三次元形状測定装置
【課題】被検物の一部に単位距離あたりの形状変化が大きい部分があっても、データ取得時間を短くする。
【解決手段】検査光を被検物に照射する照射部２１と、検査光と被検物とを相対移動させる移動部と、検査光が照射された被検物を撮像し、撮像結果を出力する撮像部２２と、撮像部２２の撮像結果に基づいて、前記被検物の三次元形状を前記相対移動の方向に間隔をおいて演算する座標算出部５３と、被検物の形状に応じて前記間隔を変更する制御部４１と、を備える。
【解決手段】検査光を被検物に照射する照射部２１と、検査光と被検物とを相対移動させる移動部と、検査光が照射された被検物を撮像し、撮像結果を出力する撮像部２２と、撮像部２２の撮像結果に基づいて、前記被検物の三次元形状を前記相対移動の方向に間隔をおいて演算する座標算出部５３と、被検物の形状に応じて前記間隔を変更する制御部４１と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物の三次元形状を非接触で測定する方法として、被検物にスリット光（シート光もしくはスポット光を走査して得られる）を照射して被検物の断面形状に対応して形成される光切断線から被検物の三次元形状を測定する光切断法（例えば、特許文献１を参照）が知られている。
【０００３】
このような非接触式の三次元形状測定装置において、光照射方式を用いた撮像装置を搭載する測定ヘッドと被検物を保持する支持装置とが互いに直交する３軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に相対移動可能である。また、三次元形状測定装置は、被検物を所定の回転軸（水平回転軸θ、チルト回転軸φなど）回りに相対回転可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２７２９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常光照射方式によるデータ取得においては、データ取り込み（スキャン）時の取り込み幅（ストライプ幅）を設定してデータを取り込む。この方式においては、被検物上において取得したい最小凹凸幅に合わせて取り込み幅を設定する。そのため、被検物の一部に単位距離あたりの形状変化が大きい部分がある場合には、データ取得時間が必要以上に長くなる傾向がある。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、被検物の一部に単位距離あたりの形状変化が大きい部分があっても、データ取得時間を短くすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、本発明は、検査光を被検物に照射する照射部と、前記検査光と前記被検物とを相対移動させる移動部と、前記検査光が照射された前記被検物を撮像し、撮像結果を出力する撮像部と、前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記被検物の三次元座標を前記相対移動の方向に間隔をおいて演算する演算部と、前記被検物の形状に応じて前記間隔を変更する制御部と、を備えることを特徴とする三次元形状測定装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被検物の一部に単位距離あたりの形状変化が大きい部分があっても、データ取得時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による三次元形状測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態による三次元形状測定装置のブロック図である。
【図３】被検物に照射光が当たっているときの、データ取り込みを説明するための図である。
【図４】データ取り込み時に取り込み幅を狭くする方法を説明するための図である。
【図５】予め取り込み幅を設定する処理の流れを示したフローチャートである。
【図６】データ取り込み時に、取り込み幅を変更する処理の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態では、測定対象の形状に応じて取り込み幅を動的に制御して、形状変化が緩やかな領域は高速にデータを取得することで、全体の測定時間の短縮および取得データ（点群）サイズを小さくする。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態による三次元形状測定装置の概略構成を示す模式図である。測定機本体１は、水平な基台２と、この基台２上に設けられた測定ヘッド１３を支持する門型構造体１０と、基台２上に設けられ被検物３を載置する支持装置３０とを主体に構成される。
【００１２】
門型構造体１０は、基台２上にＹ方向（紙面に垂直な方向でこれを前後方向とする）に
延びて設けられたガイドレール（不図示）上をＹ方向に移動自在に設けられた支柱１１と、両支柱１１の間で水平に延びるように架け渡された水平フレーム１２と、水平フレーム１２上をＸ方向（左右方向）に移動自在に設けられたキャリッジ（不図示）に対してＺ方向（上下方向）に移動自在に設けられた測定ヘッド１３とを有して構成される。
【００１３】
支持装置３０は、被検物３を載置するステージ３１と、基台２上に設けられステージ３１を垂直（Ｚ軸方向）に延びる回転軸θを中心として水平面内で回転可能、且つ、水平（Ｘ軸方向）に延びる回転軸φを中心として回転（揺動）可能に支持する支持テーブル３２と、を有して構成される。
【００１４】
制御ユニット４０は、制御部４１と、入力装置４２と、ジョイスティック４３と、モニタ４４とを用いて構成されている。制御部４１は、測定機本体１を制御する。詳細は後述する。入力装置４２は、各種指示情報を入力するキーボードなどである。ジョイスティック４３は、測定ヘッド１３およびステージ３１の移動を操作するための入力装置である。モニタは、計測画面、指示画面、計測結果等を表示する。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態による三次元形状測定装置のブロック図である。
三次元形状測定装置は、測定機本体１と、制御ユニット４０とを用いて構成されている。
測定機本体１は、駆動部１６と、位置検出部１７と光プローブ２０とを有して構成されている。
【００１６】
門型構造体１０中には、入力される駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させるヘッド駆動部１４と、測定ヘッド１３の座標を検出し測定ヘッド１３の座標値を表す信号を出力するヘッド位置検出部１５と、が存在する。
【００１７】
一方、支持装置３０には、入力される駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ、φ回りに電動でそれぞれ回転駆動させるステージ駆動部３３と、ステージ３１の座標を検出し、ステージ座標値を表す信号を出力するステージ位置検出部３４とが設けられている。
【００１８】
駆動部１６は、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とを用いて構成されている。
ヘッド駆動部１４は、支柱１１をＹ方向に駆動するＹ軸用モータ、キャリッジをＸ方向に駆動するＸ軸用モータ、測定ヘッド１３をＺ方向に駆動するＺ軸モータを有して構成される。ヘッド駆動部１４は、駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ヘッド駆動部１４は、その駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させる。
【００１９】
ステージ駆動部３３は、ステージ３１を回転軸θ、φ回りにそれぞれ回転駆動するロータリ軸モータおよびチルト軸モータを有して構成される。ステージ駆動部３３は、駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ステージ駆動部３３は、その駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させる。
【００２０】
位置検出部１７は、ヘッド位置検出部１５と、ステージ位置検出部３４とを用いて構成されている。
ヘッド位置検出部１５は、測定ヘッド１３のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の位置をそれぞれ検出するＸ軸用エンコーダ、Ｙ軸用エンコーダ、およびＺ軸用エンコーダを有して構成される。ヘッド位置検出部１５は、それらのエンコーダを用いて測定ヘッド１３の座標を検出し、測定ヘッド１３の座標値を表す信号を座標検出部５１へ供給する。
【００２１】
ステージ位置検出部３４は、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置をそれぞれ検出するロータリ軸用エンコーダおよびチルト軸用エンコーダを有して構成される。ステージ位置検出部３４は、それらのエンコーダを用いて、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置を検出し、検出した回転位置を表す信号を座標検出部５１へ供給する。
【００２２】
光プローブ２０は、光切断方式により被検物３の表面形状を求めるために、スリット光照射部（照射部）２１と、ＣＣＤカメラ（撮像部）２２とを備えて構成される。
スリット光照明部（照射部）２１は、間隔調整部５２の光の照射を制御する制御信号に基づき、被検物３に直線上の光があたるように、被検物３に直線状のスリット光（パターン光の１種）を照射する。
【００２３】
ＣＣＤカメラ２２は、スリット光照射部２１の照射方向に対して光軸を所定角度ずらして配置される。ＣＣＤカメラ２２は、スリット光照明部（照射部）２１からの照射光により被検物３の表面に形成される光切断線を撮像する。ここで、光切断線は、被検物３の断面形状に応じて形成される。ＣＣＤカメラ２２は、撮像した画像情報を間隔調整部５２へ供給する。
【００２４】
続いて、制御ユニットについて説明する。
入力装置４２は、各種指示情報を入力するキーボードなどを用いて構成される。入力装置４２は、入力された指示情報を記憶部５５へ供給する。
ジョイスティック４３は、ユーザの操作を受けて、その操作に応じて測定ヘッド１３やステージ３１を移動させるための移動信号を生成して駆動制御部５４へ供給する。
【００２５】
制御部４１は、座標検出部５１と、間隔調整部５２と、座標算出部（演算部）５３と、駆動制御部５４と、記憶部５５と、移動指令部５６と、データ出力部５７と、取り込み幅算出部５８と、フレーム間隔算出部５９とを用いて構成されている。制御部４１は、被検物３の形状に応じて、被検物３の三次元座標を相対移動の方向に演算する間隔を変更する。
【００２６】
座標検出部５１は、ヘッド位置検出部１５およびステージ位置検出部３４から出力される座標信号によって、光プローブ２０およびステージ３１の位置、すなわち水平方向における観察位置（光軸中心位置）と上下方向における観察位置とを検知し、座標として算出する。そして、座標検出部５１は、光プローブ２０の座標とステージ３１の座標とを座標算出部５３へ供給する。
【００２７】
また、座標検出部５１は、光プローブ２０の座標とステージ３１の座標とを用いて、光プローブ２０とステージ３１との相対的な移動経路、移動速度などを検出する。そして、座標検出部５１は、その移動速度を示すデータをフレーム間隔算出部５９へ供給する。
【００２８】
間隔調整部５２は、被検物の形状に応じて、ＣＣＤから画像を受け取る間隔であるフレームの取り出し間隔（フレーム間隔）を変更する。具体的な処理は、例えば以下の通りである。間隔調整部５２は、座標計測開始前に記憶部５５からサンプリング周波数を指定するデータを読み出す。間隔調整部５２は、そのサンプリング周波数で、ＣＣＤカメラ２２から画像情報を受け取る。また、予め設計データからフレーム間隔（ＣＣＤから画像を受け取る間隔）が決まっている場合、間隔調整部５２は、記憶部５５から現在のフレーム（ＣＣＤの１画像）から次のフレームまでの時間または所定時間毎に、受け取るフレームの数であるフレーム間隔を指定するデータを読み出す。
【００２９】
一方、スキャン時にフレーム間隔を算出する場合、間隔調整部５２は、フレーム間隔算出部５９から供給されたフレーム間隔を指定するデータを受け取る。間隔調整部５２は、受け取ったフレーム間隔を指定するデータに従って、あるフレームの画像情報を取り出す。そして、間隔調整部５２は、取り出されたフレームの画像情報を、座標算出部５３へ供給する。
【００３０】
座標算出部（演算部）５３は、ＣＣＤカメラ（撮像部）２２の撮像結果に基づいて、被検物３の三次元座標を前記相対移動の方向に間隔をおいて演算する。具体的には、座標算出部５３は、間隔調整部５２から取り出されたフレームの画像情報を受け取る。座標算出部５３は、座標検出部５１から供給された光プローブ２０の座標を受け取る。座標算出部５３は、取り出されたフレームの画像情報と光プローブ２０の座標とに基づき、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出する。
【００３１】
具体的な算出方法は以下の通りである。まず、座標算出部５３は、受け取った光プローブ２０の座標から、光プローブ２０に固定されたスリット光照射部（照射部）２１の座標と、ＣＣＤカメラ（撮像部）２２の座標を算出する。
ここで、スリット光照射部（照射部）２１は光プローブ２０に固定されているので、スリット光照射部（照射部）２１の照射角度は、光プローブ２０に対して固定である。また、ＣＣＤカメラ（撮像部）２２も光プローブ２０に固定されているので、ＣＣＤカメラ（撮像部）２２の撮像角度は、光プローブ２０に対して固定である。
【００３２】
座標算出部５３は、照射した光が被検物３に当たった点を、画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。ここで、照射した光が被検物３に当たった点の座標は、スリット光照射部（照射部）２１の座標から照射部２１の照射角度で描画される直線と、ＣＣＤカメラ（撮像部）２２の座標から撮像部２２の撮像角度で描画される直線とが交わる点の座標である。
【００３３】
これによって、被検物３に照射されるスリット光を所定の方向に走査させることにより、光が照射された位置の座標を算出することができるので、被検物３の表面形状を求めることができる。
また、座標算出部５３は、算出した三次元座標値の点群データを記憶部５５に保存する。
【００３４】
記憶部５５は、入力装置４２から供給された各種指示情報を測定条件テーブルとして保持する。ここで、測定条件テーブルは、測定条件や測定手順等の所定の移動指令データ、被検物３の測定開始点（最初の測定ポイント）および測定終了点（最後の測定ポイント）等の座標値、測定開始位置での測定目標方向、各測定ポイントの間隔（例えば、一定間隔の測定ピッチ）を表すデータなどを用いて構成されている。
【００３５】
ここで、被検物３の測定開始点および測定終了点等の座標値は、入力装置４２による当該座標値のキー入力の他、予めジョイスティック４３の操作によって測定ヘッド１３およびステージ３１を移動させ、被検物３および光プローブ２０を所望の姿勢に位置決めして、座標算出部５３が、当該測定ポイントの座標値を算出する。そして、座標算出部５３は、その座標値を示すデータを記憶部５５に保存する。
【００３６】
記憶部は、座標算出部５３から供給された三次元座標値の点群データを測定データとして保持する。また、記憶部５５は、座標検出部５１から供給された各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを保持する。また、記憶部５５は、設計データ（ＣＡＤデータ）を保持する。
【００３７】
移動指令部５６は、記憶部５５から測定条件テーブルに登録された被検物３の測定開始点（最初の測定ポイント）および測定終了点（最後の測定ポイント）等を読み出す。移動指令部５６は、被検物３の測定開始点および測定終了点から、被検物３に対するスキャンの移動経路を算出する。移動指令部５６は、算出した移動経路にしたがって、測定ヘッド１３およびステージ３１を移動させるべく、駆動制御部５４を介してヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに移動指令を送信する。また、移動指令部５６は、移動指令データ等に基づいて、駆動制御部５４に制御信号を供給して光プローブ２０の光学系の制御を行う。
【００３８】
駆動制御部５４は、ジョイスティック４３からの操作信号に基づいて、または、移動指令部５６からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部１４およびステージ駆動部３３に駆動信号を出力して、測定ヘッド１３（光プローブ２０）およびステージ３１の駆動制御を行う。
【００３９】
データ出力部５７は、記憶部５５から測定データ（全測定ポイントの座標値）等を読み出す。データ出力部５７は、その測定データ（全測定ポイントの座標値）等をモニタ４４に供給する。また、データ出力部５７は、測定データ（全測定ポイントの座標値）等をプリンタ（不図示）へ出力する。
【００４０】
モニタ４４は、データ出力部５７から供給された測定データ（全測定ポイントの座標値）等を受け取る。モニタ４４は、受け取った測定データ（全測定ポイントの座標値）等を表示する。また、モニタ４４は、計測画面、指示画面等を表示する。
【００４１】
図３は、被検物３に照射光が当たっているときの、データ取り込みを説明するための図である。ここで、照射部２１から照射されるライン光は、スキャン方向に垂直な光の線である。
領域６１と領域６２は、傾斜角度変化が少なく緩やかな傾斜であるため、単位スキャン方向の距離あたりのデータ取り込み（スキャン）面に垂直な方向の座標の変化量（以下、ｚの変化量と称す）が小さい。一方、領域６３は、丸い穴が４つ存在するため、単位スキャン方向の距離あたりのスキャン面に垂直な方向の座標の変化量が大きくなるところが存在する。
【００４２】
取り込み幅算出部５８は、座標取り込み方向（スキャン方向）に隣り合う２点間（例えば、図４でｔ１時のスキャン位置７１とｔ２時のスキャン位置７２との間）で、スキャン面に垂直な方向の座標の変化量が所定の設定量以下で、かつ取り込み幅が大きくなるように取り込み幅を算出する。その結果、例えば図３において、領域６１の取り込み幅ｗ６１と領域６２の取り込み幅ｗ６２は、領域６３の取り込み幅ｗ６３より幅が広くなる。
【００４３】
取り込み幅算出部５８は、算出した取り込み幅をフレーム間隔算出部５９に供給する。
ここで、取り込み幅算出部５８が座標の取り込み幅を算出する方法には、以下の２つの方法がある。
【００４４】
＜予め取り込み幅を設定する方法＞
まず、予め取り込み幅を設定する方法について説明する。被検物３の設計データが存在する場合は、取り込み幅算出部５８は、その設計データを記憶部５５から読み出す。取り込み幅算出部５８は、設計データ中の被検物３の表面の領域を、所定の領域に分割する。例えば、図３において、取り込み幅算出部５８は、被検物３の表面の領域を、領域６１と、領域６２と、領域６３と、に分割する。
【００４５】
取り込み幅算出部５８は、設計データから、被検物３表面の凹凸のうち最小の凹凸幅（以下、最小凹凸幅と称する）を算出する。取り込み幅算出部５８は、被検物３表面をその最小凹凸幅に基づいた幅（例えば、最小凹凸幅の半分の幅）の正方形で分割し、その分割した正方形の４隅の点の座標を算出する。これによって、予め被検物３表面の座標を推定することができる。
その算出結果から、全ての取り込み区間で、スキャン面に垂直な方向の座標の変化量が所定の設定量の範囲内に収まるように、領域毎に１つの取り込み幅を算出する。
【００４６】
例えば、図３において、取り込み幅算出部５８は、領域６１において、領域６１における全ての取り込み区間でスキャン面に垂直な方向の座標の変化量が所定の設定量の範囲内に収まるように、取り込み幅ｗ６１を算出する。同様に、取り込み幅算出部５８は、領域６２において取り込み幅ｗ６２を算出する。また、同様に、取り込み幅算出部５８は、領域６３において取り込み幅ｗ６３を算出する。
【００４７】
取り込み幅算出部５８は、被検物３表面の座標に関係づけられた取り込み幅をフレーム間隔算出部５９へ供給する。
【００４８】
＜スキャン時に取り込み幅を算出する方法＞
次に、スキャン時に取り込み幅を算出する方法について説明する。図４は、スキャン時に取り込み幅を狭くする方法を説明するための図である。
時刻ｔ１時のスキャン座標は（ｘ１、ｚ１）であり、次の時刻ｔ２時のスキャン座標は（ｘ２、ｚ２）である。ｗは現在の取り込み幅、ｓはスキャン面に垂直な方向の座標の変化量の設定量、ｈはｘ座標がｘ１からｘ２に移動したときのスキャン面に垂直な方向の座標の変化量である。
【００４９】
制御ユニット４０が、ある取り込み幅ｗでスキャンを開始する。取り込み幅算出部５８は、座標算出部５３から被検物３の座標を順次受け取る。取り込み幅算出部５８は、現在照射部２１が照射した位置のｚ座標と、フレームが間引かれた画像情報のうち現在から１つ前の画像情報を取得した時に照射部２１が照射した位置のｚ座標との差分であるスキャン面に垂直な方向の座標の変化量ｈを算出する。
【００５０】
スキャン面に垂直な方向の座標の変化量ｈが、予め決められた設定量ｓ以上に変化した場合は、取り込み幅算出部５８は、現在の取り込み幅ｗに、ｓ／ｈを乗じて、新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを算出する。そして、取り込み幅算出部５８は、その新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを、フレーム間隔算出部５９に供給する。
【００５１】
フレーム間隔算出部５９は、新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを受け取る。フレーム間隔算出部５９は、その新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈと、移動速度と、サンプリング周波数とから、新たなフレーム間隔を算出する。
【００５２】
続いて、設定量以内に収まっていた座標まで戻ってから、再度スキャンする手順を説明する。取り込み幅算出部５８は、設定量以内に収まっていた座標まで戻す距離を算出する。具体的には、例えば、取り込み幅算出部５８は、図４において、ｔ２時のスキャン位置７２からｔ１時のスキャン位置７１までの距離（この場合、取り込み幅ｗ）を算出する。そして、取り込み幅算出部５８は、その距離を駆動制御部５４へ供給する。
【００５３】
駆動制御部５４は、取り込み幅算出部５８から供給された距離を受け取る。駆動制御部５４は、ヘッド駆動部１６またはステージ駆動部３３を制御して、光プローブ２０の位置を供給された距離だけ戻す。次に、間隔調整部５２は、新しいフレーム間隔で再度画像情報の取り込みを開始する。
【００５４】
例えば、図４において、駆動制御部５４は、ヘッド駆動部１４またはステージ駆動部３３を制御して、スキャンのｘ座標をｘ２の地点からｘ１の地点まで戻す。
そして、間隔調整部５２は、その新たなフレーム間隔で、ＣＣＤカメラ２２から供給された画像情報を取り出しながら、画像情報を取り込む。
【００５５】
一方、スキャン面に垂直な方向の座標の変化量ｈが予め決められた設定量ｓより小さくなった場合は、取り込み幅算出部５８は、現在の取り込み幅ｗに、ｓ／ｈを乗じて、新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを算出する。これによって、取り込み幅がｓ／ｈ倍に広くなる。
そして、間隔調整部５２は、その新たな取り込み幅でスキャンを続行する。なお、この場合、制御ユニット４０は、スキャン位置を戻して、スキャンし直すように制御する必要はない。
【００５６】
フレーム間隔算出部５９は、座標検出部５１から供給された移動速度を受け取る。フレーム間隔算出部５９は、記憶部５５からサンプリング周波数を読み出す。
そして、設計データから取り込み幅を算出した場合は、フレーム間隔算出部５９は、被検物３表面の座標に関係づけられた取り込み幅を受け取る。一方、取り込み時にスキャン面に垂直な方向の座標の変化量に応じて取り込み幅を変更する場合には、フレーム間隔算出部５９は、取り込み幅算出部５８から供給された取り込み幅を順次受け取る。
【００５７】
フレーム間隔算出部５９は、受け取った移動速度と、取り込み幅と、読み出したサンプリング周波数とから、データの取り込み幅が受け取った取り込み幅になるように、被検物３の領域毎に、現在のフレームから次のフレームまでの間にあるフレームの数であるフレーム間隔を指定するデータを算出する。
【００５８】
設計データから取り込み幅を算出した場合は、フレーム間隔算出部５９は、算出した被検物３の領域毎のフレーム間隔を指定するデータを記憶部５５に保存する。
一方、取り込み時にスキャン面に垂直な方向の座標の変化量に応じて取り込み幅を変更する場合には、フレーム間隔算出部５９は、算出したフレーム間隔を指定するデータを間隔調整部５２へ順次供給する。
【００５９】
図５は、予め取り込み幅を設定する処理の流れを示したフローチャートである。被検物３の設計データが存在する場合は、取り込み幅算出部５８は、その設計データを記憶部５５から読み出す（ステップＳ５０１）。次に、取り込み幅算出部５８は、設計データ中の被検物３の表面の領域を、所定の領域に分割する（ステップＳ５０２）。
【００６０】
次に、取り込み幅算出部５８は、分割した領域毎に、被検物３表面の最小凹凸幅に基づいた幅（例えば、最小凹凸幅の半分の幅）でスキャンした場合の、被検物３表面の座標を推定する（ステップ Ｓ５０３）。次に、取り込み幅算出部５８は、その被検物３の座標点から、スキャン面に垂直な方向の座標の変化量を算出する（ステップＳ５０４）。取り込み幅算出部５８は、算出した変化量が所定の範囲内に収まるように、領域毎に１つの取り込み幅を算出する（ステップＳ５０５）。
【００６１】
次に、取り込み幅算出部５８は、その取り込み幅をフレーム間隔算出部５９へ供給する。フレーム間隔算出部５９は、その取り込み幅に基づいて、被検物３中の領域毎にフレーム間隔を算出する（ステップＳ５０６）。フレーム間隔算出部５９は、被検物３の領域毎のフレーム間隔を記憶部５５に保存する。
以上で、本フローチャートは終了する。
【００６２】
なお、取り込み幅算出部５８は、被検物３表面の最小凹凸幅に基づいた幅（例えば、最小凹凸幅の半分の幅）でスキャンした場合の被検物３表面の座標を推定したが、これに限らず、設定可能な最小の取り込み幅で（例えば、５０μｍ）でスキャンした場合の被検物３の座標点を推定してもよい。
また、取り込み幅算出部５８は、領域毎に１つの取り込み幅を算出したが、これに限らず、領域毎に複数の取り込み幅を算出してもよい。
【００６３】
以上により、被検物３において、スキャン面に垂直な方向の座標の変化量が小さい領域のデータを間引くことができる。これによって、スキャンの時間を短縮することができる。
【００６４】
図６は、データ取り込み時に、取り込み幅を変更する処理の流れを示したフローチャートである。
まず、駆動制御部５４が、照射部２１が照射したライン光が移動するように駆動部１６を制御する。そして、間隔調整部５２は、ある取り込み間隔で、ＣＣＤカメラ２２から供給された画像情報を順次取り込む（ステップＳ６０１）。次に、取り込み幅算出部５８が算出したスキャン面に垂直な方向の座標の変化量ｈが、予め決められた設定量ｓ未満の場合（ステップＳ６０２ ＮＯ）、制御ユニット４０はステップＳ６０６の処理に進む。
【００６５】
一方、取り込み幅算出部５８が算出したスキャン面に垂直な方向の座標の変化量ｈが、予め決められた設定量ｓ以上に変化した場合は（ステップＳ６０２ ＹＥＳ）、取り込み幅算出部５８は、現在の取り込み幅ｗに、ｓ／ｈを乗じて、新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを算出する（ステップＳ６０３）。
【００６６】
次に、取り込み幅算出部５８は、その新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを、フレーム間隔算出部５９に供給する。フレーム間隔算出部５９は、供給された新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを受け取る。フレーム間隔算出部５９は、受け取った新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈから、新たなフレーム間隔を算出する（ステップＳ６０４）。そして、フレーム間隔算出部５９は、その新たなフレーム間隔を、間隔調整部５２へ供給する。
【００６７】
取り込み幅算出部５８は、設定量以内に収まっていた領域の最終点を算出する。取り込み幅算出部５８は、その設定量以内に収まっていた領域の最終点を駆動制御部５４へ供給する。駆動制御部５４は、設定量以内に収まっていた領域の最終点まで戻るよう駆動部１６を制御する（ステップＳ６０５）。次に、間隔調整部５２は、その新たなフレーム間隔で、ＣＣＤカメラ２２から供給された画像情報を間引きながら、画像情報を取り込む。
【００６８】
次に、被検物３中にスキャンする箇所が有る場合（ステップＳ６０６ ＮＯ）、制御ユニット４０は、ステップＳ６０１の処理に戻る。一方、制御ユニット４０は、被検物３中にスキャンする箇所が無い場合（ステップＳ６０６ ＹＥＳ）、制御ユニット４０は、スキャンを終了する。以上で、本フローチャートは終了する。
【００６９】
以上により、被検物３のスキャン中に、スキャン面に垂直な方向の座標の変化量が所定の設定量よりも大きい場合、スキャンの取り込み幅を小さくすることができる。これによって、スキャンの取り込み幅をスキャン面に垂直な方向の座標の変化量に応じて、動的に変更することができるので、スキャンの時間を短縮することができる。
【００７０】
なお、本発明の実施形態では、図１に示すブリッジ型の三次元形状測定装置について説明したがこれに限らず、多関節型アームの先端に非接触センサを有するプローブを取り付けた形状測定装置であって、測定者が手動で操作することにより被検査物体の形状を測定するように構成された装置であってもよい。また、本実施形態では、フレームの取り出し間隔を変更するようにしたが、フレームの取り出し間隔を一定とし被検物３のスキャン速度を変更しても良い。
【００７１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 測定機本体
３ 被検物
１１ 支柱
１２ 水平フレーム
１３ 測定ヘッド
１４ ヘッド駆動部
１５ ヘッド位置検出部
１６ 駆動部
１７ 位置検出部
２０ 光プローブ
２１ スリット光照射部（照射部）
２２ ＣＣＤカメラ（撮像部）
３０ 支持装置
３１ ステージ
３３ ステージ駆動部
１４ ヘッド駆動部
３３ ステージ駆動部
３４ ステージ位置検出部
４０ 制御ユニット
４２ 入力装置
４３ ジョイスティック
４４ モニタ
５１ 座標算出部
５２ 間隔調整部
５３ 座標算出部（演算部）
５４ 駆動制御部
５５ 記憶部
５６ 移動指令部
５７ データ出力部
５８ 取り込み幅算出部
５９ フレーム間隔算出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検物の三次元形状を非接触で測定する方法として、被検物にスリット光（シート光もしくはスポット光を走査して得られる）を照射して被検物の断面形状に対応して形成される光切断線から被検物の三次元形状を測定する光切断法（例えば、特許文献１を参照）が知られている。
【０００３】
このような非接触式の三次元形状測定装置において、光照射方式を用いた撮像装置を搭載する測定ヘッドと被検物を保持する支持装置とが互いに直交する３軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に相対移動可能である。また、三次元形状測定装置は、被検物を所定の回転軸（水平回転軸θ、チルト回転軸φなど）回りに相対回転可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２７２９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通常光照射方式によるデータ取得においては、データ取り込み（スキャン）時の取り込み幅（ストライプ幅）を設定してデータを取り込む。この方式においては、被検物上において取得したい最小凹凸幅に合わせて取り込み幅を設定する。そのため、被検物の一部に単位距離あたりの形状変化が大きい部分がある場合には、データ取得時間が必要以上に長くなる傾向がある。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、被検物の一部に単位距離あたりの形状変化が大きい部分があっても、データ取得時間を短くすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、本発明は、検査光を被検物に照射する照射部と、前記検査光と前記被検物とを相対移動させる移動部と、前記検査光が照射された前記被検物を撮像し、撮像結果を出力する撮像部と、前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記被検物の三次元座標を前記相対移動の方向に間隔をおいて演算する演算部と、前記被検物の形状に応じて前記間隔を変更する制御部と、を備えることを特徴とする三次元形状測定装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、被検物の一部に単位距離あたりの形状変化が大きい部分があっても、データ取得時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態による三次元形状測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態による三次元形状測定装置のブロック図である。
【図３】被検物に照射光が当たっているときの、データ取り込みを説明するための図である。
【図４】データ取り込み時に取り込み幅を狭くする方法を説明するための図である。
【図５】予め取り込み幅を設定する処理の流れを示したフローチャートである。
【図６】データ取り込み時に、取り込み幅を変更する処理の流れを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態では、測定対象の形状に応じて取り込み幅を動的に制御して、形状変化が緩やかな領域は高速にデータを取得することで、全体の測定時間の短縮および取得データ（点群）サイズを小さくする。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態による三次元形状測定装置の概略構成を示す模式図である。測定機本体１は、水平な基台２と、この基台２上に設けられた測定ヘッド１３を支持する門型構造体１０と、基台２上に設けられ被検物３を載置する支持装置３０とを主体に構成される。
【００１２】
門型構造体１０は、基台２上にＹ方向（紙面に垂直な方向でこれを前後方向とする）に
延びて設けられたガイドレール（不図示）上をＹ方向に移動自在に設けられた支柱１１と、両支柱１１の間で水平に延びるように架け渡された水平フレーム１２と、水平フレーム１２上をＸ方向（左右方向）に移動自在に設けられたキャリッジ（不図示）に対してＺ方向（上下方向）に移動自在に設けられた測定ヘッド１３とを有して構成される。
【００１３】
支持装置３０は、被検物３を載置するステージ３１と、基台２上に設けられステージ３１を垂直（Ｚ軸方向）に延びる回転軸θを中心として水平面内で回転可能、且つ、水平（Ｘ軸方向）に延びる回転軸φを中心として回転（揺動）可能に支持する支持テーブル３２と、を有して構成される。
【００１４】
制御ユニット４０は、制御部４１と、入力装置４２と、ジョイスティック４３と、モニタ４４とを用いて構成されている。制御部４１は、測定機本体１を制御する。詳細は後述する。入力装置４２は、各種指示情報を入力するキーボードなどである。ジョイスティック４３は、測定ヘッド１３およびステージ３１の移動を操作するための入力装置である。モニタは、計測画面、指示画面、計測結果等を表示する。
【００１５】
図２は、本発明の一実施形態による三次元形状測定装置のブロック図である。
三次元形状測定装置は、測定機本体１と、制御ユニット４０とを用いて構成されている。
測定機本体１は、駆動部１６と、位置検出部１７と光プローブ２０とを有して構成されている。
【００１６】
門型構造体１０中には、入力される駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させるヘッド駆動部１４と、測定ヘッド１３の座標を検出し測定ヘッド１３の座標値を表す信号を出力するヘッド位置検出部１５と、が存在する。
【００１７】
一方、支持装置３０には、入力される駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ、φ回りに電動でそれぞれ回転駆動させるステージ駆動部３３と、ステージ３１の座標を検出し、ステージ座標値を表す信号を出力するステージ位置検出部３４とが設けられている。
【００１８】
駆動部１６は、ヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とを用いて構成されている。
ヘッド駆動部１４は、支柱１１をＹ方向に駆動するＹ軸用モータ、キャリッジをＸ方向に駆動するＸ軸用モータ、測定ヘッド１３をＺ方向に駆動するＺ軸モータを有して構成される。ヘッド駆動部１４は、駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ヘッド駆動部１４は、その駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させる。
【００１９】
ステージ駆動部３３は、ステージ３１を回転軸θ、φ回りにそれぞれ回転駆動するロータリ軸モータおよびチルト軸モータを有して構成される。ステージ駆動部３３は、駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ステージ駆動部３３は、その駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させる。
【００２０】
位置検出部１７は、ヘッド位置検出部１５と、ステージ位置検出部３４とを用いて構成されている。
ヘッド位置検出部１５は、測定ヘッド１３のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸方向の位置をそれぞれ検出するＸ軸用エンコーダ、Ｙ軸用エンコーダ、およびＺ軸用エンコーダを有して構成される。ヘッド位置検出部１５は、それらのエンコーダを用いて測定ヘッド１３の座標を検出し、測定ヘッド１３の座標値を表す信号を座標検出部５１へ供給する。
【００２１】
ステージ位置検出部３４は、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置をそれぞれ検出するロータリ軸用エンコーダおよびチルト軸用エンコーダを有して構成される。ステージ位置検出部３４は、それらのエンコーダを用いて、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置を検出し、検出した回転位置を表す信号を座標検出部５１へ供給する。
【００２２】
光プローブ２０は、光切断方式により被検物３の表面形状を求めるために、スリット光照射部（照射部）２１と、ＣＣＤカメラ（撮像部）２２とを備えて構成される。
スリット光照明部（照射部）２１は、間隔調整部５２の光の照射を制御する制御信号に基づき、被検物３に直線上の光があたるように、被検物３に直線状のスリット光（パターン光の１種）を照射する。
【００２３】
ＣＣＤカメラ２２は、スリット光照射部２１の照射方向に対して光軸を所定角度ずらして配置される。ＣＣＤカメラ２２は、スリット光照明部（照射部）２１からの照射光により被検物３の表面に形成される光切断線を撮像する。ここで、光切断線は、被検物３の断面形状に応じて形成される。ＣＣＤカメラ２２は、撮像した画像情報を間隔調整部５２へ供給する。
【００２４】
続いて、制御ユニットについて説明する。
入力装置４２は、各種指示情報を入力するキーボードなどを用いて構成される。入力装置４２は、入力された指示情報を記憶部５５へ供給する。
ジョイスティック４３は、ユーザの操作を受けて、その操作に応じて測定ヘッド１３やステージ３１を移動させるための移動信号を生成して駆動制御部５４へ供給する。
【００２５】
制御部４１は、座標検出部５１と、間隔調整部５２と、座標算出部（演算部）５３と、駆動制御部５４と、記憶部５５と、移動指令部５６と、データ出力部５７と、取り込み幅算出部５８と、フレーム間隔算出部５９とを用いて構成されている。制御部４１は、被検物３の形状に応じて、被検物３の三次元座標を相対移動の方向に演算する間隔を変更する。
【００２６】
座標検出部５１は、ヘッド位置検出部１５およびステージ位置検出部３４から出力される座標信号によって、光プローブ２０およびステージ３１の位置、すなわち水平方向における観察位置（光軸中心位置）と上下方向における観察位置とを検知し、座標として算出する。そして、座標検出部５１は、光プローブ２０の座標とステージ３１の座標とを座標算出部５３へ供給する。
【００２７】
また、座標検出部５１は、光プローブ２０の座標とステージ３１の座標とを用いて、光プローブ２０とステージ３１との相対的な移動経路、移動速度などを検出する。そして、座標検出部５１は、その移動速度を示すデータをフレーム間隔算出部５９へ供給する。
【００２８】
間隔調整部５２は、被検物の形状に応じて、ＣＣＤから画像を受け取る間隔であるフレームの取り出し間隔（フレーム間隔）を変更する。具体的な処理は、例えば以下の通りである。間隔調整部５２は、座標計測開始前に記憶部５５からサンプリング周波数を指定するデータを読み出す。間隔調整部５２は、そのサンプリング周波数で、ＣＣＤカメラ２２から画像情報を受け取る。また、予め設計データからフレーム間隔（ＣＣＤから画像を受け取る間隔）が決まっている場合、間隔調整部５２は、記憶部５５から現在のフレーム（ＣＣＤの１画像）から次のフレームまでの時間または所定時間毎に、受け取るフレームの数であるフレーム間隔を指定するデータを読み出す。
【００２９】
一方、スキャン時にフレーム間隔を算出する場合、間隔調整部５２は、フレーム間隔算出部５９から供給されたフレーム間隔を指定するデータを受け取る。間隔調整部５２は、受け取ったフレーム間隔を指定するデータに従って、あるフレームの画像情報を取り出す。そして、間隔調整部５２は、取り出されたフレームの画像情報を、座標算出部５３へ供給する。
【００３０】
座標算出部（演算部）５３は、ＣＣＤカメラ（撮像部）２２の撮像結果に基づいて、被検物３の三次元座標を前記相対移動の方向に間隔をおいて演算する。具体的には、座標算出部５３は、間隔調整部５２から取り出されたフレームの画像情報を受け取る。座標算出部５３は、座標検出部５１から供給された光プローブ２０の座標を受け取る。座標算出部５３は、取り出されたフレームの画像情報と光プローブ２０の座標とに基づき、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出する。
【００３１】
具体的な算出方法は以下の通りである。まず、座標算出部５３は、受け取った光プローブ２０の座標から、光プローブ２０に固定されたスリット光照射部（照射部）２１の座標と、ＣＣＤカメラ（撮像部）２２の座標を算出する。
ここで、スリット光照射部（照射部）２１は光プローブ２０に固定されているので、スリット光照射部（照射部）２１の照射角度は、光プローブ２０に対して固定である。また、ＣＣＤカメラ（撮像部）２２も光プローブ２０に固定されているので、ＣＣＤカメラ（撮像部）２２の撮像角度は、光プローブ２０に対して固定である。
【００３２】
座標算出部５３は、照射した光が被検物３に当たった点を、画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。ここで、照射した光が被検物３に当たった点の座標は、スリット光照射部（照射部）２１の座標から照射部２１の照射角度で描画される直線と、ＣＣＤカメラ（撮像部）２２の座標から撮像部２２の撮像角度で描画される直線とが交わる点の座標である。
【００３３】
これによって、被検物３に照射されるスリット光を所定の方向に走査させることにより、光が照射された位置の座標を算出することができるので、被検物３の表面形状を求めることができる。
また、座標算出部５３は、算出した三次元座標値の点群データを記憶部５５に保存する。
【００３４】
記憶部５５は、入力装置４２から供給された各種指示情報を測定条件テーブルとして保持する。ここで、測定条件テーブルは、測定条件や測定手順等の所定の移動指令データ、被検物３の測定開始点（最初の測定ポイント）および測定終了点（最後の測定ポイント）等の座標値、測定開始位置での測定目標方向、各測定ポイントの間隔（例えば、一定間隔の測定ピッチ）を表すデータなどを用いて構成されている。
【００３５】
ここで、被検物３の測定開始点および測定終了点等の座標値は、入力装置４２による当該座標値のキー入力の他、予めジョイスティック４３の操作によって測定ヘッド１３およびステージ３１を移動させ、被検物３および光プローブ２０を所望の姿勢に位置決めして、座標算出部５３が、当該測定ポイントの座標値を算出する。そして、座標算出部５３は、その座標値を示すデータを記憶部５５に保存する。
【００３６】
記憶部は、座標算出部５３から供給された三次元座標値の点群データを測定データとして保持する。また、記憶部５５は、座標検出部５１から供給された各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを保持する。また、記憶部５５は、設計データ（ＣＡＤデータ）を保持する。
【００３７】
移動指令部５６は、記憶部５５から測定条件テーブルに登録された被検物３の測定開始点（最初の測定ポイント）および測定終了点（最後の測定ポイント）等を読み出す。移動指令部５６は、被検物３の測定開始点および測定終了点から、被検物３に対するスキャンの移動経路を算出する。移動指令部５６は、算出した移動経路にしたがって、測定ヘッド１３およびステージ３１を移動させるべく、駆動制御部５４を介してヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに移動指令を送信する。また、移動指令部５６は、移動指令データ等に基づいて、駆動制御部５４に制御信号を供給して光プローブ２０の光学系の制御を行う。
【００３８】
駆動制御部５４は、ジョイスティック４３からの操作信号に基づいて、または、移動指令部５６からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部１４およびステージ駆動部３３に駆動信号を出力して、測定ヘッド１３（光プローブ２０）およびステージ３１の駆動制御を行う。
【００３９】
データ出力部５７は、記憶部５５から測定データ（全測定ポイントの座標値）等を読み出す。データ出力部５７は、その測定データ（全測定ポイントの座標値）等をモニタ４４に供給する。また、データ出力部５７は、測定データ（全測定ポイントの座標値）等をプリンタ（不図示）へ出力する。
【００４０】
モニタ４４は、データ出力部５７から供給された測定データ（全測定ポイントの座標値）等を受け取る。モニタ４４は、受け取った測定データ（全測定ポイントの座標値）等を表示する。また、モニタ４４は、計測画面、指示画面等を表示する。
【００４１】
図３は、被検物３に照射光が当たっているときの、データ取り込みを説明するための図である。ここで、照射部２１から照射されるライン光は、スキャン方向に垂直な光の線である。
領域６１と領域６２は、傾斜角度変化が少なく緩やかな傾斜であるため、単位スキャン方向の距離あたりのデータ取り込み（スキャン）面に垂直な方向の座標の変化量（以下、ｚの変化量と称す）が小さい。一方、領域６３は、丸い穴が４つ存在するため、単位スキャン方向の距離あたりのスキャン面に垂直な方向の座標の変化量が大きくなるところが存在する。
【００４２】
取り込み幅算出部５８は、座標取り込み方向（スキャン方向）に隣り合う２点間（例えば、図４でｔ１時のスキャン位置７１とｔ２時のスキャン位置７２との間）で、スキャン面に垂直な方向の座標の変化量が所定の設定量以下で、かつ取り込み幅が大きくなるように取り込み幅を算出する。その結果、例えば図３において、領域６１の取り込み幅ｗ６１と領域６２の取り込み幅ｗ６２は、領域６３の取り込み幅ｗ６３より幅が広くなる。
【００４３】
取り込み幅算出部５８は、算出した取り込み幅をフレーム間隔算出部５９に供給する。
ここで、取り込み幅算出部５８が座標の取り込み幅を算出する方法には、以下の２つの方法がある。
【００４４】
＜予め取り込み幅を設定する方法＞
まず、予め取り込み幅を設定する方法について説明する。被検物３の設計データが存在する場合は、取り込み幅算出部５８は、その設計データを記憶部５５から読み出す。取り込み幅算出部５８は、設計データ中の被検物３の表面の領域を、所定の領域に分割する。例えば、図３において、取り込み幅算出部５８は、被検物３の表面の領域を、領域６１と、領域６２と、領域６３と、に分割する。
【００４５】
取り込み幅算出部５８は、設計データから、被検物３表面の凹凸のうち最小の凹凸幅（以下、最小凹凸幅と称する）を算出する。取り込み幅算出部５８は、被検物３表面をその最小凹凸幅に基づいた幅（例えば、最小凹凸幅の半分の幅）の正方形で分割し、その分割した正方形の４隅の点の座標を算出する。これによって、予め被検物３表面の座標を推定することができる。
その算出結果から、全ての取り込み区間で、スキャン面に垂直な方向の座標の変化量が所定の設定量の範囲内に収まるように、領域毎に１つの取り込み幅を算出する。
【００４６】
例えば、図３において、取り込み幅算出部５８は、領域６１において、領域６１における全ての取り込み区間でスキャン面に垂直な方向の座標の変化量が所定の設定量の範囲内に収まるように、取り込み幅ｗ６１を算出する。同様に、取り込み幅算出部５８は、領域６２において取り込み幅ｗ６２を算出する。また、同様に、取り込み幅算出部５８は、領域６３において取り込み幅ｗ６３を算出する。
【００４７】
取り込み幅算出部５８は、被検物３表面の座標に関係づけられた取り込み幅をフレーム間隔算出部５９へ供給する。
【００４８】
＜スキャン時に取り込み幅を算出する方法＞
次に、スキャン時に取り込み幅を算出する方法について説明する。図４は、スキャン時に取り込み幅を狭くする方法を説明するための図である。
時刻ｔ１時のスキャン座標は（ｘ１、ｚ１）であり、次の時刻ｔ２時のスキャン座標は（ｘ２、ｚ２）である。ｗは現在の取り込み幅、ｓはスキャン面に垂直な方向の座標の変化量の設定量、ｈはｘ座標がｘ１からｘ２に移動したときのスキャン面に垂直な方向の座標の変化量である。
【００４９】
制御ユニット４０が、ある取り込み幅ｗでスキャンを開始する。取り込み幅算出部５８は、座標算出部５３から被検物３の座標を順次受け取る。取り込み幅算出部５８は、現在照射部２１が照射した位置のｚ座標と、フレームが間引かれた画像情報のうち現在から１つ前の画像情報を取得した時に照射部２１が照射した位置のｚ座標との差分であるスキャン面に垂直な方向の座標の変化量ｈを算出する。
【００５０】
スキャン面に垂直な方向の座標の変化量ｈが、予め決められた設定量ｓ以上に変化した場合は、取り込み幅算出部５８は、現在の取り込み幅ｗに、ｓ／ｈを乗じて、新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを算出する。そして、取り込み幅算出部５８は、その新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを、フレーム間隔算出部５９に供給する。
【００５１】
フレーム間隔算出部５９は、新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを受け取る。フレーム間隔算出部５９は、その新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈと、移動速度と、サンプリング周波数とから、新たなフレーム間隔を算出する。
【００５２】
続いて、設定量以内に収まっていた座標まで戻ってから、再度スキャンする手順を説明する。取り込み幅算出部５８は、設定量以内に収まっていた座標まで戻す距離を算出する。具体的には、例えば、取り込み幅算出部５８は、図４において、ｔ２時のスキャン位置７２からｔ１時のスキャン位置７１までの距離（この場合、取り込み幅ｗ）を算出する。そして、取り込み幅算出部５８は、その距離を駆動制御部５４へ供給する。
【００５３】
駆動制御部５４は、取り込み幅算出部５８から供給された距離を受け取る。駆動制御部５４は、ヘッド駆動部１６またはステージ駆動部３３を制御して、光プローブ２０の位置を供給された距離だけ戻す。次に、間隔調整部５２は、新しいフレーム間隔で再度画像情報の取り込みを開始する。
【００５４】
例えば、図４において、駆動制御部５４は、ヘッド駆動部１４またはステージ駆動部３３を制御して、スキャンのｘ座標をｘ２の地点からｘ１の地点まで戻す。
そして、間隔調整部５２は、その新たなフレーム間隔で、ＣＣＤカメラ２２から供給された画像情報を取り出しながら、画像情報を取り込む。
【００５５】
一方、スキャン面に垂直な方向の座標の変化量ｈが予め決められた設定量ｓより小さくなった場合は、取り込み幅算出部５８は、現在の取り込み幅ｗに、ｓ／ｈを乗じて、新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを算出する。これによって、取り込み幅がｓ／ｈ倍に広くなる。
そして、間隔調整部５２は、その新たな取り込み幅でスキャンを続行する。なお、この場合、制御ユニット４０は、スキャン位置を戻して、スキャンし直すように制御する必要はない。
【００５６】
フレーム間隔算出部５９は、座標検出部５１から供給された移動速度を受け取る。フレーム間隔算出部５９は、記憶部５５からサンプリング周波数を読み出す。
そして、設計データから取り込み幅を算出した場合は、フレーム間隔算出部５９は、被検物３表面の座標に関係づけられた取り込み幅を受け取る。一方、取り込み時にスキャン面に垂直な方向の座標の変化量に応じて取り込み幅を変更する場合には、フレーム間隔算出部５９は、取り込み幅算出部５８から供給された取り込み幅を順次受け取る。
【００５７】
フレーム間隔算出部５９は、受け取った移動速度と、取り込み幅と、読み出したサンプリング周波数とから、データの取り込み幅が受け取った取り込み幅になるように、被検物３の領域毎に、現在のフレームから次のフレームまでの間にあるフレームの数であるフレーム間隔を指定するデータを算出する。
【００５８】
設計データから取り込み幅を算出した場合は、フレーム間隔算出部５９は、算出した被検物３の領域毎のフレーム間隔を指定するデータを記憶部５５に保存する。
一方、取り込み時にスキャン面に垂直な方向の座標の変化量に応じて取り込み幅を変更する場合には、フレーム間隔算出部５９は、算出したフレーム間隔を指定するデータを間隔調整部５２へ順次供給する。
【００５９】
図５は、予め取り込み幅を設定する処理の流れを示したフローチャートである。被検物３の設計データが存在する場合は、取り込み幅算出部５８は、その設計データを記憶部５５から読み出す（ステップＳ５０１）。次に、取り込み幅算出部５８は、設計データ中の被検物３の表面の領域を、所定の領域に分割する（ステップＳ５０２）。
【００６０】
次に、取り込み幅算出部５８は、分割した領域毎に、被検物３表面の最小凹凸幅に基づいた幅（例えば、最小凹凸幅の半分の幅）でスキャンした場合の、被検物３表面の座標を推定する（ステップ Ｓ５０３）。次に、取り込み幅算出部５８は、その被検物３の座標点から、スキャン面に垂直な方向の座標の変化量を算出する（ステップＳ５０４）。取り込み幅算出部５８は、算出した変化量が所定の範囲内に収まるように、領域毎に１つの取り込み幅を算出する（ステップＳ５０５）。
【００６１】
次に、取り込み幅算出部５８は、その取り込み幅をフレーム間隔算出部５９へ供給する。フレーム間隔算出部５９は、その取り込み幅に基づいて、被検物３中の領域毎にフレーム間隔を算出する（ステップＳ５０６）。フレーム間隔算出部５９は、被検物３の領域毎のフレーム間隔を記憶部５５に保存する。
以上で、本フローチャートは終了する。
【００６２】
なお、取り込み幅算出部５８は、被検物３表面の最小凹凸幅に基づいた幅（例えば、最小凹凸幅の半分の幅）でスキャンした場合の被検物３表面の座標を推定したが、これに限らず、設定可能な最小の取り込み幅で（例えば、５０μｍ）でスキャンした場合の被検物３の座標点を推定してもよい。
また、取り込み幅算出部５８は、領域毎に１つの取り込み幅を算出したが、これに限らず、領域毎に複数の取り込み幅を算出してもよい。
【００６３】
以上により、被検物３において、スキャン面に垂直な方向の座標の変化量が小さい領域のデータを間引くことができる。これによって、スキャンの時間を短縮することができる。
【００６４】
図６は、データ取り込み時に、取り込み幅を変更する処理の流れを示したフローチャートである。
まず、駆動制御部５４が、照射部２１が照射したライン光が移動するように駆動部１６を制御する。そして、間隔調整部５２は、ある取り込み間隔で、ＣＣＤカメラ２２から供給された画像情報を順次取り込む（ステップＳ６０１）。次に、取り込み幅算出部５８が算出したスキャン面に垂直な方向の座標の変化量ｈが、予め決められた設定量ｓ未満の場合（ステップＳ６０２ ＮＯ）、制御ユニット４０はステップＳ６０６の処理に進む。
【００６５】
一方、取り込み幅算出部５８が算出したスキャン面に垂直な方向の座標の変化量ｈが、予め決められた設定量ｓ以上に変化した場合は（ステップＳ６０２ ＹＥＳ）、取り込み幅算出部５８は、現在の取り込み幅ｗに、ｓ／ｈを乗じて、新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを算出する（ステップＳ６０３）。
【００６６】
次に、取り込み幅算出部５８は、その新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを、フレーム間隔算出部５９に供給する。フレーム間隔算出部５９は、供給された新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈを受け取る。フレーム間隔算出部５９は、受け取った新たな取り込み幅ｗ×ｓ／ｈから、新たなフレーム間隔を算出する（ステップＳ６０４）。そして、フレーム間隔算出部５９は、その新たなフレーム間隔を、間隔調整部５２へ供給する。
【００６７】
取り込み幅算出部５８は、設定量以内に収まっていた領域の最終点を算出する。取り込み幅算出部５８は、その設定量以内に収まっていた領域の最終点を駆動制御部５４へ供給する。駆動制御部５４は、設定量以内に収まっていた領域の最終点まで戻るよう駆動部１６を制御する（ステップＳ６０５）。次に、間隔調整部５２は、その新たなフレーム間隔で、ＣＣＤカメラ２２から供給された画像情報を間引きながら、画像情報を取り込む。
【００６８】
次に、被検物３中にスキャンする箇所が有る場合（ステップＳ６０６ ＮＯ）、制御ユニット４０は、ステップＳ６０１の処理に戻る。一方、制御ユニット４０は、被検物３中にスキャンする箇所が無い場合（ステップＳ６０６ ＹＥＳ）、制御ユニット４０は、スキャンを終了する。以上で、本フローチャートは終了する。
【００６９】
以上により、被検物３のスキャン中に、スキャン面に垂直な方向の座標の変化量が所定の設定量よりも大きい場合、スキャンの取り込み幅を小さくすることができる。これによって、スキャンの取り込み幅をスキャン面に垂直な方向の座標の変化量に応じて、動的に変更することができるので、スキャンの時間を短縮することができる。
【００７０】
なお、本発明の実施形態では、図１に示すブリッジ型の三次元形状測定装置について説明したがこれに限らず、多関節型アームの先端に非接触センサを有するプローブを取り付けた形状測定装置であって、測定者が手動で操作することにより被検査物体の形状を測定するように構成された装置であってもよい。また、本実施形態では、フレームの取り出し間隔を変更するようにしたが、フレームの取り出し間隔を一定とし被検物３のスキャン速度を変更しても良い。
【００７１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００７２】
１ 測定機本体
３ 被検物
１１ 支柱
１２ 水平フレーム
１３ 測定ヘッド
１４ ヘッド駆動部
１５ ヘッド位置検出部
１６ 駆動部
１７ 位置検出部
２０ 光プローブ
２１ スリット光照射部（照射部）
２２ ＣＣＤカメラ（撮像部）
３０ 支持装置
３１ ステージ
３３ ステージ駆動部
１４ ヘッド駆動部
３３ ステージ駆動部
３４ ステージ位置検出部
４０ 制御ユニット
４２ 入力装置
４３ ジョイスティック
４４ モニタ
５１ 座標算出部
５２ 間隔調整部
５３ 座標算出部（演算部）
５４ 駆動制御部
５５ 記憶部
５６ 移動指令部
５７ データ出力部
５８ 取り込み幅算出部
５９ フレーム間隔算出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査光を被検物に照射する照射部と、
前記検査光と前記被検物とを相対移動させる移動部と、
前記検査光が照射された前記被検物を撮像し、撮像結果を出力する撮像部と、
前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記被検物の三次元座標を前記相対移動の方向に間隔をおいて演算する演算部と、
前記被検物の形状に応じて前記間隔を変更する制御部と、
を備えることを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項２】
前記被検物の設計データを記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記設計データに基づいて前記間隔を算出することを特徴とする請求項１に記載の三次元形状測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記被検物の設計データから前記パターン光が照射する領域を複数に分割し、前記領域毎に前記間隔を算出す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測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、隣り合う２点間において、前記被検物の表面に垂直な方向の三次元形状の変化量が所定の設定量以下になるように、前記間隔を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記演算された三次元形状に基づいて、前記照射部がパターン光を照射する面に垂直な方向の座標の変化量を算出し、前記座標の変化量が所定の設定量以下になるように、前記変化量と前記設定量とに基づいて、前記間隔を更新することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
【請求項６】
前記演算部の前記撮像結果の取得タイミングと、前記移動部の前記相対移動の速度との少なくとも一方を変更することにより、前記間隔の変更を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
【請求項１】
検査光を被検物に照射する照射部と、
前記検査光と前記被検物とを相対移動させる移動部と、
前記検査光が照射された前記被検物を撮像し、撮像結果を出力する撮像部と、
前記撮像部の撮像結果に基づいて、前記被検物の三次元座標を前記相対移動の方向に間隔をおいて演算する演算部と、
前記被検物の形状に応じて前記間隔を変更する制御部と、
を備えることを特徴とする三次元形状測定装置。
【請求項２】
前記被検物の設計データを記憶する記憶部を更に備え、
前記制御部は、前記設計データに基づいて前記間隔を算出することを特徴とする請求項１に記載の三次元形状測定装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記被検物の設計データから前記パターン光が照射する領域を複数に分割し、前記領域毎に前記間隔を算出す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測定装置。
【請求項４】
前記制御部は、隣り合う２点間において、前記被検物の表面に垂直な方向の三次元形状の変化量が所定の設定量以下になるように、前記間隔を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記演算された三次元形状に基づいて、前記照射部がパターン光を照射する面に垂直な方向の座標の変化量を算出し、前記座標の変化量が所定の設定量以下になるように、前記変化量と前記設定量とに基づいて、前記間隔を更新することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
【請求項６】
前記演算部の前記撮像結果の取得タイミングと、前記移動部の前記相対移動の速度との少なくとも一方を変更することにより、前記間隔の変更を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の三次元形状測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１４１２４５（Ｐ２０１２−１４１２４５Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５５（Ｐ２０１１−６５５）
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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