３次元形状測定方法
【課題】簡単に合成できると共に測定できない箇所が生じない３次元形状測定方法を得る。
【解決手段】定盤１０の平坦な定盤面１２に多数のマーク１４を形成すると共に、多数のマーク１４から大きさと間隔との違いにより少なくとも３つのマーク１４を特定可能に形成する。また、各マーク１４の大きさと間隔とを記憶する。そして、定盤面１２に定盤面１２より小さな被測定物１を載置して、被測定物１の部分領域を形状測定器２により少なくとも３つのマーク１４と共に光学的に３次元測定して測定値を得る。その後、形状測定器２を移動して、少なくとも３つのマーク１４と共に被測定物１の他の測定箇所の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、記憶したマーク１４の大きさ及び間隔と測定したマーク１４の大きさ及び間隔とに基づいて、両測定値を同一座標系に変換して合成する（ステップ１００〜２００）。
【解決手段】定盤１０の平坦な定盤面１２に多数のマーク１４を形成すると共に、多数のマーク１４から大きさと間隔との違いにより少なくとも３つのマーク１４を特定可能に形成する。また、各マーク１４の大きさと間隔とを記憶する。そして、定盤面１２に定盤面１２より小さな被測定物１を載置して、被測定物１の部分領域を形状測定器２により少なくとも３つのマーク１４と共に光学的に３次元測定して測定値を得る。その後、形状測定器２を移動して、少なくとも３つのマーク１４と共に被測定物１の他の測定箇所の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、記憶したマーク１４の大きさ及び間隔と測定したマーク１４の大きさ及び間隔とに基づいて、両測定値を同一座標系に変換して合成する（ステップ１００〜２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の外形形状を光学的に３次元で測定する３次元形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学的に３次元形状を測定する方法として、モアレトポグラフィに代表されるような縞を利用し、被測定物上に縞状パターンを投影し、被測定物の形状により変形した縞模様と基準の縞模様を重ね合わせ、その差周波数として生じる等高線を示すモアレ縞を解析することにより、被測定物の３次元形状を測定する方法や、被測定物にスリット光を照射すると共に、スリット光を偏向して被測定物を走査し、被測定物からの反射光を受光して、被測定物の表面形状に基づくスリット光の変形の程度から三角測量の原理により３次元形状を測定する方法等が知られている。
【０００３】
被測定物が小さい場合は、被測定物全体をＣＣＤカメラで撮像して解析しても、十分な測定精度が得られるが、被測定物が大きい場合、一度で被測定物全体を撮像したのでは、十分な解像度が得られない場合がある。
【０００４】
そのような場合には、被測定物の一部を撮像して３次元形状を測定し、次に、場所を変えて、被測定物の他の一部を撮像して３次元形状を測定し、これを繰り返して全体の３次元形状を測定し、分けて測定した測定値を一つの基準座標系の測定値に合成している。
【０００５】
合成する際、特許文献１にあるように、被測定物にターゲットを貼り付けて、３次元形状測定の際に、ターゲットを含めて撮像すると共に、場所を変えて撮像する際には共通のターゲットを含めて撮像して、ターゲットに基づいて、２つの３次元形状測定データを合成するようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２０５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、こうした従来の方法では、被測定物に多くのターゲットを貼り付けなければならず、作業が煩わしいと共に、ターゲットを貼り付けた箇所の形状を測定できないという問題があった。
【０００８】
本発明の課題は、簡単に合成できると共に、測定できない箇所が生じない３次元形状測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の方法を取った。即ち、
定盤の平坦な定盤面に多数のマークを形成すると共に、多数の前記マークから大きさと間隔との違いにより少なくとも３つの前記マークを特定可能に形成し、
前記定盤面に前記定盤面より小さな被測定物を載置して、
前記被測定物の部分領域を３次元形状測定手段により少なくとも３つの前記マークと共に光学的に３次元測定して測定値を得て、その後、更に、前記３次元形状測定手段を移動して、少なくとも３つの前記マークと共に前記被測定物の他の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、前記マークの大きさ及び間隔に基づいて、前記部分領域が異なる前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする３次元形状測定方法がそれである。
【００１０】
また、定盤の平坦な定盤面に多数のマークを形成すると共に、多数の前記マークから大きさと間隔との違いにより少なくとも３つの前記マークを特定可能に形成し、かつ、前記各マークの大きさと間隔とを記憶し、
前記定盤面に前記定盤面より小さな被測定物を載置して、
前記被測定物の部分領域を３次元形状測定手段により少なくとも３つの前記マークと共に光学的に３次元測定して測定値を得て、その後、前記３次元形状測定手段を移動して、少なくとも３つの前記マークと共に前記被測定物の他の測定箇所の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、記憶した前記マークの大きさ及び間隔と測定した前記マークの大きさ及び間隔とに基づいて、前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする３次元形状測定方法がそれである。
【００１１】
更に、定盤の平坦な定盤面に多数のマークを形成すると共に、多数の前記マークから大きさと間隔との違いにより少なくとも３つの前記マークを特定可能に形成し、
前記定盤面に前記定盤面より小さな被測定物を載置して、
前記被測定物の部分領域を３次元形状測定手段により少なくとも３つの前記マークと共に光学的に３次元測定して測定値を得て、その後、更に、前記３次元形状測定手段を移動して、先の前記部分領域の同じ３つの前記マークと共に前記被測定物の他の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、先の前記部分領域の前記マークの大きさと間隔及び他の部分領域の前記マークの大きさと間隔に基づいて、前記部分領域が異なる前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする３次元形状測定方法がそれである。
【００１２】
その際、前記マークは、円形の有底孔を機械加工して形成、あるいは印刷により形成、あるいは、円形のシールを貼り付けて形成したものでもよい。また、前記３次元形状測定手段による少なくとも３つの前記マークの前記測定値に基づいて、前記定盤面を認識し、前記部分領域が異なる前記両測定値の前記定盤面を同一平面上に補正してから、前記マークの大きさ及び間隔とに基づいて、前記両測定値を同一座標系に変換して合成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の３次元形状測定方法によると、定盤面上に設けたマークにより、簡単に合成できると共に、被測定物には貼り付けないので、測定できなくなる箇所が生じることはないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態としての３次元形状測定方法の実施に用いる形状側定器の概略構成図である。
【図２】本実施形態の定盤の定盤面上に形成されるマークの配置図である。
【図３】本実施形態の制御装置において行われる３次元形状測定処理のフローチャートである。
【図４】本実施形態の定盤面上に載置された被測定物を部分領域に分割して測定する説明図である。
【図５】第２実施形態の制御装置において行われる３次元形状測定処理のフローチャートである。
【図６】第２実施形態の制御装置において行われる合成処理のフローチャートである。
【図７】第２実施形態での定盤面上に載置された被測定物を部分領域に分割して測定する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は被測定物であり、例えば、塑性加工されたプレス成形品等の３次元形状の外形を有するものである。この被測定物１の３次元形状を光学的に測定する形状測定器２を備え、この形状測定器２は、ＣＣＤカメラ４とフリンジプロジェクター６と制御装置８とを備えている。ＣＣＤカメラ４とフリンジプロジェクター６とは、制御装置８に接続されている。
【００１６】
形状測定器２は、フリンジプロジェクター６が複数の格子を被測定物１の表面に投影し、ＣＣＤカメラ４がこの被測定物１の外形形状に応じて変形した格子を撮像する。そして、この変形格子と基準格子とに基づいて、制御装置８が被測定物１の３次元形状を測定し、３次元形状の測定値を得るものである。
【００１７】
形状測定器２は、ＣＣＤカメラ４により撮像する領域Ｓが広ければ解像度が低下して測定精度が粗くなり、撮像する領域Ｓが狭ければ十分な解像度が得られて測定精度が精密になる。従って、必要な測定精度を得ようとすると、ＣＣＤカメラ４により撮像する領域Ｓの面積が限定され、被測定物１の部分領域を測定することになる。
【００１８】
形状測定器２は、３次元の部分座標系に基づいた測定値を出力する。部分座標系は、形状測定器２が有する座標系であり、形状測定器２を移動して別の箇所を測定した際には、それらの測定値の部分座標系が異なり、そのままでは、それらの測定値を合成して、１つの測定値とすることはできない。
【００１９】
本実施形態では、３次元形状測定の際、被測定物１は定盤１０上に載置される。定盤１０には、平坦な定盤面１２に多数のマーク１４が形成されている。マーク１４は定盤面１２に穿設された円筒状の有底孔で、マーク１４の大きさと中心間隔とを種々のものに変えて形成されており、隣り合う三角形をなす３つのマーク１４を選択した場合、多数のマーク１４の中からその３つのマーク１４を特定できるように設けられている。尚、マーク１４の深さは、全て同じで、本実施形態では、４ｍｍであるが、マーク１４は有底孔に限らず、例えば、有底孔に黒色のブッシュを挿入して定盤面１２とのコントラストを確保するようにしてもよい。マーク１４としての有底孔を機械加工することにより、マーク１４の円形縁の真円度を容易に確保できると共に、マーク１４の位置精度をも容易に確保できる。あるいは、定盤面１２に印刷や薄いシールを貼ることによりマーク１４を形成してもよい。
【００２０】
図２に示すように、マーク１４は、円形の直径を複数種類、例えば、本実施形態では、８ｍｍ、１２ｍｍ、１６ｍｍの３種類で形成している。また、マーク１４は定盤面１２上で横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）とに並べて配置されており、本実施形態では、横方向（Ｘ方向）に直径が同じマーク１４を並べて配置し、縦方向（Ｙ方向）に異なる直径のマーク１４を並べると共に、異なる直径のマーク１４を繰り返し配置している。
【００２１】
例えば、図２に示すように、定盤１０の左上隅のマーク１４ａを基準点として、横方向（Ｘ方向）に直径が同じ８ｍｍのマーク１４を、それぞれ異なる中心間隔Ｐｘ11，Ｐｘ12，Ｐｘ13，Ｐｘ14，Ｐｘ15，……で基準点のマーク１４ａから所定の数のマーク１４を横方向（Ｘ方向）に沿って一直線上に並べて配置している。
【００２２】
また、定盤１０の左上隅のマーク１４ａを基準点として、縦方向（Ｙ方向）に中心間隔Ｐｙ11及び一部が異なる中心間隔Ｐｙ51等で直径が１２ｍｍのマーク１４を、横方向（Ｘ方向）にそれぞれ異なる中心間隔Ｐｘ21，Ｐｘ22，Ｐｘ23，Ｐｘ24，Ｐｘ25，……で横方向（Ｘ方向）に沿って並べて配置している。
【００２３】
更に、縦方向（Ｙ方向）に中心間隔Ｐｙ12及び一部が異なる中心間隔Ｐｙ52等で直径が１６ｍｍのマーク１４を、横方向（Ｘ方向）それぞれ異なる中心間隔Ｐｘ31，Ｐｘ32，Ｐｘ33，Ｐｘ34，Ｐｘ35，……で横方向（Ｘ方向）に沿って並べて配置している。
【００２４】
このようにして、隣り合う三角形をなす３つのマーク１４を選択した場合、マーク１４の大きさ（直径）と隣り合うマーク１４との横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）との中心間隔Ｐｘ，Ｐｙとに基づいて、他のマーク１４から３つのマーク１４を特定することができるように配置されている。
【００２５】
そして、マーク１４の大きさ（直径）及び隣り合うマーク１４との横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）との中心間隔Ｐｘ，Ｐｙは、それぞれ予め制御装置８に記憶されている。本実施形態では、定盤１０の定盤面１２をＸＹ平面とすると共に、定盤１０の左上隅のマーク１４ａの中心を原点とし、原点から定盤面１２に垂直な方向をＺ方向とする３次元座標系を形成して、制御装置８に記憶している。原点は、定盤１０の左上隅のマーク１４ａの中心に限らず、他のマーク１４の中心でもよく、あるいは、定盤１０の左上の角でもよい。
【００２６】
次に、制御装置８で行われる３次元形状測定処理について、図３のフローチャートによって説明する。
まず、３次元形状の測定の際には、被測定物１を定盤１０の定盤面１２上に載置する。その際、被測定物１が定盤面１２からはみ出ないような大きさの定盤１０が用いられ、また、被測定物１を載置しても、定盤面１２上の多くのマーク１４が視認できるような大きさの定盤１０が用いられる。
【００２７】
本実施形態では、被測定物１は３次元形状に成形されたプレス成形品で、幅に対して長手方向が長く、ＣＣＤカメラ４により被測定物１の全体を一度に撮像して、３次元形状測定を行ったのでは十分な測定精度が得られない。
【００２８】
そこで、図４に示すように、ＣＣＤカメラ４により被測定物１の一部分を撮像する領域を複数に、本実施形態では５つの第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５に分割して形状測定器２により被測定物１を撮像する。その際、各第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５には、少なくとも隣り合う三角形をなす３つのマーク１４を、被測定物１の陰になることなく含むように、第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５が決定される。
【００２９】
本実施形態では、各第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５に共通するマーク１４や定盤１０の左上隅のマーク１４ａを含む必要はなく、また、各第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５で重なり合う共通の領域を設ける必要もないが、重なり合う領域がないと測定から洩れる箇所が生じる。
【００３０】
撮像したデータは、制御装置８に記憶される。形状測定器２により第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５を撮像する際には、形状測定器２を測定者が移動して撮像するか、あるいは、形状測定器２をロボットのアーム先端に取り付けて、ロボットにより移動するようにしてもよい。移動は平行移動である必要はなく、また、移動量を測定する必要もなく、各第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５の各面積が同じである必要もない。
【００３１】
そして、３次元形状測定処理では、この撮像したデータから、まず、第１部分領域Ｓ１の３次元測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）を算出する（ステップ１００）。添字ｎはｎ個の測定点があることを示す。
【００３２】
次に、第１部分領域Ｓ１の測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）からマーク１４を認識する（１１０）。マーク１４は全て円形の有底孔であり、撮像したデータから容易に認識でき、認識したマーク１４の中心位置を算出する。
【００３３】
認識したマーク１４の中心位置は、全て定盤面１２上にあることから、定盤面１２を認識する（ステップ１１５）。認識した定盤面１２と、制御装置８に記憶している３次元座標系での定盤面１２とのずれから、測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）を、制御装置８に記憶している３次元座標系のＸＹ平面に変換する。即ち、Ｚ方向から見た状態の測定値に変換する。その際、平面は一致するが、制御装置８に記憶している３次元座標系での原点とはまだ一致させることができない。尚、定盤面１２の認識には、少なくとも三角形をなす３つのマーク１４の中心位置があれば足りる。
【００３４】
そして、認識した多くのマーク１４のうち、被測定物１に遮られない、図４に示すように、隣り合う三角形をなす３つのマーク１４-1，１４-2，１４-3を選ぶ。隣り合う三角形をなす３つのマーク１４の大きさ（直径）と隣り合うマーク１４の中心間隔Ｐを算出する（ステップ１２０）。
【００３５】
尚、本実施形態では、隣り合う三角形をなす３つのマーク１４-1，１４-2，１４-3を選んでいるが、これに限らず、被測定物１に遮られない三角形をなす３つのマーク１４を選んでもよい。三角形をなす３つのマーク１４により、後述するように、定盤面１２を特定できればよく、間に被測定物１がある離れた位置にあるマーク１４を選んでもよい。
【００３６】
撮像したデータから算出した３つのマーク１４の三角形と、定盤面１２上の３つのマーク１４の三角形とは、相似関係にある。本実施形態では、隣り合う三角形をなす３つのマーク１４を選択した場合、２つのマーク１４は大きさが同じで、他の１つは大きさが異なる。また、３つのマーク１４により形成される三角形のそれぞれの辺の長さの比を算出すれば、他のマーク１４から３つのマーク１４を特定することができる。
【００３７】
測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）からは、制御装置８に記憶している３次元座標系の横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）とを特定できないので、まず、隣り合う三角形をなす３つのマーク１４-1，１４-2，１４-3の大きさ（直径）と三角形の各辺に相当する中心間隔Ｐを算出する。また、制御装置８に記憶された隣り合う三角形をなすマーク１４との横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）との中心間隔Ｐｘ，Ｐｙから、三角形の各辺に相当する中心間隔Ｐを算出する。
【００３８】
そして、マーク１４の大きさ（直径）と三角形のそれぞれの辺の長さの比とに基づいて、撮像した隣り合う三角形をなす３つのマーク１４-1，１４-2，１４-3が、制御装置８に記憶されているマーク１４のいずれに該当するかを特定する（ステップ１３０）。
【００３９】
尚、各マーク１４毎に、隣り合うマーク１４と結んだ辺のなす角度をそれぞれ予め制御装置８に記憶し、３つのマーク１４により形成される三角形のそれぞれの辺のなす角度を算出しても、他のマーク１４から３つのマーク１４を特定することができる。
【００４０】
特定した３つのマーク１４-1，１４-2，１４-3の各中心位置をＸＹ平面上で回転させて、特定した３つのマーク１４-1，１４-2，１４-3による三角形を、制御装置８に記憶されている３つのマーク１４の三角形に重ね合わせるように、測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）を補正して、補正値を得る（ステップ１４０）。尚、その際、制御装置８に記憶されているマーク１４の中心間隔Ｐｘ，Ｐｙに基づいて、同じ大きさの三角形となるように、測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）を補正する。
【００４１】
この補正値は、制御装置８に記憶されている３次元座標系に基づく値であり、撮像したデータに定盤面１２の左上隅のデータがなくても、制御装置８に記憶されているデータから、定盤面１２の左上隅のマーク１４ａを原点とする３次元測定の絶対値を得ることができる。
【００４２】
測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）には、定盤面１２やマーク１４の測定値も含まれているので、これらの定盤面１２やマーク１４の測定データを削除する（ステップ１４５）。
【００４３】
更に、他の第２〜第５部分領域Ｓ２〜Ｓ５がある場合には（ステップ１５０）、第２〜第５部分領域Ｓ２〜Ｓ５についても同様に繰り返し実行して、各第２〜第５部分領域Ｓ２〜Ｓ５毎にマーク１４を認識すると共に、大きさ・間隔を算出し、定盤面１２を認識すると共に、制御装置８に記憶されているマーク１４に基づいて、定盤面１２の左上隅のマーク１４ａを原点とする３次元座標系に補正した補正値を得る。
【００４４】
続いて、第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５の測定値Ｐｓ１〜Ｐｓ５を、この共通の３次元座標系で合成する処理を実行する（ステップ２００）。合成処理では、各第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５の撮像したデータに定盤面１２の左上隅のデータがなくても、容易に合成できる。また、５つの第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５に分割する場合に限らず、複数に分割すればよく、制御装置８に記憶されたマーク１４の中心間隔Ｐｘ，Ｐｙの精度に基づくので、６つ以上に分割しても合成による測定精度の低下を招くことはない。
【００４５】
尚、本実施形態では、第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５により、被測定物１を３次元測定したが、これに限らず、例えば、第１部分領域Ｓ１と第４部分領域Ｓ４とを撮像して、同様に３次元測定値を得ることにより、第２、第３部分領域Ｓ２，Ｓ３を測定することなく、第１部分領域Ｓ１の孔と第４部分領域Ｓ４の孔との距離Ｌを測定することも可能である。
【００４６】
このように、本実施形態の３次元形状測定方法によると、定盤面１２上に設けたマーク１４により、簡単に合成できると共に、被測定物１には貼り付けないので、測定できなくなる箇所が生じることはない。
【００４７】
次に、前述した実施形態と異なる第２実施形態について、図４〜図６によって説明する。尚、前述した実施形態と同じ部材やステップには同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００４８】
本第２実施形態では、予め制御装置８にマーク１４の大きさとマーク１４の中心間隔Ｐｘ，Ｐｙ等を記憶しない。前述した定盤１０の定盤面１２に同様に被測定物１を載置して、形状測定器２で測定する。
【００４９】
第２実施形態では、図７に示すように、被測定物１はパイプの曲げ加工成形品で、ＣＣＤカメラ４により被測定物１の全体を一度に撮像して、３次元形状測定を行ったのでは十分な測定精度が得られない。
【００５０】
そこで、ＣＣＤカメラ４により被測定物１を撮像する領域を複数に分割し、本第２実施形態では３つの第１〜第３部分領域Ｓ１〜Ｓ３に分割して形状測定器２により被測定物１を撮像する。その際、各第１〜第３部分領域Ｓ１〜Ｓ３は、被測定物１の陰になることなく、少なくとも３つのマーク１４を含んで撮像できるように決定される。
【００５１】
また、隣同士の第１〜第３部分領域Ｓ１〜Ｓ３では、それぞれの第１〜第３部分領域Ｓ１〜Ｓ３に共通の３つのマーク１４が含まれるように決定される。第１部分領域Ｓ１には３つのマーク１４s1-1，１４s1-2，１４s1-3が含まれ、第２部分領域Ｓ２には同じマーク１４s2-1，１４s2-2，１４s2-3が含まれる。更に、第２部分領域Ｓ２には他の３つのマーク１４s2-4，１４s2-5，１４s2-6が含まれ、第３部分領域Ｓ３には同じマーク１４s3-4，１４s3-5，１４s3-6が含まれる。
【００５２】
３次元形状測定処理では、この撮像したデータから、まず、第１部分領域Ｓ１の測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）を算出する（ステップ１００）。添字ｎはｎ個の測定点があることを示す。
【００５３】
次に、第１部分領域Ｓ１の測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）からマーク１４を認識する（１１０）。マーク１４は全て円形の有底孔であり、撮像したデータから容易に認識でき、認識したマーク１４の中心位置を算出する。
【００５４】
認識した多くのマーク１４のうち、例えば、三角形をなす３つのマーク１４の中心位置から、定盤面１２を認識する（ステップ１１５）。そして、認識したマーク１４の大きさと隣り合うマーク１４との中心間隔Ｐを算出する（１２０）。
【００５５】
更に、他の部分領域Ｓ２，Ｓ３がある場合には（ステップ１５０）、引き続き繰り返し実行して、各部分領域Ｓ２，Ｓ３毎にマーク１４を認識すると共に、定盤面１２を認識し、更に、マーク１４の大きさ・間隔を算出する。
【００５６】
続いて、第１〜第３部分領域Ｓ１〜Ｓ３の測定値Ｐｓ１〜Ｐｓ３を、共通の３次元座標系で合成する処理を実行する（ステップ２００ａ）。合成処理では、図６に示すように、まず、共通のマーク１４を特定する（２１０）。
【００５７】
ステップ１１５の処理により認識した第１部分領域Ｓ１の定盤面１２と、第２部分領域Ｓ２の定盤面１２とは同一平面上にある。そこで、まず、第１部分領域Ｓ１の定盤面１２に第２部分領域Ｓ２の定盤面１２を同一面上とするように、第２部分領域Ｓ２の測定値Ｐｓ２（ｓ２ｘｎ，ｓ２ｙｎ，ｓ２ｚｎ）を補正する。これにより、両測定値Ｐｓ１，Ｐｓ２では、第１部分領域Ｓ１での隣り合う３つのマーク１４による三角形と、第２部分領域Ｓ２での隣り合う３つのマーク１４による三角形とが、相似関係になる。
【００５８】
第１部分領域Ｓ１の３つのマーク１４s1-1，１４s1-2，１４s1-3による三角形と、第２部分領域Ｓ２の同じマーク１４s2-1，１４s2-2，１４s2-3による三角形とは相似関係にある。
【００５９】
前述したと同様に、マーク１４の大きさ（直径）と三角形のそれぞれの辺の長さの比とに基づいて、第１部分領域Ｓ１の３つのマーク１４s1-1，１４s1-2，１４s1-3と第２部分領域Ｓ２の３つのマーク１４s2-1，１４s2-2，１４s2-3とが相似関係であることを認識できる。尚、３つのマーク１４により形成される三角形のそれぞれの辺のなす角度を算出しても、他のマーク１４から３つのマーク１４を特定することができる。
【００６０】
特定した第２部分領域Ｓ２の３つのマーク１４s2-1，１４s2-2，１４s2-3の各中心位置を定盤面１２上で回転させて、特定した３つのマーク１４s2-1，１４s2-2，１４s2-3による三角形を、第１部分領域Ｓ１の３つのマーク１４s1-1，１４s1-2，１４s1-3の三角形に重ね合わせるように、第２部分領域Ｓ２の測定値Ｐｓ２（ｓ２ｘｎ，ｓ２ｙｎ，ｓ２ｚｎ）を変換する（ステップ２２０）。尚、その際、マーク１４の中心間隔Ｐに基づいて、同じ大きさの三角形となるように、測定値Ｐｓ２（ｓ２ｘｎ，ｓ２ｙｎ，ｓ２ｚｎ）を変換する。
【００６１】
即ち、第１部分領域Ｓ１の測定値Ｐｓ１から算出した第１部分領域Ｓ１の３つのマーク１４s1-1，１４s1-2，１４s1-3の中心座標位置（ｘ11，ｙ11，ｚ11）（ｘ12，ｙ12，ｚ12）（ｘ13，ｙ13，ｚ13）と、第２部分領域Ｓ２の測定値Ｐｓ２から算出した同じ３つのマーク１４s2-1，１４s2-2，１４s2-3の中心位置座標（ｘ21，ｙ21，ｚ21）（ｘ22，ｙ22，ｚ22）（ｘ23，ｙ23，ｚ23）とから、第２部分領域Ｓ２の測定値Ｐｓ２の部分座標系を、第１部分領域Ｓ１の部分座標系に変換する
例えば、マーク１４s1-1を基準として、第１部分領域Ｓ１のマーク１４s1-1に、第２部分領域Ｓ２のマーク１４s2-1を重ね合わせるために、平行移動する変換成分と、第１部分領域Ｓ１のマーク１４s1-2，１４s1-3及び第２部分領域Ｓ２のマーク１４s2-2，１４s2-3マーカーとが同じ位置座標になるように回転移動して重ね合わせる変換成分とを含む。
【００６２】
次に、ステップ１１５の処理により認識した第２部分領域Ｓ２の定盤面１２と、第３部分領域Ｓ３の定盤面１２とは同一平面上にある。第２部分領域Ｓ２の定盤面１２に第３部分領域Ｓ３の定盤面１２を同一面上とするように、第３部分領域Ｓ３の測定値Ｐｓ３（ｓ３ｘｎ，ｓ３ｙｎ，ｓ３ｚｎ）を補正する。これにより、両測定値Ｐｓ２，Ｐｓ３では、第２部分領域Ｓ２での隣り合う３つのマーク１４による三角形と、第３部分領域Ｓ３での隣り合う３つのマーク１４による三角形とが、相似関係になる。
【００６３】
第２部分領域Ｓ２の３つのマーク１４s2-4，１４s2-5，１４s2-6による三角形と第３部分領域Ｓ３の同じマーク１４s3-4，１４s3-5，１４s3-6は相似関係にある。前述したと同様に、マーク１４の大きさ（直径）と三角形のそれぞれの辺の長さの比とに基づいて、第２部分領域Ｓ２の３つのマーク１４s2-4，１４s2-5，１４s2-6と第３部分領域Ｓ３の３つのマーク１４s3-4，１４s3-5，１４s3-6とが相似関係であることを特定できる（ステップ２３０）。
【００６４】
特定した第３部分領域Ｓ３の３つのマーク１４s3-4，１４s3-5，１４s3-6の各中心位置を定盤面１２上で回転させて、特定した３つのマーク１４s3-4，１４s3-5，１４s3-6による三角形を、第２部分領域Ｓ２の３つのマーク１４s2-4，１４s2-5，１４s2-6の三角形に重ね合わせるように、第３部分領域Ｓ３の測定値Ｐｓ３（ｓ３ｘｎ，ｓ３ｙｎ，ｓ３ｚｎ）を変換する。即ち、まず、第３部分領域Ｓ３の測定値Ｐｓ３の部分座標系を、第２部分領域Ｓ２の部分座標系に変換する
第２部分領域Ｓ２の部分座標系に変換に変換した第３部分領域Ｓ３の測定値Ｐｓ３を、ステップ２２０の処理と同様に、第１部分領域Ｓ１の部分座標系に変換する（ステップ２４０）。そして、測定値Ｐｓには、定盤面１２やマーク１４の測定値も含まれているので、これらの定盤面１２やマーク１４の測定データを削除し（ステップ２５０）、一旦本制御処理を終了する。これにより、各測定値Ｐｓ１〜Ｐｓ３は、第１部分領域Ｓ１の座標系に変換され、被測定物１の全体を解像度よく、十分な精度で容易に測定できる。
【００６５】
このように、本第２実施形態の３次元形状測定方法によっても、定盤面１２上に設けたマーク１４により、簡単に合成できると共に、被測定物１には貼り付けないので、測定できなくなる箇所が生じることはない。
【００６６】
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【符号の説明】
【００６７】
１…被測定物 ２…形状測定器
４…カメラ ６…フリンジプロジェクター
８…制御装置 １０…定盤
１２…定盤面 １４…マーク
Ｓ１〜Ｓ５…部分領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の外形形状を光学的に３次元で測定する３次元形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光学的に３次元形状を測定する方法として、モアレトポグラフィに代表されるような縞を利用し、被測定物上に縞状パターンを投影し、被測定物の形状により変形した縞模様と基準の縞模様を重ね合わせ、その差周波数として生じる等高線を示すモアレ縞を解析することにより、被測定物の３次元形状を測定する方法や、被測定物にスリット光を照射すると共に、スリット光を偏向して被測定物を走査し、被測定物からの反射光を受光して、被測定物の表面形状に基づくスリット光の変形の程度から三角測量の原理により３次元形状を測定する方法等が知られている。
【０００３】
被測定物が小さい場合は、被測定物全体をＣＣＤカメラで撮像して解析しても、十分な測定精度が得られるが、被測定物が大きい場合、一度で被測定物全体を撮像したのでは、十分な解像度が得られない場合がある。
【０００４】
そのような場合には、被測定物の一部を撮像して３次元形状を測定し、次に、場所を変えて、被測定物の他の一部を撮像して３次元形状を測定し、これを繰り返して全体の３次元形状を測定し、分けて測定した測定値を一つの基準座標系の測定値に合成している。
【０００５】
合成する際、特許文献１にあるように、被測定物にターゲットを貼り付けて、３次元形状測定の際に、ターゲットを含めて撮像すると共に、場所を変えて撮像する際には共通のターゲットを含めて撮像して、ターゲットに基づいて、２つの３次元形状測定データを合成するようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２０５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、こうした従来の方法では、被測定物に多くのターゲットを貼り付けなければならず、作業が煩わしいと共に、ターゲットを貼り付けた箇所の形状を測定できないという問題があった。
【０００８】
本発明の課題は、簡単に合成できると共に、測定できない箇所が生じない３次元形状測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の方法を取った。即ち、
定盤の平坦な定盤面に多数のマークを形成すると共に、多数の前記マークから大きさと間隔との違いにより少なくとも３つの前記マークを特定可能に形成し、
前記定盤面に前記定盤面より小さな被測定物を載置して、
前記被測定物の部分領域を３次元形状測定手段により少なくとも３つの前記マークと共に光学的に３次元測定して測定値を得て、その後、更に、前記３次元形状測定手段を移動して、少なくとも３つの前記マークと共に前記被測定物の他の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、前記マークの大きさ及び間隔に基づいて、前記部分領域が異なる前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする３次元形状測定方法がそれである。
【００１０】
また、定盤の平坦な定盤面に多数のマークを形成すると共に、多数の前記マークから大きさと間隔との違いにより少なくとも３つの前記マークを特定可能に形成し、かつ、前記各マークの大きさと間隔とを記憶し、
前記定盤面に前記定盤面より小さな被測定物を載置して、
前記被測定物の部分領域を３次元形状測定手段により少なくとも３つの前記マークと共に光学的に３次元測定して測定値を得て、その後、前記３次元形状測定手段を移動して、少なくとも３つの前記マークと共に前記被測定物の他の測定箇所の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、記憶した前記マークの大きさ及び間隔と測定した前記マークの大きさ及び間隔とに基づいて、前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする３次元形状測定方法がそれである。
【００１１】
更に、定盤の平坦な定盤面に多数のマークを形成すると共に、多数の前記マークから大きさと間隔との違いにより少なくとも３つの前記マークを特定可能に形成し、
前記定盤面に前記定盤面より小さな被測定物を載置して、
前記被測定物の部分領域を３次元形状測定手段により少なくとも３つの前記マークと共に光学的に３次元測定して測定値を得て、その後、更に、前記３次元形状測定手段を移動して、先の前記部分領域の同じ３つの前記マークと共に前記被測定物の他の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、先の前記部分領域の前記マークの大きさと間隔及び他の部分領域の前記マークの大きさと間隔に基づいて、前記部分領域が異なる前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする３次元形状測定方法がそれである。
【００１２】
その際、前記マークは、円形の有底孔を機械加工して形成、あるいは印刷により形成、あるいは、円形のシールを貼り付けて形成したものでもよい。また、前記３次元形状測定手段による少なくとも３つの前記マークの前記測定値に基づいて、前記定盤面を認識し、前記部分領域が異なる前記両測定値の前記定盤面を同一平面上に補正してから、前記マークの大きさ及び間隔とに基づいて、前記両測定値を同一座標系に変換して合成するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の３次元形状測定方法によると、定盤面上に設けたマークにより、簡単に合成できると共に、被測定物には貼り付けないので、測定できなくなる箇所が生じることはないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態としての３次元形状測定方法の実施に用いる形状側定器の概略構成図である。
【図２】本実施形態の定盤の定盤面上に形成されるマークの配置図である。
【図３】本実施形態の制御装置において行われる３次元形状測定処理のフローチャートである。
【図４】本実施形態の定盤面上に載置された被測定物を部分領域に分割して測定する説明図である。
【図５】第２実施形態の制御装置において行われる３次元形状測定処理のフローチャートである。
【図６】第２実施形態の制御装置において行われる合成処理のフローチャートである。
【図７】第２実施形態での定盤面上に載置された被測定物を部分領域に分割して測定する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は被測定物であり、例えば、塑性加工されたプレス成形品等の３次元形状の外形を有するものである。この被測定物１の３次元形状を光学的に測定する形状測定器２を備え、この形状測定器２は、ＣＣＤカメラ４とフリンジプロジェクター６と制御装置８とを備えている。ＣＣＤカメラ４とフリンジプロジェクター６とは、制御装置８に接続されている。
【００１６】
形状測定器２は、フリンジプロジェクター６が複数の格子を被測定物１の表面に投影し、ＣＣＤカメラ４がこの被測定物１の外形形状に応じて変形した格子を撮像する。そして、この変形格子と基準格子とに基づいて、制御装置８が被測定物１の３次元形状を測定し、３次元形状の測定値を得るものである。
【００１７】
形状測定器２は、ＣＣＤカメラ４により撮像する領域Ｓが広ければ解像度が低下して測定精度が粗くなり、撮像する領域Ｓが狭ければ十分な解像度が得られて測定精度が精密になる。従って、必要な測定精度を得ようとすると、ＣＣＤカメラ４により撮像する領域Ｓの面積が限定され、被測定物１の部分領域を測定することになる。
【００１８】
形状測定器２は、３次元の部分座標系に基づいた測定値を出力する。部分座標系は、形状測定器２が有する座標系であり、形状測定器２を移動して別の箇所を測定した際には、それらの測定値の部分座標系が異なり、そのままでは、それらの測定値を合成して、１つの測定値とすることはできない。
【００１９】
本実施形態では、３次元形状測定の際、被測定物１は定盤１０上に載置される。定盤１０には、平坦な定盤面１２に多数のマーク１４が形成されている。マーク１４は定盤面１２に穿設された円筒状の有底孔で、マーク１４の大きさと中心間隔とを種々のものに変えて形成されており、隣り合う三角形をなす３つのマーク１４を選択した場合、多数のマーク１４の中からその３つのマーク１４を特定できるように設けられている。尚、マーク１４の深さは、全て同じで、本実施形態では、４ｍｍであるが、マーク１４は有底孔に限らず、例えば、有底孔に黒色のブッシュを挿入して定盤面１２とのコントラストを確保するようにしてもよい。マーク１４としての有底孔を機械加工することにより、マーク１４の円形縁の真円度を容易に確保できると共に、マーク１４の位置精度をも容易に確保できる。あるいは、定盤面１２に印刷や薄いシールを貼ることによりマーク１４を形成してもよい。
【００２０】
図２に示すように、マーク１４は、円形の直径を複数種類、例えば、本実施形態では、８ｍｍ、１２ｍｍ、１６ｍｍの３種類で形成している。また、マーク１４は定盤面１２上で横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）とに並べて配置されており、本実施形態では、横方向（Ｘ方向）に直径が同じマーク１４を並べて配置し、縦方向（Ｙ方向）に異なる直径のマーク１４を並べると共に、異なる直径のマーク１４を繰り返し配置している。
【００２１】
例えば、図２に示すように、定盤１０の左上隅のマーク１４ａを基準点として、横方向（Ｘ方向）に直径が同じ８ｍｍのマーク１４を、それぞれ異なる中心間隔Ｐｘ11，Ｐｘ12，Ｐｘ13，Ｐｘ14，Ｐｘ15，……で基準点のマーク１４ａから所定の数のマーク１４を横方向（Ｘ方向）に沿って一直線上に並べて配置している。
【００２２】
また、定盤１０の左上隅のマーク１４ａを基準点として、縦方向（Ｙ方向）に中心間隔Ｐｙ11及び一部が異なる中心間隔Ｐｙ51等で直径が１２ｍｍのマーク１４を、横方向（Ｘ方向）にそれぞれ異なる中心間隔Ｐｘ21，Ｐｘ22，Ｐｘ23，Ｐｘ24，Ｐｘ25，……で横方向（Ｘ方向）に沿って並べて配置している。
【００２３】
更に、縦方向（Ｙ方向）に中心間隔Ｐｙ12及び一部が異なる中心間隔Ｐｙ52等で直径が１６ｍｍのマーク１４を、横方向（Ｘ方向）それぞれ異なる中心間隔Ｐｘ31，Ｐｘ32，Ｐｘ33，Ｐｘ34，Ｐｘ35，……で横方向（Ｘ方向）に沿って並べて配置している。
【００２４】
このようにして、隣り合う三角形をなす３つのマーク１４を選択した場合、マーク１４の大きさ（直径）と隣り合うマーク１４との横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）との中心間隔Ｐｘ，Ｐｙとに基づいて、他のマーク１４から３つのマーク１４を特定することができるように配置されている。
【００２５】
そして、マーク１４の大きさ（直径）及び隣り合うマーク１４との横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）との中心間隔Ｐｘ，Ｐｙは、それぞれ予め制御装置８に記憶されている。本実施形態では、定盤１０の定盤面１２をＸＹ平面とすると共に、定盤１０の左上隅のマーク１４ａの中心を原点とし、原点から定盤面１２に垂直な方向をＺ方向とする３次元座標系を形成して、制御装置８に記憶している。原点は、定盤１０の左上隅のマーク１４ａの中心に限らず、他のマーク１４の中心でもよく、あるいは、定盤１０の左上の角でもよい。
【００２６】
次に、制御装置８で行われる３次元形状測定処理について、図３のフローチャートによって説明する。
まず、３次元形状の測定の際には、被測定物１を定盤１０の定盤面１２上に載置する。その際、被測定物１が定盤面１２からはみ出ないような大きさの定盤１０が用いられ、また、被測定物１を載置しても、定盤面１２上の多くのマーク１４が視認できるような大きさの定盤１０が用いられる。
【００２７】
本実施形態では、被測定物１は３次元形状に成形されたプレス成形品で、幅に対して長手方向が長く、ＣＣＤカメラ４により被測定物１の全体を一度に撮像して、３次元形状測定を行ったのでは十分な測定精度が得られない。
【００２８】
そこで、図４に示すように、ＣＣＤカメラ４により被測定物１の一部分を撮像する領域を複数に、本実施形態では５つの第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５に分割して形状測定器２により被測定物１を撮像する。その際、各第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５には、少なくとも隣り合う三角形をなす３つのマーク１４を、被測定物１の陰になることなく含むように、第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５が決定される。
【００２９】
本実施形態では、各第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５に共通するマーク１４や定盤１０の左上隅のマーク１４ａを含む必要はなく、また、各第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５で重なり合う共通の領域を設ける必要もないが、重なり合う領域がないと測定から洩れる箇所が生じる。
【００３０】
撮像したデータは、制御装置８に記憶される。形状測定器２により第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５を撮像する際には、形状測定器２を測定者が移動して撮像するか、あるいは、形状測定器２をロボットのアーム先端に取り付けて、ロボットにより移動するようにしてもよい。移動は平行移動である必要はなく、また、移動量を測定する必要もなく、各第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５の各面積が同じである必要もない。
【００３１】
そして、３次元形状測定処理では、この撮像したデータから、まず、第１部分領域Ｓ１の３次元測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）を算出する（ステップ１００）。添字ｎはｎ個の測定点があることを示す。
【００３２】
次に、第１部分領域Ｓ１の測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）からマーク１４を認識する（１１０）。マーク１４は全て円形の有底孔であり、撮像したデータから容易に認識でき、認識したマーク１４の中心位置を算出する。
【００３３】
認識したマーク１４の中心位置は、全て定盤面１２上にあることから、定盤面１２を認識する（ステップ１１５）。認識した定盤面１２と、制御装置８に記憶している３次元座標系での定盤面１２とのずれから、測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）を、制御装置８に記憶している３次元座標系のＸＹ平面に変換する。即ち、Ｚ方向から見た状態の測定値に変換する。その際、平面は一致するが、制御装置８に記憶している３次元座標系での原点とはまだ一致させることができない。尚、定盤面１２の認識には、少なくとも三角形をなす３つのマーク１４の中心位置があれば足りる。
【００３４】
そして、認識した多くのマーク１４のうち、被測定物１に遮られない、図４に示すように、隣り合う三角形をなす３つのマーク１４-1，１４-2，１４-3を選ぶ。隣り合う三角形をなす３つのマーク１４の大きさ（直径）と隣り合うマーク１４の中心間隔Ｐを算出する（ステップ１２０）。
【００３５】
尚、本実施形態では、隣り合う三角形をなす３つのマーク１４-1，１４-2，１４-3を選んでいるが、これに限らず、被測定物１に遮られない三角形をなす３つのマーク１４を選んでもよい。三角形をなす３つのマーク１４により、後述するように、定盤面１２を特定できればよく、間に被測定物１がある離れた位置にあるマーク１４を選んでもよい。
【００３６】
撮像したデータから算出した３つのマーク１４の三角形と、定盤面１２上の３つのマーク１４の三角形とは、相似関係にある。本実施形態では、隣り合う三角形をなす３つのマーク１４を選択した場合、２つのマーク１４は大きさが同じで、他の１つは大きさが異なる。また、３つのマーク１４により形成される三角形のそれぞれの辺の長さの比を算出すれば、他のマーク１４から３つのマーク１４を特定することができる。
【００３７】
測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）からは、制御装置８に記憶している３次元座標系の横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）とを特定できないので、まず、隣り合う三角形をなす３つのマーク１４-1，１４-2，１４-3の大きさ（直径）と三角形の各辺に相当する中心間隔Ｐを算出する。また、制御装置８に記憶された隣り合う三角形をなすマーク１４との横方向（Ｘ方向）と縦方向（Ｙ方向）との中心間隔Ｐｘ，Ｐｙから、三角形の各辺に相当する中心間隔Ｐを算出する。
【００３８】
そして、マーク１４の大きさ（直径）と三角形のそれぞれの辺の長さの比とに基づいて、撮像した隣り合う三角形をなす３つのマーク１４-1，１４-2，１４-3が、制御装置８に記憶されているマーク１４のいずれに該当するかを特定する（ステップ１３０）。
【００３９】
尚、各マーク１４毎に、隣り合うマーク１４と結んだ辺のなす角度をそれぞれ予め制御装置８に記憶し、３つのマーク１４により形成される三角形のそれぞれの辺のなす角度を算出しても、他のマーク１４から３つのマーク１４を特定することができる。
【００４０】
特定した３つのマーク１４-1，１４-2，１４-3の各中心位置をＸＹ平面上で回転させて、特定した３つのマーク１４-1，１４-2，１４-3による三角形を、制御装置８に記憶されている３つのマーク１４の三角形に重ね合わせるように、測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）を補正して、補正値を得る（ステップ１４０）。尚、その際、制御装置８に記憶されているマーク１４の中心間隔Ｐｘ，Ｐｙに基づいて、同じ大きさの三角形となるように、測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）を補正する。
【００４１】
この補正値は、制御装置８に記憶されている３次元座標系に基づく値であり、撮像したデータに定盤面１２の左上隅のデータがなくても、制御装置８に記憶されているデータから、定盤面１２の左上隅のマーク１４ａを原点とする３次元測定の絶対値を得ることができる。
【００４２】
測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）には、定盤面１２やマーク１４の測定値も含まれているので、これらの定盤面１２やマーク１４の測定データを削除する（ステップ１４５）。
【００４３】
更に、他の第２〜第５部分領域Ｓ２〜Ｓ５がある場合には（ステップ１５０）、第２〜第５部分領域Ｓ２〜Ｓ５についても同様に繰り返し実行して、各第２〜第５部分領域Ｓ２〜Ｓ５毎にマーク１４を認識すると共に、大きさ・間隔を算出し、定盤面１２を認識すると共に、制御装置８に記憶されているマーク１４に基づいて、定盤面１２の左上隅のマーク１４ａを原点とする３次元座標系に補正した補正値を得る。
【００４４】
続いて、第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５の測定値Ｐｓ１〜Ｐｓ５を、この共通の３次元座標系で合成する処理を実行する（ステップ２００）。合成処理では、各第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５の撮像したデータに定盤面１２の左上隅のデータがなくても、容易に合成できる。また、５つの第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５に分割する場合に限らず、複数に分割すればよく、制御装置８に記憶されたマーク１４の中心間隔Ｐｘ，Ｐｙの精度に基づくので、６つ以上に分割しても合成による測定精度の低下を招くことはない。
【００４５】
尚、本実施形態では、第１〜第５部分領域Ｓ１〜Ｓ５により、被測定物１を３次元測定したが、これに限らず、例えば、第１部分領域Ｓ１と第４部分領域Ｓ４とを撮像して、同様に３次元測定値を得ることにより、第２、第３部分領域Ｓ２，Ｓ３を測定することなく、第１部分領域Ｓ１の孔と第４部分領域Ｓ４の孔との距離Ｌを測定することも可能である。
【００４６】
このように、本実施形態の３次元形状測定方法によると、定盤面１２上に設けたマーク１４により、簡単に合成できると共に、被測定物１には貼り付けないので、測定できなくなる箇所が生じることはない。
【００４７】
次に、前述した実施形態と異なる第２実施形態について、図４〜図６によって説明する。尚、前述した実施形態と同じ部材やステップには同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００４８】
本第２実施形態では、予め制御装置８にマーク１４の大きさとマーク１４の中心間隔Ｐｘ，Ｐｙ等を記憶しない。前述した定盤１０の定盤面１２に同様に被測定物１を載置して、形状測定器２で測定する。
【００４９】
第２実施形態では、図７に示すように、被測定物１はパイプの曲げ加工成形品で、ＣＣＤカメラ４により被測定物１の全体を一度に撮像して、３次元形状測定を行ったのでは十分な測定精度が得られない。
【００５０】
そこで、ＣＣＤカメラ４により被測定物１を撮像する領域を複数に分割し、本第２実施形態では３つの第１〜第３部分領域Ｓ１〜Ｓ３に分割して形状測定器２により被測定物１を撮像する。その際、各第１〜第３部分領域Ｓ１〜Ｓ３は、被測定物１の陰になることなく、少なくとも３つのマーク１４を含んで撮像できるように決定される。
【００５１】
また、隣同士の第１〜第３部分領域Ｓ１〜Ｓ３では、それぞれの第１〜第３部分領域Ｓ１〜Ｓ３に共通の３つのマーク１４が含まれるように決定される。第１部分領域Ｓ１には３つのマーク１４s1-1，１４s1-2，１４s1-3が含まれ、第２部分領域Ｓ２には同じマーク１４s2-1，１４s2-2，１４s2-3が含まれる。更に、第２部分領域Ｓ２には他の３つのマーク１４s2-4，１４s2-5，１４s2-6が含まれ、第３部分領域Ｓ３には同じマーク１４s3-4，１４s3-5，１４s3-6が含まれる。
【００５２】
３次元形状測定処理では、この撮像したデータから、まず、第１部分領域Ｓ１の測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）を算出する（ステップ１００）。添字ｎはｎ個の測定点があることを示す。
【００５３】
次に、第１部分領域Ｓ１の測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）からマーク１４を認識する（１１０）。マーク１４は全て円形の有底孔であり、撮像したデータから容易に認識でき、認識したマーク１４の中心位置を算出する。
【００５４】
認識した多くのマーク１４のうち、例えば、三角形をなす３つのマーク１４の中心位置から、定盤面１２を認識する（ステップ１１５）。そして、認識したマーク１４の大きさと隣り合うマーク１４との中心間隔Ｐを算出する（１２０）。
【００５５】
更に、他の部分領域Ｓ２，Ｓ３がある場合には（ステップ１５０）、引き続き繰り返し実行して、各部分領域Ｓ２，Ｓ３毎にマーク１４を認識すると共に、定盤面１２を認識し、更に、マーク１４の大きさ・間隔を算出する。
【００５６】
続いて、第１〜第３部分領域Ｓ１〜Ｓ３の測定値Ｐｓ１〜Ｐｓ３を、共通の３次元座標系で合成する処理を実行する（ステップ２００ａ）。合成処理では、図６に示すように、まず、共通のマーク１４を特定する（２１０）。
【００５７】
ステップ１１５の処理により認識した第１部分領域Ｓ１の定盤面１２と、第２部分領域Ｓ２の定盤面１２とは同一平面上にある。そこで、まず、第１部分領域Ｓ１の定盤面１２に第２部分領域Ｓ２の定盤面１２を同一面上とするように、第２部分領域Ｓ２の測定値Ｐｓ２（ｓ２ｘｎ，ｓ２ｙｎ，ｓ２ｚｎ）を補正する。これにより、両測定値Ｐｓ１，Ｐｓ２では、第１部分領域Ｓ１での隣り合う３つのマーク１４による三角形と、第２部分領域Ｓ２での隣り合う３つのマーク１４による三角形とが、相似関係になる。
【００５８】
第１部分領域Ｓ１の３つのマーク１４s1-1，１４s1-2，１４s1-3による三角形と、第２部分領域Ｓ２の同じマーク１４s2-1，１４s2-2，１４s2-3による三角形とは相似関係にある。
【００５９】
前述したと同様に、マーク１４の大きさ（直径）と三角形のそれぞれの辺の長さの比とに基づいて、第１部分領域Ｓ１の３つのマーク１４s1-1，１４s1-2，１４s1-3と第２部分領域Ｓ２の３つのマーク１４s2-1，１４s2-2，１４s2-3とが相似関係であることを認識できる。尚、３つのマーク１４により形成される三角形のそれぞれの辺のなす角度を算出しても、他のマーク１４から３つのマーク１４を特定することができる。
【００６０】
特定した第２部分領域Ｓ２の３つのマーク１４s2-1，１４s2-2，１４s2-3の各中心位置を定盤面１２上で回転させて、特定した３つのマーク１４s2-1，１４s2-2，１４s2-3による三角形を、第１部分領域Ｓ１の３つのマーク１４s1-1，１４s1-2，１４s1-3の三角形に重ね合わせるように、第２部分領域Ｓ２の測定値Ｐｓ２（ｓ２ｘｎ，ｓ２ｙｎ，ｓ２ｚｎ）を変換する（ステップ２２０）。尚、その際、マーク１４の中心間隔Ｐに基づいて、同じ大きさの三角形となるように、測定値Ｐｓ２（ｓ２ｘｎ，ｓ２ｙｎ，ｓ２ｚｎ）を変換する。
【００６１】
即ち、第１部分領域Ｓ１の測定値Ｐｓ１から算出した第１部分領域Ｓ１の３つのマーク１４s1-1，１４s1-2，１４s1-3の中心座標位置（ｘ11，ｙ11，ｚ11）（ｘ12，ｙ12，ｚ12）（ｘ13，ｙ13，ｚ13）と、第２部分領域Ｓ２の測定値Ｐｓ２から算出した同じ３つのマーク１４s2-1，１４s2-2，１４s2-3の中心位置座標（ｘ21，ｙ21，ｚ21）（ｘ22，ｙ22，ｚ22）（ｘ23，ｙ23，ｚ23）とから、第２部分領域Ｓ２の測定値Ｐｓ２の部分座標系を、第１部分領域Ｓ１の部分座標系に変換する
例えば、マーク１４s1-1を基準として、第１部分領域Ｓ１のマーク１４s1-1に、第２部分領域Ｓ２のマーク１４s2-1を重ね合わせるために、平行移動する変換成分と、第１部分領域Ｓ１のマーク１４s1-2，１４s1-3及び第２部分領域Ｓ２のマーク１４s2-2，１４s2-3マーカーとが同じ位置座標になるように回転移動して重ね合わせる変換成分とを含む。
【００６２】
次に、ステップ１１５の処理により認識した第２部分領域Ｓ２の定盤面１２と、第３部分領域Ｓ３の定盤面１２とは同一平面上にある。第２部分領域Ｓ２の定盤面１２に第３部分領域Ｓ３の定盤面１２を同一面上とするように、第３部分領域Ｓ３の測定値Ｐｓ３（ｓ３ｘｎ，ｓ３ｙｎ，ｓ３ｚｎ）を補正する。これにより、両測定値Ｐｓ２，Ｐｓ３では、第２部分領域Ｓ２での隣り合う３つのマーク１４による三角形と、第３部分領域Ｓ３での隣り合う３つのマーク１４による三角形とが、相似関係になる。
【００６３】
第２部分領域Ｓ２の３つのマーク１４s2-4，１４s2-5，１４s2-6による三角形と第３部分領域Ｓ３の同じマーク１４s3-4，１４s3-5，１４s3-6は相似関係にある。前述したと同様に、マーク１４の大きさ（直径）と三角形のそれぞれの辺の長さの比とに基づいて、第２部分領域Ｓ２の３つのマーク１４s2-4，１４s2-5，１４s2-6と第３部分領域Ｓ３の３つのマーク１４s3-4，１４s3-5，１４s3-6とが相似関係であることを特定できる（ステップ２３０）。
【００６４】
特定した第３部分領域Ｓ３の３つのマーク１４s3-4，１４s3-5，１４s3-6の各中心位置を定盤面１２上で回転させて、特定した３つのマーク１４s3-4，１４s3-5，１４s3-6による三角形を、第２部分領域Ｓ２の３つのマーク１４s2-4，１４s2-5，１４s2-6の三角形に重ね合わせるように、第３部分領域Ｓ３の測定値Ｐｓ３（ｓ３ｘｎ，ｓ３ｙｎ，ｓ３ｚｎ）を変換する。即ち、まず、第３部分領域Ｓ３の測定値Ｐｓ３の部分座標系を、第２部分領域Ｓ２の部分座標系に変換する
第２部分領域Ｓ２の部分座標系に変換に変換した第３部分領域Ｓ３の測定値Ｐｓ３を、ステップ２２０の処理と同様に、第１部分領域Ｓ１の部分座標系に変換する（ステップ２４０）。そして、測定値Ｐｓには、定盤面１２やマーク１４の測定値も含まれているので、これらの定盤面１２やマーク１４の測定データを削除し（ステップ２５０）、一旦本制御処理を終了する。これにより、各測定値Ｐｓ１〜Ｐｓ３は、第１部分領域Ｓ１の座標系に変換され、被測定物１の全体を解像度よく、十分な精度で容易に測定できる。
【００６５】
このように、本第２実施形態の３次元形状測定方法によっても、定盤面１２上に設けたマーク１４により、簡単に合成できると共に、被測定物１には貼り付けないので、測定できなくなる箇所が生じることはない。
【００６６】
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【符号の説明】
【００６７】
１…被測定物 ２…形状測定器
４…カメラ ６…フリンジプロジェクター
８…制御装置 １０…定盤
１２…定盤面 １４…マーク
Ｓ１〜Ｓ５…部分領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤の平坦な定盤面に多数のマークを形成すると共に、多数の前記マークから大きさと間隔との違いにより少なくとも３つの前記マークを特定可能に形成し、
前記定盤面に前記定盤面より小さな被測定物を載置して、
前記被測定物の部分領域を３次元形状測定手段により少なくとも３つの前記マークと共に光学的に３次元測定して測定値を得て、その後、更に、前記３次元形状測定手段を移動して、少なくとも３つの前記マークと共に前記被測定物の他の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、前記マークの大きさ及び間隔に基づいて、前記部分領域が異なる前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項２】
定盤の平坦な定盤面に多数のマークを形成すると共に、多数の前記マークから大きさと間隔との違いにより少なくとも３つの前記マークを特定可能に形成し、かつ、前記各マークの大きさと間隔とを記憶し、
前記定盤面に前記定盤面より小さな被測定物を載置して、
前記被測定物の部分領域を３次元形状測定手段により少なくとも３つの前記マークと共に光学的に３次元測定して測定値を得て、その後、前記３次元形状測定手段を移動して、少なくとも３つの前記マークと共に前記被測定物の他の測定箇所の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、記憶した前記マークの大きさ及び間隔と測定した前記マークの大きさ及び間隔とに基づいて、前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項３】
定盤の平坦な定盤面に多数のマークを形成すると共に、多数の前記マークから大きさと間隔との違いにより少なくとも３つの前記マークを特定可能に形成し、
前記定盤面に前記定盤面より小さな被測定物を載置して、
前記被測定物の部分領域を３次元形状測定手段により少なくとも３つの前記マークと共に光学的に３次元測定して測定値を得て、その後、更に、前記３次元形状測定手段を移動して、先の前記部分領域の同じ３つの前記マークと共に前記被測定物の他の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、先の前記部分領域の前記マークの大きさと間隔及び他の部分領域の前記マークの大きさと間隔に基づいて、前記部分領域が異なる前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項４】
前記マークは、円形の有底孔を機械加工して形成、あるいは印刷により形成、あるいは、円形のシールを貼り付けて形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の３次元形状測定方法。
【請求項５】
前記３次元形状測定手段による少なくとも３つの前記マークの前記測定値に基づいて、前記定盤面を認識し、前記部分領域が異なる前記両測定値の前記定盤面を同一平面上に補正してから、前記マークの大きさ及び間隔とに基づいて、前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の３次元形状測定方法。
【請求項１】
定盤の平坦な定盤面に多数のマークを形成すると共に、多数の前記マークから大きさと間隔との違いにより少なくとも３つの前記マークを特定可能に形成し、
前記定盤面に前記定盤面より小さな被測定物を載置して、
前記被測定物の部分領域を３次元形状測定手段により少なくとも３つの前記マークと共に光学的に３次元測定して測定値を得て、その後、更に、前記３次元形状測定手段を移動して、少なくとも３つの前記マークと共に前記被測定物の他の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、前記マークの大きさ及び間隔に基づいて、前記部分領域が異なる前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項２】
定盤の平坦な定盤面に多数のマークを形成すると共に、多数の前記マークから大きさと間隔との違いにより少なくとも３つの前記マークを特定可能に形成し、かつ、前記各マークの大きさと間隔とを記憶し、
前記定盤面に前記定盤面より小さな被測定物を載置して、
前記被測定物の部分領域を３次元形状測定手段により少なくとも３つの前記マークと共に光学的に３次元測定して測定値を得て、その後、前記３次元形状測定手段を移動して、少なくとも３つの前記マークと共に前記被測定物の他の測定箇所の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、記憶した前記マークの大きさ及び間隔と測定した前記マークの大きさ及び間隔とに基づいて、前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項３】
定盤の平坦な定盤面に多数のマークを形成すると共に、多数の前記マークから大きさと間隔との違いにより少なくとも３つの前記マークを特定可能に形成し、
前記定盤面に前記定盤面より小さな被測定物を載置して、
前記被測定物の部分領域を３次元形状測定手段により少なくとも３つの前記マークと共に光学的に３次元測定して測定値を得て、その後、更に、前記３次元形状測定手段を移動して、先の前記部分領域の同じ３つの前記マークと共に前記被測定物の他の部分領域を光学的に３次元測定して測定値を得て、先の前記部分領域の前記マークの大きさと間隔及び他の部分領域の前記マークの大きさと間隔に基づいて、前記部分領域が異なる前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項４】
前記マークは、円形の有底孔を機械加工して形成、あるいは印刷により形成、あるいは、円形のシールを貼り付けて形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の３次元形状測定方法。
【請求項５】
前記３次元形状測定手段による少なくとも３つの前記マークの前記測定値に基づいて、前記定盤面を認識し、前記部分領域が異なる前記両測定値の前記定盤面を同一平面上に補正してから、前記マークの大きさ及び間隔とに基づいて、前記両測定値を同一座標系に変換して合成することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の３次元形状測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−４７８７６（Ｐ２０１１−４７８７６Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９８２３２（Ｐ２００９−１９８２３２）
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（３９４０１７９２９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（３９４０１７９２９）
【Ｆターム（参考）】
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