(57)【要約】【課題】搬送中の振動による誤差を補正する。【解決手段】三次元形状計測システム１は第１基準物１１および第２基準物２２を備えている。三次元形状算出部１８ｂは、測定対象物１０とともに搬送される第１基準物１１および第２基準物２２の像の形状に基づいて、測定対象物表面による反射光の像の形状を式（３）を用いて補正する。このように、測定対象物１０とともに搬送されるものの形状に基づいて補正を行うことにより、本発明によれば、搬送の前後段で配置された例えば生産機械の振動による時間的なデータずれを補正することができる。【選択図】図１３
2009222464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物を所定の搬送方向であるＸ軸方向に搬送する搬送テーブルと、
前記搬送テーブルによって搬送されている前記測定対象物に対して、前記Ｘ軸方向と交差する方向であるＹ軸方向に長軸が延びるスリット光を照射する照射手段と、
前記Ｘ軸方向と平行な表面を有し、前記搬送テーブル上に前記測定対象物とともに配置される第１基準物と、
前記Ｘ軸方向、および前記Ｘ軸方向と交差する方向であるＺ軸方向に対して予め定められた所定の比率Ｆで単調に傾斜する表面を有し、前記搬送テーブル上に前記測定対象物とともに配置される第２基準物と、
前記照射手段から照射された前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を反射する反射手段と、
前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を前記反射手段を介して撮像するとともに、前記第１基準物および前記第２基準物を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された前記測定対象物表面による反射光の像の形状を、前記撮像手段により撮像された前記第１基準物および前記第２基準物の像の形状に基づいて補正し、前記測定対象物の三次元形状P（t,x,y,z）（ただし、ｔは時間を表す変数である。）を算出する三次元形状算出手段と、
を備え、
前記反射手段は、前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を、当該スリット光の長軸方向に沿って複数に分割し、当該分割された複数の反射光が前記長軸方向と垂直方向に配置されて前記撮像手段によって撮像されるように、形成されており、
前記三次元形状算出手段は、
静止状態の前記第１基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、当該静止状態の前記第１基準物の前記Ｚ軸上での座標を求めて基準値Z0とし、
静止状態の前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、当該静止状態の前記第２基準物の前記Ｘ軸上での座標を求めて基準値X0とし、
静止状態の前記第１基準物または前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、当該静止状態の前記第１基準物または前記第２基準物の前記Ｙ軸上での座標を求めて基準値Y0とし、
前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を前記撮像手段が撮像した画像より、前記測定対象物の補正前の三次元形状P’(t,x,y,z)を求め、
前記測定対象物とともに搬送中の前記第１基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、前記第１基準物のＺ座標Z1(t)を求め、
前記測定対象物とともに搬送中の前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、前記第２基準物のＺ座標Z’2(t)を求め、
前記測定対象物とともに搬送中の前記第１基準物または前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、それぞれ前記第１基準物のＹ座標Y1(t)または前記第２基準物のＹ座標Y2(t)を求め、
前記Ｚ座標Z’2(t)を下記数式（１）
Z2(t)=Z’2(t)-Z1(t)…（１）
により補正し、前記第２基準物の補正後のＺ座標Z2(t)を求め、
前記測定対象物とともに搬送中の前記第２基準物のＸ座標X2(t)を下記数式（２）
X2(t)=F×Z2(t) …（２）
により求め、
前記測定対象物の補正前の三次元形状P’(t,x,y,z)を下記数式（３）
P(t,x,y,z)=P’(t,x-Xt(t), y-Yt(t), z-Zt(t),) …（３）
（ただし、Xt(t)=X2(t)-X0, Yt(t)=Y1(t)-Y0またはYt(t)=Y2(t)-Y0, Zt(t)=Z1(t)-Z0）
により補正し、前記測定対象物の補正後の三次元形状P(t,x,y,z)を求める
ことを特徴とする三次元形状計測システム。
【請求項２】
前記第１基準物は直方体の形状をなし、
前記第２基準物は三角柱の形状をなし、
前記三角柱における三角形は直角三角形であり、
前記直角三角形における、互いに直交する両辺のうちの一方は前記Ｘ軸方向に延び、他方は前記Ｚ軸方向に延びる
ことを特徴とする請求項１に記載の三次元形状計測システム。
【請求項３】
前記照射手段は、平面からなる表面を有する静止状態の第３基準物に対して前記スリット光を照射し、
前記反射手段は、前記スリット光の前記第３基準物表面による反射光を、当該スリット光の長軸方向に沿って複数に分割し、当該分割された複数の反射光が前記長軸方向と垂直方向に配置されて前記撮像手段によって撮像されるように、形成されており、
前記撮像手段は、前記スリット光の前記第３基準物表面による反射光を前記反射手段を介して撮像し、
三次元形状算出手段は、
該反射光の像に基づいて当該第３基準物における基準値A(t,x,y,z)を求め、
前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光の像に基づいて前記測定対象物の撮像直後の三次元形状P’’(t,x,y,z)を求め、
前記撮像直後の三次元形状P’’(t,x,y,z)を下記数式（４）
P’(t,x,y,z)= P’’(t,x,y,z) - A(t,x,y,z) …（４）
により補正し、前記三次元形状P’(t,x,y,z)を求める
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システム。
【請求項４】
前記三次元形状算出手段は、前記基準値A(t,x,y,z)の近似曲線B(t,x,y,z)を最小二乗法により求めた場合に、前記三次元形状P’’(t,x,y,z)を下記数式（５）
P’(t,x,y,z)= P’’(t,x,y,z) - B(t,x,y,z) …（５）
により補正し、前記三次元形状P’(t,x,y,z)を求める
ことを特徴とする請求項３に記載の三次元形状計測システム。
【請求項５】
測定対象物を所定の搬送方向であるＸ軸方向に搬送する搬送テーブルと、
前記搬送テーブルによって搬送されている前記測定対象物に対して、前記Ｘ軸方向と交差する方向であるＹ軸方向に長軸が延びるスリット光を照射する照射手段と、
前記Ｘ軸方向と平行な表面を有し、前記搬送テーブル上に前記測定対象物とともに配置される第１基準物と、
前記Ｘ軸方向、および前記Ｘ軸方向と交差する方向であるＺ軸方向に対して予め定められた所定の比率Ｆで単調に傾斜する表面を有し、前記搬送テーブル上に前記測定対象物とともに配置される第２基準物と、
前記照射手段から照射された前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を反射する反射手段と、
前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を前記反射手段を介して撮像するとともに、前記第１基準物および前記第２基準物を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された前記測定対象物表面による反射光の像の形状を、前記撮像手段により撮像された前記第１基準物および前記第２基準物の像の形状に基づいて補正し、前記測定対象物の三次元形状P（t,x,y,z）（ただし、ｔは時間を表す変数である。）を算出する三次元形状算出手段と、
を備え、
前記反射手段は、前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を、当該スリット光の長軸方向に沿って複数に分割し、当該分割された複数の反射光が前記長軸方向と垂直方向に配置されて前記撮像手段によって撮像されるように、形成されている三次元形状計測システムにおける三次元形状計測方法であって、
前記三次元形状算出手段が、静止状態の前記第１基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、当該静止状態の前記第１基準物の前記Ｚ軸上での座標を求めて基準値Z0とする第１ステップと、
前記三次元形状算出手段が、静止状態の前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、当該静止状態の前記第２基準物の前記Ｘ軸上での座標を求めて基準値X0とする第２ステップと、
前記三次元形状算出手段が、静止状態の前記第１基準物または前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、当該静止状態の前記第１基準物または前記第２基準物の前記Ｙ軸上での座標を求めて基準値Y0とする第３ステップと、
前記三次元形状算出手段が、前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を前記撮像手段が撮像した画像より、前記測定対象物の補正前の三次元形状P’(t,x,y,z)を求める第４ステップと、
前記三次元形状算出手段が、前記測定対象物とともに搬送中の前記第１基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、前記第１基準物のＺ座標Z1(t)を求める第５ステップと、
前記三次元形状算出手段が、前記測定対象物とともに搬送中の前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、前記第２基準物のＺ座標Z’2(t)を求める第６ステップと、
前記三次元形状算出手段が、前記測定対象物とともに搬送中の前記第１基準物または前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、それぞれ前記第１基準物のＹ座標Y1(t)または前記第２基準物のＹ座標Y2(t)を求める第７ステップと、
前記三次元形状算出手段が、前記Ｚ座標Z’2(t)を下記数式（１）
Z2(t)=Z’2(t)-Z1(t)…（１）
により補正し、前記第２基準物の補正後のＺ座標Z2(t)を求める第８ステップと、
前記三次元形状算出手段が、前記測定対象物とともに搬送中の前記第２基準物のＸ座標X2(t)を下記数式（２）
X2(t)=F×Z2(t) …（２）
により求める第９ステップと、
前記三次元形状算出手段が、前記測定対象物の補正前の三次元形状P’(t,x,y,z)を下記数式（３）
P(t,x,y,z)=P’(t,x-Xt(t), y-Yt(t), z-Zt(t),) …（３）
（ただし、Xt(t)=X2(t)-X0, Yt(t)=Y1(t)-Y0またはYt(t)=Y2(t)-Y0, Zt(t)=Z1(t)-Z0）
により補正し、前記測定対象物の補正後の三次元形状P(t,x,y,z)を求める第１０ステップと、
を備えることを特徴とする三次元形状計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元形状計測システムおよび三次元形状計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、測定対象物の三次元形状を計測するシステムとして、例えば特許文献１に記載された三次元形状計測システムが知られている。特許文献１に記載された三次元形状計測システムは、撮像手段がスリット光の測定対象物表面による細長い反射光を直接撮像するのではなく、反射手段を用い、反射光を分割して撮像するので、撮像手段の撮像範囲を有効に利用することができる。その結果、測定対象物表面による反射光を直接撮像した場合の画像（例えば図１５を参照）と比べて、画像全体に占める反射光の像の割合を格段に増加させることができる。なお、図１５では、測定対象物表面による反射光を直接撮像したため、画像Ｑ１０に占める反射光Ｑ１１の像の割合が小さくなっている。
【特許文献１】特開２００７−２４０１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に記載された三次元形状計測システムでは、測定対象物がＸ軸方向に一定の速度で搬送されること、および搬送中にＹ軸方向およびＺ軸方向にて測定対象物の位置に時間的な変動は全くないことを前提としている。その反面、実際の生産環境の搬送システムでは、搬送の前後段に生産機械が配置されるなど、周辺環境に起因する振動が発生する可能性がある。したがって、測定対象物に振動が生じた場合に、特許文献１に記載された三次元形状計測システムの計測結果には当該振動による誤差が含まれるおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明は上記に鑑みてなされたもので、搬送中の振動による誤差を補正することが可能な三次元形状計測システムおよび三次元形状計測方法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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の三次元形状計測システムは、測定対象物を所定の搬送方向であるＸ軸方向に搬送する搬送テーブルと、前記搬送テーブルによって搬送されている前記測定対象物に対して、前記Ｘ軸方向と交差する方向であるＹ軸方向に長軸が延びるスリット光を照射する照射手段と、前記Ｘ軸方向と平行な表面を有し、前記搬送テーブル上に前記測定対象物とともに配置される第１基準物と、前記Ｘ軸方向、および前記Ｘ軸方向と交差する方向であるＺ軸方向に対して予め定められた所定の比率Ｆで単調に傾斜する表面を有し、前記搬送テーブル上に前記測定対象物とともに配置される第２基準物と、前記照射手段から照射された前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を反射する反射手段と、前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を前記反射手段を介して撮像するとともに、前記第１基準物および前記第２基準物を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された前記測定対象物表面による反射光の像の形状を、前記撮像手段により撮像された前記第１基準物および前記第２基準物の像の形状に基づいて補正し、前記測定対象物の三次元形状P（t,x,y,z）（ただし、ｔは時間を表す変数である。）を算出する三次元形状算出手段と、を備え、前記反射手段は、前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を、当該スリット光の長軸方向に沿って複数に分割し、当該分割された複数の反射光が前記長軸方向と垂直方向に配置されて前記撮像手段によって撮像されるように、形成されており、前記三次元形状算出手段は、静止状態の前記第１基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、当該静止状態の前記第１基準物の前記Ｚ軸上での座標を求めて基準値Z0とし、静止状態の前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、当該静止状態の前記第２基準物の前記Ｘ軸上での座標を求めて基準値X0とし、静止状態の前記第１基準物または前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、当該静止状態の前記第１基準物または前記第２基準物の前記Ｙ軸上での座標を求めて基準値Y0とし、前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を前記撮像手段が撮像した画像より、前記測定対象物の補正前の三次元形状P’(t,x,y,z)を求め、前記測定対象物とともに搬送中の前記第１基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、前記第１基準物のＺ座標Z1(t)を求め、前記測定対象物とともに搬送中の前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、前記第２基準物のＺ座標Z’2(t)を求め、前記測定対象物とともに搬送中の前記第１基準物または前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、それぞれ前記第１基準物のＹ座標Y1(t)または前記第２基準物のＹ座標Y2(t)を求め、前記Ｚ座標Z’2(t)を下記数式（１）
Z2(t)=Z’2(t)-Z1(t)…（１）
により補正し、前記第２基準物の補正後のＺ座標Z2(t)を求め、前記測定対象物とともに搬送中の前記第２基準物のＸ座標X2(t)を下記数式（２）
X2(t)=F×Z2(t) …（２）
により求め、前記測定対象物の補正前の三次元形状P’(t,x,y,z)を下記数式（３）
P(t,x,y,z)=P’(t,x-Xt(t), y-Yt(t), z-Zt(t),) …（３）
（ただし、Xt(t)=X2(t)-X0, Yt(t)=Y1(t)-Y0またはYt(t)=Y2(t)-Y0, Zt(t)=Z1(t)-Z0）
により補正し、前記測定対象物の補正後の三次元形状P(t,x,y,z)を求めることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の三次元形状計測方法は、測定対象物を所定の搬送方向であるＸ軸方向に搬送する搬送テーブルと、前記搬送テーブルによって搬送されている前記測定対象物に対して、前記Ｘ軸方向と交差する方向であるＹ軸方向に長軸が延びるスリット光を照射する照射手段と、前記Ｘ軸方向と平行な表面を有し、前記搬送テーブル上に前記測定対象物とともに配置される第１基準物と、前記Ｘ軸方向、および前記Ｘ軸方向と交差する方向であるＺ軸方向に対して予め定められた所定の比率Ｆで単調に傾斜する表面を有し、前記搬送テーブル上に前記測定対象物とともに配置される第２基準物と、前記照射手段から照射された前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を反射する反射手段と、前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を前記反射手段を介して撮像するとともに、前記第１基準物および前記第２基準物を撮像する撮像手段と、前記撮像手段により撮像された前記測定対象物表面による反射光の像の形状を、前記撮像手段により撮像された前記第１基準物および前記第２基準物の像の形状に基づいて補正し、前記測定対象物の三次元形状P（t,x,y,z）（ただし、ｔは時間を表す変数である。）を算出する三次元形状算出手段と、を備え、前記反射手段は、前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を、当該スリット光の長軸方向に沿って複数に分割し、当該分割された複数の反射光が前記長軸方向と垂直方向に配置されて前記撮像手段によって撮像されるように、形成されている三次元形状計測システムにおける三次元形状計測方法であって、前記三次元形状算出手段が、静止状態の前記第１基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、当該静止状態の前記第１基準物の前記Ｚ軸上での座標を求めて基準値Z0とする第１ステップと、前記三次元形状算出手段が、静止状態の前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、当該静止状態の前記第２基準物の前記Ｘ軸上での座標を求めて基準値X0とする第２ステップと、前記三次元形状算出手段が、静止状態の前記第１基準物または前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、当該静止状態の前記第１基準物または前記第２基準物の前記Ｙ軸上での座標を求めて基準値Y0とする第３ステップと、前記三次元形状算出手段が、前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光を前記撮像手段が撮像した画像より、前記測定対象物の補正前の三次元形状P’(t,x,y,z)を求める第４ステップと、前記三次元形状算出手段が、前記測定対象物とともに搬送中の前記第１基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、前記第１基準物のＺ座標Z1(t)を求める第５ステップと、前記三次元形状算出手段が、前記測定対象物とともに搬送中の前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、前記第２基準物のＺ座標Z’2(t)を求める第６ステップと、前記三次元形状算出手段が、前記測定対象物とともに搬送中の前記第１基準物または前記第２基準物を前記撮像手段が撮像した画像より、それぞれ前記第１基準物のＹ座標Y1(t)または前記第２基準物のＹ座標Y2(t)を求める第７ステップと、前記三次元形状算出手段が、前記Ｚ座標Z’2(t)を下記数式（１）
Z2(t)=Z’2(t)-Z1(t)…（１）
により補正し、前記第２基準物の補正後のＺ座標Z2(t)を求める第８ステップと、前記三次元形状算出手段が、前記測定対象物とともに搬送中の前記第２基準物のＸ座標X2(t)を下記数式（２）
X2(t)=F×Z2(t) …（２）
により求める第９ステップと、前記三次元形状算出手段が、前記測定対象物の補正前の三次元形状P’(t,x,y,z)を下記数式（３）
P(t,x,y,z)=P’(t,x-Xt(t), y-Yt(t), z-Zt(t),) …（３）
（ただし、Xt(t)=X2(t)-X0, Yt(t)=Y1(t)-Y0またはYt(t)=Y2(t)-Y0, Zt(t)=Z1(t)-Z0）
により補正し、前記測定対象物の補正後の三次元形状P(t,x,y,z)を求める第１０ステップと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このような本発明の三次元形状計測システムおよび三次元形状計測方法によれば、三次元形状計測システムは第１基準物および第２基準物を備えており、三次元形状算出手段は、測定対象物とともに搬送される第１基準物および第２基準物の像の形状に基づいて、測定対象物表面による反射光の像の形状を式（３）を用いて補正する。このように、測定対象物とともに搬送されるものの形状に基づいて補正を行うことにより、搬送の前後段で配置された例えば生産機械の振動による時間的なデータずれを補正することができる。
【０００８】
具体的に、第１基準物はＸ軸方向と平行な表面を有しており、この第１基準物を用いれば、搬送システム内で生じたＸ軸方向の振動による誤差を含まない第１基準物のＺ座標Z1(t)を求めることができる。また、第２基準物はＸ軸方向およびＺ軸方向に対して予め定められた所定の比率Ｆで単調に傾斜する表面を有しており、この第２基準物を用いれば、Ｚ座標Z2(t)に応じて所定の比率Ｆで変動するＸ座標X2(t)を式（２）を用いて求めることができる。このとき、第２基準物のＺ座標Z2(t)は、搬送システム内で生じたＸ軸方向の振動による誤差を含む可能性があるが、この誤差は上記求めた第１基準物のＺ座標Z1(t)を用いて式（１）により補正することができる。上述したように、第１基準物のＺ座標Z1(t)は搬送システム内で生じたＸ軸方向の振動による誤差を含まないため、Z1(t)を用いてZ2(t)を補正することにより、Z2(t)においてもＸ軸方向の振動による誤差を無くすことができる。そして、最終的に、搬送システム内で生じたＸ軸方向の振動による誤差を含まないＸ座標X2(t)等を用いて、測定対象物表面による反射光の像の形状を式（３）を用いて補正することができる。以上により、搬送の前後段で配置された例えば生産機械の振動による時間的なデータずれを補正することができる。
【０００９】
また、本発明においては、前記第１基準物は直方体の形状をなし、前記第２基準物は三角柱の形状をなし、前記三角柱における三角形は直角三角形であり、前記直角三角形における、互いに直交する両辺のうちの一方は前記Ｘ軸方向に延び、他方は前記Ｚ軸方向に延びることが好ましい。
【００１０】
この発明は、Ｘ軸方向と平行な表面を有している第１基準物の形状が直方体であり、且つＸ軸方向およびＺ軸方向に対して予め定められた所定の比率Ｆで単調に傾斜する表面を有している第２基準物の形状が三角柱である場合に、特に有用である。
【００１１】
また、本発明においては、前記照射手段は、平面からなる表面を有する静止状態の第３基準物に対して前記スリット光を照射し、前記反射手段は、前記スリット光の前記第３基準物表面による反射光を、当該スリット光の長軸方向に沿って複数に分割し、当該分割された複数の反射光が前記長軸方向と垂直方向に配置されて前記撮像手段によって撮像されるように、形成されており、前記撮像手段は、前記スリット光の前記第３基準物表面による反射光を前記反射手段を介して撮像し、三次元形状算出手段は、該反射光の像に基づいて当該第３基準物における基準値A(t,x,y,z)を求め、前記スリット光の前記測定対象物表面による反射光の像に基づいて前記測定対象物の撮像直後の三次元形状P’’(t,x,y,z)を求め、前記撮像直後の三次元形状P’’(t,x,y,z)を下記数式（４）
P’(t,x,y,z)= P’’(t,x,y,z) - A(t,x,y,z) …（４）
により補正し、前記三次元形状P’(t,x,y,z)を求めることが好ましい。
【００１２】
この発明によれば、三次元形状計測システムは第３基準物を備えており、三次元形状算出手段は静止状態の第３基準物の像の形状に基づいて、測定対象物表面による反射光の像の形状を式（４）を用いて補正する。このように、三次元形状算出手段は静止状態のものの形状に基づいて補正を行うので、この補正によれば、三次元形状計測システムを構成する各要素、つまり搬送テーブル、照射手段、反射手段、および撮像手段の設置ずれによる空間的なデータずれを補正することができる。
【００１３】
また、本発明においては、前記三次元形状算出手段は、前記基準値A(t,x,y,z)の近似曲線B(t,x,y,z)を最小二乗法により求めた場合に、前記三次元形状P’’(t,x,y,z)を下記数式（５）
P’(t,x,y,z)= P’’(t,x,y,z) - B(t,x,y,z) …（５）
により補正し、前記三次元形状P’(t,x,y,z)を求めることが好ましい。
【００１４】
この発明によれば、基準値A(t,x,y,z)を最小二乗法により更に補正してから、測定対象物表面による反射光の像の形状を式（５）を用いて補正することにより、補正の精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、搬送中の振動による誤差を補正することが可能な三次元形状計測システムおよび三次元形状計測方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１７】
（三次元形状計測システム１の構成）
本実施形態に係る三次元形状計測システム１の構成について図面を参照しつつ説明する。図１は本実施形態に係る三次元形状計測システム１の斜視図である。図１に示されるように、本実施形態の三次元形状計測システム１は、搬送テーブル１２、光源ユニット１４（照射手段）、カメラ１６（撮像手段）、ミラーユニット１７（反射手段）、コンピュータ装置１８（三次元形状算出手段）およびディスプレイ２０を備えている。
【００１８】
搬送テーブル１２は、一定速度で回転するベルトコンベアによって構成されており、ベルト上に載置された測定対象物１０、第１基準物１１および第２基準物２２を所定の搬送方向に搬送する。ここで、所定の搬送方向とは、図１に示されるＸ軸正方向である。搬送テーブル１２は、ベルト上に載置された測定対象物１０、第１基準物１１および第２基準物２２を０．０１ｍｍ／ｍｓｅｃの速度で搬送する。
【００１９】
第１基準物１１は、図２に示すように、Ｘ軸方向と平行に延びる表面１１１を有するものである。図２では、第１基準物１１のなす形状の一例として直方体を示しているが、Ｘ軸方向と平行な表面を有するもの（例えば立方体など）であれば直方体に限らずに第１基準物１１として用いることができる。また、第１基準物１１は、図１に示すように、搬送テーブル１２上に配置され、測定対象物１０が搬送されるときに測定対象物１０とともに搬送される。
【００２０】
第２基準物２２は、図３に示すように、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に対して予め定められた所定の比率Ｆで単調に傾斜する表面２２１を有するものである。図３では、第２基準物２２のなす形状の一例として三角柱を示している。この三角柱における三角形２２２は例えば直角三角形であり、この直角三角形における、互いに直交する両辺のうちの一方２２３はＸ軸方向に延び、他方２２４はＺ軸方向に延びる。図３では、第２基準物２２のなす形状の一例として三角柱を示しているが、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に対して予め定められた所定の比率で単調に傾斜する表面を有するものであれば三角柱に限らずに第２基準物２２として用いることができる。また、第２基準物２２は、図１に示すように、搬送テーブル１２上に配置され、測定対象物１０が搬送されるときに測定対象物１０とともに搬送される。
【００２１】
光源ユニット１４は、搬送テーブル１２によって搬送されている測定対象物１０に対して、スリット光を照射するためのものである。スリット光の照射方向は、搬送方向すなわちＸ軸正方向と交差する方向である。
【００２２】
より具体的には、光源ユニット１４は、スリット光を照射する９つのスリット光源１４１，１４２，１４３，１４４，１４５，１４６，１４７，１４８，１４９を有している。９つのスリット光源１４１〜１４９としては、一次元半導体レーザアレイ、半導体レーザとシリンドリカルレンズとを組み合わせたもの、半導体レーザとレーザ光スキャン機構（たとえば回転鏡）とを組み合わせたものなど、種々の構成が採用されうる。
【００２３】
スリット光源１４１〜１４９は、搬送テーブル１２の上方、すなわち図１のＺ軸正方向に配設されており、搬送テーブル１２によって搬送されている測定対象物１０に対してスリット光をそれぞれ照射する。スリット光源１４１〜１４９によるスリット光の照射方向は、固定されている。各スリット光の長軸は、搬送テーブル１２による測定対象物１０の搬送方向と交差する方向、すなわち図１のＹ軸方向に延びている。
【００２４】
スリット光源１４１〜１４９が測定対象物１０にスリット光を照射すると、測定対象物１０表面による反射光が発生する。ミラーユニット１７はこの反射光を反射するものである。ミラーユニット１７は、発生した反射光をスリット光の長軸方向に沿って複数に分割し、当該分割された複数の反射光が長軸方向と垂直方向に配置されてカメラ１６によって撮像されるように、形成されている。
【００２５】
より具体的には、ミラーユニット１７は９つの反射鏡１７１，１７２，１７３，１７４，１７５，１７６，１７７，１７８，１７９を有している。反射鏡１７１〜１７９はそれぞれ短冊形状を呈している。反射鏡１７１〜１７９を図１のＹ軸正方向から見たときの側面図を、図４に示す。また、反射鏡１７１〜１７９、カメラ１６、及び搬送テーブル１２上の測定対象物１０を図１のＸ軸正方向から見たときの側面図を、図５に示す。
【００２６】
反射鏡１７１〜１７９は、図４に示されるように、実質的にＸ軸方向に沿って配列されている。また、反射鏡１７１〜１７９は、図５に示されるように、カメラ１６の有するテレセントリックレンズ１６ａの中心軸と所定の角度θをなしている。角度θは反射鏡１７１〜１７９それぞれで異なり、反射鏡１７１では２５°、反射鏡１７２では３０°、反射鏡１７３では３５°、反射鏡１７４では４０°、反射鏡１７５では４５°、反射鏡１７６では５０°、反射鏡１７７では５５°、反射鏡１７８では６０°、反射鏡１７９では６５°、となっている。本実施形態の反射鏡１７１〜１７９それぞれは、図４及び図５に示されるように、２２．５ｍｍの長辺Ｌ１を有し、２．５ｍｍの短辺Ｗ１を有している。
【００２７】
図１に示されるように、９つの反射鏡１７１〜１７９は、９つのスリット光源１４１〜１４９とそれぞれ対応している。９つの反射鏡１７１〜１７９は、スリット光源１４１〜１４９から照射されたスリット光の反射光をカメラ１６に向けて反射する。
【００２８】
図６は、搬送テーブル１２上の測定対象物１０の反射領域を示す図であって、測定対象物１０を図１に示されるＺ軸正方向から見たときのものである。ここで、反射領域Ｒ１〜Ｒ９はそれぞれ、スリット光源１４１〜１４９によりスリット光が照射される領域である。反射領域Ｒ１〜Ｒ９は非連続となっている。また、測定対象物１０が搬送されると、反射領域Ｒ１〜Ｒ９の位置は移動することとなる。これは、測定対象物１０の搬送に応じて、測定対象物１０に対するスリット光の照射位置が移動するためである。
【００２９】
スリット光源１４１から照射されたスリット光の、反射領域Ｒ１による反射光は、反射鏡１７１によってカメラ１６に向けて反射される。スリット光源１４２〜１４９から照射されたスリット光の、反射領域Ｒ２〜Ｒ９での反射光は、反射鏡１７２〜１７９によってカメラ１６に向けてそれぞれ反射される。このように、９つの反射鏡１７１〜１７９は、９つのスリット光源１４１〜１４９がスリット光を照射することにより発生した９つの反射光を反射することとなる。スリット光源１４１〜１４９と反射鏡１７１〜１７９とをそれぞれ同数備えて一対一の関係とすることで、発生した反射光を確実に反射させることができるとともに、スリット光源と反射鏡との位置合わせが容易となる。
【００３０】
図１に示されるように、９つの反射鏡１７１〜１７９と実質的に対向する位置には、カメラ１６が設置されている。カメラ１６は、ミラーユニット１７を介して、スリット光源１４１〜１４９から照射されたスリット光の測定対象物１０表面による反射光を撮像する。より具体的には、カメラ１６は、スリット光源１４１〜１４９から照射されたスリット光の、測定対象物１０表面の反射領域Ｒ１〜Ｒ９による反射光を、反射鏡１７１〜１７９を介して撮像する。
【００３１】
カメラ１６は、撮像倍率が１倍のテレセントリックレンズ１６ａを有している。図５に示されるように、カメラ１６の向きは、テレセントリックレンズ１６ａの中心軸が搬送テーブル１２と平行となるように調整されている。Ｚ軸方向におけるテレセントリックレンズ１６ａの中心軸と搬送テーブル１２との距離Ｄ１は、７１ｍｍとなっている。カメラ１６と９つの反射鏡１７１〜１７９との距離Ｄ２は７８ｍｍとなっている。
【００３２】
カメラ１６は、１０００ｆｐｓ以上の高フレームレートを有する。このようなカメラとしては、例えば、フォトロン社のＦＡＳＴＣＡＭ  ｕｌｔｉｍａ１０２４などが挙げられる。カメラ１６は、１０２４ピクセル×１０２４ピクセル以上の空間解像度を有することが好ましいが、必要精度に応じて、５１２ピクセル×５１２ピクセル、あるいは１２８ピクセル×１２８ピクセルというように適宜変更可能である。カメラ１６は、ＲＧＢぞれぞれが２５６階調（８ビット）以上のカラー画像を撮像可能なカラーカメラが好ましいが、ＲＧＢぞれぞれが２５６階調（８ビット）未満のカラー画像を撮像するカラーカメラや、白黒画像を撮像する白黒カメラを用いることもできる。カメラ１６の画素サイズは１７μｍ×１７μｍであり、カメラ１６のセンササイズは１７．６ｍｍ×１７．６ｍｍとなって
いる。
【００３３】
図７は、カメラ１６により撮像された画像を示す図である。カメラ１６の撮像範囲は正方形に近い矩形を呈しているため、撮像される画像Ｑもまた、正方形に近い矩形状となる。画像Ｑに映っている、スリット光の反射領域Ｒ１〜Ｒ９による反射光の像３４はそれぞれ、画像Ｑの一方の辺方向（Ｑｙ軸方向）に延びている。また、反射光の像３４は他方の辺方向（Ｑｘ軸方向）に並んでいる。カメラ１６は、撮像した画像Ｑをコンピュータ装置１８に出力する。
【００３４】
更に、カメラ１６は、第１基準物１１、第２基準物２２および第３基準物３３を撮像する（図１を参照）。第３基準物３３の形状については後述する。実装の便宜により、測定対象物１０撮像用のカメラと、第１基準物１１、第２基準物２２および第３基準物３３撮像用のカメラとを別々に設けてもよいが、本実施形態においては、一台のカメラが測定対象物１０、第１基準物１１、第２基準物２２および第３基準物３３を全て撮像するように構成している。また、第１基準物１１、第２基準物２２および第３基準物３３を撮像する際に、カメラ１６は、ミラーユニット１７を介して反射した反射光を撮像してもよく、第１基準物１１、第２基準物２２および第３基準物３３をそのまま撮像してもよい。本実施形態においては、カメラ１６は、第１基準物１１、第２基準物２２をそのまま撮像し、第３基準物３３についてはミラーユニット１７を介して反射した反射光を撮像する。カメラ１６は、第１基準物１１、第２基準物２２および第３基準物３３を撮像した画像をコンピュータ装置１８に出力する。
【００３５】
コンピュータ装置１８は、カメラ１６により撮像された、スリット光の反射領域Ｒ１〜Ｒ９による反射光の像３４の形状を、カメラ１６により撮像された第１基準物１１、第２基準物２２および第３基準物３３の像の形状に基づいて補正し、測定対象物１０の三次元形状P（t,x,y,z）（ただし、ｔは時間、ｘはＸ軸、ｙはＹ軸、ｚはＺ軸をそれぞれ表す変数である。）を算出する部分である。図８は、コンピュータ装置１８の構成を示す図である。コンピュータ装置１８は、物理的には、パーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用コンピュータであり、特定のソフトウェアをインストールすることによって、図８に示される入力インターフェイス部１８ａ、三次元形状算出部１８ｂ、格納部１８ｃ、及び出力インターフェイス部１８ｄの機能を実現する。
【００３６】
入力インターフェイス部１８ａは、カメラ１６により出力された測定対象物１０、第１基準物１１、第２基準物２２および第３基準物３３の像を順次取り込む部分である。入力インターフェイス部１８ａは、取り込んだ画像を三次元形状算出部１８ｂに対して出力する。
【００３７】
三次元形状算出部１８ｂは、まず、カメラ１６により出力された測定対象物１０の像である画像Ｑから測定対象物１０をスライスしたものの形状（二次元形状）を算出し、かかる形状に基づいて三次元形状P(t,x,y,z)を算出する。図９に示す画像Ｑを用いて、三次元形状算出部１８ｂによる三次元形状P(t,x,y,z)の算出手順を説明する。
【００３８】
三次元形状算出部１８ｂは、入力インターフェイス部１８ａから画像Ｑを受け取る。三次元形状算出部１８ｂは、Ｑｙ軸方向に延びる９つの画素領域Ａ１〜Ａ９を画像Ｑから抽出する。画素領域Ａ１〜Ａ９はそれぞれ、反射領域Ｒ１〜Ｒ９に対応する部分となる。画素領域Ａ１〜Ａ９は全て同一のサイズとなっているが、反射領域Ｒ１〜Ｒ９はそれぞれサイズが異なっている。そこで三次元形状算出部１８ｂは、正確な三次元形状を計測するために、画素領域Ａ１〜Ａ９のサイズを、反射領域Ｒ１〜Ｒ９それぞれの実際のサイズに合わせて補正する。
【００３９】
サイズの補正の方法について、具体的に説明する。図５に示されるカメラ１６のセンサは、縦幅Ｌ２が１７．６ｍｍとなっている。したがって、反射領域Ｒ１〜Ｒ９のＹ軸方向における実際の長さｄｙ（単位ｍｍ）を、以下の式（６）で算出することができる。なお、θは、先述したように、反射鏡１７１〜１７９とテレセントリックレンズ１６ａの中心軸とがなす角度である。
ｄｙ＝１７．６／ｓｉｎ（２θ）      ・・・（６）
【００４０】
式（６）によれば、反射領域Ｒ１の実際の長さｄｙ１は２２．９８ｍｍである。反射領域Ｒ２，Ｒ８の実際の長さは２０．３２ｍｍであり、反射領域Ｒ３，Ｒ７の実際の長さは１８．７ｍｍであり、反射領域Ｒ４，Ｒ６の実際の長さは１７．９ｍｍであり、反射領域Ｒ５の実際の長さは１７．６ｍｍであり、反射領域Ｒ９の実際の長さは２２．９８ｍｍである。三次元形状算出部１８ｂは、画素領域Ａ１〜Ａ９それぞれの長さの比が反射領域Ｒ１〜Ｒ９それぞれの長さの比（22.98：20.32：18.7：17.9：17.6：17.9：18.7：20.32：22.98）と同一となるように、画素領域Ａ１〜Ａ９のサイズを補正する。サイズを補正する際には、画素領域Ａ１〜Ａ９に映っている反射光の像３４の位置等もあわせて補正（以下、「位置補正」という。）するが、この位置補正の方法については後述する。なお、サイズ補正後の三次元形状P’’(t,x,y,z)に後述する位置補正を施すことにより、位置補正後の三次元形状P(t,x,y,z)が得られることとなる。
【００４１】
三次元形状算出部１８ｂは、補正後の画素領域Ａ１の情報を、格納部１８ｃに格納する。この情報には、画素領域Ａ１における反射光の像３４の補正後の位置等についての情報が含まれている。格納する際、画素領域Ａ１の情報にＡ１（ｔｎ）の識別子を付与する。この識別子から、格納された情報が、計測開始から「ｎ」ミリ秒後に撮像された画像Ｑ中の、画素領域「Ａ１」における反射光の像３４の位置等についての情報であることがわかる。三次元形状算出部１８ｂは、同様にして、補正後の画素領域Ａ２〜Ａ９の情報を格納部１８ｃに格納する。格納する際には、Ａ２（ｔｎ）〜Ａ９（ｔｎ）の識別子を付与する。
【００４２】
次に、三次元形状算出部１８ｂは、格納部１８ｃに格納された情報に基づいて、測定対象物１０をスライスしたものの形状を得る。
【００４３】
図１０は、測定対象物１０を図１に示されるＺ軸正方向から見たときのものである。先述したように、反射領域Ｒ１〜Ｒ９は不連続となっている。また、反射鏡１７１〜１７９がそれぞれ２．５ｍｍの短辺を有する長方形を呈していることから、反射領域Ｒ１〜Ｒ９も２．５ｍｍの短辺ｄｘを有する長方形であることがわかる。更に、測定対象物１０の搬送速度は０．０１ｍｍ／ｍｓｅｃである。これらのことから、図１０に示されるように、ｍミリ秒後における反射領域Ｒ９（図１０のR9(m)）と、ｍ＋２５０ミリ秒後における反射領域Ｒ８（図１０のR8(m+250)）と、ｍ＋５００ミリ秒後における反射領域Ｒ７（図１０のR7(m+500)）と、ｍ＋７５０ミリ秒後における反射領域Ｒ６（図１０のR6(m+750)）と、ｍ＋１０００ミリ秒後における反射領域Ｒ５（図１０のR5(m+1000)）と、ｍ＋１２５０ミリ秒後における反射領域Ｒ４（図１０のR4(m+1250)）と、ｍ＋１５００ミリ秒後における反射領域Ｒ３（図１０のR3(m+1500)）と、ｍ＋１７５０ミリ秒後における反射領域Ｒ２（図１０のR2(m+1750)）と、ｍ＋２０００ミリ秒後における反射領域Ｒ１（図１０のR1(m+2000)）とは、図１のＹ軸方向に沿って連続して並ぶということが判明する。
【００４４】
そこで、三次元形状算出部１８ｂは、識別子Ａ１（ｔｍ＋２０００），Ａ２（ｔｍ＋１７５０），Ａ３（ｔｍ＋１５００），Ａ４（ｔｍ＋１２５０），Ａ５（ｔｍ＋１０００），Ａ６（ｔｍ＋７５０），Ａ７（ｔｍ＋５００），Ａ８（ｔｍ＋２５０），Ａ９（ｔｍ）が付与された情報を格納部１８ｃからそれぞれ抽出し、これらの情報を順に並べることで図１１に示される合成画像Ｓを得る。このようにして得られた合成画像Ｓは、細長い形状となる。また、得られた合成画像Ｓ中では、反射光の像３４は連続したものとなる。
【００４５】
合成画像Ｓ中の連続した反射光の像３４は、図１に示される搬送テーブル１２上の測定対象物１０に対して、当該測定対象物１０をＹ軸方向に横切るような１本のスリット光を照射した場合に生じる反射光の像と同一である。合成画像Ｓでは、全体に占める反射光の像３４の割合が大きいため、反射光の像３４が連続してなる形状を正確に把握することができる。
【００４６】
三次元形状算出部１８ｂは、合成画像Ｓ中の連続した反射光の像３４の形状から、搬送テーブル１２に対する測定対象物１０の表面高さを公知の方法で算出する。これにより、測定対象物１０をスリット光の長軸方向（図１のＹ軸方向）にスライスしたものの形状が計測される。
【００４７】
三次元形状算出部１８ｂは、スリット光が照射されながら搬送される測定対象物１０の画像について、上述の処理を繰り返す。これにより、測定対象物１０をスリット光の長軸方向（図１のＹ軸方向）にスライスしたものの形状が順次算出されることとなる。三次元形状算出部１８ｂは、これらを図１のＸ軸方向に重ね合わせることによって、三次元形状を算出する。
【００４８】
出力インターフェイス部１８ｄは、三次元形状算出部１８ｂによって算出された測定対象物１０の三次元形状のデータをディスプレイ２０に対して出力する。ディスプレイ２０は、出力インターフェイス部１８ｄから出力されたデータから、測定対象物１０の三次元形状についての特徴量（搬送テーブル１２に対する最高点の位置及び高さなど）を表示したり、測定対象物１０の三次元形状のデータを三次元グラフィックにて表示したりする。
【００４９】
（位置補正）
続いて、上記のサイズ補正後の三次元形状P’’(t,x,y,z)に位置補正を施すことにより、位置補正後の三次元形状P(t,x,y,z)を得る方法について説明する。以下に説明する位置補正は、搬送の前後段で配置された例えば生産機械の振動による時間的なデータずれを補正すること、および三次元形状計測システム１を構成する各要素、つまり搬送テーブル１２、光源ユニット１４、カメラ１６、ミラーユニット１７の設置ずれによる空間的なデータずれを補正することを目的として行われる。以下では、図１２〜図１４のフローチャートを参照しながら説明する。
【００５０】
（位置補正の前処理）
まず、図１２を参照しながら、位置補正を行うための前処理について説明する。図１２に示すように、最初に、カメラ１６が第３基準物３３を撮像する。第３基準物３３は平面からなる表面を有するものであればよく、本実施形態では例えば図１に示す測定対象物１０の平面部１０１や搬送テーブル１２の平面部１２１を第３基準物３３として用いることができる。また、例えば第１基準物１１（図２）と同じ形状のものを第３基準物３３として用いてもよい。第１基準物１１の表面１１１が平面からなる表面であるからである。撮像の際には、光源ユニット１４が静止状態の第３基準物３３に対してスリット光を照射し、ミラーユニット１７が当該スリット光の第３基準物表面による反射光を当該スリット光の長軸方向に沿って複数に分割する。そして、カメラ１６が当該スリット光の第３基準物表面による反射光をミラーユニット１７を介して撮像する。次に、三次元形状算出部１８ｂが当該反射光の像に基づいて当該第３基準物３３における基準値A(t,x,y,z)を求める。基準値A(t,x,y,z)は、例えば、分割された反射光の像それぞれにおける重心である。また、例えばA(m,t,x,y,z)のように、各反射光の像それぞれを識別するための別途の識別子ｍを更に付与してもよい（ステップＳ１）。
【００５１】
次に、三次元形状算出部１８ｂが、必要に応じて、ステップＳ１で求めた基準値A(t,x,y,z)の近似曲線B(t,x,y,z)を求めておく。このとき、三次元形状算出部１８ｂは公知の最小二乗法を用いることができる（ステップＳ２）。
【００５２】
次に、三次元形状算出部１８ｂが、第２基準物２２について、変換式X2(t)=F×Z2(t)を用意する。つまり、三次元形状算出部１８ｂは図３に示す第２基準物２２における所定の比率Ｆを予め計算しておく。所定の比率Ｆは第２基準物２２の形状によるものであり例えば「１」であってもよく、その他特定の整数であってもよい。所定の比率Ｆが例えば「１」である場合に、変換式はX2(t)=Z2(t)となる（ステップＳ３）。
【００５３】
次に、三次元形状算出部１８ｂが、カメラ１６より静止状態の第１基準物１１および第２基準物２２を撮像した画像を入力され、当該画像に基づいて基準値X0、Y0、Z0を求める。具体的に、三次元形状算出部１８ｂは、カメラ１６が静止状態の第１基準物１１を撮像した画像より、静止状態の第１基準物１１のＺ軸上での座標を求め、基準値Z0とする。また、三次元形状算出部１８ｂは、カメラ１６が静止状態の第２基準物２２を撮像した画像より、静止状態の第２基準物２２のＸ軸上での座標を求め、基準値X0とする。また、三次元形状算出部１８ｂは、カメラ１６が静止状態の第２基準物２２を撮像した画像より、静止状態の第２基準物２２のＹ軸上での座標を求め、基準値Y0とする。なお、基準値Y0を求める際に、三次元形状算出部１８ｂは、カメラ１６が静止状態の第１基準物１１を撮像した画像より、静止状態の第１基準物１１のＹ軸上での座標を求め、基準値Y0としてもよい（ステップＳ４、第１ステップ、第２ステップ、第３ステップ）。
【００５４】
（位置補正の本処理）
以上により、位置補正を行うための前処理について説明した。引き続き、ステップＳ１〜ステップＳ４の前処理の後に行われる位置補正の本処理について、図１３および図１４のフローチャートを参照しながら説明する。
【００５５】
最初に、三次元形状算出部１８ｂが、搬送中の測定対象物１０をカメラ１６が撮像した画像に基づいて、測定対象物１０の撮像直後の三次元形状P’’(t,x,y,z)を求める。なお、この三次元形状P’’(t,x,y,z)は、上記説明したサイズ補正の後の三次元形状P’’(t,x,y,z)である。カメラ１６の撮像の際には、上述したように、光源ユニット１４が搬送中の測定対象物１０に対してスリット光を照射し、ミラーユニット１７が当該スリット光の測定対象物１０表面による反射光を当該スリット光の長軸方向に沿って複数に分割する。そして、カメラ１６が当該スリット光の測定対象物１０表面による反射光をミラーユニット１７を介して撮像する。次に、三次元形状算出部１８ｂが当該反射光の像に上記のサイズ補正を施し、当該測定対象物１０の撮像直後の三次元形状P’’(t,x,y,z)を求める（ステップＳ１１、第４ステップ）。
【００５６】
次に、三次元形状算出部１８ｂが、ステップＳ１１で求めた撮像直後の三次元形状P’’(t,x,y,z)を下記数式（４）
P’(t,x,y,z)= P’’(t,x,y,z) - A(t,x,y,z) …（４）
により補正し、測定対象物１０の位置補正前の三次元形状P’(t,x,y,z)を求める。なお、式中、A(t,x,y,z)はステップＳ１で求めた基準値A(t,x,y,z)である（ステップＳ１２）。
【００５７】
次に、三次元形状算出部１８ｂが、測定対象物１０とともに搬送中の第１基準物１１をカメラ１６が撮像した画像に基づいて、第１基準物１１のＺ座標Z1(t)を求める（ステップＳ１３、第５ステップ）。
【００５８】
次に、三次元形状算出部１８ｂが、測定対象物１０とともに搬送中の第２基準物２２をカメラ１６が撮像した画像に基づいて、第２基準物２２のＺ座標Z’2(t)を求める（ステップＳ１４、第６ステップ）。
【００５９】
次に、三次元形状算出部１８ｂが、測定対象物１０とともに搬送中の第２基準物２２をカメラ１６が撮像した画像に基づいて、第２基準物２２のＹ座標Y2(t)を求める。なお、Ｙ座標として第２基準物２２のＹ座標Y2(t)を求める代わりに、測定対象物１０とともに搬送中の第１基準物１１の画像に基づいて、第１基準物１１のＹ座標Y1(t)を求めるようにしてもよい（ステップＳ１５、第７ステップ）。
【００６０】
次に、三次元形状算出部１８ｂが、ステップＳ１４で求めた第２基準物２２のＺ座標Z’2(t)を下記数式（１）
Z2(t)=Z’2(t)-Z1(t)…（１）
により補正し、第２基準物２２の補正後のＺ座標Z2(t)を求める。なお、式中Z1(t)はステップＳ１３で求めた第１基準物１１のＺ座標Z1(t)である（ステップＳ１６、第８ステップ）。
【００６１】
次に、三次元形状算出部１８ｂが、測定対象物１０とともに搬送中の第２基準物２２のＸ座標X2(t)を下記数式（２）
X2(t)=F×Z2(t) …（２）
により求める（ステップＳ１７、第９ステップ）。
【００６２】
次に、三次元形状算出部１８ｂが、ステップＳ１２で求めた測定対象物１０の三次元形状P’(t,x,y,z)を下記数式（３）
P(t,x,y,z)=P’(t,x-Xt(t), y-Yt(t), z-Zt(t),)
（ただし、Xt(t)=X2(t)-X0, Yt(t)=Y2(t)-Y0またはYt(t)=Y1(t)-Y0, Zt(t)=Z1(t)-Z0）
により補正し、測定対象物１０の位置補正後の三次元形状P(t,x,y,z)を求める。式中、X2(t)はステップＳ１７で求めた搬送中の第２基準物２２のＸ座標X2(t)である。X0はステップＳ４で求めた静止状態の第２基準物２２のＸ軸上での基準値X0である。Y2(t)はステップＳ１５で求めた搬送中の第２基準物２２のＹ座標Y2(t)である。Y1(t)はステップＳ１５で求めた搬送中の第１基準物１１のＹ座標Y1(t)である。Y0は、ステップＳ４で求めた静止状態の第２基準物２２のＹ軸上での基準値Y0、または静止状態の第１基準物１１のＹ軸上での基準値Y0である。式中、Yt(t)=Y2(t)-Y0がYt(t)として用いられる場合にY0は第２基準物２２のＹ軸上での基準値Y0であり、Yt(t)=Y1(t)-Y0がYt(t)として用いられる場合にY0は第１基準物１１のＹ軸上での基準値Y0である。Z1(t)はステップＳ１３で求めた第１基準物１１のＺ座標Z1(t)である。Z0はステップＳ４で求めた静止状態の第１基準物１１のＺ軸上での基準値Z0である（ステップＳ１８、第１０ステップ）。
【００６３】
以上により、ステップＳ１〜ステップＳ４の前処理の後に行われる、ステップＳ１１〜ステップＳ１８の位置補正の本処理について説明した。これらの処理によって求められた測定対象物１０の三次元形状P(t,x,y,z)は、格納部１８ｃに格納され、上述した格納後の各処理に用いられる。
【００６４】
また、図１３における上記の説明では、ステップＳ１２にて基準値A(t,x,y,z)を用いて測定対象物１０の三次元形状P’(t,x,y,z)を求めた。これに限らず、ステップＳ２で求めた基準値A(t,x,y,z)の近似曲線B(t,x,y,z)を用いて測定対象物１０の三次元形状P’(t,x,y,z)を求めてもよい。この場合には、三次元形状算出部１８ｂが、ステップＳ１１で求めた三次元形状P’’(t,x,y,z)を下記数式（５）
P’(t,x,y,z)= P’’(t,x,y,z) - B(t,x,y,z) …（５）
により補正し、測定対象物１０の三次元形状P’(t,x,y,z)を求める（ステップＳ１２１）。なお、図１４のフローチャートはステップＳ１２１を示しており、図１４においてステップＳ１２１以外の手順は図１３と一致している。
【００６５】
（三次元形状計測システム１の動作）
続いて、本実施形態の三次元形状計測システム１の動作について説明する。測定対象物１０の三次元形状を計測するに当たって、まず、位置補正のための前処理が行われる。そして、測定対象物１０、第１基準物１１および第２基準物２２を図１に示されるように搬送テーブル１２のベルト上に載置する。搬送テーブル１２を動かすことによって、ベルト上に載置された測定対象物１０、第１基準物１１および第２基準物２２をＸ軸正方向に搬送する。搬送テーブル１２によって搬送中の測定対象物１０に対して、光源ユニット１４のスリット光源１４１〜１４９からスリット光を照射する。
【００６６】
測定対象物１０の反射領域Ｒ１〜Ｒ９では、スリット光源１４１〜１４９から照射されたスリット光によって、反射光がそれぞれ発生する。反射鏡１７１〜１７９は、これらの反射光をそれぞれカメラ１６に向けて反射する。これにより、反射領域Ｒ１〜Ｒ９による反射光は、カメラ１６によって撮像されることとなる。カメラ１６は、図９に示されるように、反射光の像３４が映った画像Ｑを出力する。画像Ｑでは、スリット光の反射領域Ｒ１〜Ｒ９による反射光の像３４はそれぞれ、画像Ｑの一方の辺方向（Ｑｙ軸方向）に延びている。また、反射光の像３４は画像Ｑの他方の辺方向（Ｑｘ軸方向）に並んでいる。このような画像Ｑは、コンピュータ装置１８の入力インターフェイス部１８ａに取り込まれた後、三次元形状算出部１８ｂに出力される。カメラ１６は、測定対象物１０の搬送に応じて反射領域Ｒ１〜Ｒ９が変化するたびに、画像Ｑを出力する。
【００６７】
測定対象物１０の反射光を撮像することとともに、カメラ１６は第１基準物１１および第２基準物２２を撮像する。なお、第３基準物３３については、搬送前の前処理において予め撮像されている。第１基準物１１、第２基準物２２および第３基準物３３を撮像した画像は、コンピュータ装置１８の入力インターフェイス部１８ａに取り込まれた後、三次元形状算出部１８ｂに出力される。
【００６８】
三次元形状算出部１８ｂは、入力インターフェイス部１８ａから画像Ｑを受け取ると、画像Ｑから反射領域Ｒ１〜Ｒ９と対応する９つの画素領域Ａ１〜Ａ９を抽出する。三次元形状算出部１８ｂは、画素領域Ａ１〜Ａ９のサイズ比が反射領域Ｒ１〜Ｒ９のサイズ比と同一となるように、画素領域Ａ１〜Ａ９のサイズを補正する。また、第１基準物１１、第２基準物２２および第３基準物３３を撮像した画像に基づいて、上述した位置補正方法により画素領域Ａ１〜Ａ９を位置補正する。そして、位置補正後の画素領域Ａ１〜Ａ９の情報を、識別子と共に格納部１８ｃに順次格納する。
【００６９】
続いて、三次元形状算出部１８ｂは、格納部１８ｃから画素領域Ａ１〜Ａ９の情報を抽出する。抽出する情報は、識別子Ａ１（ｔｍ＋２０００），Ａ２（ｔｍ＋１７５０），Ａ３（ｔｍ＋１５００），Ａ４（ｔｍ＋１２５０），Ａ５（ｔｍ＋１０００），Ａ６（ｔｍ＋７５０），Ａ７（ｔｍ＋５００），Ａ８（ｔｍ＋２５０），Ａ９（ｔｍ）がそれぞれ付与されたものである。三次元形状算出部１８ｂは、抽出したこれらの情報を並べることにより、合成画像Ｓを取得する。
【００７０】
三次元形状算出部１８ｂは、合成画像Ｓ中の連続した反射光の像３４の形状から、公知の方法で搬送テーブル１２に対する測定対象物１０の表面高さを算出する。これにより、測定対象物１０をスリット光の長軸方向（図１のＹ軸方向）にスライスしたものの形状が計測される。
【００７１】
三次元形状算出部１８ｂは、入力インターフェイス部１８ａから画像Ｑが出力されると、そのつど上述の処理を繰り返す。そして、測定対象物１０をスリット光の長軸方向（図１のＹ軸方向）にスライスしたものの形状を順次算出し、これらを図１のＸ軸方向に重ね合わせたものの形状を算出する。このようにして、三次元形状算出部１８ｂは測定対象物１０の三次元形状を計測する。三次元形状算出部１８ｂは、計測した測定対象物１０の三次元形状のデータを出力インターフェイス部１８ｄに出力する。
【００７２】
出力インターフェイス部１８ｄは、三次元形状算出部１８ｂから受けとったデータを、ディスプレイ２０に対して出力する。ディスプレイ２０は、このデータに基づいて、測定対象物１０の三次元形状における特徴量を表示したり、測定対象物１０の三次元形状を三次元グラフィックで表示したりする。
【００７３】
（三次元形状計測システム１の作用及び効果）
続いて、本実施形態の三次元形状計測システム１の作用及び効果について説明する。本実施形態の三次元形状計測システム１によれば、三次元形状計測システム１は第１基準物１１および第２基準物２２を備えており、三次元形状算出部１８ｂは、測定対象物１０とともに搬送される第１基準物１１および第２基準物２２の像の形状に基づいて、測定対象物表面による反射光の像の形状を式（３）を用いて補正する。このように、測定対象物１０とともに搬送されるものの形状に基づいて補正を行うことにより、搬送の前後段で配置された例えば生産機械の振動による時間的なデータずれを補正することができる。
【００７４】
具体的に、第１基準物１１はＸ軸方向と平行な表面１１１を有しており、この第１基準物１１を用いれば、搬送システム内で生じたＸ軸方向の振動による誤差を含まない第１基準物１１のＺ座標Z1(t)を求めることができる。また、第２基準物２２はＸ軸方向およびＺ軸方向に対して予め定められた所定の比率Ｆで単調に傾斜する表面２２１を有しており、この第２基準物２２を用いれば、Ｚ座標Z2(t)に応じて所定の比率Ｆで変動するＸ座標X2(t)を式（２）を用いて求めることができる。このとき、第２基準物２２のＺ座標Z2(t)は、搬送システム内で生じたＸ軸方向の振動による誤差を含む可能性があるが、この誤差は上記求めた第１基準物１１のＺ座標Z1(t)を用いて式（１）により補正することができる。上述したように、第１基準物１１のＺ座標Z1(t)は搬送システム内で生じたＸ軸方向の振動による誤差を含まないため、Z1(t)を用いてZ2(t)を補正することにより、Z2(t)においてもＸ軸方向の振動による誤差を無くすことができる。そして、最終的に、搬送システム内で生じたＸ軸方向の振動による誤差を含まないＸ座標X2(t)等を用いて、測定対象物表面による反射光の像の形状を式（３）を用いて補正することができる。以上により、搬送の前後段で配置された例えば生産機械の振動による時間的なデータずれを補正することができる。
【００７５】
また、本実施形態は、Ｘ軸方向と平行な表面を有している第１基準物１１の形状が直方体であり、且つＸ軸方向およびＺ軸方向に対して予め定められた所定の比率Ｆで単調に傾斜する表面を有している第２基準物２２の形状が三角柱である場合に、特に有用である。
【００７６】
また、本実施形態によれば、三次元形状計測システム１は第３基準物３３を備えており、三次元形状算出部１８ｂは静止状態の第３基準物３３の像の形状に基づいて、測定対象物表面による反射光の像の形状を式（４）を用いて補正する。このように、三次元形状算出部１８ｂは静止状態のものの形状に基づいて補正を行うので、この補正によれば、三次元形状計測システム１を構成する各要素、つまり搬送テーブル１２、光源ユニット１４、ミラーユニット１７、およびカメラ１６の設置ずれによる空間的なデータずれを補正することができる。
【００７７】
また、本実施形態によれば、基準値A(t,x,y,z)を最小二乗法により更に補正してから、測定対象物表面による反射光の像の形状を式（５）を用いて補正することにより、補正の精度を高めることができる。
【００７８】
また、三次元形状計測システム１は、光切断法を用いている。そのため、例えばステレオ画像法を用いたシステムと比べて、三次元形状の計測にかかる時間を短縮することができる。
【００７９】
また、三次元形状計測システム１のミラーユニット１７は９つの反射鏡１７１〜１７９を有している。反射鏡１７１〜１７９は、スリット光の反射領域Ｒ１〜Ｒ９による反射光をそれぞれ反射する。すなわち反射鏡１７１〜１７９は、測定対象物１０表面による反射光を反射領域Ｒ１〜Ｒ９毎に分割して反射することとなる。カメラ１６は反射鏡１７１〜１７９を介して測定対象物１０表面による反射光を撮像し、画像Ｑを得る。得られた画像Ｑには、分割された反射光の像３４が、一方の辺方向（図７に示されるＱｙ軸方向）に延び、且つ、他方の辺方向（図７に示されるＱｘ軸方向）に並んで映っている。このように、反射鏡１７１〜１７９を用いて、分割された反射光の像３４が並列に配列された画像を撮像することにより、スリット光の測定対象物表面による細長い反射光の全体を直接撮像した時と比べて、画像全体に占める反射光の像の割合を格段に増加させることができる。その結果、反射光の像３４の形状を正確に把握することが容易となる。
【００８０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしもこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００８１】
例えば、本実施形態では、サイズ補正の後に位置補正を行っているが、これら補正の順序を逆にしてもよい。
【００８２】
また、例えば、本実施形態では、反射鏡及びスリット光源を９つずつ用いたが、反射鏡及びスリット光源の数はこれに限られない。ただし、反射鏡及びスリット光源の数を変更する場合には、反射鏡の大きさや向き、反射鏡とテレセントリックレンズ１６ａの中心軸との角度等を適宜変更する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本実施形態に係る三次元形状計測システムの斜視図である。
【図２】第１基準物の一例を示す図である。
【図３】第２基準物の一例を示す図である。
【図４】反射鏡の側面図である。
【図５】反射鏡、カメラ、及び搬送テーブル上の測定対象物の側面図である。
【図６】測定対象物の反射領域を示す図である。
【図７】カメラにより撮像された画像を示す図である。
【図８】コンピュータ装置の構成を示す図である。
【図９】三次元形状算出部による三次元形状の算出手順を説明するための図である。
【図１０】測定対象物を図１に示されるＺ軸正方向から見たときのものである。
【図１１】合成画像を示す図である。
【図１２】三次元形状計測システムにて行われる補正を説明するためのフローチャートである。
【図１３】三次元形状計測システムにて行われる補正を説明するためのフローチャートである。
【図１４】三次元形状計測システムにて行われる補正を説明するためのフローチャートである。
【図１５】従来の三次元形状計測システムで撮像される画像を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１・・・三次元形状計測システム、１０・・・測定対象物、１1・・・第１基準物、１２・・・搬送テーブル、１４・・・光源ユニット、１４１-１４９・・・スリット光源、１６・・・カメラ、１７・・・ミラーユニット、１７１-１７９・・・反射鏡、１８・・・コンピュータ装置、１８ａ・・・入力インターフェイス部、１８ｂ・・・三次元形状算出部、１８ｃ・・・格納部、１８ｄ・・・出力インターフェイス部、２２・・・第２基準物、２０・・・ディスプレイ、３３・・・第３基準物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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