３次元計測システム、３次元計測方法およびプログラム
【課題】３次元計測時の計測位置および姿勢を容易に決定し、３次元計測における操作性を向上させることが可能な技術を提供する。
【解決手段】３次元計測システム１は、ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する特定部３４と、計測対象物のうち、特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢を決定する決定部３５とを備える。
【解決手段】３次元計測システム１は、ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する特定部３４と、計測対象物のうち、特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢を決定する決定部３５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元計測システム（特に画像式の３次元計測システム）およびそれに関連する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工部品等が要求寸法（設計寸法）通りに出来ているか否かなどを調べるため、３次元計測システムが用いられることがある。３次元計測システムを用いれば、加工品の加工精度等を正確に計測することができる。
【０００３】
このような３次元計測システムとしては、たとえば、光切断法等を用いた画像式の計測システムなどが存在する。光切断法は、照射レーザ光の撮影画像に基づいて、三角測量の原理を用いて当該撮影画像内の各点の３次元位置を求める手法である。なお、３次元計測システムとしては、プローブ等を検査対象物に接触させていくことによって検査対象物の形状を計測する接触式のものも存在するが、光切断法等を用いた画像式の３次元計測システムは、接触式のものに比べて、非接触式であることに起因して様々な利点を有している。
【０００４】
なお、３次元計測に係る技術としては、特許文献１などが存在する。ただし、特許文献１に記載の３次元計測技術は画像式の計測技術に関するものではない。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１９０５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、画像式の３次元計測システムの計測者は、カメラ等を有する計測部の位置および姿勢を手動操作によって試行錯誤で決定することを要求される。そのため、当該システムの操作性は必ずしも十分なものではない。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、３次元計測時の計測位置および姿勢を容易に決定し、３次元計測における操作性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、３次元計測システムであって、計測用カメラを含む画像式の３次元計測手段と、ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する特定手段と、前記計測対象物のうち、前記特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、前記計測用カメラの位置および姿勢を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る３次元計測システムにおいて、前記計測対象物に関する前記アノテーション情報を、前記ＣＡＤデータの中から検索して取得する検索手段、をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の発明に係る３次元計測システムにおいて、ユーザの操作入力によって前記計測対象物に関する前記アノテーション情報の指定を受け付ける指定手段、をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記決定手段は、前記特定されたプリミティブの所定方向における幅を有する基準線分を内包する内包球を用いて前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記決定手段は、前記特定されたプリミティブの所定方向における幅に調整用の値を加えた幅を有する基準線分を内包する内包球を用いて前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項４または請求項５の発明に係る３次元計測システムにおいて、前記決定手段は、前記内包球の中心を注視点とするように前記計測用カメラの姿勢を決定することを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項６の発明に係る３次元計測システムにおいて、前記計測用カメラの姿勢は、前記計測用カメラの視線軸と前記プリミティブとの交点における前記プリミティブの法線が前記視線軸に対して同一方向に配置されるように、決定されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項４から請求項７のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記決定手段は、前記計測用カメラと前記内包球の中心との距離Ｌが、前記計測用カメラの画角θと前記内包球の半径ｒとを用いて表現される値（ｒ／ｓｉｎ（θ／２））となるように、前記計測用カメラの位置を決定することを特徴とする。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記決定手段は、前記特定されたプリミティブが平面の場合には、内包球として、前記平面の所定方向における幅を有する基準線分を内包する球、または、前記特定されたプリミティブの所定方向における幅に調整用の値を加えた幅を有する基準線分を内包する球を想定し、前記内包球を視野内に収めるように前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記決定手段は、前記プリミティブが非平面の場合には、当該非平面のうち、その法線と前記計測用カメラの視線軸との間の角度が所定値以内となる部分を１回の撮影動作による計測対象領域とするように、前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする。
【００１８】
請求項１１の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記アノテーション情報は、円柱形状物の上面と底面との相互間の面間距離情報を含み、前記特定手段は、前記円柱形状物の上面と底面とをそれぞれプリミティブとして特定することを特徴とする。
【００１９】
請求項１２の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記アノテーション情報は、円柱形状物の径情報を含み、前記特定手段は、前記円柱形状物の円柱側面をプリミティブとして特定することを特徴とする。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記アノテーション情報は、平面に設けられた穴の径情報を含み、前記特定手段は、前記平面をプリミティブとして特定することを特徴とする。
【００２１】
請求項１４の発明は、ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する工程と、前記計測対象物のうち、前記特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、画像式３次元計測手段における計測用カメラの位置および姿勢を決定する工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
請求項１５の発明は、コンピュータに、ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する工程と、前記計測対象物のうち、前記特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、画像式３次元計測手段における計測用カメラの位置および姿勢を決定する工程とを実行させるためのプログラムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１から請求項１５に記載の発明によれば、計測対象物のうちアノテーション情報に基づいて特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢が決定されるので、計測時の計測位置および姿勢を容易に決定し３次元計測における操作性を向上させることができる。
【００２４】
特に、請求項２に記載の発明によれば、アノテーション情報が自動的に検索されるので、計測の自動化を一層促進させることができる。
【００２５】
また、請求項４に記載の発明によれば、計測対象物を計測用カメラの視野内に収め且つ当該視野内で大きく撮影することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
＜１．第１実施形態＞
＜システム構成概要＞
図１は、第１実施形態に係る３次元計測システム１を示す概略図である。図１に示すように、３次元計測システム１は、計測ユニット１０と駆動用アーム２０とコントローラ３０とを備える。
【００２８】
計測ユニット１０は、非接触式の３次元計測ユニットであり、より具体的には、光切断法を用いた画像式の３次元計測ユニットである。光切断法は、照射レーザ光の撮影画像に基づいて、三角測量の原理を用いて当該撮影画像内の各点の３次元位置のデータを求める手法である。また、計測ユニット１０は、計測用カメラ（ＣＣＤカメラ）１１とレーザ光出射部１２と位置算出部１３とを有している（図２参照）。計測ユニット１０は、レーザ光出射部１２からスリット状のレーザ光を計測対象物に対して照射し、その反射光を計測用カメラ１１で受光し、当該レーザ光が照射された状態の計測対象物の画像を計測用カメラ１１で撮影する。位置算出部１３は、三角測量の原理を用いて被写体との距離を画面内の各位置において算出する。これによって、計測対象物の表面の３次元座標値が算出される。また、算出された３次元座標値はコントローラ３０に出力される。なお、位置算出部１３で算出される３次元座標値はカメラ座標系で表現された値である。
【００２９】
駆動用アーム２０は、その先端部に計測ユニット１０を装着する。駆動用アーム２０は、複数の自由度を有するアームであり、先端部に装着された計測ユニット１０の位置および姿勢を変更することができる。具体的には、駆動用アーム２０は、鉛直方向に駆動可能な１つの直動関節と水平方向に駆動可能な２つの回転関節とを有しており、計測ユニット１０の位置を３次元空間内の所定範囲の任意の位置に変更することが可能である。また、駆動用アーム２０は、さらにその手先部に３つの回転自由度を有する回転駆動部を有しており、計測ユニット１０の姿勢を所定範囲内の任意の姿勢に変更することが可能である。したがって、コントローラ３０は、計測ユニット１０の撮影位置および撮影姿勢を適宜に設定することができる。なお、駆動用アーム２０の位置および姿勢は、コントローラ３０からの指令に基づいて制御される。
【００３０】
コントローラ３０は、コンピュータシステム（以下、単に「コンピュータ」とも称する）として構成される。具体的には、当該コンピュータ（コントローラ）３０は、ＣＰＵ２と、記憶部３と、メディアドライブ４と、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの表示部５と、キーボード６ａおよびマウス６ｂなどの操作入力部６と、計測ユニット１０および駆動用アーム２０との間で情報の授受を行う入出力部７とを備えている。記憶部３は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）３ａと、ＲＡＭ（半導体メモリ）３ｂとを有している。また、メディアドライブ４は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、フレキシブルディスク、メモリカードなどの可搬性の記録媒体９からその中に記録されている情報を読み出すことができる。
【００３１】
コントローラ３０は、記録媒体９に記録されたソフトウエアプログラム（以下、単に「プログラム」とも称する）ＰＧ（不図示）を読み込み、そのプログラムＰＧをＣＰＵ２等を用いて実行することによって、後述するような各種の機能（計測制御機能等）を実現する。なお、各機能を有するプログラムは、記録媒体９を介して供給される場合に限定されず、ＬＡＮおよびインターネットなどのネットワークを介して、このコンピュータに対して供給されてもよい。
【００３２】
図２は、コントローラ３０の機能ブロックを示す図である。図２に示すように、コントローラ３０は、３次元ＣＡＤ３１と、座標変換部３２と、検索部３３と、特定部３４と、決定部３５と、記憶部３６と、検査部３７と、制御部３８とを有している。
【００３３】
コントローラ３０は、計測ユニット１０の位置算出部１３によって算出された計測対象物の３次元座標値と、カメラ座標系およびベース座標系相互間の関係とに基づいて、計測対象物のベース座標系における３次元座標位置を算出する。ベース座標系は空間内に固定された基準となる座標系である。複数の位置および姿勢で撮影されて取得された（計測ユニット１０による）カメラ座標系による３次元座標値をそれぞれベース座標系に変換することによって、これら３次元座標値を統一的に扱うことが可能になる。この座標変換処理は、コントローラ３０内の座標変換部３２（図２）で行われる。また、得られた３次元座標値の集合すなわち３次元データは記憶部３６に格納される。そして、コントローラ３０の検査部３７は、取得された計測対象物に関する３次元データと、３次元ＣＡＤ３１のデータとを用いて、計測対象物が設計時の指示通りに加工されているか否かを検査する。
【００３４】
また、この実施形態においては、計測時における駆動用アーム２０の位置および姿勢は、計測対象物（検査対象物）の情報に基づいて、コントローラ３０によって適宜に決定される。具体的には、後に詳述するように、コントローラ３０の検索部３３は、まず、アノテーション情報（後述）を３次元ＣＡＤ３１のデータ中から検索して取得する。次に、特定部３４は、取得されたアノテーション情報に基づいて計測対象物のプリミティブを特定する。そして、決定部３５は、計測対象物のうち、特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢を決定する。
【００３５】
なお、制御部３８は、駆動用アーム２０の駆動制御を行うとともに、計測ユニット１０に対する制御動作（制御指令の送出等を含む）を行う機能部である。
【００３６】
以下では、計測ユニット１０の位置および姿勢の決定動作を詳細に説明する。ここでは、円柱形状を有する部品６１（図５参照）を計測対象物として３次元データの計測動作を行った上で、当該部品６１の良否を検査する場合を想定する。
【００３７】
＜動作概要＞
図３は、計測対象物に関する検査動作を示すフローチャートである。計測対象物としての部品６１が適宜の保持部材（不図示）によって３次元計測システム１内の適宜の位置に固定され、操作者の開始指示が上記の操作入力部６等を介して入力されると、ステップＳＰ１以降の処理が開始される。なお、正確な計測動作のためには、ステップＳＰ１に先立ってキャリブレーションを行い、計測対象物の配置状態と３次元ＣＡＤデータとの対応関係を予め求めておくことが好ましい。ここでは、ステップＳＰ１に先立ってプレ撮影動作を行い、計測対象物の位置および姿勢がＣＡＤデータ内の所定の位置および姿勢となるように、３次元ＣＡＤデータの座標系に合わせて計測対象物の実際の配置状態を調整するものとする。なお、実際の位置合わせを行う必要はなく、計測対象物の実際の配置状態と３次元ＣＡＤデータとの対応関係を求めておけば十分である。このようなキャリブレーション動作（座標系相互間における対応関係の同定動作）によって、本３次元計測システム１は、計測対象物の配置状態を３次元ＣＡＤデータに基づいてより正確に把握することが可能になる。
【００３８】
この実施形態においては、計測ユニット１０の位置および姿勢の決定動作に際して、「アノテーション情報」を利用する。ここで、アノテーション情報（注釈情報）は、３次元ＣＡＤデータに含まれる情報であり、寸法情報と公差情報とを含む情報として構成される。
【００３９】
図４は、アノテーション情報を構成するデータ構造の一例を示す図である。図４に示すように、アノテーション情報は、「アノテーション情報名」、「種類」、「第１要素（プリミティブ）」、「第２要素（プリミティブ）」、「設計値」（ｍｍ）、「公差＋」（ｍｍ）、「公差−」（ｍｍ）の各項目のデータを有している。
【００４０】
ここでは各項目のデータは、それぞれ、アノテーション情報名＝Ｓ、種類＝面間距離、第１要素＝平面Ｐａ、第２要素＝Ｐｂ、設計値（ｍｍ）＝１００、公差＋（ｍｍ）＝＋０．５、公差−（ｍｍ）＝−０．５、を表す値を有している。すなわち、このアノテーション情報は、平面Ｐａと平面Ｐｂとの間の距離（面間距離）に関する情報であること示すとともに、当該面間距離の設計値は１００ｍｍであり、当該設計値に関する公差は＋０．５，−０．５であることを示している。この実施形態においては、円柱形状部品６１の上面である平面Ｐａと底面（下面）である平面Ｐｂとの間の距離が上記の公差の範囲内に収まっていることを検査する。より詳細には、上面Ｐａ上の各点と底面Ｐｂ上の各対応点との距離の全てが、上記の公差の範囲内の値に収まっているか否かを検査する。
【００４１】
なお、このようなアノテーション情報は、設計時等に設計情報として３次元ＣＡＤにおいてデータ入力されていることが多く、そのような場合（すなわち既に設計時等に入力されている場合）には、検査目的のためだけにわざわざ入力する必要はない。
【００４２】
さて、ステップＳＰ１（図３）において、コントローラ３０の検索部３３は、計測対象物に関するアノテーション情報を、３次元ＣＡＤデータの中から検索して取得する。この後、この取得動作によって取得されたアノテーション情報に関する３次元データの計測動作、およびその計測結果と設計データとの照合による検査動作が行われることになる。すなわち、この取得動作によって、検査内容が決定されることになる。ここでは、図４のアノテーション情報の内容が取得され、平面Ｐａと平面Ｐｂとの面間距離Ｓを検査することが決定される場合を例示する。
【００４３】
次に、ステップＳＰ２において、コントローラ３０の特定部３４は、アノテーション情報Ｓに基づいて、計測対象物のプリミティブ（基本形状）を特定する。
【００４４】
図４および図５に示すように、このアノテーション情報Ｓには２つのプリミティブ、具体的には、部品６１の平面（上面）Ｐａと平面（底面）Ｐｂとが含まれる。そのため、２つのプリミティブのそれぞれについて順次に以降の動作（ステップＳＰ３〜ＳＰ５）が行われる。ここでは、まず平面Ｐａが１つ目のプリミティブとして特定されたものとする。
【００４５】
ステップＳＰ３において、コントローラ３０は、特定されたプリミティブに相当する部分を視野（画面）内に収めて撮影することが可能となるように、計測用カメラの位置および姿勢を決定する。
【００４６】
図６は、計測ユニット１０（より詳細には計測用カメラ１１）の位置および姿勢の決定動作を説明するための概念図である。ここでは、図１に示すように、部品６１は、その平面Ｐａ，Ｐｂがそれぞれ床面に対して平行となるように固定されて保持されているものとする。図６は、このような保持状態を示す側面図である。
【００４７】
コントローラ３０の決定部３５は、プリミティブである平面Ｐａ（より詳細には平面Ｐａにおける基準線分ＵＬ１）を内包する内包球ＣＳ１を想定し、この内包球ＣＳ１を用いて計測用カメラの位置および姿勢を決定する。内包球ＣＳ１は、円形状を有する平面Ｐａの中心（すなわち当該円形状の中心）を中心とし、且つ、平面Ｐａの図の横方向における幅（ここでは平面Ｐａの円形状の直径に等しい）を直径とする仮想球である。この内包球ＣＳ１は、平面Ｐａの所定方向における幅を有する基準線分ＵＬ１を内包する球であるとも表現される。
【００４８】
具体的には、まず、内包球ＣＳ１の中心ＣＣ１を注視点とするように計測用カメラの姿勢を決定する。詳細には、平面Ｐａの中心点（重心）ＣＣ１を通る法線ＢＺ１と計測用カメラの視線軸ＡＺ１とが同一軸上に配置され且つ計測用カメラの視線が被写体に向かうような姿勢が、計測時における計測用カメラの姿勢として決定される。言い換えれば、平面Ｐａの計測時における計測用カメラの姿勢は、計測用カメラの視線軸ＡＺ１と平面Ｐａとの交点（ここでは平面Ｐａの中心）ＣＣ１における平面Ｐａの法線が、視線軸ＡＺ１に対して同一方向に配置されるように決定される。
【００４９】
また、コントローラ３０の決定部３５は、計測用カメラの位置を次のように決定する。具体的には、平面Ｐａの中心点ＣＣ１を通る法線ＢＺ１上の位置であって、計測用カメラと内包球ＣＳ１の中心との間の距離Ｌが、計測用カメラの画角θと内包球の半径ｒとを用いて表現される次の値、すなわち（ｒ／ｓｉｎ（θ／２））となるような位置に決定する。この値は、ｒ／Ｌ＝ｓｉｎ（θ／２）の幾何学的関係を満たす値として算出される。ただし、画角θは、計測用カメラの焦点距離等によって決定される値であり、０〜１８０度の範囲の値である。
【００５０】
このような位置および姿勢によれば、計測対象物を的確に計測用カメラの視野内に収めることができる。特に、内包球ＣＳ１が計測用カメラの視野内に丁度収まるように、（詳細には、計測用カメラの矩形状の視野領域を規定する４辺のうち対向する２辺に内包球ＣＳ１が接するように、）計測用カメラの位置および姿勢が決定されているので、計測対象物に関する画像は、計測対象物のうち平面Ｐａが計測用カメラの視野内において大きく写された状態で取得される。なお、計測対象物における平面Ｐａは、最初に特定されたプリミティブに相当する部分であるとも表現される。
【００５１】
その後、ステップＳＰ４において、コントローラ３０は、ステップＳＰ３で求めた位置および姿勢を実現するための各駆動変位の目標変位を求め、当該目標変位を実現するための駆動指令を駆動用アーム２０に対して送出する。そして、目標変位が実現されると、計測ユニット１０による３次元位置計測が行われる。すなわち、計測ユニット１０は、レーザ光出射部１２からのレーザ光を出射するとともにその反射光を計測用カメラ１１で受光して撮影画像を取得する。
【００５２】
その後、計測ユニット１０は、計測対象物の表面の３次元座標値を光切断法を用いて算出する。これにより、平面Ｐａ上の各格子点における３次元座標値が算出される。
【００５３】
そして、算出された３次元座標値はコントローラ３０に出力され、コントローラ３０の座標変換部３２は、カメラ座標系による３次元座標値をベース座標系による３次元座標値へと変換する。変換後のベース座標系による３次元座標値は、コントローラ３０内の記憶部３６に記憶される。
【００５４】
以上のようにして、１つ目のプリミティブである平面Ｐａに関する計測動作が行われる。
【００５５】
その後、１つ目のプリミティブに関する計測動作が終了したことが判定（ステップＳＰ６）され、さらに、計測未完了のプリミティブが残存していることが判定（ステップＳＰ７）されると、再び、ステップＳＰ２に戻り、２つ目のプリミティブである平面Ｐｂを処理対象として特定した後、同様に、２つ目のプリミティブである平面Ｐｂに関する計測動作等（ステップＳＰ３〜ＳＰ５）が行われる。これによって、２つ目のプリミティブである平面Ｐｂに関する計測動作が行われる。
【００５６】
なお、平面Ｐｂに関する計測動作においては、計測用カメラは図６のように部品６１の下側に移動する。具体的には、平面Ｐｂの計測時における計測用カメラの位置は、平面Ｐｂの中心点ＣＣ２を通る外向き法線ＢＺ２上の位置であって、計測用カメラと内包球ＣＳ２の中心との間の距離Ｌが、計測用カメラの画角θと内包球ＣＳ２の半径ｒとを用いて表現される値（ｒ／ｓｉｎ（θ／２））となるように決定される。また、平面Ｐｂの計測時における計測用カメラの姿勢は、計測用カメラの視線軸ＡＺ２と平面Ｐｂとの交点（ここでは平面Ｐｂの中心）ＣＣ２における平面Ｐｂの法線が、視線軸ＡＺ２に対して同一方向に配置されるように決定される。内包球ＣＳ２は、円形状を有する平面Ｐｂの中心点ＣＣ２を中心とし、且つ、平面Ｐｂの図６の横方向における幅を有する基準線分ＵＬ２を内包する仮想球である。
【００５７】
このような位置および姿勢によれば、計測対象物を的確に計測用カメラの視野内に収めることができる。また、計測対象物に関する画像は、計測対象物のうち平面Ｐｂが計測用カメラの視野内において大きく写された状態で取得される。なお、計測対象物における平面Ｐｂは、２番目に特定されたプリミティブに相当する部分であるとも表現される。
【００５８】
以上の処理によって両方のプリミティブ（すなわち平面Ｐａ，Ｐｂ）に関する３次元データが得られたことが判定（ステップＳＰ７）されると、次に検査動作が行われる（ステップＳＰ８）。この検査動作においては、アノテーション情報に含まれるデータ、具体的には、設計値と公差とに関するデータを利用する。
【００５９】
図７は、計測動作によって得られた３次元データを表す概念図である。図７においては、上面Ｐａ上の各点と底面Ｐｂ上の各点とを図の横方向に展開してそれぞれ一列に並べた様子を示している。また、図７の縦方向はＺ軸方向（円柱の高さ方向）に対応する。
【００６０】
コントローラ３０の検査部３７は、上面Ｐａ上の各点のＺ座標と、底面Ｐｂ上の各点のＺ座標とを対応点相互間で比較し、その差Ｓｉを求める。そして、全ての差Ｓｉが設計値に対して公差の範囲内に収まっていると判定される場合に、当該部品６１の面間距離Ｓが指示通りに仕上げられている旨を判定する。具体的には、各Ｓｉが、いずれも、（１００．０−０．５）≦Ｓｉ≦（１００．０＋０．５）を満たす場合に合格であると判定する。
【００６１】
以上のように、上面Ｐａと底面Ｐｂとの面間距離Ｓに関する検査動作が行われる。
【００６２】
このような態様によれば、３次元ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報Ｓに基づいて、計測対象物のプリミティブ（平面Ｐａ，Ｐｂ）が特定され（ステップＳＰ２）、計測対象物のうち、特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢が自動的に決定される。したがって、計測対象物の中から計測すべき部分が適切に選択され、当該部分を撮影するための撮影位置および姿勢が自動的に決定される。このように、計測時の計測位置および姿勢を容易に決定し、３次元計測における操作性を向上させることができる。
【００６３】
なお、上記実施形態においては、内包球の直径を、円形状を有する平面Ｐａの直径の設計値に設定していたが、これに限定されない。たとえば、内包球の直径を、設計値に対して誤差α（たとえば数パーセント程度の誤差）を含む大きな値（端的に言えば若干大きめの値）に設定するようにしてもよい。すなわち、平面Ｐａの所定方向における幅（すなわち、平面Ｐａの円形状の直径）に調整用の値αを加えた幅を有する基準線分を内包する内包球を用いて計測用カメラの位置および姿勢を決定するようにしてもよい。
【００６４】
＜２．第２実施形態＞
上記第１実施形態においては、円柱形成物の面間距離の検査を行う場合について説明したが、この第２実施形態においては、円柱形状物の径（直径）の検査を行う場合について説明する。より詳細には、円柱側面上の各点の３次元座標値を用いることによって、円柱の中心軸に直交する各断面における直径が所定の条件を満たすように、当該円柱形状部品が加工されているか否かを検査する場合を例示する。
【００６５】
この第２実施形態は、第１実施形態とほぼ同様の構成等を有しており、以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６６】
図８は、この第２実施形態での検査対象となる部品６２を示す図であり、図９は、部品６２について設計段階で入力されたアノテーション情報を示す図である。
【００６７】
図９に示すように、このアノテーション情報には、アノテーション情報名＝Ｒｃ、種類＝円柱直径、第１要素＝円柱側面Ｓｃ、第２要素＝なし、設計値（ｍｍ）＝３０、公差＋（ｍｍ）＝０、公差−（ｍｍ）＝−０．２、を表す値を有している。すなわち、このアノテーション情報は、円柱側面Ｓｃを有する円柱の直径に関する情報であること示すとともに、当該円柱直径の設計値は３０ｍｍであり、当該設計値に関する公差は＋０，−０．２であることを示している。
【００６８】
この第２実施形態における動作も図３のフローチャートで示される動作と同様である。以下、図３を参照しながら説明する。
【００６９】
まず、ステップＳＰ１（図３）において、コントローラ３０の検索部３３は、計測対象物に関するアノテーション情報を、３次元ＣＡＤデータの中から検索して取得する。ここでは、図９のアノテーション情報Ｒｃの内容が取得され、円柱側面Ｓｃを有する円柱の直径Ｒｃを検査することが決定される。
【００７０】
次に、ステップＳＰ２において、コントローラ３０の特定部３４は、アノテーション情報Ｓに基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する。図９に示すように、アノテーション情報Ｒｃには１つのプリミティブ、具体的には、円柱側面Ｓｃが含まれ、この円柱側面Ｓｃがプリミティブとして特定される。
【００７１】
ステップＳＰ３において、コントローラ３０は、特定されたプリミティブに相当する部分を、画面内に収めて撮影することが可能となるように、計測用カメラの位置および姿勢を決定する。
【００７２】
図１０は、測定用カメラの位置および姿勢の決定動作を説明するための概念図である。ここでは、図１に示すように、計測対象物である円柱は、その上面および底面がそれぞれ床面に対して平行となるように固定されて保持されているものとする。図１０は、このような保持状態を示す上面図である。
【００７３】
コントローラ３０の決定部３５は、円柱側面を側方から撮影することによって、円柱側面の計測動作を行うことを決定し、計測動作時の計測用カメラの位置および姿勢を決定する。具体的には、プリミティブである円柱側面Ｓｃ（より詳細には円柱側面Ｓｃに関する基準線分ＵＬ４等）を内包する内包球ＣＳ５を想定し、この内包球ＣＳ５を視野内に収めるように計測用カメラの位置および姿勢を決定する。ここで、内包球ＣＳ５は、点ＣＣ５を中心とし、次述する直径を有する球である。なお、図１１に示すように、点ＣＣ５は、円柱側面Ｓｃを有する円柱の中心軸ＢＺ３と当該円柱を高さ方向に二等分する平面Ｐｒとの交点である。
【００７４】
また、この実施形態においては、円柱側面Ｓｃの幅Ｒｃをそのまま内包球ＣＳ５の直径として決定するのではなく、円柱側面Ｓｃの幅Ｒｃに調整用の値αを加えた値（Ｒｃ＋α）を基準線分ＵＬ４の長さであるとして定め、この基準線分ＵＬ４の長さを内包球ＣＳ５の直径として決定する。調整用の値αは、撮影画面上において、円柱側面領域に対する余白領域を設けるための値であり、たとえば、ゼロ以上、且つ、直径Ｒｃの数パーセントの値以下の適宜の値に設定される。すなわち、内包球ＣＳ５は、円柱側面Ｓｃの所定方向における幅（ここでは当該円柱側面Ｓｃを側方からみたときの円柱の横方向における幅、すなわち円柱上面の円の直径Ｒｃに等しい）に調整用の値αを加えた幅を有する基準線分ＵＬ４を内包する球である。この内包球ＣＳ５は、基準線分ＵＬ４を直径とする仮想球であるとも表現される。
【００７５】
また、円柱側面の計測動作は円柱側面を側方から撮影する動作を伴うため、反対側の円柱側面部分を撮影すること即ち計測することができない。そこで、この実施形態においては、複数（ここでは４つ）の位置（Ｍ１〜Ｍ４）からの計測動作を繰り返すことによって、全周にわたる円柱表面上の各点の３次元座標値を求める。言い換えれば、円柱上面側からみた内包球の中心角を９０度ずつの複数（４つ）の範囲に区分し、各区分領域に対応する部分ごとに、計測用カメラの位置および姿勢を決定し、複数回（４回）の撮影動作を行う。
【００７６】
まず、第１の計測位置姿勢Ｍ１を求める。具体的には、計測用カメラの姿勢は、内包球ＣＳ５の中心ＣＣ５を注視点とするように決定される。より詳細には、計測用カメラの姿勢は、計測用カメラの視線軸ＡＺ１１と円柱側面Ｓｃとの交点ＣＰ１１における円柱側面Ｓｃの法線ＢＺ１１が視線軸ＡＺ１１に対して同一方向に配置されるように決定される。また、計測用カメラの位置は、計測用カメラと内包球ＣＳ５の中心との間の距離Ｌが計測用カメラの画角θと内包球ＣＳ５の半径ｒとを用いて表現される値（ｒ／ｓｉｎ（θ／２））となるように決定される。第１の計測位置姿勢Ｍ１における位置は、このような関係を満たすいずれかの位置、より詳細には平面Ｐｒと内包球との交線である円上のいずれかの位置に決定される。
【００７７】
そして、第１の計測位置姿勢Ｍ１による計測動作等が行われる。具体的には、まず駆動用アーム２０が駆動されて第１の計測位置姿勢Ｍ１が実現され、計測ユニット１０による３次元位置計測が行われる（ステップＳＰ４）。また、計測ユニット１０は、計測対象物の表面の３次元座標値を光切断法を用いて算出し、コントローラ３０は、計測ユニット１０から送出されてきたカメラ座標系による３次元座標値をベース座標系による３次元座標値へと変換して記憶する（ステップＳＰ５）。
【００７８】
図１０に示すように、第１の計測位置姿勢Ｍ１による撮影によって、画角θの撮影領域に含まれる円柱側面（中心角度（π−θ）に対応する弧面領域）が撮影されることになるが、円柱側面の周辺部においては当該周辺部の面法線ＤＲと計測用カメラの視線軸ＡＺ１１との間の角度が大きくなり、データの精度が低下する。そのため、画面全体のうち周辺部を除いた一部領域を計測可能範囲として設定することが好ましい。
【００７９】
そこで、この実施形態においては、円柱側面（非平面）のうち、その法線ＢＺ１０と計測用カメラの視線ＡＺ１１との間の角度が所定値（ここでは４５度）以内となる部分を１回の撮影動作による計測対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢を決定する。なお、本願では、２直線相互間の角度を０度〜９０度で表現するものとする。また、この決定動作は、中心角度（π−θ）よりも小さな所定の角度に対応する弧面領域Ｓａ（図１１参照）を計測可能範囲として設定するものであるとも表現される。たとえばθ＝６０度と仮定すると、１２０度（＝１８０度−６０度）よりも小さな中心角度９０度に対応する弧面領域Ｓａ（図１１参照）が計測可能範囲として設定されることになる。
【００８０】
この結果、図１１に示すように、円柱側面Ｓｃの全周のうち１／４に相当する弧面領域（斜線領域）Ｓａの３次元位置データが取得される。
【００８１】
その後、このプリミティブに関する計測動作が未だ終了していないことが判定（ステップＳＰ６）されると、再びステップＳＰ３に戻る。
【００８２】
ステップＳＰ３では、次の計測位置姿勢、すなわち、第２の計測位置姿勢Ｍ２が求められる。この第２の計測位置姿勢Ｍ２における「位置」は、計測用カメラが平面Ｐｒ上において中心点ＣＣ５を中心にして時計回りに所定角度（ここでは９０度）回転した位置となり、第２の計測位置姿勢Ｍ２における「姿勢」は、計測用カメラの新たな視線軸ＡＺ１２が同様に内包球の中心ＣＣ５へと向かうように決定される。換言すれば、新たな計測位置姿勢Ｍ２は、中心点ＣＣ５との関係については第１の計測位置姿勢Ｍ１と同様の関係を維持しつつ、第１の計測位置姿勢Ｍ１から中心点ＣＣ５回りに９０度回転した状態となる。なお、計測用カメラと内包球ＣＳ５の中心点ＣＣ５との間の距離Ｌは同じ値に維持される。
【００８３】
そして、ステップＳＰ４，ＳＰ５において、第２の計測位置姿勢Ｍ２による計測動作等が行われる。その後、未だこのプリミティブに関する計測動作が終了していないことが判定（ステップＳＰ６）されると、再びステップＳＰ３に戻る。
【００８４】
さらに、ステップＳＰ３では、次の計測位置姿勢、すなわち、第３の計測位置姿勢Ｍ３が求められる。第３の計測位置姿勢Ｍ３は、中心点ＣＣ５との関係については第１の計測位置姿勢Ｍ１と同様の関係を維持しつつ、第１の計測位置姿勢Ｍ１から中心点ＣＣ５回りに１８０度回転した状態となる。
【００８５】
そして、ステップＳＰ４，ＳＰ５において、第３の計測位置姿勢Ｍ３による計測動作等が行われ、未だこのプリミティブに関する計測動作が終了していないことが判定（ステップＳＰ６）されると、再びステップＳＰ３に戻る。
【００８６】
さらに、ステップＳＰ３では、最後の計測位置姿勢、すなわち、第４の計測位置姿勢Ｍ４が求められる。第４の計測位置姿勢Ｍ４は、中心点ＣＣ５との関係については第１の計測位置姿勢Ｍ１と同様の関係を維持しつつ、第１の計測位置姿勢Ｍ１から中心点ＣＣ５回りに２７０度回転した状態となる。
【００８７】
そして、ステップＳＰ４，ＳＰ５において、第４の計測位置姿勢Ｍ４による計測動作等が行われ、このプリミティブに関する計測動作が終了したことが判定（ステップＳＰ６）されると、ステップＳＰ７に進む。さらに、ステップＳＰ７において、このプリミティブ（すなわち円柱側面Ｓｃ）に関する計測動作が終了したことが判定されると、ステップＳＰ８に進み、検査動作が行われる。
【００８８】
この検査動作においては、アノテーション情報に含まれるデータ、具体的には、設計値と公差とに関するデータが利用される。
【００８９】
図１２は、計測動作によって得られた３次元データを表す概念図である。図１２においては、円柱の中心軸ＢＺ３に直交する一断面における円柱側面上の点が配置されている。なお、他の断面についても同様の３次元データが得られている。
【００９０】
図１２においては、半径（（Ｒｃ＋ｄ１）／２）の円Ｒａと、半径（（Ｒｃ−ｄ２）／２）の円Ｒｂとを想定している。ここで、値ｄ１は＋側の公差の値（絶対値）であり、値ｄ２は−側の公差の値（絶対値）である。また、両円Ｒａ，Ｒｂの中心は、いずれも、各断面とＺ軸ＢＺ３との交点である。また、実線Ｄ２は、得られた円柱側面の３次元データを表している。なお、図１２においては、円柱側面の半径方向における位置の相違が実際よりも誇張されて表現されている。
【００９１】
そして、コントローラ３０の検査部３７は、或る断面において、取得された円柱側面に関する３次元座標値が両円Ｒａ，Ｒｂの間に存在する場合には当該断面について合格であると判定する。そして、同様の動作を繰り返し、全ての断面において合格であると判定されれば、円柱直径の検査結果を合格として判定する。
【００９２】
以上のような態様によれば、３次元ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報Ｒｃに基づいて、計測対象物のプリミティブ（円柱側面Ｓｃ）が特定され（ステップＳＰ２）、計測対象物のうち、特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢が自動的に決定される（ステップＳＰ３）。したがって、計測時の計測位置および姿勢を容易に決定し、３次元計測における操作性を向上させることができる。
【００９３】
＜３．第３実施形態＞
この第３実施形態においては、穴の直径の検査を行う場合について説明する。より詳細には、穴が設けられた平面上の各点の３次元座標値を用いることによって、当該穴の直径が所定の条件を満たすように当該穴が加工されているか否かを検査する場合を例示する。
【００９４】
この第３実施形態は、第１実施形態とほぼ同様の構成等を有しており、以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００９５】
図１３は、この第３実施形態での検査対象となる部品６３を示す図であり、図１４は、部品６３について設計段階で入力されたアノテーション情報を示す図である。
【００９６】
図１４に示すように、このアノテーション情報には、アノテーション情報名＝Ｒｈ、種類＝穴の直径、第１要素＝平面Ｐｈ、第２要素＝なし、設計値（ｍｍ）＝２０、公差＋（ｍｍ）＝＋０．２、公差−（ｍｍ）＝０、を表す値を有している。すなわち、このアノテーション情報は、平面Ｐｈに設けられた穴の直径に関する情報であること示すとともに、当該穴の直径の設計値は２０ｍｍであり、当該設計値に関する公差は＋０．２，−０であることを示している。
【００９７】
この第３実施形態における動作も図３のフローチャートと同様である。以下、図３を参照しながら説明する。
【００９８】
まず、ステップＳＰ１（図３）において、コントローラ３０の検索部３３は、計測対象物に関するアノテーション情報を、３次元ＣＡＤデータの中から検索して取得する。ここでは、図１４のアノテーション情報Ｒｈの内容が取得され、平面Ｐｈに設けられた穴の直径Ｒｈを検査することが決定される。
【００９９】
次に、ステップＳＰ２において、コントローラ３０の特定部３４は、アノテーション情報Ｒｈに基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する。図１４に示すように、アノテーション情報Ｒｈには１つのプリミティブ、具体的には、穴を有する平面Ｐｈが含まれ、この平面Ｐｈがプリミティブとして特定される。
【０１００】
ステップＳＰ３において、コントローラ３０は、特定されたプリミティブに相当する部分を画面内に収めて撮影することが可能となるように、計測用カメラの位置および姿勢を決定する。以下では、平面Ｐｈ上における穴の直径を、この平面Ｐｈを上方から撮影することなどによって計測する場合を例示する。
【０１０１】
図１５および図１６は、計測用カメラの位置および姿勢の決定動作を説明するための概念図である。ここでは、図１５に示すように、計測対象物である部品６３は、その上面および底面がそれぞれ床面に対して平行となるように固定されて保持されているものとする。図１６は、このような保持状態を示す側面面である。
【０１０２】
コントローラ３０の決定部３５は、プリミティブである平面Ｐｈ（より詳細には平面Ｐｈにおける基準線分ＵＬ７）を内包する内包球ＣＳ７を想定し、この内包球ＣＳ７を視野内に収めるように計測用カメラの位置および姿勢を決定する。ここで、内包球ＣＳ７は、平面Ｐｈの中心（ここでは当該平面Ｐｈの重心）ＣＣ７を中心とし、平面Ｐｈの所定方向における幅（ここでは正方形状を有する平面Ｐｈの１辺の長さに等しい）を直径とする仮想球である。この内包球ＣＳ７は、平面Ｐｈの所定方向における幅を有する基準線分ＵＬ７を内包する球であるとも表現される。なお、点ＣＣ７は、穴の中心軸ＢＺ７と平面Ｐｈとの交点でもある。
【０１０３】
計測用カメラの計測位置および姿勢は次のようにして求められる。具体的には、計測用カメラの姿勢は、計測用カメラの視線軸ＡＺ２０が内包球の中心ＣＣ７へと向かうように決定される。また、計測用カメラの位置は、計測用カメラと内包球ＣＳ７の中心との間の距離Ｌが計測用カメラの画角θと内包球ＣＳ７の半径ｒとを用いて表現される値（ｒ／ｓｉｎ（θ／２））となるように決定される。
【０１０４】
そして、この位置および姿勢による計測動作等が行われる。具体的には、まず駆動用アーム２０が駆動されて図１６に示すような位置および姿勢が実現され、計測ユニット１０による３次元位置計測が行われる（ステップＳＰ４）。また、計測ユニット１０は、計測対象物の表面の３次元座標値を光切断法を用いて算出し、コントローラ３０は、計測ユニット１０から送出されてきたカメラ座標系による３次元座標値をベース座標系による３次元座標値へと変換して記憶する（ステップＳＰ５）。
【０１０５】
そして、全プリミティブ（すなわち平面Ｐｈ）に関する計測動作が終了したことが判定（ステップＳＰ６，ＳＰ７）されると、ステップＳＰ８に進み、検査動作が行われる。
【０１０６】
この検査動作においては、アノテーション情報に含まれるデータ、具体的には、設計値と公差とに関するデータが利用される。
【０１０７】
穴の直径に関する検査は、上述した円柱直径と同様の手法を用いて行うことができる。ただし、円柱直径においては複数の断面を想定したが、ここでは１つの平面Ｐｈ上における穴の直径についてのみ検査を行うものとする。
【０１０８】
以上のような態様によれば、３次元ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報Ｒｈに基づいて、計測対象物のプリミティブ（穴を有する平面Ｐｈ）が特定され（ステップＳＰ２）、計測対象物のうち、特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢が自動的に決定される（ステップＳＰ３）。したがって、計測時の計測位置および姿勢を容易に決定し、３次元計測における操作性を向上させることができる。
【０１０９】
＜４．その他＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
【０１１０】
たとえば、上記実施形態においては、３次元ＣＡＤデータに単一のアノテーション情報のみが含まれる場合について説明しているが、これに限定されず、複数のアノテーション情報が含まれる場合にも適用可能である。２つ目以降のアノテーション情報に対しても、ステップＳＰ１〜ＳＰ８の動作等を繰り返して行えばよい。
【０１１１】
また、上記実施形態においては、単一の部品で構成される計測対象物を計測する場合を例示したが、これに限定されない。たとえば、複数の部品で構成される計測対象物を計測する場合にも本発明を適用することができる。特に、大きな計測対象物における小さな一部分を計測する場合においても、アノテーション情報からプリミティブを特定することなどによって、適切に当該小さな一部分を計測するための撮影位置および姿勢を的確に決定することが可能になる。
【０１１２】
さらに、上記実施形態においては、コントローラ３０が３次元ＣＡＤのデータの中から、計測対象のアノテーション情報を自動的に検索して決定する場合を例示したが、これに限定されない。たとえば、ユーザの操作入力によって計測対象物に関するアノテーション情報の指定を受け付けるようにしてもよい。具体的には、コントローラ３０の表示部５に所定の入力画面を表示し、当該入力画面に表示された複数のアノテーション情報の中から、所望のアノテーション情報を計測対象として指定するようにすればよい。
【０１１３】
また、上記実施形態においては、各種寸法情報に対する合格判定手法を例示したが、合格判定の手法は上述のものに限定されず、様々な手法を用いることができる。たとえば、第１実施形態においては、全ての差Ｓｉが設計値に対して公差の範囲内に収まっていることを検査における合格条件として設定する場合を例示しているが、これに限定されず、上面Ｐａの各点のＺ座標値の平均値と底面Ｐｂの各点のＺ座標値の平均値との差が、設計値に対して公差の範囲内に収まっていることを合格条件として設定するようにしてもよい。あるいは、第２および第３実施形態において、中心点を挟んで対向する点同士の距離Ｄｉを仮想的な直径とみなし、当該距離Ｄｉが、全ての対応点の組合せについて、設計値に対する公差の範囲内であることを合格条件として設定するようにしてもよい。
【０１１４】
さらに、上記実施形態においては、主に等方性を有するプリミティブについて内包球を求める場合を例示したが、異方性を有するプリミティブについても同様の処理を施すことができる。具体的には、プリミティブ（の撮影対象面）の縦横比Ｒ１（＝縦方向の長さ／横方向の長さ）と、撮影カメラの画面の縦横比Ｒ２（＝縦方向の長さ／横方向の長さ）とを比較し、縦方向および横方向のうちいずれの方向に伸びる基準線分を基準にするかを決定する。詳細には、Ｒ１＜Ｒ２のときには横方向の基準線分を基準にすることを決定し、Ｒ１＞Ｒ２のときには縦方向の基準線分を基準にすることを決定する。そして、決定された方向におけるプリミティブの幅を有する基準線分を内包する内包球を想定すればよい。
【０１１５】
また、上記実施形態においては、カメラ座標系で表現された計測対象物の３次元座標値を計測ユニット１０内で予め算出し、その後コントローラ３０に転送してベース座標系による３次元座標値に変換する場合について例示したが、これに限定されない。たとえば、カメラ座標系で表現された計測対象物の３次元座標値をもコントローラ３０で算出するようにしてもよい。
【０１１６】
さらに、上記実施形態においては、６自由度を有する駆動用アーム２０を例示しているが、これに限定されず、駆動用アームの自由度は、必要に応じて７以上の値であってもよく５以下の値であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】３次元計測システムを示す概略図である。
【図２】コントローラの機能ブロックを示す図である。
【図３】計測対象物に関する検査動作を示すフローチャートである。
【図４】アノテーション情報を構成するデータ構造の一例を示す図である。
【図５】円柱形状の部品を示す斜視図である。
【図６】計測用カメラの位置および姿勢の決定動作を説明する概念図である。
【図７】計測動作によって得られた３次元データを表す概念図である。
【図８】第２実施形態での検査対象となる部品を示す図である。
【図９】第２実施形態での検査対象部品のアノテーション情報を示す図である。
【図１０】計測用カメラの位置および姿勢の決定動作を説明する概念図である
【図１１】或る計測位置姿勢における計測可能範囲を示す図である。
【図１２】計測動作によって得られた３次元データを表す概念図である。
【図１３】第３実施形態での検査対象となる部品を示す図である。
【図１４】第３実施形態での検査対象部品のアノテーション情報を示す図である。
【図１５】計測用カメラの位置および姿勢の決定動作を説明する概念図である。
【図１６】計測用カメラの位置および姿勢の決定動作を説明する概念図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１ ３元計測システム
１０ 計測ユニット
２０ 駆動用アーム
３０ コントローラ
３１ ３次元ＣＡＤ
６１，６２，６３ 円柱形状部品（計測対象物）
ＡＺ１，ＡＺ２，ＡＺ１１，ＡＺ１２，ＡＺ２０ 視線軸
ＢＺ１，ＢＺ２ 法線
ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ５，ＣＳ７ 内包球
Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｈ，Ｓｃ プリミティブ
Ｒｃ，ＲＨ，Ｓ アノテーション情報
θ 画角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元計測システム（特に画像式の３次元計測システム）およびそれに関連する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工部品等が要求寸法（設計寸法）通りに出来ているか否かなどを調べるため、３次元計測システムが用いられることがある。３次元計測システムを用いれば、加工品の加工精度等を正確に計測することができる。
【０００３】
このような３次元計測システムとしては、たとえば、光切断法等を用いた画像式の計測システムなどが存在する。光切断法は、照射レーザ光の撮影画像に基づいて、三角測量の原理を用いて当該撮影画像内の各点の３次元位置を求める手法である。なお、３次元計測システムとしては、プローブ等を検査対象物に接触させていくことによって検査対象物の形状を計測する接触式のものも存在するが、光切断法等を用いた画像式の３次元計測システムは、接触式のものに比べて、非接触式であることに起因して様々な利点を有している。
【０００４】
なお、３次元計測に係る技術としては、特許文献１などが存在する。ただし、特許文献１に記載の３次元計測技術は画像式の計測技術に関するものではない。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１９０５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、画像式の３次元計測システムの計測者は、カメラ等を有する計測部の位置および姿勢を手動操作によって試行錯誤で決定することを要求される。そのため、当該システムの操作性は必ずしも十分なものではない。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、３次元計測時の計測位置および姿勢を容易に決定し、３次元計測における操作性を向上させることが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべく、請求項１の発明は、３次元計測システムであって、計測用カメラを含む画像式の３次元計測手段と、ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する特定手段と、前記計測対象物のうち、前記特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、前記計測用カメラの位置および姿勢を決定する決定手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の発明に係る３次元計測システムにおいて、前記計測対象物に関する前記アノテーション情報を、前記ＣＡＤデータの中から検索して取得する検索手段、をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の発明に係る３次元計測システムにおいて、ユーザの操作入力によって前記計測対象物に関する前記アノテーション情報の指定を受け付ける指定手段、をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記決定手段は、前記特定されたプリミティブの所定方向における幅を有する基準線分を内包する内包球を用いて前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記決定手段は、前記特定されたプリミティブの所定方向における幅に調整用の値を加えた幅を有する基準線分を内包する内包球を用いて前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項４または請求項５の発明に係る３次元計測システムにおいて、前記決定手段は、前記内包球の中心を注視点とするように前記計測用カメラの姿勢を決定することを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項６の発明に係る３次元計測システムにおいて、前記計測用カメラの姿勢は、前記計測用カメラの視線軸と前記プリミティブとの交点における前記プリミティブの法線が前記視線軸に対して同一方向に配置されるように、決定されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項４から請求項７のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記決定手段は、前記計測用カメラと前記内包球の中心との距離Ｌが、前記計測用カメラの画角θと前記内包球の半径ｒとを用いて表現される値（ｒ／ｓｉｎ（θ／２））となるように、前記計測用カメラの位置を決定することを特徴とする。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記決定手段は、前記特定されたプリミティブが平面の場合には、内包球として、前記平面の所定方向における幅を有する基準線分を内包する球、または、前記特定されたプリミティブの所定方向における幅に調整用の値を加えた幅を有する基準線分を内包する球を想定し、前記内包球を視野内に収めるように前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記決定手段は、前記プリミティブが非平面の場合には、当該非平面のうち、その法線と前記計測用カメラの視線軸との間の角度が所定値以内となる部分を１回の撮影動作による計測対象領域とするように、前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする。
【００１８】
請求項１１の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記アノテーション情報は、円柱形状物の上面と底面との相互間の面間距離情報を含み、前記特定手段は、前記円柱形状物の上面と底面とをそれぞれプリミティブとして特定することを特徴とする。
【００１９】
請求項１２の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記アノテーション情報は、円柱形状物の径情報を含み、前記特定手段は、前記円柱形状物の円柱側面をプリミティブとして特定することを特徴とする。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項１から請求項８のいずれかの発明に係る３次元計測システムにおいて、前記アノテーション情報は、平面に設けられた穴の径情報を含み、前記特定手段は、前記平面をプリミティブとして特定することを特徴とする。
【００２１】
請求項１４の発明は、ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する工程と、前記計測対象物のうち、前記特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、画像式３次元計測手段における計測用カメラの位置および姿勢を決定する工程とを含むことを特徴とする。
【００２２】
請求項１５の発明は、コンピュータに、ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する工程と、前記計測対象物のうち、前記特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、画像式３次元計測手段における計測用カメラの位置および姿勢を決定する工程とを実行させるためのプログラムであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１から請求項１５に記載の発明によれば、計測対象物のうちアノテーション情報に基づいて特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢が決定されるので、計測時の計測位置および姿勢を容易に決定し３次元計測における操作性を向上させることができる。
【００２４】
特に、請求項２に記載の発明によれば、アノテーション情報が自動的に検索されるので、計測の自動化を一層促進させることができる。
【００２５】
また、請求項４に記載の発明によれば、計測対象物を計測用カメラの視野内に収め且つ当該視野内で大きく撮影することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
＜１．第１実施形態＞
＜システム構成概要＞
図１は、第１実施形態に係る３次元計測システム１を示す概略図である。図１に示すように、３次元計測システム１は、計測ユニット１０と駆動用アーム２０とコントローラ３０とを備える。
【００２８】
計測ユニット１０は、非接触式の３次元計測ユニットであり、より具体的には、光切断法を用いた画像式の３次元計測ユニットである。光切断法は、照射レーザ光の撮影画像に基づいて、三角測量の原理を用いて当該撮影画像内の各点の３次元位置のデータを求める手法である。また、計測ユニット１０は、計測用カメラ（ＣＣＤカメラ）１１とレーザ光出射部１２と位置算出部１３とを有している（図２参照）。計測ユニット１０は、レーザ光出射部１２からスリット状のレーザ光を計測対象物に対して照射し、その反射光を計測用カメラ１１で受光し、当該レーザ光が照射された状態の計測対象物の画像を計測用カメラ１１で撮影する。位置算出部１３は、三角測量の原理を用いて被写体との距離を画面内の各位置において算出する。これによって、計測対象物の表面の３次元座標値が算出される。また、算出された３次元座標値はコントローラ３０に出力される。なお、位置算出部１３で算出される３次元座標値はカメラ座標系で表現された値である。
【００２９】
駆動用アーム２０は、その先端部に計測ユニット１０を装着する。駆動用アーム２０は、複数の自由度を有するアームであり、先端部に装着された計測ユニット１０の位置および姿勢を変更することができる。具体的には、駆動用アーム２０は、鉛直方向に駆動可能な１つの直動関節と水平方向に駆動可能な２つの回転関節とを有しており、計測ユニット１０の位置を３次元空間内の所定範囲の任意の位置に変更することが可能である。また、駆動用アーム２０は、さらにその手先部に３つの回転自由度を有する回転駆動部を有しており、計測ユニット１０の姿勢を所定範囲内の任意の姿勢に変更することが可能である。したがって、コントローラ３０は、計測ユニット１０の撮影位置および撮影姿勢を適宜に設定することができる。なお、駆動用アーム２０の位置および姿勢は、コントローラ３０からの指令に基づいて制御される。
【００３０】
コントローラ３０は、コンピュータシステム（以下、単に「コンピュータ」とも称する）として構成される。具体的には、当該コンピュータ（コントローラ）３０は、ＣＰＵ２と、記憶部３と、メディアドライブ４と、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの表示部５と、キーボード６ａおよびマウス６ｂなどの操作入力部６と、計測ユニット１０および駆動用アーム２０との間で情報の授受を行う入出力部７とを備えている。記憶部３は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）３ａと、ＲＡＭ（半導体メモリ）３ｂとを有している。また、メディアドライブ４は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）、フレキシブルディスク、メモリカードなどの可搬性の記録媒体９からその中に記録されている情報を読み出すことができる。
【００３１】
コントローラ３０は、記録媒体９に記録されたソフトウエアプログラム（以下、単に「プログラム」とも称する）ＰＧ（不図示）を読み込み、そのプログラムＰＧをＣＰＵ２等を用いて実行することによって、後述するような各種の機能（計測制御機能等）を実現する。なお、各機能を有するプログラムは、記録媒体９を介して供給される場合に限定されず、ＬＡＮおよびインターネットなどのネットワークを介して、このコンピュータに対して供給されてもよい。
【００３２】
図２は、コントローラ３０の機能ブロックを示す図である。図２に示すように、コントローラ３０は、３次元ＣＡＤ３１と、座標変換部３２と、検索部３３と、特定部３４と、決定部３５と、記憶部３６と、検査部３７と、制御部３８とを有している。
【００３３】
コントローラ３０は、計測ユニット１０の位置算出部１３によって算出された計測対象物の３次元座標値と、カメラ座標系およびベース座標系相互間の関係とに基づいて、計測対象物のベース座標系における３次元座標位置を算出する。ベース座標系は空間内に固定された基準となる座標系である。複数の位置および姿勢で撮影されて取得された（計測ユニット１０による）カメラ座標系による３次元座標値をそれぞれベース座標系に変換することによって、これら３次元座標値を統一的に扱うことが可能になる。この座標変換処理は、コントローラ３０内の座標変換部３２（図２）で行われる。また、得られた３次元座標値の集合すなわち３次元データは記憶部３６に格納される。そして、コントローラ３０の検査部３７は、取得された計測対象物に関する３次元データと、３次元ＣＡＤ３１のデータとを用いて、計測対象物が設計時の指示通りに加工されているか否かを検査する。
【００３４】
また、この実施形態においては、計測時における駆動用アーム２０の位置および姿勢は、計測対象物（検査対象物）の情報に基づいて、コントローラ３０によって適宜に決定される。具体的には、後に詳述するように、コントローラ３０の検索部３３は、まず、アノテーション情報（後述）を３次元ＣＡＤ３１のデータ中から検索して取得する。次に、特定部３４は、取得されたアノテーション情報に基づいて計測対象物のプリミティブを特定する。そして、決定部３５は、計測対象物のうち、特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢を決定する。
【００３５】
なお、制御部３８は、駆動用アーム２０の駆動制御を行うとともに、計測ユニット１０に対する制御動作（制御指令の送出等を含む）を行う機能部である。
【００３６】
以下では、計測ユニット１０の位置および姿勢の決定動作を詳細に説明する。ここでは、円柱形状を有する部品６１（図５参照）を計測対象物として３次元データの計測動作を行った上で、当該部品６１の良否を検査する場合を想定する。
【００３７】
＜動作概要＞
図３は、計測対象物に関する検査動作を示すフローチャートである。計測対象物としての部品６１が適宜の保持部材（不図示）によって３次元計測システム１内の適宜の位置に固定され、操作者の開始指示が上記の操作入力部６等を介して入力されると、ステップＳＰ１以降の処理が開始される。なお、正確な計測動作のためには、ステップＳＰ１に先立ってキャリブレーションを行い、計測対象物の配置状態と３次元ＣＡＤデータとの対応関係を予め求めておくことが好ましい。ここでは、ステップＳＰ１に先立ってプレ撮影動作を行い、計測対象物の位置および姿勢がＣＡＤデータ内の所定の位置および姿勢となるように、３次元ＣＡＤデータの座標系に合わせて計測対象物の実際の配置状態を調整するものとする。なお、実際の位置合わせを行う必要はなく、計測対象物の実際の配置状態と３次元ＣＡＤデータとの対応関係を求めておけば十分である。このようなキャリブレーション動作（座標系相互間における対応関係の同定動作）によって、本３次元計測システム１は、計測対象物の配置状態を３次元ＣＡＤデータに基づいてより正確に把握することが可能になる。
【００３８】
この実施形態においては、計測ユニット１０の位置および姿勢の決定動作に際して、「アノテーション情報」を利用する。ここで、アノテーション情報（注釈情報）は、３次元ＣＡＤデータに含まれる情報であり、寸法情報と公差情報とを含む情報として構成される。
【００３９】
図４は、アノテーション情報を構成するデータ構造の一例を示す図である。図４に示すように、アノテーション情報は、「アノテーション情報名」、「種類」、「第１要素（プリミティブ）」、「第２要素（プリミティブ）」、「設計値」（ｍｍ）、「公差＋」（ｍｍ）、「公差−」（ｍｍ）の各項目のデータを有している。
【００４０】
ここでは各項目のデータは、それぞれ、アノテーション情報名＝Ｓ、種類＝面間距離、第１要素＝平面Ｐａ、第２要素＝Ｐｂ、設計値（ｍｍ）＝１００、公差＋（ｍｍ）＝＋０．５、公差−（ｍｍ）＝−０．５、を表す値を有している。すなわち、このアノテーション情報は、平面Ｐａと平面Ｐｂとの間の距離（面間距離）に関する情報であること示すとともに、当該面間距離の設計値は１００ｍｍであり、当該設計値に関する公差は＋０．５，−０．５であることを示している。この実施形態においては、円柱形状部品６１の上面である平面Ｐａと底面（下面）である平面Ｐｂとの間の距離が上記の公差の範囲内に収まっていることを検査する。より詳細には、上面Ｐａ上の各点と底面Ｐｂ上の各対応点との距離の全てが、上記の公差の範囲内の値に収まっているか否かを検査する。
【００４１】
なお、このようなアノテーション情報は、設計時等に設計情報として３次元ＣＡＤにおいてデータ入力されていることが多く、そのような場合（すなわち既に設計時等に入力されている場合）には、検査目的のためだけにわざわざ入力する必要はない。
【００４２】
さて、ステップＳＰ１（図３）において、コントローラ３０の検索部３３は、計測対象物に関するアノテーション情報を、３次元ＣＡＤデータの中から検索して取得する。この後、この取得動作によって取得されたアノテーション情報に関する３次元データの計測動作、およびその計測結果と設計データとの照合による検査動作が行われることになる。すなわち、この取得動作によって、検査内容が決定されることになる。ここでは、図４のアノテーション情報の内容が取得され、平面Ｐａと平面Ｐｂとの面間距離Ｓを検査することが決定される場合を例示する。
【００４３】
次に、ステップＳＰ２において、コントローラ３０の特定部３４は、アノテーション情報Ｓに基づいて、計測対象物のプリミティブ（基本形状）を特定する。
【００４４】
図４および図５に示すように、このアノテーション情報Ｓには２つのプリミティブ、具体的には、部品６１の平面（上面）Ｐａと平面（底面）Ｐｂとが含まれる。そのため、２つのプリミティブのそれぞれについて順次に以降の動作（ステップＳＰ３〜ＳＰ５）が行われる。ここでは、まず平面Ｐａが１つ目のプリミティブとして特定されたものとする。
【００４５】
ステップＳＰ３において、コントローラ３０は、特定されたプリミティブに相当する部分を視野（画面）内に収めて撮影することが可能となるように、計測用カメラの位置および姿勢を決定する。
【００４６】
図６は、計測ユニット１０（より詳細には計測用カメラ１１）の位置および姿勢の決定動作を説明するための概念図である。ここでは、図１に示すように、部品６１は、その平面Ｐａ，Ｐｂがそれぞれ床面に対して平行となるように固定されて保持されているものとする。図６は、このような保持状態を示す側面図である。
【００４７】
コントローラ３０の決定部３５は、プリミティブである平面Ｐａ（より詳細には平面Ｐａにおける基準線分ＵＬ１）を内包する内包球ＣＳ１を想定し、この内包球ＣＳ１を用いて計測用カメラの位置および姿勢を決定する。内包球ＣＳ１は、円形状を有する平面Ｐａの中心（すなわち当該円形状の中心）を中心とし、且つ、平面Ｐａの図の横方向における幅（ここでは平面Ｐａの円形状の直径に等しい）を直径とする仮想球である。この内包球ＣＳ１は、平面Ｐａの所定方向における幅を有する基準線分ＵＬ１を内包する球であるとも表現される。
【００４８】
具体的には、まず、内包球ＣＳ１の中心ＣＣ１を注視点とするように計測用カメラの姿勢を決定する。詳細には、平面Ｐａの中心点（重心）ＣＣ１を通る法線ＢＺ１と計測用カメラの視線軸ＡＺ１とが同一軸上に配置され且つ計測用カメラの視線が被写体に向かうような姿勢が、計測時における計測用カメラの姿勢として決定される。言い換えれば、平面Ｐａの計測時における計測用カメラの姿勢は、計測用カメラの視線軸ＡＺ１と平面Ｐａとの交点（ここでは平面Ｐａの中心）ＣＣ１における平面Ｐａの法線が、視線軸ＡＺ１に対して同一方向に配置されるように決定される。
【００４９】
また、コントローラ３０の決定部３５は、計測用カメラの位置を次のように決定する。具体的には、平面Ｐａの中心点ＣＣ１を通る法線ＢＺ１上の位置であって、計測用カメラと内包球ＣＳ１の中心との間の距離Ｌが、計測用カメラの画角θと内包球の半径ｒとを用いて表現される次の値、すなわち（ｒ／ｓｉｎ（θ／２））となるような位置に決定する。この値は、ｒ／Ｌ＝ｓｉｎ（θ／２）の幾何学的関係を満たす値として算出される。ただし、画角θは、計測用カメラの焦点距離等によって決定される値であり、０〜１８０度の範囲の値である。
【００５０】
このような位置および姿勢によれば、計測対象物を的確に計測用カメラの視野内に収めることができる。特に、内包球ＣＳ１が計測用カメラの視野内に丁度収まるように、（詳細には、計測用カメラの矩形状の視野領域を規定する４辺のうち対向する２辺に内包球ＣＳ１が接するように、）計測用カメラの位置および姿勢が決定されているので、計測対象物に関する画像は、計測対象物のうち平面Ｐａが計測用カメラの視野内において大きく写された状態で取得される。なお、計測対象物における平面Ｐａは、最初に特定されたプリミティブに相当する部分であるとも表現される。
【００５１】
その後、ステップＳＰ４において、コントローラ３０は、ステップＳＰ３で求めた位置および姿勢を実現するための各駆動変位の目標変位を求め、当該目標変位を実現するための駆動指令を駆動用アーム２０に対して送出する。そして、目標変位が実現されると、計測ユニット１０による３次元位置計測が行われる。すなわち、計測ユニット１０は、レーザ光出射部１２からのレーザ光を出射するとともにその反射光を計測用カメラ１１で受光して撮影画像を取得する。
【００５２】
その後、計測ユニット１０は、計測対象物の表面の３次元座標値を光切断法を用いて算出する。これにより、平面Ｐａ上の各格子点における３次元座標値が算出される。
【００５３】
そして、算出された３次元座標値はコントローラ３０に出力され、コントローラ３０の座標変換部３２は、カメラ座標系による３次元座標値をベース座標系による３次元座標値へと変換する。変換後のベース座標系による３次元座標値は、コントローラ３０内の記憶部３６に記憶される。
【００５４】
以上のようにして、１つ目のプリミティブである平面Ｐａに関する計測動作が行われる。
【００５５】
その後、１つ目のプリミティブに関する計測動作が終了したことが判定（ステップＳＰ６）され、さらに、計測未完了のプリミティブが残存していることが判定（ステップＳＰ７）されると、再び、ステップＳＰ２に戻り、２つ目のプリミティブである平面Ｐｂを処理対象として特定した後、同様に、２つ目のプリミティブである平面Ｐｂに関する計測動作等（ステップＳＰ３〜ＳＰ５）が行われる。これによって、２つ目のプリミティブである平面Ｐｂに関する計測動作が行われる。
【００５６】
なお、平面Ｐｂに関する計測動作においては、計測用カメラは図６のように部品６１の下側に移動する。具体的には、平面Ｐｂの計測時における計測用カメラの位置は、平面Ｐｂの中心点ＣＣ２を通る外向き法線ＢＺ２上の位置であって、計測用カメラと内包球ＣＳ２の中心との間の距離Ｌが、計測用カメラの画角θと内包球ＣＳ２の半径ｒとを用いて表現される値（ｒ／ｓｉｎ（θ／２））となるように決定される。また、平面Ｐｂの計測時における計測用カメラの姿勢は、計測用カメラの視線軸ＡＺ２と平面Ｐｂとの交点（ここでは平面Ｐｂの中心）ＣＣ２における平面Ｐｂの法線が、視線軸ＡＺ２に対して同一方向に配置されるように決定される。内包球ＣＳ２は、円形状を有する平面Ｐｂの中心点ＣＣ２を中心とし、且つ、平面Ｐｂの図６の横方向における幅を有する基準線分ＵＬ２を内包する仮想球である。
【００５７】
このような位置および姿勢によれば、計測対象物を的確に計測用カメラの視野内に収めることができる。また、計測対象物に関する画像は、計測対象物のうち平面Ｐｂが計測用カメラの視野内において大きく写された状態で取得される。なお、計測対象物における平面Ｐｂは、２番目に特定されたプリミティブに相当する部分であるとも表現される。
【００５８】
以上の処理によって両方のプリミティブ（すなわち平面Ｐａ，Ｐｂ）に関する３次元データが得られたことが判定（ステップＳＰ７）されると、次に検査動作が行われる（ステップＳＰ８）。この検査動作においては、アノテーション情報に含まれるデータ、具体的には、設計値と公差とに関するデータを利用する。
【００５９】
図７は、計測動作によって得られた３次元データを表す概念図である。図７においては、上面Ｐａ上の各点と底面Ｐｂ上の各点とを図の横方向に展開してそれぞれ一列に並べた様子を示している。また、図７の縦方向はＺ軸方向（円柱の高さ方向）に対応する。
【００６０】
コントローラ３０の検査部３７は、上面Ｐａ上の各点のＺ座標と、底面Ｐｂ上の各点のＺ座標とを対応点相互間で比較し、その差Ｓｉを求める。そして、全ての差Ｓｉが設計値に対して公差の範囲内に収まっていると判定される場合に、当該部品６１の面間距離Ｓが指示通りに仕上げられている旨を判定する。具体的には、各Ｓｉが、いずれも、（１００．０−０．５）≦Ｓｉ≦（１００．０＋０．５）を満たす場合に合格であると判定する。
【００６１】
以上のように、上面Ｐａと底面Ｐｂとの面間距離Ｓに関する検査動作が行われる。
【００６２】
このような態様によれば、３次元ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報Ｓに基づいて、計測対象物のプリミティブ（平面Ｐａ，Ｐｂ）が特定され（ステップＳＰ２）、計測対象物のうち、特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢が自動的に決定される。したがって、計測対象物の中から計測すべき部分が適切に選択され、当該部分を撮影するための撮影位置および姿勢が自動的に決定される。このように、計測時の計測位置および姿勢を容易に決定し、３次元計測における操作性を向上させることができる。
【００６３】
なお、上記実施形態においては、内包球の直径を、円形状を有する平面Ｐａの直径の設計値に設定していたが、これに限定されない。たとえば、内包球の直径を、設計値に対して誤差α（たとえば数パーセント程度の誤差）を含む大きな値（端的に言えば若干大きめの値）に設定するようにしてもよい。すなわち、平面Ｐａの所定方向における幅（すなわち、平面Ｐａの円形状の直径）に調整用の値αを加えた幅を有する基準線分を内包する内包球を用いて計測用カメラの位置および姿勢を決定するようにしてもよい。
【００６４】
＜２．第２実施形態＞
上記第１実施形態においては、円柱形成物の面間距離の検査を行う場合について説明したが、この第２実施形態においては、円柱形状物の径（直径）の検査を行う場合について説明する。より詳細には、円柱側面上の各点の３次元座標値を用いることによって、円柱の中心軸に直交する各断面における直径が所定の条件を満たすように、当該円柱形状部品が加工されているか否かを検査する場合を例示する。
【００６５】
この第２実施形態は、第１実施形態とほぼ同様の構成等を有しており、以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６６】
図８は、この第２実施形態での検査対象となる部品６２を示す図であり、図９は、部品６２について設計段階で入力されたアノテーション情報を示す図である。
【００６７】
図９に示すように、このアノテーション情報には、アノテーション情報名＝Ｒｃ、種類＝円柱直径、第１要素＝円柱側面Ｓｃ、第２要素＝なし、設計値（ｍｍ）＝３０、公差＋（ｍｍ）＝０、公差−（ｍｍ）＝−０．２、を表す値を有している。すなわち、このアノテーション情報は、円柱側面Ｓｃを有する円柱の直径に関する情報であること示すとともに、当該円柱直径の設計値は３０ｍｍであり、当該設計値に関する公差は＋０，−０．２であることを示している。
【００６８】
この第２実施形態における動作も図３のフローチャートで示される動作と同様である。以下、図３を参照しながら説明する。
【００６９】
まず、ステップＳＰ１（図３）において、コントローラ３０の検索部３３は、計測対象物に関するアノテーション情報を、３次元ＣＡＤデータの中から検索して取得する。ここでは、図９のアノテーション情報Ｒｃの内容が取得され、円柱側面Ｓｃを有する円柱の直径Ｒｃを検査することが決定される。
【００７０】
次に、ステップＳＰ２において、コントローラ３０の特定部３４は、アノテーション情報Ｓに基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する。図９に示すように、アノテーション情報Ｒｃには１つのプリミティブ、具体的には、円柱側面Ｓｃが含まれ、この円柱側面Ｓｃがプリミティブとして特定される。
【００７１】
ステップＳＰ３において、コントローラ３０は、特定されたプリミティブに相当する部分を、画面内に収めて撮影することが可能となるように、計測用カメラの位置および姿勢を決定する。
【００７２】
図１０は、測定用カメラの位置および姿勢の決定動作を説明するための概念図である。ここでは、図１に示すように、計測対象物である円柱は、その上面および底面がそれぞれ床面に対して平行となるように固定されて保持されているものとする。図１０は、このような保持状態を示す上面図である。
【００７３】
コントローラ３０の決定部３５は、円柱側面を側方から撮影することによって、円柱側面の計測動作を行うことを決定し、計測動作時の計測用カメラの位置および姿勢を決定する。具体的には、プリミティブである円柱側面Ｓｃ（より詳細には円柱側面Ｓｃに関する基準線分ＵＬ４等）を内包する内包球ＣＳ５を想定し、この内包球ＣＳ５を視野内に収めるように計測用カメラの位置および姿勢を決定する。ここで、内包球ＣＳ５は、点ＣＣ５を中心とし、次述する直径を有する球である。なお、図１１に示すように、点ＣＣ５は、円柱側面Ｓｃを有する円柱の中心軸ＢＺ３と当該円柱を高さ方向に二等分する平面Ｐｒとの交点である。
【００７４】
また、この実施形態においては、円柱側面Ｓｃの幅Ｒｃをそのまま内包球ＣＳ５の直径として決定するのではなく、円柱側面Ｓｃの幅Ｒｃに調整用の値αを加えた値（Ｒｃ＋α）を基準線分ＵＬ４の長さであるとして定め、この基準線分ＵＬ４の長さを内包球ＣＳ５の直径として決定する。調整用の値αは、撮影画面上において、円柱側面領域に対する余白領域を設けるための値であり、たとえば、ゼロ以上、且つ、直径Ｒｃの数パーセントの値以下の適宜の値に設定される。すなわち、内包球ＣＳ５は、円柱側面Ｓｃの所定方向における幅（ここでは当該円柱側面Ｓｃを側方からみたときの円柱の横方向における幅、すなわち円柱上面の円の直径Ｒｃに等しい）に調整用の値αを加えた幅を有する基準線分ＵＬ４を内包する球である。この内包球ＣＳ５は、基準線分ＵＬ４を直径とする仮想球であるとも表現される。
【００７５】
また、円柱側面の計測動作は円柱側面を側方から撮影する動作を伴うため、反対側の円柱側面部分を撮影すること即ち計測することができない。そこで、この実施形態においては、複数（ここでは４つ）の位置（Ｍ１〜Ｍ４）からの計測動作を繰り返すことによって、全周にわたる円柱表面上の各点の３次元座標値を求める。言い換えれば、円柱上面側からみた内包球の中心角を９０度ずつの複数（４つ）の範囲に区分し、各区分領域に対応する部分ごとに、計測用カメラの位置および姿勢を決定し、複数回（４回）の撮影動作を行う。
【００７６】
まず、第１の計測位置姿勢Ｍ１を求める。具体的には、計測用カメラの姿勢は、内包球ＣＳ５の中心ＣＣ５を注視点とするように決定される。より詳細には、計測用カメラの姿勢は、計測用カメラの視線軸ＡＺ１１と円柱側面Ｓｃとの交点ＣＰ１１における円柱側面Ｓｃの法線ＢＺ１１が視線軸ＡＺ１１に対して同一方向に配置されるように決定される。また、計測用カメラの位置は、計測用カメラと内包球ＣＳ５の中心との間の距離Ｌが計測用カメラの画角θと内包球ＣＳ５の半径ｒとを用いて表現される値（ｒ／ｓｉｎ（θ／２））となるように決定される。第１の計測位置姿勢Ｍ１における位置は、このような関係を満たすいずれかの位置、より詳細には平面Ｐｒと内包球との交線である円上のいずれかの位置に決定される。
【００７７】
そして、第１の計測位置姿勢Ｍ１による計測動作等が行われる。具体的には、まず駆動用アーム２０が駆動されて第１の計測位置姿勢Ｍ１が実現され、計測ユニット１０による３次元位置計測が行われる（ステップＳＰ４）。また、計測ユニット１０は、計測対象物の表面の３次元座標値を光切断法を用いて算出し、コントローラ３０は、計測ユニット１０から送出されてきたカメラ座標系による３次元座標値をベース座標系による３次元座標値へと変換して記憶する（ステップＳＰ５）。
【００７８】
図１０に示すように、第１の計測位置姿勢Ｍ１による撮影によって、画角θの撮影領域に含まれる円柱側面（中心角度（π−θ）に対応する弧面領域）が撮影されることになるが、円柱側面の周辺部においては当該周辺部の面法線ＤＲと計測用カメラの視線軸ＡＺ１１との間の角度が大きくなり、データの精度が低下する。そのため、画面全体のうち周辺部を除いた一部領域を計測可能範囲として設定することが好ましい。
【００７９】
そこで、この実施形態においては、円柱側面（非平面）のうち、その法線ＢＺ１０と計測用カメラの視線ＡＺ１１との間の角度が所定値（ここでは４５度）以内となる部分を１回の撮影動作による計測対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢を決定する。なお、本願では、２直線相互間の角度を０度〜９０度で表現するものとする。また、この決定動作は、中心角度（π−θ）よりも小さな所定の角度に対応する弧面領域Ｓａ（図１１参照）を計測可能範囲として設定するものであるとも表現される。たとえばθ＝６０度と仮定すると、１２０度（＝１８０度−６０度）よりも小さな中心角度９０度に対応する弧面領域Ｓａ（図１１参照）が計測可能範囲として設定されることになる。
【００８０】
この結果、図１１に示すように、円柱側面Ｓｃの全周のうち１／４に相当する弧面領域（斜線領域）Ｓａの３次元位置データが取得される。
【００８１】
その後、このプリミティブに関する計測動作が未だ終了していないことが判定（ステップＳＰ６）されると、再びステップＳＰ３に戻る。
【００８２】
ステップＳＰ３では、次の計測位置姿勢、すなわち、第２の計測位置姿勢Ｍ２が求められる。この第２の計測位置姿勢Ｍ２における「位置」は、計測用カメラが平面Ｐｒ上において中心点ＣＣ５を中心にして時計回りに所定角度（ここでは９０度）回転した位置となり、第２の計測位置姿勢Ｍ２における「姿勢」は、計測用カメラの新たな視線軸ＡＺ１２が同様に内包球の中心ＣＣ５へと向かうように決定される。換言すれば、新たな計測位置姿勢Ｍ２は、中心点ＣＣ５との関係については第１の計測位置姿勢Ｍ１と同様の関係を維持しつつ、第１の計測位置姿勢Ｍ１から中心点ＣＣ５回りに９０度回転した状態となる。なお、計測用カメラと内包球ＣＳ５の中心点ＣＣ５との間の距離Ｌは同じ値に維持される。
【００８３】
そして、ステップＳＰ４，ＳＰ５において、第２の計測位置姿勢Ｍ２による計測動作等が行われる。その後、未だこのプリミティブに関する計測動作が終了していないことが判定（ステップＳＰ６）されると、再びステップＳＰ３に戻る。
【００８４】
さらに、ステップＳＰ３では、次の計測位置姿勢、すなわち、第３の計測位置姿勢Ｍ３が求められる。第３の計測位置姿勢Ｍ３は、中心点ＣＣ５との関係については第１の計測位置姿勢Ｍ１と同様の関係を維持しつつ、第１の計測位置姿勢Ｍ１から中心点ＣＣ５回りに１８０度回転した状態となる。
【００８５】
そして、ステップＳＰ４，ＳＰ５において、第３の計測位置姿勢Ｍ３による計測動作等が行われ、未だこのプリミティブに関する計測動作が終了していないことが判定（ステップＳＰ６）されると、再びステップＳＰ３に戻る。
【００８６】
さらに、ステップＳＰ３では、最後の計測位置姿勢、すなわち、第４の計測位置姿勢Ｍ４が求められる。第４の計測位置姿勢Ｍ４は、中心点ＣＣ５との関係については第１の計測位置姿勢Ｍ１と同様の関係を維持しつつ、第１の計測位置姿勢Ｍ１から中心点ＣＣ５回りに２７０度回転した状態となる。
【００８７】
そして、ステップＳＰ４，ＳＰ５において、第４の計測位置姿勢Ｍ４による計測動作等が行われ、このプリミティブに関する計測動作が終了したことが判定（ステップＳＰ６）されると、ステップＳＰ７に進む。さらに、ステップＳＰ７において、このプリミティブ（すなわち円柱側面Ｓｃ）に関する計測動作が終了したことが判定されると、ステップＳＰ８に進み、検査動作が行われる。
【００８８】
この検査動作においては、アノテーション情報に含まれるデータ、具体的には、設計値と公差とに関するデータが利用される。
【００８９】
図１２は、計測動作によって得られた３次元データを表す概念図である。図１２においては、円柱の中心軸ＢＺ３に直交する一断面における円柱側面上の点が配置されている。なお、他の断面についても同様の３次元データが得られている。
【００９０】
図１２においては、半径（（Ｒｃ＋ｄ１）／２）の円Ｒａと、半径（（Ｒｃ−ｄ２）／２）の円Ｒｂとを想定している。ここで、値ｄ１は＋側の公差の値（絶対値）であり、値ｄ２は−側の公差の値（絶対値）である。また、両円Ｒａ，Ｒｂの中心は、いずれも、各断面とＺ軸ＢＺ３との交点である。また、実線Ｄ２は、得られた円柱側面の３次元データを表している。なお、図１２においては、円柱側面の半径方向における位置の相違が実際よりも誇張されて表現されている。
【００９１】
そして、コントローラ３０の検査部３７は、或る断面において、取得された円柱側面に関する３次元座標値が両円Ｒａ，Ｒｂの間に存在する場合には当該断面について合格であると判定する。そして、同様の動作を繰り返し、全ての断面において合格であると判定されれば、円柱直径の検査結果を合格として判定する。
【００９２】
以上のような態様によれば、３次元ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報Ｒｃに基づいて、計測対象物のプリミティブ（円柱側面Ｓｃ）が特定され（ステップＳＰ２）、計測対象物のうち、特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢が自動的に決定される（ステップＳＰ３）。したがって、計測時の計測位置および姿勢を容易に決定し、３次元計測における操作性を向上させることができる。
【００９３】
＜３．第３実施形態＞
この第３実施形態においては、穴の直径の検査を行う場合について説明する。より詳細には、穴が設けられた平面上の各点の３次元座標値を用いることによって、当該穴の直径が所定の条件を満たすように当該穴が加工されているか否かを検査する場合を例示する。
【００９４】
この第３実施形態は、第１実施形態とほぼ同様の構成等を有しており、以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００９５】
図１３は、この第３実施形態での検査対象となる部品６３を示す図であり、図１４は、部品６３について設計段階で入力されたアノテーション情報を示す図である。
【００９６】
図１４に示すように、このアノテーション情報には、アノテーション情報名＝Ｒｈ、種類＝穴の直径、第１要素＝平面Ｐｈ、第２要素＝なし、設計値（ｍｍ）＝２０、公差＋（ｍｍ）＝＋０．２、公差−（ｍｍ）＝０、を表す値を有している。すなわち、このアノテーション情報は、平面Ｐｈに設けられた穴の直径に関する情報であること示すとともに、当該穴の直径の設計値は２０ｍｍであり、当該設計値に関する公差は＋０．２，−０であることを示している。
【００９７】
この第３実施形態における動作も図３のフローチャートと同様である。以下、図３を参照しながら説明する。
【００９８】
まず、ステップＳＰ１（図３）において、コントローラ３０の検索部３３は、計測対象物に関するアノテーション情報を、３次元ＣＡＤデータの中から検索して取得する。ここでは、図１４のアノテーション情報Ｒｈの内容が取得され、平面Ｐｈに設けられた穴の直径Ｒｈを検査することが決定される。
【００９９】
次に、ステップＳＰ２において、コントローラ３０の特定部３４は、アノテーション情報Ｒｈに基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する。図１４に示すように、アノテーション情報Ｒｈには１つのプリミティブ、具体的には、穴を有する平面Ｐｈが含まれ、この平面Ｐｈがプリミティブとして特定される。
【０１００】
ステップＳＰ３において、コントローラ３０は、特定されたプリミティブに相当する部分を画面内に収めて撮影することが可能となるように、計測用カメラの位置および姿勢を決定する。以下では、平面Ｐｈ上における穴の直径を、この平面Ｐｈを上方から撮影することなどによって計測する場合を例示する。
【０１０１】
図１５および図１６は、計測用カメラの位置および姿勢の決定動作を説明するための概念図である。ここでは、図１５に示すように、計測対象物である部品６３は、その上面および底面がそれぞれ床面に対して平行となるように固定されて保持されているものとする。図１６は、このような保持状態を示す側面面である。
【０１０２】
コントローラ３０の決定部３５は、プリミティブである平面Ｐｈ（より詳細には平面Ｐｈにおける基準線分ＵＬ７）を内包する内包球ＣＳ７を想定し、この内包球ＣＳ７を視野内に収めるように計測用カメラの位置および姿勢を決定する。ここで、内包球ＣＳ７は、平面Ｐｈの中心（ここでは当該平面Ｐｈの重心）ＣＣ７を中心とし、平面Ｐｈの所定方向における幅（ここでは正方形状を有する平面Ｐｈの１辺の長さに等しい）を直径とする仮想球である。この内包球ＣＳ７は、平面Ｐｈの所定方向における幅を有する基準線分ＵＬ７を内包する球であるとも表現される。なお、点ＣＣ７は、穴の中心軸ＢＺ７と平面Ｐｈとの交点でもある。
【０１０３】
計測用カメラの計測位置および姿勢は次のようにして求められる。具体的には、計測用カメラの姿勢は、計測用カメラの視線軸ＡＺ２０が内包球の中心ＣＣ７へと向かうように決定される。また、計測用カメラの位置は、計測用カメラと内包球ＣＳ７の中心との間の距離Ｌが計測用カメラの画角θと内包球ＣＳ７の半径ｒとを用いて表現される値（ｒ／ｓｉｎ（θ／２））となるように決定される。
【０１０４】
そして、この位置および姿勢による計測動作等が行われる。具体的には、まず駆動用アーム２０が駆動されて図１６に示すような位置および姿勢が実現され、計測ユニット１０による３次元位置計測が行われる（ステップＳＰ４）。また、計測ユニット１０は、計測対象物の表面の３次元座標値を光切断法を用いて算出し、コントローラ３０は、計測ユニット１０から送出されてきたカメラ座標系による３次元座標値をベース座標系による３次元座標値へと変換して記憶する（ステップＳＰ５）。
【０１０５】
そして、全プリミティブ（すなわち平面Ｐｈ）に関する計測動作が終了したことが判定（ステップＳＰ６，ＳＰ７）されると、ステップＳＰ８に進み、検査動作が行われる。
【０１０６】
この検査動作においては、アノテーション情報に含まれるデータ、具体的には、設計値と公差とに関するデータが利用される。
【０１０７】
穴の直径に関する検査は、上述した円柱直径と同様の手法を用いて行うことができる。ただし、円柱直径においては複数の断面を想定したが、ここでは１つの平面Ｐｈ上における穴の直径についてのみ検査を行うものとする。
【０１０８】
以上のような態様によれば、３次元ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報Ｒｈに基づいて、計測対象物のプリミティブ（穴を有する平面Ｐｈ）が特定され（ステップＳＰ２）、計測対象物のうち、特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、計測用カメラの位置および姿勢が自動的に決定される（ステップＳＰ３）。したがって、計測時の計測位置および姿勢を容易に決定し、３次元計測における操作性を向上させることができる。
【０１０９】
＜４．その他＞
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
【０１１０】
たとえば、上記実施形態においては、３次元ＣＡＤデータに単一のアノテーション情報のみが含まれる場合について説明しているが、これに限定されず、複数のアノテーション情報が含まれる場合にも適用可能である。２つ目以降のアノテーション情報に対しても、ステップＳＰ１〜ＳＰ８の動作等を繰り返して行えばよい。
【０１１１】
また、上記実施形態においては、単一の部品で構成される計測対象物を計測する場合を例示したが、これに限定されない。たとえば、複数の部品で構成される計測対象物を計測する場合にも本発明を適用することができる。特に、大きな計測対象物における小さな一部分を計測する場合においても、アノテーション情報からプリミティブを特定することなどによって、適切に当該小さな一部分を計測するための撮影位置および姿勢を的確に決定することが可能になる。
【０１１２】
さらに、上記実施形態においては、コントローラ３０が３次元ＣＡＤのデータの中から、計測対象のアノテーション情報を自動的に検索して決定する場合を例示したが、これに限定されない。たとえば、ユーザの操作入力によって計測対象物に関するアノテーション情報の指定を受け付けるようにしてもよい。具体的には、コントローラ３０の表示部５に所定の入力画面を表示し、当該入力画面に表示された複数のアノテーション情報の中から、所望のアノテーション情報を計測対象として指定するようにすればよい。
【０１１３】
また、上記実施形態においては、各種寸法情報に対する合格判定手法を例示したが、合格判定の手法は上述のものに限定されず、様々な手法を用いることができる。たとえば、第１実施形態においては、全ての差Ｓｉが設計値に対して公差の範囲内に収まっていることを検査における合格条件として設定する場合を例示しているが、これに限定されず、上面Ｐａの各点のＺ座標値の平均値と底面Ｐｂの各点のＺ座標値の平均値との差が、設計値に対して公差の範囲内に収まっていることを合格条件として設定するようにしてもよい。あるいは、第２および第３実施形態において、中心点を挟んで対向する点同士の距離Ｄｉを仮想的な直径とみなし、当該距離Ｄｉが、全ての対応点の組合せについて、設計値に対する公差の範囲内であることを合格条件として設定するようにしてもよい。
【０１１４】
さらに、上記実施形態においては、主に等方性を有するプリミティブについて内包球を求める場合を例示したが、異方性を有するプリミティブについても同様の処理を施すことができる。具体的には、プリミティブ（の撮影対象面）の縦横比Ｒ１（＝縦方向の長さ／横方向の長さ）と、撮影カメラの画面の縦横比Ｒ２（＝縦方向の長さ／横方向の長さ）とを比較し、縦方向および横方向のうちいずれの方向に伸びる基準線分を基準にするかを決定する。詳細には、Ｒ１＜Ｒ２のときには横方向の基準線分を基準にすることを決定し、Ｒ１＞Ｒ２のときには縦方向の基準線分を基準にすることを決定する。そして、決定された方向におけるプリミティブの幅を有する基準線分を内包する内包球を想定すればよい。
【０１１５】
また、上記実施形態においては、カメラ座標系で表現された計測対象物の３次元座標値を計測ユニット１０内で予め算出し、その後コントローラ３０に転送してベース座標系による３次元座標値に変換する場合について例示したが、これに限定されない。たとえば、カメラ座標系で表現された計測対象物の３次元座標値をもコントローラ３０で算出するようにしてもよい。
【０１１６】
さらに、上記実施形態においては、６自由度を有する駆動用アーム２０を例示しているが、これに限定されず、駆動用アームの自由度は、必要に応じて７以上の値であってもよく５以下の値であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】３次元計測システムを示す概略図である。
【図２】コントローラの機能ブロックを示す図である。
【図３】計測対象物に関する検査動作を示すフローチャートである。
【図４】アノテーション情報を構成するデータ構造の一例を示す図である。
【図５】円柱形状の部品を示す斜視図である。
【図６】計測用カメラの位置および姿勢の決定動作を説明する概念図である。
【図７】計測動作によって得られた３次元データを表す概念図である。
【図８】第２実施形態での検査対象となる部品を示す図である。
【図９】第２実施形態での検査対象部品のアノテーション情報を示す図である。
【図１０】計測用カメラの位置および姿勢の決定動作を説明する概念図である
【図１１】或る計測位置姿勢における計測可能範囲を示す図である。
【図１２】計測動作によって得られた３次元データを表す概念図である。
【図１３】第３実施形態での検査対象となる部品を示す図である。
【図１４】第３実施形態での検査対象部品のアノテーション情報を示す図である。
【図１５】計測用カメラの位置および姿勢の決定動作を説明する概念図である。
【図１６】計測用カメラの位置および姿勢の決定動作を説明する概念図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１ ３元計測システム
１０ 計測ユニット
２０ 駆動用アーム
３０ コントローラ
３１ ３次元ＣＡＤ
６１，６２，６３ 円柱形状部品（計測対象物）
ＡＺ１，ＡＺ２，ＡＺ１１，ＡＺ１２，ＡＺ２０ 視線軸
ＢＺ１，ＢＺ２ 法線
ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ５，ＣＳ７ 内包球
Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｈ，Ｓｃ プリミティブ
Ｒｃ，ＲＨ，Ｓ アノテーション情報
θ 画角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測用カメラを含む画像式の３次元計測手段と、
ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する特定手段と、
前記計測対象物のうち、前記特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、前記計測用カメラの位置および姿勢を決定する決定手段と、
を備えることを特徴とする３次元計測システム。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元計測システムにおいて、
前記計測対象物に関する前記アノテーション情報を、前記ＣＡＤデータの中から検索して取得する検索手段、
をさらに備えることを特徴とする３次元計測システム。
【請求項３】
請求項１に記載の３次元計測システムにおいて、
ユーザの操作入力によって前記計測対象物に関する前記アノテーション情報の指定を受け付ける指定手段、
をさらに備えることを特徴とする３次元計測システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記決定手段は、前記特定されたプリミティブの所定方向における幅を有する基準線分を内包する内包球を用いて前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記決定手段は、前記特定されたプリミティブの所定方向における幅に調整用の値を加えた幅を有する基準線分を内包する内包球を用いて前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の３次元計測システムにおいて、
前記決定手段は、前記内包球の中心を注視点とするように前記計測用カメラの姿勢を決定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項７】
請求項６に記載の３次元計測システムにおいて、
前記計測用カメラの姿勢は、前記計測用カメラの視線軸と前記プリミティブとの交点における前記プリミティブの法線が前記視線軸に対して同一方向に配置されるように、決定されていることを特徴とする３次元計測システム。
【請求項８】
請求項４から請求項７のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記決定手段は、前記計測用カメラと前記内包球の中心との距離Ｌが、前記計測用カメラの画角θと前記内包球の半径ｒとを用いて表現される値（ｒ／ｓｉｎ（θ／２））となるように、前記計測用カメラの位置を決定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記決定手段は、前記特定されたプリミティブが平面の場合には、内包球として、前記平面の所定方向における幅を有する基準線分を内包する球、または、前記特定されたプリミティブの所定方向における幅に調整用の値を加えた幅を有する基準線分を内包する球を想定し、前記内包球を視野内に収めるように前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記決定手段は、前記プリミティブが非平面の場合には、当該非平面のうち、その法線と前記計測用カメラの視線軸との間の角度が所定値以内となる部分を１回の撮影動作による計測対象領域とするように、前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項１１】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記アノテーション情報は、円柱形状物の上面と底面との相互間の面間距離情報を含み、
前記特定手段は、前記円柱形状物の上面と底面とをそれぞれプリミティブとして特定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項１２】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記アノテーション情報は、円柱形状物の径情報を含み、
前記特定手段は、前記円柱形状物の円柱側面をプリミティブとして特定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記アノテーション情報は、平面に設けられた穴の径情報を含み、
前記特定手段は、前記平面をプリミティブとして特定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項１４】
ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する工程と、
前記計測対象物のうち、前記特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、画像式３次元計測手段における計測用カメラの位置および姿勢を決定する工程と、
を含むことを特徴とする３次元計測方法。
【請求項１５】
コンピュータに、
ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する工程と、
前記計測対象物のうち、前記特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、画像式３次元計測手段における計測用カメラの位置および姿勢を決定する工程と、
を実行させるためのプログラム。
【請求項１】
計測用カメラを含む画像式の３次元計測手段と、
ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する特定手段と、
前記計測対象物のうち、前記特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、前記計測用カメラの位置および姿勢を決定する決定手段と、
を備えることを特徴とする３次元計測システム。
【請求項２】
請求項１に記載の３次元計測システムにおいて、
前記計測対象物に関する前記アノテーション情報を、前記ＣＡＤデータの中から検索して取得する検索手段、
をさらに備えることを特徴とする３次元計測システム。
【請求項３】
請求項１に記載の３次元計測システムにおいて、
ユーザの操作入力によって前記計測対象物に関する前記アノテーション情報の指定を受け付ける指定手段、
をさらに備えることを特徴とする３次元計測システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記決定手段は、前記特定されたプリミティブの所定方向における幅を有する基準線分を内包する内包球を用いて前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記決定手段は、前記特定されたプリミティブの所定方向における幅に調整用の値を加えた幅を有する基準線分を内包する内包球を用いて前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の３次元計測システムにおいて、
前記決定手段は、前記内包球の中心を注視点とするように前記計測用カメラの姿勢を決定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項７】
請求項６に記載の３次元計測システムにおいて、
前記計測用カメラの姿勢は、前記計測用カメラの視線軸と前記プリミティブとの交点における前記プリミティブの法線が前記視線軸に対して同一方向に配置されるように、決定されていることを特徴とする３次元計測システム。
【請求項８】
請求項４から請求項７のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記決定手段は、前記計測用カメラと前記内包球の中心との距離Ｌが、前記計測用カメラの画角θと前記内包球の半径ｒとを用いて表現される値（ｒ／ｓｉｎ（θ／２））となるように、前記計測用カメラの位置を決定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記決定手段は、前記特定されたプリミティブが平面の場合には、内包球として、前記平面の所定方向における幅を有する基準線分を内包する球、または、前記特定されたプリミティブの所定方向における幅に調整用の値を加えた幅を有する基準線分を内包する球を想定し、前記内包球を視野内に収めるように前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記決定手段は、前記プリミティブが非平面の場合には、当該非平面のうち、その法線と前記計測用カメラの視線軸との間の角度が所定値以内となる部分を１回の撮影動作による計測対象領域とするように、前記計測用カメラの位置および姿勢を決定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項１１】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記アノテーション情報は、円柱形状物の上面と底面との相互間の面間距離情報を含み、
前記特定手段は、前記円柱形状物の上面と底面とをそれぞれプリミティブとして特定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項１２】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記アノテーション情報は、円柱形状物の径情報を含み、
前記特定手段は、前記円柱形状物の円柱側面をプリミティブとして特定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項１３】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の３次元計測システムにおいて、
前記アノテーション情報は、平面に設けられた穴の径情報を含み、
前記特定手段は、前記平面をプリミティブとして特定することを特徴とする３次元計測システム。
【請求項１４】
ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する工程と、
前記計測対象物のうち、前記特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、画像式３次元計測手段における計測用カメラの位置および姿勢を決定する工程と、
を含むことを特徴とする３次元計測方法。
【請求項１５】
コンピュータに、
ＣＡＤデータに含まれるアノテーション情報に基づいて、計測対象物のプリミティブを特定する工程と、
前記計測対象物のうち、前記特定されたプリミティブに相当する部分を撮影対象領域とするように、画像式３次元計測手段における計測用カメラの位置および姿勢を決定する工程と、
を実行させるためのプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−２０８０９７（Ｐ２００６−２０８０９７Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８５４３（Ｐ２００５−１８５４３）
【出願日】平成１７年１月２６日（２００５．１．２６）
【出願人】（３０３０５０１６０）コニカミノルタセンシング株式会社 (175)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２６日（２００５．１．２６）
【出願人】（３０３０５０１６０）コニカミノルタセンシング株式会社 (175)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]