形状測定装置
【課題】被検物の形状測定において、測定プローブと被検物との位置合わせ作業を簡単に
行うことが可能な構成の形状測定装置を提供する。
【解決手段】被検物に対して光プローブ２０を相対移動させて、光プローブ２０により得
られた情報から被検物の三次元形状を非接触で測定するように構成された形状測定装置に
おいて、光プローブ２０を被検物に対して所定の位置となるように移動させる門型構造体
１０と、被検物を少なくとも２つの回転軸方向に回転させる支持装置３０とを有して構成
される。
行うことが可能な構成の形状測定装置を提供する。
【解決手段】被検物に対して光プローブ２０を相対移動させて、光プローブ２０により得
られた情報から被検物の三次元形状を非接触で測定するように構成された形状測定装置に
おいて、光プローブ２０を被検物に対して所定の位置となるように移動させる門型構造体
１０と、被検物を少なくとも２つの回転軸方向に回転させる支持装置３０とを有して構成
される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ等の撮像装置で被検物を撮像して得られた画像から被検物の輪郭形状
等を測定する非接触式の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
法や（例えば、特許文献１を参照）、被検物との光学的距離を変化させて検出した複数の
画像の合焦情報から被検物の三次元形状を測定するレンズ焦点法（Ｓｈａｐｅ ｆｒｏｍ
Ｆｏｃｕｓ法）などが知られている。
【０００３】
このような非接触式の形状測定装置においては、光照射方式を用いた撮像装置を搭載す
る測定プローブ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軸
方向）に相対移動可能に構成されており、自動計測のための測定ポイントのティーチング
などの際には、ジョイスティック等の操作装置を用いて各軸の独立した移動操作を行うこ
とで、測定プローブを被検物に対して所望の位置に相対移動させ両者の位置合わせを行っ
ている。
【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】
ところで、このような形状測定装置において、測定プローブと被検物との位置決めを行
う場合には、ジョイスティック等の操作装置を用いて測定プローブと被検物とをＸ，Ｙ，
Ｚ軸方向に相対移動させ、測定プローブの視点を被検物の測定位置に合わせる必要がある
。しかしながら、従前では、被検物の形状によっては、被検物の測定部位に対して測定プ
ローブの向きを最適に合わせることが困難な場合もあり、測定プローブと被検物との位置
合わせをする操作が煩雑となる結果、このような被検物の形状測定において測定時間が長
くなる問題を有していた。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、被検物の形状測定において、測
定プローブと被検物との位置合わせ作業を簡単に行うことが可能な構成の形状測定装置を
提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明に係る形状測定装置は、被検物に対して測定プロー
ブを相対移動させて、測定プローブにより得られた情報から被検物の三次元形状を非接触
で測定するように構成された形状測定装置において、測定プローブを被検物に対して所定
の位置となるように移動させる移動装置と、被検物を少なくとも２つの回転軸方向に回転
させる支持装置とを有して構成される。
【０００８】
また、上述の発明において、支持装置は、被検物を載置するステージ部を有し、ステー
ジ部を載置面に対して垂直に延びる第１の回転軸を中心に回転させることにより被検物を
水平面内で回転可能であり、ステージ部を第１の回転軸を通り当該回転軸と直交する第２
の回転軸を中心に回転させることにより被検物を水平面に対して傾斜可能であることが好
ましい。
【０００９】
また、上述の発明において、移動装置は、測定プローブを互いに直交する３軸方向に並
進駆動する駆動機構を有することが好ましい。
【００１０】
また、上述の発明において、移動装置は、支持装置を保持する基台と、基台における保
持面の面内方向に沿って移動可能な支柱と、支柱の可動な方向と直交する方向で且つ上記
面内方向と平行な方向に沿って延在するフレームと、フレームの延在方向に沿って移動可
能であって測定プローブを可動方向及び延在方向と直交する方向に沿って移動可能に保持
するキャリッジとを有し、支柱、キャリッジ及び測定プローブが駆動機構によって駆動さ
れることが好ましい。
【００１１】
また、上述の発明において、測定プローブは、被検物の像を結像する結像光学系を有し
たカメラと、カメラから出力された信号を処理する画像処理部とを有して構成されること
が好ましい。なお、上述の発明において、測定プローブは、被検物にシート状のスリット
光を照射するスリット光照明部と、スリット光の照射方向に対して光軸を所定角度ずらし
て配置されスリット光が照射された被検物を撮像するカメラとを備えた光切断プローブを
有して構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、測定プローブと被検物との位置合わせ作業を簡単に行うことが可能になる
ため、形状測定装置による被検物の測定条件だし時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る三次元形状測定装置の相対移動制御を説明する概略図である。
【図２】第１実施形態の光プローブと被検物とのＸ軸回りの相対移動制御を説明するための概略図である。
【図３】第１実施形態の光プローブと被検物とのＸ軸回りの相対移動制御において、光プローブの追従移動量を説明するための概略図である。
【図４】第１実施形態の光プローブと被検物とのＺ軸回りの相対移動制御を説明するための概略図である。
【図５】第１実施形態の光プローブの視点位置の調整を説明するための概略図である。
【図６】第１実施形態の三次元形状測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図７】第１実施形態の三次元形状測定装置のブロック図である。
【図８】第１実施形態のジョイスティックを示す斜視図である。
【図９】第１実施形態の三次元形状測定装置においてモード切換を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態の三次元形状測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図１１】第２実施形態の三次元形状測定装置のブロック図である。
【図１２】第２実施形態のジョイスティックを示す斜視図である。
【図１３】第２実施形態の三次元形状測定装置において視点固定モードでの光プローブの追従移動を説明するための概略図である。
【図１４】第２実施形態の光プローブの視点位置の調整を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。まず、図１を参照
して、本発明の第１実施形態に係る三次元形状測定装置における支持装置により支持され
た被検物３と、測定ヘッド１３との相対移動制御の概要を説明する。被検物３の一例とし
て図１に示す略直方体形状の部材があり、その被検物３の表面を測定ヘッド１３（光プロ
ーブ２０）で撮像して得られた画像から被検物３の三次元形状を測定するように構成され
た形状測定装置の作動原理を図１を用いて説明する。
【００１５】
この形状測定装置は、被検物３を支持する支持装置３０（図２を参照）を有し、この支
持装置３０は、上下方向に延びる軸Ｚを中心として回転自在（矢印Ａで示す回転）に被検
物３を支持し、この状態で軸Ｚ上の点Ｏ１を通り軸Ｚと直交して水平（左右）に延びる軸
Ｘを中心として被検物３が回転自在（矢印Ｂで示す方向）となるように支持するように構
成されている。このように支持装置３０により支持された被検物３の上方に、測定ヘッド
１３に搭載される光プローブ２０がＸ軸方向に沿って左右に移動（矢印Ｄ（Ｘ）で示す移
動）可能で、且つＺ軸方向に沿って上下に移動（矢印Ｄ（Ｚ）で示す移動）可能、さらに
、これらＸ軸およびＺ軸に直交して延びるＹ軸に沿って前後に移動（矢印Ｄ（Ｙ）で示す
移動）可能になって配設されている。なお、光プローブ２０は被検物３に対して光を照射
する照明光学系と、この被検物３からの光を撮像面に結像する撮像光学系と、ＣＣＤ等の
固体撮像素子からなる撮像面とを有し、制御ユニットによりこれらを制御して、被検物３
の表面の形状計測を行うようになっている。
【００１６】
このような光プローブ２０のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動、および支持装置３０による被検
物３のＸ，Ｚ軸回りの回転移動は、操作装置であるジョイスティック４３（図８を参照）
を操作することで行われるようになっている。ジョイスティック４３には、光プローブ２
０のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動を操作するための操作レバー４５や、支持装置３０のＸ，Ｚ
軸回りの回転移動を操作するための複数のジョグダイアル４６，４７が設けられており、
操作レバー４５を傾倒もしくは回動することで光プローブ２０のＸ，Ｙ，Ｚ軸移動を可能
にし、各ジョグダイアル４６，４７を回動させることで被検物３のＸ，Ｚ軸回りの回転移
動を可能にする。なお、このジョイスティック４３の操作によって移動する光プローブ２
０の位置および支持装置の位置（回転位置）は、三次元形状測定装置を統括的に制御する
制御ユニットによって検出される。
【００１７】
このように支持装置３０により支持された被検物３の表面を撮像して所望の計測を行う
には、光プローブ２０の先端部と被検物３の観察位置との間の距離が所定のワークディス
タンスＷＤとなるように光プローブ２０および被検物３を位置させて、光プローブ２０の
先端部からその照射光の光軸上に沿ってワークディスタンスＷＤだけ隔てて位置する視点
（観察点）を被検物３の観察対象点に一致させる必要がある。また、このとき、光プロー
ブ２０からの光の照射方向が被検物３の観察対象面に対して計測に最適な向きとなるよう
に向かせる必要がある。ここで、ワークディスタンスＷＤは、光プローブ２０の先端部（
点Ｐ０）と被検物３との距離（光プローブ２０の撮像画像の焦点が合う距離）であり、撮
像光学系の焦点距離等によって所定の値に定まるものである。
【００１８】
このとき、例えば、被検物３の表面における図示の点Ｐ１（観察対象点）に光プローブ
２０より光を照射して撮像を行うには、光プローブ２０からの光の光軸上において光プロ
ーブ２０の先端部（点Ｐ０）から所定のワークディスタンスＷＤだけ離れた視点の位置を
観察対象点Ｐ１に位置決めする必要がある。
【００１９】
このため、ジョイスティック４３の操作レバー４５を操作して、光プローブ２０をＸ軸
方向に沿って左右移動させるとともにＹ軸方向に沿って前後移動させ、さらにＺ軸方向に
沿って上下移動させる動作を組み合わせることで、光プローブ２０の先端部（点Ｐ０）と
被検物３の観察対象点Ｐ１とがワークディスタンスＷＤだけ離れた位置に接近させ、光プ
ローブ２０による視点を観察対象点Ｐ１に一致させる。
【００２０】
このとき被検物３の形状によっては、撮像光学系によって結像されるべき被検物３の一
部が被検物３自身によって隠れてしまう所謂死角が生じる場合がある。このような場合に
は、光プローブ２０の観察光学系および照明光学系と被検物３の位置関係が最適となるよ
うに、被検物３に対する光プローブ２０の向きを調整するため、例えば、ジョイスティッ
ク４３のジョグダイアル４６，４７を操作して被検物３をＸ，Ｚ軸回りに回転させると、
被検物３の観察対象点Ｐ１が光プローブ２０による視点からずれるように移動してしまう
こととなる。このため、光プローブ２０の視点を観察対象点に再び合わせるためには、ジ
ョイスティック４３の操作レバー４５を操作して、光プローブ２０をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に
移動させて位置合わせを行う必要がある。さらに、この状態から被検物３に対する光プロ
ーブ２０の向きを微調整するため被検物３をＸ，Ｚ軸回りに回転させると、観察対象点と
視点とがずれることとなり、観察対象点に視点の位置を合わせる操作と、被検物３に対す
る光プローブ２０の向きを合わせる操作とが繰り返し行われる結果となってしまう。
【００２１】
そこで、本実施形態に係る三次元形状測定装置では、光プローブ２０と被検物３との相
対移動制御において２つの作動制御モードを有している。第１のモードは、上記のように
ジョイスティック４３の操作に応じて、単に光プローブ２０と被検物３とをＸ，Ｙ，Ｚ軸
方向に相対移動、およびＸ，Ｚ軸回りに相対回転させる制御を行う（以降の説明では、こ
の第１のモードを「通常動作モード」と称する）。
【００２２】
一方、第２のモードでは、通常動作モードによるジョイスティック操作とは意味づけを
変更し、光プローブ２０のワークディスタンスＷＤおよび測定ベクトル（光プローブから
視点への向きであり、本実施形態では常に鉛直下向き）より視点の位置を決定し、ジョイ
スティック４３による光プローブ２０と被検物３との相対回転移動に伴って変化する視点
を常に撮像面上で動かない（固定される）ように、光プローブ２０と被検物３との相対移
動（Ｘ，Ｙ，Ｚ移動）が制御されるようになっている（以降の説明では、この第２のモー
ドを「視点固定モード」と称する）。
【００２３】
例えば、図２に示すように、光プローブ２０の視点が被検物３の観察対象点Ｐ１に合わ
せられた状態からジョイスティック４３のダイアル４７の操作が行われて被検物３がＸ軸
回りに回転されると、この回転に伴ってそれまで視点とされていた被検物３上の点Ｐ１も
点Ｐ２まで移動することになるが、この視点固定モードでは、この被検物３の回転移動に
追従するように光プローブ２０の視点をＹ，Ｚ軸方向に移動させて当該視点が点Ｐ２に一
致するように被検物３の姿勢が制御される。
【００２４】
具体的には、図３に示すように、まず光プローブ２０の視点の位置は、制御ユニットに
よって検出される光プローブ２０の先端部の位置（点Ｐ０）から測定ベクトルの向き（下
方）にワークディスタンスＷＤだけ離れた位置（点Ｐ１）にあると決定される。ここで、
点Ｐ０の座標を（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）と表すと、点Ｐ１の座標は（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１−Ｗ
Ｄ）と表すことができる。一方、被検物３をＸ軸回りに角度φ１から角度φ２までの角度
Δφ（＝φ１−φ２）だけ回転させる場合、この回転角度Δφは制御ユニットにより検出
され、角度φ１の大きさおよび回転半径Ｒは回転中心Ｏ１の座標と点Ｐ１の座標から算出
され、角度φ２の大きさはφ１−Δφより算出される。よって、被検物３の回転移動に伴
って光プローブ２０の視点を点Ｐ１から点Ｐ２に移動させるためには、光プローブ２０を
Ｙ軸方向にＲｃｏｓφ２−Ｒｃｏｓφ１だけ変位させ、Ｚ軸方向にＲｓｉｎφ１−Ｒｓｉ
ｎφ２だけ変位させる移動制御（視点固定制御）が行われる。
【００２５】
なお、この移動制御では、光プローブ２０を点Ｐ１から点Ｐ２までＹ，Ｚ軸方向に各軸
ごとに直線的に移動させても、Ｙ，Ｚ軸方向に同時２軸で直線移動または円弧移動させて
もよい。また、前述の視点固定制御を極短い時間間隔で行うことで、撮像面で得られる像
では常に観察対象点（目標点）が同じ位置に見えることになる。
【００２６】
同様に、図４に示すように、光プローブ２０の視点が被検物３の観察対象点Ｐ３に合わ
せられた状態からジョイスティック４３のジョグダイアル４６の回動操作が行われて被検
物３がＺ軸回りに水平面内で回転されると、被検物３上でそれまで視点とされていた点３
も点Ｐ４まで移動することになるが、視点固定モードでは、これに追従するように光プロ
ーブ２０の視点をＸ，Ｙ軸方向に移動させて当該視点が点Ｐ４に一致するように位置決め
される。この場合には、光プローブ２０をＺ軸方向の位置を保持しつつ、被検物３の回転
移動量に応じてＸ，Ｙ軸方向に移動させればよい。このとき、光プローブ２０を点Ｐ３か
ら点Ｐ４まで、Ｘ，Ｙ軸方向に各軸ごとに移動させても、Ｘ，Ｙ軸方向に同時２軸で直線
移動または円弧移動させてもよい。
【００２７】
また、この視点固定モードにおいては、視点が観察対象点からずれて焦点が合っていな
いような場合には、図５に示すように、光プローブ２０による視点の位置を調整すること
が可能なように、操作レバー４５の操作量に応じて光プローブ２０による照射光の光軸方
向（測定ベクトル）に沿って、すなわちＺ軸方向に沿って視点を上下移動させることがで
きるようになっている。
【００２８】
このように視点固定モードによれば、視点を常に観察対象点に一致させた状態を保持し
つつ、光プローブ２０と被検物３とを相対回転移動させることが可能になるため、測定の
ための位置合わせ作業を簡単にすることができる。
【００２９】
以上説明した作動原理に基づいて、被検物の形状測定を行うための具体的な三次元形状
測定装置構成を図６および図７を参照して説明する。ここで、本実施形態に係る三次元形
状測定装置の概略構成を図６に示すとともに、三次元形状測定装置のブロック図を図７に
示している。この三次元形状測定装置は、測定機本体１と、制御ユニット４０とを主体に
構成されている。
【００３０】
測定機本体１は、図６に示すように、水平な基台２と、この基台２上に設けられ測定ヘ
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。
【００３１】
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（図示せず）上をＹ方向に移動自在に設けられた支柱１１
，１１と、両支柱１１，１１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（図示せ
ず）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。
【００３２】
門型構造体１０には、図７に示すように、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とが設
けられている。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。
【００３３】
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３
１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。
【００３４】
支持装置３０には、図７に示すように、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。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。ステージ位置検出部３
４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。
【００３５】
測定ヘッド１３は、光切断プローブ２０ａ、ＳＦＦプローブ２０ｂ、およびタッチプロ
ーブ２９の３つの測定プローブを有して構成される。各プローブ２０ａ，２０ｂ，２９は
それぞれ独立して制御可能であり、被検物３の形状の特性等に応じて適宜選択される。
【００３６】
光切断プローブ２０ａは、光切断方式により被検物の表面形状を求めるものであり、図
７に示すように、被検物にシート状のスリット光を照射するスリット光照明部２１と、ス
リット光照明部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、被検物の表面
にその断面形状に対応して形成される光切断線を撮像するＣＣＤカメラ２２とを備えて構
成される。光切断プローブ２０ａでは、スリット光照明部２１から被検物にスリット光を
照射し、それにより被検物の表面に、その断面形状に対応して形成される光切断線をＣＣ
Ｄカメラ２２で撮像した画像を後述の画像処理部により画像処理し、これらスリット光照
明部２１やＣＣＤカメラ２２等の位置関係を基に撮像された画像に対して、画素ごとに三
角測量の原理を用いて幾何学的に計算することによってその位置データを求めて、被検物
に照射されるスリット光（光切断プローブ２０ａ）を所定の方向に走査させることにより
、被検物３の表面形状を求めることができる。なお、スリット光ではなく被検物３を一様
に照明（例えば拡散照明）した状態では、ＣＣＤカメラ２２によって被検物３の撮像部位
の状態を観察できる。
【００３７】
ＳＦＦプローブ２０ｂは、Ｓｈａｐｅ ｆｒｏｍ Ｆｏｃｕｓ方式（以下、「ＳＦＦ方
式」と称する）により被検物の表面形状を求めるものであり、図７に示すように、落射照
明光学系２３の他に、被検物からの光を結像する結像光学系２４と、この結像光学系２４
により結像された被検物の像を検出し（すなわち、被検物の一部分を撮像し）、検出した
像の光強度分布に応じた信号を出力するＣＣＤカメラ２５とを備えて構成される。また、
ＳＦＦプローブ２０ｂには、オートフォーカス機能が搭載されており、光プローブ２０ｂ
と被検物とのＺ軸方向の相対的な距離を変化させて、被検物３に対して自動で焦点を合わ
せることができる。ここで、ＳＦＦ方式の原理について簡単に説明すると、この方式は、
落射照明光学系２３から被検物３に面状の所定のパターン光を照射し、ＳＦＦプローブ２
０ｂと被検物とをＺ方向（焦点方向）に相対移動しながら被検物の画像を設定距離ごとに
ＣＣＤカメラ２５で取得し、後述する画像処理部によって、得られた画像に対して空間フ
ィルタ（微分演算）をかけ各画素毎に合焦測度を求めて被検物表面の形状情報を得る手法
である。このように光プローブ２０ｂと被検物との位置関係を変化させて被検物に対して
求めた各画素毎の合焦測度（コントラスト）が最大となる位置、すなわち合焦位置を算出
することで被検物の表面形状を求めることができる。
【００３８】
タッチプローブ２９は、このタッチプローブ２９が被検物に接触したときの測定座標値
と測定方向（タッチプローブ２９の移動方向）とに基づいて被検物の表面形状を計測する
ものであり、上記光切断プローブ２０ａおよびＳＦＦプローブ２０ｂによる画像計測では
計測困難な被検物に対して用いられる。
【００３９】
なお、以降の説明においては、タッチプローブ２９についての説明は省略し、さらに、
測定ヘッド１３の光切断プローブ２０ａもしくはＳＦＦプローブ２０ｂのいずれかを用い
る場合には、上記の作動原理でも説明したように、これらを総称して単に「光プローブ２
０」と称して説明する。
【００４０】
制御ユニット４０は、図７に示すように、位置検出部１５，３４からの電気信号が入力
される座標検出部５１と、光切断プローブ２０ａおよびＳＦＦプローブ２０ｂ（ＣＣＤカ
メラ２２，２５）からの電気信号が入力される画像処理部５２と、駆動部１４，３３の制
御や光プローブ２０の光学系の倍率や照明光量等を制御する駆動制御部５３と、測定条件
テーブル５４と、測定手順の教示、記憶、再現等のティーチング機能を有するティーチン
グ処理部５５と、測定データテーブル５６と、測定データを出力するデータ出力部５７と
を備えている。この制御ユニット４０は、図６に示すように、ＣＰＵ（中央演算処理装置
）等を有するコンピュータ４１と、各種指示情報を入力するキーボードなどの入力装置４
２と、測定ヘッド１３やステージ３１の移動を操作するジョイスティック４３と、計測画
面、指示画面、計測結果等を表示するモニタ４４とを備えたコンピュータシステムで構成
されている。
【００４１】
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、各プローブ２０ａ，２０ｂ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（合焦位置等）と
を検出するとともに、各プローブ２０ａ，２０ｂ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。
【００４２】
画像処理部５２は、光プローブ２０のＣＣＤカメラ２２，２５の各画素から出力される
電気信号を画像処理し、検出した被検物３の像をモニタ４４の画面上に画像として表示さ
せるための画像信号をデータ出力部５７を介してモニタ４４に出力するように構成されて
いる。また、画像処理部５２は、前述した方式（光切断方式、ＳＦＦ方式）によってＣＣ
Ｄカメラ２２，２５から出力される電気信号を画像処理して得た画像情報と、当該撮像取
得が行われるときに座標検出部５１から得た光プローブ２０およびステージ３１の座標値
とに基づき各測定ポイントの座標値を演算し、その演算結果を測定データテーブル５６へ
順次出力するように構成されている。
【００４３】
駆動制御部５３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、ティー
チング処理部５５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３
３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。
【００４４】
ジョイスティック４３内には、図８に示すように、測定ヘッド１３のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向
の移動操作を行うための操作レバー４５と、ステージ３１の回転軸θ，φ回りの各回転操
作を行うためのジョグダイアル４６，４７と、測定ヘッド１３およびステージ３１の相対
移動制御をモード切り換え可能な視点固定スイッチ４９とが設けられている。
【００４５】
操作レバー４５は自動復帰位置を中立位置として前方、後方、左方、および右方へ傾動
操作することが可能であるとともに、その軸回りに回動操作をすることが可能である。ま
た、ジョグダイアル４６，４７は、その軸回りにそれぞれ回動操作することが可能である
。視点固定スイッチ４９は、上記作動原理でも説明した第１のモードである通常動作モー
ドと、第２のモードである視点固定モードとを有し、この視点固定スイッチ４９をオン・
オフ操作することで、これら２つのモードのうちいずれかを選択可能に構成されている。
【００４６】
駆動制御部５３は、ジョイスティック４３の視点固定スイッチ４９がオン・オフ操作さ
れることで、ジョイスティック４３のレバー操作およびダイアル操作に対して上記２つの
モードを相互に切り換えてヘッド駆動部１４およびステージ駆動部３３の駆動制御を行う
。
【００４７】
駆動制御部５３は、視点固定スイッチ４９がオフのときは、ジョイスティック４３の操
作信号に対して通常動作モードによる駆動制御を行う。すなわち、操作レバー４５を中立
位置から左右方向に傾倒操作したときには測定ヘッド１３がＸ軸方向に駆動され、中立位
置から前後方向に傾倒操作したときに測定ヘッド１３がＹ軸方向に駆動される。また、操
作レバー４５を回動操作したときは測定ヘッド１３がＺ軸方向に駆動される。一方、ジョ
グダイアル４６を回動操作するとステージ３１が回転軸θ回りに回転され、ジョグダイア
ル４７を回動操作するとステージ３１が回転軸φ回りにチルト回転される。
【００４８】
一方、視点固定スイッチ４９がオン操作されると、駆動制御部５３はジョイスティック
操作の意味づけを変更し、ジョイスティック４３の操作信号に対して視点固定モードによ
る駆動制御を行う。この視点固定モードでは、操作レバー４５による前後方向および左右
方向の傾倒操作（Ｘ，Ｙ操作）を無効にして（無視して）、操作レバー４５の回動操作、
およびジョグダイアル４６，４７の回動操作のみを有効に扱う。ここで、ジョグダイアル
４６，４７を回動操作したときは、この操作量に応じてステージ３１を回転軸θ，φ回り
に回転駆動させるとともに、光プローブ２０の視点をこのステージ回転移動に追従させる
ように目標位置および移動速度を算出して、この算出された速度で目標位置に到達するよ
うに測定ヘッド１３の駆動を制御する。
【００４９】
なお、図４でも示したような、回転軸θ回りの光プローブ２０（の視点）の追従移動は
、スリット光の向きに対してプローブ走査方向が決められている光切断プローブ２０ａを
利用した場合等に有効であり、光切断プローブ２０ａの走査方向に対して最適となるよう
に被検物３の向きを変えることができる。
【００５０】
また、視点固定モードにおいて操作レバー４５を回動操作したときは、図５に示すよう
に、光プローブ２０の測定ベクトルを一致させたまま視点の位置を調節するようにレバー
操作量に応じた移動量および移動速度で光プローブ２０（測定ヘッド１３）をＺ軸方向に
駆動制御する。
【００５１】
ここで、このように光プローブ２０の視点位置をマニュアル調整する場合は、光プロー
ブ２０で撮像されモニタ４４で表示される被検物３の画像のコントラストが正確に合うよ
うに光プローブ２０と被検物３との相対位置を変化させて行われるが、この画像のコント
ラスト値を示すインジケータを設ける構成とすれば、インジケータを参照しながら操作す
ることで、視点の位置合わせ精度が向上し、オペレータによるばらつきが解消される。こ
のインジケータは、コントラスト値をグラフィックイメージによって画面に表示するグラ
フィックインジケータ等で構成されることが好ましい。
【００５２】
測定条件テーブル５４は、測定条件や測定手順等の所定のティーチングデータ、被検物
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）を表すデータなどが予め入力装置４２などにより設定されて記憶されている。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を相対移動させ、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当
該測定ポイントの座標値を取り込むことで行われる。なお、この測定開始点および測定終
了点等の情報により測定データの取得範囲や、光プローブ２０と被検物３との相対移動経
路などが決定される。
【００５３】
ティーチング処理部５５は、測定条件テーブル５４に登録されたティーチングデータ等
に基づいて、登録されたデータ取得範囲に応じ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５３を介して各駆動部１４，３３に移動指
令を送信する。また、ティーチング処理部５５は、ティーチングデータ等に基づいて、駆
動制御部５３に制御信号を出力して光プローブ２０の光学系の制御を行う。
【００５４】
測定データテーブル５６は、画像処理部５２から出力される各測定ポイントの座標値（
三次元座標値）の点群データを格納するようになっている。
【００５５】
データ出力部５７は、測定終了後に測定データテーブル５６に格納された測定データ（
全測定ポイントの座標値）等をモニタ４４に表示、またはプリンタ（図示せず）で印刷し
て出力するためのものである。
【００５６】
次に、このように構成された三次元形状測定装置において、通常動作モードから視点固
定モードに変更する場合の作動について図９を追加参照して説明する。
【００５７】
まず、被検物３の測定において、通常動作モードによりジョイスティック４３の操作レ
バー４５を操作して光プローブ２０をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動させ、光プローブ２０の視
点を被検物３上の所望の観察位置に位置させた状態にした後、ジョイスティック４３の視
点固定スイッチ４９をオン操作する（ステップＳ１０１）。視点固定スイッチ４９がオン
操作されることで、ジョイスティック４３による光プローブ２０のＸ，Ｙ軸方向の移動操
作が無効になって（ステップＳ１０２）、これより視点固定モードに移行される（Ｓ１０
３）。
【００５８】
そして、視点固定スイッチ４９が再度操作されたか否かが判断され（ステップＳ１０４
）、この状態でオフ操作によるスイッチ入力があれば、再び通常モードに戻される（ステ
ップＳ１１４）。スイッチ入力が無ければこのまま視点固定モードが続行されて、ジョイ
スティック操作の意味づけが変更され、このジョイスティック４３における操作レバー４
５またはジョグダイアル４６，４７の回動操作が行われることで光プローブ２０および被
検物３の視点固定モードによる相対移動制御が行われる（ステップＳ１０５）。
【００５９】
視点固定モードにおいて、ジョイスティック４３のジョグダイアル４６が回動操作され
たときは（ステップＳ１０６）、この操作量に応じた回転移動量でステージ３１が回転軸
θ回りに回転駆動されるとともに、このステージ３１の回転駆動に伴って光プローブ２０
の視点位置を追従させるように、光プローブ２０における回転軸θを中心として、この回
転軸θから光プローブ２０の現在の視点位置までの距離を回転半径とした円弧状において
、ステージ３１の回転移動量から視点の目標位置を算出する（Ｓ１０９）。
【００６０】
また、ジョグダイアル４７が回動操作されたときは（ステップＳ１０７）、この操作量
に応じた回転移動量でステージ３１が回転軸φ回りに回転駆動されるとともに、このステ
ージ３１の回転駆動に伴って光プローブ２０の視点位置を追従させるように、光プローブ
２０における回転軸φを中心として、この回転軸φから光プローブ２０の現在の視点位置
までの距離を回転半径とした円弧状において、ステージ３１の回転移動量から視点の目標
位置を算出する（Ｓ１１０）。
【００６１】
そして、光プローブ２０の視点の現在位置および目標位置から、駆動制御部５３におい
て光プローブ２０の追従移動におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動速度が算出される（ステッ
プＳ１１１）。
【００６２】
一方、ジョイスティック４３の操作レバー４５が回動操作されたときは（ステップＳ１
０８）、この回動操作量から視点位置の調整のためのＺ軸方向の目標位置が算出されると
ともに、光プローブ２０のＺ軸方向の移動速度が算出される（ステップＳ１１２）。
【００６３】
このようなジョイスティック４３の操作に基づいて、駆動制御部５３がヘッド駆動部１
４およびステージ駆動部３３に駆動信号を出力して（各軸の移動量および移動速度を指令
して）、測定ヘッド１３およびステージ３１を動作させる（ステップＳ１１３）。これに
より、視点固定モードによる測定ヘッド１３とステージ３１との相対移動制御が行われる
。
【００６４】
引き続き、以上のような構成の三次元形状測定装置を用いて、被検物３の三次元形状を
自動測定する場合の手順について説明する。
【００６５】
まず、ジョイスティック４３の視点固定スイッチ４９を操作して通常動作モードもしく
は視点固定モードに適宜切り換えて、ジョイスティック４３のレバー操作やダイアル操作
によりステージ３１上に載置された被検物３に対して光プローブ２１の視点を所望の測定
開始点（最初の測定目標点）に位置決めするとともに、被検物３に対して光プローブ２０
を最適な向きに向かせる。そして、光プローブ２０によりこの測定開始点における画像を
取得して制御ユニット４０の画像処理部５２によって処理された画像情報（エッジ座標値
など）と、座標検出部５１により出力される光プローブ２０およびステージ３１の座標値
とに基づいて測定開始点の座標値が演算されて、この座標値が測定条件テーブル５４に取
り込まれて登録される。
【００６６】
同様に、ジョイスティック４３を操作してモードを適宜切り換えつつ光プローブ２０お
よびステージ３１を相対移動させ、光プローブ２０の視点を次の測定目標点（経過点）や
測定終了点（最後の測定目標点）に位置決めするとともに、被検物３に対する光プローブ
２０の向きを測定に最適な向きに合わせ、この測定ポイントの座標検出を行っていくこと
で、当該座標値が測定条件テーブル５４に次々と登録され、測定データの取得範囲が決定
される。
【００６７】
このように測定条件テーブル５４にデータ取得範囲が設定され、さらに、入力装置４２
から測定条件テーブル５４に測定ピッチ等が設定されると、ティーチング処理部５５にお
いて測定ポイントと測定データを取得する順番が決定される。すなわち、測定データを取
得する順番は、測定開始点から測定終了点に向けて光プローブ２０およびステージ３１が
測定ピッチずつ相対移動されるようにして測定データが取得されるような順番になってい
る。
【００６８】
ティーチング処理部５５は、測定条件テーブル５４に取り込まれた測定目標点の座標値
や、予め測定条件テーブル５４に設定された測定ピッチ、測定目標方向等により定まるテ
ィーチングデータに基づき、光プローブ２０およびステージ３１の駆動制御をして、測定
開始点から測定終了点までの測定経路に従って被検物３上の測定ポイントが順次変更され
ながら、各測定ポイントでの三次元座標（点群データ）が取得される。この点群データは
測定データテーブル５６に格納されていく。
【００６９】
全ての測定ポイントの点群データが取得され測定終了が検出されると、データ出力部５
７により、測定データテーブル５６に格納された点群データとともに、この点群データに
基づく三次元形状がモニタ４４に表示される。
【００７０】
このように本実施形態の三次元形状測定装置では、光プローブ２０と被検物３との相対
移動制御を、位置合わせの目的に応じて通常動作モードおよび視点固定モードの２つのモ
ード制御で切り換えて行うことができるため、ジョイスティック操作による位置合わせを
簡単に行うことが可能になるとともに、位置合わせ時の光プローブ２０および被検物３の
移動回数が減少し、三次元形状測定装置による測定時間を短縮することが可能になる。
【００７１】
次に、三次元形状測定装置の第２実施形態について説明する。この実施形態においては
、上述した第１実施形態の三次元形状測定装置に対して同一の構成要素は同一の符号を付
して重複説明を省略し、第１実施形態との相違点を中心に説明する。ここで、第２実施形
態に係る三次元形状測定装置の概略構成を図１０に示すとともに、この三次元形状測定装
置のブロック図を図１１に示している。
【００７２】
この第２実施形態の三次元形状測定装置は、図１０に示すように、測定機本体１０１と
、制御ユニット１４０とを主体に構成されている。測定機本体１０１は、取付治具１０４
等を介して被検物１０３を支持する水平な基台１０２と、この基台１０２上に設けられ光
プローブ１２０を着脱自在に支持する門型構造体１１０とを主体に構成される。
【００７３】
門型構造体１１０は、基台１０２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（図示せず）上をＹ方向に移動自在に設けられた支
柱１１１，１１１と、両支柱１１１，１１１の間で水平に延びるように架け渡された水平
フレーム１１２と、水平フレーム１１２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（図示せず）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
１１３とを有して構成されており、この測定ヘッド１１３の先端部（下端部）に光切断プ
ローブやＳＦＦプローブ等の光プローブ１２０がクランプ機構（図示せず）により着脱自
在に支持される。このように測定ヘッド１１３は、被検物１０３の形状の特性等に応じて
適宜選択される光プローブ１２０が取り付けられるようになっており、図１０では、スリ
ット光照明部２１およびＣＣＤカメラ２２を備えた光切断プローブが取り付けられた状態
が図示されている。
【００７４】
また、図１３に示すように、測定ヘッド１１３には３軸の回動機構が設けられ、水平に
延びる回転軸１１６（φ1）を中心として回転自在（矢印Ｃで示す回転）に光プローブ１
２０を支持するとともに、回転軸１１６に直交する方向に延びる回転軸１１７（φ2）を
中心として光プローブ１２０を回転自在（矢印Ｄで示す回転）に支持し、さらに、上下方
向に延びるＺ軸に平行な回転軸１１８（θ）を中心として光プローブ１２０を水平面内で
回転自在（矢印Ｅで示す回転）に支持する。
【００７５】
門型構造体１１０には、図１１に示すように、入力される駆動信号に基づき測定ヘッド
１１３（光プローブ１２０）を３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に電動で移動させるとともに、
光プローブ１２０を回転軸１１６（φ1），１１７（φ2），１１８（θ）回りに電動で回
転させるヘッド駆動部１１４と、測定ヘッド１１３のＸ，Ｙ，Ｚ座標および光プローブ１
２０のθ，φ1，φ2座標を検出して、測定ヘッド１１３および光プローブ１２０の座標値
を表す信号を出力するヘッド位置検出部１１５とが設けられている。ヘッド駆動部１１４
は、支柱１１１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１１３をＺ方向に駆動するＺ軸モータ、光プローブ１２０を回転軸θ
，φ1，φ2回りに回転させる第１〜第３回転モータを有して構成される。ヘッド位置検出
部１１５は、測定ヘッド１１３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軸用エンコーダや、光プローブ１２０の
回転軸θ，φ1，φ2回りの回転位置を検出する第１〜第３ロータリエンコーダを有して構
成される。
【００７６】
制御ユニット１４０は、図１１に示すように、ヘッド位置検出部１１５からの電気信号
が入力される座標検出部１５１と、光プローブ１２０（ＣＣＤカメラ）からの電気信号が
入力される画像処理部５２と、ヘッド駆動部１１４の制御や光プローブ１２０の光学系の
倍率や照明光量等を制御する駆動制御部１５３と、測定条件テーブル５４と、測定手順の
教示、記憶、再現等のティーチング機能を有するティーチング処理部５５と、測定データ
テーブル５６と、測定データを出力するデータ出力部５７とを備えている。
【００７７】
座標検出部１５１は、ヘッド位置検出部１１５から出力される座標信号によって、光プ
ローブ１２０の位置（三次元座標値）や回転姿勢（回転角度）を検出するとともに、光プ
ローブ１２０の移動経路、移動速度などを検出する。
【００７８】
駆動制御部１５３は、ジョイスティック１４３からの操作信号に基づいて、または、テ
ィーチング処理部５５からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部１１４に駆動信号を出力
して、測定ヘッド１１３の駆動制御を行う。
【００７９】
ジョイスティック１４３内には、図１２に示すように、測定ヘッド１１３のＸ，Ｙ，Ｚ
軸方向の移動操作を行うための操作レバー４５と、光プローブ１２０の回転軸φ1，φ2，
θ回りの各回転操作を行うためのジョグダイアル１４６，１４７，１４８と、測定ヘッド
１１３の移動制御をモード切り換え可能な視点固定スイッチ４９とが設けられている。
【００８０】
駆動制御部１５３は、ジョイスティック１４３の視点固定スイッチ４９がオン・オフ操
作されることで、ジョイスティック１４３のレバー操作およびダイアル操作に対して、通
常動作モードと視点固定モードとの２つのモードを相互に切り換えてヘッド駆動部１１４
の駆動制御を行う。
【００８１】
駆動制御部１５３は、視点固定スイッチ４９がオフのときは、ジョイスティック１４３
の操作信号に対して通常動作モードによる駆動制御を行う。すなわち、操作レバー４５を
中立位置から前後方向に傾倒操作したときには測定ヘッド１１３がＸ軸方向に駆動され、
中立位置から左右方向に傾倒操作したときに測定ヘッド１１３がＹ軸方向に駆動される。
また、操作レバー４５を回動操作したときは測定ヘッド１１３がＺ軸方向に駆動される。
一方、ジョグダイアル１４６を回動操作すると光プローブ１２０が回転軸１１８（θ）回
りに回転され、ジョグダイアル１４７を回動操作すると光プローブ１２０が回転軸１１６
（φ1）回りに回転され、さらに、ジョグダイアル１４８を回動操作すると光プローブ１
２０が回転軸１１７（φ2）回りに回転される。
【００８２】
一方、視点固定スイッチ４９がオン操作されると、駆動制御部１５３はジョイスティッ
ク操作の意味づけを変更し、ジョイスティック１４３の操作信号に対して視点固定モード
による駆動制御を行う。この視点固定モードでは、操作レバー４５による前後方向および
左右方向の傾倒操作（Ｘ，Ｙ操作）を無効にして（無視して）、操作レバー４５の回動操
作、およびジョグダイアル１４６，１４７，１４８の回動操作のみを有効に扱う。
【００８３】
この視点固定モードにおいて、光プローブ１２０の撮像（撮像光学系の光軸）方向がＺ
軸と一致していればジョグダイアル１４６を回動操作したときは、光プローブ１２０の回
転軸１１８回りの回転（水平面内での回転）に伴って視点の位置は変わらないため、この
回転移動に伴う光プローブ１２０のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への追従移動の制御は行われない。
なお、この回転移動は、光切断プローブを用いた場合に、照射されるシート光の向きを変
えるときなどに行われる。
【００８４】
一方、ジョグダイアル１４７を回動操作したときは、図１３に示すように、その操作量
に応じて光プローブ１２０を回転軸１１６（φ1）回りに回転させるとともに、その視点
の位置（点Ｐ５）が固定された上で、光プローブ１２０を、回転軸１１６に垂直な面内に
おいて当該視点を中心としワークディスタンスＷＤを半径とする円弧上に沿って揺動させ
る制御が行われる。これにより、光プローブ１２０の回転軸１１６回りの回転に伴って光
プローブ１２０の視点がずれることなく、常に光プローブ１２０を被検物１０３の観察対
象点Ｐ５に対して所定のワークディスタンスＷＤを隔てたまま、光プローブ１２０を被検
物１０３に対して最適な向きに向かせることができる。
【００８５】
なお、ジョグダイアル１４８を回動操作して光プローブ１２０を回転軸１１７（φ2）
回りに回転させる場合にも、追従移動の制御は上記と同様であるため、その説明は省略す
る。すなわち、回転軸１１６および回転軸１１７は相互に直交する方向に延びるため、光
プローブ１２０を回転軸１１８回りに９０度回転させる度に回転軸１１６と回転軸１１７
とは交互に軸方向が一致する関係にあるからである。
【００８６】
一方、ジョイスティック１４３の操作レバー４５を回動操作すると、図１４に示すよう
に、光プローブ１２０の測定ベクトルを一致させたまま視点位置を調整可能なように、光
プローブ１２０を測定ベクトルに沿って、それまでの視点位置に対して接近または離隔す
る方向に移動するように駆動制御する。これにより、測定ベクトルを同一に維持したまま
視点位置のみを調整することが可能になる。
【００８７】
このように第２実施形態の三次元形状測定装置においても、光プローブ１２０と被検物
１０３との相対移動制御を、位置合わせの目的に応じて通常モードおよび視点固定モード
の２つのモード制御で切り換えて行うことができるため、ジョイスティック操作による位
置合わせを簡単に行うことが可能になるとともに、位置合わせ時の光プローブ１２０およ
び被検物１０３の移動回数が減少し、三次元形状測定装置による測定時間を短縮すること
が可能になる。
【００８８】
なお、上述した実施形態では、測定ヘッドに搭載される光プローブを光切断方式および
ＳＦＦ方式に適用した例について説明したが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に
限定されるものではなく、共焦点方式やＳＦＤ（Ｓｈａｐｅ Ｆｒｏｍ Ｄｅｆｏｃｕｓ
）方式等の他の方式の光プローブを用いて構成してもよい。また、撮像素子としてＣＭＯ
Ｓ等の１次元または２次元の固体撮像素子を用いることができる。
【符号の説明】
【００８９】
１ 測定機本体（第１実施形態）
２ 基台
３ 被検物
１０ 門型構造体（移動装置）
１１ 支柱
１２ 水平フレーム
１４ ヘッド駆動部（駆動機構）
２０ 光プローブ（測定プローブ）
３０ 支持装置
３１ ステージ（支持装置、ステージ部）
３３ ステージ駆動部
４３ ジョイスティック
５２ 画像処理部
５３ 駆動制御部
１０１ 測定機本体（第２実施形態）
１０２ 基台
１０３ 被検物
１１４ ヘッド駆動部
１２０ 光プローブ
１４３ ジョイスティック
１５３ 駆動制御部
ＷＤ ワークディスタンス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ等の撮像装置で被検物を撮像して得られた画像から被検物の輪郭形状
等を測定する非接触式の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
法や（例えば、特許文献１を参照）、被検物との光学的距離を変化させて検出した複数の
画像の合焦情報から被検物の三次元形状を測定するレンズ焦点法（Ｓｈａｐｅ ｆｒｏｍ
Ｆｏｃｕｓ法）などが知られている。
【０００３】
このような非接触式の形状測定装置においては、光照射方式を用いた撮像装置を搭載す
る測定プローブ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軸
方向）に相対移動可能に構成されており、自動計測のための測定ポイントのティーチング
などの際には、ジョイスティック等の操作装置を用いて各軸の独立した移動操作を行うこ
とで、測定プローブを被検物に対して所望の位置に相対移動させ両者の位置合わせを行っ
ている。
【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】
ところで、このような形状測定装置において、測定プローブと被検物との位置決めを行
う場合には、ジョイスティック等の操作装置を用いて測定プローブと被検物とをＸ，Ｙ，
Ｚ軸方向に相対移動させ、測定プローブの視点を被検物の測定位置に合わせる必要がある
。しかしながら、従前では、被検物の形状によっては、被検物の測定部位に対して測定プ
ローブの向きを最適に合わせることが困難な場合もあり、測定プローブと被検物との位置
合わせをする操作が煩雑となる結果、このような被検物の形状測定において測定時間が長
くなる問題を有していた。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、被検物の形状測定において、測
定プローブと被検物との位置合わせ作業を簡単に行うことが可能な構成の形状測定装置を
提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明に係る形状測定装置は、被検物に対して測定プロー
ブを相対移動させて、測定プローブにより得られた情報から被検物の三次元形状を非接触
で測定するように構成された形状測定装置において、測定プローブを被検物に対して所定
の位置となるように移動させる移動装置と、被検物を少なくとも２つの回転軸方向に回転
させる支持装置とを有して構成される。
【０００８】
また、上述の発明において、支持装置は、被検物を載置するステージ部を有し、ステー
ジ部を載置面に対して垂直に延びる第１の回転軸を中心に回転させることにより被検物を
水平面内で回転可能であり、ステージ部を第１の回転軸を通り当該回転軸と直交する第２
の回転軸を中心に回転させることにより被検物を水平面に対して傾斜可能であることが好
ましい。
【０００９】
また、上述の発明において、移動装置は、測定プローブを互いに直交する３軸方向に並
進駆動する駆動機構を有することが好ましい。
【００１０】
また、上述の発明において、移動装置は、支持装置を保持する基台と、基台における保
持面の面内方向に沿って移動可能な支柱と、支柱の可動な方向と直交する方向で且つ上記
面内方向と平行な方向に沿って延在するフレームと、フレームの延在方向に沿って移動可
能であって測定プローブを可動方向及び延在方向と直交する方向に沿って移動可能に保持
するキャリッジとを有し、支柱、キャリッジ及び測定プローブが駆動機構によって駆動さ
れることが好ましい。
【００１１】
また、上述の発明において、測定プローブは、被検物の像を結像する結像光学系を有し
たカメラと、カメラから出力された信号を処理する画像処理部とを有して構成されること
が好ましい。なお、上述の発明において、測定プローブは、被検物にシート状のスリット
光を照射するスリット光照明部と、スリット光の照射方向に対して光軸を所定角度ずらし
て配置されスリット光が照射された被検物を撮像するカメラとを備えた光切断プローブを
有して構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、測定プローブと被検物との位置合わせ作業を簡単に行うことが可能になる
ため、形状測定装置による被検物の測定条件だし時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る三次元形状測定装置の相対移動制御を説明する概略図である。
【図２】第１実施形態の光プローブと被検物とのＸ軸回りの相対移動制御を説明するための概略図である。
【図３】第１実施形態の光プローブと被検物とのＸ軸回りの相対移動制御において、光プローブの追従移動量を説明するための概略図である。
【図４】第１実施形態の光プローブと被検物とのＺ軸回りの相対移動制御を説明するための概略図である。
【図５】第１実施形態の光プローブの視点位置の調整を説明するための概略図である。
【図６】第１実施形態の三次元形状測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図７】第１実施形態の三次元形状測定装置のブロック図である。
【図８】第１実施形態のジョイスティックを示す斜視図である。
【図９】第１実施形態の三次元形状測定装置においてモード切換を示すフローチャートである。
【図１０】第２実施形態の三次元形状測定装置の概略構成を示す模式図である。
【図１１】第２実施形態の三次元形状測定装置のブロック図である。
【図１２】第２実施形態のジョイスティックを示す斜視図である。
【図１３】第２実施形態の三次元形状測定装置において視点固定モードでの光プローブの追従移動を説明するための概略図である。
【図１４】第２実施形態の光プローブの視点位置の調整を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。まず、図１を参照
して、本発明の第１実施形態に係る三次元形状測定装置における支持装置により支持され
た被検物３と、測定ヘッド１３との相対移動制御の概要を説明する。被検物３の一例とし
て図１に示す略直方体形状の部材があり、その被検物３の表面を測定ヘッド１３（光プロ
ーブ２０）で撮像して得られた画像から被検物３の三次元形状を測定するように構成され
た形状測定装置の作動原理を図１を用いて説明する。
【００１５】
この形状測定装置は、被検物３を支持する支持装置３０（図２を参照）を有し、この支
持装置３０は、上下方向に延びる軸Ｚを中心として回転自在（矢印Ａで示す回転）に被検
物３を支持し、この状態で軸Ｚ上の点Ｏ１を通り軸Ｚと直交して水平（左右）に延びる軸
Ｘを中心として被検物３が回転自在（矢印Ｂで示す方向）となるように支持するように構
成されている。このように支持装置３０により支持された被検物３の上方に、測定ヘッド
１３に搭載される光プローブ２０がＸ軸方向に沿って左右に移動（矢印Ｄ（Ｘ）で示す移
動）可能で、且つＺ軸方向に沿って上下に移動（矢印Ｄ（Ｚ）で示す移動）可能、さらに
、これらＸ軸およびＺ軸に直交して延びるＹ軸に沿って前後に移動（矢印Ｄ（Ｙ）で示す
移動）可能になって配設されている。なお、光プローブ２０は被検物３に対して光を照射
する照明光学系と、この被検物３からの光を撮像面に結像する撮像光学系と、ＣＣＤ等の
固体撮像素子からなる撮像面とを有し、制御ユニットによりこれらを制御して、被検物３
の表面の形状計測を行うようになっている。
【００１６】
このような光プローブ２０のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動、および支持装置３０による被検
物３のＸ，Ｚ軸回りの回転移動は、操作装置であるジョイスティック４３（図８を参照）
を操作することで行われるようになっている。ジョイスティック４３には、光プローブ２
０のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動を操作するための操作レバー４５や、支持装置３０のＸ，Ｚ
軸回りの回転移動を操作するための複数のジョグダイアル４６，４７が設けられており、
操作レバー４５を傾倒もしくは回動することで光プローブ２０のＸ，Ｙ，Ｚ軸移動を可能
にし、各ジョグダイアル４６，４７を回動させることで被検物３のＸ，Ｚ軸回りの回転移
動を可能にする。なお、このジョイスティック４３の操作によって移動する光プローブ２
０の位置および支持装置の位置（回転位置）は、三次元形状測定装置を統括的に制御する
制御ユニットによって検出される。
【００１７】
このように支持装置３０により支持された被検物３の表面を撮像して所望の計測を行う
には、光プローブ２０の先端部と被検物３の観察位置との間の距離が所定のワークディス
タンスＷＤとなるように光プローブ２０および被検物３を位置させて、光プローブ２０の
先端部からその照射光の光軸上に沿ってワークディスタンスＷＤだけ隔てて位置する視点
（観察点）を被検物３の観察対象点に一致させる必要がある。また、このとき、光プロー
ブ２０からの光の照射方向が被検物３の観察対象面に対して計測に最適な向きとなるよう
に向かせる必要がある。ここで、ワークディスタンスＷＤは、光プローブ２０の先端部（
点Ｐ０）と被検物３との距離（光プローブ２０の撮像画像の焦点が合う距離）であり、撮
像光学系の焦点距離等によって所定の値に定まるものである。
【００１８】
このとき、例えば、被検物３の表面における図示の点Ｐ１（観察対象点）に光プローブ
２０より光を照射して撮像を行うには、光プローブ２０からの光の光軸上において光プロ
ーブ２０の先端部（点Ｐ０）から所定のワークディスタンスＷＤだけ離れた視点の位置を
観察対象点Ｐ１に位置決めする必要がある。
【００１９】
このため、ジョイスティック４３の操作レバー４５を操作して、光プローブ２０をＸ軸
方向に沿って左右移動させるとともにＹ軸方向に沿って前後移動させ、さらにＺ軸方向に
沿って上下移動させる動作を組み合わせることで、光プローブ２０の先端部（点Ｐ０）と
被検物３の観察対象点Ｐ１とがワークディスタンスＷＤだけ離れた位置に接近させ、光プ
ローブ２０による視点を観察対象点Ｐ１に一致させる。
【００２０】
このとき被検物３の形状によっては、撮像光学系によって結像されるべき被検物３の一
部が被検物３自身によって隠れてしまう所謂死角が生じる場合がある。このような場合に
は、光プローブ２０の観察光学系および照明光学系と被検物３の位置関係が最適となるよ
うに、被検物３に対する光プローブ２０の向きを調整するため、例えば、ジョイスティッ
ク４３のジョグダイアル４６，４７を操作して被検物３をＸ，Ｚ軸回りに回転させると、
被検物３の観察対象点Ｐ１が光プローブ２０による視点からずれるように移動してしまう
こととなる。このため、光プローブ２０の視点を観察対象点に再び合わせるためには、ジ
ョイスティック４３の操作レバー４５を操作して、光プローブ２０をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に
移動させて位置合わせを行う必要がある。さらに、この状態から被検物３に対する光プロ
ーブ２０の向きを微調整するため被検物３をＸ，Ｚ軸回りに回転させると、観察対象点と
視点とがずれることとなり、観察対象点に視点の位置を合わせる操作と、被検物３に対す
る光プローブ２０の向きを合わせる操作とが繰り返し行われる結果となってしまう。
【００２１】
そこで、本実施形態に係る三次元形状測定装置では、光プローブ２０と被検物３との相
対移動制御において２つの作動制御モードを有している。第１のモードは、上記のように
ジョイスティック４３の操作に応じて、単に光プローブ２０と被検物３とをＸ，Ｙ，Ｚ軸
方向に相対移動、およびＸ，Ｚ軸回りに相対回転させる制御を行う（以降の説明では、こ
の第１のモードを「通常動作モード」と称する）。
【００２２】
一方、第２のモードでは、通常動作モードによるジョイスティック操作とは意味づけを
変更し、光プローブ２０のワークディスタンスＷＤおよび測定ベクトル（光プローブから
視点への向きであり、本実施形態では常に鉛直下向き）より視点の位置を決定し、ジョイ
スティック４３による光プローブ２０と被検物３との相対回転移動に伴って変化する視点
を常に撮像面上で動かない（固定される）ように、光プローブ２０と被検物３との相対移
動（Ｘ，Ｙ，Ｚ移動）が制御されるようになっている（以降の説明では、この第２のモー
ドを「視点固定モード」と称する）。
【００２３】
例えば、図２に示すように、光プローブ２０の視点が被検物３の観察対象点Ｐ１に合わ
せられた状態からジョイスティック４３のダイアル４７の操作が行われて被検物３がＸ軸
回りに回転されると、この回転に伴ってそれまで視点とされていた被検物３上の点Ｐ１も
点Ｐ２まで移動することになるが、この視点固定モードでは、この被検物３の回転移動に
追従するように光プローブ２０の視点をＹ，Ｚ軸方向に移動させて当該視点が点Ｐ２に一
致するように被検物３の姿勢が制御される。
【００２４】
具体的には、図３に示すように、まず光プローブ２０の視点の位置は、制御ユニットに
よって検出される光プローブ２０の先端部の位置（点Ｐ０）から測定ベクトルの向き（下
方）にワークディスタンスＷＤだけ離れた位置（点Ｐ１）にあると決定される。ここで、
点Ｐ０の座標を（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）と表すと、点Ｐ１の座標は（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１−Ｗ
Ｄ）と表すことができる。一方、被検物３をＸ軸回りに角度φ１から角度φ２までの角度
Δφ（＝φ１−φ２）だけ回転させる場合、この回転角度Δφは制御ユニットにより検出
され、角度φ１の大きさおよび回転半径Ｒは回転中心Ｏ１の座標と点Ｐ１の座標から算出
され、角度φ２の大きさはφ１−Δφより算出される。よって、被検物３の回転移動に伴
って光プローブ２０の視点を点Ｐ１から点Ｐ２に移動させるためには、光プローブ２０を
Ｙ軸方向にＲｃｏｓφ２−Ｒｃｏｓφ１だけ変位させ、Ｚ軸方向にＲｓｉｎφ１−Ｒｓｉ
ｎφ２だけ変位させる移動制御（視点固定制御）が行われる。
【００２５】
なお、この移動制御では、光プローブ２０を点Ｐ１から点Ｐ２までＹ，Ｚ軸方向に各軸
ごとに直線的に移動させても、Ｙ，Ｚ軸方向に同時２軸で直線移動または円弧移動させて
もよい。また、前述の視点固定制御を極短い時間間隔で行うことで、撮像面で得られる像
では常に観察対象点（目標点）が同じ位置に見えることになる。
【００２６】
同様に、図４に示すように、光プローブ２０の視点が被検物３の観察対象点Ｐ３に合わ
せられた状態からジョイスティック４３のジョグダイアル４６の回動操作が行われて被検
物３がＺ軸回りに水平面内で回転されると、被検物３上でそれまで視点とされていた点３
も点Ｐ４まで移動することになるが、視点固定モードでは、これに追従するように光プロ
ーブ２０の視点をＸ，Ｙ軸方向に移動させて当該視点が点Ｐ４に一致するように位置決め
される。この場合には、光プローブ２０をＺ軸方向の位置を保持しつつ、被検物３の回転
移動量に応じてＸ，Ｙ軸方向に移動させればよい。このとき、光プローブ２０を点Ｐ３か
ら点Ｐ４まで、Ｘ，Ｙ軸方向に各軸ごとに移動させても、Ｘ，Ｙ軸方向に同時２軸で直線
移動または円弧移動させてもよい。
【００２７】
また、この視点固定モードにおいては、視点が観察対象点からずれて焦点が合っていな
いような場合には、図５に示すように、光プローブ２０による視点の位置を調整すること
が可能なように、操作レバー４５の操作量に応じて光プローブ２０による照射光の光軸方
向（測定ベクトル）に沿って、すなわちＺ軸方向に沿って視点を上下移動させることがで
きるようになっている。
【００２８】
このように視点固定モードによれば、視点を常に観察対象点に一致させた状態を保持し
つつ、光プローブ２０と被検物３とを相対回転移動させることが可能になるため、測定の
ための位置合わせ作業を簡単にすることができる。
【００２９】
以上説明した作動原理に基づいて、被検物の形状測定を行うための具体的な三次元形状
測定装置構成を図６および図７を参照して説明する。ここで、本実施形態に係る三次元形
状測定装置の概略構成を図６に示すとともに、三次元形状測定装置のブロック図を図７に
示している。この三次元形状測定装置は、測定機本体１と、制御ユニット４０とを主体に
構成されている。
【００３０】
測定機本体１は、図６に示すように、水平な基台２と、この基台２上に設けられ測定ヘ
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。
【００３１】
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（図示せず）上をＹ方向に移動自在に設けられた支柱１１
，１１と、両支柱１１，１１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（図示せ
ず）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。
【００３２】
門型構造体１０には、図７に示すように、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とが設
けられている。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。
【００３３】
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３
１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。
【００３４】
支持装置３０には、図７に示すように、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。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。ステージ位置検出部３
４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。
【００３５】
測定ヘッド１３は、光切断プローブ２０ａ、ＳＦＦプローブ２０ｂ、およびタッチプロ
ーブ２９の３つの測定プローブを有して構成される。各プローブ２０ａ，２０ｂ，２９は
それぞれ独立して制御可能であり、被検物３の形状の特性等に応じて適宜選択される。
【００３６】
光切断プローブ２０ａは、光切断方式により被検物の表面形状を求めるものであり、図
７に示すように、被検物にシート状のスリット光を照射するスリット光照明部２１と、ス
リット光照明部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、被検物の表面
にその断面形状に対応して形成される光切断線を撮像するＣＣＤカメラ２２とを備えて構
成される。光切断プローブ２０ａでは、スリット光照明部２１から被検物にスリット光を
照射し、それにより被検物の表面に、その断面形状に対応して形成される光切断線をＣＣ
Ｄカメラ２２で撮像した画像を後述の画像処理部により画像処理し、これらスリット光照
明部２１やＣＣＤカメラ２２等の位置関係を基に撮像された画像に対して、画素ごとに三
角測量の原理を用いて幾何学的に計算することによってその位置データを求めて、被検物
に照射されるスリット光（光切断プローブ２０ａ）を所定の方向に走査させることにより
、被検物３の表面形状を求めることができる。なお、スリット光ではなく被検物３を一様
に照明（例えば拡散照明）した状態では、ＣＣＤカメラ２２によって被検物３の撮像部位
の状態を観察できる。
【００３７】
ＳＦＦプローブ２０ｂは、Ｓｈａｐｅ ｆｒｏｍ Ｆｏｃｕｓ方式（以下、「ＳＦＦ方
式」と称する）により被検物の表面形状を求めるものであり、図７に示すように、落射照
明光学系２３の他に、被検物からの光を結像する結像光学系２４と、この結像光学系２４
により結像された被検物の像を検出し（すなわち、被検物の一部分を撮像し）、検出した
像の光強度分布に応じた信号を出力するＣＣＤカメラ２５とを備えて構成される。また、
ＳＦＦプローブ２０ｂには、オートフォーカス機能が搭載されており、光プローブ２０ｂ
と被検物とのＺ軸方向の相対的な距離を変化させて、被検物３に対して自動で焦点を合わ
せることができる。ここで、ＳＦＦ方式の原理について簡単に説明すると、この方式は、
落射照明光学系２３から被検物３に面状の所定のパターン光を照射し、ＳＦＦプローブ２
０ｂと被検物とをＺ方向（焦点方向）に相対移動しながら被検物の画像を設定距離ごとに
ＣＣＤカメラ２５で取得し、後述する画像処理部によって、得られた画像に対して空間フ
ィルタ（微分演算）をかけ各画素毎に合焦測度を求めて被検物表面の形状情報を得る手法
である。このように光プローブ２０ｂと被検物との位置関係を変化させて被検物に対して
求めた各画素毎の合焦測度（コントラスト）が最大となる位置、すなわち合焦位置を算出
することで被検物の表面形状を求めることができる。
【００３８】
タッチプローブ２９は、このタッチプローブ２９が被検物に接触したときの測定座標値
と測定方向（タッチプローブ２９の移動方向）とに基づいて被検物の表面形状を計測する
ものであり、上記光切断プローブ２０ａおよびＳＦＦプローブ２０ｂによる画像計測では
計測困難な被検物に対して用いられる。
【００３９】
なお、以降の説明においては、タッチプローブ２９についての説明は省略し、さらに、
測定ヘッド１３の光切断プローブ２０ａもしくはＳＦＦプローブ２０ｂのいずれかを用い
る場合には、上記の作動原理でも説明したように、これらを総称して単に「光プローブ２
０」と称して説明する。
【００４０】
制御ユニット４０は、図７に示すように、位置検出部１５，３４からの電気信号が入力
される座標検出部５１と、光切断プローブ２０ａおよびＳＦＦプローブ２０ｂ（ＣＣＤカ
メラ２２，２５）からの電気信号が入力される画像処理部５２と、駆動部１４，３３の制
御や光プローブ２０の光学系の倍率や照明光量等を制御する駆動制御部５３と、測定条件
テーブル５４と、測定手順の教示、記憶、再現等のティーチング機能を有するティーチン
グ処理部５５と、測定データテーブル５６と、測定データを出力するデータ出力部５７と
を備えている。この制御ユニット４０は、図６に示すように、ＣＰＵ（中央演算処理装置
）等を有するコンピュータ４１と、各種指示情報を入力するキーボードなどの入力装置４
２と、測定ヘッド１３やステージ３１の移動を操作するジョイスティック４３と、計測画
面、指示画面、計測結果等を表示するモニタ４４とを備えたコンピュータシステムで構成
されている。
【００４１】
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、各プローブ２０ａ，２０ｂ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（合焦位置等）と
を検出するとともに、各プローブ２０ａ，２０ｂ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。
【００４２】
画像処理部５２は、光プローブ２０のＣＣＤカメラ２２，２５の各画素から出力される
電気信号を画像処理し、検出した被検物３の像をモニタ４４の画面上に画像として表示さ
せるための画像信号をデータ出力部５７を介してモニタ４４に出力するように構成されて
いる。また、画像処理部５２は、前述した方式（光切断方式、ＳＦＦ方式）によってＣＣ
Ｄカメラ２２，２５から出力される電気信号を画像処理して得た画像情報と、当該撮像取
得が行われるときに座標検出部５１から得た光プローブ２０およびステージ３１の座標値
とに基づき各測定ポイントの座標値を演算し、その演算結果を測定データテーブル５６へ
順次出力するように構成されている。
【００４３】
駆動制御部５３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、ティー
チング処理部５５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３
３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。
【００４４】
ジョイスティック４３内には、図８に示すように、測定ヘッド１３のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向
の移動操作を行うための操作レバー４５と、ステージ３１の回転軸θ，φ回りの各回転操
作を行うためのジョグダイアル４６，４７と、測定ヘッド１３およびステージ３１の相対
移動制御をモード切り換え可能な視点固定スイッチ４９とが設けられている。
【００４５】
操作レバー４５は自動復帰位置を中立位置として前方、後方、左方、および右方へ傾動
操作することが可能であるとともに、その軸回りに回動操作をすることが可能である。ま
た、ジョグダイアル４６，４７は、その軸回りにそれぞれ回動操作することが可能である
。視点固定スイッチ４９は、上記作動原理でも説明した第１のモードである通常動作モー
ドと、第２のモードである視点固定モードとを有し、この視点固定スイッチ４９をオン・
オフ操作することで、これら２つのモードのうちいずれかを選択可能に構成されている。
【００４６】
駆動制御部５３は、ジョイスティック４３の視点固定スイッチ４９がオン・オフ操作さ
れることで、ジョイスティック４３のレバー操作およびダイアル操作に対して上記２つの
モードを相互に切り換えてヘッド駆動部１４およびステージ駆動部３３の駆動制御を行う
。
【００４７】
駆動制御部５３は、視点固定スイッチ４９がオフのときは、ジョイスティック４３の操
作信号に対して通常動作モードによる駆動制御を行う。すなわち、操作レバー４５を中立
位置から左右方向に傾倒操作したときには測定ヘッド１３がＸ軸方向に駆動され、中立位
置から前後方向に傾倒操作したときに測定ヘッド１３がＹ軸方向に駆動される。また、操
作レバー４５を回動操作したときは測定ヘッド１３がＺ軸方向に駆動される。一方、ジョ
グダイアル４６を回動操作するとステージ３１が回転軸θ回りに回転され、ジョグダイア
ル４７を回動操作するとステージ３１が回転軸φ回りにチルト回転される。
【００４８】
一方、視点固定スイッチ４９がオン操作されると、駆動制御部５３はジョイスティック
操作の意味づけを変更し、ジョイスティック４３の操作信号に対して視点固定モードによ
る駆動制御を行う。この視点固定モードでは、操作レバー４５による前後方向および左右
方向の傾倒操作（Ｘ，Ｙ操作）を無効にして（無視して）、操作レバー４５の回動操作、
およびジョグダイアル４６，４７の回動操作のみを有効に扱う。ここで、ジョグダイアル
４６，４７を回動操作したときは、この操作量に応じてステージ３１を回転軸θ，φ回り
に回転駆動させるとともに、光プローブ２０の視点をこのステージ回転移動に追従させる
ように目標位置および移動速度を算出して、この算出された速度で目標位置に到達するよ
うに測定ヘッド１３の駆動を制御する。
【００４９】
なお、図４でも示したような、回転軸θ回りの光プローブ２０（の視点）の追従移動は
、スリット光の向きに対してプローブ走査方向が決められている光切断プローブ２０ａを
利用した場合等に有効であり、光切断プローブ２０ａの走査方向に対して最適となるよう
に被検物３の向きを変えることができる。
【００５０】
また、視点固定モードにおいて操作レバー４５を回動操作したときは、図５に示すよう
に、光プローブ２０の測定ベクトルを一致させたまま視点の位置を調節するようにレバー
操作量に応じた移動量および移動速度で光プローブ２０（測定ヘッド１３）をＺ軸方向に
駆動制御する。
【００５１】
ここで、このように光プローブ２０の視点位置をマニュアル調整する場合は、光プロー
ブ２０で撮像されモニタ４４で表示される被検物３の画像のコントラストが正確に合うよ
うに光プローブ２０と被検物３との相対位置を変化させて行われるが、この画像のコント
ラスト値を示すインジケータを設ける構成とすれば、インジケータを参照しながら操作す
ることで、視点の位置合わせ精度が向上し、オペレータによるばらつきが解消される。こ
のインジケータは、コントラスト値をグラフィックイメージによって画面に表示するグラ
フィックインジケータ等で構成されることが好ましい。
【００５２】
測定条件テーブル５４は、測定条件や測定手順等の所定のティーチングデータ、被検物
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）を表すデータなどが予め入力装置４２などにより設定されて記憶されている。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を相対移動させ、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当
該測定ポイントの座標値を取り込むことで行われる。なお、この測定開始点および測定終
了点等の情報により測定データの取得範囲や、光プローブ２０と被検物３との相対移動経
路などが決定される。
【００５３】
ティーチング処理部５５は、測定条件テーブル５４に登録されたティーチングデータ等
に基づいて、登録されたデータ取得範囲に応じ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５３を介して各駆動部１４，３３に移動指
令を送信する。また、ティーチング処理部５５は、ティーチングデータ等に基づいて、駆
動制御部５３に制御信号を出力して光プローブ２０の光学系の制御を行う。
【００５４】
測定データテーブル５６は、画像処理部５２から出力される各測定ポイントの座標値（
三次元座標値）の点群データを格納するようになっている。
【００５５】
データ出力部５７は、測定終了後に測定データテーブル５６に格納された測定データ（
全測定ポイントの座標値）等をモニタ４４に表示、またはプリンタ（図示せず）で印刷し
て出力するためのものである。
【００５６】
次に、このように構成された三次元形状測定装置において、通常動作モードから視点固
定モードに変更する場合の作動について図９を追加参照して説明する。
【００５７】
まず、被検物３の測定において、通常動作モードによりジョイスティック４３の操作レ
バー４５を操作して光プローブ２０をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動させ、光プローブ２０の視
点を被検物３上の所望の観察位置に位置させた状態にした後、ジョイスティック４３の視
点固定スイッチ４９をオン操作する（ステップＳ１０１）。視点固定スイッチ４９がオン
操作されることで、ジョイスティック４３による光プローブ２０のＸ，Ｙ軸方向の移動操
作が無効になって（ステップＳ１０２）、これより視点固定モードに移行される（Ｓ１０
３）。
【００５８】
そして、視点固定スイッチ４９が再度操作されたか否かが判断され（ステップＳ１０４
）、この状態でオフ操作によるスイッチ入力があれば、再び通常モードに戻される（ステ
ップＳ１１４）。スイッチ入力が無ければこのまま視点固定モードが続行されて、ジョイ
スティック操作の意味づけが変更され、このジョイスティック４３における操作レバー４
５またはジョグダイアル４６，４７の回動操作が行われることで光プローブ２０および被
検物３の視点固定モードによる相対移動制御が行われる（ステップＳ１０５）。
【００５９】
視点固定モードにおいて、ジョイスティック４３のジョグダイアル４６が回動操作され
たときは（ステップＳ１０６）、この操作量に応じた回転移動量でステージ３１が回転軸
θ回りに回転駆動されるとともに、このステージ３１の回転駆動に伴って光プローブ２０
の視点位置を追従させるように、光プローブ２０における回転軸θを中心として、この回
転軸θから光プローブ２０の現在の視点位置までの距離を回転半径とした円弧状において
、ステージ３１の回転移動量から視点の目標位置を算出する（Ｓ１０９）。
【００６０】
また、ジョグダイアル４７が回動操作されたときは（ステップＳ１０７）、この操作量
に応じた回転移動量でステージ３１が回転軸φ回りに回転駆動されるとともに、このステ
ージ３１の回転駆動に伴って光プローブ２０の視点位置を追従させるように、光プローブ
２０における回転軸φを中心として、この回転軸φから光プローブ２０の現在の視点位置
までの距離を回転半径とした円弧状において、ステージ３１の回転移動量から視点の目標
位置を算出する（Ｓ１１０）。
【００６１】
そして、光プローブ２０の視点の現在位置および目標位置から、駆動制御部５３におい
て光プローブ２０の追従移動におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の移動速度が算出される（ステッ
プＳ１１１）。
【００６２】
一方、ジョイスティック４３の操作レバー４５が回動操作されたときは（ステップＳ１
０８）、この回動操作量から視点位置の調整のためのＺ軸方向の目標位置が算出されると
ともに、光プローブ２０のＺ軸方向の移動速度が算出される（ステップＳ１１２）。
【００６３】
このようなジョイスティック４３の操作に基づいて、駆動制御部５３がヘッド駆動部１
４およびステージ駆動部３３に駆動信号を出力して（各軸の移動量および移動速度を指令
して）、測定ヘッド１３およびステージ３１を動作させる（ステップＳ１１３）。これに
より、視点固定モードによる測定ヘッド１３とステージ３１との相対移動制御が行われる
。
【００６４】
引き続き、以上のような構成の三次元形状測定装置を用いて、被検物３の三次元形状を
自動測定する場合の手順について説明する。
【００６５】
まず、ジョイスティック４３の視点固定スイッチ４９を操作して通常動作モードもしく
は視点固定モードに適宜切り換えて、ジョイスティック４３のレバー操作やダイアル操作
によりステージ３１上に載置された被検物３に対して光プローブ２１の視点を所望の測定
開始点（最初の測定目標点）に位置決めするとともに、被検物３に対して光プローブ２０
を最適な向きに向かせる。そして、光プローブ２０によりこの測定開始点における画像を
取得して制御ユニット４０の画像処理部５２によって処理された画像情報（エッジ座標値
など）と、座標検出部５１により出力される光プローブ２０およびステージ３１の座標値
とに基づいて測定開始点の座標値が演算されて、この座標値が測定条件テーブル５４に取
り込まれて登録される。
【００６６】
同様に、ジョイスティック４３を操作してモードを適宜切り換えつつ光プローブ２０お
よびステージ３１を相対移動させ、光プローブ２０の視点を次の測定目標点（経過点）や
測定終了点（最後の測定目標点）に位置決めするとともに、被検物３に対する光プローブ
２０の向きを測定に最適な向きに合わせ、この測定ポイントの座標検出を行っていくこと
で、当該座標値が測定条件テーブル５４に次々と登録され、測定データの取得範囲が決定
される。
【００６７】
このように測定条件テーブル５４にデータ取得範囲が設定され、さらに、入力装置４２
から測定条件テーブル５４に測定ピッチ等が設定されると、ティーチング処理部５５にお
いて測定ポイントと測定データを取得する順番が決定される。すなわち、測定データを取
得する順番は、測定開始点から測定終了点に向けて光プローブ２０およびステージ３１が
測定ピッチずつ相対移動されるようにして測定データが取得されるような順番になってい
る。
【００６８】
ティーチング処理部５５は、測定条件テーブル５４に取り込まれた測定目標点の座標値
や、予め測定条件テーブル５４に設定された測定ピッチ、測定目標方向等により定まるテ
ィーチングデータに基づき、光プローブ２０およびステージ３１の駆動制御をして、測定
開始点から測定終了点までの測定経路に従って被検物３上の測定ポイントが順次変更され
ながら、各測定ポイントでの三次元座標（点群データ）が取得される。この点群データは
測定データテーブル５６に格納されていく。
【００６９】
全ての測定ポイントの点群データが取得され測定終了が検出されると、データ出力部５
７により、測定データテーブル５６に格納された点群データとともに、この点群データに
基づく三次元形状がモニタ４４に表示される。
【００７０】
このように本実施形態の三次元形状測定装置では、光プローブ２０と被検物３との相対
移動制御を、位置合わせの目的に応じて通常動作モードおよび視点固定モードの２つのモ
ード制御で切り換えて行うことができるため、ジョイスティック操作による位置合わせを
簡単に行うことが可能になるとともに、位置合わせ時の光プローブ２０および被検物３の
移動回数が減少し、三次元形状測定装置による測定時間を短縮することが可能になる。
【００７１】
次に、三次元形状測定装置の第２実施形態について説明する。この実施形態においては
、上述した第１実施形態の三次元形状測定装置に対して同一の構成要素は同一の符号を付
して重複説明を省略し、第１実施形態との相違点を中心に説明する。ここで、第２実施形
態に係る三次元形状測定装置の概略構成を図１０に示すとともに、この三次元形状測定装
置のブロック図を図１１に示している。
【００７２】
この第２実施形態の三次元形状測定装置は、図１０に示すように、測定機本体１０１と
、制御ユニット１４０とを主体に構成されている。測定機本体１０１は、取付治具１０４
等を介して被検物１０３を支持する水平な基台１０２と、この基台１０２上に設けられ光
プローブ１２０を着脱自在に支持する門型構造体１１０とを主体に構成される。
【００７３】
門型構造体１１０は、基台１０２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（図示せず）上をＹ方向に移動自在に設けられた支
柱１１１，１１１と、両支柱１１１，１１１の間で水平に延びるように架け渡された水平
フレーム１１２と、水平フレーム１１２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（図示せず）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
１１３とを有して構成されており、この測定ヘッド１１３の先端部（下端部）に光切断プ
ローブやＳＦＦプローブ等の光プローブ１２０がクランプ機構（図示せず）により着脱自
在に支持される。このように測定ヘッド１１３は、被検物１０３の形状の特性等に応じて
適宜選択される光プローブ１２０が取り付けられるようになっており、図１０では、スリ
ット光照明部２１およびＣＣＤカメラ２２を備えた光切断プローブが取り付けられた状態
が図示されている。
【００７４】
また、図１３に示すように、測定ヘッド１１３には３軸の回動機構が設けられ、水平に
延びる回転軸１１６（φ1）を中心として回転自在（矢印Ｃで示す回転）に光プローブ１
２０を支持するとともに、回転軸１１６に直交する方向に延びる回転軸１１７（φ2）を
中心として光プローブ１２０を回転自在（矢印Ｄで示す回転）に支持し、さらに、上下方
向に延びるＺ軸に平行な回転軸１１８（θ）を中心として光プローブ１２０を水平面内で
回転自在（矢印Ｅで示す回転）に支持する。
【００７５】
門型構造体１１０には、図１１に示すように、入力される駆動信号に基づき測定ヘッド
１１３（光プローブ１２０）を３方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向）に電動で移動させるとともに、
光プローブ１２０を回転軸１１６（φ1），１１７（φ2），１１８（θ）回りに電動で回
転させるヘッド駆動部１１４と、測定ヘッド１１３のＸ，Ｙ，Ｚ座標および光プローブ１
２０のθ，φ1，φ2座標を検出して、測定ヘッド１１３および光プローブ１２０の座標値
を表す信号を出力するヘッド位置検出部１１５とが設けられている。ヘッド駆動部１１４
は、支柱１１１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１１３をＺ方向に駆動するＺ軸モータ、光プローブ１２０を回転軸θ
，φ1，φ2回りに回転させる第１〜第３回転モータを有して構成される。ヘッド位置検出
部１１５は、測定ヘッド１１３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軸用エンコーダや、光プローブ１２０の
回転軸θ，φ1，φ2回りの回転位置を検出する第１〜第３ロータリエンコーダを有して構
成される。
【００７６】
制御ユニット１４０は、図１１に示すように、ヘッド位置検出部１１５からの電気信号
が入力される座標検出部１５１と、光プローブ１２０（ＣＣＤカメラ）からの電気信号が
入力される画像処理部５２と、ヘッド駆動部１１４の制御や光プローブ１２０の光学系の
倍率や照明光量等を制御する駆動制御部１５３と、測定条件テーブル５４と、測定手順の
教示、記憶、再現等のティーチング機能を有するティーチング処理部５５と、測定データ
テーブル５６と、測定データを出力するデータ出力部５７とを備えている。
【００７７】
座標検出部１５１は、ヘッド位置検出部１１５から出力される座標信号によって、光プ
ローブ１２０の位置（三次元座標値）や回転姿勢（回転角度）を検出するとともに、光プ
ローブ１２０の移動経路、移動速度などを検出する。
【００７８】
駆動制御部１５３は、ジョイスティック１４３からの操作信号に基づいて、または、テ
ィーチング処理部５５からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部１１４に駆動信号を出力
して、測定ヘッド１１３の駆動制御を行う。
【００７９】
ジョイスティック１４３内には、図１２に示すように、測定ヘッド１１３のＸ，Ｙ，Ｚ
軸方向の移動操作を行うための操作レバー４５と、光プローブ１２０の回転軸φ1，φ2，
θ回りの各回転操作を行うためのジョグダイアル１４６，１４７，１４８と、測定ヘッド
１１３の移動制御をモード切り換え可能な視点固定スイッチ４９とが設けられている。
【００８０】
駆動制御部１５３は、ジョイスティック１４３の視点固定スイッチ４９がオン・オフ操
作されることで、ジョイスティック１４３のレバー操作およびダイアル操作に対して、通
常動作モードと視点固定モードとの２つのモードを相互に切り換えてヘッド駆動部１１４
の駆動制御を行う。
【００８１】
駆動制御部１５３は、視点固定スイッチ４９がオフのときは、ジョイスティック１４３
の操作信号に対して通常動作モードによる駆動制御を行う。すなわち、操作レバー４５を
中立位置から前後方向に傾倒操作したときには測定ヘッド１１３がＸ軸方向に駆動され、
中立位置から左右方向に傾倒操作したときに測定ヘッド１１３がＹ軸方向に駆動される。
また、操作レバー４５を回動操作したときは測定ヘッド１１３がＺ軸方向に駆動される。
一方、ジョグダイアル１４６を回動操作すると光プローブ１２０が回転軸１１８（θ）回
りに回転され、ジョグダイアル１４７を回動操作すると光プローブ１２０が回転軸１１６
（φ1）回りに回転され、さらに、ジョグダイアル１４８を回動操作すると光プローブ１
２０が回転軸１１７（φ2）回りに回転される。
【００８２】
一方、視点固定スイッチ４９がオン操作されると、駆動制御部１５３はジョイスティッ
ク操作の意味づけを変更し、ジョイスティック１４３の操作信号に対して視点固定モード
による駆動制御を行う。この視点固定モードでは、操作レバー４５による前後方向および
左右方向の傾倒操作（Ｘ，Ｙ操作）を無効にして（無視して）、操作レバー４５の回動操
作、およびジョグダイアル１４６，１４７，１４８の回動操作のみを有効に扱う。
【００８３】
この視点固定モードにおいて、光プローブ１２０の撮像（撮像光学系の光軸）方向がＺ
軸と一致していればジョグダイアル１４６を回動操作したときは、光プローブ１２０の回
転軸１１８回りの回転（水平面内での回転）に伴って視点の位置は変わらないため、この
回転移動に伴う光プローブ１２０のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向への追従移動の制御は行われない。
なお、この回転移動は、光切断プローブを用いた場合に、照射されるシート光の向きを変
えるときなどに行われる。
【００８４】
一方、ジョグダイアル１４７を回動操作したときは、図１３に示すように、その操作量
に応じて光プローブ１２０を回転軸１１６（φ1）回りに回転させるとともに、その視点
の位置（点Ｐ５）が固定された上で、光プローブ１２０を、回転軸１１６に垂直な面内に
おいて当該視点を中心としワークディスタンスＷＤを半径とする円弧上に沿って揺動させ
る制御が行われる。これにより、光プローブ１２０の回転軸１１６回りの回転に伴って光
プローブ１２０の視点がずれることなく、常に光プローブ１２０を被検物１０３の観察対
象点Ｐ５に対して所定のワークディスタンスＷＤを隔てたまま、光プローブ１２０を被検
物１０３に対して最適な向きに向かせることができる。
【００８５】
なお、ジョグダイアル１４８を回動操作して光プローブ１２０を回転軸１１７（φ2）
回りに回転させる場合にも、追従移動の制御は上記と同様であるため、その説明は省略す
る。すなわち、回転軸１１６および回転軸１１７は相互に直交する方向に延びるため、光
プローブ１２０を回転軸１１８回りに９０度回転させる度に回転軸１１６と回転軸１１７
とは交互に軸方向が一致する関係にあるからである。
【００８６】
一方、ジョイスティック１４３の操作レバー４５を回動操作すると、図１４に示すよう
に、光プローブ１２０の測定ベクトルを一致させたまま視点位置を調整可能なように、光
プローブ１２０を測定ベクトルに沿って、それまでの視点位置に対して接近または離隔す
る方向に移動するように駆動制御する。これにより、測定ベクトルを同一に維持したまま
視点位置のみを調整することが可能になる。
【００８７】
このように第２実施形態の三次元形状測定装置においても、光プローブ１２０と被検物
１０３との相対移動制御を、位置合わせの目的に応じて通常モードおよび視点固定モード
の２つのモード制御で切り換えて行うことができるため、ジョイスティック操作による位
置合わせを簡単に行うことが可能になるとともに、位置合わせ時の光プローブ１２０およ
び被検物１０３の移動回数が減少し、三次元形状測定装置による測定時間を短縮すること
が可能になる。
【００８８】
なお、上述した実施形態では、測定ヘッドに搭載される光プローブを光切断方式および
ＳＦＦ方式に適用した例について説明したが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に
限定されるものではなく、共焦点方式やＳＦＤ（Ｓｈａｐｅ Ｆｒｏｍ Ｄｅｆｏｃｕｓ
）方式等の他の方式の光プローブを用いて構成してもよい。また、撮像素子としてＣＭＯ
Ｓ等の１次元または２次元の固体撮像素子を用いることができる。
【符号の説明】
【００８９】
１ 測定機本体（第１実施形態）
２ 基台
３ 被検物
１０ 門型構造体（移動装置）
１１ 支柱
１２ 水平フレーム
１４ ヘッド駆動部（駆動機構）
２０ 光プローブ（測定プローブ）
３０ 支持装置
３１ ステージ（支持装置、ステージ部）
３３ ステージ駆動部
４３ ジョイスティック
５２ 画像処理部
５３ 駆動制御部
１０１ 測定機本体（第２実施形態）
１０２ 基台
１０３ 被検物
１１４ ヘッド駆動部
１２０ 光プローブ
１４３ ジョイスティック
１５３ 駆動制御部
ＷＤ ワークディスタンス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物に対して測定プローブを相対移動させて、前記測定プローブにより得られた情報
から前記被検物の三次元形状を非接触で測定するように構成された形状測定装置において
、
前記測定プローブを前記被検物に対して所定の位置となるように移動させる移動装置と
、
前記被検物を少なくとも２つの回転軸方向に回転させる支持装置とを有して構成される
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記支持装置は、前記被検物を載置するステージ部を有し、前記ステージ部を前記載置
面に対して垂直に延びる第１の回転軸を中心に回転させることにより前記被検物を水平面
内で回転可能であり、前記ステージ部を前記第１の回転軸を通り当該回転軸と直交する第
２の回転軸を中心に回転させることにより前記被検物を水平面に対して傾斜可能であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記移動装置は、前記測定プローブを互いに直交する３軸方向に並進駆動する駆動機構
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記移動装置は、前記支持装置を保持する基台と、前記基台における前記保持面の面内
方向に沿って移動可能な支柱と、前記支柱の可動な方向と直交する方向で且つ前記面内方
向と平行な方向に沿って延在するフレームと、前記フレームの延在方向に沿って移動可能
であって前記測定プローブを前記可動方向及び前記延在方向と直交する方向に沿って移動
可能に保持するキャリッジとを有し、
前記支柱、前記キャリッジ及び前記測定プローブが前記駆動機構によって駆動されるこ
とを特徴とする請求項３に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記測定プローブは、前記被検物の像を結像する結像光学系を有したカメラと、前記カ
メラから出力された信号を処理する画像処理部とを有して構成されることを特徴とする請
求項１〜４のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記測定プローブは、前記被検物にシート状のスリット光を照射するスリット光照明部
と、前記スリット光の照射方向に対して光軸を所定角度ずらして配置され前記スリット光
が照射された前記被検物を撮像するカメラとを備えた光切断プローブを有して構成される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項１】
被検物に対して測定プローブを相対移動させて、前記測定プローブにより得られた情報
から前記被検物の三次元形状を非接触で測定するように構成された形状測定装置において
、
前記測定プローブを前記被検物に対して所定の位置となるように移動させる移動装置と
、
前記被検物を少なくとも２つの回転軸方向に回転させる支持装置とを有して構成される
ことを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記支持装置は、前記被検物を載置するステージ部を有し、前記ステージ部を前記載置
面に対して垂直に延びる第１の回転軸を中心に回転させることにより前記被検物を水平面
内で回転可能であり、前記ステージ部を前記第１の回転軸を通り当該回転軸と直交する第
２の回転軸を中心に回転させることにより前記被検物を水平面に対して傾斜可能であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記移動装置は、前記測定プローブを互いに直交する３軸方向に並進駆動する駆動機構
を有することを特徴とする請求項１または２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記移動装置は、前記支持装置を保持する基台と、前記基台における前記保持面の面内
方向に沿って移動可能な支柱と、前記支柱の可動な方向と直交する方向で且つ前記面内方
向と平行な方向に沿って延在するフレームと、前記フレームの延在方向に沿って移動可能
であって前記測定プローブを前記可動方向及び前記延在方向と直交する方向に沿って移動
可能に保持するキャリッジとを有し、
前記支柱、前記キャリッジ及び前記測定プローブが前記駆動機構によって駆動されるこ
とを特徴とする請求項３に記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記測定プローブは、前記被検物の像を結像する結像光学系を有したカメラと、前記カ
メラから出力された信号を処理する画像処理部とを有して構成されることを特徴とする請
求項１〜４のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記測定プローブは、前記被検物にシート状のスリット光を照射するスリット光照明部
と、前記スリット光の照射方向に対して光軸を所定角度ずらして配置され前記スリット光
が照射された前記被検物を撮像するカメラとを備えた光切断プローブを有して構成される
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の形状測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１４５３０３（Ｐ２０１１−１４５３０３Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４３６５（Ｐ２０１１−６４３６５）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【分割の表示】特願２００９−６２９５０（Ｐ２００９−６２９５０）の分割
【原出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【分割の表示】特願２００９−６２９５０（Ｐ２００９−６２９５０）の分割
【原出願日】平成２１年３月１６日（２００９．３．１６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]