３次元形状測定装置
【課題】受光センサにて受光した反射光のスポットが欠けた場合であっても、精度良く測定対象物の３次元形状を測定できる３次元形状測定装置及び３次元形状測定方法を提供する。
【解決手段】受光信号の強度の閾値としてレベルＬ１を設ける。受光信号の強度が最も大きい受光素子の位置を基準位置Ｐ１（ｎ）とする。基準位置Ｐ１（ｎ）の両側から、受光信号の強度がレベルＬ１である受光素子又はレベルＬ１に最も近い受光素子の位置を１つずつ取得する。前記取得した２つの受光位置の中点と基準位置Ｐ１（ｎ）とのずれ量Ｄ１が許容値以下であれば、基準位置Ｐ１（ｎ）を反射光の結像位置Ｐ（ｎ）と決定し、結像位置Ｐ（ｎ）を用いて、その測定ポイントの３次元座標を算出する。ずれ量Ｄ１が許容値より大きければ、その測定ポイントの３次元座標を算出しない。
【解決手段】受光信号の強度の閾値としてレベルＬ１を設ける。受光信号の強度が最も大きい受光素子の位置を基準位置Ｐ１（ｎ）とする。基準位置Ｐ１（ｎ）の両側から、受光信号の強度がレベルＬ１である受光素子又はレベルＬ１に最も近い受光素子の位置を１つずつ取得する。前記取得した２つの受光位置の中点と基準位置Ｐ１（ｎ）とのずれ量Ｄ１が許容値以下であれば、基準位置Ｐ１（ｎ）を反射光の結像位置Ｐ（ｎ）と決定し、結像位置Ｐ（ｎ）を用いて、その測定ポイントの３次元座標を算出する。ずれ量Ｄ１が許容値より大きければ、その測定ポイントの３次元座標を算出しない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物にレーザ光を走査しながら照射し、その反射光である散乱光を受光センサで受光して、レーザ光の照射位置又は照射方向と、反射光の受光位置との関係から、３角測量の原理により、測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置及び３次元形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば下記特許文献１に示されているように、測定対象物にレーザ光を走査しながら照射し、照射したレーザ光の照射位置又は照射方向と、測定対象物からの反射光（散乱光）の受光位置との関係から、３角測量の原理により、測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置は知られている。この３次元形状測定装置においては、受光センサとして、ＣＣＤイメージセンサ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）、ＣＭＯＳイメージセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｎｓｏｒ）などの受光素子が一列に配置されたラインセンサを採用している。そして、ラインセンサの各受光素子が出力する受光光量に対応した受光信号の強度を検出することにより、ラインセンサにおける反射光の結像位置を検出している。この３次元形状測定装置においては、ラインセンサの各受光素子が出力する受光信号の強度をデジタルデータに変換し、各受光素子の位置データとともにコンピュータに入力している。そして、入力した受光信号の強度が最大である受光素子を検索し、前記検索した受光素子の位置を結像位置としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６５００５号公報
【発明の概要】
【０００４】
各受光素子の位置を横軸とし、各受光素子が出力する受光信号の強度を縦軸として、受光信号の強度の分布を表した受光曲線は、図１５Ａ乃至図１５Ｃに示すように、１つのピークを有する曲線である。図１５Ａに示すように、平面状の部分、起伏が緩やかな部分などにレーザ光を照射した場合は、受光曲線の波形は、破線で示した対称軸について左右対称である。しかし、図１５Ｂ及び図１５Ｃに示すように、測定対象物の縁部（互いに角度が異なる２つの面が交わる部分）にレーザ光を照射した場合、反射光のスポットが欠けるため、受光曲線の波形が左右対称にならない。測定対象物の縁部にレーザ光を照射したときの反射光のスポットの欠け方は、図１６Ａ乃至図１６Ｃに示すように様々である。
【０００５】
また、測定対象物の縁部にレーザ光を照射した場合のみならず、測定ポイントとは異なる他の部分によって反射光の一部が遮られることにより、反射光のスポットが欠けることもある。したがって、受光信号の強度が最大となる受光素子の位置を求めて結像位置として採用すると、前記採用した結像位置から算出した３次元座標が実際の測定対象物ＯＢの座標からずれることがある。例えば、測定対象物ＯＢにおいては平面状であるのに、前記算出した３次元座標によって表される形状が凸状又は凹状となる場合がある。逆に、測定対象物ＯＢの形状は凸状又は凹状であるのに、前記算出した３次元座標によって表される形状が平面状となることもある。すなわち、受光信号の強度が最大となる受光素子の位置を求めて結像位置として採用しただけでは、反射光の結像位置としての精度が悪く、３次元形状測定の精度が低下することがあった。また、上記従来の３次元形状測定装置のように、受光強度の変化率のパターンマッチングにより測定対象物の縁部にレーザ光を照射したことを検出するためには、予め複数の受光強度の変化率のパターンを記憶しておかなければならないが、上記のように、反射光のスポットの欠け方は様々であるので、パターンとして大量のデータを記憶しておく必要があった。
【０００６】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、測定対象物にレーザ光を走査しながら照射し、測定対象物からの反射光を受光センサで受光して３角測量の原理により測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、測定対象物の縁部にレーザ光を照射したとき及び反射光が測定対象物の一部に遮られたとき、受光曲線の波形が基準を中心として左右対称でない場合でも、簡単かつ精度良く測定対象物の３次元形状を測定できる３次元形状測定装置及び３次元形状測定方法を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、後述する実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、測定対象物（ＯＢ）に照射するレーザ光を出射するレーザ光源（１０）と、測定対象物の表面に形成されるレーザ光の光スポットの位置を変更する照射位置変更手段（１４，３０）と、照射位置変更手段を駆動して測定ポイントを変更する駆動手段（１８，３２）と、測定対象物の表面にて反射したレーザ光の反射光を受光して、受光光量に応じた強度の受光信号をそれぞれ出力する複数の受光素子を一列に配置した受光センサ（２２）と、受光素子の配置順に受光信号の強度を表した受光曲線における受光強度の分布が対称であるか非対称であるかを判定する対称判定手段（Ｓ２１０，Ｓ６１６）と、前記対称判定手段によって対称であると判定されたとき、前記受光強度の分布の対称軸に相当する受光位置を用い、３角測量の原理に基づいて測定対象物までの距離を算出し、前記算出した測定対象物までの距離と駆動手段による照射位置変更手段の駆動量とを用いて、前記測定ポイントの３次元座標を表す３次元座標データを測定データとして算出し、前記対称判定手段によって非対称であると判定されたとき、３次元座標データを算出しない測定データ算出手段（Ｓ３００〜Ｓ３１０）とを備えたことにある。
【０００８】
上記のように構成した３次元形状測定装置においては、受光曲線において、受光強度の分布の対称性に応じて、３次元座標データを算出するか否かを決定するようにした。すなわち、受光曲線の波形が非対称である測定ポイントについては、レーザ光が測定対象物の縁部に照射されたこと、又は反射光の一部が測定対象物の他の部分に遮られたことによって、受光センサにて受光した反射光のスポットが欠けた状態と判断して、３次元座標データを算出せず、受光曲線の波形が対称である測定ポイントの３次元座標データのみを算出できる。これにより、測定精度が低下するのを防止できる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、対称判定手段は、受光素子の配置順に受光信号を入力し、前記入力した受光信号の強度が所定の第１強度以下である状態から第１強度より大きい状態に変化したときの受光素子の位置を第１受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が第１強度より大きい状態から第１強度以下である状態に変化したときの受光素子の位置を第２受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が第１強度よりも小さな第２強度以下である状態から第２強度より大きい状態に変化したときの受光素子の位置を第３受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が第２強度より大きい状態から第２強度以下である状態に変化したときの受光素子の位置を第４受光位置として検出する受光位置検出手段（５１４ｂ，５１４ｃ，５１５ｂ，５１５ｃ）と、第３受光位置から第１受光位置へ向かう受光信号の強度の傾きを表す第１の傾きと、第４受光位置から第２受光位置へ向かう受光信号の強度の傾きを表す第２の傾きを算出する傾き算出手段（Ｓ６１０，Ｓ６１２）と、第１の傾きと第２の傾きのずれ量を表す第１ずれ量を算出する第１ずれ量算出手段（Ｓ６１４）と、第１ずれ量が所定の第１基準ずれ量以下であるとき、前記受光強度の分布が対称であると決定し、前記第１ずれ量が前記第１基準ずれ量より大きいとき、前記受光強度の分布が非対称であると決定する対称決定手段（Ｓ６１６）とを備えたことにある。
【００１０】
上記のように構成した３次元形状測定装置においては、第１の傾き及び第２の傾きのずれ量を用いて受光曲線の波形の対称性を判定するようにした。この判定は、主に受光曲線の全体の波形の対称性の判定に相当する。第１の傾きは、第１受光位置及び第３受光位置を用いて算出でき、第２の傾きは、第３受光位置及び第４受光位置を用いて算出できる。したがって、第１乃至第４受光位置を取得するだけで全体の波形の対称性を判定できるので、簡単かつ高速に測定対象物の３次元形状を測定できる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、第１ずれ量が所定の第１基準ずれ量より大きいとき、第１受光位置と第２受光位置の中点を基準位置として取得する基準位置取得手段（Ｓ６２２）と、基準位置から第３受光位置までの距離と、基準位置から第４受光位置までの距離のうちの大きい方の距離を選択し、前記選択した距離と所定の基準距離とのずれ量を表す第２ずれ量を算出する第２ずれ量算出手段（Ｓ６２６，Ｓ６３４）と、第２ずれ量が所定の第２基準ずれ量以下である全ての測定ポイントについて、それぞれ前記基準位置を用いて３角測量の原理に基づいて測定対象物までの距離を算出し、前記算出した測定対象物までの距離と駆動手段による照射位置変更手段の駆動量を用いて３次元座標データを算出する３次元座標データ算出手段（Ｓ６３０，Ｓ６３６，Ｓ６３２，Ｓ６２０，Ｓ３００〜Ｓ３１０）と、第２ずれ量が第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうち、受光センサに受光される反射光の光路内に、前記反射光を遮光する測定対象物の部分が存在しない測定ポイントの３次元座標データを測定データに追加する追加手段（Ｓ４００〜Ｓ４３２）とを備えたことにある。この場合、追加手段は、第２ずれ量が第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうちの１つの測定ポイントを選択する測定ポイント選択手段（Ｓ４０２，Ｓ４０６，Ｓ４３０）と、３次元座標の原点から前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルと、前記選択した測定ポイントから見てレーザ光源側の所定の領域に位置する全ての測定ポイントから前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルとの間の角度をそれぞれ算出する角度算出手段（Ｓ４１８）と、全ての前記算出した角度が所定の基準角度より大きいとき、反射光の光路内に前記反射光を遮光する測定対象物の部分が存在しないと決定し、前記算出した角度のうち少なくとも１つの角度が前記所定の基準角度以下であるとき、前記反射光の光路内に前記反射光を遮光する測定対象物の部分が存在すると決定する遮光物存否決定手段（Ｓ４１０〜Ｓ４２６）とを備えるとよい。さらに、この場合、基準距離は、基準位置に応じて設定されているとよい。
【００１２】
受光曲線の全体の波形が非対称であるとしても、第１所定強度よりも大きな部分（以下、ピーク部分という）の波形は対称であって、３次元座標データを算出して測定データとして採用できる場合もある。ここで、受光曲線において、第１受光位置と第２受光位置の中点を境界としたとき、受光信号の強度の傾きが小さい側は、反射光のスポットが欠けていない状態とみなすことができる。そして、少なくともピーク部分の波形が対称であるならば、反射光のスポットが欠けていない状態とみなした側の第２所定強度の受光位置（すなわち、第３受光位置又は第４受光位置）と基準位置との間の距離は、予め設定された基準距離に近いはずである。なお、基準距離は、波形が全体として対称であるときの、第３受光位置と第４受光位置の距離から算出された距離である。そこで、第３受光位置から基準位置までの距離と第４受光位置から基準位置までの距離のうち大きい方（すなわち、受光信号の強度の傾きが小さい方）の距離を基準距離と比較し、両距離のずれ量を用いて、ピーク部分の波形が対称であるか否かを判定するようにした。そして、全体の波形が非対称であるとしても、ピーク部分の波形が対称であれば、基準位置を用いて３次元座標データを算出するようにした。さらに、ピーク部分の波形が対称であり、かつ波形全体としては非対称である場合に、反射光の一部が測定対象物に遮られたことによって、受光センサに形成される反射光のスポットが欠けているか否かを判定するようにした。すなわち、測定ポイントの周辺に大きく突出した凸部、高低差の大きい段差などが存在しないかを判定するようにした。そして、反射光の一部が測定対象物に遮られない測定ポイントの３次元座標データを測定データに追加するようにしたので、測定精度をさらに向上させることができる。全体の波形の対称性のみによって、３次元座標データを算出するか否か決定すると、測定対象物の縁部の測定ポイント数がかなり少なくなって、測定精度が低下することが考えられるが、上記のように構成した３次元形状測定装置によれば、測定対象物の縁部にレーザ光を照射した場合であって、反射光のスポットの欠け方が少ない場合の３次元座標データが測定データに加えられるので、縁部の測定ポイント数をある程度確保することができ、測定精度が低下することを防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明の他の特徴は、対称判定手段は、受光信号の強度が最も大きな受光素子の位置を基準位置として取得する基準位置取得手段（Ｓ２０４）と、受光信号の強度が所定の第１強度である受光素子の位置又は受光信号の強度が第１強度に最も近い受光素子の位置を、基準位置の両側からそれぞれ第１受光位置及び第２受光位置として１つずつ検出する第１強度位置検出手段（Ｓ２０６）と、第１受光位置から基準位置までの距離と、第２受光位置から基準位置までの距離とのずれ量を表す第１ずれ量を算出する第１ずれ量算出手段（Ｓ２０８）と、第１ずれ量が所定の第１基準値以下であるとき、前記受光強度の分布が対象であると決定し、第１ずれ量が第１基準値より大きいとき、前記受光強度の分布が非対称であると決定する対称決定手段（Ｓ２１０）とを備えたことにある。
【００１４】
上記のように構成した３次元形状測定装置においては、基準位置、第１受光位置及び第２受光位置を取得して、前記取得した基準位置、第１受光位置及び第２受光位置の位置関係のみから受光曲線の波形の対称性を判定するようにしたので、第１受光位置と第２受光位置を検出する第１強度を大きくすれば、受光曲線の全体の波形が非対称でもピーク部分の波形が対称である場合の３次元座標データを測定データに残すことができる。すなわち、測定対象物の縁部の測定ポイント数をある程度確保できるので、測定精度が低下することを防ぐことができる。
【００１５】
また、本発明の他の特徴は、第１ずれ量が前記第１基準ずれ量以下であるとき、受光信号の強度が第１強度よりも小さな第２強度である受光素子の位置又は受光信号の強度が第２強度に最も近い受光素子の位置を、基準位置の両側からそれぞれ第３受光位置及び第４受光位置として１つずつ検出する第２強度位置検出手段（Ｓ２１４）と、第３受光位置から基準位置までの距離と、第４受光位置から基準位置までの距離とのずれ量を表す第２ずれ量を算出する第２ずれ量算出手段（Ｓ２１６）と、第２ずれ量が第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうち、受光センサに受光される反射光の光路内に、反射光を遮光する測定対象物の部分が存在する測定ポイントの３次元座標データを測定データから除外する除外手段（Ｓ４００〜Ｓ４３２）とを備えたことにある。この場合、除外手段は、第２ずれ量が第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうちの１つの測定ポイントを選択する測定ポイント選択手段と、３次元座標の原点から前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルと、前記選択した測定ポイントから見てレーザ光源側の所定の領域に位置する全ての測定ポイントから前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルとの間の角度をそれぞれ算出する角度算出手段と、全ての前記算出した角度が所定の基準角度より大きいとき、反射光の光路内に反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しないと決定し、前記算出した角度のうち少なくとも１つの角度が前記所定の基準角度以下であるとき、反射光の光路内に反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在すると決定する遮光物存否決定手段（Ｓ４１０〜Ｓ４２６）とを備えるとよい。
【００１６】
受光曲線において、ピーク部分の波形が対称であったとしても、全体の波形が非対称であることもある。すなわち、反射光のスポットが欠けていることもある。そこで、受光信号の強度が第１強度よりも小さい第２強度の受光素子の位置を第３受光位置及び第４受光位置として検出し、基準位置、第３受光位置及び第４受光位置の位置関係を用いて、全体の波形の対称性を判定するようにした。そして、全体の波形が非対称である場合に、反射光の一部が測定対象物に遮られたことによって、受光センサに形成される反射光のスポットが欠けているか否かを判定するようにした。すなわち、上記の所定の条件に該当する場合、その測定ポイントの３次元座標データを測定データから除外することで、測定対象物の縁部の測定ポイントは残したまま、反射光の一部が測定対象物に遮られた場合の測定ポイントの３次元座標データを除外することができるので、測定精度をさらに向上させることができる。
【００１７】
さらに、本発明の実施にあたっては、３次元形状測定装置の発明に限定されることなく、３次元形状測定方法の発明としても実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る３次元形状測定装置の全体概略図である。
【図２】図１のセンサ信号取り込み回路の具体的構成を示すブロック図である。
【図３】図１のコントローラが実行する３次元形状データ取り込み処理のフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態に係り、閾値及び受光位置を説明するための説明図である。
【図５】図２の演算回路が実行する波形判定処理を示すフローチャートである。
【図６】図１のコントローラが実行する３次元座標算出処理のフローチャートである。
【図７】図１のコントローラが実行する座標除外処理のフローチャートである。
【図８】座標除外処理における処理対象とする測定ポイントの範囲を説明するための説明図である。
【図９】図１のコントローラが実行する３次元形状表示処理のフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係り、センサ信号取り込み回路の具体的構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係り、閾値及び受光位置を説明するための説明図である。
【図１２】図１０の演算回路が実行する波形判定処理を示すフローチャートである。
【図１３Ａ】基準距離を定めたテーブルの概念図である。
【図１３Ｂ】基準距離の設定方法についての説明図である。
【図１４】本発明の変形例に係り、閾値及び受光位置を説明するための説明図である。
【図１５Ａ】受光曲線の波形が対称である状態を説明するための説明図である。
【図１５Ｂ】受光曲線の波形が非対称である状態の一例を説明するための説明図である。
【図１５Ｃ】受光曲線の波形が非対称である状態の他の例を説明するための説明図である。
【図１６Ａ】反射光のスポットが僅かに欠けた状態を説明するための説明図である。
【図１６Ｂ】反射光のスポットが半分程度欠けた状態を説明するための説明図である。
【図１６Ｃ】反射光のスポットがほとんど欠けた状態を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態に係る３次元形状測定装置の全体構成について図１を用いて説明する。この３次元形状測定装置は、レーザ光を走査しながら測定対象物ＯＢに照射するとともに、同照射による測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）を受光する３次元カメラＣＡを備えている。
【００２０】
３次元カメラＣＡは、レーザ光源１０、コリメートレンズ１２、第１ミラー１４、モータ１６、第２ミラー１８、結像レンズ２０及び第１受光センサ２２を備えた筐体３０を有する。レーザ光源１０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ１２及び第1ミラー１４を介して測定対象物ＯＢに照射される。そして、測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）は、第２ミラー１８及び結像レンズ２０を介して、第１受光センサ２２に導かれて受光される。また、筐体３０は、第２受光センサ２４も備えている。第２受光センサ２４は、第１受光センサ２２にて反射した測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）を受光する。また、３次元カメラＣＡは、筐体３０を回転させるモータ３２及び減速装置３４も有する。
【００２１】
レーザ光源１０は、３次元カメラＣＡから測定対象物ＯＢまでの距離を測定するためのレーザ光をコリメートレンズ１２に向けて出射する。コリメートレンズ１２は、レーザ光源１０から入射したレーザ光を平行光に変換する。コリメートレンズ１２によって平行光に変換されたレーザ光は、第１ミラー１４に入射する。第１ミラー１４は、モータ１６の駆動軸に組み付けられていて、モータ１６の駆動軸周りに正転逆転駆動される。コリメートレンズ１２によって平行光とされたレーザ光の光軸とモータ１６の駆動軸は直交している。モータ１６内には、モータ１６の回転軸の回転を検出して、同回転を表す回転検出信号を出力するエンコーダ１６ａが組み込まれている。この回転検出信号は、モータ１６の回転軸の回転位置が基準回転位置に来るごとに発生されるｚ相信号φＺと、所定の微小な回転角度ずつハイレベルとローレベルを繰り返す互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号φＡ及びＢ相信号φＢからなるパルス列信号とからなる。コリメートレンズ１２によって平行光に変換されたレーザ光は、第１ミラー１４によって反射されて、筐体３０の正面部に設けられた図示しない開口部から外側へ向けて出射され、測定対象物ＯＢに照射される。以下の説明においては、モータ１６の駆動軸をＸ軸と呼び、第１ミラー１４に入射するレーザ光の光軸をＹ軸と呼ぶ。
【００２２】
第２ミラー１８は、第１ミラー１４の下方にて、第１ミラー１４と共通の駆動軸に組み付けられている。すなわち、第１ミラー１４及び第２ミラー１８は、モータ１６によって、同時に、モータ１６の駆動軸回りに正転逆転駆動される。第１ミラー１４と第２ミラー１８の向き（角度）は同一である。第２ミラー１８は、モータ１６の駆動軸方向に延設された長尺状に形成されている。第２ミラー１８は、測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）を結像レンズ２０へ向けて反射する。結像レンズ２０は、第２ミラー１８からの反射光を第１受光センサ２２上に結像させる。第１受光センサ２２は、測定対象物ＯＢからの反射光を第２ミラー１８及び結像レンズ２０を介して受光する。第１受光センサ２２は、それぞれ受光量に応じた電気信号を出力する複数（ｍｍａｘ個）の受光素子を１列に配置したラインセンサである。各受光素子には、ラインセンサの一端部に配置された受光素子から他端部に配置された受光素子に向かって、その配列順に番号（「１」〜「ｍｍａｘ」）が付けられている。各受光素子の大きさは同一であり、各受光素子は互いに隣接して配置されているので、この受光素子の番号は、測定対象物ＯＢからの反射光の受光位置に対応する。
【００２３】
第２受光センサ２４は、第１受光センサ２２にて反射した反射光を受光する。第２受光センサ２４は、第１受光センサ２２と同程度の受光面を備え、受光した反射光の強度に相当する強度の受光信号を出力するフォトディテクタである。第１受光センサ２２の反射率は一定であるので、第１受光センサ２２にて反射した反射光の強度は、測定対象物ＯＢからの反射光の強度に相当する。すなわち、第２受光センサ２４が出力する受光信号の強度は、測定対象物ＯＢからの反射光の強度に相当する。
【００２４】
筐体３０は、Ｙ軸回りに回転可能に支持されている。筐体３０は、減速装置３４を介してモータ３２の駆動軸に組み付けられていて、モータ３２によってＹ軸回りに正転逆転駆動される。モータ３２内には、エンコーダ１６ａと同様のエンコーダ３２ａが組み込まれている。
【００２５】
また、この３次元カメラＣＡは、レーザ駆動回路４０、ミラー駆動回路４２、ミラー角度検出回路４４、筐体駆動回路４６、筐体角度検出回路４８、センサ信号取り込み回路５０、増幅回路５２、レーザ光量調整回路５４及びコントローラ５６も備えている。
【００２６】
レーザ駆動回路４０は、コントローラ５６から測定開始の指示を入力すると、予め設定された強度の駆動信号をレーザ光源１０に供給する。そして、後述するレーザ光量調整回路５４から供給されるレーザ強度調整信号を入力すると、このレーザ光量調整信号に基づいて、第２受光センサ２４が出力する受光信号の強度が設定された強度になるよう、レーザ光源１０に供給する駆動信号を制御する。具体的には、レーザ光量調整信号の強度が「０」になるように、レーザ光源１０に供給する電圧及び電流を制御する。これにより、第１受光センサ２２が受光する測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）の強度を一定にできる。
【００２７】
ミラー駆動回路４２は、モータ１６を駆動するための駆動信号を出力する。ミラー駆動回路４２は、エンコーダ１６ａから入力した回転検出信号のうちのパルス列信号の所定時間あたりのパルス数が設定された値になるよう、モータ１６の駆動信号を制御する。すなわち、モータ１６の回転速度が一定になるよう、モータ１６の駆動信号を制御する。また、コントローラ５６からの指示と後述するミラー角度検出回路４４から入力した回転角度に応じて、駆動軸の回転方向を反転させるよう、モータ１６の駆動信号を制御する。これにより、第１ミラー１４及び第２ミラー１８は、３次元形状測定の開始から終了までの間に、回転方向が何度も反転する。ミラー角度検出回路４４は、エンコーダ１６ａから回転検出信号を入力し、入力した回転検出信号のうちのパルス列信号を用いて、第１ミラー１４及び第２ミラー１８のＸ軸回りの回転角度θｘを算出する。ミラー角度検出回路４４は、コントローラ５６から、第１ミラー１４及び第２ミラー１８の回転角度θｘを出力するよう指示されると、前記算出した回転角度θｘを表すデジタルデータをコントローラ５６に出力する。また、前記算出した回転角度θｘは、ミラー駆動回路４２にも出力され、ミラー駆動回路４２によるモータ１６の回転駆動の制御にも利用される。
【００２８】
筐体駆動回路４６は、モータ３２を駆動するための駆動信号を出力する。筐体駆動回路４６は、エンコーダ３２ａから入力した回転検出信号のうちのパルス列信号の所定時間あたりのパルス数が設定された値になるよう、モータ３２の駆動信号を制御する。すなわち、モータ３２の回転速度が一定になるよう、駆動信号を制御する。モータ３２は、筐体駆動回路４６から駆動信号を供給されて一定の速度で回転し、減速装置３４を介して筐体３０を回転させる。これにより、筐体３０は、３次元形状測定の開始から終了まで一定の回転速度で一定の方向へ回転する。筐体３０の回転速度は、第１ミラー１４の回転速度よりも遅い。筐体角度検出回路４８は、エンコーダ３２ａから回転検出信号を入力し、入力した回転検出信号のうちのパルス列信号を用いて、筐体３０のＹ軸回りの回転角度θｙを算出する。筐体角度検出回路４８は、コントローラ５６から、筐体３０の回転角度θｙを出力するよう指示されると、前記算出した回転角度θｙを表すデジタルデータをコントローラ５６に出力する。また、前記算出した回転角度θｙは、筐体駆動回路４６にも出力され、筐体駆動回路４６がモータ３２の回転角度をコントローラ５６から指示された角度（例えば初期角度）にする制御にも利用される。
【００２９】
センサ信号取り込み回路５０は、図２に示すように、制御回路５０１、信号取り出し回路５０２、Ａ／Ｄ変換回路５０４及び演算回路５０５を備えている。制御回路５０１は、コントローラ５６からの作動開始指示に応答して、信号取り出し回路５０２に、第１受光センサ２２からの受光信号の取り込みを指示する信号を設定された周期ごとに出力する。信号取り出し回路５０２は、制御回路５０１から取り込み開始の指示を入力するごとに、第１受光センサ２２に一定周期のパルス信号を出力する。第１受光センサ２２は、信号取り出し回路５０２から入力したパルス信号の各パルスに同期して、第１受光センサ２２の一端の受光素子から他端の受光素子に向かって順番に、各受光素子が受光した光量に応じた強度の受光信号を信号取り出し回路５０２に出力する。信号取り出し回路５０２は、入力した受光信号を増幅して、Ａ／Ｄ変換回路５０４へ出力する。また、信号取り出し回路５０２は、Ａ／Ｄ変換回路５０４に、入力した受光信号をデジタルデータに変換するタイミングを表す信号として、前述した一定周期のパルス信号を出力する。Ａ／Ｄ変換回路５０４は、制御回路５０１から受光信号の取り込みを意味する信号を入力すると、信号取り出し回路５０２から入力したパルス信号に同期して入力した受光信号の強度（瞬時値）をデジタルデータに変換し、演算回路５０５に出力する。すなわち、第１受光センサ２２の一端の受光素子から他端の受光素子に向かって順番（受光素子に付された番号順）に受光信号の強度をデジタルデータに変換して、演算回路５０５に出力する。演算回路５０５は、Ａ／Ｄ変換回路５０４から入力した各受光素子の受光信号の強度を表すデジタルデータを、演算回路５０５が備えるメモリの所定の記憶領域に記憶する。すなわち、各受光素子に対応して予め定められたアドレスを指定して、前記入力した各受光信号の強度を表すデジタルデータを書き込む。各受光素子に付された番号順にそれぞれ対応するアドレスからデジタルデータを読み出して、前記読み出したデジタルデータを用いて受光信号の強度の分布をグラフ化すると、図４に示すような受光曲線が得られる。演算回路５０５は、詳しくは後述するように、コントローラ５６からの取り込み指示があると、Ａ／Ｄ変換回路５０４から入力したデジタルデータを用いて、第１受光センサ２２における反射光の結像位置を取得するとともに、受光曲線の波形の対称性を判定して、演算結果をコントローラ５６へ出力する。
【００３０】
増幅回路５２は、第２受光センサ２４から出力された受光信号を増幅して、レーザ光量調整回路５４に出力する。レーザ光量調整回路５４は、第２受光センサ２４から出力されて増幅回路５２にて増幅された受光信号を入力し、この信号強度から予め記憶されている基準値を減算した強度の信号をレーザ光量調整信号としてレーザ駆動回路４０に供給する。なお、レーザ光量調整回路５４は、測定開始の前に予め、コントローラ５６から第２受光センサ２４が受光する反射光の強度の基準値を入力して記憶している。
【００３１】
コントローラ５６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、キーボード、マウスなどからなる入力装置５８からの指示に従って、３次元形状測定処理を実行して、測定対象物ＯＢの３次元画像データを作成して、測定対象物ＯＢの３次元画像を表示装置６０に表示する。
【００３２】
つぎに、上記のように構成した３次元形状測定装置における３次元形状測定処理について説明する。作業者が、入力装置５８を用いて測定開始を指示すると、コントローラ５６は、図３に示す３次元形状データ取り込み処理を開始する。コントローラ５６は、ステップＳ１００にて、３次元形状データ取り込み処理を開始すると、ステップＳ１０２にて、各測定ポイントの番号を表す測定ポイント番号ｎを「１」に初期化する。
【００３３】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１０４にて、筐体３０の回転角度を初期角度にセットする。つぎに、ステップＳ１０６にて、レーザ駆動回路４８の作動を開始させる。つぎに、ステップＳ１０８にて、レーザ光量調整回路５４の作動を開始させる。つぎにステップＳ１１０にて、センサ信号取り込み回路５０の作動を開始させる。より詳しくは、センサ信号取り込み回路５０内の制御回路５０２の作動を開始させる。つぎに、ステップＳ１１２にて、ミラー駆動回路４２の作動を開始させる。つぎに、ステップＳ１１４にて、筐体駆動回路４６の作動を開始させる。つぎに、ステップＳ１１６にて時間計測を開始する。
【００３４】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１１８にて、現在の時刻が測定ポイント番号ｎと所定の時間間隔Ｔとを乗算して算出される時刻ｎＴを経過しているか否かを判定する。最初、測定ポイント番号ｎは「１」に初期化されているので、ステップＳ１１８において、現在の時刻がＴ（すなわち、１×Ｔ）を経過しているかを判定する。現在の時刻がＴを経過していなければ、「Ｎｏ」と判定し、再びステップＳ１１８を実行する。すなわち、現在の時刻がＴを経過するまでステップＳ１１８を繰り返し実行する。そして、現在の時刻がＴを経過すると、ステップＳ１１８にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１２０に進む。
【００３５】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１２０にて、ミラー角度検出回路４４から、第１ミラー１４の回転角度θｘ（ｎ）を取り込む。つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１２２にて、筐体角度検出回路４８から、筐体３０の回転角度θｙ（ｎ）を取り込む。つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１２４にて、センサ信号取り込み回路５０に、受光信号の強度を表すデジタルデータを取り込み、受光曲線の波形の対称性を判定して判定結果を表す波形対称性判定フラグＥ（ｎ）をセットするとともに、受光センサ２２における反射光の結像位置Ｐ（ｎ）を算出するよう指示する。
【００３６】
センサ信号取り込み回路５０は、コントローラ５６からの前記指示に応答して、信号取り出し回路５０２及びＡ／Ｄ変換回路５０４の協働により出力された第１受光センサ２２を構成する各受光素子の出力する受光光量を表すデータである反射光の受光曲線データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）を、演算回路５０５に記憶させる。演算回路５０５は、受光曲線データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）を記憶すると、図５に示す波形判定処理を実行する。演算回路５０５は、ステップＳ２００にて波形判定処理を開始すると、ステップＳ２０２にて、測定ポイント番号ｎについての対称性判定フラグＥ（ｎ）を、対称性が良いことを表す「０」に初期化する。
【００３７】
つぎに、演算回路５０５は、受光曲線のピーク部分の波形の対称性を判定する。まず、演算回路５０５は、ステップＳ２０４にて、受光曲線データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）の中から、強度が最も大きい受光曲線データを検索し、前記検索した受光曲線データに対応する受光素子の位置（受光素子の番号）を基準位置Ｐ１（ｎ）として取得する。つぎに、演算回路５０５は、ステップＳ２０６にて、受光曲線データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）を用いて、受光曲線における基準位置Ｐ１（ｎ）の左側及び右側に位置する受光素子のうち、受光強度がレベルＬ１である受光素子又はレベルＬ１に最も近い受光素子をそれぞれ１つずつ検索し、前記検索した受光素子の位置をそれぞれ受光位置Ｔ１ａ及び受光位置Ｔ１ｂとして取得する。
【００３８】
つぎに、演算回路５０５は、ステップＳ２０８にて、受光位置Ｔ１ａと基準位置Ｐ１（ｎ）の間の受光素子の数（以下、距離ｗａという）及び受光位置Ｔ１ｂと基準位置Ｐ１（ｎ）の間の受光素子の数（以下、距離ｗｂという）を算出する。そして、受光位置Ｔ１ａと基準位置Ｐ１（ｎ）の距離と受光位置Ｔ１ｂと基準位置Ｐ１（ｎ）の距離のずれ量を表すずれ量Ｄ１をＤ１＝｜（ｗａ−ｗｂ）／（ｗａ＋ｗｂ）｜の演算によって算出する。ずれ量Ｄ１は、言い換えれば、基準位置Ｐ１（ｎ）が、受光位置Ｔ１ａと受光位置Ｔ１ｂの中点からどれくらいずれているかを表す。本実施形態においては、第１ずれ量Ｄ１が小さいほど、受光曲線のピーク部分（強度がレベルＬ１よりも大きい部分）の波形の対称性が良いとみなす。すなわち、基準位置Ｐ１（ｎ）を対称軸として左右対称である状態に近いとみなす。そこで、演算回路５０５は、ステップＳ２１０にて、ずれ量Ｄ１と予め設定された許容値ＴＬ１とを比較する。ずれ量Ｄ１が、許容値ＴＬ１よりも大きい場合、「Ｎｏ」と判定する。すなわち、ピーク部分の波形が基準位置Ｐ１（ｎ）を対称軸として非対称なので、基準位置Ｐ１（ｎ）を、測定対象物ＯＢの測定ポイント番号ｎに対応する座標を算出するためのデータとして採用できないと判定する。この場合、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）をコントローラ５６に出力することなく、後述のステップＳ２２４に進む。
【００３９】
一方、ずれ量Ｄ１が、許容値ＴＬ１以下である場合、ステップＳ２１０にて、「Ｙｅｓ」と判定する。すなわち、ピーク部分の波形が対称であるので、基準位置Ｐ１（ｎ）を、測定対象物ＯＢの測定ポイント番号ｎに対応する座標を算出するためのデータとして採用できる可能性があると判定する。この場合、演算回路５０５は、ステップＳ２１２にて、基準位置Ｐ１（ｎ）を第１受光センサ２２における反射光の結像位置Ｐ（ｎ）として決定し、コントローラ５６に出力する。
【００４０】
つぎに、演算回路５０５は、受光曲線の波形全体の対称性を判定する。まず、ステップＳ２１４にて、受光曲線データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）を用いて、基準位置Ｐ１（ｎ）の左側及び右側に位置する受光素子のうち、受光強度が、レベルＬ１よりも小さなレベルＬ２である受光素子又はレベルＬ２に最も近い受光素子をそれぞれ１つずつ検索し、前記検索した受光素子の位置をそれぞれ受光位置Ｔ２ａ及び受光位置Ｔ２ｂとして取得する。
【００４１】
つぎに、演算回路５０５は、ステップＳ２１６にて、受光位置Ｔ２ａと基準位置Ｐ１（ｎ）の間の受光素子の数（以下、距離ｗｃという）及び受光位置Ｔ２ｂと基準位置Ｐ１（ｎ）の間の受光素子の数（以下、距離ｗｄという）を算出する。そして、受光位置Ｔ２ａと基準位置Ｐ１（ｎ）の距離と受光位置Ｔ２ｂと基準位置Ｐ１（ｎ）の距離のずれ量を表すずれ量Ｄ２をＤ２＝｜（ｗｃ−ｗｄ）／（ｗｃ＋ｗｄ）｜の演算によって算出する。ずれ量Ｄ２は、言い換えれば、基準位置Ｐ１（ｎ）が、受光位置Ｔ２ａと受光位置Ｔ２ｂの中点からどれくらいずれているかを表す。本実施形態においては、ずれ量Ｄ２が小さいほど、受光曲線の全体（強度がレベルＬ２より大きい部分）の波形の対称性が良いとみなす。すなわち、基準位置Ｐ１（ｎ）を対称軸として左右対称である状態に近いとみなす。そこで、演算回路５０５は、ステップＳ２１８にて、ずれ量Ｄ２と予め設定された許容値ＴＬ２とを比較する。ずれ量Ｄ２が、許容値ＴＬ２以下である場合、「Ｙｅｓ」と判定する。すなわち、受光曲線の全体の波形が基準位置Ｐ１（ｎ）を対称軸として対称であると判定する。この場合、波形対称性判定フラグＥ（ｎ）を変更することなく（すなわち、「０」のまま）、ステップＳ２２２にてコントローラ５６に出力し、ステップＳ２２４にて、波形判定処理を終了する。
【００４２】
一方、ずれ量Ｄ２が許容値ＴＬ２より大きい場合、ステップＳ２１８において、「Ｎｏ」と判定する。すなわち、受光曲線の全体の波形が基準位置Ｐ１（ｎ）を対称軸として非対称であると判定する。この場合、演算回路５０５は、ステップＳ２２０にて、波形対称性フラグＥ（ｎ）を、受光曲線の全体の波形が左右対称でないことを表す「１」にセットして、ステップＳ２２２にて、コントローラ５６に出力し、ステップＳ２２４にて波形判定処理を終了する。
【００４３】
ふたたび、図３の３次元データ取り込み処理の説明に戻る。コントローラ５６は、ステップＳ１２４にて、センサ信号取り込み回路５０から、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）を取り込むと、ステップＳ１２６に進む。ただし、上記のように、センサ信号取り込み回路５０から、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性フラグＥ（ｎ）が供給されない場合がある。したがって、コントローラ５６は、センサ信号取り込み回路５０に、受光信号の強度を表すデジタルデータを取り込み、受光曲線の波形の対称性を判定するとともに結像位置Ｐ（ｎ）を算出するよう指示してから、所定の時間が経過しても、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性フラグＥ（ｎ）が供給されない場合は、そのままステップＳ１２６に進む。
【００４４】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１２６にて、前記ステップＳ１２２において取り込んだ回転角度θｙ（ｎ）が、予め設定された限界角度よりも大きいか否かを判定する。限界角度とは、筐体３０が回転可能な最大の角度よりもやや小さい角度である。回転角度θｙ（ｎ）が限界角度以下である場合は、ステップＳ１２８に進んで、測定ポイント番号ｎをインクリメントする。最初、測定ポイント番号ｎは「１」に初期化されているので、コントローラ５６は、ステップＳ１２８において、測定ポイント番号ｎを「２」にセットする。つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１１８に戻り、現在の時刻が２Ｔ（すなわち、２×Ｔ）を経過しているかを判定する。現在の時刻が２Ｔを経過していなければ、「Ｎｏ」と判定し、再びステップＳ１１８を実行する。すなわち、現在の時刻が２Ｔを経過するまでステップＳ１１８を繰り返し実行する。そして、現在の時刻が２Ｔを経過すると、ステップＳ１１８にて「Ｙｅｓ」と判定し、上記のステップＳ１２０乃至ステップＳ１２６を実行する。このように、コントローラ５６は、回転角度θｙ（ｎ）が限界角度に達するまで、ステップＳ１２０乃至ステップＳ１２８を繰り返し実行する。筐体３０の回転速度は、第１ミラー１４の回転速度よりも遅く、第１ミラー１４は、モータ１６により正転逆転駆動される。すなわち、筐体３０の回転角度θｙ（ｎ）が限界角度に達するまで上記ステップＳ１２０乃至ステップＳ１２８を繰り返している間に、第１ミラー１４の回転方向は何回か反転する。このように、コントローラ５６は、レーザ光を走査しながら測定対象物ＯＢに照射して、ステップＳ１２０乃至ステップＳ１２８からなる処理を繰り返し実行し、一定の時間間隔Ｔで回転角度θｘ（ｎ）、回転角度θｙ（ｎ）、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）を取り込んで、コントローラ５６が備えるメモリに記憶する。ただし、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性フラグＥ（ｎ）が供給されない場合は、回転角度θｘ（ｎ）及び回転角度θｙ（ｎ）のみをメモリに記憶する。
【００４５】
そして、筐体３０の回転角度θｙ（ｎ）が限界角度に達すると、コントローラ５６は、ステップＳ１２６にて、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１３０に進み、レーザ駆動回路４０の作動を停止させる。つぎに、ステップＳ１３２にて、ミラー駆動回路４２の作動を停止させる。つぎに、ステップＳ１３４にて、筐体駆動回路４６の作動を停止させる。つぎに、ステップＳ１３６にて、レーザ光量調整回路５４の作動を停止させる。つぎに、ステップＳ１３８にて、センサ信号取り込み回路５０の作動を停止させる。そして、ステップＳ１４０にて、３次元形状データ取り込み処理を終了する。以下の説明においては、この３次元形状データ取り込み処理の終了時の測定ポイント番号ｎの値を最大ポイント番号ｎｍａｘとする。
【００４６】
上記の３次元形状データ取り込み処理が終了すると、コントローラ５６は、図６に示す３次元座標算出処理を実行する。コントローラ５６は、ステップＳ３００にて、３次元座標算出処理を開始すると、ステップＳ３０２にて、処理対象の測定ポイント番号ｎを「１」に初期化する。つぎに、ステップＳ３０４にて、メモリに記憶されている結像位置Ｐ（ｎ）を用いて、３角測量の原理に基づいて、３次元カメラＣＡから測定対象物ＯＢまでの距離を表す距離データＬ（ｎ）を算出する。そして、メモリに記憶されている回転角度θｘ（ｎ）、及び回転角度θｙ（ｎ）並びに前記算出した距離データＬ（ｎ）を用いて、測定ポイント番号ｎについての３次元座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を算出する。ただし、前述の波形判定処理のステップＳ２１０にて「Ｎｏ」と判定されて、結像位置Ｐ（ｎ）がコントローラ５６に供給されなかった測定ポイントについては、３次元座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を算出しない。
【００４７】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ３０６にて、現在の測定ポイント番号ｎを最大ポイント番号ｎｍａｘと比較する。最初、測定ポイント番号ｎは「１」に初期化されているので「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ３０８に進み、測定ポイント番号ｎをインクリメントして、ステップＳ３０４に戻る。このようにして、ステップＳ３０４乃至ステップＳ３０８からなる処理を繰り返し、結像位置Ｐ（ｎ）が供給されなかった測定ポイントを除くすべての測定ポイントについて３次元座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を算出すると、ステップＳ３０６にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ３１０にて３次元座標算出処理を終了する。
【００４８】
上記のように、レーザ光の反射光の一部が、レーザ光を照射した測定ポイントの周りの他の部分（例えば、凸状の部分）に遮られて、受光曲線の波形の対称性が悪化することがある。そこで、コントローラ５６は、レーザ光の反射光の一部が、測定対象物ＯＢの他の部分に遮られて、受光曲線の波形の対称性が悪化したために、波形対称性フラグＥ（ｎ）が「１」にセットされた測定ポイントの３次元座標を測定データから除外するため、図７に示す座標除外処理を実行する。
【００４９】
コントローラ５６は、ステップＳ４００にて、座標除外処理を開始すると、ステップＳ４０２にて、波形対称性フラグＥ（ｎ）が「１」である全ての測定ポイントを抽出する。つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４０４にて、波形対称性フラグＥ（ｎ）が「１」である測定ポイントが存在するか否かを判定する。波形対称性フラグＥ（ｎ）が「１」である測定ポイントが存在しない場合には、「Ｎｏ」と判定し、後述のステップＳ４３２に進む。一方、波形対称性フラグＥ（ｎ）が「１」である測定ポイントが存在すれば、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ４０６に進む。以下の説明では、ステップＳ４０２において抽出した測定ポイント数がｓｍａｘ個であるとする。
【００５０】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４０６にて、前記ステップＳ４０２にて抽出した測定ポイントに、測定ポイント番号ｎが小さい順に、抽出ポイント番号ｓ（ｓ＝１、２・・・ｓｍａｘ）をそれぞれ割り当てる。以下のステップＳ４１０〜Ｓ４２６は、抽出ポイント番号ｓごとに順番に処理する。まず、ステップＳ４０８にて、処理対象の抽出ポイント番号ｓを「１」に初期化する。なお、以下の説明において、抽出ポイント番号ｓが付された測定ポイントの結像位置、第１ミラー１４の回転角度及び筐体３０の回転角度を、それぞれ結像位置Ｐ（ｓ）、回転角度θｘ（ｓ）及び回転角度θｙ（ｓ）と表記する。つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４１０にて、図８に示すように、各測定ポイントのうち、抽出ポイント番号ｓが付された処理対象の測定ポイントＡに対して、３次元カメラＣＡ側の所定の範囲（図８の斜線の範囲）に含まれる測定ポイントを全て抽出する。具体的には、処理対象の測定ポイントＡ以外の測定ポイントの中から、結像位置Ｐ（ｎ）が、結像位置Ｐ（ｓ）の値より小さいＰ（ｓ）−ΔＰから、結像位置Ｐ（ｓ）までの間にあり、回転角度θｘ（ｎ）が、回転角度θｘ（ｓ）を中心とした所定の角度の範囲θｘ（ｓ）±Δθｘに含まれ、かつ回転角度θｙ（ｎ）が、回転角度θｙ（ｓ）を中心とした所定の角度の範囲θｙ（ｓ）±Δθｙに含まれる測定ポイントを全て抽出する。
【００５１】
つぎに、ステップＳ４１２にて、前記ステップＳ４１０の条件に該当する測定ポイントが存在するか否かを判定する。前記条件に該当する測定ポイントが存在しなければ、「Ｎｏ」と判定し、後述のステップＳ４２８に進む。一方、前記ステップＳ４１０の条件に該当する測定ポイントが存在すれば、「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ４１４に進む。以下の説明では、ステップＳ４１０において抽出した測定ポイント数がｋｍａｘ個であるとする。コントローラ５６は、ステップＳ４１４にて、前記ステップＳ４１０において抽出した測定ポイントに、測定ポイント番号ｎが小さい順に、抽出ポイント番号ｋ（ｋ＝１、２・・・ｋｍａｘ）をそれぞれ割り当てる。以下のステップＳ４１８〜Ｓ４２２は、抽出ポイント番号ｋごとに順番に処理する。
【００５２】
まず、ステップＳ４１６にて、処理対象の抽出ポイント番号ｋを「１」に初期化する。つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４１８にて、抽出ポイント番号ｋが付された測定ポイントＢから抽出ポイント番号ｓが付された処理対象の測定ポイントＡに向かうベクトルＢＡと、３次元座標の原点Ｏ（すなわち、３次元カメラＣＡからのレーザ光の出射点）から前記測定ポイントＡに向かうベクトルＯＡとのなす角度θｋを算出する。測定ポイントＡの座標を（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）とし、測定ポイントＢの座標を（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）とすると、ベクトルＢＡ（ｘｓ−ｘｋ，ｙｓ−ｙｋ，ｚｓ−ｚｋ）とベクトルＯＡ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）のなす角度θｋは、内積の定義から次のように算出される。θｋ＝ｃｏｓ−１［｛ｘｓ・（ｘｓ−ｘｋ）＋ｙｓ・（ｙｓ−ｙｋ）＋ｚｓ・（ｚｓ−ｚｋ）｝／√｛ｘｓ２＋ｙｓ２＋ｚｓ２｝・√｛（ｘｓ−ｘｋ）２＋（ｙｓ−ｙｋ）２＋（ｚｓ−ｚｋ）２｝］
【００５３】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４２０にて、前記ステップＳ４１８において算出した角度θｋの大きさを基準値θｋｂと比較する。この基準値θｋｂは、次のようにして予め設定されている。３次元カメラＣＡからの距離が遠く、測定可能範囲の限界位置にある物体にレーザ光を照射したとき、前記照射したレーザ光の光軸と第１受光センサ２２に入射する反射光の光軸がなす角度が最小となる。この最小の角度から基準値θｋｂを定める。ただし、結像位置Ｐ（ｎ）ごとに基準値θｋｂを定めてもよい。前記算出した角度θｋの大きさが、基準値θｋｂよりも小さければ、「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ４２２に進み、コントローラ５６は、ステップＳ４２２にて、前記算出した測定ポイントＡの３次元座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を測定データから除外する。すなわち、測定ポイントＡにて反射した反射光は、測定対象物ＯＢの他の部分に遮られていると判定して、前記算出した３次元座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を除外する。そして、ステップＳ４２４に進む。
【００５４】
一方、前記算出した角度θｋの大きさが基準値θｋｂ以上であれば、「Ｎｏ」と判定する。すなわち、測定ポイントＡにて反射した反射光は、測定対象物ＯＢの他の部分に遮られていないと判定する。そして、ステップＳ４２４に進む。
【００５５】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４２４にて、前記ステップＳ４１０において抽出したすべての測定ポイントについて、ステップＳ４１８以降の処理を実行したか否かを判定する。すなわち、現在の処理対象の抽出ポイント番号ｋと最大値ｋｍａｘを比較する。最初、処理対象の抽出ポイント番号ｋは、「１」に初期化されているので、「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ４２６に進み、ステップ４２６にて、処理対象の抽出ポイント番号ｋをインクリメントして、ステップＳ４１８に戻る。このようにして、ステップＳ４１８乃至ステップＳ４２６からなる処理を繰り返し、前記ステップＳ４１０において抽出したすべての測定ポイントについてステップＳ４１８以降の処理を実行したとき、現在の処理対象の抽出ポイント番号ｋが最大値ｋｍａｘと一致するので、ステップＳ４２４にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ４２８に進む。
【００５６】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４２８にて、前記ステップＳ４０２において抽出した全ての測定ポイントについて、ステップＳ４１０乃至ステップＳ４２４の処理を実行したか否かを判定する。すなわち、現在の処理対象の抽出ポイント番号ｓと最大値ｓｍａｘを比較する。最初、処理対象の抽出ポイント番号ｓは「１」に初期化されているので、「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ４３０にて、処理対象の抽出ポイント番号ｓをインクリメントして、ステップＳ４１０に戻る。このようにして、ステップＳ４１０乃至ステップＳ４３０からなる処理を繰り返し、前記ステップＳ４０２において抽出した全ての測定ポイントについてステップＳ４１０乃至ステップＳ４２４の処理を実行したとき、現在の処理対象の抽出ポイント番号ｓは最大値ｓｍａｘと一致するので、ステップＳ４２８にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ４３２に進み、ステップＳ４３２にて座標除外処理を終了する。
【００５７】
つぎに、コントローラ５６は、図９に示す３次元画像表示処理を実行する。コントローラ５６は、ステップＳ５００にて、３次元画像表示処理を開始すると、ステップＳ５０２にて、前述の座標除外処理によって除外されることなく残った３次元座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を用いて３次元画像データを作成する。そして、ステップＳ５０４にて、前記３次元画像データを表示装置６０に供給し、表示装置６０は、前記供給された３次元画像データに従って、測定対象物ＯＢの３次元画像を表示する。そして、ステップＳ５０６にて、３次元画像表示処理を終了し、３次元形状測定を終了する。
【００５８】
上記のように構成した第１実施形態に係る３次元形状測定装置においては、ピーク部分の波形の対称性を判定して、対称であると判定した測定ポイントについてのみ、３次元座標データを算出するようにしたので、測定対象物ＯＢの縁部の測定ポイントのうち、反射光のスポットの欠け方が少ない場合のみ、３次元座標データを算出することができ、３次元形状測定の測定精度を向上させることができる。さらに、ピーク部分の波形が対称であると判定した場合に、全体の波形の対称性を判定するようにした。全体の波形が対称であると判定したときは、算出した３次元座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を測定データとして採用するが、非対称であると判定したときは、その測定ポイントＡと測定ポイントＡに近接する他の測定ポイントＢとの位置関係を、ベクトルＯＡとベクトルＢＡのなす角度θｋを用いて評価し、測定ポイントＡからの反射光が測定対象物ＯＢの他の部分に遮られる可能性があるときは、測定ポイントＡの３次元座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を測定データから除外するようにした。これにより、測定精度をさらに向上させることができる。また、基準位置Ｐ１（ｎ）、受光位置Ｔ１ａ及び受光位置Ｔ１ｂの位置関係によって、ピーク部分の波形の対称性を判定し、基準位置Ｐ１（ｎ）、受光位置Ｔ２ａ及び受光位置Ｔ２ｂの位置関係によって全体の波形の対称性を判定するので、簡単かつ高速に受光曲線の波形の対称性を判定できる。
【００５９】
（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態においては、第１実施形態のセンサ信号取り込み回路５０に代えて、センサ信号取り込み回路５０Ａを備えている。他の構成は、第１実施形態と同様である。センサ信号取り込み回路５０Ａは、図１０に示すように、制御回路５１１、信号取り出し回路５１２、フィルタ回路５１３、第１レベル受光位置検出回路５１４、第２レベル受光位置検出回路５１５及び演算回路５１６を備えている。第１レベル受光位置検出回路５１４は、第１比較回路５１４ａ、第１カウント回路５１４ｂ及び第２カウント回路５１４ｃからなる。また、第２レベル受光位置検出回路５１５は、第２比較回路５１５ａ、第３カウント回路５１５ｂ、第４カウント回路５１５ｃからなる。
【００６０】
制御回路５１１は、コントローラ５６からの作動開始の指示に応答して、信号取り出し回路５１２に、第１受光センサ２２からの受光信号の取り込みを指示する信号を設定された周期ごとに出力する。また、制御回路５１１は、受光信号の取り込みを指示する信号と同じタイミングで、第１カウント回路５１４ａ、第２カウント回路５１４ｂ、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃに、カウント値を「０」にリセットするリセット信号を出力する。信号取り出し回路５１２は、制御回路５１１から取り込みを指示する信号を入力するごとに、第１受光センサ２２、第１カウント回路５１４ａ、第２カウント回路５１４ｂ、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃに共通の一定周期のパルス信号を出力する。第１受光センサ２２は、第１実施形態と同様に、信号取り出し回路５１２から入力したパルス信号の各パルスに同期して、第１受光センサ２２の一端の受光素子から他端の受光素子に向かって順番に、各受光素子が受光した光量に応じた受光信号を信号取り出し回路５１２に出力する。
【００６１】
フィルタ回路５１３は、ローパスフィルタであり、入力した受光信号に含まれる高周波成分をカットして、図１１に示すような１つのピークを有する信号を出力する。第１比較回路５１４ａは、受光信号の強度のレベルＬ１を閾値として、フィルタ回路５１３から入力した受光信号を２値化する。すなわち、フィルタ回路５１３から入力した受光信号の強度が、レベルＬ１よりも小さい場合は、受光信号をローレベルに設定し、レベルＬ１以上である場合は、受光信号をハイレベルに設定する。そして、第１比較回路５１４ａは、２値化した受光信号がローレベルからハイレベルに変化すると、第１カウント回路５１４ｂに、第１検出信号を出力する。また、第１比較回路５１４ａは、２値化した受光信号がハイレベルからローレベルに変化すると、第２カウント回路５１４ｃに第２検出信号を出力する。第１カウント回路５１４ｂ及び第２カウント回路５１４ｃは、制御回路５１１からリセット信号を入力すると、カウント数を「０」にリセットして、信号取り出し回路５１２から入力したパルス信号のパルス数をカウントする。そして、第１比較回路５１４ａからそれぞれ第１検出信号及び第２検出信号を入力すると、それぞれカウントを終了して、カウント値に相当するデジタルデータを演算回路５１６に出力する。
【００６２】
第２比較回路５１５ａは、第１比較回路５１４ａの閾値をレベルＬ１よりも小さなレベルＬ２に設定した回路で、他の構成は第１比較回路５１４ａと同様である。また、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃも、それぞれ第１カウント回路５１４ｂ及び第２カウント回路５１４ｃと同様の構成である。上記の第１カウント回路５１４ｂ、第２カウント回路５１４ｃ、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃから演算回路５１６に出力されるカウント値は、それぞれ第１受光センサ２２の受光素子の番号、すなわち、受光位置Ｔ１ａ、受光位置Ｔ１ｂ、受光位置Ｔ２ａ及び受光位置Ｔ２ｂに相当する。
【００６３】
上記のように構成した第２実施形態に係る３次元形状測定装置において、作業者が、入力装置５８を用いて測定対象物ＯＢの３次元形状測定の開始を指示すると、コントローラ５６は、第１実施形態と同様に、図３の３次元形状データ取り込み処理を実行するが、この３次元形状データ取り込み処理のステップＳ１２４において、演算回路５１６は、コントローラ５６からの指示に応答して、各カウント回路５１４ｂ，５１４ｃ，５１５ｂ，５１５ｃから次に入力するカウント値（受光位置Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ）を記憶するとともに、図１２に示す波形判定処理を実行する。演算回路５１６は、ステップＳ６００にて、波形判定処理を開始すると、ステップＳ６０２にて、波形対称性判定フラグＥ（ｎ）を「０」に初期化する。
【００６４】
つぎに、第１カウント回路５１４ｂ、第２カウント回路５１４ｃ、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃからそれぞれ受光位置Ｔ１ａ、受光位置Ｔ１ｂ、受光位置Ｔ２ａ及び受光位置Ｔ２ｂを入力したか否かを判定する。未だ、全ての受光位置の入力を終了していない場合は、「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ６０６に進み、ステップＳ６０６にて、コントローラ５６からの終了指示の有無を判断する。なお、本実施形態においては、コントローラ５６は、図３の３次元形状データ取り込み処理のステップＳ１２４において、設定された時間以上、後述する結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性フラグＥ（ｎ）が供給されない場合は、演算回路５１６に終了指令を出力する。これは、測定対象物ＯＢの反射率が極めて小さく、レーザ光の強度を制御しても、受光曲線のピーク位置がレベルＬ２より下になってしまう場合、演算回路５１６にはデータが入力されないので、図１２の波形判定処理を強制的に終了させる必要があるためである。コントローラ５６から終了指令があった場合には「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ６０８に進み、波形判定処理を終了する。一方、終了指令がない場合には、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ６０４を再度実行する。そして、受光位置Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ２ａ，Ｔ２ｂを入力すると、ステップＳ６０４にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ６１０に進む。演算回路５１６は、ステップＳ６１０にて、受光位置Ｔ２ａと受光位置Ｔ１ａの間の受光素子の数（Ｔ１ａ−Ｔ２ａ）を算出する。図１１の受光曲線における、点Ａ（Ｔ２ａ，Ｌ２）及び点Ｂ（Ｔ１ａ，Ｌ１）を通る直線を直線ａとすると、ステップＳ６１０にて算出した受光素子の数（Ｔ１ａ−Ｔ２ａ）は、直線ａの傾きＳＬａに相当する。つぎに、演算回路５１６は、ステップＳ６１２にて、受光位置Ｔ１ｂと受光位置Ｔ２ｂの間の受光素子の数（Ｔ２ｂ−Ｔ１ｂ）を算出する。図１１の受光曲線における、点Ｃ（Ｔ１ｂ，Ｌ１）及び点Ｄ（Ｔ２ｂ、Ｌ２）を通る直線を直線ｂとすると、ステップＳ６１２にて算出した受光素子の数は、直線ｂの傾きＳＬｂに相当する。
【００６５】
つぎに、演算回路５１６は、ステップＳ６１４にて、傾きＳＬａと傾きＳＬｂのずれ量を表すずれ量Ｄ３を、Ｄ３＝｜（ＳＬａ−ＳＬｂ）／（ＳＬａ＋ＳＬｂ）｜の演算によって算出する。本実施形態においては、ずれ量Ｄ３が小さいほど、受光曲線の全体の波形の対称性が良いとみなす。すなわち、左右対称である状態に近いとみなす。そこで、演算回路５１６は、ステップＳ６１６にて、ずれ量Ｄ３と予め設定された許容値ＴＬ３とを比較する。ずれ量Ｄ３が、許容値ＴＬ３以下である場合、「Ｙｅｓ」と判定する。すなわち、受光曲線の全体の波形が左右対称であると判定する。そして、演算回路５１６は、ステップＳ６１８にて、直線ａと直線ｂの交点の横軸成分を基準位置Ｐ１（ｎ）として算出する。つぎに、演算回路５１６は、ステップＳ６２０にて、この基準位置Ｐ１（ｎ）を結像位置Ｐ（ｎ）として決定する。そして、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）をコントローラ５６に出力する。なお、波形対称性判定フラグＥ（ｎ）は、ステップＳ６０２にて「０」に初期化されているので、ステップＳ６１６にて「Ｙｅｓ」と判定した場合にコントローラ５６に出力される波形対称性フラグＥ（ｎ）の値は「０」である。そして、演算回路５１６は、ステップＳ６０８にて、波形判定処理を終了する。
【００６６】
一方、ずれ量Ｄ３が、許容値ＴＬ３よりも大きい場合、ステップＳ６１６にて、「Ｎｏ」と判定する。すなわち、受光曲線の波形は、全体として左右対称でないと判定する。この場合、受光曲線の波形は全体としては、左右対称ではないが、基準位置Ｐ２（ｎ）を算出し、前記算出した基準位置Ｐ２（ｎ）を測定対象物ＯＢまでの距離を算出するための結像位置Ｐ（ｎ）として採用できることがある。そこで、演算回路５１６は、ステップＳ６２２にて、受光位置Ｔ１ａと受光位置Ｔ１ｂの中点を基準位置Ｐ２（ｎ）＝（Ｔ１ｂ−Ｔ１ａ）／２）として設定する。つぎに、ステップＳ６２４にて、図１３Ａに概念的に示すテーブルＴＢＬを用いて、基準位置Ｐ２（ｎ）に対応する基準距離ＷＬを設定する。基準距離ＷＬは、受光曲線の波形が全体として左右対称である場合の、受光位置Ｔ２ａと受光位置Ｔ２ｂの距離の半分の距離を表す。テーブルＴＢＬには、基準位置Ｐ２（ｎ）と基準距離ＷＬの関係が記録されている。図１３Ｂに示すように、第１受光センサ２２における受光位置によって、反射光の光軸と集光レンズ２０の光軸とのずれに応じて、第１受光センサ２２に形成されるスポットの受光素子の配列方向の径が異なる。すなわち、図１３Ｂに実線で示すように、反射光の光軸が集光レンズ２０の光軸と一致しているときは、第１受光センサ２２に形成される反射光のスポットの径が最も小さいので、受光位置Ｔ２ａと受光位置Ｔ２ｂの距離が最も小さい。一方、図１３Ｂに破線で示すように、反射光の光軸と集光レンズ２０の光軸とがずれているときは、そのずれが大きいほど、第１受光センサ２２に形成される反射光のスポットの径が大きくなるので、受光位置Ｔ２ａと受光位置Ｔ２ｂの距離も大きくなる。したがって、基準距離ＷＬは、基準位置Ｐ２（ｎ）が第１受光センサ２２の中央に位置するとき最も小さく、基準位置Ｐ２（ｎ）が第１受光センサ２２の端部に近付くに従って大きくなる。
【００６７】
第２実施形態においては、直線ａと直線ｂの傾きを比較して、傾きが小さい側の波形を正常とみなす。すなわち、反射光のスポットが欠けていない状態とみなす。例えば、図１１においては、基準位置Ｐ２（ｎ）の左側の波形を正常とみなす。もし、少なくともレベルＬ１より受光強度が大きい部分の波形の対称性が良ければ、波形が正常とみなした側の受光素子であって、強度がレベルＬ２である受光素子又はレベルＬ２に最も近い受光素子の位置（すなわち、図１１の例においては、受光位置Ｔ２ａ）と基準位置Ｐ２（ｎ）との距離は、基準距離ＷＬに近いはずである。そこで、演算回路５１６は、まず、ステップＳ６２６にて、傾きＳＬａと傾きＳＬｂの大きさを比較し、傾きＳＬａが傾きＳＬｂより小さければ、「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ６２８に進む。この場合、基準位置Ｐ２（ｎ）と受光位置Ｔ２ａの距離の方が、基準位置Ｐ２（ｎ）と受光位置Ｔ２ｂの距離よりも大きい。演算回路５１６は、ステップＳ６２８にて、基準位置Ｐ２（ｎ）と受光位置Ｔ２ａの距離ｗ２と基準距離ＷＬのずれ量Ｄ４をＤ４＝｜１−ｗ２／ＷＬ｜の演算により算出する。そして、演算回路５１６は、ステップＳ６３０にて、ずれ量Ｄ４と予め設定された許容値ＴＬ４とを比較し、ずれ量Ｄ４が許容値ＴＬ４以下であれば、「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ６３２に進む。
【００６８】
つぎに、演算回路５１６は、ステップＳ６３２にて、波形対称性判定フラグＥ（ｎ）を「１」に設定する。そして、基準位置Ｐ２（ｎ）を結像位置Ｐ（ｎ）として決定する。演算回路５１６は、ステップＳ６２０にて、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）をコントローラ５６に出力し、ステップＳ６０８にて、波形判定処理を終了する。一方、ステップＳ６３０において、ずれ量Ｄ４が許容値ＴＬ４よりも大きい場合は、「Ｎｏ」と判定して、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）をコントローラ５６に出力することなく、ステップＳ６０８に進み、波形判定処理を終了する。
【００６９】
また、ステップＳ６２６における傾きＳＬａと傾きＳＬｂとの比較の結果、傾きＳＬａが傾きＳＬｂより大きければ、「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ６３４に進む。この場合、基準位置Ｐ２（ｎ）と受光位置Ｔ２ｂの距離の方が、基準位置Ｐ２（ｎ）と受光位置Ｔ２ａの距離よりも大きい。演算回路５１６は、ステップＳ６３４にて、基準位置Ｐ２（ｎ）と受光位置Ｔ２ｂの距離ｗ２と基準距離ＷＬのずれ量Ｄ５をＤ５＝｜１−ｗ２／ＷＬ｜の演算により算出する。そして、演算回路５１６は、ステップＳ６３６にて、ずれ量Ｄ５と予め設定された許容値ＴＬ４と比較し、ずれ量Ｄ５が許容値ＴＬ４以下であれば、「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ６３２に進む。そして、上記のステップＳ６３２及びＳ６２０を実行し、ステップＳ６０８にて、波形判定処理を終了する。一方、ステップＳ６３６において、ずれ量Ｄ５が許容値ＴＬ４よりも大きい場合は、「Ｎｏ」と判定して、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）をコントローラ５６に出力することなく、ステップＳ６０８に進み、波形判定処理を終了する。以降、第１実施形態と同様に、３次元座標算出処理、座標除去処理及び３次元形状表示処理を実行して、３次元形状測定処理を終了する。なお、基準距離ＷＬを、受光曲線の波形が全体として左右対称である場合の、受光位置Ｔ２ａと受光位置Ｔ２ｂの距離としてもよい。この場合、ずれ量Ｄ４をＤ４＝｜１−２×ｗ２／ＷＬ｜と算出し、ずれ量Ｄ５をＤ５＝｜１−２×ｗ２／ＷＬ｜と算出するとよい。
【００７０】
上記のように構成した第２実施形態に係る３次元形状測定装置においては、全体の波形の対称性を判定して、対称であると判定した測定ポイントについては、３次元座標データを測定データとして算出するようにした。さらに、全体の波形が非対称であると判定した測定ポイントについては、ピーク部分の波形の対称性を判定し、対称であると判定した測定ポイントについても、３次元座標データを算出するようにした。全体の波形の対称性のみによって、３次元座標データを測定データとして算出するか否かを決定すると、測定データを取得できる測定対象物ＯＢの縁部の測定ポイント数がかなり少なくなり、測定精度が低下することが考えられる。しかし、上記のように、全体の波形が非対称であっても、ピーク部分の波形が対称であれば、３次元座標データを算出しておき、第１実施形態と同様に、図７の座標除外処理を実行して、所定の条件に該当する３次元座標データを測定データから除外するようにした。すなわち、測定対象物ＯＢの縁部にレーザ光を照射した場合であって、反射光のスポットの欠け方が少ない場合は、３次元座標データを測定データに残すようにした。したがって、測定精度をさらに向上させることができる。所定の条件に該当する３次元座標データを測定データから除外する処理は、言い換えれば、前記所定の条件に該当しない３次元座標データを測定データとして追加する処理である。すなわち、図１２のステップＳ６２２以降の処理及び図７の座標除外処理は、全体の波形が非対称である場合に、所定の条件に該当しなかった３次元座標データを測定データとして追加する処理に相当する。また、受光位置Ｔ１ａ、受光位置Ｔ１ｂ、受光位置Ｔ２ａ及び受光位置Ｔ２ｂを第１カウント回路５１４ｂ、第２カウント回路５１４ｃ、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃによって求めるようにしたので、第１実施形態の演算回路５０５に比べて、演算回路５１６の負荷を軽減できる。すなわち、演算回路５０５は、受光曲線データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）を全て取り込んで、受光位置Ｔ１ａ、受光位置Ｔ１ｂ、受光位置Ｔ２ａ及び受光位置Ｔ２ｂを取得する処理を実行する必要があったが、演算回路５１６は、その必要がない。したがって、３次元形状測定を高速化できる。また、演算回路５１６の構成を簡単にでき、コストダウンできる。
【００７１】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００７２】
例えば、上記第１実施形態において、ずれ量Ｄ１が許容値ＴＬ１以下であればその測定ポイント３次元座標データを測定データとして採用し、ずれ量Ｄ１が許容値ＴＬ１より大きければ、その測定ポイントの３次元座標データを測定データとして採用しないようにしてもよい。この場合、図５の波形判定処理のステップＳ２１４からステップＳ２２２及び図７の座標除外処理を省略すればよい。また、ずれ量Ｄ１が許容値ＴＬ１以下であるが、ずれ量Ｄ２が許容値ＴＬ２より大きいとき、反射光が測定対象物ＯＢの他の部分に遮られているか否かを判定せずに、その測定ポイントの３次元座標データを測定データから除外するようにしてもよい。この場合、図７の座標除外処理のステップＳ４０６〜Ｓ４３０に代えて、波形対称性フラグＥ（ｎ）が「１」である測定ポイントの３次元座標データを測定データから除外するステップを設ければよい。
【００７３】
また、上記第２実施形態において、ずれ量Ｄ３が許容値ＴＬ３以下であればその測定ポイントの３次元座標データを測定データとして採用し、ずれ量Ｄ３が許容値ＴＬ３より大きければ、その測定ポイントの３次元座標データを測定データとして採用しないようにしてもよい。この場合、図１２の波形判定処理のステップＳ６２２〜ステップＳ６３６及び図７の座標除外処理を省略すればよい。また、ずれ量Ｄ３が許容値ＴＬ３より大きく、かつずれ量Ｄ４又はずれ量Ｄ５が許容値ＴＬ４以下のとき、反射光が測定対象物の他の部分に遮られているか否かを判定せずに、その測定ポイントの３次元座標データを測定データとして追加するようにしてもよい。この場合、図７の座標除外処理を実行しないようにすればよい。これらのように構成すれば、上記第１実施形態及び上記第２実施形態に比べると測定精度が多少低下するが、演算回路５０５，５１６及びコントローラ５６が実行する処理の量を減らすことができるので、３次元形状測定を高速化できる。また、演算回路５０５，５１６及びコントローラ５６の構成を簡単にできるので、コストダウンできる。
【００７４】
また、上記第１実施形態においては、信号取り込み回路５０の演算回路５０５が、結像位置Ｐ（ｎ）を算出するとともに波形対称性フラグＥ（ｎ）の値をセットするようにした。しかし、これに代えて、信号取り込み回路５０に演算回路５０５を設けることなく、Ａ／Ｄ変換回路５０４から出力された受光データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）をコントローラ５６に入力し、コントローラ５６が、前記入力した受光データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）を用いて、結像位置Ｐ（ｎ）を算出するとともに波形対称性フラグＥ（ｎ）をセットするようにしてもよい。上記第２実施形態においても、信号取り込み回路５０Ａに演算回路５１６を設けることなく、第１カウント回路５１４ｂ、第２カウント回路５１４ｃ、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃのカウント値をコントローラ５６に入力し、コントローラ５６が、前記入力したカウント値を用いて、結像位置Ｐ（ｎ）を算出するとともに波形対称性フラグＥ（ｎ）の値をセットするようにしてもよい。これによれば、信号取り込み回路５０，５０Ａの構成を簡単にできる。
【００７５】
また、上記第２実施形態においては、受光信号の強度の閾値としてレベルＬ１及びレベルＬ２を設定し、受光信号の強度と２つの閾値をそれぞれ比較して、受光信号を２値化しておき、２値化した受光信号がローレベルからハイレベルに切り替わるときの受光位置Ｔ１ａ，Ｔ２ａと、ハイレベルからローレベルに切り替わるときの受光位置Ｔ１ｂ，Ｔ２ｂを取得するようにした。しかし、さらに多くの閾値を設定してもよい。すなわち、図１４に示すように、閾値として、レベルＬｉ（ｉ＝１，２・・・ｉｍａｘ）を設定する。レベルＬ１からレベルＬｉｍａｘに向かって順に閾値としての値が小さくなるように設定する。この場合、第１レベル受光位置検出回路５１４及び第２レベル受光位置検出回路５１５と同様の構成の受光位置検出回路を、設定した閾値に対応させて設ければよい。そして、取得した複数の受光位置を用いて、基準位置Ｐ１（ｎ）の左側及び右側における直線ａ及び直線ｂの傾きを最小二乗法により算出すればよい。
【００７６】
この場合、設定した閾値のうちで最も大きいレベルＬ１に対応する受光位置Ｔ１ａ及び受光位置Ｔ１ｂの中点を基準位置Ｐ２（ｎ)とするのが望ましい。また、基準位置Ｐ２（ｎ）から、設定した閾値のうちで最も小さいレベルＬｉｍａｘに対応する受光位置Ｔｉｍａｘａ及び受光位置Ｔｉｍａｘｂまでの距離のうち大きい方の距離を基準距離ＷＬと比較するのが望ましい。しかし、必ずしもこのように構成する必要はなく、レベルＬ１とレベルＬｉｍａｘの中間のレベルＬｉに対応する受光位置Ｔｉａ及び受光位置Ｔｉｂを用いて基準位置Ｐ２（ｎ）を算出してもよい。この場合、基準位置Ｐ２（ｎ）から、レベルＬｉよりも小さなレベルＬｊに対応する受光位置Ｔｊａ及び受光位置Ｔｊｂまでの距離のうち大きい方の距離を基準距離ＷＬと比較すればよい。これによれば、受光曲線における受光強度の変化率としての直線ａ及び直線ｂの傾きを、精度良く算出できるので、波形の対称性の判定の精度を向上させることができ、３次元形状測定の精度を向上させることができる。
【００７７】
また、上記第１実施形態及び上記第２実施形態においては、受光曲線の波形の対称性を評価して、測定対象物ＯＢの縁部に照射した場合であって反射光のスポットの欠け方が大きい場合、及び反射光が測定対象物ＯＢの他の部分に遮られている場合、その測定ポイントの３次元座標データを測定データとして採用しないようにした。そこで、測定データとして採用しなかった測定ポイントの３次元座標を、その測定ポイントの周辺の測定ポイントの３次元座標データを用いて補間演算により求めるようにしてもよい。
【００７８】
また、上記第１実施形態及び上記第２実施形態においては、筐体３０を第１ミラー１４によるレーザ光の走査方向に対して直角方向に回転させてレーザ光を２次元的に走査するように構成しているが、第１ミラー１４によるレーザ光の走査方向とは直角方向にレーザ光を走査できれば、どのような構造を採用してもよい。例えば、Ｙ軸方向を回転軸とする長尺のミラーを第１ミラー１４の正面側に設け、第１ミラー１４で反射したレーザ光をさらに下方へ反射させる。そして、筐体３０の下面側に開口部を設けておき、この長尺のミラーにて反射したレーザ光を測定対象物ＯＢに照射する。そして、測定対象物ＯＢからの反射光を、この長尺のミラー、第２ミラー１８及び結像レンズ２０を介して第１受光センサ２２及び第２受光センサ２４で受光してもよい。また、筐体３０をＹ軸回りに回転させるのではなく、Ｘ軸方向に３次元カメラＣＡを平行移動させてもよい。また、上記第１実施形態及び上記第２実施形態においては、測定対象物ＯＢからの反射光を第２ミラー１８及び結像レンズ２０を介して第１受光センサ２２にて受光するようにした。しかし、第２ミラー１８を設けずに、測定対象物ＯＢからの反射光を結像レンズ２０のみを介してエリアセンサにて受光するようにしてもよい。この場合、反射光をすべて受光可能な程度の受光面積を備えたエリアセンサを用いればよい。そして、第２受光センサを、前記エリアセンサで反射した反射光を全て受光可能な程度の受光面積を備えたセンサにすればよい。
【符号の説明】
【００７９】
１０…レーザ光源、１４…第１ミラー、１６…モータ、１８・・・第２ミラー、２２…第１受光センサ、３０…筐体、３２…モータ、４０…レーザ駆動回路、４２…ミラー駆動回路、４４…ミラー角度検出回路、４６…筐体駆動回路、４８…筐体角度検出回路、５０，５０Ａ・・・センサ信号取り込み回路、５６…コントローラ、ＯＢ…測定対象物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物にレーザ光を走査しながら照射し、その反射光である散乱光を受光センサで受光して、レーザ光の照射位置又は照射方向と、反射光の受光位置との関係から、３角測量の原理により、測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置及び３次元形状測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば下記特許文献１に示されているように、測定対象物にレーザ光を走査しながら照射し、照射したレーザ光の照射位置又は照射方向と、測定対象物からの反射光（散乱光）の受光位置との関係から、３角測量の原理により、測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置は知られている。この３次元形状測定装置においては、受光センサとして、ＣＣＤイメージセンサ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）、ＣＭＯＳイメージセンサ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｎｓｏｒ）などの受光素子が一列に配置されたラインセンサを採用している。そして、ラインセンサの各受光素子が出力する受光光量に対応した受光信号の強度を検出することにより、ラインセンサにおける反射光の結像位置を検出している。この３次元形状測定装置においては、ラインセンサの各受光素子が出力する受光信号の強度をデジタルデータに変換し、各受光素子の位置データとともにコンピュータに入力している。そして、入力した受光信号の強度が最大である受光素子を検索し、前記検索した受光素子の位置を結像位置としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６５００５号公報
【発明の概要】
【０００４】
各受光素子の位置を横軸とし、各受光素子が出力する受光信号の強度を縦軸として、受光信号の強度の分布を表した受光曲線は、図１５Ａ乃至図１５Ｃに示すように、１つのピークを有する曲線である。図１５Ａに示すように、平面状の部分、起伏が緩やかな部分などにレーザ光を照射した場合は、受光曲線の波形は、破線で示した対称軸について左右対称である。しかし、図１５Ｂ及び図１５Ｃに示すように、測定対象物の縁部（互いに角度が異なる２つの面が交わる部分）にレーザ光を照射した場合、反射光のスポットが欠けるため、受光曲線の波形が左右対称にならない。測定対象物の縁部にレーザ光を照射したときの反射光のスポットの欠け方は、図１６Ａ乃至図１６Ｃに示すように様々である。
【０００５】
また、測定対象物の縁部にレーザ光を照射した場合のみならず、測定ポイントとは異なる他の部分によって反射光の一部が遮られることにより、反射光のスポットが欠けることもある。したがって、受光信号の強度が最大となる受光素子の位置を求めて結像位置として採用すると、前記採用した結像位置から算出した３次元座標が実際の測定対象物ＯＢの座標からずれることがある。例えば、測定対象物ＯＢにおいては平面状であるのに、前記算出した３次元座標によって表される形状が凸状又は凹状となる場合がある。逆に、測定対象物ＯＢの形状は凸状又は凹状であるのに、前記算出した３次元座標によって表される形状が平面状となることもある。すなわち、受光信号の強度が最大となる受光素子の位置を求めて結像位置として採用しただけでは、反射光の結像位置としての精度が悪く、３次元形状測定の精度が低下することがあった。また、上記従来の３次元形状測定装置のように、受光強度の変化率のパターンマッチングにより測定対象物の縁部にレーザ光を照射したことを検出するためには、予め複数の受光強度の変化率のパターンを記憶しておかなければならないが、上記のように、反射光のスポットの欠け方は様々であるので、パターンとして大量のデータを記憶しておく必要があった。
【０００６】
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、測定対象物にレーザ光を走査しながら照射し、測定対象物からの反射光を受光センサで受光して３角測量の原理により測定対象物の３次元形状を測定する３次元形状測定装置において、測定対象物の縁部にレーザ光を照射したとき及び反射光が測定対象物の一部に遮られたとき、受光曲線の波形が基準を中心として左右対称でない場合でも、簡単かつ精度良く測定対象物の３次元形状を測定できる３次元形状測定装置及び３次元形状測定方法を提供することにある。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、後述する実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、測定対象物（ＯＢ）に照射するレーザ光を出射するレーザ光源（１０）と、測定対象物の表面に形成されるレーザ光の光スポットの位置を変更する照射位置変更手段（１４，３０）と、照射位置変更手段を駆動して測定ポイントを変更する駆動手段（１８，３２）と、測定対象物の表面にて反射したレーザ光の反射光を受光して、受光光量に応じた強度の受光信号をそれぞれ出力する複数の受光素子を一列に配置した受光センサ（２２）と、受光素子の配置順に受光信号の強度を表した受光曲線における受光強度の分布が対称であるか非対称であるかを判定する対称判定手段（Ｓ２１０，Ｓ６１６）と、前記対称判定手段によって対称であると判定されたとき、前記受光強度の分布の対称軸に相当する受光位置を用い、３角測量の原理に基づいて測定対象物までの距離を算出し、前記算出した測定対象物までの距離と駆動手段による照射位置変更手段の駆動量とを用いて、前記測定ポイントの３次元座標を表す３次元座標データを測定データとして算出し、前記対称判定手段によって非対称であると判定されたとき、３次元座標データを算出しない測定データ算出手段（Ｓ３００〜Ｓ３１０）とを備えたことにある。
【０００８】
上記のように構成した３次元形状測定装置においては、受光曲線において、受光強度の分布の対称性に応じて、３次元座標データを算出するか否かを決定するようにした。すなわち、受光曲線の波形が非対称である測定ポイントについては、レーザ光が測定対象物の縁部に照射されたこと、又は反射光の一部が測定対象物の他の部分に遮られたことによって、受光センサにて受光した反射光のスポットが欠けた状態と判断して、３次元座標データを算出せず、受光曲線の波形が対称である測定ポイントの３次元座標データのみを算出できる。これにより、測定精度が低下するのを防止できる。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、対称判定手段は、受光素子の配置順に受光信号を入力し、前記入力した受光信号の強度が所定の第１強度以下である状態から第１強度より大きい状態に変化したときの受光素子の位置を第１受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が第１強度より大きい状態から第１強度以下である状態に変化したときの受光素子の位置を第２受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が第１強度よりも小さな第２強度以下である状態から第２強度より大きい状態に変化したときの受光素子の位置を第３受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が第２強度より大きい状態から第２強度以下である状態に変化したときの受光素子の位置を第４受光位置として検出する受光位置検出手段（５１４ｂ，５１４ｃ，５１５ｂ，５１５ｃ）と、第３受光位置から第１受光位置へ向かう受光信号の強度の傾きを表す第１の傾きと、第４受光位置から第２受光位置へ向かう受光信号の強度の傾きを表す第２の傾きを算出する傾き算出手段（Ｓ６１０，Ｓ６１２）と、第１の傾きと第２の傾きのずれ量を表す第１ずれ量を算出する第１ずれ量算出手段（Ｓ６１４）と、第１ずれ量が所定の第１基準ずれ量以下であるとき、前記受光強度の分布が対称であると決定し、前記第１ずれ量が前記第１基準ずれ量より大きいとき、前記受光強度の分布が非対称であると決定する対称決定手段（Ｓ６１６）とを備えたことにある。
【００１０】
上記のように構成した３次元形状測定装置においては、第１の傾き及び第２の傾きのずれ量を用いて受光曲線の波形の対称性を判定するようにした。この判定は、主に受光曲線の全体の波形の対称性の判定に相当する。第１の傾きは、第１受光位置及び第３受光位置を用いて算出でき、第２の傾きは、第３受光位置及び第４受光位置を用いて算出できる。したがって、第１乃至第４受光位置を取得するだけで全体の波形の対称性を判定できるので、簡単かつ高速に測定対象物の３次元形状を測定できる。
【００１１】
また、本発明の他の特徴は、第１ずれ量が所定の第１基準ずれ量より大きいとき、第１受光位置と第２受光位置の中点を基準位置として取得する基準位置取得手段（Ｓ６２２）と、基準位置から第３受光位置までの距離と、基準位置から第４受光位置までの距離のうちの大きい方の距離を選択し、前記選択した距離と所定の基準距離とのずれ量を表す第２ずれ量を算出する第２ずれ量算出手段（Ｓ６２６，Ｓ６３４）と、第２ずれ量が所定の第２基準ずれ量以下である全ての測定ポイントについて、それぞれ前記基準位置を用いて３角測量の原理に基づいて測定対象物までの距離を算出し、前記算出した測定対象物までの距離と駆動手段による照射位置変更手段の駆動量を用いて３次元座標データを算出する３次元座標データ算出手段（Ｓ６３０，Ｓ６３６，Ｓ６３２，Ｓ６２０，Ｓ３００〜Ｓ３１０）と、第２ずれ量が第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうち、受光センサに受光される反射光の光路内に、前記反射光を遮光する測定対象物の部分が存在しない測定ポイントの３次元座標データを測定データに追加する追加手段（Ｓ４００〜Ｓ４３２）とを備えたことにある。この場合、追加手段は、第２ずれ量が第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうちの１つの測定ポイントを選択する測定ポイント選択手段（Ｓ４０２，Ｓ４０６，Ｓ４３０）と、３次元座標の原点から前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルと、前記選択した測定ポイントから見てレーザ光源側の所定の領域に位置する全ての測定ポイントから前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルとの間の角度をそれぞれ算出する角度算出手段（Ｓ４１８）と、全ての前記算出した角度が所定の基準角度より大きいとき、反射光の光路内に前記反射光を遮光する測定対象物の部分が存在しないと決定し、前記算出した角度のうち少なくとも１つの角度が前記所定の基準角度以下であるとき、前記反射光の光路内に前記反射光を遮光する測定対象物の部分が存在すると決定する遮光物存否決定手段（Ｓ４１０〜Ｓ４２６）とを備えるとよい。さらに、この場合、基準距離は、基準位置に応じて設定されているとよい。
【００１２】
受光曲線の全体の波形が非対称であるとしても、第１所定強度よりも大きな部分（以下、ピーク部分という）の波形は対称であって、３次元座標データを算出して測定データとして採用できる場合もある。ここで、受光曲線において、第１受光位置と第２受光位置の中点を境界としたとき、受光信号の強度の傾きが小さい側は、反射光のスポットが欠けていない状態とみなすことができる。そして、少なくともピーク部分の波形が対称であるならば、反射光のスポットが欠けていない状態とみなした側の第２所定強度の受光位置（すなわち、第３受光位置又は第４受光位置）と基準位置との間の距離は、予め設定された基準距離に近いはずである。なお、基準距離は、波形が全体として対称であるときの、第３受光位置と第４受光位置の距離から算出された距離である。そこで、第３受光位置から基準位置までの距離と第４受光位置から基準位置までの距離のうち大きい方（すなわち、受光信号の強度の傾きが小さい方）の距離を基準距離と比較し、両距離のずれ量を用いて、ピーク部分の波形が対称であるか否かを判定するようにした。そして、全体の波形が非対称であるとしても、ピーク部分の波形が対称であれば、基準位置を用いて３次元座標データを算出するようにした。さらに、ピーク部分の波形が対称であり、かつ波形全体としては非対称である場合に、反射光の一部が測定対象物に遮られたことによって、受光センサに形成される反射光のスポットが欠けているか否かを判定するようにした。すなわち、測定ポイントの周辺に大きく突出した凸部、高低差の大きい段差などが存在しないかを判定するようにした。そして、反射光の一部が測定対象物に遮られない測定ポイントの３次元座標データを測定データに追加するようにしたので、測定精度をさらに向上させることができる。全体の波形の対称性のみによって、３次元座標データを算出するか否か決定すると、測定対象物の縁部の測定ポイント数がかなり少なくなって、測定精度が低下することが考えられるが、上記のように構成した３次元形状測定装置によれば、測定対象物の縁部にレーザ光を照射した場合であって、反射光のスポットの欠け方が少ない場合の３次元座標データが測定データに加えられるので、縁部の測定ポイント数をある程度確保することができ、測定精度が低下することを防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明の他の特徴は、対称判定手段は、受光信号の強度が最も大きな受光素子の位置を基準位置として取得する基準位置取得手段（Ｓ２０４）と、受光信号の強度が所定の第１強度である受光素子の位置又は受光信号の強度が第１強度に最も近い受光素子の位置を、基準位置の両側からそれぞれ第１受光位置及び第２受光位置として１つずつ検出する第１強度位置検出手段（Ｓ２０６）と、第１受光位置から基準位置までの距離と、第２受光位置から基準位置までの距離とのずれ量を表す第１ずれ量を算出する第１ずれ量算出手段（Ｓ２０８）と、第１ずれ量が所定の第１基準値以下であるとき、前記受光強度の分布が対象であると決定し、第１ずれ量が第１基準値より大きいとき、前記受光強度の分布が非対称であると決定する対称決定手段（Ｓ２１０）とを備えたことにある。
【００１４】
上記のように構成した３次元形状測定装置においては、基準位置、第１受光位置及び第２受光位置を取得して、前記取得した基準位置、第１受光位置及び第２受光位置の位置関係のみから受光曲線の波形の対称性を判定するようにしたので、第１受光位置と第２受光位置を検出する第１強度を大きくすれば、受光曲線の全体の波形が非対称でもピーク部分の波形が対称である場合の３次元座標データを測定データに残すことができる。すなわち、測定対象物の縁部の測定ポイント数をある程度確保できるので、測定精度が低下することを防ぐことができる。
【００１５】
また、本発明の他の特徴は、第１ずれ量が前記第１基準ずれ量以下であるとき、受光信号の強度が第１強度よりも小さな第２強度である受光素子の位置又は受光信号の強度が第２強度に最も近い受光素子の位置を、基準位置の両側からそれぞれ第３受光位置及び第４受光位置として１つずつ検出する第２強度位置検出手段（Ｓ２１４）と、第３受光位置から基準位置までの距離と、第４受光位置から基準位置までの距離とのずれ量を表す第２ずれ量を算出する第２ずれ量算出手段（Ｓ２１６）と、第２ずれ量が第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうち、受光センサに受光される反射光の光路内に、反射光を遮光する測定対象物の部分が存在する測定ポイントの３次元座標データを測定データから除外する除外手段（Ｓ４００〜Ｓ４３２）とを備えたことにある。この場合、除外手段は、第２ずれ量が第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうちの１つの測定ポイントを選択する測定ポイント選択手段と、３次元座標の原点から前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルと、前記選択した測定ポイントから見てレーザ光源側の所定の領域に位置する全ての測定ポイントから前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルとの間の角度をそれぞれ算出する角度算出手段と、全ての前記算出した角度が所定の基準角度より大きいとき、反射光の光路内に反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しないと決定し、前記算出した角度のうち少なくとも１つの角度が前記所定の基準角度以下であるとき、反射光の光路内に反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在すると決定する遮光物存否決定手段（Ｓ４１０〜Ｓ４２６）とを備えるとよい。
【００１６】
受光曲線において、ピーク部分の波形が対称であったとしても、全体の波形が非対称であることもある。すなわち、反射光のスポットが欠けていることもある。そこで、受光信号の強度が第１強度よりも小さい第２強度の受光素子の位置を第３受光位置及び第４受光位置として検出し、基準位置、第３受光位置及び第４受光位置の位置関係を用いて、全体の波形の対称性を判定するようにした。そして、全体の波形が非対称である場合に、反射光の一部が測定対象物に遮られたことによって、受光センサに形成される反射光のスポットが欠けているか否かを判定するようにした。すなわち、上記の所定の条件に該当する場合、その測定ポイントの３次元座標データを測定データから除外することで、測定対象物の縁部の測定ポイントは残したまま、反射光の一部が測定対象物に遮られた場合の測定ポイントの３次元座標データを除外することができるので、測定精度をさらに向上させることができる。
【００１７】
さらに、本発明の実施にあたっては、３次元形状測定装置の発明に限定されることなく、３次元形状測定方法の発明としても実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態に係る３次元形状測定装置の全体概略図である。
【図２】図１のセンサ信号取り込み回路の具体的構成を示すブロック図である。
【図３】図１のコントローラが実行する３次元形状データ取り込み処理のフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態に係り、閾値及び受光位置を説明するための説明図である。
【図５】図２の演算回路が実行する波形判定処理を示すフローチャートである。
【図６】図１のコントローラが実行する３次元座標算出処理のフローチャートである。
【図７】図１のコントローラが実行する座標除外処理のフローチャートである。
【図８】座標除外処理における処理対象とする測定ポイントの範囲を説明するための説明図である。
【図９】図１のコントローラが実行する３次元形状表示処理のフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係り、センサ信号取り込み回路の具体的構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係り、閾値及び受光位置を説明するための説明図である。
【図１２】図１０の演算回路が実行する波形判定処理を示すフローチャートである。
【図１３Ａ】基準距離を定めたテーブルの概念図である。
【図１３Ｂ】基準距離の設定方法についての説明図である。
【図１４】本発明の変形例に係り、閾値及び受光位置を説明するための説明図である。
【図１５Ａ】受光曲線の波形が対称である状態を説明するための説明図である。
【図１５Ｂ】受光曲線の波形が非対称である状態の一例を説明するための説明図である。
【図１５Ｃ】受光曲線の波形が非対称である状態の他の例を説明するための説明図である。
【図１６Ａ】反射光のスポットが僅かに欠けた状態を説明するための説明図である。
【図１６Ｂ】反射光のスポットが半分程度欠けた状態を説明するための説明図である。
【図１６Ｃ】反射光のスポットがほとんど欠けた状態を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態に係る３次元形状測定装置の全体構成について図１を用いて説明する。この３次元形状測定装置は、レーザ光を走査しながら測定対象物ＯＢに照射するとともに、同照射による測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）を受光する３次元カメラＣＡを備えている。
【００２０】
３次元カメラＣＡは、レーザ光源１０、コリメートレンズ１２、第１ミラー１４、モータ１６、第２ミラー１８、結像レンズ２０及び第１受光センサ２２を備えた筐体３０を有する。レーザ光源１０から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ１２及び第1ミラー１４を介して測定対象物ＯＢに照射される。そして、測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）は、第２ミラー１８及び結像レンズ２０を介して、第１受光センサ２２に導かれて受光される。また、筐体３０は、第２受光センサ２４も備えている。第２受光センサ２４は、第１受光センサ２２にて反射した測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）を受光する。また、３次元カメラＣＡは、筐体３０を回転させるモータ３２及び減速装置３４も有する。
【００２１】
レーザ光源１０は、３次元カメラＣＡから測定対象物ＯＢまでの距離を測定するためのレーザ光をコリメートレンズ１２に向けて出射する。コリメートレンズ１２は、レーザ光源１０から入射したレーザ光を平行光に変換する。コリメートレンズ１２によって平行光に変換されたレーザ光は、第１ミラー１４に入射する。第１ミラー１４は、モータ１６の駆動軸に組み付けられていて、モータ１６の駆動軸周りに正転逆転駆動される。コリメートレンズ１２によって平行光とされたレーザ光の光軸とモータ１６の駆動軸は直交している。モータ１６内には、モータ１６の回転軸の回転を検出して、同回転を表す回転検出信号を出力するエンコーダ１６ａが組み込まれている。この回転検出信号は、モータ１６の回転軸の回転位置が基準回転位置に来るごとに発生されるｚ相信号φＺと、所定の微小な回転角度ずつハイレベルとローレベルを繰り返す互いにπ／２だけ位相のずれたＡ相信号φＡ及びＢ相信号φＢからなるパルス列信号とからなる。コリメートレンズ１２によって平行光に変換されたレーザ光は、第１ミラー１４によって反射されて、筐体３０の正面部に設けられた図示しない開口部から外側へ向けて出射され、測定対象物ＯＢに照射される。以下の説明においては、モータ１６の駆動軸をＸ軸と呼び、第１ミラー１４に入射するレーザ光の光軸をＹ軸と呼ぶ。
【００２２】
第２ミラー１８は、第１ミラー１４の下方にて、第１ミラー１４と共通の駆動軸に組み付けられている。すなわち、第１ミラー１４及び第２ミラー１８は、モータ１６によって、同時に、モータ１６の駆動軸回りに正転逆転駆動される。第１ミラー１４と第２ミラー１８の向き（角度）は同一である。第２ミラー１８は、モータ１６の駆動軸方向に延設された長尺状に形成されている。第２ミラー１８は、測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）を結像レンズ２０へ向けて反射する。結像レンズ２０は、第２ミラー１８からの反射光を第１受光センサ２２上に結像させる。第１受光センサ２２は、測定対象物ＯＢからの反射光を第２ミラー１８及び結像レンズ２０を介して受光する。第１受光センサ２２は、それぞれ受光量に応じた電気信号を出力する複数（ｍｍａｘ個）の受光素子を１列に配置したラインセンサである。各受光素子には、ラインセンサの一端部に配置された受光素子から他端部に配置された受光素子に向かって、その配列順に番号（「１」〜「ｍｍａｘ」）が付けられている。各受光素子の大きさは同一であり、各受光素子は互いに隣接して配置されているので、この受光素子の番号は、測定対象物ＯＢからの反射光の受光位置に対応する。
【００２３】
第２受光センサ２４は、第１受光センサ２２にて反射した反射光を受光する。第２受光センサ２４は、第１受光センサ２２と同程度の受光面を備え、受光した反射光の強度に相当する強度の受光信号を出力するフォトディテクタである。第１受光センサ２２の反射率は一定であるので、第１受光センサ２２にて反射した反射光の強度は、測定対象物ＯＢからの反射光の強度に相当する。すなわち、第２受光センサ２４が出力する受光信号の強度は、測定対象物ＯＢからの反射光の強度に相当する。
【００２４】
筐体３０は、Ｙ軸回りに回転可能に支持されている。筐体３０は、減速装置３４を介してモータ３２の駆動軸に組み付けられていて、モータ３２によってＹ軸回りに正転逆転駆動される。モータ３２内には、エンコーダ１６ａと同様のエンコーダ３２ａが組み込まれている。
【００２５】
また、この３次元カメラＣＡは、レーザ駆動回路４０、ミラー駆動回路４２、ミラー角度検出回路４４、筐体駆動回路４６、筐体角度検出回路４８、センサ信号取り込み回路５０、増幅回路５２、レーザ光量調整回路５４及びコントローラ５６も備えている。
【００２６】
レーザ駆動回路４０は、コントローラ５６から測定開始の指示を入力すると、予め設定された強度の駆動信号をレーザ光源１０に供給する。そして、後述するレーザ光量調整回路５４から供給されるレーザ強度調整信号を入力すると、このレーザ光量調整信号に基づいて、第２受光センサ２４が出力する受光信号の強度が設定された強度になるよう、レーザ光源１０に供給する駆動信号を制御する。具体的には、レーザ光量調整信号の強度が「０」になるように、レーザ光源１０に供給する電圧及び電流を制御する。これにより、第１受光センサ２２が受光する測定対象物ＯＢからの反射光（散乱光）の強度を一定にできる。
【００２７】
ミラー駆動回路４２は、モータ１６を駆動するための駆動信号を出力する。ミラー駆動回路４２は、エンコーダ１６ａから入力した回転検出信号のうちのパルス列信号の所定時間あたりのパルス数が設定された値になるよう、モータ１６の駆動信号を制御する。すなわち、モータ１６の回転速度が一定になるよう、モータ１６の駆動信号を制御する。また、コントローラ５６からの指示と後述するミラー角度検出回路４４から入力した回転角度に応じて、駆動軸の回転方向を反転させるよう、モータ１６の駆動信号を制御する。これにより、第１ミラー１４及び第２ミラー１８は、３次元形状測定の開始から終了までの間に、回転方向が何度も反転する。ミラー角度検出回路４４は、エンコーダ１６ａから回転検出信号を入力し、入力した回転検出信号のうちのパルス列信号を用いて、第１ミラー１４及び第２ミラー１８のＸ軸回りの回転角度θｘを算出する。ミラー角度検出回路４４は、コントローラ５６から、第１ミラー１４及び第２ミラー１８の回転角度θｘを出力するよう指示されると、前記算出した回転角度θｘを表すデジタルデータをコントローラ５６に出力する。また、前記算出した回転角度θｘは、ミラー駆動回路４２にも出力され、ミラー駆動回路４２によるモータ１６の回転駆動の制御にも利用される。
【００２８】
筐体駆動回路４６は、モータ３２を駆動するための駆動信号を出力する。筐体駆動回路４６は、エンコーダ３２ａから入力した回転検出信号のうちのパルス列信号の所定時間あたりのパルス数が設定された値になるよう、モータ３２の駆動信号を制御する。すなわち、モータ３２の回転速度が一定になるよう、駆動信号を制御する。モータ３２は、筐体駆動回路４６から駆動信号を供給されて一定の速度で回転し、減速装置３４を介して筐体３０を回転させる。これにより、筐体３０は、３次元形状測定の開始から終了まで一定の回転速度で一定の方向へ回転する。筐体３０の回転速度は、第１ミラー１４の回転速度よりも遅い。筐体角度検出回路４８は、エンコーダ３２ａから回転検出信号を入力し、入力した回転検出信号のうちのパルス列信号を用いて、筐体３０のＹ軸回りの回転角度θｙを算出する。筐体角度検出回路４８は、コントローラ５６から、筐体３０の回転角度θｙを出力するよう指示されると、前記算出した回転角度θｙを表すデジタルデータをコントローラ５６に出力する。また、前記算出した回転角度θｙは、筐体駆動回路４６にも出力され、筐体駆動回路４６がモータ３２の回転角度をコントローラ５６から指示された角度（例えば初期角度）にする制御にも利用される。
【００２９】
センサ信号取り込み回路５０は、図２に示すように、制御回路５０１、信号取り出し回路５０２、Ａ／Ｄ変換回路５０４及び演算回路５０５を備えている。制御回路５０１は、コントローラ５６からの作動開始指示に応答して、信号取り出し回路５０２に、第１受光センサ２２からの受光信号の取り込みを指示する信号を設定された周期ごとに出力する。信号取り出し回路５０２は、制御回路５０１から取り込み開始の指示を入力するごとに、第１受光センサ２２に一定周期のパルス信号を出力する。第１受光センサ２２は、信号取り出し回路５０２から入力したパルス信号の各パルスに同期して、第１受光センサ２２の一端の受光素子から他端の受光素子に向かって順番に、各受光素子が受光した光量に応じた強度の受光信号を信号取り出し回路５０２に出力する。信号取り出し回路５０２は、入力した受光信号を増幅して、Ａ／Ｄ変換回路５０４へ出力する。また、信号取り出し回路５０２は、Ａ／Ｄ変換回路５０４に、入力した受光信号をデジタルデータに変換するタイミングを表す信号として、前述した一定周期のパルス信号を出力する。Ａ／Ｄ変換回路５０４は、制御回路５０１から受光信号の取り込みを意味する信号を入力すると、信号取り出し回路５０２から入力したパルス信号に同期して入力した受光信号の強度（瞬時値）をデジタルデータに変換し、演算回路５０５に出力する。すなわち、第１受光センサ２２の一端の受光素子から他端の受光素子に向かって順番（受光素子に付された番号順）に受光信号の強度をデジタルデータに変換して、演算回路５０５に出力する。演算回路５０５は、Ａ／Ｄ変換回路５０４から入力した各受光素子の受光信号の強度を表すデジタルデータを、演算回路５０５が備えるメモリの所定の記憶領域に記憶する。すなわち、各受光素子に対応して予め定められたアドレスを指定して、前記入力した各受光信号の強度を表すデジタルデータを書き込む。各受光素子に付された番号順にそれぞれ対応するアドレスからデジタルデータを読み出して、前記読み出したデジタルデータを用いて受光信号の強度の分布をグラフ化すると、図４に示すような受光曲線が得られる。演算回路５０５は、詳しくは後述するように、コントローラ５６からの取り込み指示があると、Ａ／Ｄ変換回路５０４から入力したデジタルデータを用いて、第１受光センサ２２における反射光の結像位置を取得するとともに、受光曲線の波形の対称性を判定して、演算結果をコントローラ５６へ出力する。
【００３０】
増幅回路５２は、第２受光センサ２４から出力された受光信号を増幅して、レーザ光量調整回路５４に出力する。レーザ光量調整回路５４は、第２受光センサ２４から出力されて増幅回路５２にて増幅された受光信号を入力し、この信号強度から予め記憶されている基準値を減算した強度の信号をレーザ光量調整信号としてレーザ駆動回路４０に供給する。なお、レーザ光量調整回路５４は、測定開始の前に予め、コントローラ５６から第２受光センサ２４が受光する反射光の強度の基準値を入力して記憶している。
【００３１】
コントローラ５６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、キーボード、マウスなどからなる入力装置５８からの指示に従って、３次元形状測定処理を実行して、測定対象物ＯＢの３次元画像データを作成して、測定対象物ＯＢの３次元画像を表示装置６０に表示する。
【００３２】
つぎに、上記のように構成した３次元形状測定装置における３次元形状測定処理について説明する。作業者が、入力装置５８を用いて測定開始を指示すると、コントローラ５６は、図３に示す３次元形状データ取り込み処理を開始する。コントローラ５６は、ステップＳ１００にて、３次元形状データ取り込み処理を開始すると、ステップＳ１０２にて、各測定ポイントの番号を表す測定ポイント番号ｎを「１」に初期化する。
【００３３】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１０４にて、筐体３０の回転角度を初期角度にセットする。つぎに、ステップＳ１０６にて、レーザ駆動回路４８の作動を開始させる。つぎに、ステップＳ１０８にて、レーザ光量調整回路５４の作動を開始させる。つぎにステップＳ１１０にて、センサ信号取り込み回路５０の作動を開始させる。より詳しくは、センサ信号取り込み回路５０内の制御回路５０２の作動を開始させる。つぎに、ステップＳ１１２にて、ミラー駆動回路４２の作動を開始させる。つぎに、ステップＳ１１４にて、筐体駆動回路４６の作動を開始させる。つぎに、ステップＳ１１６にて時間計測を開始する。
【００３４】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１１８にて、現在の時刻が測定ポイント番号ｎと所定の時間間隔Ｔとを乗算して算出される時刻ｎＴを経過しているか否かを判定する。最初、測定ポイント番号ｎは「１」に初期化されているので、ステップＳ１１８において、現在の時刻がＴ（すなわち、１×Ｔ）を経過しているかを判定する。現在の時刻がＴを経過していなければ、「Ｎｏ」と判定し、再びステップＳ１１８を実行する。すなわち、現在の時刻がＴを経過するまでステップＳ１１８を繰り返し実行する。そして、現在の時刻がＴを経過すると、ステップＳ１１８にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１２０に進む。
【００３５】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１２０にて、ミラー角度検出回路４４から、第１ミラー１４の回転角度θｘ（ｎ）を取り込む。つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１２２にて、筐体角度検出回路４８から、筐体３０の回転角度θｙ（ｎ）を取り込む。つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１２４にて、センサ信号取り込み回路５０に、受光信号の強度を表すデジタルデータを取り込み、受光曲線の波形の対称性を判定して判定結果を表す波形対称性判定フラグＥ（ｎ）をセットするとともに、受光センサ２２における反射光の結像位置Ｐ（ｎ）を算出するよう指示する。
【００３６】
センサ信号取り込み回路５０は、コントローラ５６からの前記指示に応答して、信号取り出し回路５０２及びＡ／Ｄ変換回路５０４の協働により出力された第１受光センサ２２を構成する各受光素子の出力する受光光量を表すデータである反射光の受光曲線データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）を、演算回路５０５に記憶させる。演算回路５０５は、受光曲線データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）を記憶すると、図５に示す波形判定処理を実行する。演算回路５０５は、ステップＳ２００にて波形判定処理を開始すると、ステップＳ２０２にて、測定ポイント番号ｎについての対称性判定フラグＥ（ｎ）を、対称性が良いことを表す「０」に初期化する。
【００３７】
つぎに、演算回路５０５は、受光曲線のピーク部分の波形の対称性を判定する。まず、演算回路５０５は、ステップＳ２０４にて、受光曲線データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）の中から、強度が最も大きい受光曲線データを検索し、前記検索した受光曲線データに対応する受光素子の位置（受光素子の番号）を基準位置Ｐ１（ｎ）として取得する。つぎに、演算回路５０５は、ステップＳ２０６にて、受光曲線データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）を用いて、受光曲線における基準位置Ｐ１（ｎ）の左側及び右側に位置する受光素子のうち、受光強度がレベルＬ１である受光素子又はレベルＬ１に最も近い受光素子をそれぞれ１つずつ検索し、前記検索した受光素子の位置をそれぞれ受光位置Ｔ１ａ及び受光位置Ｔ１ｂとして取得する。
【００３８】
つぎに、演算回路５０５は、ステップＳ２０８にて、受光位置Ｔ１ａと基準位置Ｐ１（ｎ）の間の受光素子の数（以下、距離ｗａという）及び受光位置Ｔ１ｂと基準位置Ｐ１（ｎ）の間の受光素子の数（以下、距離ｗｂという）を算出する。そして、受光位置Ｔ１ａと基準位置Ｐ１（ｎ）の距離と受光位置Ｔ１ｂと基準位置Ｐ１（ｎ）の距離のずれ量を表すずれ量Ｄ１をＤ１＝｜（ｗａ−ｗｂ）／（ｗａ＋ｗｂ）｜の演算によって算出する。ずれ量Ｄ１は、言い換えれば、基準位置Ｐ１（ｎ）が、受光位置Ｔ１ａと受光位置Ｔ１ｂの中点からどれくらいずれているかを表す。本実施形態においては、第１ずれ量Ｄ１が小さいほど、受光曲線のピーク部分（強度がレベルＬ１よりも大きい部分）の波形の対称性が良いとみなす。すなわち、基準位置Ｐ１（ｎ）を対称軸として左右対称である状態に近いとみなす。そこで、演算回路５０５は、ステップＳ２１０にて、ずれ量Ｄ１と予め設定された許容値ＴＬ１とを比較する。ずれ量Ｄ１が、許容値ＴＬ１よりも大きい場合、「Ｎｏ」と判定する。すなわち、ピーク部分の波形が基準位置Ｐ１（ｎ）を対称軸として非対称なので、基準位置Ｐ１（ｎ）を、測定対象物ＯＢの測定ポイント番号ｎに対応する座標を算出するためのデータとして採用できないと判定する。この場合、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）をコントローラ５６に出力することなく、後述のステップＳ２２４に進む。
【００３９】
一方、ずれ量Ｄ１が、許容値ＴＬ１以下である場合、ステップＳ２１０にて、「Ｙｅｓ」と判定する。すなわち、ピーク部分の波形が対称であるので、基準位置Ｐ１（ｎ）を、測定対象物ＯＢの測定ポイント番号ｎに対応する座標を算出するためのデータとして採用できる可能性があると判定する。この場合、演算回路５０５は、ステップＳ２１２にて、基準位置Ｐ１（ｎ）を第１受光センサ２２における反射光の結像位置Ｐ（ｎ）として決定し、コントローラ５６に出力する。
【００４０】
つぎに、演算回路５０５は、受光曲線の波形全体の対称性を判定する。まず、ステップＳ２１４にて、受光曲線データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）を用いて、基準位置Ｐ１（ｎ）の左側及び右側に位置する受光素子のうち、受光強度が、レベルＬ１よりも小さなレベルＬ２である受光素子又はレベルＬ２に最も近い受光素子をそれぞれ１つずつ検索し、前記検索した受光素子の位置をそれぞれ受光位置Ｔ２ａ及び受光位置Ｔ２ｂとして取得する。
【００４１】
つぎに、演算回路５０５は、ステップＳ２１６にて、受光位置Ｔ２ａと基準位置Ｐ１（ｎ）の間の受光素子の数（以下、距離ｗｃという）及び受光位置Ｔ２ｂと基準位置Ｐ１（ｎ）の間の受光素子の数（以下、距離ｗｄという）を算出する。そして、受光位置Ｔ２ａと基準位置Ｐ１（ｎ）の距離と受光位置Ｔ２ｂと基準位置Ｐ１（ｎ）の距離のずれ量を表すずれ量Ｄ２をＤ２＝｜（ｗｃ−ｗｄ）／（ｗｃ＋ｗｄ）｜の演算によって算出する。ずれ量Ｄ２は、言い換えれば、基準位置Ｐ１（ｎ）が、受光位置Ｔ２ａと受光位置Ｔ２ｂの中点からどれくらいずれているかを表す。本実施形態においては、ずれ量Ｄ２が小さいほど、受光曲線の全体（強度がレベルＬ２より大きい部分）の波形の対称性が良いとみなす。すなわち、基準位置Ｐ１（ｎ）を対称軸として左右対称である状態に近いとみなす。そこで、演算回路５０５は、ステップＳ２１８にて、ずれ量Ｄ２と予め設定された許容値ＴＬ２とを比較する。ずれ量Ｄ２が、許容値ＴＬ２以下である場合、「Ｙｅｓ」と判定する。すなわち、受光曲線の全体の波形が基準位置Ｐ１（ｎ）を対称軸として対称であると判定する。この場合、波形対称性判定フラグＥ（ｎ）を変更することなく（すなわち、「０」のまま）、ステップＳ２２２にてコントローラ５６に出力し、ステップＳ２２４にて、波形判定処理を終了する。
【００４２】
一方、ずれ量Ｄ２が許容値ＴＬ２より大きい場合、ステップＳ２１８において、「Ｎｏ」と判定する。すなわち、受光曲線の全体の波形が基準位置Ｐ１（ｎ）を対称軸として非対称であると判定する。この場合、演算回路５０５は、ステップＳ２２０にて、波形対称性フラグＥ（ｎ）を、受光曲線の全体の波形が左右対称でないことを表す「１」にセットして、ステップＳ２２２にて、コントローラ５６に出力し、ステップＳ２２４にて波形判定処理を終了する。
【００４３】
ふたたび、図３の３次元データ取り込み処理の説明に戻る。コントローラ５６は、ステップＳ１２４にて、センサ信号取り込み回路５０から、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）を取り込むと、ステップＳ１２６に進む。ただし、上記のように、センサ信号取り込み回路５０から、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性フラグＥ（ｎ）が供給されない場合がある。したがって、コントローラ５６は、センサ信号取り込み回路５０に、受光信号の強度を表すデジタルデータを取り込み、受光曲線の波形の対称性を判定するとともに結像位置Ｐ（ｎ）を算出するよう指示してから、所定の時間が経過しても、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性フラグＥ（ｎ）が供給されない場合は、そのままステップＳ１２６に進む。
【００４４】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１２６にて、前記ステップＳ１２２において取り込んだ回転角度θｙ（ｎ）が、予め設定された限界角度よりも大きいか否かを判定する。限界角度とは、筐体３０が回転可能な最大の角度よりもやや小さい角度である。回転角度θｙ（ｎ）が限界角度以下である場合は、ステップＳ１２８に進んで、測定ポイント番号ｎをインクリメントする。最初、測定ポイント番号ｎは「１」に初期化されているので、コントローラ５６は、ステップＳ１２８において、測定ポイント番号ｎを「２」にセットする。つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ１１８に戻り、現在の時刻が２Ｔ（すなわち、２×Ｔ）を経過しているかを判定する。現在の時刻が２Ｔを経過していなければ、「Ｎｏ」と判定し、再びステップＳ１１８を実行する。すなわち、現在の時刻が２Ｔを経過するまでステップＳ１１８を繰り返し実行する。そして、現在の時刻が２Ｔを経過すると、ステップＳ１１８にて「Ｙｅｓ」と判定し、上記のステップＳ１２０乃至ステップＳ１２６を実行する。このように、コントローラ５６は、回転角度θｙ（ｎ）が限界角度に達するまで、ステップＳ１２０乃至ステップＳ１２８を繰り返し実行する。筐体３０の回転速度は、第１ミラー１４の回転速度よりも遅く、第１ミラー１４は、モータ１６により正転逆転駆動される。すなわち、筐体３０の回転角度θｙ（ｎ）が限界角度に達するまで上記ステップＳ１２０乃至ステップＳ１２８を繰り返している間に、第１ミラー１４の回転方向は何回か反転する。このように、コントローラ５６は、レーザ光を走査しながら測定対象物ＯＢに照射して、ステップＳ１２０乃至ステップＳ１２８からなる処理を繰り返し実行し、一定の時間間隔Ｔで回転角度θｘ（ｎ）、回転角度θｙ（ｎ）、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）を取り込んで、コントローラ５６が備えるメモリに記憶する。ただし、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性フラグＥ（ｎ）が供給されない場合は、回転角度θｘ（ｎ）及び回転角度θｙ（ｎ）のみをメモリに記憶する。
【００４５】
そして、筐体３０の回転角度θｙ（ｎ）が限界角度に達すると、コントローラ５６は、ステップＳ１２６にて、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１３０に進み、レーザ駆動回路４０の作動を停止させる。つぎに、ステップＳ１３２にて、ミラー駆動回路４２の作動を停止させる。つぎに、ステップＳ１３４にて、筐体駆動回路４６の作動を停止させる。つぎに、ステップＳ１３６にて、レーザ光量調整回路５４の作動を停止させる。つぎに、ステップＳ１３８にて、センサ信号取り込み回路５０の作動を停止させる。そして、ステップＳ１４０にて、３次元形状データ取り込み処理を終了する。以下の説明においては、この３次元形状データ取り込み処理の終了時の測定ポイント番号ｎの値を最大ポイント番号ｎｍａｘとする。
【００４６】
上記の３次元形状データ取り込み処理が終了すると、コントローラ５６は、図６に示す３次元座標算出処理を実行する。コントローラ５６は、ステップＳ３００にて、３次元座標算出処理を開始すると、ステップＳ３０２にて、処理対象の測定ポイント番号ｎを「１」に初期化する。つぎに、ステップＳ３０４にて、メモリに記憶されている結像位置Ｐ（ｎ）を用いて、３角測量の原理に基づいて、３次元カメラＣＡから測定対象物ＯＢまでの距離を表す距離データＬ（ｎ）を算出する。そして、メモリに記憶されている回転角度θｘ（ｎ）、及び回転角度θｙ（ｎ）並びに前記算出した距離データＬ（ｎ）を用いて、測定ポイント番号ｎについての３次元座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を算出する。ただし、前述の波形判定処理のステップＳ２１０にて「Ｎｏ」と判定されて、結像位置Ｐ（ｎ）がコントローラ５６に供給されなかった測定ポイントについては、３次元座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を算出しない。
【００４７】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ３０６にて、現在の測定ポイント番号ｎを最大ポイント番号ｎｍａｘと比較する。最初、測定ポイント番号ｎは「１」に初期化されているので「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ３０８に進み、測定ポイント番号ｎをインクリメントして、ステップＳ３０４に戻る。このようにして、ステップＳ３０４乃至ステップＳ３０８からなる処理を繰り返し、結像位置Ｐ（ｎ）が供給されなかった測定ポイントを除くすべての測定ポイントについて３次元座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を算出すると、ステップＳ３０６にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ３１０にて３次元座標算出処理を終了する。
【００４８】
上記のように、レーザ光の反射光の一部が、レーザ光を照射した測定ポイントの周りの他の部分（例えば、凸状の部分）に遮られて、受光曲線の波形の対称性が悪化することがある。そこで、コントローラ５６は、レーザ光の反射光の一部が、測定対象物ＯＢの他の部分に遮られて、受光曲線の波形の対称性が悪化したために、波形対称性フラグＥ（ｎ）が「１」にセットされた測定ポイントの３次元座標を測定データから除外するため、図７に示す座標除外処理を実行する。
【００４９】
コントローラ５６は、ステップＳ４００にて、座標除外処理を開始すると、ステップＳ４０２にて、波形対称性フラグＥ（ｎ）が「１」である全ての測定ポイントを抽出する。つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４０４にて、波形対称性フラグＥ（ｎ）が「１」である測定ポイントが存在するか否かを判定する。波形対称性フラグＥ（ｎ）が「１」である測定ポイントが存在しない場合には、「Ｎｏ」と判定し、後述のステップＳ４３２に進む。一方、波形対称性フラグＥ（ｎ）が「１」である測定ポイントが存在すれば、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ４０６に進む。以下の説明では、ステップＳ４０２において抽出した測定ポイント数がｓｍａｘ個であるとする。
【００５０】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４０６にて、前記ステップＳ４０２にて抽出した測定ポイントに、測定ポイント番号ｎが小さい順に、抽出ポイント番号ｓ（ｓ＝１、２・・・ｓｍａｘ）をそれぞれ割り当てる。以下のステップＳ４１０〜Ｓ４２６は、抽出ポイント番号ｓごとに順番に処理する。まず、ステップＳ４０８にて、処理対象の抽出ポイント番号ｓを「１」に初期化する。なお、以下の説明において、抽出ポイント番号ｓが付された測定ポイントの結像位置、第１ミラー１４の回転角度及び筐体３０の回転角度を、それぞれ結像位置Ｐ（ｓ）、回転角度θｘ（ｓ）及び回転角度θｙ（ｓ）と表記する。つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４１０にて、図８に示すように、各測定ポイントのうち、抽出ポイント番号ｓが付された処理対象の測定ポイントＡに対して、３次元カメラＣＡ側の所定の範囲（図８の斜線の範囲）に含まれる測定ポイントを全て抽出する。具体的には、処理対象の測定ポイントＡ以外の測定ポイントの中から、結像位置Ｐ（ｎ）が、結像位置Ｐ（ｓ）の値より小さいＰ（ｓ）−ΔＰから、結像位置Ｐ（ｓ）までの間にあり、回転角度θｘ（ｎ）が、回転角度θｘ（ｓ）を中心とした所定の角度の範囲θｘ（ｓ）±Δθｘに含まれ、かつ回転角度θｙ（ｎ）が、回転角度θｙ（ｓ）を中心とした所定の角度の範囲θｙ（ｓ）±Δθｙに含まれる測定ポイントを全て抽出する。
【００５１】
つぎに、ステップＳ４１２にて、前記ステップＳ４１０の条件に該当する測定ポイントが存在するか否かを判定する。前記条件に該当する測定ポイントが存在しなければ、「Ｎｏ」と判定し、後述のステップＳ４２８に進む。一方、前記ステップＳ４１０の条件に該当する測定ポイントが存在すれば、「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ４１４に進む。以下の説明では、ステップＳ４１０において抽出した測定ポイント数がｋｍａｘ個であるとする。コントローラ５６は、ステップＳ４１４にて、前記ステップＳ４１０において抽出した測定ポイントに、測定ポイント番号ｎが小さい順に、抽出ポイント番号ｋ（ｋ＝１、２・・・ｋｍａｘ）をそれぞれ割り当てる。以下のステップＳ４１８〜Ｓ４２２は、抽出ポイント番号ｋごとに順番に処理する。
【００５２】
まず、ステップＳ４１６にて、処理対象の抽出ポイント番号ｋを「１」に初期化する。つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４１８にて、抽出ポイント番号ｋが付された測定ポイントＢから抽出ポイント番号ｓが付された処理対象の測定ポイントＡに向かうベクトルＢＡと、３次元座標の原点Ｏ（すなわち、３次元カメラＣＡからのレーザ光の出射点）から前記測定ポイントＡに向かうベクトルＯＡとのなす角度θｋを算出する。測定ポイントＡの座標を（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）とし、測定ポイントＢの座標を（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）とすると、ベクトルＢＡ（ｘｓ−ｘｋ，ｙｓ−ｙｋ，ｚｓ−ｚｋ）とベクトルＯＡ（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）のなす角度θｋは、内積の定義から次のように算出される。θｋ＝ｃｏｓ−１［｛ｘｓ・（ｘｓ−ｘｋ）＋ｙｓ・（ｙｓ−ｙｋ）＋ｚｓ・（ｚｓ−ｚｋ）｝／√｛ｘｓ２＋ｙｓ２＋ｚｓ２｝・√｛（ｘｓ−ｘｋ）２＋（ｙｓ−ｙｋ）２＋（ｚｓ−ｚｋ）２｝］
【００５３】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４２０にて、前記ステップＳ４１８において算出した角度θｋの大きさを基準値θｋｂと比較する。この基準値θｋｂは、次のようにして予め設定されている。３次元カメラＣＡからの距離が遠く、測定可能範囲の限界位置にある物体にレーザ光を照射したとき、前記照射したレーザ光の光軸と第１受光センサ２２に入射する反射光の光軸がなす角度が最小となる。この最小の角度から基準値θｋｂを定める。ただし、結像位置Ｐ（ｎ）ごとに基準値θｋｂを定めてもよい。前記算出した角度θｋの大きさが、基準値θｋｂよりも小さければ、「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ４２２に進み、コントローラ５６は、ステップＳ４２２にて、前記算出した測定ポイントＡの３次元座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を測定データから除外する。すなわち、測定ポイントＡにて反射した反射光は、測定対象物ＯＢの他の部分に遮られていると判定して、前記算出した３次元座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を除外する。そして、ステップＳ４２４に進む。
【００５４】
一方、前記算出した角度θｋの大きさが基準値θｋｂ以上であれば、「Ｎｏ」と判定する。すなわち、測定ポイントＡにて反射した反射光は、測定対象物ＯＢの他の部分に遮られていないと判定する。そして、ステップＳ４２４に進む。
【００５５】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４２４にて、前記ステップＳ４１０において抽出したすべての測定ポイントについて、ステップＳ４１８以降の処理を実行したか否かを判定する。すなわち、現在の処理対象の抽出ポイント番号ｋと最大値ｋｍａｘを比較する。最初、処理対象の抽出ポイント番号ｋは、「１」に初期化されているので、「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ４２６に進み、ステップ４２６にて、処理対象の抽出ポイント番号ｋをインクリメントして、ステップＳ４１８に戻る。このようにして、ステップＳ４１８乃至ステップＳ４２６からなる処理を繰り返し、前記ステップＳ４１０において抽出したすべての測定ポイントについてステップＳ４１８以降の処理を実行したとき、現在の処理対象の抽出ポイント番号ｋが最大値ｋｍａｘと一致するので、ステップＳ４２４にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ４２８に進む。
【００５６】
つぎに、コントローラ５６は、ステップＳ４２８にて、前記ステップＳ４０２において抽出した全ての測定ポイントについて、ステップＳ４１０乃至ステップＳ４２４の処理を実行したか否かを判定する。すなわち、現在の処理対象の抽出ポイント番号ｓと最大値ｓｍａｘを比較する。最初、処理対象の抽出ポイント番号ｓは「１」に初期化されているので、「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ４３０にて、処理対象の抽出ポイント番号ｓをインクリメントして、ステップＳ４１０に戻る。このようにして、ステップＳ４１０乃至ステップＳ４３０からなる処理を繰り返し、前記ステップＳ４０２において抽出した全ての測定ポイントについてステップＳ４１０乃至ステップＳ４２４の処理を実行したとき、現在の処理対象の抽出ポイント番号ｓは最大値ｓｍａｘと一致するので、ステップＳ４２８にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ４３２に進み、ステップＳ４３２にて座標除外処理を終了する。
【００５７】
つぎに、コントローラ５６は、図９に示す３次元画像表示処理を実行する。コントローラ５６は、ステップＳ５００にて、３次元画像表示処理を開始すると、ステップＳ５０２にて、前述の座標除外処理によって除外されることなく残った３次元座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を用いて３次元画像データを作成する。そして、ステップＳ５０４にて、前記３次元画像データを表示装置６０に供給し、表示装置６０は、前記供給された３次元画像データに従って、測定対象物ＯＢの３次元画像を表示する。そして、ステップＳ５０６にて、３次元画像表示処理を終了し、３次元形状測定を終了する。
【００５８】
上記のように構成した第１実施形態に係る３次元形状測定装置においては、ピーク部分の波形の対称性を判定して、対称であると判定した測定ポイントについてのみ、３次元座標データを算出するようにしたので、測定対象物ＯＢの縁部の測定ポイントのうち、反射光のスポットの欠け方が少ない場合のみ、３次元座標データを算出することができ、３次元形状測定の測定精度を向上させることができる。さらに、ピーク部分の波形が対称であると判定した場合に、全体の波形の対称性を判定するようにした。全体の波形が対称であると判定したときは、算出した３次元座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を測定データとして採用するが、非対称であると判定したときは、その測定ポイントＡと測定ポイントＡに近接する他の測定ポイントＢとの位置関係を、ベクトルＯＡとベクトルＢＡのなす角度θｋを用いて評価し、測定ポイントＡからの反射光が測定対象物ＯＢの他の部分に遮られる可能性があるときは、測定ポイントＡの３次元座標（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）を測定データから除外するようにした。これにより、測定精度をさらに向上させることができる。また、基準位置Ｐ１（ｎ）、受光位置Ｔ１ａ及び受光位置Ｔ１ｂの位置関係によって、ピーク部分の波形の対称性を判定し、基準位置Ｐ１（ｎ）、受光位置Ｔ２ａ及び受光位置Ｔ２ｂの位置関係によって全体の波形の対称性を判定するので、簡単かつ高速に受光曲線の波形の対称性を判定できる。
【００５９】
（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態においては、第１実施形態のセンサ信号取り込み回路５０に代えて、センサ信号取り込み回路５０Ａを備えている。他の構成は、第１実施形態と同様である。センサ信号取り込み回路５０Ａは、図１０に示すように、制御回路５１１、信号取り出し回路５１２、フィルタ回路５１３、第１レベル受光位置検出回路５１４、第２レベル受光位置検出回路５１５及び演算回路５１６を備えている。第１レベル受光位置検出回路５１４は、第１比較回路５１４ａ、第１カウント回路５１４ｂ及び第２カウント回路５１４ｃからなる。また、第２レベル受光位置検出回路５１５は、第２比較回路５１５ａ、第３カウント回路５１５ｂ、第４カウント回路５１５ｃからなる。
【００６０】
制御回路５１１は、コントローラ５６からの作動開始の指示に応答して、信号取り出し回路５１２に、第１受光センサ２２からの受光信号の取り込みを指示する信号を設定された周期ごとに出力する。また、制御回路５１１は、受光信号の取り込みを指示する信号と同じタイミングで、第１カウント回路５１４ａ、第２カウント回路５１４ｂ、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃに、カウント値を「０」にリセットするリセット信号を出力する。信号取り出し回路５１２は、制御回路５１１から取り込みを指示する信号を入力するごとに、第１受光センサ２２、第１カウント回路５１４ａ、第２カウント回路５１４ｂ、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃに共通の一定周期のパルス信号を出力する。第１受光センサ２２は、第１実施形態と同様に、信号取り出し回路５１２から入力したパルス信号の各パルスに同期して、第１受光センサ２２の一端の受光素子から他端の受光素子に向かって順番に、各受光素子が受光した光量に応じた受光信号を信号取り出し回路５１２に出力する。
【００６１】
フィルタ回路５１３は、ローパスフィルタであり、入力した受光信号に含まれる高周波成分をカットして、図１１に示すような１つのピークを有する信号を出力する。第１比較回路５１４ａは、受光信号の強度のレベルＬ１を閾値として、フィルタ回路５１３から入力した受光信号を２値化する。すなわち、フィルタ回路５１３から入力した受光信号の強度が、レベルＬ１よりも小さい場合は、受光信号をローレベルに設定し、レベルＬ１以上である場合は、受光信号をハイレベルに設定する。そして、第１比較回路５１４ａは、２値化した受光信号がローレベルからハイレベルに変化すると、第１カウント回路５１４ｂに、第１検出信号を出力する。また、第１比較回路５１４ａは、２値化した受光信号がハイレベルからローレベルに変化すると、第２カウント回路５１４ｃに第２検出信号を出力する。第１カウント回路５１４ｂ及び第２カウント回路５１４ｃは、制御回路５１１からリセット信号を入力すると、カウント数を「０」にリセットして、信号取り出し回路５１２から入力したパルス信号のパルス数をカウントする。そして、第１比較回路５１４ａからそれぞれ第１検出信号及び第２検出信号を入力すると、それぞれカウントを終了して、カウント値に相当するデジタルデータを演算回路５１６に出力する。
【００６２】
第２比較回路５１５ａは、第１比較回路５１４ａの閾値をレベルＬ１よりも小さなレベルＬ２に設定した回路で、他の構成は第１比較回路５１４ａと同様である。また、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃも、それぞれ第１カウント回路５１４ｂ及び第２カウント回路５１４ｃと同様の構成である。上記の第１カウント回路５１４ｂ、第２カウント回路５１４ｃ、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃから演算回路５１６に出力されるカウント値は、それぞれ第１受光センサ２２の受光素子の番号、すなわち、受光位置Ｔ１ａ、受光位置Ｔ１ｂ、受光位置Ｔ２ａ及び受光位置Ｔ２ｂに相当する。
【００６３】
上記のように構成した第２実施形態に係る３次元形状測定装置において、作業者が、入力装置５８を用いて測定対象物ＯＢの３次元形状測定の開始を指示すると、コントローラ５６は、第１実施形態と同様に、図３の３次元形状データ取り込み処理を実行するが、この３次元形状データ取り込み処理のステップＳ１２４において、演算回路５１６は、コントローラ５６からの指示に応答して、各カウント回路５１４ｂ，５１４ｃ，５１５ｂ，５１５ｃから次に入力するカウント値（受光位置Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ）を記憶するとともに、図１２に示す波形判定処理を実行する。演算回路５１６は、ステップＳ６００にて、波形判定処理を開始すると、ステップＳ６０２にて、波形対称性判定フラグＥ（ｎ）を「０」に初期化する。
【００６４】
つぎに、第１カウント回路５１４ｂ、第２カウント回路５１４ｃ、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃからそれぞれ受光位置Ｔ１ａ、受光位置Ｔ１ｂ、受光位置Ｔ２ａ及び受光位置Ｔ２ｂを入力したか否かを判定する。未だ、全ての受光位置の入力を終了していない場合は、「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ６０６に進み、ステップＳ６０６にて、コントローラ５６からの終了指示の有無を判断する。なお、本実施形態においては、コントローラ５６は、図３の３次元形状データ取り込み処理のステップＳ１２４において、設定された時間以上、後述する結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性フラグＥ（ｎ）が供給されない場合は、演算回路５１６に終了指令を出力する。これは、測定対象物ＯＢの反射率が極めて小さく、レーザ光の強度を制御しても、受光曲線のピーク位置がレベルＬ２より下になってしまう場合、演算回路５１６にはデータが入力されないので、図１２の波形判定処理を強制的に終了させる必要があるためである。コントローラ５６から終了指令があった場合には「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ６０８に進み、波形判定処理を終了する。一方、終了指令がない場合には、「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ６０４を再度実行する。そして、受光位置Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ２ａ，Ｔ２ｂを入力すると、ステップＳ６０４にて「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ６１０に進む。演算回路５１６は、ステップＳ６１０にて、受光位置Ｔ２ａと受光位置Ｔ１ａの間の受光素子の数（Ｔ１ａ−Ｔ２ａ）を算出する。図１１の受光曲線における、点Ａ（Ｔ２ａ，Ｌ２）及び点Ｂ（Ｔ１ａ，Ｌ１）を通る直線を直線ａとすると、ステップＳ６１０にて算出した受光素子の数（Ｔ１ａ−Ｔ２ａ）は、直線ａの傾きＳＬａに相当する。つぎに、演算回路５１６は、ステップＳ６１２にて、受光位置Ｔ１ｂと受光位置Ｔ２ｂの間の受光素子の数（Ｔ２ｂ−Ｔ１ｂ）を算出する。図１１の受光曲線における、点Ｃ（Ｔ１ｂ，Ｌ１）及び点Ｄ（Ｔ２ｂ、Ｌ２）を通る直線を直線ｂとすると、ステップＳ６１２にて算出した受光素子の数は、直線ｂの傾きＳＬｂに相当する。
【００６５】
つぎに、演算回路５１６は、ステップＳ６１４にて、傾きＳＬａと傾きＳＬｂのずれ量を表すずれ量Ｄ３を、Ｄ３＝｜（ＳＬａ−ＳＬｂ）／（ＳＬａ＋ＳＬｂ）｜の演算によって算出する。本実施形態においては、ずれ量Ｄ３が小さいほど、受光曲線の全体の波形の対称性が良いとみなす。すなわち、左右対称である状態に近いとみなす。そこで、演算回路５１６は、ステップＳ６１６にて、ずれ量Ｄ３と予め設定された許容値ＴＬ３とを比較する。ずれ量Ｄ３が、許容値ＴＬ３以下である場合、「Ｙｅｓ」と判定する。すなわち、受光曲線の全体の波形が左右対称であると判定する。そして、演算回路５１６は、ステップＳ６１８にて、直線ａと直線ｂの交点の横軸成分を基準位置Ｐ１（ｎ）として算出する。つぎに、演算回路５１６は、ステップＳ６２０にて、この基準位置Ｐ１（ｎ）を結像位置Ｐ（ｎ）として決定する。そして、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）をコントローラ５６に出力する。なお、波形対称性判定フラグＥ（ｎ）は、ステップＳ６０２にて「０」に初期化されているので、ステップＳ６１６にて「Ｙｅｓ」と判定した場合にコントローラ５６に出力される波形対称性フラグＥ（ｎ）の値は「０」である。そして、演算回路５１６は、ステップＳ６０８にて、波形判定処理を終了する。
【００６６】
一方、ずれ量Ｄ３が、許容値ＴＬ３よりも大きい場合、ステップＳ６１６にて、「Ｎｏ」と判定する。すなわち、受光曲線の波形は、全体として左右対称でないと判定する。この場合、受光曲線の波形は全体としては、左右対称ではないが、基準位置Ｐ２（ｎ）を算出し、前記算出した基準位置Ｐ２（ｎ）を測定対象物ＯＢまでの距離を算出するための結像位置Ｐ（ｎ）として採用できることがある。そこで、演算回路５１６は、ステップＳ６２２にて、受光位置Ｔ１ａと受光位置Ｔ１ｂの中点を基準位置Ｐ２（ｎ）＝（Ｔ１ｂ−Ｔ１ａ）／２）として設定する。つぎに、ステップＳ６２４にて、図１３Ａに概念的に示すテーブルＴＢＬを用いて、基準位置Ｐ２（ｎ）に対応する基準距離ＷＬを設定する。基準距離ＷＬは、受光曲線の波形が全体として左右対称である場合の、受光位置Ｔ２ａと受光位置Ｔ２ｂの距離の半分の距離を表す。テーブルＴＢＬには、基準位置Ｐ２（ｎ）と基準距離ＷＬの関係が記録されている。図１３Ｂに示すように、第１受光センサ２２における受光位置によって、反射光の光軸と集光レンズ２０の光軸とのずれに応じて、第１受光センサ２２に形成されるスポットの受光素子の配列方向の径が異なる。すなわち、図１３Ｂに実線で示すように、反射光の光軸が集光レンズ２０の光軸と一致しているときは、第１受光センサ２２に形成される反射光のスポットの径が最も小さいので、受光位置Ｔ２ａと受光位置Ｔ２ｂの距離が最も小さい。一方、図１３Ｂに破線で示すように、反射光の光軸と集光レンズ２０の光軸とがずれているときは、そのずれが大きいほど、第１受光センサ２２に形成される反射光のスポットの径が大きくなるので、受光位置Ｔ２ａと受光位置Ｔ２ｂの距離も大きくなる。したがって、基準距離ＷＬは、基準位置Ｐ２（ｎ）が第１受光センサ２２の中央に位置するとき最も小さく、基準位置Ｐ２（ｎ）が第１受光センサ２２の端部に近付くに従って大きくなる。
【００６７】
第２実施形態においては、直線ａと直線ｂの傾きを比較して、傾きが小さい側の波形を正常とみなす。すなわち、反射光のスポットが欠けていない状態とみなす。例えば、図１１においては、基準位置Ｐ２（ｎ）の左側の波形を正常とみなす。もし、少なくともレベルＬ１より受光強度が大きい部分の波形の対称性が良ければ、波形が正常とみなした側の受光素子であって、強度がレベルＬ２である受光素子又はレベルＬ２に最も近い受光素子の位置（すなわち、図１１の例においては、受光位置Ｔ２ａ）と基準位置Ｐ２（ｎ）との距離は、基準距離ＷＬに近いはずである。そこで、演算回路５１６は、まず、ステップＳ６２６にて、傾きＳＬａと傾きＳＬｂの大きさを比較し、傾きＳＬａが傾きＳＬｂより小さければ、「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ６２８に進む。この場合、基準位置Ｐ２（ｎ）と受光位置Ｔ２ａの距離の方が、基準位置Ｐ２（ｎ）と受光位置Ｔ２ｂの距離よりも大きい。演算回路５１６は、ステップＳ６２８にて、基準位置Ｐ２（ｎ）と受光位置Ｔ２ａの距離ｗ２と基準距離ＷＬのずれ量Ｄ４をＤ４＝｜１−ｗ２／ＷＬ｜の演算により算出する。そして、演算回路５１６は、ステップＳ６３０にて、ずれ量Ｄ４と予め設定された許容値ＴＬ４とを比較し、ずれ量Ｄ４が許容値ＴＬ４以下であれば、「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ６３２に進む。
【００６８】
つぎに、演算回路５１６は、ステップＳ６３２にて、波形対称性判定フラグＥ（ｎ）を「１」に設定する。そして、基準位置Ｐ２（ｎ）を結像位置Ｐ（ｎ）として決定する。演算回路５１６は、ステップＳ６２０にて、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）をコントローラ５６に出力し、ステップＳ６０８にて、波形判定処理を終了する。一方、ステップＳ６３０において、ずれ量Ｄ４が許容値ＴＬ４よりも大きい場合は、「Ｎｏ」と判定して、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）をコントローラ５６に出力することなく、ステップＳ６０８に進み、波形判定処理を終了する。
【００６９】
また、ステップＳ６２６における傾きＳＬａと傾きＳＬｂとの比較の結果、傾きＳＬａが傾きＳＬｂより大きければ、「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ６３４に進む。この場合、基準位置Ｐ２（ｎ）と受光位置Ｔ２ｂの距離の方が、基準位置Ｐ２（ｎ）と受光位置Ｔ２ａの距離よりも大きい。演算回路５１６は、ステップＳ６３４にて、基準位置Ｐ２（ｎ）と受光位置Ｔ２ｂの距離ｗ２と基準距離ＷＬのずれ量Ｄ５をＤ５＝｜１−ｗ２／ＷＬ｜の演算により算出する。そして、演算回路５１６は、ステップＳ６３６にて、ずれ量Ｄ５と予め設定された許容値ＴＬ４と比較し、ずれ量Ｄ５が許容値ＴＬ４以下であれば、「Ｙｅｓ」と判定して、ステップＳ６３２に進む。そして、上記のステップＳ６３２及びＳ６２０を実行し、ステップＳ６０８にて、波形判定処理を終了する。一方、ステップＳ６３６において、ずれ量Ｄ５が許容値ＴＬ４よりも大きい場合は、「Ｎｏ」と判定して、結像位置Ｐ（ｎ）及び波形対称性判定フラグＥ（ｎ）をコントローラ５６に出力することなく、ステップＳ６０８に進み、波形判定処理を終了する。以降、第１実施形態と同様に、３次元座標算出処理、座標除去処理及び３次元形状表示処理を実行して、３次元形状測定処理を終了する。なお、基準距離ＷＬを、受光曲線の波形が全体として左右対称である場合の、受光位置Ｔ２ａと受光位置Ｔ２ｂの距離としてもよい。この場合、ずれ量Ｄ４をＤ４＝｜１−２×ｗ２／ＷＬ｜と算出し、ずれ量Ｄ５をＤ５＝｜１−２×ｗ２／ＷＬ｜と算出するとよい。
【００７０】
上記のように構成した第２実施形態に係る３次元形状測定装置においては、全体の波形の対称性を判定して、対称であると判定した測定ポイントについては、３次元座標データを測定データとして算出するようにした。さらに、全体の波形が非対称であると判定した測定ポイントについては、ピーク部分の波形の対称性を判定し、対称であると判定した測定ポイントについても、３次元座標データを算出するようにした。全体の波形の対称性のみによって、３次元座標データを測定データとして算出するか否かを決定すると、測定データを取得できる測定対象物ＯＢの縁部の測定ポイント数がかなり少なくなり、測定精度が低下することが考えられる。しかし、上記のように、全体の波形が非対称であっても、ピーク部分の波形が対称であれば、３次元座標データを算出しておき、第１実施形態と同様に、図７の座標除外処理を実行して、所定の条件に該当する３次元座標データを測定データから除外するようにした。すなわち、測定対象物ＯＢの縁部にレーザ光を照射した場合であって、反射光のスポットの欠け方が少ない場合は、３次元座標データを測定データに残すようにした。したがって、測定精度をさらに向上させることができる。所定の条件に該当する３次元座標データを測定データから除外する処理は、言い換えれば、前記所定の条件に該当しない３次元座標データを測定データとして追加する処理である。すなわち、図１２のステップＳ６２２以降の処理及び図７の座標除外処理は、全体の波形が非対称である場合に、所定の条件に該当しなかった３次元座標データを測定データとして追加する処理に相当する。また、受光位置Ｔ１ａ、受光位置Ｔ１ｂ、受光位置Ｔ２ａ及び受光位置Ｔ２ｂを第１カウント回路５１４ｂ、第２カウント回路５１４ｃ、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃによって求めるようにしたので、第１実施形態の演算回路５０５に比べて、演算回路５１６の負荷を軽減できる。すなわち、演算回路５０５は、受光曲線データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）を全て取り込んで、受光位置Ｔ１ａ、受光位置Ｔ１ｂ、受光位置Ｔ２ａ及び受光位置Ｔ２ｂを取得する処理を実行する必要があったが、演算回路５１６は、その必要がない。したがって、３次元形状測定を高速化できる。また、演算回路５１６の構成を簡単にでき、コストダウンできる。
【００７１】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００７２】
例えば、上記第１実施形態において、ずれ量Ｄ１が許容値ＴＬ１以下であればその測定ポイント３次元座標データを測定データとして採用し、ずれ量Ｄ１が許容値ＴＬ１より大きければ、その測定ポイントの３次元座標データを測定データとして採用しないようにしてもよい。この場合、図５の波形判定処理のステップＳ２１４からステップＳ２２２及び図７の座標除外処理を省略すればよい。また、ずれ量Ｄ１が許容値ＴＬ１以下であるが、ずれ量Ｄ２が許容値ＴＬ２より大きいとき、反射光が測定対象物ＯＢの他の部分に遮られているか否かを判定せずに、その測定ポイントの３次元座標データを測定データから除外するようにしてもよい。この場合、図７の座標除外処理のステップＳ４０６〜Ｓ４３０に代えて、波形対称性フラグＥ（ｎ）が「１」である測定ポイントの３次元座標データを測定データから除外するステップを設ければよい。
【００７３】
また、上記第２実施形態において、ずれ量Ｄ３が許容値ＴＬ３以下であればその測定ポイントの３次元座標データを測定データとして採用し、ずれ量Ｄ３が許容値ＴＬ３より大きければ、その測定ポイントの３次元座標データを測定データとして採用しないようにしてもよい。この場合、図１２の波形判定処理のステップＳ６２２〜ステップＳ６３６及び図７の座標除外処理を省略すればよい。また、ずれ量Ｄ３が許容値ＴＬ３より大きく、かつずれ量Ｄ４又はずれ量Ｄ５が許容値ＴＬ４以下のとき、反射光が測定対象物の他の部分に遮られているか否かを判定せずに、その測定ポイントの３次元座標データを測定データとして追加するようにしてもよい。この場合、図７の座標除外処理を実行しないようにすればよい。これらのように構成すれば、上記第１実施形態及び上記第２実施形態に比べると測定精度が多少低下するが、演算回路５０５，５１６及びコントローラ５６が実行する処理の量を減らすことができるので、３次元形状測定を高速化できる。また、演算回路５０５，５１６及びコントローラ５６の構成を簡単にできるので、コストダウンできる。
【００７４】
また、上記第１実施形態においては、信号取り込み回路５０の演算回路５０５が、結像位置Ｐ（ｎ）を算出するとともに波形対称性フラグＥ（ｎ）の値をセットするようにした。しかし、これに代えて、信号取り込み回路５０に演算回路５０５を設けることなく、Ａ／Ｄ変換回路５０４から出力された受光データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）をコントローラ５６に入力し、コントローラ５６が、前記入力した受光データＤ（ｎ，１）〜Ｄ（ｎ，ｍｍａｘ）を用いて、結像位置Ｐ（ｎ）を算出するとともに波形対称性フラグＥ（ｎ）をセットするようにしてもよい。上記第２実施形態においても、信号取り込み回路５０Ａに演算回路５１６を設けることなく、第１カウント回路５１４ｂ、第２カウント回路５１４ｃ、第３カウント回路５１５ｂ及び第４カウント回路５１５ｃのカウント値をコントローラ５６に入力し、コントローラ５６が、前記入力したカウント値を用いて、結像位置Ｐ（ｎ）を算出するとともに波形対称性フラグＥ（ｎ）の値をセットするようにしてもよい。これによれば、信号取り込み回路５０，５０Ａの構成を簡単にできる。
【００７５】
また、上記第２実施形態においては、受光信号の強度の閾値としてレベルＬ１及びレベルＬ２を設定し、受光信号の強度と２つの閾値をそれぞれ比較して、受光信号を２値化しておき、２値化した受光信号がローレベルからハイレベルに切り替わるときの受光位置Ｔ１ａ，Ｔ２ａと、ハイレベルからローレベルに切り替わるときの受光位置Ｔ１ｂ，Ｔ２ｂを取得するようにした。しかし、さらに多くの閾値を設定してもよい。すなわち、図１４に示すように、閾値として、レベルＬｉ（ｉ＝１，２・・・ｉｍａｘ）を設定する。レベルＬ１からレベルＬｉｍａｘに向かって順に閾値としての値が小さくなるように設定する。この場合、第１レベル受光位置検出回路５１４及び第２レベル受光位置検出回路５１５と同様の構成の受光位置検出回路を、設定した閾値に対応させて設ければよい。そして、取得した複数の受光位置を用いて、基準位置Ｐ１（ｎ）の左側及び右側における直線ａ及び直線ｂの傾きを最小二乗法により算出すればよい。
【００７６】
この場合、設定した閾値のうちで最も大きいレベルＬ１に対応する受光位置Ｔ１ａ及び受光位置Ｔ１ｂの中点を基準位置Ｐ２（ｎ)とするのが望ましい。また、基準位置Ｐ２（ｎ）から、設定した閾値のうちで最も小さいレベルＬｉｍａｘに対応する受光位置Ｔｉｍａｘａ及び受光位置Ｔｉｍａｘｂまでの距離のうち大きい方の距離を基準距離ＷＬと比較するのが望ましい。しかし、必ずしもこのように構成する必要はなく、レベルＬ１とレベルＬｉｍａｘの中間のレベルＬｉに対応する受光位置Ｔｉａ及び受光位置Ｔｉｂを用いて基準位置Ｐ２（ｎ）を算出してもよい。この場合、基準位置Ｐ２（ｎ）から、レベルＬｉよりも小さなレベルＬｊに対応する受光位置Ｔｊａ及び受光位置Ｔｊｂまでの距離のうち大きい方の距離を基準距離ＷＬと比較すればよい。これによれば、受光曲線における受光強度の変化率としての直線ａ及び直線ｂの傾きを、精度良く算出できるので、波形の対称性の判定の精度を向上させることができ、３次元形状測定の精度を向上させることができる。
【００７７】
また、上記第１実施形態及び上記第２実施形態においては、受光曲線の波形の対称性を評価して、測定対象物ＯＢの縁部に照射した場合であって反射光のスポットの欠け方が大きい場合、及び反射光が測定対象物ＯＢの他の部分に遮られている場合、その測定ポイントの３次元座標データを測定データとして採用しないようにした。そこで、測定データとして採用しなかった測定ポイントの３次元座標を、その測定ポイントの周辺の測定ポイントの３次元座標データを用いて補間演算により求めるようにしてもよい。
【００７８】
また、上記第１実施形態及び上記第２実施形態においては、筐体３０を第１ミラー１４によるレーザ光の走査方向に対して直角方向に回転させてレーザ光を２次元的に走査するように構成しているが、第１ミラー１４によるレーザ光の走査方向とは直角方向にレーザ光を走査できれば、どのような構造を採用してもよい。例えば、Ｙ軸方向を回転軸とする長尺のミラーを第１ミラー１４の正面側に設け、第１ミラー１４で反射したレーザ光をさらに下方へ反射させる。そして、筐体３０の下面側に開口部を設けておき、この長尺のミラーにて反射したレーザ光を測定対象物ＯＢに照射する。そして、測定対象物ＯＢからの反射光を、この長尺のミラー、第２ミラー１８及び結像レンズ２０を介して第１受光センサ２２及び第２受光センサ２４で受光してもよい。また、筐体３０をＹ軸回りに回転させるのではなく、Ｘ軸方向に３次元カメラＣＡを平行移動させてもよい。また、上記第１実施形態及び上記第２実施形態においては、測定対象物ＯＢからの反射光を第２ミラー１８及び結像レンズ２０を介して第１受光センサ２２にて受光するようにした。しかし、第２ミラー１８を設けずに、測定対象物ＯＢからの反射光を結像レンズ２０のみを介してエリアセンサにて受光するようにしてもよい。この場合、反射光をすべて受光可能な程度の受光面積を備えたエリアセンサを用いればよい。そして、第２受光センサを、前記エリアセンサで反射した反射光を全て受光可能な程度の受光面積を備えたセンサにすればよい。
【符号の説明】
【００７９】
１０…レーザ光源、１４…第１ミラー、１６…モータ、１８・・・第２ミラー、２２…第１受光センサ、３０…筐体、３２…モータ、４０…レーザ駆動回路、４２…ミラー駆動回路、４４…ミラー角度検出回路、４６…筐体駆動回路、４８…筐体角度検出回路、５０，５０Ａ・・・センサ信号取り込み回路、５６…コントローラ、ＯＢ…測定対象物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物に照射するレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記測定対象物の表面に形成される前記レーザ光の光スポットの位置を変更する照射位置変更手段と、
前記照射位置変更手段を駆動して測定ポイントを変更する駆動手段と、
前記測定対象物の表面にて反射した前記レーザ光の反射光を受光して、受光光量に応じた強度の受光信号をそれぞれ出力する複数の受光素子を一列に配置した受光センサと、
前記受光素子の配置順に前記受光信号の強度を表した受光曲線における受光強度の分布が対称であるか非対称であるかを判定する対称判定手段と、
前記対称判定手段によって対称であると判定されたとき、前記受光強度の分布の対称軸に相当する受光位置を用い、３角測量の原理に基づいて前記測定対象物までの距離を算出し、前記算出した前記測定対象物までの距離と前記駆動手段による前記照射位置変更手段の駆動量とを用いて、前記測定ポイントの３次元座標を表す３次元座標データを測定データとして算出し、前記対称判定手段によって非対称であると判定されたとき、前記３次元座標データを算出しない測定データ算出手段と
を備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元形状測定装置において、
前記対称判定手段は、
前記受光素子の配置順に前記受光信号を入力し、前記入力した受光信号の強度が所定の第１強度以下である状態から前記第１強度より大きい状態に変化したときの受光素子の位置を第１受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が前記第１強度より大きい状態から前記第１強度以下である状態に変化したときの受光素子の位置を第２受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が前記第１強度よりも小さな第２強度以下である状態から前記第２強度より大きい状態に変化したときの受光素子の位置を第３受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が前記第２強度より大きい状態から前記第２強度以下である状態に変化したときの受光素子の位置を第４受光位置として検出する受光位置検出手段と、
前記第３受光位置から前記第１受光位置へ向かう前記受光信号の強度の傾きを表す第１の傾きと、前記第４受光位置から前記第２受光位置へ向かう前記受光信号の強度の傾きを表す第２の傾きを算出する傾き算出手段と、
前記第１の傾きと前記第２の傾きのずれ量を表す第１ずれ量を算出する第１ずれ量算出手段と、
前記第１ずれ量が所定の第１基準ずれ量以下であるとき、前記受光強度の分布が対称であると決定し、前記第１ずれ量が前記第１基準ずれ量より大きいとき、前記受光強度の分布が非対称であると決定する対称決定手段とを備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の３次元形状測定装置において、
前記第１ずれ量が所定の第１基準ずれ量より大きいとき、前記第１受光位置と前記第２受光位置の中点を基準位置として取得する基準位置取得手段と、
前記基準位置から前記第３受光位置までの距離と、前記基準位置から前記第４受光位置までの距離のうちの大きい方の距離を選択し、前記選択した距離と所定の基準距離とのずれ量を表す第２ずれ量を算出する第２ずれ量算出手段と、
前記第２ずれ量が所定の第２基準ずれ量以下である全ての測定ポイントについて、それぞれ前記基準位置を用いて３角測量の原理に基づいて前記測定対象物までの距離を算出し、前記算出した測定対象物までの距離と前記駆動手段による前記照射位置変更手段の駆動量を用いて３次元座標データを算出する３次元座標データ算出手段と、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうち、前記受光センサに受光される反射光の光路内に、前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しない測定ポイントの前記３次元座標データを前記測定データに追加する追加手段とを備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の３次元形状測定装置において、
前記追加手段は、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうちの１つの測定ポイントを選択する測定ポイント選択手段と、
前記３次元座標の原点から前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルと、前記選択した測定ポイントから見て前記レーザ光源側の所定の領域に位置する全ての測定ポイントから前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルとの間の角度をそれぞれ算出する角度算出手段と、
全ての前記算出した角度が所定の基準角度より大きいとき、反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しないと決定し、前記算出した角度のうち少なくとも１つの角度が前記所定の基準角度以下であるとき、前記反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在すると決定する遮光物存否決定手段とを備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の３次元形状測定装置において、
前記基準距離は、前記基準位置に応じて設定されていることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項６】
請求項１に記載の３次元形状測定装置において、
前記対称判定手段は、
受光信号の強度が最も大きな受光素子の位置を基準位置として取得する基準位置取得手段と、
受光信号の強度が所定の第１強度である受光素子の位置又は受光信号の強度が前記第１強度に最も近い受光素子の位置を、前記基準位置の両側からそれぞれ第１受光位置及び第２受光位置として１つずつ検出する第１強度位置検出手段と、
前記第１受光位置から前記基準位置までの距離と、前記第２受光位置から前記基準位置までの距離とのずれ量を表す第１ずれ量を算出する第１ずれ量算出手段と、
前記第１ずれ量が所定の第１基準値以下であるとき、前記受光強度の分布が対象であると決定し、前記第１ずれ量が前記第１基準値より大きいとき、前記受光強度の分布が非対称であると決定する対称決定手段とを備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の３次元形状測定装置において、
前記第１ずれ量が前記第１基準ずれ量以下であるとき、受光信号の強度が前記第１強度よりも小さな第２強度である受光素子の位置又は受光信号の強度が前記第２強度に最も近い受光素子の位置を、前記基準位置の両側からそれぞれ第３受光位置及び第４受光位置として１つずつ検出する第２強度位置検出手段と、
前記第３受光位置から前記基準位置までの距離と、前記第４受光位置から前記基準位置までの距離とのずれ量を表す第２ずれ量を算出する第２ずれ量算出手段と、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうち、前記受光センサに受光される反射光の光路内に、前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在する測定ポイントの前記３次元座標データを前記測定データから除外する除外手段を備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の３次元形状測定装置において、
前記除外手段は、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうちの１つの測定ポイントを選択する測定ポイント選択手段と、
前記３次元座標の原点から前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルと、前記選択した測定ポイントから見て前記レーザ光源側の所定の領域に位置する全ての測定ポイントから前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルとの間の角度をそれぞれ算出する角度算出手段と、
全ての前記算出した角度が所定の基準角度より大きいとき、反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しないと決定し、前記算出した角度のうち少なくとも１つの角度が前記所定の基準角度以下であるとき、前記反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在すると決定する遮光物存否決定手段とを備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項９】
測定対象物に照射するレーザ光をレーザ光源から出射するレーザ光出射ステップと、
前記測定対象物の表面に形成される前記レーザ光の光スポットの位置を変更する照射位置変更手段を駆動手段によって駆動して測定ポイントを変更する測定ポイント変更ステップと、
前記測定対象物の表面にて反射した前記レーザ光の反射光を受光して、受光光量に応じた強度の受光信号をそれぞれ出力する複数の受光素子を一列に配置した受光センサの前記受光素子の配置順に、前記受光信号の強度を表した受光曲線における受光強度の分布が対称であるか非対称であるかを判定する対称判定ステップと、
前記対称判定ステップによって対称であると判定されたとき、前記受光強度の分布の対称軸に相当する受光位置を用い、３角測量の原理に基づいて前記測定対象物までの距離を算出し、前記算出した前記測定対象物までの距離と前記駆動手段による前記照射位置変更手段の駆動量とを用いて、前記測定ポイントの座標を表す３次元座標データを測定データとして算出し、前記対称判定ステップによって非対称であると判定されたとき、前記３次元座標データを算出しない測定データ算出ステップと
を含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の３次元形状測定方法において、
前記対称判定ステップは、
前記受光素子の配置順に前記受光信号を入力し、前記入力した受光信号の強度が所定の第１強度以下である状態から前記第１強度より大きい状態に変化したときの受光素子の位置を第１受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が前記第１強度より大きい状態から前記第１強度以下である状態に変化したときの受光素子の位置を第２受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が前記第１強度よりも小さな第２強度以下である状態から前記第２強度より大きい状態に変化したときの受光素子の位置を第３受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が前記第２強度より大きい状態から前記第２強度以下である状態に変化したときの受光素子の位置を第４受光位置として検出する受光位置検出ステップと、
前記第３受光位置から前記第１受光位置へ向かう前記受光信号の強度の傾きを表す第１の傾きと、前記第４受光位置から前記第２受光位置へ向かう前記受光信号の強度の傾きを表す第２の傾きを算出する傾き算出ステップと、
前記第１の傾きと前記第２の傾きのずれ量を表す第１ずれ量を算出する第１ずれ量算出ステップと、
前記第１ずれ量が所定の第１基準ずれ量以下であるとき、前記受光強度の分布が対称であると決定し、前記第１ずれ量が前記第１基準ずれ量より大きいとき、前記受光強度の分布が非対称であると決定する対称決定ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の３次元形状測定方法において、
前記第１ずれ量が所定の第１基準ずれ量より大きいとき、前記第１受光位置と前記第２受光位置の中点を基準位置として取得する基準位置取得ステップと、
前記基準位置から前記第３受光位置までの距離と、前記基準位置から前記第４受光位置までの距離のうちの大きい方の距離を選択し、前記選択した距離と所定の基準距離とのずれ量を表す第２ずれ量を算出する第２ずれ量算出ステップと、
前記第２ずれ量が所定の第２基準ずれ量以下である全ての測定ポイントについて、それぞれ前記基準位置を用いて３角測量の原理に基づいて前記測定対象物までの距離を算出し、前記算出した測定対象物までの距離と前記駆動手段による前記照射位置変更手段の駆動量を用いて３次元座標データを算出する３次元座標データ算出ステップと、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうち、前記受光センサに受光される反射光の光路内に、前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しない測定ポイントの前記３次元座標データを前記測定データに追加する追加ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の３次元形状測定方法において、
前記追加ステップは、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうちの１つの測定ポイントを選択する測定ポイント選択ステップと、
前記３次元座標の原点から前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルと、前記選択した測定ポイントから見て前記レーザ光源側の所定の領域に位置する全ての測定ポイントから前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルとの間の角度をそれぞれ算出する角度算出ステップと、
全ての前記算出した角度が所定の基準角度より大きいとき、反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しないと決定し、前記算出した角度のうち少なくとも１つの角度が前記所定の基準角度以下であるとき、前記反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在すると決定する遮光物存否決定ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載の３次元形状測定方法において、
前記基準距離は、前記基準位置に応じて設定されていることを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１４】
請求項９に記載の３次元形状測定方法において、
前記対称判定ステップは、
受光信号の強度が最も大きな受光素子の位置を基準位置として取得する基準位置取得ステップと、
受光信号の強度が所定の第１強度である受光素子の位置又は受光信号の強度が前記第１強度に最も近い受光素子の位置を、前記基準位置の両側からそれぞれ第１受光位置及び第２受光位置として１つずつ検出する第１強度位置検出ステップと、
前記第１受光位置から前記基準位置までの距離と、前記第２受光位置から前記基準位置までの距離とのずれ量を表す第１ずれ量を算出する第１ずれ量算出ステップと、
前記第１ずれ量が所定の第１基準値以下であるとき、前記受光強度の分布が対象であると決定し、前記第１ずれ量が前記第１基準値より大きいとき、前記受光強度の分布が非対称であると決定する対称決定ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の３次元形状測定方法において、
前記第１ずれ量が前記第１基準ずれ量以下であるとき、受光信号の強度が前記第１強度よりも小さな第２強度である受光素子の位置又は受光信号の強度が前記第２強度に最も近い受光素子の位置を、前記基準位置の両側からそれぞれ第３受光位置及び第４受光位置として１つずつ検出する第２強度位置検出ステップと、
前記第３受光位置から前記基準位置までの距離と、前記第４受光位置から前記基準位置までの距離とのずれ量を表す第２ずれ量を算出する第２ずれ量算出ステップと、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうち、前記受光センサに受光される反射光の光路内に、前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在する測定ポイントの前記３次元座標データを前記測定データから除外する除外ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の３次元形状測定方法において、
前記除外ステップは、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうちの１つの測定ポイントを選択する測定ポイント選択ステップと、
前記３次元座標の原点から前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルと、前記選択した測定ポイントから見て前記レーザ光源側の所定の領域に位置する全ての測定ポイントから前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルとの間の角度をそれぞれ算出する角度算出ステップと、
全ての前記算出した角度が所定の基準角度より大きいとき、反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しないと決定し、前記算出した角度のうち少なくとも１つの角度が前記所定の基準角度以下であるとき、前記反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在すると決定する遮光物存否決定ステップとを備えたことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１】
測定対象物に照射するレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記測定対象物の表面に形成される前記レーザ光の光スポットの位置を変更する照射位置変更手段と、
前記照射位置変更手段を駆動して測定ポイントを変更する駆動手段と、
前記測定対象物の表面にて反射した前記レーザ光の反射光を受光して、受光光量に応じた強度の受光信号をそれぞれ出力する複数の受光素子を一列に配置した受光センサと、
前記受光素子の配置順に前記受光信号の強度を表した受光曲線における受光強度の分布が対称であるか非対称であるかを判定する対称判定手段と、
前記対称判定手段によって対称であると判定されたとき、前記受光強度の分布の対称軸に相当する受光位置を用い、３角測量の原理に基づいて前記測定対象物までの距離を算出し、前記算出した前記測定対象物までの距離と前記駆動手段による前記照射位置変更手段の駆動量とを用いて、前記測定ポイントの３次元座標を表す３次元座標データを測定データとして算出し、前記対称判定手段によって非対称であると判定されたとき、前記３次元座標データを算出しない測定データ算出手段と
を備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元形状測定装置において、
前記対称判定手段は、
前記受光素子の配置順に前記受光信号を入力し、前記入力した受光信号の強度が所定の第１強度以下である状態から前記第１強度より大きい状態に変化したときの受光素子の位置を第１受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が前記第１強度より大きい状態から前記第１強度以下である状態に変化したときの受光素子の位置を第２受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が前記第１強度よりも小さな第２強度以下である状態から前記第２強度より大きい状態に変化したときの受光素子の位置を第３受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が前記第２強度より大きい状態から前記第２強度以下である状態に変化したときの受光素子の位置を第４受光位置として検出する受光位置検出手段と、
前記第３受光位置から前記第１受光位置へ向かう前記受光信号の強度の傾きを表す第１の傾きと、前記第４受光位置から前記第２受光位置へ向かう前記受光信号の強度の傾きを表す第２の傾きを算出する傾き算出手段と、
前記第１の傾きと前記第２の傾きのずれ量を表す第１ずれ量を算出する第１ずれ量算出手段と、
前記第１ずれ量が所定の第１基準ずれ量以下であるとき、前記受光強度の分布が対称であると決定し、前記第１ずれ量が前記第１基準ずれ量より大きいとき、前記受光強度の分布が非対称であると決定する対称決定手段とを備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の３次元形状測定装置において、
前記第１ずれ量が所定の第１基準ずれ量より大きいとき、前記第１受光位置と前記第２受光位置の中点を基準位置として取得する基準位置取得手段と、
前記基準位置から前記第３受光位置までの距離と、前記基準位置から前記第４受光位置までの距離のうちの大きい方の距離を選択し、前記選択した距離と所定の基準距離とのずれ量を表す第２ずれ量を算出する第２ずれ量算出手段と、
前記第２ずれ量が所定の第２基準ずれ量以下である全ての測定ポイントについて、それぞれ前記基準位置を用いて３角測量の原理に基づいて前記測定対象物までの距離を算出し、前記算出した測定対象物までの距離と前記駆動手段による前記照射位置変更手段の駆動量を用いて３次元座標データを算出する３次元座標データ算出手段と、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうち、前記受光センサに受光される反射光の光路内に、前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しない測定ポイントの前記３次元座標データを前記測定データに追加する追加手段とを備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の３次元形状測定装置において、
前記追加手段は、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうちの１つの測定ポイントを選択する測定ポイント選択手段と、
前記３次元座標の原点から前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルと、前記選択した測定ポイントから見て前記レーザ光源側の所定の領域に位置する全ての測定ポイントから前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルとの間の角度をそれぞれ算出する角度算出手段と、
全ての前記算出した角度が所定の基準角度より大きいとき、反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しないと決定し、前記算出した角度のうち少なくとも１つの角度が前記所定の基準角度以下であるとき、前記反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在すると決定する遮光物存否決定手段とを備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の３次元形状測定装置において、
前記基準距離は、前記基準位置に応じて設定されていることを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項６】
請求項１に記載の３次元形状測定装置において、
前記対称判定手段は、
受光信号の強度が最も大きな受光素子の位置を基準位置として取得する基準位置取得手段と、
受光信号の強度が所定の第１強度である受光素子の位置又は受光信号の強度が前記第１強度に最も近い受光素子の位置を、前記基準位置の両側からそれぞれ第１受光位置及び第２受光位置として１つずつ検出する第１強度位置検出手段と、
前記第１受光位置から前記基準位置までの距離と、前記第２受光位置から前記基準位置までの距離とのずれ量を表す第１ずれ量を算出する第１ずれ量算出手段と、
前記第１ずれ量が所定の第１基準値以下であるとき、前記受光強度の分布が対象であると決定し、前記第１ずれ量が前記第１基準値より大きいとき、前記受光強度の分布が非対称であると決定する対称決定手段とを備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の３次元形状測定装置において、
前記第１ずれ量が前記第１基準ずれ量以下であるとき、受光信号の強度が前記第１強度よりも小さな第２強度である受光素子の位置又は受光信号の強度が前記第２強度に最も近い受光素子の位置を、前記基準位置の両側からそれぞれ第３受光位置及び第４受光位置として１つずつ検出する第２強度位置検出手段と、
前記第３受光位置から前記基準位置までの距離と、前記第４受光位置から前記基準位置までの距離とのずれ量を表す第２ずれ量を算出する第２ずれ量算出手段と、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうち、前記受光センサに受光される反射光の光路内に、前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在する測定ポイントの前記３次元座標データを前記測定データから除外する除外手段を備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の３次元形状測定装置において、
前記除外手段は、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうちの１つの測定ポイントを選択する測定ポイント選択手段と、
前記３次元座標の原点から前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルと、前記選択した測定ポイントから見て前記レーザ光源側の所定の領域に位置する全ての測定ポイントから前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルとの間の角度をそれぞれ算出する角度算出手段と、
全ての前記算出した角度が所定の基準角度より大きいとき、反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しないと決定し、前記算出した角度のうち少なくとも１つの角度が前記所定の基準角度以下であるとき、前記反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在すると決定する遮光物存否決定手段とを備えたことを特徴とする３次元形状測定装置。
【請求項９】
測定対象物に照射するレーザ光をレーザ光源から出射するレーザ光出射ステップと、
前記測定対象物の表面に形成される前記レーザ光の光スポットの位置を変更する照射位置変更手段を駆動手段によって駆動して測定ポイントを変更する測定ポイント変更ステップと、
前記測定対象物の表面にて反射した前記レーザ光の反射光を受光して、受光光量に応じた強度の受光信号をそれぞれ出力する複数の受光素子を一列に配置した受光センサの前記受光素子の配置順に、前記受光信号の強度を表した受光曲線における受光強度の分布が対称であるか非対称であるかを判定する対称判定ステップと、
前記対称判定ステップによって対称であると判定されたとき、前記受光強度の分布の対称軸に相当する受光位置を用い、３角測量の原理に基づいて前記測定対象物までの距離を算出し、前記算出した前記測定対象物までの距離と前記駆動手段による前記照射位置変更手段の駆動量とを用いて、前記測定ポイントの座標を表す３次元座標データを測定データとして算出し、前記対称判定ステップによって非対称であると判定されたとき、前記３次元座標データを算出しない測定データ算出ステップと
を含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の３次元形状測定方法において、
前記対称判定ステップは、
前記受光素子の配置順に前記受光信号を入力し、前記入力した受光信号の強度が所定の第１強度以下である状態から前記第１強度より大きい状態に変化したときの受光素子の位置を第１受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が前記第１強度より大きい状態から前記第１強度以下である状態に変化したときの受光素子の位置を第２受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が前記第１強度よりも小さな第２強度以下である状態から前記第２強度より大きい状態に変化したときの受光素子の位置を第３受光位置として検出し、前記入力した受光信号の強度が前記第２強度より大きい状態から前記第２強度以下である状態に変化したときの受光素子の位置を第４受光位置として検出する受光位置検出ステップと、
前記第３受光位置から前記第１受光位置へ向かう前記受光信号の強度の傾きを表す第１の傾きと、前記第４受光位置から前記第２受光位置へ向かう前記受光信号の強度の傾きを表す第２の傾きを算出する傾き算出ステップと、
前記第１の傾きと前記第２の傾きのずれ量を表す第１ずれ量を算出する第１ずれ量算出ステップと、
前記第１ずれ量が所定の第１基準ずれ量以下であるとき、前記受光強度の分布が対称であると決定し、前記第１ずれ量が前記第１基準ずれ量より大きいとき、前記受光強度の分布が非対称であると決定する対称決定ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の３次元形状測定方法において、
前記第１ずれ量が所定の第１基準ずれ量より大きいとき、前記第１受光位置と前記第２受光位置の中点を基準位置として取得する基準位置取得ステップと、
前記基準位置から前記第３受光位置までの距離と、前記基準位置から前記第４受光位置までの距離のうちの大きい方の距離を選択し、前記選択した距離と所定の基準距離とのずれ量を表す第２ずれ量を算出する第２ずれ量算出ステップと、
前記第２ずれ量が所定の第２基準ずれ量以下である全ての測定ポイントについて、それぞれ前記基準位置を用いて３角測量の原理に基づいて前記測定対象物までの距離を算出し、前記算出した測定対象物までの距離と前記駆動手段による前記照射位置変更手段の駆動量を用いて３次元座標データを算出する３次元座標データ算出ステップと、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうち、前記受光センサに受光される反射光の光路内に、前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しない測定ポイントの前記３次元座標データを前記測定データに追加する追加ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の３次元形状測定方法において、
前記追加ステップは、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうちの１つの測定ポイントを選択する測定ポイント選択ステップと、
前記３次元座標の原点から前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルと、前記選択した測定ポイントから見て前記レーザ光源側の所定の領域に位置する全ての測定ポイントから前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルとの間の角度をそれぞれ算出する角度算出ステップと、
全ての前記算出した角度が所定の基準角度より大きいとき、反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しないと決定し、前記算出した角度のうち少なくとも１つの角度が前記所定の基準角度以下であるとき、前記反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在すると決定する遮光物存否決定ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載の３次元形状測定方法において、
前記基準距離は、前記基準位置に応じて設定されていることを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１４】
請求項９に記載の３次元形状測定方法において、
前記対称判定ステップは、
受光信号の強度が最も大きな受光素子の位置を基準位置として取得する基準位置取得ステップと、
受光信号の強度が所定の第１強度である受光素子の位置又は受光信号の強度が前記第１強度に最も近い受光素子の位置を、前記基準位置の両側からそれぞれ第１受光位置及び第２受光位置として１つずつ検出する第１強度位置検出ステップと、
前記第１受光位置から前記基準位置までの距離と、前記第２受光位置から前記基準位置までの距離とのずれ量を表す第１ずれ量を算出する第１ずれ量算出ステップと、
前記第１ずれ量が所定の第１基準値以下であるとき、前記受光強度の分布が対象であると決定し、前記第１ずれ量が前記第１基準値より大きいとき、前記受光強度の分布が非対称であると決定する対称決定ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の３次元形状測定方法において、
前記第１ずれ量が前記第１基準ずれ量以下であるとき、受光信号の強度が前記第１強度よりも小さな第２強度である受光素子の位置又は受光信号の強度が前記第２強度に最も近い受光素子の位置を、前記基準位置の両側からそれぞれ第３受光位置及び第４受光位置として１つずつ検出する第２強度位置検出ステップと、
前記第３受光位置から前記基準位置までの距離と、前記第４受光位置から前記基準位置までの距離とのずれ量を表す第２ずれ量を算出する第２ずれ量算出ステップと、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうち、前記受光センサに受光される反射光の光路内に、前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在する測定ポイントの前記３次元座標データを前記測定データから除外する除外ステップとを含むことを特徴とする３次元形状測定方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の３次元形状測定方法において、
前記除外ステップは、
前記第２ずれ量が前記第２基準ずれ量以下である測定ポイントのうちの１つの測定ポイントを選択する測定ポイント選択ステップと、
前記３次元座標の原点から前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルと、前記選択した測定ポイントから見て前記レーザ光源側の所定の領域に位置する全ての測定ポイントから前記選択した測定ポイントへ向かうベクトルとの間の角度をそれぞれ算出する角度算出ステップと、
全ての前記算出した角度が所定の基準角度より大きいとき、反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在しないと決定し、前記算出した角度のうち少なくとも１つの角度が前記所定の基準角度以下であるとき、前記反射光の光路内に前記反射光を遮光する前記測定対象物の部分が存在すると決定する遮光物存否決定ステップとを備えたことを特徴とする３次元形状測定方法。
【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１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１６Ｃ】
【公開番号】特開２０１２−１３７３１３（Ｐ２０１２−１３７３１３Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２８７９９５（Ｐ２０１０−２８７９９５）
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００１１２００４）パルステック工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【出願人】（０００１１２００４）パルステック工業株式会社 (179)
【Ｆターム（参考）】
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