおり輝度値が所定の規定値よりも大きい部分のｕ軸方向の長さの総和である。したがって、図１３に示すようにスリット画像２０について輝度値が所定の規定値よりも大きい部分が、ｕ軸方向について連続する部分として存在する場合は、その連続する部分のｕ軸方向の長さが、有効スリット長ＥＬとなる。これに対して、例えばスリット画像２０が途切れた状態などのように、スリット画像２０について輝度値が所定の規定値よりも大きい部分が、ｕ軸方向について不連続な部分として存在する場合は、その不連続な部分のｕ軸方向の長さの総和が、有効スリット長ＥＬとなる。
【０１３２】
このように、二次元画像１３について算出される輝度体積Ｖが、有効スリット長ＥＬで除算されることにより、二次元画像１３において反射光による画素部分ではない部分が除外された（無視された）状態でのｕ軸方向の単位長さ当たりの輝度体積Ｖの大きさが求められる。このような輝度体積補正は、目標輝度体積Ｖｒｅｆの設定に際して算出される輝度体積Ｖ、および露出のフィードバック制御において算出される輝度体積Ｖのいずれについても行われる。
【０１３３】
輝度体積補正が、目標輝度体積Ｖｒｅｆの設定に際して算出される輝度体積Ｖについて行われる際には、サンプル画像の取得に際しての露出の調整やワーク１０の形状等によって、次の二つの場合が考えられる。
【０１３４】
一つは、輝度体積補正が、目標輝度体積Ｖｒｅｆの設定に際して取得される各サンプル画像について算出される輝度体積Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に対して行われる場合である。この場合、各サンプル画像について算出される輝度体積Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が、各サンプル画像についての有効スリット長ＥＬで除算されることとなる。したがって、この場合、露出アンダー限界画像１３ａ、露出適正画像１３ｂ、および露出オーバー限界画像１３ｃの各サンプル画像についての有効スリット長をＥＬ１、ＥＬ２、ＥＬ３とすると、輝度体積補正が行われた後の平均輝度体積Ｖｍｅａｎは、上記式（３）から、次式（４）により表される。
【０１３５】
【数４】
2009281815.tif 000006
【０１３６】
上記式（４）において、Ｖｃ１は、平均輝度体積Ｖｍｅａｎについて輝度体積補正が行われた後の値（以下「補正後平均輝度体積」という。）である。なお、本実施形態では、上記式（３）の場合と同様、上記式（４）においては、ｍ＝３となる。つまりこの場合、補正後平均輝度体積Ｖｃ１が、目標輝度体積Ｖｒｅｆとして設定される。
【０１３７】
もう一つは、輝度体積補正が、三つのサンプル画像についての輝度体積Ｖの平均値として算出された平均輝度体積Ｖｍｅａｎ（上記式（３）参照）に対して行われる場合である。この場合、平均輝度体積Ｖｍｅａｎが、三つのサンプル画像について共通の有効スリット長ＥＬで除算されることとなる。したがって、この場合、補正後平均輝度体積Ｖｃ１は、上記式（３）から、次式（５）により表される。
【０１３８】
【数５】
2009281815.tif 000007
【０１３９】
また、輝度体積補正が、露出のフィードバック制御において算出される測定輝度体積Ｖｍｅａｓについて行われる際には、スリット光１１のワーク１０に対するスキャニング毎に取得される二次元画像１３について算出される測定輝度体積Ｖｍｅａｓが、そのスキャニング毎の二次元画像１３についての有効スリット長ＥＬで除算される。したがって、この場合、輝度体積補正が行われた後の測定輝度体積Ｖｍｅａｓは、次式（６）により表される。
Ｖｃ２＝Ｖｍｅａｓ／ＥＬ  ・・・（６）
【０１４０】
上記式（６）において、Ｖｃ２は、測定輝度体積Ｖｍｅａｓについて輝度体積補正が行われた後の値（以下「補正後測定輝度体積」という。）である。つまりこの場合、補正後測定輝度体積Ｖｃ２が、目標輝度体積Ｖｒｅｆに対する比較対象となる。
【０１４１】
なお、測定輝度体積Ｖｍｅａｓに対して前述したような平均化処理が行われる場合においては、輝度体積補正は、平均化処理を受けた後の測定輝度体積Ｖｍｅａｓ、つまり平均化輝度体積Ｖａｖｅに対して行われてもよい。すなわち、輝度体積補正が、平均化処理を受けた後の測定輝度体積Ｖｍｅａｓ（平均化輝度体積Ｖａｖｅ）に対して行われる場合は、平均化輝度体積Ｖａｖｅが、平均化された複数の測定輝度体積Ｖｍｅａｓが算出された二次元画像１３について共通の有効スリット長ＥＬで除算されることとなる。したがって、この場合、補正後測定輝度体積Ｖｃ２は、次式（７）により表される。
Ｖｃ２＝Ｖａｖｅ／ＥＬ  ・・・（７）
【０１４２】
以上のように、二次元画像１３について算出される輝度体積Ｖについて輝度体積補正が行われることにより、輝度体積Ｖが用いられる露出の制御において、ワーク１０の長さや形状が異なったり、ワーク１０の形状が複雑であることからスリット画像２０が途切れたりすることにより、スリット画像２０のｕ軸方向のライン長が変化して適正な露出に対応する輝度体積Ｖが変化する場合であっても、ロバストに対応することができる。また、輝度体積Ｖが用いられる露出の制御は、制御目標が一定の数値としての目標輝度体積Ｖｒｅｆを追従するように行われるため、制御ロジックがシンプルであり、計算が単純となる。輝度体積補正による効果について、具体例を用いて説明する。
【０１４３】
図１４（ａ）は、二次元画像１３におけるｕ軸方向の長さが比較的長いワーク（以下「長ワーク」という。）についての露出適正画像の一例である長ワーク露出適正画像１３ｄを示す。図１４（ｂ）は、二次元画像１３におけるｕ軸方向の長さが比較的短いワーク（以下「短ワーク」という。）についての露出適正画像の一例である短ワーク露出適正画像１３ｅを示す。本例では、図１４（ｂ）に示される短ワーク露出適正画像１３ｅ上のスリット画像２０ｙは、同図（ａ）に示される長ワーク露出適正画像１３ｄの上のスリット画像２０ｘの一部分（略右半部分）に対応する。つまり、本例では、図１４（ｂ）に示される短ワーク露出適正画像１３ｅとして撮像される短ワークは、同図（ａ）に示される長ワーク露出適正画像１３ｄとして撮像される長ワークの一部分（略右半部分）に対応する形状を有する。
【０１４４】
そして、図１４（ｂ）に示されるような短ワークの三次元形状計測における露出のフィードバック制御に際し、同図（ａ）に示されるような長ワークについて設定された目標輝度体積Ｖｒｅｆが用いられた場合、同図（ｃ）に示されるように、露出がオーバーとなってしまう。つまり、図１４（ｃ）は、短ワークについての露出オーバー画像の一例である短ワーク露出オーバー画像１３ｆを示しており、この短ワーク露出オーバー画像１３ｆ上のスリット画像２０ｚは、露出が適正である場合のスリット画像２０ｘ、２０ｙ（同図（ａ）、（ｂ）参照）に対して比較的太くなっている。
【０１４５】
すなわち、長ワークについて設定される目標輝度体積Ｖｒｅｆは、長ワークについて露出が適正となるような輝度体積Ｖについての目標値であるため、かかる目標値が用いられて短ワークについての露出の制御が行われることにより、露出がオーバーとなってしまう。言い換えると、長ワークについて設定される目標輝度体積Ｖｒｅｆは、短ワークの場合は露出がオーバーとなる状態の輝度体積Ｖに対応することから、露出がオーバーとなってしまう。つまり、図１４（ｃ）に示される短ワーク露出オーバー画像１３ｆは、短ワークについての露出の制御が、長ワークについて設定された目標輝度体積Ｖｒｅｆが用いられて行われた結果である。したがって、図１４（ａ）に示される長ワーク露出適正画像１３ｄについての輝度体積Ｖと、同図（ｃ）に示される短ワーク露出オーバー画像１３ｆについての輝度体積Ｖとは略同じ値となる。また、これとは逆に、短ワークについて設定された目標輝度体積Ｖｒｅｆが用いられて長ワークについての露出の制御が行われる場合は、露出がアンダーとなってしまう。
【０１４６】
このように、予め設定された目標輝度体積Ｖｒｅｆに基づいて露出のフィードバック制御が行われる場合においては、ワーク１０の形状等によるスリット画像２０のｕ軸方向のライン長が変化に対応して、露出の制御の指標とされる輝度体積Ｖ（適正な露出に対応する目標輝度体積Ｖｒｅｆ）の変化も考慮される必要がある。
【０１４７】
そこで、前述したように二次元画像１３について算出される輝度体積Ｖについて輝度体積補正が行われることにより、スリット画像２０のｕ軸方向のライン長の変化にかかわらず、予め設定された目標輝度体積Ｖｒｅｆが適正な露出に対応することを維持することができる。これにより、ロバスト性の高い自動露出制御が可能となる。
【０１４８】
このような輝度体積Ｖについての輝度体積補正に際し、本実施形態の三次元形状計測装置１においては、図１に示すように、演算制御部５において、輝度体積補正部５６が備えられる。すなわち、輝度体積補正部５６は、輝度体積Ｖの値を、二次元画像１３における光切断線１２についての画素部分であって、輝度値が予め設定される所定の規定値よりも大きい部分の、ｕ軸方向の長さの総和で除算することで、ｕ軸方向についての単位長さ当たりの値とする補正（輝度体積補正）を行う。実体的には、演算制御部５が、その格納部に格納された所定のプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、輝度体積補正部５６としての機能を果たす。
【０１４９】
本実施形態の三次元形状計測方法について、図１５および図１６に示すフロー図を用いて説明する。なお、以下に説明する三次元形状計測方法においては、フィードバック信号に対して施される平均化処理、および算出された輝度体積Ｖに対して施される輝度体積補正が行われることとする。本実施形態の三次元形状計測方法は、前記のとおり目標値設定工程と形状計測工程とを含む。
【０１５０】
まず、目標値設定工程について、図１５に示すフロー図を用いて説明する。目標値設定工程では、ワーク１０について実際に形状計測が行われる現場環境または現場相当環境（以下まとめて「実環境」という。）において、あるいは事前に実環境にて取得されたデータに基づいて、輝度体積Ｖについての目標値（目標輝度体積Ｖｒｅｆ）が設定されるプリセット作業が行われる。
【０１５１】
したがって、目標値設定工程においては、まず、実環境のセットが行われる（Ｓ１１０）。すなわち、三次元形状の計測対象となるワーク１０について実際に形状計測が行われる現場環境となるように、三次元形状計測装置１を構成する各装置等が所定の状態にセットされる。
【０１５２】
次に、サンプル画像の取得が行われる（Ｓ１２０）。すなわち、光切断線１２の撮像に際しての露出について、アンダー限界状態およびオーバー限界状態を含む複数の露出状態での二次元画像１３であるサンプル画像として、露出アンダー限界画像１３ａ、露出適正画像１３ｂ、および露出オーバー限界画像１３ｃが取得される（図６参照）。
【０１５３】
続いて、サンプル画像の輝度体積Ｖの算出が行われる（Ｓ１３０）。すなわち、ステップＳ１２０にて取得された露出アンダー限界画像１３ａ、露出適正画像１３ｂ、および露出オーバー限界画像１３ｃの各サンプル画像についての輝度体積Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が算出される。
【０１５４】
次に、平均輝度体積Ｖｍｅａｎの算出が行われる（Ｓ１４０）。すなわち、ステップＳ１３０にて各サンプル画像について算出された輝度体積Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の平均値である平均輝度体積Ｖｍｅａｎが算出される（上記式（３）参照）。
【０１５５】
そして、ステップＳ１４０にて算出された平均輝度体積Ｖｍｅａｎに対して、輝度体積補正が行われる（Ｓ１５０）。すなわち、平均輝度体積Ｖｍｅａｎが、三つのサンプル画像について共通の有効スリット長ＥＬで除算され、補正後平均輝度体積Ｖｃ１が求められる（上記式（５）参照）。
【０１５６】
なお、本例に係る目標値設定工程においては、輝度体積補正が平均輝度体積Ｖｍｅａｎについて行われているが、輝度体積補正は、各サンプル画像について算出される輝度体積Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に対して行われてもよい（上記式（４）参照）。
【０１５７】
このようにして求められた補正後平均輝度体積Ｖｃ１が、目標輝度体積Ｖｒｅｆとして設定される（Ｓ１６０）。つまり、目標輝度体積Ｖｒｅｆとして設定された補正後平均輝度体積Ｖｃ１が、露出のフィードバック制御における輝度体積Ｖの目標値とされる。
【０１５８】
次に、形状計測工程について、図１６に示すフロー図を用いて説明する。形状計測工程では、目標値設定工程にて設定された目標値が用いられて露出のフィードバック制御が行われながら、光切断スキャニングによるワーク１０の三次元形状の計測が行われる。
【０１５９】
したがって、形状計測工程においては、まず、二次元画像１３の取得が行われる（Ｓ２１０）。すなわち、レーザ投光部２によって照射されるスリット光１１によりワーク１０の表面に形成される光切断線１２がカメラ３によって撮像され、その画像データが演算制御部５に入力される。これにより、光切断線１２を含む二次元画像１３が取得される。
【０１６０】
次に、ステップＳ２１０にて取得された二次元画像１３についての輝度体積Ｖの算出（測定輝度体積Ｖｍｅａｓの算出）と、測定輝度体積Ｖｍｅａｓに基づいて生成されるフィードバック信号についての平均化処理（平均化輝度体積Ｖａｖｅの算出）とが行われる（Ｓ２２０）。すなわち、ワーク１０に対するスリット光１１の各走査位置にて取得される二次元画像１３について算出される測定輝度体積Ｖｍｅａｓが、所定のスキャニング回数毎に平均化され、平均化輝度体積Ｖａｖｅが求められる。
【０１６１】
続いて、ステップＳ２２０にて算出された平均化輝度体積Ｖａｖｅに対して、輝度体積補正が行われる（Ｓ２３０）。すなわち、平均化輝度体積Ｖａｖｅが、平均化された複数の測定輝度体積Ｖｍｅａｓが算出された二次元画像１３について共通の有効スリット長ＥＬで除算され、補正後測定輝度体積Ｖｃ２が求められる（上記式（７）参照）。この補正後測定輝度体積Ｖｃ２に基づき、フィードバック信号が生成される。
【０１６２】
次に、目標値設定工程にて設定された目標輝度体積Ｖｒｅｆ、つまり本例では補正後平均輝度体積Ｖｃ１と、ステップＳ２３０にて求められた補正後測定輝度体積Ｖｃ２との比較が行われる（Ｓ２４０）。すなわち、露出のフィードバック制御において、補正後測定輝度体積Ｖｃ２に基づいて生成されたフィードバック信号が、目標輝度体積Ｖｒｅｆに基づく入力信号と比較される。
【０１６３】
そして、ステップＳ２４０における比較に基づいて、露出の調整が行われる（Ｓ２５０）。すなわち、目標輝度体積Ｖｒｅｆに基づく入力信号と補正後測定輝度体積Ｖｃ２に基づくフィードバック信号との差に基づいて露出に対する制御信号が生成され、この制御信号に基づいて露出の調整が行われる。ここで、露出の調整には、前述したように露出の制御要素としてレーザパワーの調整および素子感度の調整の少なくともいずれかが用いられることが好ましい。
【０１６４】
以上のステップＳ２２０〜Ｓ２５０が、本実施形態の三次元形状計測方法において、露出のフィードバック制御（露出の調整）が行われる工程となる。なお、目標輝度体積Ｖｒｅｆの比較対象となる補正後測定輝度体積Ｖｃ２は、所定のスキャニング回数毎に算出される平均化輝度体積Ｖａｖｅが補正されたものである。このため、目標輝度体積Ｖｒｅｆと補正後測定輝度体積Ｖｃ２との比較による露出の調整は、平均化輝度体積Ｖａｖｅが算出される所定のスキャニング回数毎に行われることとなる。つまり、ステップＳ２２０〜Ｓ２５０に対応する露出のフィードバック制御は、平均化輝度体積Ｖａｖｅが算出される所定のスキャニング回数毎に行われることとなる。
【０１６５】
また、露出の調整の後に、次のような処理が行われてもよい。すなわち、かかる処理では、まず、露出が安定しているか否かの判定が行われる（Ｓ２６０）。つまり、露出の影響によって変化する輝度体積Ｖの値についてハンチング現象等の不安定な状態が生じていないか否かの判定が行われる。
【０１６６】
そして、本ステップＳ２６０において、露出が安定してないと判定された場合は、平均化処理におけるスキャニングの平均回数（所定のスキャニング回数）が増加させられる（Ｓ２７０）。つまりこの場合、平均化輝度体積Ｖａｖｅが算出されるためのスキャニング回数が増加させられ、スキャニング周期が一定である状態において、平均化輝度体積Ｖａｖｅが算出される時間間隔が増加させられる。
【０１６７】
露出の調整が行われた後、ライン抽出が開始される。ライン抽出においては、まず、二次元画像１３において、ｕ軸方向の指定の始点からｖ軸方向のスキャンが開始される（Ｓ２８０）。すなわち、二次元画像１３について、各走査ラインＳＬ（図３参照）の画像データが取得される。ここで、ｕ軸方向の指定の始点は、例えば、二次元画像１３におけるｕ軸方向の縁端の位置、あるいは二次元画像１３においてワーク１０の三次元形状の計測に必要な部分（有効画素部分等）の端部の位置等として、適宜指定される。
【０１６８】
そして、ｖ軸方向の中心点が抽出される（Ｓ２９０）。すなわち、走査ラインＳＬの画像データを構成する輝度情報に基づく輝度グラフから、ｖ軸方向についての中心位置に対応する画素が求められる。
【０１６９】
そして、各走査ラインＳＬの画像データについて行われる中心点の抽出（Ｓ２９０）が、走査ラインＳＬの走査位置がｕ軸方向の指定の終点に達するまで行われる（Ｓ３００）。すなわち、本ステップＳ３００において、走査ラインＳＬの走査位置がｕ軸方向の指定の終点に達したか否かの判断が行われ、指定の終点に達していないと判断された場合は、ｕ軸方向における次の走査ラインＳＬの画像データについて、上記ステップＳ２９０が行われる（Ｓ３１０）。一方、指定の終点に達したと判断された場合は、スキャニングが停止され（Ｓ３２０）ライン抽出が終了する。なお、ｕ軸方向の指定の終点は、前述した指定の始点と同様にして適宜指定される。以上のステップＳ２８０〜Ｓ３２０が、本実施形態の三次元形状計測方法において、ライン抽出が行われる工程となる。
【０１７０】
以上のような一連の処理が、ライン抽出については、ワーク１０の各断面形状の計測毎（１回のスキャニング毎）、つまりワーク１０に対するスリット光１１の各走査位置において取得される二次元画像１３それぞれについて行われる。また、露出の調整については、平均化輝度体積Ｖａｖｅが算出される所定のスキャニング回数毎に行われる。
【０１７１】
以下、本実施形態に係る三次元形状計測の適用例について、図１７を用いて説明する。本適用例は、本実施形態に係る三次元形状計測装置が、ロボット（ロボットハンド）を備える三次元形状測定システムに適用された場合の例である。
【０１７２】
すなわち、図１７に示すように、本適用例に係る三次元形状測定システム（以下「本システム」という。）においては、ロボット９１に、レーザ投光部２およびカメラ３がケース６に収容されることによって構成される光切断センサユニット７が把持される。ロボット９１に把持される光切断センサユニット７は、本システムが備える統合制御部９２によって制御される。つまり、統合制御部９２は、前述した三次元形状計測装置１が備える制御装置４に対応する構成を有する。
【０１７３】
ロボット９１は、ベース部９１ａと、このベース部９１ａ上に設けられるロボットハンド部９１ｂとを有し、様々な位置および角度に姿勢制御され得るフレキシブルなロボットハンドとして構成される。したがって、本システムにおいては、ロボット９１に把持される光切断センサユニット７によって、所定のワーク８０に対して、様々な位置および角度からスリット光１１の照射および光切断線１２の撮像が行われ、ワーク８０の三次元形状について様々な部位の計測検査が行われる。ロボット９１の姿勢は、本システムが備えるロボット制御部９７により制御される。
【０１７４】
また、本システムにおいては、外部照明９８が備えられる。外部照明９８は、ワーク８０における計測位置を含むその周辺領域を照明する。外部照明９８は、例えば、光切断線１２の撮像に際して露出のレベルが低く不十分な場合において、明るさの補助のために用いられる。したがって、外部照明９８は、例えば光切断線１２の撮像条件としての周囲環境の明るさが十分でない場合や、ロボット９１がワーク８０の上に覆い被さっていることでワーク８０の表面の明るさが十分でない場合や、ワーク８０の色が黒い傾向にあり表面の反射率が低い場合等において、ワーク８０を照明することにより、レーザ投光部２およびカメラ３における各部の制御による露出の調整を補助する。
【０１７５】
外部照明９８は、その照度が調整可能な機能を有するものであれば特に限定されるものではない。外部照明９８に用いられる光源としては、例えば、発光ダイオード、白熱電球（蛍光灯）等が挙げられる。外部照明９８の照度は、本システムが備える外部照明制御部９９により制御される。
【０１７６】
統合制御部９２は、光切断線１２の撮像に際して露出の調整を行うための露出制御部９３を有する。露出制御部９３は、本システムにおける露出の調整に係る各部を制御する各制御部に対して制御信号を送る。統合制御部９２は、露出制御部９３からの制御信号を受けて露出の調整に係る各部を制御する各制御部として、レーザ制御部９４と、カメラ制御部９５と、受光光学系制御部９６とを有する。
【０１７７】
レーザ制御部９４は、レーザ投光部２に対して接続され、レーザ投光部２によるスリット光１１についてのレーザパワー（レーザ輝度）を制御する。カメラ制御部９５は、カメラ３に対して接続され、カメラ３におけるシャッタースピード（露光時間）および撮像素子の感度（ゲイン）を制御する。受光光学系制御部９６は、カメラ３に対して接続され、カメラ３におけるレンズの絞りの制御やピントの調整を行う。すなわち、本システムにおいては、露出制御部９３により、レーザ制御部９４、カメラ制御部９５、および受光光学系制御部９６を介して、光切断センサユニット７におけるレーザパワーやシャッタースピードや絞り等が制御されることによって、露出の調整が行われる。
【０１７８】
また、露出制御部９３に対しては、ロボット制御部９７からのロボット９１の姿勢についての制御情報が入力される。同様に、露出制御部９３に対しては、外部照明制御部９９からの外部照明９８の照度についての制御情報が入力される。すなわち、露出制御部９３は、ロボット９１の姿勢や外部照明９８の照度に応じて、リアルタイムに光切断センサユニット７における各部の制御、つまり露出の調整を行う。
【０１７９】
以上のような構成を備える本システムにおいては、ロボット９１の姿勢が変化させられながら、ロボット９１に把持された光切断センサユニット７によってワーク８０の三次元形状の計測が行われる過程において、光切断線１２の撮像条件としての照明条件やワーク８０の表面の反射率が刻一刻と変化する。すなわち、光切断線１２の撮像条件としての照明条件は、季節や時間帯や場所、あるいはロボット９１のワーク８０に対する姿勢等により変化する。また、ワーク８０の表面の反射率は、ワーク８０の種類や性状等によって変化する。そこで、このような照明条件等の変化に対応するため、本システムにおいては、光切断に適した露出の自動制御がリアルタイムに行われる。
【０１８０】
すなわち、本システムによるワーク８０の三次元形状の計測において、前述したような二次元画像１３の輝度体積Ｖに基づく露出の調整（露出のフィードバック制御）が行われる。そして、露出の調整においては、外部照明９８が補助的に用いられる。ここで、外部照明９８による照明については、例えば、ロボット９１のワーク８０に対する姿勢によって照明条件が変化することに基づき、ロボット９１の姿勢と外部照明９８の照度との同期制御を行うこともできる。このように、露出の調整において、光切断センサユニット７における各部の調整に加え、外部照明９８の調整が行われることで、露出の調整の幅が広がり、逐次変化する照明条件やワーク８０の表面の反射率に対して高い汎用性が得られる。
【０１８１】
また、本システムにおいて、ワーク８０についての三次元座標の計測データ（以下「座標データ」という。）の取得は、次のようにして行われる。すなわち、光切断センサユニット７によって計測されたワーク８０についての座標データは、初期状態では光切断センサユニット７における座標系で計測される。次に、光切断センサユニット７における座標系で計測された座標データは、ロボット９１におけるロボットハンド部９１ｂの座標系に変換される。次に、ロボットハンド部９１ｂの座標系は、ロボット９１の姿勢についての制御情報に基づき、ロボット９１におけるベース部９１ａの座標系に変換される。そして、最後に、ロボット９１におけるベース部９１ａの座標系が、予め設定されているワーク８０についての固定座標に変換される。このような座標データの取得が、リアルタイムに行われることで、統合制御部９２において、光切断センサユニット７によって計測されたワーク８０の三次元形状が、三次元空間上に統合される。
【０１８２】
以上のように、本実施形態に係る三次元形状計測が適用される本システムによれば、季節や時間帯や場所等によって変化する照明条件や、ワークの種類等によって変化するワークの表面の反射率に対応したリアルタイムな露出の自動調整を行うことができる。これにより、ワークの三次元形状計測において、ライン抽出の効率の向上が図れるとともに、撮像素子のラティチュード（反応帯域）を最大限に生かすことができ、精度の良いデータの取得を行うことが可能となる。
【０１８３】
以上の実施形態により説明した本発明は、例えば、自動車メーカ、自動車部品や家電部品や船舶部品や航空部品等の各種部品メーカ、あるいは設備メーカ等の様々な分野で用いられるインライン品質検査設備において適用され得る。これにより、リコール対象など重大な品質不具合を未然に防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１８４】
【図１】本発明の一実施形態に係る三次元形状計測装置の構成を示す図。
【図２】カメラの撮像面とスリット面モデルとの対応関係を示す図。
【図３】二次元画像の一例を示す図。
【図４】スリット画像の中心線についての説明図。
【図５】輝度体積についての説明図。
【図６】各露出状態についてのサンプル画像の一例を示す図。
【図７】露出のフィードバック制御の説明図。
【図８】レーザパワーの変化による輝度グラフに対する影響についての説明図。
【図９】シャッタースピードの変化によるスキャニング周期に対する影響についての説明図。
【図１０】平均化処理が行われる場合の露出のフィードバック制御の説明図。
【図１１】外乱部分を含む二次元画像の一例を示す図。
【図１２】外乱部分が存在することによる各輝度体積の大きさの時間変化を表すグラフを示す図。
【図１３】有効スリット長についての説明図。
【図１４】長さの異なるワークについての二次元画像の一例を示す図。
【図１５】本発明の一実施形態に係る三次元形状計測方法における目標値設定工程についてのフロー図。
【図１６】本発明の一実施形態に係る三次元形状計測方法における形状計測工程についてのフロー図。
【図１７】本実施形態に係る三次元形状計測の適用例としてのシステム構成を示す図。
【符号の説明】
【０１８５】
１      三次元形状計測装置
２      レーザ投光部（照射手段）
３      カメラ（撮像手段）
５      演算制御部（演算手段）
１０    ワーク（測定対象物）
１１    スリット光
１２    光切断線
１３    二次元画像
１３ａ  露出アンダー限界画像
１３ｂ  露出適正画像
１３ｃ  露出オーバー限界画像
２０    スリット画像
５１    サンプル画像取得部
５２    輝度体積算出部
５３    目標値設定部
５４    露出制御部
５５    平均化処理部
５６    輝度体積補正部
【図１】
2009281815.tif 000008
【図２】
2009281815.tif 000009
【図３】
2009281815.tif 000010
【図４】
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【図５】
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【図７】
2009281815.tif 000013
【図８】
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【図９】
2009281815.tif 000015
【図１０】
2009281815.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
2009281815.tif 000018
【図１３】
2009281815.tif 000019
【図１５】
2009281815.tif 000020
【図１６】
2009281815.tif 000021
【図１７】
2009281815.tif 000022
【図６】
2009281815.tif 000023
【図１４】
2009281815.tif 000024