CN103180691A - 形状测定装置、形状测定方法、构造物的制造方法及程序 - Google Patents

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Abstract

简化对被检测物之测定区域之设定处理(教示处理)。形状测定装置，具备：检测部20，检测出具有三维形状的被检测物的表面形状；以及区域设定部58，根据在预先决定的指定区域检测出的形状测定数据，将与前述指定区域相邻的区域设定为测定区域。

Description

形状测定装置、形状测定方法、构造物的制造方法及程序
技术领域
本发明涉及形状测定装置、形状测定方法、构造物的制造方法及程序。
背景技术
在测定被检测物的三维形状的形状测定装置(坐标测定装置)是有保持检测部至被检测物的距离并沿被检测物形状使检测部移动来测定者(参照例如专利文献1)。作为上述测定三维形状的方法，已知有对被检测物照射狭缝光而从对应被检测物的剖面形状所形成的光切断线测定被检测物的三维形状的光切断法。又，近年来，复杂形状的被检测物是被要求提高精度来测定。能适用上述要求的坐标测定装置，是在测定被检测物的三维形状前，为了提高测定的正确性及效率而进行登录测定区域的教示处理。
[专利文献]
[专利文献1]日本特开平2010－160084号公报
发明内容
例如，专利文献1所记载的坐标测定装置，是控制多个正交轴与多个旋转轴的位置，而控制检测部与被检测物的相对配置。因此，随着被检测物的旋转，检测部与被检测物的最佳位置会在每次变化。使用者，是一边考量适于坐标测定装置的测定的测定条件，一边进行将对被检测物的测定位置登录于坐标测定装置的教示作业。因此，储存一边控制被检测物的姿势、一边使其测定位置移动的顺序的教示作业是困难。特别是，在借由能提高测定精度的光切断法等的测定，能借由使检测部与被检测部的相对配置最佳化，而能进行更提高精度的测定。因此，对测定时的姿势的要求较高时，教示作业更为困难。
又，一边确认被检测物的状态、一边进行教示作业的情形，在测定的开始位置及结束位置的指定，有时会有对被检测物照射狭缝光而无法确认的情形。在此种位置，使用者不得不想象大概的位置及姿势来进行教示作业。如上述，根据大概的位置及姿势的测定，正确性差，进而其教示作业本身需要非常多时间。如此，现有习知的坐标测定装置的教示处理，是根据上述作业顺序者，而有无法使对被检测物的测定区域的设定处理简化的问题。
因此，本发明有鉴于上述问题，其课题在于简化对被检测物的测定区域的设定处理(教示处理)。
为了解决上述问题，本发明的一个结构，为一种形状测定装置，是测定具有三维形状的被检测物的表面形状，其中具备：检测部，检测具有三维形状的被检测物的表面形状；以及区域设定部，根据指定区域的形状信息，将与前述指定区域相邻的区域设定为测定区域。
又，本发明的一个结构，为一种形状测定方法，其特征在于，包含：检测具有三维形状的被检测物的表面形状的动作；以及根据指定区域的形状信息，将与前述指定区域相邻的区域设定为测定区域的动作。进而，本发明的一个结构，为一种构造物的制造方法，其特征在于，具有：制作与构造物形状相关的设计信息的动作；根据前述设计信息制作前述构造物的动作；使用本发明的其他结构的三维形状测定方法测定所制作的前述构造物的形状的动作；以及比较借由测定取得的形状信息与前述设计信息并检查的动作。
又，本发明的一个结构，为一种程序，是用以使形状测定装置所具备的计算机执行：检测具有三维形状的被检测物的表面形状的动作；以及根据与指定区域的表面形状对应的形状信息，将与前述指定区域相邻的区域设定为测定区域的动作。
根据本发明，能在被检测物的三维形状测定中，简化对被检测物的测定区域的设定处理。
附图说明
图1是显示本发明一个实施形态的三维形状测定装置(坐标测定装置)的概略构成的示意图。
图2是本实施形态的测定机本体的方框图。
图3是显示本实施形态的对被检测物的测定登录处的图。
图4是显示对与图3所示被检测物相异的形状的被检测物的测定登录处的图。
图5是显示使本实施形态的教示处理简化的顺序的流程图。
图6是构造物制造***的方框构成图。
图7是显示借由构造物制造***的处理流程的流程图。
【主要元件代表符号】
100：三维形状测定装置(坐标测定装置)
20：检测部
58：区域设定部
具体实施方式
以下根据图式详细说明本发明的实施形态。本发明的实施形态中，是根据显示在预先决定的指定区域检测出的表面形状的形状测定数据，将与前述指定区域相邻的区域设定为测定区域。
图1是显示本发明一个实施形态的三维形状测定装置(坐标测定装置)的概略构成的示意图。三维形状测定装置(坐标测定装置)100具备测定机本体1与控制单元40(图2)。图2是本发明的一个实施形态的测定机本体1与控制单元40的方框图。如图1所示，测定机本体1具备：具备水平的上面(基准面)的基台2、设于此基台2上而支撑测定头13的门型构造体10、以及载置设于基台2上的被检测物3的支撑装置30。定义出以此基台2的基准面为基准的正交坐标***。相对此基准面，X轴与Y轴是被平行地决定，Z轴则决定为正交的方向。在基台2设有延伸于Y方向(在垂直于纸面的方向以此方向为前后方向)的导轨(未图示)。借由测定被检测物3的形状，能使被检测物3的形状明确。
门型构造体10具备在设于基台2的导轨上在Y方向移动自如地设置且成对的支柱11、以及横架成在成对的支柱11之间水平延伸的水平支架12。又，门型构造体10具备测定头13，该测定头13具备在水平支架12设置成可在X方向(左右方向)移动的架台(未图示)，设置成可相对该架台在Z方向(上下方向)移动自如。在测定头13下部设有检测出被检测物3形状的检测部20。此检测部20被测定头13支撑，用以检测出与配置于检测部20下方的被检测物3的距离。借由控制测定头13的位置，能使检测部20的位置移动。又，在门型构造体10内部设有根据被输入的驱动信号使测定头13在三个方向(X、Y、Z方向)以电动移动的头驱动部14(图2)与检测出测定头13的坐标且输出表示测定头13的坐标值的信号的头位置检测部15(图2)。
在基台2上设有支撑装置30。支撑装置30具备载置被检测物3的载台31与将载台31支撑成能绕正交两个方向的旋转轴旋转(摆动)的支撑台32。支撑台32将载台31支撑为能以垂直(Z轴方向)延伸的旋转轴θ为中心在水平面内旋转(摆动)且能以水平(X轴方向)延伸的旋转轴ψ为中心旋转(摆动)。又，在支撑装置30设有根据被输入的驱动信号使载台31以电动分别绕旋转轴θ、ψ旋转驱动的载台驱动部33(图2)、与检测出载台31的坐标并输出表示载台坐标值的信号的载台位置检测部34(图2)。
控制单元40具备控制部41、输入装置42、摇杆43、以及监视器44。控制部41是控制测定机本体1。其详细留待后述。输入装置42是输入各种指示信息的键盘等。摇杆43是用以输入指定测定头13位置及载台31旋转位置的信息的输入装置。监视器44是显示测量画面、指示画面、测量结果等。此外，摇杆43亦能置换成其他适当的输入装置(例如轨迹球等)。
其次，参照图2说明测定机本体1的构成。测定机本体1具备驱动部16、位置检测部17、以及检测部20。
驱动部16具备前述头驱动部14与载台驱动部33。头驱动部14具备将支柱11往Y方向驱动的Y轴用马达、将架台往X方向驱动的X轴用马达、以及将测定头13往Z方向驱动的X轴用马达。头驱动部14是接收从后述的驱动控制部54供应的驱动信号。头驱动部14根据其驱动信号使测定头13在三个方向(X、Y、Z方向)以电动移动。
载台驱动部33具备使载台31绕旋转轴θ旋转驱动的旋转轴用马达及绕旋转轴ψ旋转驱动的倾斜轴用马达。载台驱动部33是接收从驱动控制部54供应的驱动信号。载台驱动部33根据其驱动信号使载台31以电动分别绕旋转轴θ、ψ旋转。
位置检测部17具备前述的头位置检测部15与载台位置检测部34。头位置检测部15具备分别检测测定头13的X轴、Y轴、以及Z轴方向的位置的X轴用编码器、Y轴用编码器、以及Z轴用编码器。头位置检测部15是借由上述编码器检测出测定头13的坐标，将表示测定头13坐标值的信号往后述的坐标检测部51供应。
载台位置检测部34，具备分别检测载台31的绕旋转轴θ、ψ的旋转位置的旋转轴用编码器及倾斜轴用编码器。载台位置检测部34是使用上述编码器检测出载台31的绕旋转轴θ、ψ的旋转位置，并将表示检测出的旋转位置的信号往坐标检测部51供应。
检测部20是检测出具有三维形状的被检测物3的表面形状。检测部20具备如下所述的检测手段中至少一个检测手段。第1检测手段是使用所具备的光切断型光探针20A进行检测。光探针20A为了借由光切断方式求出被检测物3的表面形状，而具备狭缝光照射部(照射部)21与摄影部22。狭缝光照射部(照射部)21，根据用以控制从后述间隔调整部52供应的光照射的控制信号，对被检测物3照射直线状的狭缝光(线状的光)以使直线状的光照射于被检测物3。摄影部22是相对狭缝光照射部(照射部)21的照射方向使光轴错开既定角度而配置。摄影部22是拍摄借由来自狭缝光照射部(照射部)21的照射光而形成于被检测物3表面的光切断线(被狭缝光照射的部分)。此处，光切断线是依照被检测物3的剖面形状形成。摄影部22是拍摄形成于被检测物3表面的阴影图案，将所拍摄的影像信息往间隔调整部52供应。借此，控制单元40取得形状测定数据。摄影部22具备CCD(ChargeCoupled Device,电荷耦合元件)、C-MOS(Complementary Metal OxideSemiconductor,互补金氧半导体)感测器等单体摄影元件。
第2检测手段是使用所具备的取得影像转换型的SSF探针20B进行检测。SSF探针20B将已拍摄被检测物3形状的影像信息往间隔调整部52供应。借此，控制单元40根据已拍摄被检测物3形状的影像数据取得形状测定数据。与SSF探针20B相关的详细说明，参照例如下述参考文献([参考文献]国际公开第2009／096422号小册子)。第3检测手段是使用所具备的接触型的接触探针20C进行检测。接触探针20C将借由接触被检测物3而检测出的信息(位置信息)往间隔调整部52供应。借此，控制单元40取得形状测定数据。检测部20亦可取代具备上述检测手段的任一者而具备多个检测手段，并借由所选择的检测手段进行检测。以下说明中，是以光探针20A为例进行说明。
其次，说明控制单元40。输入装置42具备使用者输入各种指示信息的键盘等。输入装置42是检测出被输入的指示信息而将所检测出的指示信息写入储存部55而储存。摇杆43是接收使用者的操作，根据其操作生成使测定头13或载台31驱动的控制信号并往驱动控制部54供应。如此，摇杆43能检测出显示在指定区域使光探针20A配置的状态的信息，并根据所检测出的信息输入以作为使光探针20A配置的控制指令信息。监视器44是接收从数据输出部57供应的测定数据(全测定点的坐标值)等。监视器44是显示已接收的测定数据(全测定点的坐标值)等。又，监视器44是显示测量画面、指示画面等。
控制部41具备坐标检测部51、间隔调整部52、坐标算出部53、驱动控制部54、储存部55、移动指令部56、数据输出部57、区域设定部58。
坐标检测部51是借由从头位置检测部15输出的坐标信号侦测光探针20A及载台31的位置、亦即在水平方向的观察位置(光轴中心位置)与在上下方向的观察位置。又，坐标检测部51是借由从载台位置检测部34输出的表示旋转位置的信号侦测载台31的绕旋转轴θ、ψ的旋转位置。坐标检测部51是从分别侦测的在水平方向的观察位置(光轴中心位置)与在上下方向的观察位置的信息与从载台位置检测部34输出的表示旋转位置的信息(载台31的旋转位置信息)检测出坐标信息。接着，坐标检测部51将光探针20A的坐标信息与载台31的坐标信息与旋转位置信息往坐标算出部53供应。又，坐标检测部51根据光探针20A的坐标信息与载台31的坐标信息与旋转位置信息，检测出光探针20A与载台31的相对移动路径、移动速度等。
间隔调整部52是在坐标测量开始前从储存部55读出指定取样频率的数据。间隔调整部52是以该取样频率从摄影部22接收影像信息。
坐标算出部53接收从间隔调整部52供应的帧框已隔开间隔的影像信息。坐标算出部53接收从坐标检测部51供应的光探针20A的坐标信息与载台31的旋转位置信息。坐标算出部53根据从间隔调整部52供应的影像信息、光探针20A的坐标信息、以及载台31的旋转位置信息，算出各测定点的坐标值(三维坐标值)的点群数据。
具体的算出方法如下所述。首先，坐标算出部53从所接收的光探针20A的坐标算出固定于光探针20A的狭缝光照射部(照射部)21的坐标与摄影部22的坐标。此处，由于狭缝光照射部(照射部)21固定于光探针20A，因此狭缝光照射部(照射部)21的照射角度相对光探针20A为固定。又，由于摄影部22亦固定于光探针20A，因此摄影部22的摄影角度是相对光探针20A为固定。
坐标算出部53是将所照射的光照射于被检测物3的点依所拍摄影像的各像素使用三角测量算出。此处，所照射的光照射于被检测物3的点的坐标，是从狭缝光照射部(照射部)21的坐标以照射部21的照射角度描绘的直线与从摄影部22的坐标以摄影部22的摄影角度描绘的直线(光轴)所相交的点的坐标。此外，上述所拍摄的影像是显示借由配置于测定位置的光探针20A所检测出的影像。借此，借由使照射于被检测物的狭缝光扫描于既定方向，而能算出被照射光的位置的坐标。又，被检测物3被支撑于载台31。被检测物3借由载台31绕旋转轴旋转而以载台31的旋转轴为中心一起旋转。亦即，被所算出的光照射的位置的坐标，是显示借由已旋转至载台31的旋转轴中心而姿势倾斜的被检测物3表面位置的信息。因此，将被照射光的位置的坐标根据载台31的倾斜、亦即绕旋转轴的旋转位置信息修正载台31的倾斜，而能求出实际的被检测物3表面形状。又，坐标算出部53是将所算出的三维坐标值的点群数据保存于储存部55。
储存部55是将从输入装置42供应的各种指示信息保存为测定条件表。此处的测定条件表，具备测定条件或测定顺序等的既定移动指令数据、显示被检测物3的测定位置与测定顺序的指定区域的测定点的坐标值与载台31的旋转位置、被检测物3的测定开始点Ps(最初的测定点)及测定结束点Pe(最后的测定点)等的坐标值、在测定开始位置的测定目标方向、表示各测定点的间隔(例如一定间隔的测定间距)的数据等项目。又，测定条件表，根据显示指定区域的测定点信息算出测定区域时，具备显示决定测定区域范围的测定开始裕度与测定结束裕度的数据项目，且与显示指定区域的识别信息对应。
例如，显示被检测物3的测定位置与测定顺序的指定区域的测定点的坐标值与载台31的旋转位置是借由如下所示的处理算出。测定点的坐标值与载台31的旋转位置，是依指定被检测物3的指定区域的各测定点，根据被使用者输入的信息驱动测定头13及载台31，借由将被检测物3及光探针20A分别定位成所要的姿势的位置而算出。更具体而言，根据从驱动控制部54供应的各测定点的坐标值(三维坐标值)，由坐标算出部53算出该测定点的坐标值。坐标算出部53所算出的该测定点的坐标值，是除了以输入装置42的该坐标值的按键输入以外，亦可预先借由摇杆43的操作驱动测定头13及载台31，借由将被检测物3及光探针20A分别定位成所要的姿势的位置而算出。
坐标检测部51，是检测出在被定位的姿势的状态下光探针20A的坐标信息与载台31的旋转位置信息而往坐标算出部53供应。坐标算出部53是将光探针20A的坐标信息与载台31的旋转位置信息写入储存部55而保存。又，被检测物3的测定开始点(最初的测定点)及测定结束点(最后的测定点)等的坐标值，是借由区域设定部58根据被检测物3的指定区域的测定点的坐标值而生成，并被写入储存部55。
又，储存部55，将从坐标算出部53供应的三维坐标值的点群数据保存为测定数据。又，储存部55是保存从坐标算出部53供应的各测定点的坐标值(三维坐标值)的点群数据。又，储存部55保存设计数据(CAD数据)。
驱动控制部54，是根据来自摇杆43的操作信号或根据来自移动指令部56的指令信号，对头驱动部14及载台驱动部33输出驱动信号，进行测定头13及载台31的驱动控制。又，驱动控制部54是根据来自摇杆43的操作信号使设定为登录位置的测定头13及载台31的位置信息写入储存部55并加以储存。亦即，驱动控制部54能间接地取得被测定头13支撑的光探针20A的位置。
移动指令部56是从储存部55读出登录于测定条件表的被检测物3的测定开始点Ps(最初的测定点)及测定结束点Pe(最后的测定点)等。移动指令部56，是从被检测物3的测定开始点Ps及测定结束点Pe算出对被检测物3的扫描的移动路径。移动指令部56为了依照所算出的移动路径使测定头13及载台31驱动，而通过驱动控制部54对头驱动部14与载台驱动部33发送移动指令。又，移动指令部56是根据移动指令等对间隔调整部52供应控制信号以进行光探针20A的光学***的控制。
数据输出部57从储存部55读出测定数据(全测定点的坐标值)等。数据输出部57是将该测定数据(全测定点的坐标值)等供应至监视器44。又，数据输出部57将测定数据(全测定点的坐标值)等往印表机(未图示)输出。
区域设定部58是在预先决定的指定区域中根据与所检测出的表面形状对应的形状测定数据，将与指定区域相邻的区域设定为测定区域。在指定区域中与所检测出的表面形状对应的形状测定数据是借由使用者的操作储存于储存部55。区域设定部58是根据储存于储存部55的指定区域内的形状测定数据与显示预先设定的范围且为延长测定区域的范围的信息，算出测定区域。
区域设定部58具备内插处理部58A与外插处理部58B。内插处理部58A是借由内插处理(其基于一边使检测部20沿被检测物3表面相对移动一边检测出的形状测定数据)取得形状测定数据。将所取得的形状测定数据与依照测定顺序设定的识别信息建立关联而写入储存部55并使的储存。
外插处理部58B根据储存于储存部55的已取得的形状测定数据与借由内插处理而取得的形状测定数据进行外插处理。外插处理部58B根据已取得的形状测定数据与借由内插处理而取得的形状测定数据，通过外插处理算定指定区域外的区域。外插处理部58B根据指定区域端附近的形状测定数据算定近似于被检测物3表面形状的曲线，根据该算定的曲线决定指定区域外的区域的延长方向。近似的曲线是借由如下的任一运算部算定。
运算部58B-1(一次微分运算部)是在与指定区域内端部附近的曲线倾斜相同的方向决定指定区域外的区域的延长方向。运算部58B-2(二次微分运算部)是在指定区域内端部附近的曲线倾斜变化量为一定的方向决定指定区域外的区域的延长方向。运算部58B-3(线性运算部)是使近似于被检测物3表面形状的曲线近似于直线而算定，在延长该直线的方向决定指定区域外的区域的延长方向。如上述，外插处理部58B借由具备多个运算部而能算定适于被检测物3形状的近似曲线。
又，外插处理部58B是将延长的测定区域的范围以如下所示的任一者为范围算定沿已算定的曲线延长的距离。其第1范围为从指定区域端部至预先决定的既定距离为止。此情形下，例如在储存部55预先写入储存有从指定区域端部至预先决定的既定距离。其第2范围为到达预先决定的既定限制区域为止。此情形下，例如在储存部55预先写入储存有与既定限制区域相关的位置信息。或者，其第3范围，为根据检测出指定区域内的被检测物3而取得的形状信息算定被检测物3能存在的极限位置而包含算定的极限位置的位置为止。此情形下，例如在储存部55预先写入储存有显示与被检测物3形状相关的特征的特征信息。此特征信息例如是被检测物3的特定方向的长度信息或长度的不均信息等。根据此特征信息与所检测出的形状信息推定被检测物3的形状，并生成推定形状信息。根据该推定形状信息，算定被检测物3能存在的极限位置。
在区域设定部58中，内插处理部58A是根据一边使光探针20A沿被检测物3表面相对移动、一边检测出的形状测定数据借由内插处理而取得形状测定数据。外插处理部58B，是根据已取得的形状测定数据与借由内插处理取得的形状测定数据进行外插处理，而能利用经内插处理的近似曲线的近似精度扩张与指定区域相邻的测定区域的补间处理(外插处理)。在借由外插处理部58B算定的测定区域，包含开始被检测物3的形状检测的开始点附近的测定区域与结束被检测物3的形状检测的结束点附近的测定区域。外插处理部58B，设定为在开始点附近的测定区域或结束点附近的测定区域包含被检测物3的端部。
参照图3、4，显示本实施形态的处理的概要。图3是显示对被检测物的测定登录处的图。显示于此图3的被检测物3具备带状形状。在被检测物3表面上显示有n处的测定登录处(位置)。n设为预先决定的多个值。图3中是显示n为3的情形。分别显示从设定的各位置(P1、P2、…P(n－1)、P(n))投影狭缝光而产生的线状阴影的方向(实线)与照射该狭缝光的方向(箭头印)。此处，从照射部21照射的狭缝光投影于平面即形成与扫描方向垂直的光线。
又，将分别对应于设定的各位置(P1、P2、…P(n－1)、P(n))的被检测物3表面附近的点显示为(Q1、Q2、…Q(n－1)、Q(n))。亦即，连结分别对应的2点间的箭头印能显示为向量。例如，向量(P1Q1)显示为从图所示的点P1往Q1方向的箭头。虽此图所示的箭头印长度相异，但各自的向量(箭头印)是显示照射狭缝光的方向，具有一定值(长度)。又，狭缝光的照射方向，需视被检测物表面的状态选择最适合的方向。因此，如此图所示，向量(箭头印)的方向会视表面状态变化。借由使此向量的方向例如与表面的法线平行，而能调整成摄影部22不直接接收光。
如此图所示，在显示为被检测物3存在的位置P1至Pn为止的范围的指定区域，借由检测出于被检测物3表面投影有狭缝光的状态，使用者能判定是否投影成所要的状态。再者，若被检测物3的表面形状的变化为连续，即使使所设定的位置间的表面形状近似，仍能判断成与实际形状的误差少。亦即，若是此种面形状，能从已设定的位置的设定信息生成两点间的信息。
此外，为了测定被检测物3整体的形状，需使被检测物3端部(PA与PB)包含于测定区域。另一方面，为了进行此种测定，由于认定被检测物3的端部是困难，因此有时是在较整体形状狭窄的范围决定以位置P1至Pn为止的范围所示的指定区域，并测定较该指定区域宽广的范围的被检测物3的形状。例如以如此图所示的测定开始点Ps至测定结束点Pe的范围作为测定区域。测定开始点Ps及测定结束点Pe的任一处均是不存在被检测物3之处。在不存在被检测物3的测定开始点Ps及测定结束点Pe，由于无法检测出被投射于表面的狭缝光照射的状态，因此无法判定是否照射成所要的状态。是以，难以在此位置调整投影狭缝光的方向。因此，能根据在指定区域登录的位置信息、亦即根据调整成所要姿势的狭缝光的投影位置算出测定区域。此外，虽将作为指定区域的参照点设为光探针20A的基准坐标，但亦可定义于被检测物3的表面侧。
图4是显示对与图3所示被检测物相异的形状的被检测物的测定登录处的图。此图4所示的被检测物3具备树叶状的形状。此图4的情形亦与图3同样地，若为指定区域的范围，则能借由检测出于被检测物3表面投影有狭缝光的状态，判定是否投影成所要的状态。不过，由于是树叶状的形状而端部即前端部变细，因此在该端部即使照射狭缝光亦无法获得充分长度的线状阴影。因此，假使调整位置存在于被检测物3表面上，亦会成为难以适当调整之处的一例。因此，在此图4的情形，能借由在能获得充分长度的线状阴影的范围内登录指定区域，来进行正确的测定。即使在图4所示的情形下，亦与图3所示的情形同样地，能根据调整成所要姿势的狭缝光的投影位置算出测定区域。
接着，说明测定区域的算出。区域设定部58，是借由以下两个处理算出测定区域。第1处理中，区域设定部58的内插处理部58A，是根据一边使检测部20沿被检测物3表面相对移动、一边检测出的形状测定数据进行内插处理，取得对在多个位置的形状测定数据进行补间的形状测定数据。第2处理中，区域设定部58的外插处理部58B，是根据取得的形状测定数据与借由内插处理取得的形状测定数据进行外插处理。以下，分别说明各自的处理。
首先，说明根据登录为指定区域的位置信息生成对其范围进行补间的近似曲线的第1处理。首先，检测部20是取得在所设定的各位置(P1、P2、…P(n－1)、Pn)的坐标值。各位置的坐标轴的值，是将正交的三个轴(x1、y1、z1)的值及绕轴的旋转位置(θ1、ψ1)的值如下式汇整显示。
P1＝[x1、y1、z1、θ1、ψ1]、
P2＝[x2、y2、z2、θ2、ψ2]、
…
Pn＝[xn、yn、zn、θn、ψn]
检测部20能借由依照从P1往Pn的顺序沿被检测物3的表面移动，取得被检测物3的形状信息。
内插处理部58A是在所设定的各位置，对各位置间借由预先决定的运算处理算出近似曲线。算出近似曲线的运算处理，能从平滑运算处理、借由最小平方法的运算处理、取得高次近似曲线的运算处理、直线近似处理等选择。算出近似曲线的运算处理是根据被检测物3的形状与所设定的各位置的位置等预先设定。依照检测部20的形状信息的测定间隔，生成被内插处理部58A补间的位置信息，在所指定的测定区域、亦即P1至Pn的范围，能借由上述内插处理取得必要的补间信息。如此，借由基于近似曲线的内插处理，能算出与指定区域中的被检测物3形状对应的近似曲线。此外，内插处理能独立处理正交的三个轴(x1、y1、z1)及绕轴的旋转位置(θ1、ψ1)。
接着，说明为了测定至与上述指定区域相邻的范围而使该范围扩张的第2处理。外插处理部58B已取得的形状测定数据与借由内插处理而取得的形状测定数据进行外插处理。该外插处理中能选择进行如下所示的多个补间处理的运算部。运算部58B-1(一次微分运算部)是在与指定区域内端部附近的曲线倾斜相同的方向决定指定区域外的区域的延长方向。运算部58B-2(二次微分运算部)是在指定区域内端部附近的曲线倾斜变化量为一定的方向决定指定区域外的区域的延长方向。或者，运算部58B-3(线性运算部)是使近似于被检测物3表面形状的曲线近似于直线而算定，在延长该直线的方向决定指定区域外的区域的延长方向。外插处理部58B借由具备多个运算部而能算定适于被检测物3形状的近似曲线。指定区域外的区域的延长方向的距离能预先决定，或适当变更。例如，亦可预先由使用者将该距离设定为一定。又，例如亦可根据指定区域内的形状增长或缩短该距离。
说明例如从第一个指示位置P1往测定开始位置方向延长近似曲线的情形。图3所示的情形，是被检测物3端部的形状朝向测定面的背侧卷入的形状，若为此种形状，则能借由运算部58B-2(二次微分运算部)进行算出，求出与运算部58B-2、58B-3更沿着形状的近似曲线。
如上述，三维形状测定装置100能在不增加借由教示处理指定之处的情形下扩张测定范围。与指定区域相邻的测定区域由于借由运算处理而生成，因此能削减登录之处数目。借此，借由简化使用者登录测定处的教示作业，而能确保能使装置作动的时间。又，在针对被检测物3的端部形状局部相异者反复测定上述被检测物3整体形状的情形，虽必须进行配合各个大小的教示处理，但能不受端部形状之差影响，而能根据共通的教示处理信息测定。
参照图显示使教示处理简化的顺序一例。图5是显示使本实施形态的教示处理简化的顺序的流程图。教示处理是显示生成三维形状的测定的测定路径与显示顺序的信息并登录至储存部55的一连串处理。最初，使用者进行测定开始裕度与测定结束裕度的登录。亦即，驱动控制部54检测出显示测定开始裕度的测定开始裕度信息与显示测定结束裕度的测定结束裕度信息已被分别输入，并将测定开始裕度与测定结束裕度写入登录至设于储存部55的储存区域(步骤S10)。
依照所检测出的操作输入，驱动控制部54使检测部20移动至被检测物3的测定开始位置附近。亦即，驱动控制部54检测出显示接近测定开始位置的第1测定处的第1位置信息已被输入。移动指令部56依照所检测出的操作输入，控制驱动部16使检测部20相对移动至借由第1位置信息所示的被测定部的测定开始位置附近。此外，依序被登录的位置信息，被与显示测定顺序的识别信息建立关联而储存于储存部55。将显示第1测定处的识别信息i设为「1」(步骤S20)。
在与所检测出的操作输入对应的既定位置，依照被检测物3的状态决定各轴的位置。亦即，在与所检测出的操作输入对应的位置信息所示的借由识别信息i建立关联的既定位置，驱动控制部54依照被检测物3的状态决定各轴的位置。间隔调整部52是进行各轴的微调整以提高被检测物3状态的检测精度，生成已修正检测位置的修正位置信息，并决定在该位置的检测部20的位置信息(步骤S30)。
接着，驱动控制部54使各轴的位置信息储存于储存部55。亦即，驱动控制部54将决定为在该位置的检测部20的位置信息而生成的修正位置信息与识别信息i建立关联地写入储存部55的储存区域并储存(步骤S40)。
驱动控制部54进行是否已结束指定测定范围的所有位置的登录的判定。亦即，检测出显示接近测定结束位置的第n测定处的第n位置信息是否已被输入。驱动控制部54，在判定为至第n为止的位置信息未被输入时，即更新显示次测定处的识别信息i(步骤S50)。
使用者依照所检测出的操作输入使检测部20移动至被测定部的次测定位置附近。亦即，驱动控制部54检测出显示次测定处的次位置信息已被输入(步骤S60)。
借由步骤S50的判定，区域设定部58参照所储存的各轴的位置信息算出近似曲线。亦即，区域设定部58的内插处理部58A，依照识别信息i的顺序参照所储存的各轴的位置信息算出近似曲线。被算出的近似曲线被算出作为基于各轴的信息的近似曲线(步骤S70)。
内插处理部58A，是将所算出的近似曲线所示的各轴的位置信息依照测定时使检测部20移动的顺序与显示测定处的识别信息i建立关联地写入设于储存部55的储存区域并储存。其中，识别信息j设为1至m为止的自然数。又，识别信息j为1的位置对应第1测定位置，识别信息j为m的位置对应第n测定位置。
区域设定部58根据所设定的测定开始裕度与测定结束裕度延长所算出的近似曲线。亦即，区域设定部58中的外插处理部58B根据识别信息j参照显示存于储存部55的测定处的位置信息。例如，外插处理部58B是参照识别信息i为1至(1+Δ1)所示的位置信息，根据所设定的测定开始裕度与测定结束裕度延长所算出的近似曲线(步骤S80)。外插处理部58B将包含已延长的范围在内的所算出的曲线作为测定被检测物3三维形状的路径与显示顺序的教示数据写入并登录于储存部55(步骤S90)。借由以上所示的顺序，三维形状测定装置100能根据登录为指定范围的测定点的信息生成已被扩张的测定区域，并测定所生成的测定区域范围。
如以上的实施形态所示，三维形状测定装置100能在被检测物的三维形状测定中简化对被检测物的测定区域的设定处理。由于能简化测定区域的设定，因此决定测定前的测定区域的教示作业能简便且短时间地进行。又，原本在测定区域的设定难以指定的测定的开始位置及结束位置，亦能借由坐标测定装置自动生成而做成基于所生成的测定的开始位置及结束位置的测量路径(扫描路径)。
此外，本发明并不限定于上述的各实施形态，能在不脱离本发明意旨的范围内变更。例如，上述的三维形状测定装置100为本发明的形状测定装置(坐标测定装置)的一例，本发明的形状测定装置亦可不一定要具有与三维形状测定装置100相同的构成。本发明的形状测定装置只要具有与三维形状测定装置100的检测部20及区域设定部58对应的构成即可，关于除此以外的构成能视情况适当配置。又，例如上述所示的指定区域的测定处登录的结束，能依各已登录的场所由使用者判定，而判定显示「登录结束」的信息是否已被输入。又，检测部20的构成亦可非为光探针20A，做成SSF探针20B、接触探针20C亦可与光探针20A的情形同样地实施。例如，亦可在检测部20的构成具备光探针20A、SSF探针20B、多个探针。求出指定区域的测定处的登录处的检测方法与进行坐标测定的方法亦可相异。例如，亦可使用以储存部储存被检测物形状的CAD数据算出指定区域的形状。例如亦可对基台2求出测定物的配置，并使用CAD数据决定指定区域。例如，当具备检测部20的光探针20A与SFF探针20B的情形，亦可以光探针20A求出指定区域的登录处，并以SFF探针20B测定被检测物。
此外，上述三维形状测定装置100在内部具有计算机***。又，进行上述的交通状况的提供的处理顺序，是以程序的形式储存于计算机可读取记录媒体，借由计算机读出此程序并加以执行，来进行上述处理。此处的计算机可读取记录媒体，是指磁碟片、光磁碟片、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。又，亦可将此计算机程序借由通讯线路配送至计算机，并由接收此配送的计算机执行该程序。此情形下，接受此配送的计算机中储存有该程序的硬碟、半导体存储器等相当于计算机可读取记录媒体。此外，本发明中，形状测定装置亦可不一定要在其内部具有计算机***，亦可通讯地连接有与形状测定装置本体独立设置的计算机***，而整体构成为形状测定装置。
<构造物制造***>
其次，说明具备上述实施形态的三维形状测定装置100的构造物制造***。图6是构造物制造***200的方框构成图。构造物制造***200具备第1实施形态的三维形状测定装置100、设计装置210、成形装置220、控制装置(检查装置)230、以及修理装置240。
设计装置210是制作与构造物形状相关的设计信息，并将所做成的设计信息发送至成形装置220。又，设计装置210使所做成的设计信息储存于控制装置230的后述坐标储存部231。此处所谓的设计信息是显示构造物的各位置坐标的信息。
成形装置220根据从设计装置210输入的设计信息制作上述构造物。成形装置220的成形步骤包含铸造、锻造或切削等。
三维形状测定装置100是如上述实施形态所说明般测定前述构造物的坐标。接着，将显示所测定的坐标的信息(形状信息)往控制装置230发送。
控制装置230具备坐标储存部231与***232。坐标储存部231如前述借由设计装置210储存设计信息。***232从坐标储存部231读出设计信息。***232比较从三维形状测定装置100接收的显示坐标的信息(形状信息)与从坐标储存部231读出的设计信息。
***232根据比较结果判定构造物是否已按照设计信息成形。换言之，***232判定所做成的构造物是否为良品。***232在构造物未按照设计信息成形时，是判定是否为能修复。为能修复时，***232即根据比较结果算出不良部位与修复量，对修理装置240发送显示不良部位的信息与显示修复量的信息。
修理装置240根据从控制装置230接收的显示不良部为的信息与显示修复量的信息对构造物的不良部位进行加工。
图7是显示借由构造物制造***200的处理流程的流程图。首先，设计装置210制作与构造物形状相关的设计信息(步骤S301)。其次，成形装置220根据设计信息制作上述构造物(步骤S302)。其次，三维形状测定装置100测定所制作的上述构造物的形状(步骤S303)。其次，控制装置230的***232比较在三维形状测定装置100取得的形状信息与上述设计信息，检查构造物是否已按照设计信息成形(步骤S304)。
其次，控制装置230的***232判定所做成的构造物是否为良品(步骤S305)。在所做成的构造物为良品时(步骤S305YES)，构造物制造***200即结束其处理。另一方面，在所做成的构造物非为良品时(步骤S305NO)，控制装置230的***232即判定所做成的构造物是否为能修复(步骤S306)。
在所做成的构造物为能修复时(步骤S306YES)，修理装置240即实施构造物的再加工(步骤S307)，返回步骤S303的处理。另一方面，在所做成的构造物为不能修复时(步骤S306NO)，构造物制造***200即结束其处理。以上，结束本流程的处理。
借由上述，由于第1实施形态的三维形状测定装置100能正确地测量构造物的坐标，因此构造物制造***200能判定所做成的构造物是否为良品。又，构造物制造***200在构造物非为良品时，能实施构造物的再加工，而加以修复。
此外，本实施形态的修理装置240执行的修理步骤亦可与成形装置220再执行成形步骤的步骤置换。此时，在判定为控制装置230的***232能修复时，成形装置220即再执行成形步骤(锻造、切削等)。具体而言，例如成形装置220切削构造物中原本应切削之处亦即未被切削之处。借此，构造物制造***200能正确地做成构造物。
本发明能适用于能判定所制造的构造物是否为良品的构造物制造***。

Claims (24)

1.一种形状测定装置，是测定具有三维形状的被检测物的表面形状，其特征在于，具备：
检测部，检测具有三维形状的被检测物的表面形状；以及
区域设定部，根据指定区域的形状信息，将与前述指定区域相邻的区域设定为测定区域。
2.根据权利要求1所述的形状测定装置，其特征在于其中前述区域设定部，根据预先测定的前述指定区域的形状信息，将与前述指定区域相邻的区域设定为测定区域。
3.根据权利要求1所述的形状测定装置，其特征在于其中前述区域设定部，根据在前述指定区域的设计信息的形状信息，将与前述指定区域相邻的区域设定为测定区域。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的形状测定装置，其特征在于其中前述区域设定部具备外插处理部，该外插处理部根据前述形状测定数据借由外插处理算定前述指定区域外的区域。
5.根据权利要求4所述的形状测定装置，其特征在于其中在前述测定区域包含前述指定区域；
前述检测部，从前述指定区域外的区域进行检测，在其后检测前述指定区域。
6.根据权利要求5所述的形状测定装置，其特征在于其中前述指定区域外的区域的范围被预先决定。
7.根据权利要求4至6中任一权利要求所述的形状测定装置，其特征在于其中前述外插处理部，具备根据前述指定区域端部附近的前述形状测定数据算定近似于前述被检测物的表面形状的曲线且根据该算定的曲线决定前述指定区域外的区域的延长方向的一次微分运算部、二次微分运算部或线形运算部的任一者；
前述一次微分运算部在与前述曲线的倾斜相同的方向决定前述指定区域外的区域的延长方向；
前述二次微分运算部在前述曲线的倾斜的变化量为一定的方向决定前述指定区域外的区域的延长方向；
前述线形运算部是使近似于前述被检测物的表面形状的曲线近似于直线而算定，在延长该直线的方向决定前述指定区域外的区域的延长方向。
8.根据权利要求4至7中任一权利要求所述的形状测定装置，其特征在于其中前述外插处理部，是针对前述延长的测定区域的范围，将从前述指定区域的端部至预先决定的既定距离为止、至到达预先决定的既定限制区域为止、或至根据从前述指定区域内的前述被检测物的形状决定的形状信息算定前述被检测物能存在的极限位置而包含前述算定的极限位置的位置为止的任一者作为范围，算定沿前述算定的曲线延长的距离。
9.根据权利要求4至8中任一权利要求所述的形状测定装置，其特征在于其中前述区域设定部具备内插处理部，前述内插处理部是根据一边使前述检测部沿前述被检测物表面相对移动、一边检测出的形状测定数据借由内插处理而取得形状测定数据；
前述外插处理，是根据前述取得的形状测定数据与借由前述内插处理取得的形状测定数据进行外插处理。
10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的形状测定装置，其特征在于其具备：驱动机构，是在以彼此正交的X轴、Y轴、以及Z轴所规定的正交坐标***，将前述检测部与前述被检测物相对沿X轴方向、Y轴方向、以及Z轴方向驱动。
11.根据权利要求10的形状测定装置，其特征在于其中前述驱动机构，进一步以前述X轴、Y轴、以及Z轴中的至少一个轴为中心使前述检测部与前述被检测物相对旋转。
12.根据权利要求1至11中任一权利要求所述的形状测定装置，其特征在于其中前述检测部，具备下述中的至少一个检测机构：
光切断型检测部，借由投影至前述被检测物的线状的光，根据形成于前述被检测物表面的阴影图案取得前述形状测定数据；
取得影像转换型检测部，是根据已拍摄前述被检测物的形状的影像数据取得前述形状测定数据；以及
接触型检测部，是接触前述被检测物而取得前述形状测定数据。
13.根据权利要求1至12中任一权利要求所述的形状测定装置，其特征在于其进一步具备输入部，能输入显示在前述指定区域使前述检测部配置的状态的信息。
14.根据权利要求1至13中任一权利要求所述的形状测定装置，其特征在于其中前述测定区域，包含开始前述被检测物的形状检测的开始点附近的测定区域与结束前述被检测物的形状检测的结束点附近的测定区域，在前述开始点附近的测定区域或前述结束点附近的测定区域包含前述被检测物的端部。
15.一种形状测定方法，其特征在于包含：
检测具有三维形状的被检测物的表面形状的动作；以及
根据指定区域的形状信息，将与前述指定区域相邻的区域设定为测定区域的动作。
16.根据权利要求15所述的形状测定方法，其特征在于其包含根据预先测定的前述指定区域的形状信息，将与前述指定区域相邻的区域设定为测定区域的动作。
17.根据权利要求15所述的形状测定方法，其特征在于其包含根据前述指定区域的设计信息，将与前述指定区域相邻的区域设定为测定区域的动作。
18.根据权利要求15至17中任一权利要求所述的形状测定方法，其特征在于其中在前述测定区域包含前述指定区域；
且包含从前述指定区域外的测定区域进行检测，以依序检测前述指定区域的动作。
19.根据权利要求15至18中任一权利要求所述的形状测定方法，其特征在于其中在前述指定区域外的测定区域，沿前述检测的扫描方向包含第1区域与第2区域；
沿前述扫描方向依照第1区域、前述测定区域、第2区域的顺序进行检测。
20.一种程序，其特征在于是用以使形状测定装置所具备的计算机执行：
检测具有三维形状的被检测物的表面形状的动作；以及
根据与指定区域的表面形状对应的形状信息，将与前述指定区域相邻的区域设定为测定区域的动作。
21.一种构造物的制造方法，其特征在于具有：
制作与构造物形状相关的设计信息的动作；
根据前述设计信息制作前述构造物的动作；
使用权利要求15至19中任一权利要求的形状测定方法测定所制作的前述构造物的形状的动作；以及
比较借由测定取得的形状信息与前述设计信息并检查的动作。
22.根据权利要求21所述的构造物的制造方法，其特征在于其进一步根据比较前述形状信息与前述设计信息后的结果，实施前述构造物的再加工。
23.根据权利要求22所述的构造物的制造方法，其特征在于其中实施前述再加工的动作，是指再执行制作前述构造物的动作。
24.根据权利要求23所述的构造物的制造方法，其特征在于其中实施前述再加工的动作，是指根据比较前述形状信息与前述设计信息后的结果，对前述构造物的不良部位进行加工的动作。
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