形状測定装置
【課題】被測定物体を計測中に、被測定物体が計測可能範囲にあるか否かを容易に確認することができる形状測定装置を提供する。
【解決手段】形状測定装置が、被測定物体に計測光を照射する光源４１と、光源４１からの計測光が被測定物体に照射されたことにより生じる像を検出する光検出部４４と、光検出部４４からの検出出力に基づいて被測定物体の形状を検出する形状検出部２４と、被測定物体の位置が、光検出部４４で被測定物体の像が検出できる計測可能範囲から外れているか否かを判定する計測可能範囲判定部３１と、計測可能範囲判定部３１による判定出力に基づいて、計測光の波長とは異なる波長の指示光を照射する指示光発光部とを備える。
【解決手段】形状測定装置が、被測定物体に計測光を照射する光源４１と、光源４１からの計測光が被測定物体に照射されたことにより生じる像を検出する光検出部４４と、光検出部４４からの検出出力に基づいて被測定物体の形状を検出する形状検出部２４と、被測定物体の位置が、光検出部４４で被測定物体の像が検出できる計測可能範囲から外れているか否かを判定する計測可能範囲判定部３１と、計測可能範囲判定部３１による判定出力に基づいて、計測光の波長とは異なる波長の指示光を照射する指示光発光部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多関節型アームの先端に非接触センサを有する測定部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（以下、「マニュアル測定機」と呼ぶ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなマニュアル測定機には、関節部にエンコーダが取り付けられており、移動機構部の先端部（最も先端側のアーム部の先端部）の移動速度や空間座標を検出可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９２４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アーム部に非接触センサを取り付けた形状測定装置では、測定者は、被測定物体の位置が計測可能範囲内になるように、センサと被測定物体との間の距離を保ちながら、走査を行う必要がある。被測定物体の位置が計測可能範囲内にあるか否かは、測定結果を表示するモニタ画面で確認できるが、被測定物体の計測中では、測定者は、被測定物体にセンサを走査させる作業に集中しており、モニタ画面に目を移しながらの作業は困難である。したがって、現状では、測定者は、被測定物体を一通り走査し、エラーとなった箇所について改めて計測し直すようにして、作業が行われている。
【０００５】
本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、被測定物体を計測中に、被測定物体が計測可能範囲にあるか否かを容易に確認することができる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】
【０００６】
上述の課題を解決するために、本発明に係る形状測定装置は、被測定物体に計測光を照射する光源と、前記光源からの計測光が前記被測定物体に照射されたことにより生じる像を検出する光検出部と、前記光検出部からの検出出力に基づいて前記被測定物体の形状を検出する形状検出部と、前記被測定物体の位置が、前記光検出部で前記被測定物体の像が検出できる計測可能範囲から外れているか否かを判定する計測可能範囲判定部と、前記計測可能範囲判定部による判定出力に基づいて、前記計測光の波長とは異なる波長の指示光を照射する指示光発光部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、被測定物体を計測中に、被測定物体が計測可能範囲にあるか否かを容易に確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】形状測定装置の構成を示す説明図である。
【図２】形状測定装置の制御部の基本的な構成を示すブロック図である。
【図３】測定部に設けられた光学式センサの構成を示す説明図である。
【図４】形状測定装置による形状測定処理を示すフローチャートである。
【図５】形状測定装置の計測可能範囲の説明図である。
【図６】計測可能範囲判定部の処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１〜図３を用いて、本実施形態に係る形状測定装置の構成について説明する。この形状測定装置１００は、例えば、形状測定部１０と、制御部２０と、表示部３０と有して構成される。
【００１０】
形状測定部１０は、ステージ５０上に載置された被測定物体５１の形状を測定する。制御部２０は、この形状測定部１０から出力される角度情報及び測定情報に基づいて被測定物体５１に関する形状情報を算出する。表示部３０は、制御部２０により算出された形状情報を、例えば、３次元画像にして出力する。なお、被測定物体５１は、ステージ５０上に載置されていなくても測定可能である。
【００１１】
また、形状測定部１０は、移動機構部１１と、測定部１２と、基台１３とを有して構成される。移動機構部１１は、複数のアーム部１１ａを複数の関節部（接続部）１１ｂで接続した多関節構造を有している。測定部１２は、この移動機構部１１の先端部（最も先端側に位置するアーム部１１ａの先端部）に対して取付部１４を介して着脱可能に構成されている。基台１３には、移動機構部１１の基端部（最も基端側に位置するアーム部１１ａの基端部）が取り付けられている。
【００１２】
なお、関節部１１ｂは、アーム部１１ａ同士を繋ぎ、一方のアーム部１１ａに対して他方のアーム部１１ａを回転させる（揺動させる）ものや、基台１３に対して基端側のアーム部１１ａを接地面に垂直方向の軸を中心に回転させるもの、若しくは、取付部１４に取り付けられた測定部１２を、先端側のアーム部１１ａに対して揺動させたり、回転させたりするものがある。
【００１３】
関節部１１ｂの回転軸の各々には、基台１３や基端側に位置するアーム部１１ａに対して、この関節部１１ｂに接続された先端側に位置するアーム部１１ａ若しくは測定部１２のなす角度を検出するためにこの回転軸の回転量を計測するエンコーダ２１が取り付けられている。これらのエンコーダ２１による計測値（以下、「角度情報」と呼ぶ）は、図２に示すように、制御部２０に出力される。また、この関節部１１ｂには、各々の関節部１１ｂが接続するアーム部１１ａ間若しくはアーム部１１ａと測定部１２との間でこの関節部１１ｂにかかるトルクを検出するトルク検出部であるトルクセンサ２７が設けられている。
【００１４】
さらに、この関節部１１ｂには、関節部１１ｂを介して接続されている基端側のアーム部１１ａに対して先端側のアーム部１１ａ若しくは測定部１２を回転軸を中心に回転（揺動）させる駆動部（例えば、モータ等）１５が接続されている。なお、トルクセンサ２７の検出値（以下、「トルク情報」と呼ぶ）は制御部２０に出力され、駆動部１５の作動の制御は制御部２０により行われる。
【００１５】
一方、測定部１２には、図３に示すように、光源４１と、投影光学系４２と、撮像光学系４３と、撮像素子（光検出部）４４とからなる光学式センサ４０が設けられている。この光源４１は、計測光を照射するレーザーダイオード等である。投影光学系４２は、この光源４１から放射された光をシリンドリカルレンズ等のトーリックレンズ光学系によりライン光としてステージ５０上の被測定物体５１に照射する。撮像光学系４３は、被測定物体５１に投射されたライン光の像（以下、「ライン像」と呼ぶ）を結像する。撮像素子（光検出部）４４は、この撮像光学系４３により結像されたライン像を検出する。
【００１６】
撮像素子４４の受光面には、光源４１からの波長の光だけを通過させる光学フィルタ４５が設けられている。また、図１に示すように、この測定部１２には、測定者が、被測定物体５１の形状測定の開始及び停止を制御部２０に指示するための操作スイッチ２５が設けられている。なお、光源４１から放射された光をライン光に変換するには、ガルバノスキャナ等によりライン光として照射する構成でも実現可能である。
【００１７】
また、この測定部１２には、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲内か否かを測定者に目視可能に知らせるための指示光を被測定物体５１に照射する照明光源（指示光発光部）４６ａ〜４６ｃが設けられている。これらの照明光源４６ａ〜４６ｃは、光源４１からの計測光が照射される領域に向けて照射される。すなわち、これらの照明光源４６ａ〜４６ｃは、被測定物体５１に向けて照射される。また、これらの照明光源４６ａ〜４６ｃとしては、被測定物体５１の形状を検出するための光源４１とは異なる波長のものが用いられる。
【００１８】
また、制御部２０は、図２に示すように、処理部２２と、位置検出部２３と、形状検出部２４と、トルク演算部２８と、駆動力補助部２９と、計測可能範囲判定部３１とを有して構成されている。処理部２２は、この形状測定装置１００による被測定物体５１の形状測定の処理を制御する。位置検出部２３は、エンコーダ２１の各々から出力される角度情報を用いて測定部１２の空間座標及び姿勢（測定空間内の予め決められた点を原点とする座標及び姿勢であって、以下、「位置情報」と呼ぶ）を演算して、検出する。形状検出部２４は、撮像素子４４から出力されるライン像及び位置検出部２３から出力される位置情報を用いて、被測定物体５１の形状情報を算出して、検出する。トルク演算部２８は、トルクセンサ２７から出力されるトルク情報により、各関節部１１ｂにかかるトルク（量及び方向）を演算する。駆動力補助部２９は、トルクセンサ２７から出力されるトルク情報やエンコーダ２１から出力される角度情報（若しくは、位置検出部２３から出力される位置情報）を用いて関節部１１ｂの回転動作を補助するための駆動部１５の回転方向及びトルクを演算する。
【００１９】
計測可能範囲判定部３１は、撮像素子４４で撮像されたライン像の位置から、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れたか否かを判定し、この判定した結果に応じて照明光源４６ａ〜４６ｃを点灯させる。なお、計測可能範囲判定部３１は、判定した結果に応じて照明光源４６ａ〜４６ｃを点灯させる場合、照明光源４６ａ〜４６ｃのうちいずれか１つの照明光源を点灯させる。このようにして、照明光源４６ａ〜４６ｃは、計測可能範囲判定部３１による判定出力に基づいて、計測光の波長とは異なる波長の指示光を照射する。
【００２０】
なお、操作スイッチ２５からの出力（操作信号）は処理部２２に入力され、光源４１の点灯・消灯動作は処理部２２により制御される。また、形状検出部２４から出力された形状情報は、例えば、制御部２０に設けられた記憶部２６に記憶され、さらに、この形状情報は処理部２２で処理されて表示部３０に３次元画像として出力される。ここで、測定空間とは、この形状測定装置１００により、測定部１２を移動させて被測定物体５１の空間座標を取得できる範囲（空間）のことである。また、制御部２０は、例えばコンピュータで実現され、処理部２２、位置検出部２３、形状検出部２４、トルク演算部２８及び駆動力補助部２９は、このコンピュータで実行されるプログラムとして実装される。
【００２１】
ここで、アーム部１１ａの長さ等の情報は既知であるため、制御部２０の位置検出部２３は、エンコーダ２１から出力された角度情報に基づいて、基台１３や基端側に位置するアーム部１１ａに対する、先端側に接続されたアーム部１１ａ若しくは測定部１２の角度を算出することにより、測定部１２の空間上の３次元座標（空間座標）を求めることができる。また同様に、測定部１２における光源４１、投影光学系４２、撮像光学系４３及び撮像素子４４の位置（座標）も既知であるため、形状検出部２４は、三角測量の原理に基づいて撮像素子４４で取得された測定情報（ライン像）を処理することにより、撮像素子４４で撮像できる範囲内にある被測定物体５１の形状を演算して求めることができる。この被測定物体５１の形状は、ライン光が投影されている被測定物体５１の形状（例えば、この範囲の離散的に表される測定空間内での座標群）として表現される。
【００２２】
なお、測定部１２による被測定物体５１の形状情報の取得方法は、上述の光切断による三角測量による方法だけでなく、明視野画像を取得してコンピュータ解析により形状を測定する方法や、ステレオ画像を用いた三角測量による方法等を適宜用いることができる。
【００２３】
次に、この形状測定装置１００を用いて被測定物体５１の形状を測定する方法について図４を用いて説明する。測定者は、形状測定装置１００の測定部１２を操作し、被測定物体５１の測定開始位置に、この測定部１２を移動させる。そして、測定者は、被測定物体５１に対して測定部１２を所定の距離及び角度に配置し、操作スイッチ２５をオン操作する。処理部２２は、操作スイッチ２５のオン操作を検知すると（ステップＳ１）、光源４１を点灯させ、ライン光を被測定物体５１に照射する（ステップＳ２）。この状態で、測定者は、被測定物体５１の測定対象面に沿って測定部１２を移動させることにより、被測定物体５１の表面を走査する。処理部２２は、操作スイッチ２５がオン操作されると、所定の時間間隔で、位置検出部２３から位置情報を取得し（ステップＳ３）、さらに、撮像素子４４から測定情報（ライン像）を取得して形状検出部２４により被測定物体５１の形状情報を取得し（ステップＳ４）、その都度、この形状情報を記憶部２６に記憶する。
【００２４】
処理部２２は、操作スイッチ２５がオフ操作され、測定者により測定が終了されるまで（ステップＳ５でＮｏ）、ステップＳ３からステップＳ４の処理を繰り返すため、操作スイッチ２５がオン操作されている間に測定部１２が走査した範囲の被測定物体５１の形状情報が記憶部２６に記憶される（ステップＳ６）。そして、操作スイッチ２５が測定者によりオフ操作され、測定者により測定が終了されると（ステップＳ５でＹｅｓ）、処理部２２は光源４１を消灯し（ステップＳ７）、それまでに取得した形状情報を記憶部２６から読み出して、被測定物体５１の走査範囲の３次元画像を生成し（ステップＳ８）、表示部３０に出力する（ステップＳ９）。
【００２５】
次に、形状測定装置１００を用いて被測定物体５１の形状を測定する場合の計測可能範囲について説明する。図３に示したように、この形状測定装置１００においては、光源４１から放射された光は、投影光学系４２によりライン光としてステージ５０上の被測定物体５１に照射され、被測定物体５１に投射されたライン像が撮像光学系４３により撮像素子４４の受光面に結像される。図５は、このときの被測定物体５１と測定部１２との間の距離と、撮像素子４４で取得されるライン像光との関係を示している。なお、この図５においては、形状測定装置１００が、半円柱状の被測定物体５１を測定している場合について図示されている。
【００２６】
図５（Ｂ）には、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が、計測可能範囲の略中心にある場合が示されている。図５（Ａ）には、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が、図５（Ｂ）の場合に対比して測定部１２の方に近い場合が示されている。図５（Ｃ）には、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が、図５（Ｂ）の場合に対比して測定部１２から遠い場合が示されている。
【００２７】
この図５（Ｂ）に示すように、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲の略中心にある場合には、被測定物体５１のライン像６１ｂは、撮像素子４４の受光面で上下方向の略中心部分に結像される。この場合には、ライン像６１ｂは欠落することなく、全て、撮像素子４４の受光面に結像される。
【００２８】
図５（Ａ）に示すように、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が近い場合には、被測定物体５１のライン像６１ａは、撮像素子４４の受光面の上側の部分で結像される。また、この場合、ライン像６１ａの一部は、図５（Ａ）に示すように、撮像素子４４の受光面から外れて、欠落することもある。被測定物体５１と測定部１２との間の距離がさらに近づくと、そのライン像は撮像素子４４の撮像範囲から上側に外れることになる。
【００２９】
図５（Ｃ）に示すように、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が遠い場合には、被測定物体５１のライン像６１ｃは、撮像素子４４の受光面の下側の部分で結像される。また、この場合、ライン像６１ｃの一部は、図５（Ｃ）に示すように、撮像素子４４の受光面の下側の部分から外れて、欠落することもある。被測定物体５１と測定部１２との間の距離がさらに遠くなると、そのライン像は撮像素子４４の撮像範囲から下側に外れることになる。
【００３０】
このように、図５において、撮像素子４４の受光面に結像されるライン像は、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が近づくと、撮像素子４４の上側の部分に結像され、計測可能範囲の近接端よりさらに近づくと、撮像素子４４の受光面から上側の部分に外れる。被測定物体５１と測定部１２との間の距離が遠くなると、撮像素子４４の下側の部分に結像され、計測可能範囲の遠隔端よりさらに遠くなると、撮像素子４４の受光面から下側の部分に外れる。したがって、撮像素子４４で検出できるライン像は、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲にあるときに限られる。
【００３１】
なお、この図５では、撮像素子４４は斜め上を向けている構成となっているため、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が近づくと、撮像素子４４の上側の部分にライン像が結像され、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が遠くなると、撮像素子４４の下側の部分にライン像が結像されているが、撮像素子４４が斜め下を向く構成とすれば、その関係は反対になる。
【００３２】
本発明の第１の実施形態では、図３に示したように、測定部１２に、照明光源４６ａ〜４６ｃが設けられる。また、図２に示したように、制御部２０には、計測可能範囲判定部３１が設けられている。この計測可能範囲判定部３１は、撮像素子４４で撮像されたライン像の位置から、被測定物体５１が計測可能範囲を外れたか否かを判定し、これに応じて、照明光源４６ａ〜４６ｃを点灯させる。そして、この照明光源４６ａ〜４６ｃが点灯されることにより照射される指示光は、光源４１からの計測光が照射されている範囲に、この計測光とは異なる波長で照射される。すなわち、この指示光は、被測定物体５１に向けて照射される。
【００３３】
そのため、測定者は、被測定物体５１を測定している場合に、この被測定物体５１を目視しながら、指示光を目視することができる。よって、測定者は、この指示光が照射されているか否かを目視により確認することにより、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れたか否かを容易に視認できる。このようにして、測定者は、被測定物体を計測中に、被測定物体が計測可能範囲にあるか否かを容易に確認することができる。
【００３４】
なお、本実施形態においては、測定者は、指示光が照射されているか否かを目視により確認することにより、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れたか否かを確認する。すなわち、測定者は、光を目視により確認することにより、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れたか否かを確認する。そのため、測定者は、たとえば、工場などの騒音がある環境下においても、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れたか否かを確認することができる。
【００３５】
また、計測可能範囲判定部３１は、被測定物体５１が計測可能範囲から測定部１２の方に近づく方向に外れる場合と、遠ざかる方向に外れる場合とを判定し、この判定された場合ごとに予め対応付けられている波長の指示光を、照明光源４６ａ〜４６ｃを介して照射する。すなわち、照明光源４６ａ〜４６ｃは、計測可能範囲判定部３１により判定された場合ごとに予め対応付けられている波長の指示光を照射する。
【００３６】
これにより、測定者は、被測定物体５１が計測可能範囲から測定部１２の方に近づく方向に外れる場合と、遠ざかる方向に外れる場合とを、予め対応付けられている波長の指示光を目視により確認することにより、被測定物体５１を測定している場合であっても、容易に確認することができる。
【００３７】
また、計測可能範囲判定部３１は、被測定物体５１が計測可能範囲から既に外れている場合と、被測定物体５１が計測可能範囲から外れる直前とを判定し、この判定された場合ごとに予め対応付けられている波長の指示光を、照明光源４６ａ〜４６ｃを介して照射する。すなわち、照明光源４６ａ〜４６ｃは、計測可能範囲判定部３１により判定された場合ごとに予め対応付けられている波長の指示光を照射する。
【００３８】
これにより、測定者は、被測定物体５１が計測可能範囲から既に外れている場合と、被測定物体５１が計測可能範囲から外れる直前とを、予め対応付けられている波長の指示光を目視により確認することにより、被測定物体５１を測定している場合であっても、容易に確認することができる。
【００３９】
なお、上述したように、指示光となる照明光源４６ａ〜４６ｃとしては、被測定物体５１の形状を計測するための計測用の光源４１から放射される光と異なる波長のものが用いられる。一例としては、光源４１は赤色の光であるのに対して、照明光源４６ａは黄色の光源であり、照明光源４６ｂは緑色の光源であり、照明光源４６ｃは青色の光源である。このように、照明光源４６ａ〜４６ｃの光の波長と、光源４１から放射される光源４１の光の波長とは異なっている。このため、測定者は、その光の色から、被測定物体５１を注視しながら、被測定物体５１が計測可能範囲から外れているか否かを容易に視認できる。また、撮像素子４４の受光面には、光源４１からの波長の光（計測光）だけを通過させる光学フィルタ４５が設けられている。このため、照明光源４６ａ〜４６ｃから指示光が照射されている場合であっても、計測光を用いた被測定物体５１の測定に与える影響を減じることができる。
【００４０】
次に、計測可能範囲判定部３１による被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れたか否かを判定する処理について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。図６において、処理部２２は、撮像素子４４の撮像出力を取得し（ステップＳ１０１）、撮像素子４４の撮像出力の中から、所定値以上のレベルの撮像出力を抽出する（ステップＳ１０２）。そして、処理部２２は、撮像素子４４の撮像出力から、測定可能なライン像を検出する（ステップＳ１０３）。
【００４１】
ここで、測定可能なライン像の検出は、例えば、所定値以上の撮像レベルとなる画素の割合が所定の割合（例えば１ラインの長さの３０％）以上であるか否かを判定することにより行う。たとえば、ライン像は、被測定物体５１にある穴や凹凸に応じた形状となる。また、図５で説明したように、被測定物体５１が計測可能範囲の近接端又は遠隔端にあるときには、ライン像の一部が欠落する。このため、所定値以上の撮像レベルとなる画素の割合が所定の割合（例えば１ラインの長さの３０％）以上であるラインをライン像として検出している。なお、測定可能なライン像の検出方法は、このような方法に限定されるものではない。
【００４２】
処理部２２の計測可能範囲判定部３１は、ステップＳ１０３での測定可能なライン像の検出処理を行った結果、測定可能なライン像が検出できたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４で、測定可能なライン像が検出できない場合には、処理部２２の計測可能範囲判定部３１は、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れており、測定結果はエラーとなるとして、例えば黄色の照明光源４６ａを点灯させて（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０１にリターンする。ステップＳ１０４で、測定可能なライン像が検出できたと判定された場合には、処理部２２は、検出されたライン像の画面上の座標を算出する（ステップＳ１０６）。
【００４３】
次に、処理部２２の計測可能範囲判定部３１は、検出されたライン像の位置が近接側の警告範囲に入っているか否かを判定し（ステップＳ１０７）、検出されたライン像の位置が近接側の警告範囲に入っている場合には、例えば緑色の照明光源４６ｂを点灯させて（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０１にリターンする。ステップＳ１０７で、検出されたライン像の位置が近接側の警告範囲に入っていない場合には、処理部２２の計測可能範囲判定部３１は、検出されたライン像の位置が遠隔側の警告範囲に入っているか否かを判定し（ステップＳ１０９）、検出されたライン像の位置が遠隔側の警告範囲に入っている場合には、例えば青色の照明光源４６ｃを点灯させて（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０１にリターンする。
【００４４】
ここで、ステップＳ１０７の近接側の警告範囲及びステップＳ１０９の遠隔側の警告範囲は、被測定物体５１と測定部１２との間の距離と、撮像素子４４に結像されるライン像の位置との関係に応じて予め設定されている。すなわち、図５に示したように、撮像素子４４の受光面に結像されるライン像は、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が近づくと、撮像素子４４の上側の部分に結像され、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が遠くなると、撮像素子４４の下側の部分に結像される。このような関係から、撮像素子４４の撮像画面中で、上端側の領域が近接側の警告範囲として設定され、また、撮像素子４４の撮像画面中で、下端側の領域が遠隔側の警告範囲として設定されている。なお、上述した図５において、撮像素子４４が斜め下を向いている構成とすれば、近接側の警告領域は画面の下側となり、遠隔側の警告領域は画面の上側となる。
【００４５】
ステップＳ１０７で、ライン像が近接側の警告領域にあれば、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲から近接端側に外れる直前であると判定できるので、ステップＳ１０８で、処理部２２の計測可能範囲判定部３１は、緑色の照明光を点灯する。ステップＳ１０９で、ライン像が遠隔側の警告範囲にあれば、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲から遠隔端側に外れる直前であると判定できるので、処理部２２の計測可能範囲判定部３１は、ステップＳ１１０で、青色の照明光を点灯する。
【００４６】
ここで、ステップＳ１０９で、検出されたライン像の位置が遠隔側の警告範囲に入っていない場合には、ライン像は、近接側の警告範囲にも、遠隔側の警告範囲にも入っていない。すなわち、ライン像は、計測可能範囲内にあると判断できる。よって、ステップＳ１０９で、検出されたライン像の位置が遠隔側の警告範囲に入っていない場合には、処理部２２は、ステップＳ１１１で赤・緑・青の照明光源を消灯し、ステップＳ１０１にリターンする。
【００４７】
以上、ステップＳ１０１からステップＳ１１０の処理により、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲から完全に外れていると、黄色の照明光源４６ａが点灯され、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が近接端側に計測可能範囲から外れる直前になると、緑色の照明光源４６ｂが点灯され、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が遠隔端側に計測可能範囲から外れる直前になると、青色の照明光源４６ｃが点灯されるようになる。
【００４８】
なお、以上の説明は、照明光源４６ａ〜４６ｂの点灯の仕方の一例であり、どのような条件と色とを組み合わせても良い。また、ここでは、黄色と緑色と青色の３色の照明光源４６ａ〜４６ｃを用いているが、これ以上若しくはこれ未満の色の組み合わせとしても良い。例えば、黄色の照明光源のみを設け、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲から外れた場合には、黄色の照明光源を発光させるような構成でも良い。
【００４９】
また、以上の説明では、黄色と緑色と青色のそれぞれの色の光を照明光源４６ａ〜４６ｃは用いているが、１種類の波長（すなわち色）の照明光源に、その波長（すなわち色）を変更する手段を設けるようにしても良い。例えば、照明光源として白色光の光源を用意し、複数の色フィルタを切り替えて、複数の色の照明光を照射する。このようにして、照明光源４６ａ〜４６ｃは、指示光を照射する場合に、照射光の波長を変化させてもよい。
【００５０】
また、以上の説明では、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲から外れることを、被測定物体５１に向けて全体的に照射する照明光源で知らせているが、このような照明光ではなく、例えば枠状の光を被測定物体５１に照射するような構成としても良い。
【００５１】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、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】
【００５２】
１０…形状測定部、２３…位置検出部、２４…形状検出部、３１…計測可能範囲判定部、４１…光源、４４…撮像素子（光検出部）、４６ａ〜４６ｃ…照明光源（指示光発光部）、５１…被測定物体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多関節型アームの先端に非接触センサを有する測定部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（以下、「マニュアル測定機」と呼ぶ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなマニュアル測定機には、関節部にエンコーダが取り付けられており、移動機構部の先端部（最も先端側のアーム部の先端部）の移動速度や空間座標を検出可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１９２４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アーム部に非接触センサを取り付けた形状測定装置では、測定者は、被測定物体の位置が計測可能範囲内になるように、センサと被測定物体との間の距離を保ちながら、走査を行う必要がある。被測定物体の位置が計測可能範囲内にあるか否かは、測定結果を表示するモニタ画面で確認できるが、被測定物体の計測中では、測定者は、被測定物体にセンサを走査させる作業に集中しており、モニタ画面に目を移しながらの作業は困難である。したがって、現状では、測定者は、被測定物体を一通り走査し、エラーとなった箇所について改めて計測し直すようにして、作業が行われている。
【０００５】
本発明は、このような課題を鑑みてなされたものであり、被測定物体を計測中に、被測定物体が計測可能範囲にあるか否かを容易に確認することができる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】
【０００６】
上述の課題を解決するために、本発明に係る形状測定装置は、被測定物体に計測光を照射する光源と、前記光源からの計測光が前記被測定物体に照射されたことにより生じる像を検出する光検出部と、前記光検出部からの検出出力に基づいて前記被測定物体の形状を検出する形状検出部と、前記被測定物体の位置が、前記光検出部で前記被測定物体の像が検出できる計測可能範囲から外れているか否かを判定する計測可能範囲判定部と、前記計測可能範囲判定部による判定出力に基づいて、前記計測光の波長とは異なる波長の指示光を照射する指示光発光部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、被測定物体を計測中に、被測定物体が計測可能範囲にあるか否かを容易に確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】形状測定装置の構成を示す説明図である。
【図２】形状測定装置の制御部の基本的な構成を示すブロック図である。
【図３】測定部に設けられた光学式センサの構成を示す説明図である。
【図４】形状測定装置による形状測定処理を示すフローチャートである。
【図５】形状測定装置の計測可能範囲の説明図である。
【図６】計測可能範囲判定部の処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１〜図３を用いて、本実施形態に係る形状測定装置の構成について説明する。この形状測定装置１００は、例えば、形状測定部１０と、制御部２０と、表示部３０と有して構成される。
【００１０】
形状測定部１０は、ステージ５０上に載置された被測定物体５１の形状を測定する。制御部２０は、この形状測定部１０から出力される角度情報及び測定情報に基づいて被測定物体５１に関する形状情報を算出する。表示部３０は、制御部２０により算出された形状情報を、例えば、３次元画像にして出力する。なお、被測定物体５１は、ステージ５０上に載置されていなくても測定可能である。
【００１１】
また、形状測定部１０は、移動機構部１１と、測定部１２と、基台１３とを有して構成される。移動機構部１１は、複数のアーム部１１ａを複数の関節部（接続部）１１ｂで接続した多関節構造を有している。測定部１２は、この移動機構部１１の先端部（最も先端側に位置するアーム部１１ａの先端部）に対して取付部１４を介して着脱可能に構成されている。基台１３には、移動機構部１１の基端部（最も基端側に位置するアーム部１１ａの基端部）が取り付けられている。
【００１２】
なお、関節部１１ｂは、アーム部１１ａ同士を繋ぎ、一方のアーム部１１ａに対して他方のアーム部１１ａを回転させる（揺動させる）ものや、基台１３に対して基端側のアーム部１１ａを接地面に垂直方向の軸を中心に回転させるもの、若しくは、取付部１４に取り付けられた測定部１２を、先端側のアーム部１１ａに対して揺動させたり、回転させたりするものがある。
【００１３】
関節部１１ｂの回転軸の各々には、基台１３や基端側に位置するアーム部１１ａに対して、この関節部１１ｂに接続された先端側に位置するアーム部１１ａ若しくは測定部１２のなす角度を検出するためにこの回転軸の回転量を計測するエンコーダ２１が取り付けられている。これらのエンコーダ２１による計測値（以下、「角度情報」と呼ぶ）は、図２に示すように、制御部２０に出力される。また、この関節部１１ｂには、各々の関節部１１ｂが接続するアーム部１１ａ間若しくはアーム部１１ａと測定部１２との間でこの関節部１１ｂにかかるトルクを検出するトルク検出部であるトルクセンサ２７が設けられている。
【００１４】
さらに、この関節部１１ｂには、関節部１１ｂを介して接続されている基端側のアーム部１１ａに対して先端側のアーム部１１ａ若しくは測定部１２を回転軸を中心に回転（揺動）させる駆動部（例えば、モータ等）１５が接続されている。なお、トルクセンサ２７の検出値（以下、「トルク情報」と呼ぶ）は制御部２０に出力され、駆動部１５の作動の制御は制御部２０により行われる。
【００１５】
一方、測定部１２には、図３に示すように、光源４１と、投影光学系４２と、撮像光学系４３と、撮像素子（光検出部）４４とからなる光学式センサ４０が設けられている。この光源４１は、計測光を照射するレーザーダイオード等である。投影光学系４２は、この光源４１から放射された光をシリンドリカルレンズ等のトーリックレンズ光学系によりライン光としてステージ５０上の被測定物体５１に照射する。撮像光学系４３は、被測定物体５１に投射されたライン光の像（以下、「ライン像」と呼ぶ）を結像する。撮像素子（光検出部）４４は、この撮像光学系４３により結像されたライン像を検出する。
【００１６】
撮像素子４４の受光面には、光源４１からの波長の光だけを通過させる光学フィルタ４５が設けられている。また、図１に示すように、この測定部１２には、測定者が、被測定物体５１の形状測定の開始及び停止を制御部２０に指示するための操作スイッチ２５が設けられている。なお、光源４１から放射された光をライン光に変換するには、ガルバノスキャナ等によりライン光として照射する構成でも実現可能である。
【００１７】
また、この測定部１２には、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲内か否かを測定者に目視可能に知らせるための指示光を被測定物体５１に照射する照明光源（指示光発光部）４６ａ〜４６ｃが設けられている。これらの照明光源４６ａ〜４６ｃは、光源４１からの計測光が照射される領域に向けて照射される。すなわち、これらの照明光源４６ａ〜４６ｃは、被測定物体５１に向けて照射される。また、これらの照明光源４６ａ〜４６ｃとしては、被測定物体５１の形状を検出するための光源４１とは異なる波長のものが用いられる。
【００１８】
また、制御部２０は、図２に示すように、処理部２２と、位置検出部２３と、形状検出部２４と、トルク演算部２８と、駆動力補助部２９と、計測可能範囲判定部３１とを有して構成されている。処理部２２は、この形状測定装置１００による被測定物体５１の形状測定の処理を制御する。位置検出部２３は、エンコーダ２１の各々から出力される角度情報を用いて測定部１２の空間座標及び姿勢（測定空間内の予め決められた点を原点とする座標及び姿勢であって、以下、「位置情報」と呼ぶ）を演算して、検出する。形状検出部２４は、撮像素子４４から出力されるライン像及び位置検出部２３から出力される位置情報を用いて、被測定物体５１の形状情報を算出して、検出する。トルク演算部２８は、トルクセンサ２７から出力されるトルク情報により、各関節部１１ｂにかかるトルク（量及び方向）を演算する。駆動力補助部２９は、トルクセンサ２７から出力されるトルク情報やエンコーダ２１から出力される角度情報（若しくは、位置検出部２３から出力される位置情報）を用いて関節部１１ｂの回転動作を補助するための駆動部１５の回転方向及びトルクを演算する。
【００１９】
計測可能範囲判定部３１は、撮像素子４４で撮像されたライン像の位置から、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れたか否かを判定し、この判定した結果に応じて照明光源４６ａ〜４６ｃを点灯させる。なお、計測可能範囲判定部３１は、判定した結果に応じて照明光源４６ａ〜４６ｃを点灯させる場合、照明光源４６ａ〜４６ｃのうちいずれか１つの照明光源を点灯させる。このようにして、照明光源４６ａ〜４６ｃは、計測可能範囲判定部３１による判定出力に基づいて、計測光の波長とは異なる波長の指示光を照射する。
【００２０】
なお、操作スイッチ２５からの出力（操作信号）は処理部２２に入力され、光源４１の点灯・消灯動作は処理部２２により制御される。また、形状検出部２４から出力された形状情報は、例えば、制御部２０に設けられた記憶部２６に記憶され、さらに、この形状情報は処理部２２で処理されて表示部３０に３次元画像として出力される。ここで、測定空間とは、この形状測定装置１００により、測定部１２を移動させて被測定物体５１の空間座標を取得できる範囲（空間）のことである。また、制御部２０は、例えばコンピュータで実現され、処理部２２、位置検出部２３、形状検出部２４、トルク演算部２８及び駆動力補助部２９は、このコンピュータで実行されるプログラムとして実装される。
【００２１】
ここで、アーム部１１ａの長さ等の情報は既知であるため、制御部２０の位置検出部２３は、エンコーダ２１から出力された角度情報に基づいて、基台１３や基端側に位置するアーム部１１ａに対する、先端側に接続されたアーム部１１ａ若しくは測定部１２の角度を算出することにより、測定部１２の空間上の３次元座標（空間座標）を求めることができる。また同様に、測定部１２における光源４１、投影光学系４２、撮像光学系４３及び撮像素子４４の位置（座標）も既知であるため、形状検出部２４は、三角測量の原理に基づいて撮像素子４４で取得された測定情報（ライン像）を処理することにより、撮像素子４４で撮像できる範囲内にある被測定物体５１の形状を演算して求めることができる。この被測定物体５１の形状は、ライン光が投影されている被測定物体５１の形状（例えば、この範囲の離散的に表される測定空間内での座標群）として表現される。
【００２２】
なお、測定部１２による被測定物体５１の形状情報の取得方法は、上述の光切断による三角測量による方法だけでなく、明視野画像を取得してコンピュータ解析により形状を測定する方法や、ステレオ画像を用いた三角測量による方法等を適宜用いることができる。
【００２３】
次に、この形状測定装置１００を用いて被測定物体５１の形状を測定する方法について図４を用いて説明する。測定者は、形状測定装置１００の測定部１２を操作し、被測定物体５１の測定開始位置に、この測定部１２を移動させる。そして、測定者は、被測定物体５１に対して測定部１２を所定の距離及び角度に配置し、操作スイッチ２５をオン操作する。処理部２２は、操作スイッチ２５のオン操作を検知すると（ステップＳ１）、光源４１を点灯させ、ライン光を被測定物体５１に照射する（ステップＳ２）。この状態で、測定者は、被測定物体５１の測定対象面に沿って測定部１２を移動させることにより、被測定物体５１の表面を走査する。処理部２２は、操作スイッチ２５がオン操作されると、所定の時間間隔で、位置検出部２３から位置情報を取得し（ステップＳ３）、さらに、撮像素子４４から測定情報（ライン像）を取得して形状検出部２４により被測定物体５１の形状情報を取得し（ステップＳ４）、その都度、この形状情報を記憶部２６に記憶する。
【００２４】
処理部２２は、操作スイッチ２５がオフ操作され、測定者により測定が終了されるまで（ステップＳ５でＮｏ）、ステップＳ３からステップＳ４の処理を繰り返すため、操作スイッチ２５がオン操作されている間に測定部１２が走査した範囲の被測定物体５１の形状情報が記憶部２６に記憶される（ステップＳ６）。そして、操作スイッチ２５が測定者によりオフ操作され、測定者により測定が終了されると（ステップＳ５でＹｅｓ）、処理部２２は光源４１を消灯し（ステップＳ７）、それまでに取得した形状情報を記憶部２６から読み出して、被測定物体５１の走査範囲の３次元画像を生成し（ステップＳ８）、表示部３０に出力する（ステップＳ９）。
【００２５】
次に、形状測定装置１００を用いて被測定物体５１の形状を測定する場合の計測可能範囲について説明する。図３に示したように、この形状測定装置１００においては、光源４１から放射された光は、投影光学系４２によりライン光としてステージ５０上の被測定物体５１に照射され、被測定物体５１に投射されたライン像が撮像光学系４３により撮像素子４４の受光面に結像される。図５は、このときの被測定物体５１と測定部１２との間の距離と、撮像素子４４で取得されるライン像光との関係を示している。なお、この図５においては、形状測定装置１００が、半円柱状の被測定物体５１を測定している場合について図示されている。
【００２６】
図５（Ｂ）には、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が、計測可能範囲の略中心にある場合が示されている。図５（Ａ）には、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が、図５（Ｂ）の場合に対比して測定部１２の方に近い場合が示されている。図５（Ｃ）には、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が、図５（Ｂ）の場合に対比して測定部１２から遠い場合が示されている。
【００２７】
この図５（Ｂ）に示すように、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲の略中心にある場合には、被測定物体５１のライン像６１ｂは、撮像素子４４の受光面で上下方向の略中心部分に結像される。この場合には、ライン像６１ｂは欠落することなく、全て、撮像素子４４の受光面に結像される。
【００２８】
図５（Ａ）に示すように、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が近い場合には、被測定物体５１のライン像６１ａは、撮像素子４４の受光面の上側の部分で結像される。また、この場合、ライン像６１ａの一部は、図５（Ａ）に示すように、撮像素子４４の受光面から外れて、欠落することもある。被測定物体５１と測定部１２との間の距離がさらに近づくと、そのライン像は撮像素子４４の撮像範囲から上側に外れることになる。
【００２９】
図５（Ｃ）に示すように、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が遠い場合には、被測定物体５１のライン像６１ｃは、撮像素子４４の受光面の下側の部分で結像される。また、この場合、ライン像６１ｃの一部は、図５（Ｃ）に示すように、撮像素子４４の受光面の下側の部分から外れて、欠落することもある。被測定物体５１と測定部１２との間の距離がさらに遠くなると、そのライン像は撮像素子４４の撮像範囲から下側に外れることになる。
【００３０】
このように、図５において、撮像素子４４の受光面に結像されるライン像は、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が近づくと、撮像素子４４の上側の部分に結像され、計測可能範囲の近接端よりさらに近づくと、撮像素子４４の受光面から上側の部分に外れる。被測定物体５１と測定部１２との間の距離が遠くなると、撮像素子４４の下側の部分に結像され、計測可能範囲の遠隔端よりさらに遠くなると、撮像素子４４の受光面から下側の部分に外れる。したがって、撮像素子４４で検出できるライン像は、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲にあるときに限られる。
【００３１】
なお、この図５では、撮像素子４４は斜め上を向けている構成となっているため、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が近づくと、撮像素子４４の上側の部分にライン像が結像され、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が遠くなると、撮像素子４４の下側の部分にライン像が結像されているが、撮像素子４４が斜め下を向く構成とすれば、その関係は反対になる。
【００３２】
本発明の第１の実施形態では、図３に示したように、測定部１２に、照明光源４６ａ〜４６ｃが設けられる。また、図２に示したように、制御部２０には、計測可能範囲判定部３１が設けられている。この計測可能範囲判定部３１は、撮像素子４４で撮像されたライン像の位置から、被測定物体５１が計測可能範囲を外れたか否かを判定し、これに応じて、照明光源４６ａ〜４６ｃを点灯させる。そして、この照明光源４６ａ〜４６ｃが点灯されることにより照射される指示光は、光源４１からの計測光が照射されている範囲に、この計測光とは異なる波長で照射される。すなわち、この指示光は、被測定物体５１に向けて照射される。
【００３３】
そのため、測定者は、被測定物体５１を測定している場合に、この被測定物体５１を目視しながら、指示光を目視することができる。よって、測定者は、この指示光が照射されているか否かを目視により確認することにより、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れたか否かを容易に視認できる。このようにして、測定者は、被測定物体を計測中に、被測定物体が計測可能範囲にあるか否かを容易に確認することができる。
【００３４】
なお、本実施形態においては、測定者は、指示光が照射されているか否かを目視により確認することにより、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れたか否かを確認する。すなわち、測定者は、光を目視により確認することにより、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れたか否かを確認する。そのため、測定者は、たとえば、工場などの騒音がある環境下においても、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れたか否かを確認することができる。
【００３５】
また、計測可能範囲判定部３１は、被測定物体５１が計測可能範囲から測定部１２の方に近づく方向に外れる場合と、遠ざかる方向に外れる場合とを判定し、この判定された場合ごとに予め対応付けられている波長の指示光を、照明光源４６ａ〜４６ｃを介して照射する。すなわち、照明光源４６ａ〜４６ｃは、計測可能範囲判定部３１により判定された場合ごとに予め対応付けられている波長の指示光を照射する。
【００３６】
これにより、測定者は、被測定物体５１が計測可能範囲から測定部１２の方に近づく方向に外れる場合と、遠ざかる方向に外れる場合とを、予め対応付けられている波長の指示光を目視により確認することにより、被測定物体５１を測定している場合であっても、容易に確認することができる。
【００３７】
また、計測可能範囲判定部３１は、被測定物体５１が計測可能範囲から既に外れている場合と、被測定物体５１が計測可能範囲から外れる直前とを判定し、この判定された場合ごとに予め対応付けられている波長の指示光を、照明光源４６ａ〜４６ｃを介して照射する。すなわち、照明光源４６ａ〜４６ｃは、計測可能範囲判定部３１により判定された場合ごとに予め対応付けられている波長の指示光を照射する。
【００３８】
これにより、測定者は、被測定物体５１が計測可能範囲から既に外れている場合と、被測定物体５１が計測可能範囲から外れる直前とを、予め対応付けられている波長の指示光を目視により確認することにより、被測定物体５１を測定している場合であっても、容易に確認することができる。
【００３９】
なお、上述したように、指示光となる照明光源４６ａ〜４６ｃとしては、被測定物体５１の形状を計測するための計測用の光源４１から放射される光と異なる波長のものが用いられる。一例としては、光源４１は赤色の光であるのに対して、照明光源４６ａは黄色の光源であり、照明光源４６ｂは緑色の光源であり、照明光源４６ｃは青色の光源である。このように、照明光源４６ａ〜４６ｃの光の波長と、光源４１から放射される光源４１の光の波長とは異なっている。このため、測定者は、その光の色から、被測定物体５１を注視しながら、被測定物体５１が計測可能範囲から外れているか否かを容易に視認できる。また、撮像素子４４の受光面には、光源４１からの波長の光（計測光）だけを通過させる光学フィルタ４５が設けられている。このため、照明光源４６ａ〜４６ｃから指示光が照射されている場合であっても、計測光を用いた被測定物体５１の測定に与える影響を減じることができる。
【００４０】
次に、計測可能範囲判定部３１による被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れたか否かを判定する処理について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。図６において、処理部２２は、撮像素子４４の撮像出力を取得し（ステップＳ１０１）、撮像素子４４の撮像出力の中から、所定値以上のレベルの撮像出力を抽出する（ステップＳ１０２）。そして、処理部２２は、撮像素子４４の撮像出力から、測定可能なライン像を検出する（ステップＳ１０３）。
【００４１】
ここで、測定可能なライン像の検出は、例えば、所定値以上の撮像レベルとなる画素の割合が所定の割合（例えば１ラインの長さの３０％）以上であるか否かを判定することにより行う。たとえば、ライン像は、被測定物体５１にある穴や凹凸に応じた形状となる。また、図５で説明したように、被測定物体５１が計測可能範囲の近接端又は遠隔端にあるときには、ライン像の一部が欠落する。このため、所定値以上の撮像レベルとなる画素の割合が所定の割合（例えば１ラインの長さの３０％）以上であるラインをライン像として検出している。なお、測定可能なライン像の検出方法は、このような方法に限定されるものではない。
【００４２】
処理部２２の計測可能範囲判定部３１は、ステップＳ１０３での測定可能なライン像の検出処理を行った結果、測定可能なライン像が検出できたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４で、測定可能なライン像が検出できない場合には、処理部２２の計測可能範囲判定部３１は、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲を外れており、測定結果はエラーとなるとして、例えば黄色の照明光源４６ａを点灯させて（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０１にリターンする。ステップＳ１０４で、測定可能なライン像が検出できたと判定された場合には、処理部２２は、検出されたライン像の画面上の座標を算出する（ステップＳ１０６）。
【００４３】
次に、処理部２２の計測可能範囲判定部３１は、検出されたライン像の位置が近接側の警告範囲に入っているか否かを判定し（ステップＳ１０７）、検出されたライン像の位置が近接側の警告範囲に入っている場合には、例えば緑色の照明光源４６ｂを点灯させて（ステップＳ１０８）、ステップＳ１０１にリターンする。ステップＳ１０７で、検出されたライン像の位置が近接側の警告範囲に入っていない場合には、処理部２２の計測可能範囲判定部３１は、検出されたライン像の位置が遠隔側の警告範囲に入っているか否かを判定し（ステップＳ１０９）、検出されたライン像の位置が遠隔側の警告範囲に入っている場合には、例えば青色の照明光源４６ｃを点灯させて（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０１にリターンする。
【００４４】
ここで、ステップＳ１０７の近接側の警告範囲及びステップＳ１０９の遠隔側の警告範囲は、被測定物体５１と測定部１２との間の距離と、撮像素子４４に結像されるライン像の位置との関係に応じて予め設定されている。すなわち、図５に示したように、撮像素子４４の受光面に結像されるライン像は、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が近づくと、撮像素子４４の上側の部分に結像され、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が遠くなると、撮像素子４４の下側の部分に結像される。このような関係から、撮像素子４４の撮像画面中で、上端側の領域が近接側の警告範囲として設定され、また、撮像素子４４の撮像画面中で、下端側の領域が遠隔側の警告範囲として設定されている。なお、上述した図５において、撮像素子４４が斜め下を向いている構成とすれば、近接側の警告領域は画面の下側となり、遠隔側の警告領域は画面の上側となる。
【００４５】
ステップＳ１０７で、ライン像が近接側の警告領域にあれば、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲から近接端側に外れる直前であると判定できるので、ステップＳ１０８で、処理部２２の計測可能範囲判定部３１は、緑色の照明光を点灯する。ステップＳ１０９で、ライン像が遠隔側の警告範囲にあれば、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲から遠隔端側に外れる直前であると判定できるので、処理部２２の計測可能範囲判定部３１は、ステップＳ１１０で、青色の照明光を点灯する。
【００４６】
ここで、ステップＳ１０９で、検出されたライン像の位置が遠隔側の警告範囲に入っていない場合には、ライン像は、近接側の警告範囲にも、遠隔側の警告範囲にも入っていない。すなわち、ライン像は、計測可能範囲内にあると判断できる。よって、ステップＳ１０９で、検出されたライン像の位置が遠隔側の警告範囲に入っていない場合には、処理部２２は、ステップＳ１１１で赤・緑・青の照明光源を消灯し、ステップＳ１０１にリターンする。
【００４７】
以上、ステップＳ１０１からステップＳ１１０の処理により、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲から完全に外れていると、黄色の照明光源４６ａが点灯され、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が近接端側に計測可能範囲から外れる直前になると、緑色の照明光源４６ｂが点灯され、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が遠隔端側に計測可能範囲から外れる直前になると、青色の照明光源４６ｃが点灯されるようになる。
【００４８】
なお、以上の説明は、照明光源４６ａ〜４６ｂの点灯の仕方の一例であり、どのような条件と色とを組み合わせても良い。また、ここでは、黄色と緑色と青色の３色の照明光源４６ａ〜４６ｃを用いているが、これ以上若しくはこれ未満の色の組み合わせとしても良い。例えば、黄色の照明光源のみを設け、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲から外れた場合には、黄色の照明光源を発光させるような構成でも良い。
【００４９】
また、以上の説明では、黄色と緑色と青色のそれぞれの色の光を照明光源４６ａ〜４６ｃは用いているが、１種類の波長（すなわち色）の照明光源に、その波長（すなわち色）を変更する手段を設けるようにしても良い。例えば、照明光源として白色光の光源を用意し、複数の色フィルタを切り替えて、複数の色の照明光を照射する。このようにして、照明光源４６ａ〜４６ｃは、指示光を照射する場合に、照射光の波長を変化させてもよい。
【００５０】
また、以上の説明では、被測定物体５１と測定部１２との間の距離が計測可能範囲から外れることを、被測定物体５１に向けて全体的に照射する照明光源で知らせているが、このような照明光ではなく、例えば枠状の光を被測定物体５１に照射するような構成としても良い。
【００５１】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、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】
【００５２】
１０…形状測定部、２３…位置検出部、２４…形状検出部、３１…計測可能範囲判定部、４１…光源、４４…撮像素子（光検出部）、４６ａ〜４６ｃ…照明光源（指示光発光部）、５１…被測定物体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物体に計測光を照射する光源と、
前記光源からの計測光が前記被測定物体に照射されたことにより生じる像を検出する光検出部と、
前記光検出部からの検出出力に基づいて前記被測定物体の形状を検出する形状検出部と、
前記被測定物体の位置が、前記光検出部で前記被測定物体の像が検出できる計測可能範囲から外れているか否かを判定する計測可能範囲判定部と、
前記計測可能範囲判定部による判定出力に基づいて、前記計測光の波長とは異なる波長の指示光を照射する指示光発光部と
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記光源及び前記光検出部をアーム部により回転可能により支持する移動機構部と、
前記光源及び前記光検出部の空間座標及び姿勢を検出する位置検出部と、
を有し、
前記形状検出部は、
前記光検出部からの検出出力と、前記位置検出部により検出された前記光源及び前記光検出部の空間座標及び姿勢とに基づいて前記被測定物体の形状を検出する、
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】
前記計測可能範囲判定部は、前記被測定物体が前記計測可能範囲から前記光源及び前記光検出部の方に近づく方向に外れる場合と、遠ざかる方向に外れる場合とを判定し、
前記指示光発光部は、前記計測可能範囲判定部により判定された場合ごとに予め対応付けられている波長の前記指示光を照射する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記計測可能範囲判定部は、前記被測定物体が前記計測可能範囲から既に外れている場合と、前記被測定物体が前記計測可能範囲から外れる直前とを判定し、
前記指示光発光部は、前記計測可能範囲判定部により判定された場合ごとに予め対応付けられている波長の前記指示光を照射する、
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記指示光発光部は、前記指示光を照射する場合に、前記照射光の波長を変化させることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記指示光発光部は、前記指示光を、前記計測光が照射される領域に向けて照射することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の形状測定装置。
【請求項１】
被測定物体に計測光を照射する光源と、
前記光源からの計測光が前記被測定物体に照射されたことにより生じる像を検出する光検出部と、
前記光検出部からの検出出力に基づいて前記被測定物体の形状を検出する形状検出部と、
前記被測定物体の位置が、前記光検出部で前記被測定物体の像が検出できる計測可能範囲から外れているか否かを判定する計測可能範囲判定部と、
前記計測可能範囲判定部による判定出力に基づいて、前記計測光の波長とは異なる波長の指示光を照射する指示光発光部と
を備えることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記光源及び前記光検出部をアーム部により回転可能により支持する移動機構部と、
前記光源及び前記光検出部の空間座標及び姿勢を検出する位置検出部と、
を有し、
前記形状検出部は、
前記光検出部からの検出出力と、前記位置検出部により検出された前記光源及び前記光検出部の空間座標及び姿勢とに基づいて前記被測定物体の形状を検出する、
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】
前記計測可能範囲判定部は、前記被測定物体が前記計測可能範囲から前記光源及び前記光検出部の方に近づく方向に外れる場合と、遠ざかる方向に外れる場合とを判定し、
前記指示光発光部は、前記計測可能範囲判定部により判定された場合ごとに予め対応付けられている波長の前記指示光を照射する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記計測可能範囲判定部は、前記被測定物体が前記計測可能範囲から既に外れている場合と、前記被測定物体が前記計測可能範囲から外れる直前とを判定し、
前記指示光発光部は、前記計測可能範囲判定部により判定された場合ごとに予め対応付けられている波長の前記指示光を照射する、
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の形状測定装置。
【請求項５】
前記指示光発光部は、前記指示光を照射する場合に、前記照射光の波長を変化させることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記指示光発光部は、前記指示光を、前記計測光が照射される領域に向けて照射することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載の形状測定装置。
【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２０１２−１２７８０５（Ｐ２０１２−１２７８０５Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７９５９０（Ｐ２０１０−２７９５９０）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【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５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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