JP2014145735A - 形状測定装置、構造物製造システム、評価装置、形状測定方法、構造物製造方法、及び形状測定プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】複雑な形状の測定対象(被測定物)に対して精度を高めて形状測定を行うことができる、形状測定装置を提供する。
【解決手段】形状測定装置は、測定対象の測定領域における画像データを取得する光学プローブと、光学プローブと測定対象とを相対的に移動する移動機構と、光学プローブから得られた画像データに基づき、測定領域の位置情報を算出する算出部と、算出部で算出された測定領域の位置情報を記憶する記憶部と、記憶部で記憶された異なる複数の測定領域の位置情報を基に、光学プローブと測定対象とを相対的に移動する方向を決定し、その移動する方向に基づいて移動機構を制御する移動制御部とを備える。
【選択図】図3
【解決手段】形状測定装置は、測定対象の測定領域における画像データを取得する光学プローブと、光学プローブと測定対象とを相対的に移動する移動機構と、光学プローブから得られた画像データに基づき、測定領域の位置情報を算出する算出部と、算出部で算出された測定領域の位置情報を記憶する記憶部と、記憶部で記憶された異なる複数の測定領域の位置情報を基に、光学プローブと測定対象とを相対的に移動する方向を決定し、その移動する方向に基づいて移動機構を制御する移動制御部とを備える。
【選択図】図3
Description
本発明は、測定対象(被測定物)の3次元形状を測定する形状測定装置、構造物製造システム、評価装置、形状測定方法、構造物製造方法、及び形状測定プログラムに関する。
工業製品等の物体の表面形状を測定する技術は従来から種々提案されており、例えば、被測定物にスリット光を照射して、スリット光の照射方向とは異なる方向から撮影された被測定物の断面形状に対応して形成される光切断線の像から被測定物の三次元形状を測定する光切断法が知られている(特許文献1を参照)。
また、関連する形状測定方法として、光切断プローブを手動で操作する際に、測定対象のCADモデルを画面に表示させて操作することにより、形状測定の効率化を図る形状測定方法がある(特許文献2を参照)。
ところで、上述の光切断法による測定においては、拡散光以の光である正反射光や多重反射光や環境光等が感知された場合に、この正反射光や多重反射光や環境光等が本来の形状を表す信号に対するノイズ成分となり測定対象(被測定物)の形状を正しく測定できないことがある。例えば、多重反射の例として、図8に示すように、照明光1が歯面Aで反射し、さらにその光が向かい側の歯面Bに反射し光切断プローブの撮像部に入ることがある。このような場合は、本来の被測定面の形状を表す信号と多重反射による像がノイズとなり、ノイズ成分の像も合成された画像データを用いて形状を算出するため、形状測定データの品質を悪化させる。
このように、光切断法により測定を行う形状測定装置では、測定対象に対する光切断プローブの相対位置(測定対象に対する光切断プローブの位置)が不適切な場合に、正反射光や多重反射光や環境光等などによる影響が発生し、形状測定データの品質を悪化させことがある。特に、測定対象が複雑な形状である場合には、正反射光や多重反射光等による影響を受け易くなり、測定対象に対して高精度な形状測定が行えないことがある。
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、複雑な形状の測定対象(被測定物)に対して精度を高めて形状測定を行うことができる、形状測定装置、構造物製造システム、評価装置、形状測定方法、構造物製造方法、及び形状測定プログラムを提供することにある。
本発明の一実施形態は、測定対象の測定領域における画像データを取得する光学プローブと、光学プローブと測定対象とを相対的に移動する移動機構と、光学プローブから得られた画像データに基づき、測定領域を示す位置情報を算出する算出部と、複数の位置情報を基に、光学プローブと測定対象とを相対的に移動する方向を決定し、決定した移動方向に基づいて移動機構を制御する移動制御部を備える形状測定装置である。
また、本発明の一実施形態は、測定光を測定対象に投光する投光部と、投光部が測定対象へある投光方向から測定光を投光するように、投光部の位置を投光位置として設定する位置設定部と、その測定光の像を測定画像として撮像する撮像部と、撮像された測定画像に含まれる測定光の像の測定画像内の位置に基づいて算出された測定対象の表面の位置情報から、投光位置からの投光方向に対する表面の傾斜方向を算出する算出部と、算出された傾斜方向に基づいて、投光位置の移動方向を設定する方向設定部と、設定された移動方向に移動させながら撮像された測定画像に基づいて、測定対象の表面の3次元形状を示す点群データを生成する点群生成部とを備える形状測定装置である。
また、本発明の一実施形態は、構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する設計装置と、構造物設計情報に基づいて構造物を作製する成形装置と、作成された構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する上記に記載の形状測定装置と、測定によって得られた形状情報と、構造物設計情報とを比較する検査装置と、を含む構造物製造システムである。
また、本発明の一実施形態は、測定対象の表面の3次元形状を測定する形状測定装置から出力された点群データを評価する評価装置であって、生成された点群データを、点群データから得られる測定対象の表面の法線方向に応じて設定された射影方向に射影した2次元点群データを生成する2次元点群生成部と、生成された2次元点群データに含まれる各点を近似した近似曲線と、当該各点との距離に基づいて、当該各点に対応する点群データに含まれる各点の重み付け行う重み付け部と、重み付けの結果に基づいて、点群データの各点の評価する評価部とを備える評価装置である。
また、本発明の一実施形態は、測定光を測定対象に投光し、測定光が投光されている測定対象の表面へ測定光の投光方向が所定の方向となるように測定光を投光する部材の位置を設定し、測定光を測定画像として撮像し、撮像された測定画像に含まれる測定光の像の位置に基づいて、測定光が投光された測定対象の表面の位置における傾斜方向を算出し、算出された傾斜方向に基づいて、投光する部材の移動方向を設定し、設定された移動方向に移動しながら撮像された測定画像に基づいて、測定対象の表面の3次元形状を示す点群データを生成する形状測定方法である。
また、本発明の一実施形態は、構造物の形状に関する構造物設計情報を作製することと、構造物設計情報に基づいて構造物を作製することと、作成された構造物の形状を、請求項10に記載の形状測定方法を用いて生成した撮像画像に基づいて測定することと、測定によって得られた形状情報と、構造物設計情報とを比較することと、を含む構造物製造方法である。
また、本発明の一実施形態は、形状測定装置のコンピュータに、投光部が測定光を測定対象に投光する投光ステップと、移動機構が、測定光で投光されている測定対象の表面へ測定光の投光方向が所定の方向となるように投光部の位置を設定する位置設定ステップと、撮像部が、測定光を測定画像として撮像する撮像ステップと、算出部が、撮像された測定画像に含まれる測定光の像の位置に基づいて、測定光が投光された測定対象の表面の位置における表面の傾斜方向を算出する算出ステップと、移動制御部が、算出された傾斜方向に基づいて、投光部の移動方向を設定する方向設定ステップと、移動機構により設定された移動方向に移動機構を制御することで、投光部が移動しながら撮像された測定画像に基づいて、算出部が測定対象の表面の3次元形状を示す点群データを生成する点群生成ステップと、を実行させるための形状測定プログラムである。
本発明によれば、複雑な形状の測定対象(被測定物)に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。
以下、本発明の実施形態による形状測定装置について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の本実施形態による形状測定装置100の構成を示す図である。本実施形態の形状測定装置100は、球体や歯車等の予め決められた形状の測定対象(被測定物)3に対して、光切断プローブ2により測定対象3の測定領域にライン光を照射し、このライン光を光切断プローブ2により撮像する。この光切断プローブ2では、ライン光が照射された測定対象の表面が、その位置を算出する対象領域である測定領域となる。なお、図21は、ライン光を測定対象3に投影したときの様子を示した図である。(a)は測定対象3の全体斜視図であり、図21(b)は、測定対象3の軸θに方向から見たときの測定対象3の全体図と、軸θに対して垂直方向から見た測定対象3の側面図である。本光切断プローブ2は、投光部21と撮像部22を有している。投光部21は、軸θに対して垂直な方向DR1からライン光を投光している。この投光された領域Pが測定領域PCLとなる。この測定領域PCLに投光されたライン状の測定光の像を撮像部22で撮像している。また、図21(b)からわかるように、その撮像部22の撮像方向DR2は、投光方向DR1及び軸θのどちらとも垂直ではない方向に設定されている。そして、形状測定装置100は、光切断プローブ2を測定対象3に対して相対的に移動させることで、順次測定領域を走査させて、測定対象の各々領域にライン光が照射されたときの撮像画像を取得する。撮像画像からライン光が照射された測定領域内に位置する複数の位置座標を示す点群データを生成し、この点群データを測定対象の測定面に対して略垂直な平面上に射影した射影データ(2次元点群データ)を算出する。
なお、この光切断プローブ2は、一実施例であり、光切断法により測定するためのプローブ以外にも、投影されたパターンの像からその像の合焦度を利用して形状測定が行える光学プローブでもかまわない。これらを総称して、光学プローブとも記載する。なお、以降の説明では、光切断法を利用した光切断プローブを利用した形態を基に説明する。
図1は、本発明の本実施形態による形状測定装置100の構成を示す図である。本実施形態の形状測定装置100は、球体や歯車等の予め決められた形状の測定対象(被測定物)3に対して、光切断プローブ2により測定対象3の測定領域にライン光を照射し、このライン光を光切断プローブ2により撮像する。この光切断プローブ2では、ライン光が照射された測定対象の表面が、その位置を算出する対象領域である測定領域となる。なお、図21は、ライン光を測定対象3に投影したときの様子を示した図である。(a)は測定対象3の全体斜視図であり、図21(b)は、測定対象3の軸θに方向から見たときの測定対象3の全体図と、軸θに対して垂直方向から見た測定対象3の側面図である。本光切断プローブ2は、投光部21と撮像部22を有している。投光部21は、軸θに対して垂直な方向DR1からライン光を投光している。この投光された領域Pが測定領域PCLとなる。この測定領域PCLに投光されたライン状の測定光の像を撮像部22で撮像している。また、図21(b)からわかるように、その撮像部22の撮像方向DR2は、投光方向DR1及び軸θのどちらとも垂直ではない方向に設定されている。そして、形状測定装置100は、光切断プローブ2を測定対象3に対して相対的に移動させることで、順次測定領域を走査させて、測定対象の各々領域にライン光が照射されたときの撮像画像を取得する。撮像画像からライン光が照射された測定領域内に位置する複数の位置座標を示す点群データを生成し、この点群データを測定対象の測定面に対して略垂直な平面上に射影した射影データ(2次元点群データ)を算出する。
なお、この光切断プローブ2は、一実施例であり、光切断法により測定するためのプローブ以外にも、投影されたパターンの像からその像の合焦度を利用して形状測定が行える光学プローブでもかまわない。これらを総称して、光学プローブとも記載する。なお、以降の説明では、光切断法を利用した光切断プローブを利用した形態を基に説明する。
そして、形状測定装置100は、この射影データにおける点群のばらつき(分散値)を評価し、この評価結果に基づいて光切断プローブ2の移動方向を制御する。すなわち、形状測定装置100は、射影データに基づいて、測定対象3に対してプローブが何れの方向移動すれば最も点群データのばらつきが少ない撮像画像を得られるかを判定して、光切断プローブの移動方向を制御する。或いは、光切断プローブ2の移動方向と相対位置とを制御する。ここで、相対位置とは、測定対象3に対する光切断プローブ2の測定位置及び姿勢(向き)のことであり、光切断プローブ2と測定対象3との相対的な位置を示し、測定対象3が固定されている場合には、光切断プローブ2の測定位置を示す。
なお、本実施形態の形状測定装置100は、上述のように3次元の点群データを2次元の点群データに射影し、この射影データのばらつきを評価する機能を備える。このため、形状測定装置100は、その応用例として、例えば、測定対象面に対する測定光(ライン光)の投光位置を評価する評価装置として用いることができる。また、形状測定装置100は、例えば、歯車の同一歯面を所定の間隔ごとに周期的に繰り返して測定する場合に、得られた点群データの射影データのばらつきを評価することにより、測定対象3の歯面の形状のばらつきを評価する評価装置として使用することもできるものである。
[形状測定装置100の全体構成]
本実施形態に係る形状測定装置100は、測定対象3の3次元形状を検出する3次元形状計測装置(例えば、座標測定機(CMM:Coordinate Measuring Machine))である。つまり、形状測定装置100は、光切断法を用いることで、測定対象3の表面に一本のライン光(ライン状の測定光)からなるライン状投影パターンを投影し、測定対象3表面の全域を走査させる毎に投影方向と異なる角度から測定対象3に投影されたライン状投影パターンを撮像する。そして、この形状測定装置100は、撮像された測定対象3表面の撮像画像よりライン状投影パターンの長手方向の画素毎に三角測量の原理等を用いて測定対象3表面の基準平面からの高さを算出し、測定対象3表面の3次元形状を求める装置である。
本実施形態に係る形状測定装置100は、測定対象3の3次元形状を検出する3次元形状計測装置(例えば、座標測定機(CMM:Coordinate Measuring Machine))である。つまり、形状測定装置100は、光切断法を用いることで、測定対象3の表面に一本のライン光(ライン状の測定光)からなるライン状投影パターンを投影し、測定対象3表面の全域を走査させる毎に投影方向と異なる角度から測定対象3に投影されたライン状投影パターンを撮像する。そして、この形状測定装置100は、撮像された測定対象3表面の撮像画像よりライン状投影パターンの長手方向の画素毎に三角測量の原理等を用いて測定対象3表面の基準平面からの高さを算出し、測定対象3表面の3次元形状を求める装置である。
図1に示すように、形状測定装置100は、測定装置本体1及び制御装置4を備えている。後述する制御装置4は、制御線を介して測定装置本体1に接続されており、測定装置本体1を制御する。
測定装置本体1は、回転機構13及びヘッド駆動部14を有する駆動部11(図3)と、位置検出部12(図3)と、ヘッド部17と、定盤18と、光切断プローブ2とを備えている。なお、ここでは、測定対象3は、一例として、球体を示しており、定盤18の上に配置されている。定盤18は、石製又は鋳鉄製からなるものであり、上面が水平に保たれたものとなっている。
測定装置本体1は、回転機構13及びヘッド駆動部14を有する駆動部11(図3)と、位置検出部12(図3)と、ヘッド部17と、定盤18と、光切断プローブ2とを備えている。なお、ここでは、測定対象3は、一例として、球体を示しており、定盤18の上に配置されている。定盤18は、石製又は鋳鉄製からなるものであり、上面が水平に保たれたものとなっている。
ヘッド駆動部14(移動部)は、制御装置4から供給される駆動信号に基づいて、互いが直交するX軸、Y軸、Z軸の直交3軸の方向にヘッド部17を移動させる。ヘッド駆動部14は、X軸移動部141、Y軸移動部142、及びZ軸移動部143を備えている。
ここで、本実施の形態における定盤18の上面は、図1に示すXY平面と平行な面となるように設定されている。すなわち、X軸方向とは、定盤18上における一方向を規定するものであり、Y軸方向とは、定盤18の上面においてX軸方向に直交する方向を規定するものであり、Z軸方向とは、定盤18の上面に直交する方向を規定するものである。
ここで、本実施の形態における定盤18の上面は、図1に示すXY平面と平行な面となるように設定されている。すなわち、X軸方向とは、定盤18上における一方向を規定するものであり、Y軸方向とは、定盤18の上面においてX軸方向に直交する方向を規定するものであり、Z軸方向とは、定盤18の上面に直交する方向を規定するものである。
X軸移動部141は、ヘッド部17をX軸方向に駆動するX軸用モータを備え、定盤18上の所定の範囲内でX軸方向にヘッド部17を移動させる。Y軸移動部142は、ヘッド部17をY軸方向に駆動するY軸用モータを備え、定盤18上の所定の範囲内でY軸方向にヘッド部17を移動させる。また、Z軸移動部143は、ヘッド部17をZ軸方向に駆動するZ軸用モータを備え、所定の範囲内でZ軸方向にヘッド部17を移動させる。
なお、ヘッド部17は、光切断プローブ2の上部に位置し、回転機構13を介して光切断プローブ2を支持している。すなわち、ヘッド駆動部14は、互いに直交する3次元座標系の座標軸方向それぞれに、光切断プローブ2を移動させる。
なお、ヘッド部17は、光切断プローブ2の上部に位置し、回転機構13を介して光切断プローブ2を支持している。すなわち、ヘッド駆動部14は、互いに直交する3次元座標系の座標軸方向それぞれに、光切断プローブ2を移動させる。
図2は、本実施形態における回転機構13の構成を示す図である。
図2に示すように、回転機構13は、ヘッド部17と光切断プローブ2との間に配置され、ヘッド駆動部14に対して光切断プローブ2を回転可能に支持する。すなわち、回転機構13は、測定対象3の表面に対して光切断プローブ2による測定光の投影方向および撮影方向を任意の角度に設定可能とする。
また、回転機構13は、A回転軸131、B回転軸132、及びC回転軸133を備えている。なお、回転機構13は、A回転軸131、B回転軸132、及びC回転軸133の各軸を回転させる駆動モータを備えており、制御装置4から供給される駆動信号に基づいて、光切断プローブ2を任意の角度に回転させる。
図2に示すように、回転機構13は、ヘッド部17と光切断プローブ2との間に配置され、ヘッド駆動部14に対して光切断プローブ2を回転可能に支持する。すなわち、回転機構13は、測定対象3の表面に対して光切断プローブ2による測定光の投影方向および撮影方向を任意の角度に設定可能とする。
また、回転機構13は、A回転軸131、B回転軸132、及びC回転軸133を備えている。なお、回転機構13は、A回転軸131、B回転軸132、及びC回転軸133の各軸を回転させる駆動モータを備えており、制御装置4から供給される駆動信号に基づいて、光切断プローブ2を任意の角度に回転させる。
A回転軸131は、A回転軸131の下に取り付けられたB回転軸132及びC回転軸133を含めて光切断プローブ2を360度の範囲でZ軸と平行な軸を中心に回転させる回転軸である。B回転軸132は、A回転軸131下部に取り付けられ、C回転軸133を含めて光切断プローブ2をX軸方向及びY軸方向と平行な面内に含まれる軸を中心に回転することができる機構である。尚、その可動範囲は、上下方向に−90〜+90度となっている。なお、0度はZ軸と光切断プローブ2及びC回転軸133との中心を結ぶ線が平行となる方向としている。C回転軸133は、B回転軸132に取り付けられ、光切断プローブ2を360度の範囲で回転させる機構である。
光切断プローブ2は、測定対象3に光切断を行うためのライン光を照射する投光部21(照明)、及びライン光の照射方向とは異なる方向から測定対象3に照射されたライン光を検出する撮像部(カメラ)22を有している。
投光部21は、光源と光源からの光を集光して、投光部21から所定の距離離れた位置にライン状の強度分布を有するライン光の像が形成できるように、図示しないシリンドリカルレンズや細い帯状の切り欠きを有したスリット板と集光光学系等から構成る投影光学系を有する。この投影光学系により、光源からの光束は、ファン状に広がりながら測定対象に到達する。光源からの光束が測定対象に到達したときは、ライン状の像が測定対象の表面に投影される。光源としては、LEDやレーザー光源・SLD(Super Luminescent Diode)等を用いることができる。
撮像部22は、投光部21の光照射方向とは異なる方向から測定対象3の表面に投影されるライン光を撮像する。すなわち、撮像部22は、ライン光が照射されることで光切断面(線)が現れた測定対象3の表面を検出する。
また、撮像部22は、図示しない結像レンズやCCD等から構成され、後述のように駆動部11を駆動させてライン光が所定間隔で走査される毎に測定対象3を撮像するようになっている。撮像部22に備えられた結像レンズは、シャインプルーフ光学系となっており、撮像部22の撮像素子の共役な面は、投光部からの測定光の投光方向を含むように設定されている。なお、投光部21及び撮像部22の位置は、測定対象3の表面上のライン光の撮像部22に対する入射方向と、投光部21の光照射方向とが、所定角度θをなすように規定されている。なお、本実施形態では、上記所定角度θが、例えば、45度に設定されている。
また、撮像部22は、図示しない結像レンズやCCD等から構成され、後述のように駆動部11を駆動させてライン光が所定間隔で走査される毎に測定対象3を撮像するようになっている。撮像部22に備えられた結像レンズは、シャインプルーフ光学系となっており、撮像部22の撮像素子の共役な面は、投光部からの測定光の投光方向を含むように設定されている。なお、投光部21及び撮像部22の位置は、測定対象3の表面上のライン光の撮像部22に対する入射方向と、投光部21の光照射方向とが、所定角度θをなすように規定されている。なお、本実施形態では、上記所定角度θが、例えば、45度に設定されている。
次に、図3を参照して、形状測定装置100の構成を詳細に説明する。
図3は、本実施形態による形状測定装置100の構成を示す概略ブロック図である。なお、この図において、図1及び図2と同じ構成部分には、同じ符号を附す。
図3は、本実施形態による形状測定装置100の構成を示す概略ブロック図である。なお、この図において、図1及び図2と同じ構成部分には、同じ符号を附す。
図3において、形状測定装置100は、測定装置本体1と制御装置4とを備えている。
また、上述したように、測定装置本体1は、駆動部11、位置検出部12、及び光切断プローブ2を備えている。
駆動部11は、回転機構13とヘッド駆動部14とを備え、制御装置4から供給される駆動信号に基づいて、測定対象3に対する光切断プローブ2の相対位置を変更させる。すなわち、駆動部11は、光切断プローブ2と測定対象3とを相対移動させる。なお、駆動部11は、移動機構とも記載する。
また、上述したように、測定装置本体1は、駆動部11、位置検出部12、及び光切断プローブ2を備えている。
駆動部11は、回転機構13とヘッド駆動部14とを備え、制御装置4から供給される駆動信号に基づいて、測定対象3に対する光切断プローブ2の相対位置を変更させる。すなわち、駆動部11は、光切断プローブ2と測定対象3とを相対移動させる。なお、駆動部11は、移動機構とも記載する。
位置検出部12は、回転位置検出部15とヘッド位置検出部16とを備えている。
ヘッド位置検出部16は、ヘッド駆動部14のX軸、Y軸、及びZ軸方向の位置をそれぞれ検出するX軸用エンコーダ、Y軸用エンコーダ、及びZ軸用エンコーダを備える。ヘッド位置検出部16は、それらのエンコーダによってヘッド駆動部14の位置を検出し、ヘッド駆動部14の位置を示す信号を後述の座標検出部51に供給する。
ヘッド位置検出部16は、ヘッド駆動部14のX軸、Y軸、及びZ軸方向の位置をそれぞれ検出するX軸用エンコーダ、Y軸用エンコーダ、及びZ軸用エンコーダを備える。ヘッド位置検出部16は、それらのエンコーダによってヘッド駆動部14の位置を検出し、ヘッド駆動部14の位置を示す信号を後述の座標検出部51に供給する。
回転位置検出部15は、A回転軸131、B回転軸132、及びC回転軸133の回転位置をそれぞれ検出するエンコーダを備える。回転位置検出部15は、それらのエンコーダを用いて、A回転軸131、B回転軸132、及びC回転軸133の回転位置を検出し、検出した回転位置を示す信号を座標検出部51に供給する。
光切断プローブ2は、上述したように、光切断方式により測定対象3の表面形状を検出するために、投光部21及び撮像部22を備えている。投光部21は、後述の間隔調整部52から供給される光の照射を制御する制御信号に基づき、測定対象3に測定光を照射する。測定光は、前述のようにスリット状の光量分布を有する光束であるので、測定光が投影された測定対象3にはライン状の像が投影される。
撮像部22は、投光部21からの照射光により測定対象3の表面に形成されるライン状の像を撮像する。なお、本実施の形態では、このライン状の像を光切断線と称する。ここで、光切断線は、測定対象3の照射方向を含んだ面における断面形状に応じて形成される。そして、撮像部22は、間隔調整部52を介して撮像した画像情報を制御装置4に供給する。これにより、制御装置4は、測定光が投光された測定対象の位置における3次元位置座標を算出する。このとき、制御装置4はライン状の像の各1点1点に対して、3次元座標を算出する。
撮像部22は、投光部21からの照射光により測定対象3の表面に形成されるライン状の像を撮像する。なお、本実施の形態では、このライン状の像を光切断線と称する。ここで、光切断線は、測定対象3の照射方向を含んだ面における断面形状に応じて形成される。そして、撮像部22は、間隔調整部52を介して撮像した画像情報を制御装置4に供給する。これにより、制御装置4は、測定光が投光された測定対象の位置における3次元位置座標を算出する。このとき、制御装置4はライン状の像の各1点1点に対して、3次元座標を算出する。
続いて、制御装置4について説明する。
制御装置4は、演算処理部41と、入力装置42と、ジョイスティック43と、モニタ44とを備えている。
制御装置4は、演算処理部41と、入力装置42と、ジョイスティック43と、モニタ44とを備えている。
入力装置42は、ユーザが各種指示情報を入力するキーボードなどを備える。入力装置42は、入力された指示情報を検出し、検出した指示情報を記憶部55に記憶させる。
ジョイスティック43は、ユーザの操作を受けて、その操作に応じて駆動部11を駆動させる制御信号を生成して駆動制御部54に供給する。このように、ジョイスティック43は、光切断プローブ2を配置させる状態を示す情報を検出し、検出した情報に基づいて光切断プローブ2を配置させる制御指令情報として、入力することができる。
モニタ44は、データ出力部60から供給された測定データ(全測定ポイントの座標値)等を基に画像処理を行い、測定データから推定される測定対象の立体形状を表示する。また、モニタ44は、計測画面、指示画面等を表示する。
ジョイスティック43は、ユーザの操作を受けて、その操作に応じて駆動部11を駆動させる制御信号を生成して駆動制御部54に供給する。このように、ジョイスティック43は、光切断プローブ2を配置させる状態を示す情報を検出し、検出した情報に基づいて光切断プローブ2を配置させる制御指令情報として、入力することができる。
モニタ44は、データ出力部60から供給された測定データ(全測定ポイントの座標値)等を基に画像処理を行い、測定データから推定される測定対象の立体形状を表示する。また、モニタ44は、計測画面、指示画面等を表示する。
演算処理部41は、形状測定装置100における測定対象3の形状を測定する処理の制御を行い、測定対象3表面の基準平面からの高さを算出し、測定対象3の3次元形状を求める演算処理を行う。また、演算処理部41は、座標検出部51、間隔調整部52、測定部53、駆動制御部54、記憶部55、測定制御部56、データ出力部60、及びハードディスク61を備えている。
座標検出部51は、回転位置検出部15及びヘッド位置検出部16から出力される6軸座標信号によって、光切断プローブ2の位置、及び光切断プローブ2の相対位置を検知する。ここで、6軸座標信号とは、X軸、Y軸、Z軸の直交3軸、及びA回転軸131、B回転軸132、C回転軸133の3軸の座標を示す信号である。
つまり、座標検出部51は、ヘッド位置検出部16から出力される直交3軸の座標信号によって、光切断プローブ2の位置、すなわち水平方向における観察位置(光軸中心位置)と上下方向における観察位置とを検知する。また、座標検出部51は、回転位置検出部15から出力される回転位置を示す信号によって、測定対象3に対する光切断プローブ2の相対位置(向き)を検知する。この相対位置を求めることにより、測定対象3に対する測定光の投光方向と測定光の像の撮像方向が求められる。
つまり、座標検出部51は、ヘッド位置検出部16から出力される直交3軸の座標信号によって、光切断プローブ2の位置、すなわち水平方向における観察位置(光軸中心位置)と上下方向における観察位置とを検知する。また、座標検出部51は、回転位置検出部15から出力される回転位置を示す信号によって、測定対象3に対する光切断プローブ2の相対位置(向き)を検知する。この相対位置を求めることにより、測定対象3に対する測定光の投光方向と測定光の像の撮像方向が求められる。
座標検出部51は、光切断プローブ2の位置、及び光切断プローブ2の相対位置を示す情報として、6軸の座標情報を測定部53に供給する。
また、座標検出部51は、光切断プローブ2の6軸の座標情報に基づいて、光切断プローブ2の移動経路、移動速度などを検出する。
また、座標検出部51は、光切断プローブ2の6軸の座標情報に基づいて、光切断プローブ2の移動経路、移動速度などを検出する。
間隔調整部52は、予め定められた所定のサンプリング間隔で、撮像部22の撮影タイミングを設定する。また、この間隔で順次画像情報を測定部53に供給する。なお、所定のレートで撮像部出力される画像情報の中から、所定のサンプリング間隔で画像情報を測定部53に出力するようにしてもよい。
測定部53は、間隔調整部52から供給された画像情報を受け取る。また、測定部53は、座標検出部51から供給された光切断プローブ2の直交3軸の位置及び回転位置情報(以降、座標情報と称する)を受け取る。この測定部53は、点群生成部53Aと重み付け部53Bとを含む。点群生成部53Aは、間隔調整部52から供給された画像情報と、座標検出部51から供給されたと6軸の座標情報とに基づき、測定光が投影された測定対象3の各測定ポイントの座標値(3次元座標値)を算出する。なお、測定光が投影される位置を変えながら、順次各々異なる位置の測定ポイントに対する座標値を取得している。これにより、測定対象3の3次元点群データを得ることができる。
測定部53の点群生成部53Aにおけるこの点群データの具体的な算出方法は、以下の通りである。まず、測定部53は、受け取った光切断プローブ2の6軸の座標情報から、光切断プローブ2に固定された投光部21の座標と、投光部21から投影される測定光の投光方向(以下照射角度)と、撮像部22の座標とを算出する。
ここで、投光部21は、光切断プローブ2に固定されているので、投光部21の照射角度は、光切断プローブ2に対して固定である。また、撮像部22も光切断プローブ2に固定されているので、撮像部22の撮像角度は、光切断プローブ2に対して固定である。
ここで、投光部21は、光切断プローブ2に固定されているので、投光部21の照射角度は、光切断プローブ2に対して固定である。また、撮像部22も光切断プローブ2に固定されているので、撮像部22の撮像角度は、光切断プローブ2に対して固定である。
点群生成部53Aは、測定対象3に測定光が照射された位置における3次元位置座標を撮像部22から得られた画像情報から求める。このとき、測定光の像が撮像された画素毎に、三角測量の方法を用いて投光方向を含む面内での位置座標を算出する。ここで、照射した光が測定対象3にあたった点の座標は、投光部21の座標から投光部21の照射角度で描画される直線と、撮像部22の座標から撮像部22の撮像角度で描画される直線(光軸)とが交わる点の座標である。なお、上記の撮像された画像は、測定位置に配置された光切断プローブ2によって検出された画像を示す。
これによって、測定対象3に投影された測定光の像の短手方向に走査させることにより、順次測定領域の位置を変えることができる。このように測定領域を変えることで、測定対象3の表面形状を求めることができる。また、測定部53は、点群生成部53Aにより算出した各測定領域の3次元位置座標値を記憶部55に記憶させる。ところで、同一測定対象における複数の異なる測定領域の3次元位置座標のひとまとまりを点群データと称する。
これによって、測定対象3に投影された測定光の像の短手方向に走査させることにより、順次測定領域の位置を変えることができる。このように測定領域を変えることで、測定対象3の表面形状を求めることができる。また、測定部53は、点群生成部53Aにより算出した各測定領域の3次元位置座標値を記憶部55に記憶させる。ところで、同一測定対象における複数の異なる測定領域の3次元位置座標のひとまとまりを点群データと称する。
また、測定部53の重み付け部53Bは、点群データをある平面上に射影した射影データ(2次元点群データ)を生成する。なお、点群データから射影データ(2次元点群データ)を生成するための射影方向(射影パスの方向)は、測定対象を構成する面の方向に応じて設定する。例えば、歯車の場合に、測定面(歯面)の法線ベクトルと光切断線の方向(測定面に投影されたライン状の像の長手方向)とに直交する方向に設定することが好ましい。歯車の歯面を測定する際、光切断プローブ2から投影される光切断線の長手方向は歯筋と直交又は直交する方向に近い方向に設定し、光切断線の短手方向に走査しながら順次測定領域を変えてゆくことが好ましい。そして、本発明の実施の形態における重み付け部53Bは、このようにして取得された点群データについて、走査方向に対してほぼ直交し光切断線の長手方向とほぼ平行な面に射影する。
このような操作を歯車の全歯面に実施する。なお、歯車の歯面はいずれもほぼ同一形状を有しているので、どの歯面であってもその射影データが描く形状は、歯面を歯すじの方向から見た形状と概略同じ形状となる。
このような操作を歯車の全歯面に実施する。なお、歯車の歯面はいずれもほぼ同一形状を有しているので、どの歯面であってもその射影データが描く形状は、歯面を歯すじの方向から見た形状と概略同じ形状となる。
また、重み付け部53Bは、射影データ(2次元点群データ)の各点の座標情報に基づいて近似曲線(例えば、スプライン曲線)を算出する。算出した近似曲線と各点の2次元座標情報との距離に基づいて、点群データに含まれる各点の重み付け値を設定する。そして、重み付け部53Bは、射影データの近似曲線と各点の2次元座標情報との距離の分布データから分散値σを求め、この分散値σを評価することにより点群データの品質を判定する。すなわち、重み付け部53Bは、分散値σが小さい程、点群データの品質が良いと判定する。なお、近似曲線(例えば、スプライン曲線)の例と分散値σの算出方法については後述する。
そして、後述するように、測定制御部56の方向設定部59は、上記分散値σを最小にするように、光切断プローブ2の移動方向を設定する。そして、測定制御部56は、駆動制御部54を介して、方向設定部59により設定された移動方向に光切断プローブ2を移動させる。なお、方向設定部59は、移動方向決定部とも記載する。
駆動制御部54は、ジョイスティック43からの操作信号に基づいて、又は、測定制御部56からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部14及び回転機構13に駆動信号を出力して、駆動部11を移動させる制御を行う。なお、この駆動制御部54は、移動制御部とも記載する。
記憶部55は、例えば、RAM(Random Access Memory)などのメモリであり、入力装置42から供給された各種指示情報を測定条件テーブルとして記憶する。ここで、測定条件テーブルには、測定条件や測定の終了条件、測定対象3の測定開始点(最初の測定ポイント)の座標値等、測定開始位置での測定目標方向、各測定ポイントの間隔(例えば、一定間隔のデータ取得ピッチ)を示すデータなどの項目が含まれる。また、条件テーブルには、回転軸132、133の角度調整範囲、及び角度調整(変更)を行う際の角度ステップを予め指定する情報が含まれる。
また、記憶部55は、測定部53から供給された3次元座標値の点群データを測定データとして記憶する。また、記憶部55は、座標検出部51から供給された各測定ポイントの座標値データ(6軸の座標情報)を経路情報として記憶する。また、記憶部55は、設計データ(CADデータ)を記憶する。なお、経路情報は、測定パスとも記載する。また、記憶部55は、測定パス記憶部とも記載する。
なお、記憶部55は、形状記憶部551と経路記憶部552とを備えている。
形状記憶部551は、上述した測定部53から供給された3次元座標値の点群データを測定データとして記憶する。つまり、形状記憶部551は、後述する測定制御部56によって制御された相対位置に対応させて測定部53が検出した検出値(形状)である点群データを記憶する。
経路記憶部552は、変更させた上述の相対位置(各測定ポイント)に対応する光切断プローブ2の座標値データ(6軸の座標情報)を相対位置の経路情報として記憶する。
形状記憶部551は、上述した測定部53から供給された3次元座標値の点群データを測定データとして記憶する。つまり、形状記憶部551は、後述する測定制御部56によって制御された相対位置に対応させて測定部53が検出した検出値(形状)である点群データを記憶する。
経路記憶部552は、変更させた上述の相対位置(各測定ポイント)に対応する光切断プローブ2の座標値データ(6軸の座標情報)を相対位置の経路情報として記憶する。
測定制御部56は、位置設定部57と、法線算出部58と、方向設定部59とを含む。また、測定制御部56は、測定部53における測定動作、例えば、点群データの生成や射影データの生成や点群データの評価等の処理動作を制御する。また、測定制御部56は、記憶部55から測定条件テーブルに登録された測定対象3の測定開始点(最初の測定ポイント)及び測定終了条件、等を読み出す。
また、測定制御部56は、位置設定部57により、光切断プローブ2からライン状の像が投光される測定対象3の表面の位置を投光位置として設定する。
また、測定制御部56内の方向設定部59は、測定部53により生成された3次元点群データを上述の射影パスの方向に射影した射影データ(2次元点群データ)に基づいて、光切断プローブ2が測定対象3をスキャンする移動方向(スキャン方向)を設定する。すなわち、方向設定部59は、射影データの評価結果により、スキャン方向(移動方向)を最適化する。そして、測定制御部56は、方向設定部59により設定された移動方向と、予め設定された移動ピッチ(データ取得ピッチ)とにより、光切断プローブ2を連続的に移動させていく。
なお、方向設定部59は、光切断プローブ2の移動方向(スキャン方向)を、射影データ(2次元点群データ)に基づいて最適化した方向に設定することができる他に、法線ベクトル(面の傾斜情報)と測定対象に投影された光切断線の長手方向との外積の方向に設定することもできる。
なお、方向設定部59は、光切断プローブ2の移動方向(スキャン方向)を、射影データ(2次元点群データ)に基づいて最適化した方向に設定することができる他に、法線ベクトル(面の傾斜情報)と測定対象に投影された光切断線の長手方向との外積の方向に設定することもできる。
また、上記の位置設定部57においても、測定部53によって算出(検出)された検出値(3次元座標値の点群データの射影データ)に基づいて、光切断線を検出する位置が最適になるように光切断プローブ2と測定対象3との相対位置(光切断プローブ2の姿勢)を制御するようにしてもよい。つまり、位置設定部57は、点群データの射影データに基づいて、射影データが示す点群データのばらつき(分散値)が最小値になるか、又は所定の範囲内に収まるように、光切断プローブ2と測定対象3との相対移動方向を制御するようにしてもよい。
また、測定制御部56内の法線算出部58は、算出値(3次元座標値を持つ点群データ)に基づいて、光切断線が投影された位置における測定対象3の測定面の法線方向を示す法線ベクトルを算出する。
本形状測定装置1は、法線ベクトルを算出する際に、方向設定部59により設定された光切断プローブ2の移動方向に沿って、光切断プローブ2を移動させながら、測定領域を順次移動させて、画像データを取得しながら実施する。そして、法線算出部58は、形状記憶部551から読み出した、現在の測定領域の点群データと現在より一つ前の画像データを基に算出された(例えば、1つ前の)点群データとに基づいて、現在の測定領域における被測定面の法線ベクトルを算出する。すなわち、法線算出部58は、連続する2枚のライン光の撮像画像から測定対象3の測定面の法線方向(面の傾斜情報面)を示す法線ベクトルを算出する。この法線ベクトルの算出の詳細については、後述する。
本形状測定装置1は、法線ベクトルを算出する際に、方向設定部59により設定された光切断プローブ2の移動方向に沿って、光切断プローブ2を移動させながら、測定領域を順次移動させて、画像データを取得しながら実施する。そして、法線算出部58は、形状記憶部551から読み出した、現在の測定領域の点群データと現在より一つ前の画像データを基に算出された(例えば、1つ前の)点群データとに基づいて、現在の測定領域における被測定面の法線ベクトルを算出する。すなわち、法線算出部58は、連続する2枚のライン光の撮像画像から測定対象3の測定面の法線方向(面の傾斜情報面)を示す法線ベクトルを算出する。この法線ベクトルの算出の詳細については、後述する。
また、測定制御部56は、記憶部55から読み出した測定終了条件に基づいて、測定対象3の形状の検出を終了させる。測定終了条件の詳細は、後述する。
また、測定制御部56は、測定部53によって点群データが生成される測定領域の変更間隔を所定ピッチで行う。その際に、画像データが取得された毎に光切断プローブ2の測定位置及び向きに対応する光切断プローブ2の座標値データ(6軸の座標情報)を経路記憶部552に記憶させる。測定制御部56は、再び同じ測定対象3の形状を検出させる場合に、経路記憶部552から読み出した光切断プローブ2の各6軸の座標値データに基づいて、光切断プローブ2の6軸の位置を変更させて、測定部53に点群データを繰り返し検出させることができる。
また、測定制御部56は、測定部53によって点群データが生成される測定領域の変更間隔を所定ピッチで行う。その際に、画像データが取得された毎に光切断プローブ2の測定位置及び向きに対応する光切断プローブ2の座標値データ(6軸の座標情報)を経路記憶部552に記憶させる。測定制御部56は、再び同じ測定対象3の形状を検出させる場合に、経路記憶部552から読み出した光切断プローブ2の各6軸の座標値データに基づいて、光切断プローブ2の6軸の位置を変更させて、測定部53に点群データを繰り返し検出させることができる。
また、測定制御部56は、記憶部55から測定条件テーブルに登録された測定対象3の測定開始点(最初の測定ポイント)及び測定終了条件、等を読み出す。測定制御部56は、測定対象3の測定開始点、及び測定部53によって算出(検出)された測定対象3の形状に応じて、測定対象3に対するスキャンの移動経路を算出する。
データ出力部60は、記憶部55から測定データ(全測定ポイントの座標値)等を読み出す。データ出力部60は、その測定データ(全測定ポイントの座標値)等をモニタ44に供給する。また、データ出力部60は、測定データ(全測定ポイントの座標値)等をプリンタ(不図示)へ出力する。
ハードディスク61は、磁気記憶装置などの不揮発性の記憶装置であり、記憶部55に記憶されている情報を保存しておく目的のために記憶する。記憶部55に記憶されている情報は、例えば、形状記憶部551に記憶されている点群データや、経路記憶部552に記憶されている経路情報などである。これらの情報は、測定制御部56によって、記憶部55から読み出されて、ハードディスク61に記憶される。また、ハードディスク61に記憶されている情報は、測定制御部56によって、ハードディスク61から読み出され、記憶部55に記憶されて、測定の際に使用されてもよい。
(光切断プローブの位置と点群データの品質)
ところで、上述した形状測定装置100では、測定対象3に対する光切断プローブ2のスキャン方向(移動方向)や、測定対象3と光切断プローブ2の相対位置により、点群データの品質が左右されることがある。
例えば、図7は、点群データの計測画面例を示す図である。この図7に示す例は、図7(a)に示す平歯車の1つの歯面にラインレーザ光を照射しスキャンを行う場合の例であり、符号Aで示す部分がスキャン範囲を示している。
ぞして、図7(b)は、多重反射光のない状態の画像データを基に生成された複数の3次元座標データからなる点群データをスクリーン上に表示したときの例を示し、図7(c)は、平歯車の歯面の状態によって多重反射光が発生し拡散光が正しく検出できないような画像データを基に、取得された点群データをスクリーン上に表示したときの例を示している。この図に示すように、図7(b)の多重反射光のない状態での点群データの計測画面では、形状を示す点群データが明瞭に検出されているのに対して、図7(c)の多重反射光のある状態での点群データの計測画面では、形状を示す点群データに抜けた部分が発生するなど、点群データが不明瞭になる。
ところで、上述した形状測定装置100では、測定対象3に対する光切断プローブ2のスキャン方向(移動方向)や、測定対象3と光切断プローブ2の相対位置により、点群データの品質が左右されることがある。
例えば、図7は、点群データの計測画面例を示す図である。この図7に示す例は、図7(a)に示す平歯車の1つの歯面にラインレーザ光を照射しスキャンを行う場合の例であり、符号Aで示す部分がスキャン範囲を示している。
ぞして、図7(b)は、多重反射光のない状態の画像データを基に生成された複数の3次元座標データからなる点群データをスクリーン上に表示したときの例を示し、図7(c)は、平歯車の歯面の状態によって多重反射光が発生し拡散光が正しく検出できないような画像データを基に、取得された点群データをスクリーン上に表示したときの例を示している。この図に示すように、図7(b)の多重反射光のない状態での点群データの計測画面では、形状を示す点群データが明瞭に検出されているのに対して、図7(c)の多重反射光のある状態での点群データの計測画面では、形状を示す点群データに抜けた部分が発生するなど、点群データが不明瞭になる。
この多重反射の発生原因としては、例えば、図8に示すように、照明光1が測定対象3としての歯車の歯面Aで反射し、さらにその光が向かい側の歯面Bに反射し撮像部22(不図示)に入ることが原因になる場合ある。このような場合は、本来の被測定面の形状を表す信号と多重反射によるノイズとが合成され、本来の被測定面の形状を表す位置の信号と多重反射によるノイズが合成された信号が検出され、点群データの品質が悪化することになる。
(点群データの品質の評価)
そこで、本実施形態の形状測定装置100では、点群データの品質を評価するために3次元の点群データを2次元空間に射影して評価を行う。これは、球体、平面のようにその形状が明らかな3次元の点群データに対しても最少二乗法等によりフィッティングを行う場合だけでなく、最少二乗面からの偏差を評価できる形状でない場合においても、射影可能な任意の曲面に対しても点群データの品質の評価を行えるようにするためである。
そこで、本実施形態の形状測定装置100では、点群データの品質を評価するために3次元の点群データを2次元空間に射影して評価を行う。これは、球体、平面のようにその形状が明らかな3次元の点群データに対しても最少二乗法等によりフィッティングを行う場合だけでなく、最少二乗面からの偏差を評価できる形状でない場合においても、射影可能な任意の曲面に対しても点群データの品質の評価を行えるようにするためである。
例えば、図9は、検出された歯面の点群データを被測定対象である平歯車の歯筋方向にと垂直な面に射影したときの、射影データを示している。図9(a)は点群データを算出するときに用いた画像データの中に多重反射光による像を含んでいない場合の射影データの例を示し、図9(b)は多重反射光による像を含む画像データで点群データを算出した場合の射影データの例を示している。この図9(b)に示す多重反射を含む画像から取得された点群データは、図9(a)と比較してわかるように、射影データを構成している個々の2次元座標データの分散(点群データのばらつき)が大きい。本来正確に製造された平歯車では、その歯筋方向の位置が変わっても歯車の稜線とは直交する方向の座標データは、同じであるべきである。しかしながら、取得する画像データの中に多重反射光による像なども一緒に撮影されている場合、点群データが本来あるべき座標値を持たず、形状測定装置100から得られる測定値の信頼性が低いものとなってしまう。
そこで、本実施形態の形状測定装置100では、測定部53内の重み付け部53Bにより、射影データの2次元点群をプロットする。このようにして得られた射影曲線を多項式の近似曲線(本実施形態ではスプライン曲線)により補間し、さらに、近似曲線を均等区間に区切り折れ線化を行う。
これは、単純なプロファイルをもつ形状ではスプライン曲線を用いて、そのスプライン曲線と各点との距離を評価することもできるが、本実施形態の形状測定装置100では、その演算時間を考慮し、スプライン補間後に、スプライン曲線を均等区間に区切り折れ線化を行い、この折れ線と各点との距離を評価する。このように、スプライン曲線を折れ線化することでとで、スプライン曲線と各点との距離の算出処理を高速化している。
これは、単純なプロファイルをもつ形状ではスプライン曲線を用いて、そのスプライン曲線と各点との距離を評価することもできるが、本実施形態の形状測定装置100では、その演算時間を考慮し、スプライン補間後に、スプライン曲線を均等区間に区切り折れ線化を行い、この折れ線と各点との距離を評価する。このように、スプライン曲線を折れ線化することでとで、スプライン曲線と各点との距離の算出処理を高速化している。
例えば、図10は、スプライン補間の例を示す図である。図10(a)は、多重反射光を含む2次元画像を示し、この2次元画像から求まるスプライン曲線SPLを、図10(b)の画像で中抜きの部分(白色の部分)で示し、また、図10(c)にスプライン曲線SPLを抜き出して示している。
重み付け部53Bは、図10(d)に示すように、スプライン曲線SPLから折れ線Mを生成し、各点Xと折れ線Mとの距離は各点と折れ線Mとの垂線を求めることでその距離としている。そして、重み付け部53Bは、射影データの各点と折れ線の距離を算出し、次に、折れ線Mとの距離の分布データを分散値σとして求め、この分散値σを評価値とする。
そして、測定制御部56は、方向設定部59により、上記分散値σを最小にする(又は所定の値以下になる)ように、点群データを取得するたびに、光切断プローブ2の移動方向を変えて、2次元点群データを評価し、最適な光切断プローブ2の移動方向を設定する。
重み付け部53Bは、図10(d)に示すように、スプライン曲線SPLから折れ線Mを生成し、各点Xと折れ線Mとの距離は各点と折れ線Mとの垂線を求めることでその距離としている。そして、重み付け部53Bは、射影データの各点と折れ線の距離を算出し、次に、折れ線Mとの距離の分布データを分散値σとして求め、この分散値σを評価値とする。
そして、測定制御部56は、方向設定部59により、上記分散値σを最小にする(又は所定の値以下になる)ように、点群データを取得するたびに、光切断プローブ2の移動方向を変えて、2次元点群データを評価し、最適な光切断プローブ2の移動方向を設定する。
(形状データを作成するまでの手順)
図4は、本実施形態における形状測定装置100の測定手順を示す図である。
また、被測定面をスキャンする処理の手順の詳細を図5に、射影処理の手順の詳細を図6に示す。本実施形態の形状測定装置100は、測定対象となる歯車等の歯面を精度良く測定出来るように、測定対象3に対する光切断プローブ2の移動方向を測定条件として決定するものである。
図4は、本実施形態における形状測定装置100の測定手順を示す図である。
また、被測定面をスキャンする処理の手順の詳細を図5に、射影処理の手順の詳細を図6に示す。本実施形態の形状測定装置100は、測定対象となる歯車等の歯面を精度良く測定出来るように、測定対象3に対する光切断プローブ2の移動方向を測定条件として決定するものである。
図4において、まず、測定オブジェクトである測定対象3が、ユーザによって測定台に設置される(ステップS101)。具体的には、形状測定装置100上の測定可能空間内に測定対象3を設置し、振動等の影響によりその位置が変動することのないよう治具等で固定する。
次に、ユーザが、ヘッド駆動部(X軸、Y軸、Z軸の直交3軸の駆動部)14及び回転機構13を測定開始位置に移動させる(ステップS102)。つまり、光切断プローブ2が、測定開始位置に移動させられる。すなわち、光切断プローブ2から照射される光切断線(ライン光)が測定対象3の測定開始位置に照射されるように、例えば、移動ツマミ(入力装置42の一部)、又はジョイスティック43を用いて、光切断プローブ2の位置(X軸上の位置、Y軸上の位置、Z軸上の位置)と光切断プローブ2によるライン光の投影方向(θXの方向、θYの方向、θZの方向)の計6軸座標が調整され、駆動制御部54は、移動ツマミ又はジョイスティック43からの操作信号に基づいて、ヘッド駆動部14及び回転機構13を移動及び回転させる。そして、駆動制御部54は、移動ツマミ又はジョイスティック43からの操作信号に基づいて、登録位置として設定された駆動部11の測定開始位置を記憶部55に記憶させる。これにより、形状測定装置100は、測定開始位置が設定される。
ヘッド駆動部14及び回転機構13を測定開始位置に移動させる場合、測定対象の測定領域に投影された光切断線の像は、光切断プローブ2内の撮像部22によりモニタされ、画像中心位置に撮像されるように微調整されてもよい。
次に、光切断線の照射方向(測定目標方向)が、ユーザによって指定される(ステップS103)。つまり、ユーザによって、C回転軸133を移動ツマミ又はジョイスティック43により光切断線の長手方向を光切断プローブ2の測定対象に対する走査方向と直交する方向に合わせる。例えば、図1のモニタ44を観察して、測定開始領域に光切断線が投影されるかを確認しながら、決定する。なお、モニタ上の光切断線の方向は、測定対象3の測定領域の形状に応じて設定されるものである。
ここで、駆動制御部54は、移動ツマミ又はジョイスティック43からの操作信号に基づいて、回転機構13のC回転軸133を回転させるとともに、登録位置として設定された測定開始位置での測定目標方向を記憶部55に記憶させる。
ここで、駆動制御部54は、移動ツマミ又はジョイスティック43からの操作信号に基づいて、回転機構13のC回転軸133を回転させるとともに、登録位置として設定された測定開始位置での測定目標方向を記憶部55に記憶させる。
次に、形状測定装置100では、測定終了条件が、ユーザによって指定される(ステップS104)。つまり、入力装置42又はジョイスティック43により、図1で示すXY平面と平行な方向において、測定終了位置を設定する。そして、測定開始位置から測定終了位置までの測定パスを入力装置42又はジョイスティック43により入力する。入力された測定は、記憶部55に記憶させる。このとき、測定開始位置から測定終了位置までの測定パスは、何種類かのパスを設定している。また、測定対象の必要な測定範囲が包含されていれば、測定開始位置や測定終了位置を測定パス毎に変えて設定しても良い。
本実施形態では、自動追従動作を終了させる測定範囲の終点とする条件として、以下に示す条件の設定が可能である。なお、測定制御部56は、指定された測定範囲の終点とする条件に到達するまで、光切断プローブ2の位置及び相対位置を変更させて、測定部53に点群の位置情報である点群データを繰り返し検出させる。
(1)図1に示すXY平面内に置いて、光切断プローブ2の測定対象3に対する移動距離を測定して、その距離が所定距離となったら測定範囲の終点とする。
この場合、形状測定装置100では、例えば、mm(ミリメートル)単位によって、測定対象3の測定開始位置から測定を行う距離が指定される。また、その距離の指定においては、頻繁に利用する距離を予めメニュー化しておいて、そのメニューの内から指定する方式でもよい。
また、この測定終了条件が指定された場合に、測定制御部56は、光切断プローブ2の位置が測定対象3の測定開始位置から上述の指定された距離以上離れた位置になった場合に測定対象3の形状の検出を終了させる。
(1)図1に示すXY平面内に置いて、光切断プローブ2の測定対象3に対する移動距離を測定して、その距離が所定距離となったら測定範囲の終点とする。
この場合、形状測定装置100では、例えば、mm(ミリメートル)単位によって、測定対象3の測定開始位置から測定を行う距離が指定される。また、その距離の指定においては、頻繁に利用する距離を予めメニュー化しておいて、そのメニューの内から指定する方式でもよい。
また、この測定終了条件が指定された場合に、測定制御部56は、光切断プローブ2の位置が測定対象3の測定開始位置から上述の指定された距離以上離れた位置になった場合に測定対象3の形状の検出を終了させる。
(2)同一位置点群の検出によって測定範囲の終点とする。
この測定終了条件が指定された場合、測定部53によって検出された点群データが、既に取得済みのデータと一致(同一位置点群)、又は近距離で重なる場合に、形状測定装置100は、測定を終了する。すなわち、測定制御部56は、上述の相対位置を変更させて、測定部53に点群データを繰り返し検出させ、新しく検出された点群データ(点群の位置情報)が、既に検出された点群データの値を含む予め定められた範囲内である場合に、測定対象3の形状の検出を終了させる。例えば、球面を連続的に測定(スキャン)し、360度測定の結果、近距離の点群が重なる場合に、測定制御部56は、測定対象3の形状の検出を終了させる。
この測定終了条件が指定された場合、測定部53によって検出された点群データが、既に取得済みのデータと一致(同一位置点群)、又は近距離で重なる場合に、形状測定装置100は、測定を終了する。すなわち、測定制御部56は、上述の相対位置を変更させて、測定部53に点群データを繰り返し検出させ、新しく検出された点群データ(点群の位置情報)が、既に検出された点群データの値を含む予め定められた範囲内である場合に、測定対象3の形状の検出を終了させる。例えば、球面を連続的に測定(スキャン)し、360度測定の結果、近距離の点群が重なる場合に、測定制御部56は、測定対象3の形状の検出を終了させる。
(3)法線角度の範囲によって測定を終了する。
この測定終了条件が指定された場合、形状測定装置100は、後述する法線ベクトルの向きが予め定められた範囲内にあるかを測定制御部56で検出し、法線ベクトルの向きがこの範囲から外れた場合に測定を終了する。つまり、測定制御部56は、法線ベクトルの向きが予め定められた範囲内にあるかをモニタし、後述する法線ベクトルの向きが、予め定められた範囲外である場合に、測定対象3の形状の検出を終了させる。
この測定終了条件が指定された場合、形状測定装置100は、後述する法線ベクトルの向きが予め定められた範囲内にあるかを測定制御部56で検出し、法線ベクトルの向きがこの範囲から外れた場合に測定を終了する。つまり、測定制御部56は、法線ベクトルの向きが予め定められた範囲内にあるかをモニタし、後述する法線ベクトルの向きが、予め定められた範囲外である場合に、測定対象3の形状の検出を終了させる。
(4)画像毎点群数の下限値によって測定を終了する。
この測定終了条件が指定され、形状測定装置100は、例えば、1024を最大とする画像データ一枚当たりの算出点群数が、規定値を下回った場合に、測定を終了する。つまり、測定制御部56は、上述の相対位置を変更させて測定部53に1回に検出させた点群の数が、予め定められた値以下である場合に、測定対象3の形状の検出を終了させる。
この測定終了条件が指定され、形状測定装置100は、例えば、1024を最大とする画像データ一枚当たりの算出点群数が、規定値を下回った場合に、測定を終了する。つまり、測定制御部56は、上述の相対位置を変更させて測定部53に1回に検出させた点群の数が、予め定められた値以下である場合に、測定対象3の形状の検出を終了させる。
(5)点群数の上限値によって測定を終了する。
この測定終了条件が指定され、形状測定装置100は、測定開始から取得された点群データの総数が上限値を越えた場合に、測定を終了する。つまり、測定制御部56は、上述の相対位置を変更させて測定部53に検出させた点群の数をカウントして、カウントした点群データの総数が、予め定められた上限値を越えたら場合に、測定対象3の形状の検出を終了させる。
この測定終了条件が指定され、形状測定装置100は、測定開始から取得された点群データの総数が上限値を越えた場合に、測定を終了する。つまり、測定制御部56は、上述の相対位置を変更させて測定部53に検出させた点群の数をカウントして、カウントした点群データの総数が、予め定められた上限値を越えたら場合に、測定対象3の形状の検出を終了させる。
(6)空間座標範囲によって測定を終了する。
この測定終了条件が指定された場合、形状測定装置100は、後述するワールド座標の指定された範囲内に到達した場合に、測定を終了する。つまり、測定制御部56は、上述の相対位置を変更させて測定部53に検出させた点群データが、ワールド座標の指定された範囲内に到達した場合に、測定対象3の形状の検出を終了させる。
このように、形状測定装置100では、以上の(1)から(6)の測定終了条件を単体、及び組み合わせ条件として指定する。
また、本願発明の形状測定装置は、更に射影データのばらつきσの量を基に、測定終了条件を設定する。
この測定終了条件が指定された場合、形状測定装置100は、後述するワールド座標の指定された範囲内に到達した場合に、測定を終了する。つまり、測定制御部56は、上述の相対位置を変更させて測定部53に検出させた点群データが、ワールド座標の指定された範囲内に到達した場合に、測定対象3の形状の検出を終了させる。
このように、形状測定装置100では、以上の(1)から(6)の測定終了条件を単体、及び組み合わせ条件として指定する。
また、本願発明の形状測定装置は、更に射影データのばらつきσの量を基に、測定終了条件を設定する。
次に、形状測定装置100では、測定対象3の表面のデータ測定ピッチがユーザによって指定される(ステップS105)。つまり、入力装置42又はジョイスティック43を用いて、測定ピッチ(スキャンピッチ)が指定され、入力装置42又はジョイスティック43は、指定された測定ピッチを記憶部55に記憶させる。例えば、ユーザは、取得点群のサイズ、取得時間の制限等から被測定面の最適なデータ取得間隔を指定する。
以上により、形状測定装置100において、測定対象3の形状を測定するための設定が完了する。
次に、形状測定装置100は、測定対象3の形状の測定を開始する(ステップS106)。つまり、測定制御部56は、上述で設定された測定条件テーブルを記憶部55から読み出して、測定条件テーブルに基づいて測定対象3の形状の測定を開始する。
次に、測定制御部56は、ステップS104の処理において指定された測定終了条件に達したかを判定する(ステップS107)。測定制御部56は、ステップS104の処理において指定された測定終了条件に達したと判定した場合に、ステップS112に処理を進める。一方、測定制御部56は、ステップS104の処理において指定された測定終了条件に達していないと判定した場合に、光切断プローブ2の位置及び相対位置を変更させて、測定部53に点群の位置情報である点群データを繰り返し検出させる。このとき、測定制御部56は、光切断プローブ2の移動方向の設定(調整)と光切断線の長手方向の設定を行う。以下、測定制御部56が行う光切断プローブ2の移動方向の設定(調整)と光切断線の長手方向の設定について説明する。
この測定制御部56は、1画像分(例えば、1歯分)の3次元点群データごとに光切断プローブ2の移動方向の設定(調整)と光切断線の長手方向の設定を行う。ステップS107において、測定部53は、点群生成部53Aにより、1画像分(例えば、1歯分)の3次元点群データを生成し、測定部53は、重み付け部53Bにより、この3次元の点群データを射影パスの方向に射影した射影データ(2次元点群データ)を生成する(図9を参照)。さらに、重み付け部53Bは、この射影データ(2次元点群データ)の分散値σを検出する。そして、測定制御部56は、測定部53と駆動制御部54とを制御することにより、この重み付け部53Bにより検出される分散値σが所定の範囲内に収まるまで、以下に示すステップS109〜S111の処理を繰り返し、最適な移動方向(スキャン方向)を設定する。例えば、測定制御部56は、移動方向を0.2度ずつ変更するなどして、その度ごとに分散値σを算出し、最適な移動方向(スキャン方向)を設定する。
そして、このステップS108の処理において、前回の測定開始から測定終了までに設定された測定パスとは異なるパスに設定されるように、形状測定装置100は、ライン光を検出する位置が最適になるように光切断プローブ2の移動方向を制御する。また、このとき、光切断線の長手方向も異なる測定パスに設定された測定方向と直交する方向となるように、光切断プローブ2のC軸を回転させる。つまり、形状測定装置100では、測定制御部56内の方向設定部59により、射影データに基づいて、射影データのばらつき(分散値σ)がある値以下に小さくなる(或いは所定の範囲内に収まる)ように、光切断プローブ2の移動方向の設定(調整)と光切断線の長手方向の設定を行う。
なお、測定部53の点群生成部53Aは、3次元点群データを生成する際に、後述するプローブ座標から後述するワールド座標に変換する。以下、測定部53の点群生成部53Aが、プローブ座標からワールド座標に変換して、3次元点群データを生成する一例を説明する。
(プローブ座標系について)
まず、本実施形態におけるプローブ座標系について説明する。
図11は、本実施形態におけるプローブ座標系を示すベクトル関連図である。
この図において、プローブ座標系は、光切断プローブ2単体において、測定光が投影される方向である照明光軸L1と撮像部22の撮像光学系の瞳の中心と撮像部22に設けられた撮像素子22aの中心とを結ぶ撮像光軸L2が交わる点を原点とし、投光部21の方向をZ軸のプラス方向、Z軸と直交する紙面右に向かう方向をX軸のプラス方向、紙面奥に向かう方向をY軸のプラス方向として示される。なお、この図の場合、測定光の像である光切断線の長手方向は、Y軸方向となる。本実施形態では、例えば、撮像部22は、1024×1024 画素のCCDカメラを使用している。なお、光切断線の像も紙面に対して垂直方向にその長手方向が一致している。そのため、測定部53は、撮像素子の撮像面上における最大輝度位置の検出を紙面と平行な方向に沿って、画素列毎に検出する。最大1024個のピーク位置を検出することが可能である。
まず、本実施形態におけるプローブ座標系について説明する。
図11は、本実施形態におけるプローブ座標系を示すベクトル関連図である。
この図において、プローブ座標系は、光切断プローブ2単体において、測定光が投影される方向である照明光軸L1と撮像部22の撮像光学系の瞳の中心と撮像部22に設けられた撮像素子22aの中心とを結ぶ撮像光軸L2が交わる点を原点とし、投光部21の方向をZ軸のプラス方向、Z軸と直交する紙面右に向かう方向をX軸のプラス方向、紙面奥に向かう方向をY軸のプラス方向として示される。なお、この図の場合、測定光の像である光切断線の長手方向は、Y軸方向となる。本実施形態では、例えば、撮像部22は、1024×1024 画素のCCDカメラを使用している。なお、光切断線の像も紙面に対して垂直方向にその長手方向が一致している。そのため、測定部53は、撮像素子の撮像面上における最大輝度位置の検出を紙面と平行な方向に沿って、画素列毎に検出する。最大1024個のピーク位置を検出することが可能である。
これにより、予め光切断プローブ2単体の校正がされた状態では、測定部53の点群生成部53Aは、測定光の像の位置を、校正データにより補正演算により、光切断面内のプローブ座標系での3次元座標を生成することが可能である。
なお、本実施形態において、光切断プローブ2単体校正が完了しているものとし、補正演算内容の詳細に関しては、説明を省略する。
なお、本実施形態において、光切断プローブ2単体校正が完了しているものとし、補正演算内容の詳細に関しては、説明を省略する。
(ワールド座標系について)
次に、本実施形態におけるワールド座標系について説明する。
ワールド座標系は、例えば、図1に示された形状測定装置100の定盤18上における左手前を原点としてX軸、Y軸、及びZ軸方向での測定空間内の3次元位置を示す座標系である。なお、測定部53は、点群データをこのワールド座標系の位置情報(座標情報)として生成する。
次に、本実施形態におけるワールド座標系について説明する。
ワールド座標系は、例えば、図1に示された形状測定装置100の定盤18上における左手前を原点としてX軸、Y軸、及びZ軸方向での測定空間内の3次元位置を示す座標系である。なお、測定部53は、点群データをこのワールド座標系の位置情報(座標情報)として生成する。
(プローブ座標からワールド座標への変換)
次に、測定部53における、プローブ座標からワールド座標に変換して、点群データを生成する処理について説明する。測定部53は、プローブ座標系として生成された点群座標に6軸の座標情報を加味した演算を行い、ワールド座標系に変換する。
ここで、プローブ座標系によって示される点の3次元座標を式(1)として示す。
次に、測定部53における、プローブ座標からワールド座標に変換して、点群データを生成する処理について説明する。測定部53は、プローブ座標系として生成された点群座標に6軸の座標情報を加味した演算を行い、ワールド座標系に変換する。
ここで、プローブ座標系によって示される点の3次元座標を式(1)として示す。
図12は、本実施形態における回転軸ベクトルを示すベクトル関連図である。
この図において、A回転軸131及びB回転軸132の回転中心をポイントP1とし、C回転軸133の回転中心(プローブ座標原点でもある)をポイントP2として示す。また、光切断プローブ2によって画像が取得される際のA回転軸131の角度を角度aとし、B回転軸132の角度を角度bとし、C回転軸133の角度を角度cとして示す。
ここで、A回転軸131、B回転軸132、及びC回転軸133の各回転軸に対応する回転行列をそれぞれMa、Mb、及びMcとすると、ワールド座標への変換は、式(2)として示される。
この図において、A回転軸131及びB回転軸132の回転中心をポイントP1とし、C回転軸133の回転中心(プローブ座標原点でもある)をポイントP2として示す。また、光切断プローブ2によって画像が取得される際のA回転軸131の角度を角度aとし、B回転軸132の角度を角度bとし、C回転軸133の角度を角度cとして示す。
ここで、A回転軸131、B回転軸132、及びC回転軸133の各回転軸に対応する回転行列をそれぞれMa、Mb、及びMcとすると、ワールド座標への変換は、式(2)として示される。
ここで、O(オー)は、A回転軸131及びB回転軸132の回転中心におけるワールド座標を示すベクトルであり、座標検出部51が検出した形状測定装置100のX軸、Y軸、及びZ軸の座標情報と一致させるように校正されている。
また、Lは、(a=b=0)である場合のA回転軸131及びA回転軸132の回転中心を基点として、C回転軸133の回転中心に向けてのベクトルを示す。ベクトルLのノルムをl(エル)とすると、ベクトルLは、式(3)として示される。
また、Lは、(a=b=0)である場合のA回転軸131及びA回転軸132の回転中心を基点として、C回転軸133の回転中心に向けてのベクトルを示す。ベクトルLのノルムをl(エル)とすると、ベクトルLは、式(3)として示される。
式(3)として示される演算処理により、測定部53は、ベクトルLの先端、即ち、プローブ座標系の原点であるポイントP2を、ワールド座標系に変換することができる。つまり、測定部53は、光切断プローブ2によって検出された測定対象3の表面の位置情報(点群データ)をワールド座標系に変換することができることを示している。
また、測定部53は、生成した点群データを形状記憶部551に記憶させる。
また、測定部53は、生成した点群データを形状記憶部551に記憶させる。
続いて、測定部53の重み付け部53Bは、被測定面の点群データから、2次元の射影データを作成する射影処理を行う(ステップS110)。また、重み付け部53Bは、ステップS110において生成された射影画像を基に、点群データの品質を分散値σにより評価する(ステップS111)。なお、ステップS110の射影処理の詳細については後述する。
そして、評価結果に基づき、測定時のスキャン方向を再設定する。なお、スキャン方向の設定は、予めステップS102、ステップS103及びステップS104に何種類かの測定開始位置及び測定終了条件を設定する。このときに、同じ測定範囲が包含されるように設定しておく。そして、設定されたスキャン方向で測定された点群データから射影データを作成して、分散値σを算出する。測定制御部56は、重み付け部53Bにより検出される射影データの分散値σが所定の範囲内になるまで、ステップS109からS111までの処理を繰り返す(ステップS108)。そして、ステップS108の処理において、所定の範囲内であると判定されると、この時得られた点群データが計測データとして採用されるとともに、この時に光切断プローブ2の移動方向(スキャン方向)が決定される。
なお、本実施形態の形状測定装置100では、方向設定部59により上記の移動方向を設定する際に、さらに、点群データの分散値が最小(又は所定の範囲内)になるように、回転軸132、133の角度を調整することもできる。すなわち、測定制御部56の位置設定部57は、光切断プローブ2の相対位置(姿勢)を最適な位置になるように設定することもできる。
その後に、ステップS107の処理に移行し、測定制御部56は、ステップS104の処理において指定された測定終了条件に達したか否かを判定する。測定制御部56は、測定終了条件に達したと判定した場合に、ステップS112に処理を進める。また、測定制御部56は、ステップS104の処理において指定された測定終了条件に達していないと判定した場合に、再度、ステップS108に処理を進める。
次に、ステップS112において、形状測定装置100は、点群データをハードディスク61にセーブする(記憶させる)。つまり、測定制御部56は、形状記憶部551に記憶されている測定対象3の形状情報である点群データをハードディスク61に記憶させる。
なお、測定制御部56は、経路記憶部552に記憶されている経路情報(上述の相対位置の経路)をハードディスク61に記憶させてもよい。
なお、測定制御部56は、経路記憶部552に記憶されている経路情報(上述の相対位置の経路)をハードディスク61に記憶させてもよい。
また、測定制御部56は、再び測定対象3の形状を検出させる場合に、経路記憶部552から読み出した経路情報に基づいて光切断プローブ2の座標情報を変更させて、測定部53に点群の位置情報を繰り返し検出させてもよい。この場合、測定制御部56は、ハードディスク61に記憶されている経路情報を読み出して使用してもよいし、ハードディスク61に記憶されている経路情報を経路記憶部552に記憶させて、使用してもよい。
また、測定制御部56は、一例として、分散値σが最も小さくなる経路を予め設定し、設定したその経路により点群データを生成する場合について説明したが、これに限られない。例えば、測定制御部56は、経路記憶部552に記憶されている複数の経路情報毎に、測定対象3の全体の点群データをそれぞれ生成した後に、分散値σが最も小さい経路による点群データを選択してもよい。
また、測定制御部56は、一例として、分散値σが最も小さくなる経路を予め設定し、設定したその経路により点群データを生成する場合について説明したが、これに限られない。例えば、測定制御部56は、経路記憶部552に記憶されている複数の経路情報毎に、測定対象3の全体の点群データをそれぞれ生成した後に、分散値σが最も小さい経路による点群データを選択してもよい。
(測定画面のスキャン処理)
次に、ステップS110における被測定面のスキャン処理の手順を図5に示す。なお、ここで示す例は、光切断プローブ2を、被測定面の法線ベクトルの方向とライン光の長手方向との外積の方向に移動(スキャン)させる場合の例であり、前述のように分散値σを最小にするために移動方向(スキャン方法)を設定する際には、上記外積の方向を基準方向として、最適な移動方向が探索されるものである。
次に、ステップS110における被測定面のスキャン処理の手順を図5に示す。なお、ここで示す例は、光切断プローブ2を、被測定面の法線ベクトルの方向とライン光の長手方向との外積の方向に移動(スキャン)させる場合の例であり、前述のように分散値σを最小にするために移動方向(スキャン方法)を設定する際には、上記外積の方向を基準方向として、最適な移動方向が探索されるものである。
図5を参照して、測定制御部56は、光切断プローブによりそのスキャン中に予め指定されたデータ取得ピッチにより連続的に画像取得を行う(ステップS201)。
そして、測定制御部56は、スキャン開始から2画像を取得すると、前述の図7で説明したように、1画像目と2画像目で形成される被測定面の領域の法線ベクトルを算出する(ステップS202)。この法線ベクトルは、画面内に捉えられたライン光の長手方向分を画素分解能で分解されたサンプル数分検出が可能である。
そして、測定制御部56は、スキャン開始から2画像を取得すると、前述の図7で説明したように、1画像目と2画像目で形成される被測定面の領域の法線ベクトルを算出する(ステップS202)。この法線ベクトルは、画面内に捉えられたライン光の長手方向分を画素分解能で分解されたサンプル数分検出が可能である。
(法線ベクトルの算出例)
ここで、測定制御部56における法線ベクトルの算出の一例を説明する。
図13は、本実施形態における法線ベクトルの生成例を示す概念図である。
図13(a)において、点群データD2は、現在の測定位置において取得された画像n(現画像)に基づいて、生成されたワールド座標系による点群データを示している。点群データD1は、画像n(現画像)の1つ前の測定位置において取得された画像(n−1)(前画像)に基づいて、生成されたワールド座標系による点群データを示している。この点群データD1及びD2において、四角で囲まれた1〜1024の数字は、点群データを構成する各点の点番号を示している。なお、個々の点は、三次元座標データでからなっている。
測定制御部56は、測定対象へライン光が投影されている測定領域が撮影されている現画像nから生成された点群から選定された最大1024点に対応した法線ベクトル計算を行う。
ここで、測定制御部56における法線ベクトルの算出の一例を説明する。
図13は、本実施形態における法線ベクトルの生成例を示す概念図である。
図13(a)において、点群データD2は、現在の測定位置において取得された画像n(現画像)に基づいて、生成されたワールド座標系による点群データを示している。点群データD1は、画像n(現画像)の1つ前の測定位置において取得された画像(n−1)(前画像)に基づいて、生成されたワールド座標系による点群データを示している。この点群データD1及びD2において、四角で囲まれた1〜1024の数字は、点群データを構成する各点の点番号を示している。なお、個々の点は、三次元座標データでからなっている。
測定制御部56は、測定対象へライン光が投影されている測定領域が撮影されている現画像nから生成された点群から選定された最大1024点に対応した法線ベクトル計算を行う。
なお、ここでは、一例として、現画像nの5番目の走査線位置から生成された3次元座標における法線ベクトルの計算例を示す。
図13(b)は、図9の現画像n及び前画像(n−1)における5番目近傍の点群データD3を示している。この図において、ベクトルV0は、現画像nの5番目の点を基点として、現画像nの4番目に向かう3次元ベクトルを示し、ベクトルV1は、現画像nの5番目の点を基点として、前画像(n−1)の4番目に向かう3次元ベクトルを示す。また、ベクトルV2は、現画像nの5番目の点を基点として、前画像(n−1)の5番目に向かう3次元ベクトルを示す。さらに、ベクトルV3は、現画像nの5番目の点を基点として、現画像nの6番目に向かう3次元ベクトルを示し、ベクトルV4は、現画像nの5番目の点を基点として、前画像(n−1)の6番目に向かう3次元ベクトルを示す。
図13(b)は、図9の現画像n及び前画像(n−1)における5番目近傍の点群データD3を示している。この図において、ベクトルV0は、現画像nの5番目の点を基点として、現画像nの4番目に向かう3次元ベクトルを示し、ベクトルV1は、現画像nの5番目の点を基点として、前画像(n−1)の4番目に向かう3次元ベクトルを示す。また、ベクトルV2は、現画像nの5番目の点を基点として、前画像(n−1)の5番目に向かう3次元ベクトルを示す。さらに、ベクトルV3は、現画像nの5番目の点を基点として、現画像nの6番目に向かう3次元ベクトルを示し、ベクトルV4は、現画像nの5番目の点を基点として、前画像(n−1)の6番目に向かう3次元ベクトルを示す。
上述のように、ベクトルV0〜V4を定義した場合、この現画像nの5番目の点における法線ベクトルNは、式(4)として示される。
この式(4)において、「×」は外積を示し、「unit」は単位ベクトル化関数を示す。また、「+」はベクトル加算を示す。
なお、式(4)の方式では、周辺4ベクトルを平均化して求める方式であるため、測定制御部56は、安定した法線ベクトルNを算出することができる。
また、この現画像nの5番目の周辺点群に欠落がある場合には、平均数は3以下として対応してもよい。
法線算出部58は、上述の式(4)として示される演算方法によって、1画像から最大1024点に対応した法線ベクトルを算出するが、ここでは、プローブ座標系で、Z軸の座標が最大となる位置における法線ベクトルの算出を行う。
なお、式(4)の方式では、周辺4ベクトルを平均化して求める方式であるため、測定制御部56は、安定した法線ベクトルNを算出することができる。
また、この現画像nの5番目の周辺点群に欠落がある場合には、平均数は3以下として対応してもよい。
法線算出部58は、上述の式(4)として示される演算方法によって、1画像から最大1024点に対応した法線ベクトルを算出するが、ここでは、プローブ座標系で、Z軸の座標が最大となる位置における法線ベクトルの算出を行う。
図5に戻り、続いて、測定制御部56は、測定制御部56は、法線ベクトルの算出が可能であるか否かを判定する(ステップS203)。
そして、ステップS203の処理において法線ベクトルの算出が可能であると判定された場合、すなわち、被測定面が平面でない場合に(ステップS204)、測定制御部56は、法線ベクトルと光切断線の長手方向との外積により、被測定面のスキャン方向を算出する(ステップS205)。
一方、ステップS203の処理において法線ベクトルの算出が可能でないと判定された場合、すなわち、被測定面が平面である場合に(ステップS206)、測定対象3の平面方向をスキャン方向として算出する(ステップS207)。
そして、ステップS205又はS208においてスキャン方向が算出されると、測定制御部56は、光切断プローブ2を上記スキャン方向に指定ピッチ(記憶部55から読み出される予め指定されたデータ取得ピッチ)分移動する(ステップS208)。なお、次画面の取得位置は、スキャン方向(移動方向)に指定された指定ピッチだけ離れた点となる。
なお、この光切断プローブ2を上記スキャン方向に指定ピッチ分移動する際に、形状測定装置100は、法線とデータ取得ピッチとから次画像取得の6軸の座標情報を計算する。つまり、測定制御部56は、式(4)に示される演算方法によって算出された法線ベクトルNと、ベクトルV0及びV4とに基づいて、次の測定位置である次画像取得位置に向かう方向ベクトルDを算出する。
この方向ベクトルDは、式(5)として示される。
この方向ベクトルDは、式(5)として示される。
また、記憶部55から読み出した、予め指定された上述の測定ピッチを測定対象3の表面のデータ取得ピッチtとすると、移動ベクトルMは、式(6)として示される。
ここで、次画像を取得する位置を示す次画像取得位置ベクトルSを式(7)として示す。
また、現在の画像取得位置のワールド座標を示す現画像取得位置のワールド座標位置ベクトルWを式(8)として示す。
この現画像取得位置のワールド座標位置ベクトルWを式(8)として示す場合、次画像取得位置Sは、式(9)として示される。
この場合におけるベクトル関連図を図14に示す。
図14では、本実施形態における現画像取得位置ベクトルWと次画像取得位置Sとの関係を示している。
図14では、本実施形態における現画像取得位置ベクトルWと次画像取得位置Sとの関係を示している。
また、ワールド座標における次画像取得位置Sでの6軸の座標P=[x y z a b c]の各成分は、測定制御部56によって次のように演算される。法線ベクトルNの各成分をN=[XN YN ZN]T(Tは転置ベクトルを示す)とすると、法線方向に光切断プローブ2を向けるための角度a及びbは、それぞれ式(10)及び式(11)として示される。
なお、成分cは、測定開始前に予め指定された光切断線照射方向である。
また、A回転軸131及びB回転軸132における各回転軸の回転行列をそれぞれMa、Mbとすると、A回転軸131及びB回転軸132の回転中心座標Oは、式(12)として示される。
また、A回転軸131及びB回転軸132における各回転軸の回転行列をそれぞれMa、Mbとすると、A回転軸131及びB回転軸132の回転中心座標Oは、式(12)として示される。
ここで、Lは、(a=b=0)である場合のA回転軸131及びB回転軸132の回転中心を基点として、C回転軸133の回転中心に向けてのベクトルを示し、ベクトルLのノルムをl(エル)とすると、ベクトルLは、式(13)として示される。
したがって、測定制御部56は、次画像取得位置Sにおける6軸の座標Pを式(10)〜式(12)により算出することができる。
上記、ステップS201からS208の処理により、被測定すべき範囲全体に対して巣間が完了する。(ステップS209)。測定対象が歯車の場合は、歯車を構成する歯の少なくとも一歯分に相当する。測定制御部56は、上記スキャン動作をスキャン終了まで連続的に繰り返す。例えば、スキャン経路が曲面の場合は、測定制御部56は、画像取得毎にスキャン方向をその面に沿って変化させながらスキャンを実行することになる。
(射影処理と点群データ生成処理)
次に、3次元点群データから2次元射影データを作成する射影処理について説明する。図6は、射影処理の処理の流れについて説明するための図である、
形状測定装置100は、ステップS110の測定画面のスキャン処理における1スキャンを終了後、1スキャン実行分の点群データを生成する(ステップS301)。
この測定画面のスキャン処理は、測定制御部56が光切断プローブ2を制御することににより行われ、点群データの生成は、測定部53の点群生成部53Aにより行われる。
次に、3次元点群データから2次元射影データを作成する射影処理について説明する。図6は、射影処理の処理の流れについて説明するための図である、
形状測定装置100は、ステップS110の測定画面のスキャン処理における1スキャンを終了後、1スキャン実行分の点群データを生成する(ステップS301)。
この測定画面のスキャン処理は、測定制御部56が光切断プローブ2を制御することににより行われ、点群データの生成は、測定部53の点群生成部53Aにより行われる。
そして、測定制御部56が、測定対象3に対して光切断プローブ2によるスキャン処理を行い、測定部53の点群生成部53Aが、撮像画像から3次元の点群データを生成し、さらに、重み付け部53Bが、3次元点群データを二次元空間に射影した射影データ(2次元点群データ)を生成する(ステップS302)。例えば、上述の図9に示したように、重み付け部53Bは、3次元点群データを二次元空間に射影した射影データ(2次元点群データ)を生成する。なお、射影する面については、点群データから求まる面の法線方向に対して直交する方向に設定することが好ましい。特に、歯車の歯のような場合は、歯車の歯面について、歯丈の方向と歯すじの方向とで面の長さが異なる。この場合は、面の長さが長い方向でかつ面の法線方向に設定することが好ましい。
次に、重み付け部53Bは、2次元画像にプロットした射影曲線をスプライン曲線により補間する(ステップS303)。なお、基準となるスプライン曲線の算出は、例えば、1歯分のものでなく複数或いは全歯のデータから作成しても良い。
次に、重み付け部53Bは、上述の図10で説明したように、スプライン曲線を均等区間に区切り折れ線化を行う(ステップS304)。そして、重み付け部53Bは、上記折れ線と各点との距離を算出し(ステップS305)、この距離の分布データから分散値σを算出する(ステップS306)。
次に、重み付け部53Bは、上述の図10で説明したように、スプライン曲線を均等区間に区切り折れ線化を行う(ステップS304)。そして、重み付け部53Bは、上記折れ線と各点との距離を算出し(ステップS305)、この距離の分布データから分散値σを算出する(ステップS306)。
このように、本実施形態の形状測定装置100は、測定対象(被測定物)3に対して、光切断プローブ2により測定対象3にライン光を照射し、このライン光を光切断プローブ2により撮像する。そして、形状測定装置100は、撮像画像から3次元の点群データを生成し、この3次元の撮像データから2次元の射影データを算出する。そして、形状測定装置100は、この射影データのばらつき(分散値)の算出と評価を行い、この評価結果に基づいて光切断プローブ2の移動方向を制御する。すなわち、形状測定装置100は、射影データに基づいて、測定対象3に対してプローブが何れの方向から撮像すれば最も点群データのばらつきが少ない撮像画像を得られるかを判定して、光切断プローブ2の移動方向を制御する。なお、形状測定装置100は、光切断プローブ2の移動方向とともに、光切断プローブ2の相対位置(姿勢)を制御するようにしてもよい。
また、重み付け部53Bは、同一形状の歯面を測定する場合など、それぞれが同一の形状の画像を含む複数の測定画像(3次元点群データ)が得られた場合に、複数の測定画像(3次元点群データ)をまとめて同一の平面上に射影することができる。すなわち、重み付け部53Bは、複数の測定画像(3次元点群データ)をまとめて射影して射影データ(2次元点群データ)を生成し、この同一の平面に射影された複数の測定画像(3次元点群データの射影データ(2次元点群データ)に基づき、各点の重み付けを(品質評価)を行うようにしてもよい。
これにより、形状測定装置100は、同一形状の歯面などを測定する場合において、平均化された近似曲線を生成して、射影データ(2次元点群データ)を評価することができる。
これにより、形状測定装置100は、同一形状の歯面などを測定する場合において、平均化された近似曲線を生成して、射影データ(2次元点群データ)を評価することができる。
(複雑な形状の測定対象3を測定する場合の例)
次に、本実施形態による形状測定装置100が、複雑な形状の測定対象3の形状測定を行う場合の例について説明する。図15(A)は、測定対象3に対して光切断プローブ2をX方向に移動させる際に、基本的な動作として、測定対象3の面の測定位置P10から測定位置P15までの経路R2のそれぞれの位置において法線ベクトルの向きとライン光L1の照射方向とが一致する向きにするように光切断プローブ2による測定光の照射方向を制御する場合の例である。
次に、本実施形態による形状測定装置100が、複雑な形状の測定対象3の形状測定を行う場合の例について説明する。図15(A)は、測定対象3に対して光切断プローブ2をX方向に移動させる際に、基本的な動作として、測定対象3の面の測定位置P10から測定位置P15までの経路R2のそれぞれの位置において法線ベクトルの向きとライン光L1の照射方向とが一致する向きにするように光切断プローブ2による測定光の照射方向を制御する場合の例である。
また、図15(B)は、基本的な動作として、測定対象3の面の測定位置P20から測定位置P22までの経路のそれぞれの位置においてライン光L1の照射方向を法線ベクトルの方向と一致するように制御(変更)せずに、一定の照射角度で撮像を行うように光切断プローブ2の照射方向を制御する場合の例である。
本実施形態の形状測定装置100は、上記図15(A)及び図15(B)のいずれの場合においても、3次元の撮像データから2次元の射影データを算出し、この射影データのばらつき(分散値)を評価し、この評価結果に基づいて光切断プローブ2の移動方向を制御することができる。すなわち、形状測定装置100は、射影データに基づいて、測定対象3に対してプローブが何れの方向から撮像すれば最も点群データのばらつきが少ない撮像画像を得られるかを判定して、光切断プローブの走査経路を制御することができる。このため、形状測定装置100は、複雑な形状の測定対象3に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。
なお、上述した実施形態では、法線ベクトルを算出することにより測定面の傾斜情報を求め、この法線ベクトルに基づき、射影パスの方向やスキャン方向等を設定する例について説明したが、法線ベクトルにより測定面の傾斜情報を算出するのに代えて、測定点における接線を算出し、この接線の方向から、測定面の傾斜情報を求めるようにしてもよい。なお、ここで、接線とは、例えば、ライン光を投影する際に形成されるライトプレーン(空間内の光束により形成される面)内に位置する線であって、着目点(例えば、測定面上に形成される光切断線の真ん中の点)における接線である。
(射影パスとスキャン方向についての補足説明)
ところで、上述した射影パスは、例えば、測定対象3が歯車の場合に、測定面の法線ベクトルと各測定点の方向(ライン光の長手方向)とに直交する方向(法線ベクトルとライン光の長手方向の外積の方向)、すなわち、歯筋の方向に沿って射影を行うように設定することができるが、測定面の法線ベクトルの変化の方向により規定することともできる。
例えば、図16に示すように、測定対象3が階段の形状を備える場合に、測定面31上の第1投光位置S1の法線ベクトル(傾斜方向)N1と、第2投光位置S2の法線ベクトル(傾斜方向)Nとに示すように、被測定面上の隣り合う法線ベクトル変化(方向の変化)が少ない方向Xに射影パスを設定することができる。
ところで、上述した射影パスは、例えば、測定対象3が歯車の場合に、測定面の法線ベクトルと各測定点の方向(ライン光の長手方向)とに直交する方向(法線ベクトルとライン光の長手方向の外積の方向)、すなわち、歯筋の方向に沿って射影を行うように設定することができるが、測定面の法線ベクトルの変化の方向により規定することともできる。
例えば、図16に示すように、測定対象3が階段の形状を備える場合に、測定面31上の第1投光位置S1の法線ベクトル(傾斜方向)N1と、第2投光位置S2の法線ベクトル(傾斜方向)Nとに示すように、被測定面上の隣り合う法線ベクトル変化(方向の変化)が少ない方向Xに射影パスを設定することができる。
また、方向設定部59が、光切断プローブ2の移動方向(スキャン方向)を算出する場合においても、法線ベクトルN1からN2に向かう方向に示すように、法線ベクトルの方向変化が少ない方向Xに移動方向(スキャン方向)を設定することもできる。すなわち、方向設定部59は、第1投光位置S1の測定画像に基づいて算出された法線ベクトル(傾斜方向)と、第2投光位置S2の測定画像に基づいて算出された法線ベクトル(傾斜方向)N2とに基づいて、法線ベクトルの方向変化が少ない方向Xに移動方向を設定することができる。このように、形状測定装置100は、傾斜方向(法線ベクトル)の方向の変化に基づいて、移動方向(スキャン方向)を連続的に設定することができる。
また、図17に示すように、測定対象3が傘歯車の歯面であり、歯面(測定面31と32)の間隔が歯車の外周に向かって末広がり状に変化する場合には、1つの射影パスでは対応できない場合がある。このような場合は、歯面(測定面31と32)を点線Aにより2つの領域に区分し、図上で上側の領域においては、射影パスS1を用い、図上で下側の領域においては、射影パスS2を用いるなど、射影パスを複数用いることもできる。なお、移動方向(スキャン方向)についても同様である。また、歯筋が湾曲している場合も、同様に歯車の中心からの位置に応じて、移動方向を複数設定することが好ましい。
[評価装置としての応用例]
本実施形態の形状測定装置100は、上述のように3次元の点群データを2次元の点群データに射影した射影データに基づいて、射影データのばらつきを評価する機能を備える。
このため、形状測定装置100は、その応用例として、例えば、測定対象面に対する投光位置の評価装置として用いることができる。
さらには、形状測定装置100は、例えば、歯車の同一歯面を所定の間隔ごとに周期的に繰り返して測定する場合に、得られた点群データの射影データのばらつきを評価することにより、測定対象3の歯面の形状のばらつきを評価する評価装置として使用することもできるものである。
本実施形態の形状測定装置100は、上述のように3次元の点群データを2次元の点群データに射影した射影データに基づいて、射影データのばらつきを評価する機能を備える。
このため、形状測定装置100は、その応用例として、例えば、測定対象面に対する投光位置の評価装置として用いることができる。
さらには、形状測定装置100は、例えば、歯車の同一歯面を所定の間隔ごとに周期的に繰り返して測定する場合に、得られた点群データの射影データのばらつきを評価することにより、測定対象3の歯面の形状のばらつきを評価する評価装置として使用することもできるものである。
なお、図18は、評価装置100Aの構成例を示す図である。この図18に示す評価装置100Aは、図3に示す形状測定装置100と比較して、図3に示す形状測定装置100の測定制御部56の方向設定部59を削除した点だけが異なる。すなわち、評価装置100Aの構成は、基本的には図3に示す形状測定装置100の構成と同様な構成であり、測定制御部56において、上述した射影データに基づく移動方向の設定が行われない点だけが異なるものであり、他の構成は、図3に示す形状測定装置100と同様である。このため、同一の構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
このような構成の評価装置100Aにおいて、重み付け部53Bは、同一歯面を測定する場合など、それぞれが同一の形状の画像を含む複数の測定画像(3次元点群データ)が得られた場合に、複数の測定画像(3次元点群データ)をまとめて同一の平面上に射影する。すなわち、複数の測定画像(3次元点群データ)をまとめて射影して射影データ(2次元点群データ)を生成する。そして、重み付け部53Bは、この同一の平面に射影された複数の測定画像(3次元点群データの射影データ(2次元点群データ)に基づき、各点の重み付けを(品質評価)を行う。
これにより、評価装置100Aは、例えば、歯車の同一歯面を所定の間隔ごとに周期的に繰り返して測定する場合に、得られた点群データの射影データのばらつきを評価することにより、測定対象3への光学プローブからの投光方向や撮像方向が適切であるか否かを判定することができる。
これにより、評価装置100Aは、例えば、歯車の同一歯面を所定の間隔ごとに周期的に繰り返して測定する場合に、得られた点群データの射影データのばらつきを評価することにより、測定対象3への光学プローブからの投光方向や撮像方向が適切であるか否かを判定することができる。
なお、形状測定装置100は、位置情報評価部と、良否判定部とによって、上述の内容を実現してもよい。この位置情報評価部は、測定範囲における測定対象3の表面の法線方向以外の方向を法線とする評価投影面に測定範囲における複数の位置情報を投影して、評価投影面のある方向における位置毎の位置情報のばらつき(例えば、分散値σ)を評価する。また、良否判定部は、位置情報評価部で求められたばらつきに応じて、再測定の必要の有無を判定する。
また、形状測定装置100は、位置情報評価部と、移動方向決定部制御部とによって、上述の内容を実現してもよい。具体的には、この位置情報評価部は、移動機構により光学プローブと測定対象3が相対的に移動する毎に、算出部で算出された測定領域が示す位置情報を記憶する位置情報記憶部を有し、測定領域における表面の法線方向以外の方向を法線とする評価投影面に位置情報を投影して、評価投影面のある方向における位置毎の位置情報のばらつきを評価する。また、移動方向決定部制御部は、位置情報評価部による評価結果に基づき、測定パス記憶部で記憶された移動方向とは異なる方向に光学プローブと測定対象との相対的な移動方向を決定するように移動方向決定部を制御する。
[構造物製造システムの例]
次に、上述した形状測定装置100を備えた構造物製造システムについて説明する。
図19は、本発明の実施形態による形状測定装置100を備える構造物製造システム200の構成を示すブロック図である。構造物製造システム200は、上述した形状測定装置100と、設計装置110と、成形装置120と、制御装置(検査装置)150と、リペア装置140とを備える。
次に、上述した形状測定装置100を備えた構造物製造システムについて説明する。
図19は、本発明の実施形態による形状測定装置100を備える構造物製造システム200の構成を示すブロック図である。構造物製造システム200は、上述した形状測定装置100と、設計装置110と、成形装置120と、制御装置(検査装置)150と、リペア装置140とを備える。
設計装置110は、構造物の形状に関する設計情報を作製し、作成した設計情報を成形装置120に送信する。また、設計装置110は、作成した設計情報を制御装置150の後述する座標記憶部151に記憶させる。ここで、設計情報とは、構造物の各位置の座標を示す情報である。
成形装置120は、設計装置110から入力された設計情報に基づいて上記構造物を作製する。成形装置120の成形工程には、鋳造、鍛造、または切削等が含まれる。
形状測定装置100は、作製された構造物(測定対象3)の座標を測定し、測定した座標を示す情報(形状情報)を制御装置150へ送信する。ここで、形状測定装置100は、上述したように、射影データのばらつき(分散値)の算出と評価を行い、この評価結果に基づいて光切断プローブ2の移動方向を制御することにより、作製された構造物(測定対象3)の座標を測定する。
形状測定装置100は、作製された構造物(測定対象3)の座標を測定し、測定した座標を示す情報(形状情報)を制御装置150へ送信する。ここで、形状測定装置100は、上述したように、射影データのばらつき(分散値)の算出と評価を行い、この評価結果に基づいて光切断プローブ2の移動方向を制御することにより、作製された構造物(測定対象3)の座標を測定する。
制御装置150は、座標記憶部151と、検査部152とを備える。座標記憶部151には、前述の通り、設計装置110により設計情報が記憶される。検査部152は、座標記憶部151から設計情報を読み出す。検査部152は、形状測定装置100から受信した座標を示す情報(形状情報)と座標記憶部151から読み出した設計情報とを比較する。
検査部152は、比較結果に基づき、構造物が設計情報通りに成形されたか否かを判定する。換言すれば、検査部152は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する。
検査部152は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合、修復可能であるか否か判定する。修復できる場合、検査部152は、比較結果に基づき、不良部位と修復量を算出し、リペア装置140に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。
検査部152は、構造物が設計情報通りに成形されていない場合、修復可能であるか否か判定する。修復できる場合、検査部152は、比較結果に基づき、不良部位と修復量を算出し、リペア装置140に不良部位を示す情報と修復量を示す情報とを送信する。
リペア装置140は、制御装置150から受信した不良部位を示す情報と修復量を示す情報とに基づき、構造物の不良部位を加工する。
図20は、構造物製造システム200による処理の流れを示したフローチャートである。
まず、設計装置110が、構造物の形状に関する設計情報を作製する(ステップS401)。次に、成形装置120は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する(ステップS402)。次に、形状測定装置100は、作製された上記構造物の形状を測定する(ステップS403)。次に、制御装置150の検査部152は、形状測定装置100で得られた形状情報と、上記設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作成されたか否か検査する(ステップS404)。
まず、設計装置110が、構造物の形状に関する設計情報を作製する(ステップS401)。次に、成形装置120は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する(ステップS402)。次に、形状測定装置100は、作製された上記構造物の形状を測定する(ステップS403)。次に、制御装置150の検査部152は、形状測定装置100で得られた形状情報と、上記設計情報とを比較することにより、構造物が設計情報通りに作成されたか否か検査する(ステップS404)。
次に、制御装置150の検査部152は、作成された構造物が良品であるか否かを判定する(ステップS405)。作成された構造物が良品である場合(ステップS405;YES)、構造物製造システム200はその処理を終了する。一方、作成された構造物が良品でない場合(ステップS405;NO)、制御装置150の検査部152は、作成された構造物が修復できるか否か判定する(ステップS406)。
作成された構造物が修復できると検査部152が判断した場合(ステップS406;YES)、リペア装置140は、構造物の再加工を実施し(ステップS407)、ステップS403の処理に戻る。一方、作成された構造物が修復できないと検査部152が判断した場合(ステップS406;NO)、構造物製造システム200はその処理を終了する。以上で、本フローチャートの処理を終了する。
以上により、上記の実施形態における形状測定装置100が複雑な形状の被測定物に対して精度を高めて測定することができるので、構造物製造システム200は、作成された構造物が良品であるか否かを正確に判定することができる。また、構造物製造システム200は、構造物が良品でない場合、構造物の再加工を実施し、修復することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、ここで本発明と上述した実施形態との対応関係について補足して説明する。すなわち、本発明における投光部は、光切断プローブ2内の投光部21が対応し、本発明における撮像部は、光切断プローブ2内の撮像部22が対応する。また、本発明における算出部は、測定制御部56内の法線算出部58が対応し、本発明における位置設定部は、測定制御部56内の位置設定部57が対応し、本発明における方向設定部は、測定制御部56内の方向設定部59が対応する。
また、本発明における測定部は、測定部53が対応し、本発明における点群データ生成部は、測定部53内の点群生成部53Aが対応し、本発明における重み付け部は、重み付け部53Bが対応する。また、本発明における測定対象は、測定対象3が対応し、本発明における光束は、投光部21が測定対象(被測定物)3に投光(照射)するライン光が対応し、本発明における測定光は、光束が測定対象3表面に投光されて生じる反射光(例えば、散乱光)が対応する。
(1)そして、上記実施形態において、形状測定装置100は、光束を測定対象に投光する投光部21と、光束が投光されている測定対象3の表面に生じる測定光の当該表面上の位置を投光位置として設定する位置設定部57と、設定された投光位置毎に、測定光を測定画像として撮像する撮像部22と、撮像された測定画像に含まれる測定光の測定画像内の位置に基づいて、投光位置の表面の傾斜方向を算出する算出部(法線算出部58)と、算出された傾斜方向に基づいて、投光位置の移動方向を設定する方向設定部59と、設定された移動方向に移動させる投光位置毎に撮像された測定画像に基づいて、測定対象の表面の3次元形状を示す点群データを生成する点群生成部53Aと、を備える。
このような構成の形状測定装置100では、測定対象(被測定物)3に対して、投光部21により測定対象3に測定光(ライン光)を照射し、この測定光を撮像部22により撮像する。位置設定部57は、光切断プローブ2の投光部21の位置を設定し、算出部(法線算出部58)は、撮像部22より撮像された測定画像に含まれる測定光の測定画像内の位置に基づいて、投光位置の傾斜方向を算出し、方向設定部59は、投光位置の傾斜方向に基づいて、投光位置の移動方向を設定する。そして、点群生成部53Aは、投光位置毎に撮像された測定画像に基づいて、測定対象の表面の3次元形状を示す点群データを生成する。
なお、方向設定部59による投光位置の移動方向は、光切断プローブ2が測定対象3をスキャンするスキャン方向を意味し、方向設定部59は、射影された点群データの評価によって、スキャン方向を最適化する。このスキャン方向の設定は、射影によって求める(「スキャンして射影を求める→求めた結果からスキャン方向を決める→再度スキャンして射影を求める」の繰り返しを行う)場合と、面の法線とライン光の長手方向との外積によって求める(スキャンしながら次のスキャン方向を連続的に求める)場合とがある。
これにより、形状測定装置100は、複雑な形状の測定対象(被測定物)3に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。
このような構成の形状測定装置100では、測定対象(被測定物)3に対して、投光部21により測定対象3に測定光(ライン光)を照射し、この測定光を撮像部22により撮像する。位置設定部57は、光切断プローブ2の投光部21の位置を設定し、算出部(法線算出部58)は、撮像部22より撮像された測定画像に含まれる測定光の測定画像内の位置に基づいて、投光位置の傾斜方向を算出し、方向設定部59は、投光位置の傾斜方向に基づいて、投光位置の移動方向を設定する。そして、点群生成部53Aは、投光位置毎に撮像された測定画像に基づいて、測定対象の表面の3次元形状を示す点群データを生成する。
なお、方向設定部59による投光位置の移動方向は、光切断プローブ2が測定対象3をスキャンするスキャン方向を意味し、方向設定部59は、射影された点群データの評価によって、スキャン方向を最適化する。このスキャン方向の設定は、射影によって求める(「スキャンして射影を求める→求めた結果からスキャン方向を決める→再度スキャンして射影を求める」の繰り返しを行う)場合と、面の法線とライン光の長手方向との外積によって求める(スキャンしながら次のスキャン方向を連続的に求める)場合とがある。
これにより、形状測定装置100は、複雑な形状の測定対象(被測定物)3に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。
(2)また、上記実施形態において、方向設定部59は、生成された点群データを、算出された傾斜方向に基づいた方向に射影した2次元点群データに基づいて、移動方向を設定する。
このような構成の形状測定装置100では、点群生成部53Aにより生成された点群データを、測定対象3の測定面の傾斜方向に基づいた方向に射影した2次元点群データを生成し、方向設定部59は、この2次元点群データに基づいて、光切断プローブ2が測定対象3をスキャンする移動方向(スキャン方向)設定する。
これにより、形状測定装置100は、3次元点群データを射影した2次元点群データを評価して、光切断プローブ2が測定対象3をスキャンする移動方向(スキャン方向)を設定することができる。
このような構成の形状測定装置100では、点群生成部53Aにより生成された点群データを、測定対象3の測定面の傾斜方向に基づいた方向に射影した2次元点群データを生成し、方向設定部59は、この2次元点群データに基づいて、光切断プローブ2が測定対象3をスキャンする移動方向(スキャン方向)設定する。
これにより、形状測定装置100は、3次元点群データを射影した2次元点群データを評価して、光切断プローブ2が測定対象3をスキャンする移動方向(スキャン方向)を設定することができる。
(3)また、上記実施形態において、形状測定装置100は、2次元点群データに含まれる各点に基づいて近似した近似曲線と、当該各点との距離に基づいて、当該各点に対応する点群データに含まれる各点の重み付けを行う重み付け部53Bと、生成された点群データと、重み付けの結果とに基づいて、測定対象の形状を測定する測定部53と、を備える。
このような構成の形状測定装置100では、重み付け部53Bが、射影された2次元点群データに含まれる各点を近似した近似曲線(例えば、スプライン曲線のような多項式近似曲線)を算出し、この近似曲線と各点との距離に基づいて、3次元点群データに含まれる各点の重み付けを行う。そして、測定部53は、重み付けの結果に基づいて、測定対象3の形状を測定する。
これにより、形状測定装置100は、射影データ(2次元点群データ)に含まれる各点を近似曲線からの距離により重み付けを行うことができる。このため、形状測定装置100は,例えば、近似曲線から大きく離れた点群データを除外して、測定対象3の形状測定を行うことができる。
このような構成の形状測定装置100では、重み付け部53Bが、射影された2次元点群データに含まれる各点を近似した近似曲線(例えば、スプライン曲線のような多項式近似曲線)を算出し、この近似曲線と各点との距離に基づいて、3次元点群データに含まれる各点の重み付けを行う。そして、測定部53は、重み付けの結果に基づいて、測定対象3の形状を測定する。
これにより、形状測定装置100は、射影データ(2次元点群データ)に含まれる各点を近似曲線からの距離により重み付けを行うことができる。このため、形状測定装置100は,例えば、近似曲線から大きく離れた点群データを除外して、測定対象3の形状測定を行うことができる。
(4)また、上記実施形態において、近似とは、近似曲線(スプライン曲線)を複数の領域に分割し、分割した当該領域の境界と当該近似曲線との交点間を線分によって補間する直線補間であって、重み付け部53Bは、2次元点群データに含まれる各点を直線補間した線分と、各点との距離に基づいて、当該各点に対応する点群データに含まれる各点の重み付け行う。
このような構成の形状測定装置100では、射影された2次元点群データを近似曲線(例えば、スプライン曲線)により補間した後、この近似曲線を小区間に区切りその区間を直線で繋ぎ、その直線と各測定点との距離により重み付けを行う。
これにより、形状測定装置100は、スプライン曲線のような多項式近似曲線からの距離(分散値)を求めて点群データの品質を評価する場合にくらべて、距離の計算が容易になり点群データの品質の評価を高速で行うことができる。
このような構成の形状測定装置100では、射影された2次元点群データを近似曲線(例えば、スプライン曲線)により補間した後、この近似曲線を小区間に区切りその区間を直線で繋ぎ、その直線と各測定点との距離により重み付けを行う。
これにより、形状測定装置100は、スプライン曲線のような多項式近似曲線からの距離(分散値)を求めて点群データの品質を評価する場合にくらべて、距離の計算が容易になり点群データの品質の評価を高速で行うことができる。
(5)また、上記実施形態において、形状測定装置100は、測定部53は、重み付けされた点群データに含まれる各点の中から、重み付け結果が所定のしきい値を超える点を除外した点群データに基づいて、測定対象3の形状を測定する。
このような構成の形状測定装置100では、例えば、上記近似曲線を区分して得られた直線と各測定点との距離の計算において、一定の閾値を超えた場合その測定点を異常値と見なす。すなわち、測定部53は、余りにも近似曲線から離れた点を明らかな異常値とし、3次元点群データから削除する。
これにより、形状測定装置100は、測定対象(被測定物)3に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。
このような構成の形状測定装置100では、例えば、上記近似曲線を区分して得られた直線と各測定点との距離の計算において、一定の閾値を超えた場合その測定点を異常値と見なす。すなわち、測定部53は、余りにも近似曲線から離れた点を明らかな異常値とし、3次元点群データから削除する。
これにより、形状測定装置100は、測定対象(被測定物)3に対して精度を高めて形状測定を行うことができる。
(6)また、上記実施形態において、測定対象3は、表面の一部または全部に、互いに対応する周期的な形状である周期的形状を有し、重み付け部53Bは、それぞれが周期的形状の画像を含む複数の測定画像に基づいて生成された複数の点群データを、同一の平面にそれぞれ射影した2次元点群データに基づいて、2次元点群データに含まれる各点に対応する点群データに含まれる各点の重み付け行う。
このような構成の形状測定装置100では、同一歯面を測定する場合など、それぞれが同一の形状の画像を含む複数の測定画像(3次元点群データ)が得られた場合に、それぞれの測定画像(3次元点群データ)を同一の平面上に射影する。すなわち、複数の測定画像(3次元点群データ)をまとめて射影した射影データ(2次元点群データ)を生成する。そして、重み付け部53Bは、この同一の平面に射影された複数の測定画像(3次元点群データ)の射影データに基づき、各点の重み付けを(品質評価)を行う。
これにより、形状測定装置100は、同一形状の歯面などを測定する場合において、平均化された近似曲線を生成して、射影データ(2次元点群データ)を評価することができる。このため、形状測定装置100は、例えば、平均化された近似曲線に基づいて、スキャン方向(移動方向)を決定することができる。
このような構成の形状測定装置100では、同一歯面を測定する場合など、それぞれが同一の形状の画像を含む複数の測定画像(3次元点群データ)が得られた場合に、それぞれの測定画像(3次元点群データ)を同一の平面上に射影する。すなわち、複数の測定画像(3次元点群データ)をまとめて射影した射影データ(2次元点群データ)を生成する。そして、重み付け部53Bは、この同一の平面に射影された複数の測定画像(3次元点群データ)の射影データに基づき、各点の重み付けを(品質評価)を行う。
これにより、形状測定装置100は、同一形状の歯面などを測定する場合において、平均化された近似曲線を生成して、射影データ(2次元点群データ)を評価することができる。このため、形状測定装置100は、例えば、平均化された近似曲線に基づいて、スキャン方向(移動方向)を決定することができる。
(7)また、上記実施形態において、投光部21は、長手方向および短手方向を有するライン光を光束として測定対象に投光し、方向設定部59は、算出された傾斜方向と、ライン光の長手方向との外積が示す方向を移動方向として設定する。
このような構成の形状測定装置100では、方向設定部59が,被測定面の傾斜方向(例えば、法線ベクトルの方向)と、ライン光の長手方向との外積が示す方向を移動方向として設定する。
これにより、方向設定部59は、被測定面の傾斜方向(例えば、法線ベクトルの方向)と、ライン光の長手方向とに基づいて、光切断プローブ2の移動方向を設定することができる。
このような構成の形状測定装置100では、方向設定部59が,被測定面の傾斜方向(例えば、法線ベクトルの方向)と、ライン光の長手方向との外積が示す方向を移動方向として設定する。
これにより、方向設定部59は、被測定面の傾斜方向(例えば、法線ベクトルの方向)と、ライン光の長手方向とに基づいて、光切断プローブ2の移動方向を設定することができる。
(8)また、上記実施形態において、移動方向には、第1移動方向と、第2移動方向とが含まれ、投光位置には、第1投光位置と、第1投光位置から第1移動方向に移動された第2投光位置と、第2投光位置から第2移動方向に移動された第3投光位置とが含まれ、方向設定部59は、第1投光位置の測定画像に基づいて算出された傾斜方向と、第2投光位置の測定画像に基づいて算出された傾斜方向とに基づいて、第2移動方向を設定する。
このような構成の形状測定装置100では、方向設定部59が、2つの連続する投光位置の傾斜方向(例えば、法線ベクトルの方向)に基づいて、次の移動方向を設定する。
これにより、形状測定装置100は、傾斜方向(例えば、法線ベクトルの方向)の変化に基づいて、光切断プローブ2の移動方向を連続的に設定することができる。
このような構成の形状測定装置100では、方向設定部59が、2つの連続する投光位置の傾斜方向(例えば、法線ベクトルの方向)に基づいて、次の移動方向を設定する。
これにより、形状測定装置100は、傾斜方向(例えば、法線ベクトルの方向)の変化に基づいて、光切断プローブ2の移動方向を連続的に設定することができる。
(9)また、上記実施形態において、構造物製造システム200は、構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する設計装置110と、構造物設計情報に基づいて構造物を作製する成形装置120と、作成された構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する形状測定装置100と、測定によって得られた形状情報と、構造物設計情報とを比較する検査装置(制御装置150)とを含む。
これにより、構造物製造システム200は、形状測定装置100が複雑な形状の測定対象3に対して精度を高めて形状測定を行うことができるので、構造物製造システム200は、作成された構造物が良品であるか否かを正確に判定することができる。
これにより、構造物製造システム200は、形状測定装置100が複雑な形状の測定対象3に対して精度を高めて形状測定を行うことができるので、構造物製造システム200は、作成された構造物が良品であるか否かを正確に判定することができる。
(10)また、上記実施形態において、光束を測定対象に投光する投光部21と、投光された光束が測定対象3の表面に生じさせる測定光の当該表面上の位置を投光位置として設定する位置設定部57と、光束が投光された測定対象の表面を、設定された投光位置毎に測定画像として撮像する撮像部22とを有し、投光位置毎に撮像された測定画像に基づいて、測定対象3の表面の3次元形状を測定する形状測定装置の投光位置を評価する評価装置であって、撮像された測定画像に含まれる測定光の位置に基づいて、投光位置の表面の傾斜方向を算出する算出部(法線算出部58)と、投光位置毎に撮像された測定画像に基づいて、測定対象3の表面の3次元形状を示す点群データを生成する点群生成部(点群生成部53A)と、を備える。
このような構成の評価装置100Aでは、投光位置毎に撮像された測定画像に基づいて、測定対象3の表面の3次元形状を測定する形状測定装置の投光位置(移動方向)を評価する。
これにより、評価装置は、例えば、歯車の同一歯面を所定の間隔ごとに周期的に繰り返して測定する場合に、得られた点群データの射影データのばらつきを評価することにより、測定対象3の投光位置が適切であるか否かを判定することができる。
このような構成の評価装置100Aでは、投光位置毎に撮像された測定画像に基づいて、測定対象3の表面の3次元形状を測定する形状測定装置の投光位置(移動方向)を評価する。
これにより、評価装置は、例えば、歯車の同一歯面を所定の間隔ごとに周期的に繰り返して測定する場合に、得られた点群データの射影データのばらつきを評価することにより、測定対象3の投光位置が適切であるか否かを判定することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記の実施形態において、演算処理部41の各部は専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリ及びCPU(Central Processing Unit)を備えて、プログラムによって実現されてもよい。
また、上述の形状測定装置100は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した測定対象3の形状を測定する処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
また、上述の形状測定装置100は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した測定対象3の形状を測定する処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の形状測定装置、評価装置、及び構造物製造システムは、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、上述した実施形態では、測定対象として歯車(ギア)を例にして説明したが、測定対象は、歯車に限らず3次元点群データを2次元点群データに射影できるものであれば、どのような形状のものであってもよい。
例えば、上述した実施形態では、測定対象として歯車(ギア)を例にして説明したが、測定対象は、歯車に限らず3次元点群データを2次元点群データに射影できるものであれば、どのような形状のものであってもよい。
2…光切断プローブ、3…測定対象、13…回転機構、14…ヘッド駆動部、21…投光部、22…撮像部、51…座標検出部、52…間隔調整部、53…測定部、53A…点群生成部、53B…重み付け部、56…測定制御部、57…位置設定部、58…法線算出部、59…方向設定部、100…形状測定装置、100A…評価装置、110…設計装置、120…成形装置、140…リペア装置、150…制御装置、151…座標記憶部、152…検査部、200…構造物製造システム
Claims (18)
- 測定対象の測定領域における画像データを取得する光学プローブと、
前記光学プローブと前記測定対象とを相対的に移動する移動機構と、
前記光学プローブから得られた画像データに基づき、前記測定領域を示す位置情報を算出する算出部と、
複数の前記位置情報を基に、前記光学プローブと前記測定対象とを相対的に移動する方向を決定し、当該決定した移動方向に基づいて前記移動機構を制御する移動制御部と
を備える形状測定装置。 - 前記移動制御部は、
異なる複数の前記測定領域を示す位置情報から、新規に位置情報を取得する測定領域の面の法線方向を算出する法線算出部と、
前記法線算出部で算出された法線方向に基づき、前記光学プローブと前記測定対象との相対的な前記移動方向を決定する移動方向決定部と
を備える請求項1に記載の形状測定装置。 - 更に、前記移動制御部は、前記移動方向決定部で決定された前記移動方向を各測定領域毎に記憶する測定パス記憶部
を備える請求項2に記載の形状測定装置。 - 更に、複数の前記測定領域の位置情報を前記移動機構により前記光学プローブと前記測定対象が相対的に移動する相対移動方向とあわせて記憶する位置情報記憶部を有し、
前記測定領域における面の法線方向以外の方向を法線とする評価投影面に前記測定領域における複数の位置情報を投影して、前記評価投影面のある方向における位置毎の前記位置情報のばらつきを評価する位置情報評価部と、
前記測定領域の位置情報評価部で求められた前記ばらつきに応じて、再測定の必要の有無を判定する良否判定部を
を備える請求項3に記載の形状測定装置。 - 更に、前記移動機構により前記光学プローブと前記測定対象が相対的に移動する毎に、前記算出部で算出された前記測定領域を示す位置情報を記憶する位置情報記憶部を有し、
前記測定領域における表面の法線方向以外の方向を法線とする評価投影面に前記測定領域の位置情報を投影して、前記評価投影面のある方向における位置毎の前記位置情報のばらつきを評価する位置情報評価部と、
前記位置情報評価部による評価結果に基づき、前記測定パス記憶部で記憶された移動方向とは異なる方向に前記光学プローブと前記測定対象との相対的な移動方向を決定するように移動方向決定部を制御する移動方向決定部制御部
を備える請求項3に記載の形状測定装置。 - 測定光を測定対象に投光する投光部と、
前記投光部が前記測定対象へある投光方向から前記測定光を投光するように、前記投光部の位置を投光位置として設定する位置設定部と、
前記測定光の像を測定画像として撮像する撮像部と、
撮像された前記測定画像に含まれる前記測定光の像の前記測定画像内の位置に基づいて算出された前記表面の位置情報から、前記投光位置からの投光方向に対する前記表面の傾斜方向を算出する算出部と、
算出された前記傾斜方向に基づいて、前記投光位置の移動方向を設定する方向設定部と、
設定された前記移動方向に移動させながら撮像された前記測定画像に基づいて、前記測定対象の表面の3次元形状を示す点群データを生成する点群生成部と
を備える形状測定装置。 - 前記方向設定部は、
生成された前記点群データを、算出された前記傾斜方向に応じて設定された射影方向に射影した2次元点群データに基づいて、前記移動方向を設定する
請求項6に記載の形状測定装置。 - 前記2次元点群データに含まれる各点に基づいて近似した近似曲線と、当該各点との距離に基づいて、当該各点に対応する前記点群データに含まれる各点の重み付けを行う重み付け部と、
生成された前記点群データと、前記重み付けの結果とに基づいて、前記測定対象の形状を測定する測定部と
を備える請求項7に記載の形状測定装置。 - 前記近似とは、前記近似曲線を複数の領域に分割し、分割した当該領域の境界と当該近似曲線との交点間を線分によって補間する直線補間であって、
前記重み付け部は、
前記2次元点群データに含まれる各点を前記直線補間した線分と、前記各点との距離に基づいて、当該各点に対応する前記点群データに含まれる各点の重み付け行う
請求項8に記載の形状測定装置。 - 前記測定部は、
重み付けされた前記点群データに含まれる各点の中から、前記重み付け結果が所定のしきい値を超える点を除外した点群データに基づいて、前記測定対象の形状を測定する
請求項9に記載の形状測定装置。 - 前記測定対象は、表面の一部または全部に、互いに対応する周期的な形状である周期的形状を有し、
前記重み付け部は、
それぞれが前記周期的形状の画像を含む複数の前記測定画像に基づいて生成された複数の前記点群データを、同一の平面にそれぞれ射影した前記2次元点群データに基づいて、前記2次元点群データに含まれる各点に対応する前記点群データに含まれる各点の重み付け行う
請求項8から請求項10のいずれか一項に記載の形状測定装置。 - 前記投光部は、
長手方向および短手方向を有するライン光を前記測定光として前記測定対象に投光し、
前記方向設定部は、
算出された前記傾斜方向と、前記ライン光の前記長手方向との外積が示す方向を前記移動方向として設定する
請求項6から請求項11のいずれか一項に記載の形状測定装置。 - 前記移動方向には、第1移動方向と、第2移動方向とが含まれ、
前記投光位置には、第1投光位置と、前記第1投光位置から前記第1移動方向に移動された第2投光位置と、前記第2投光位置から前記第2移動方向に移動された第3投光位置とが含まれ、
前記方向設定部は、
前記第1投光位置の前記測定画像に基づいて算出された前記傾斜方向と、前記第2投光位置の前記測定画像に基づいて算出された前記傾斜方向とに基づいて、前記第2移動方向を設定する
請求項12に記載の形状測定装置。 - 構造物の形状に関する構造物設計情報を作製する設計装置と、
前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製する成形装置と、
作成された前記構造物の形状を、撮像画像に基づいて測定する請求項6から請求項13のいずれか一項に記載の形状測定装置と、
前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較する検査装置と、
を含む構造物製造システム。 - 測定対象の表面の3次元形状を測定する形状測定装置から出力された点群データを評価する評価装置であって、
生成された点群データを、前記点群データから得られる前記測定対象の表面の法線方向に応じて設定された射影方向に射影した2次元点群データを生成する2次元点群生成部と、
生成された2次元点群データに含まれる各点を近似した近似曲線と、当該各点との距離に基づいて、当該各点に対応する前記点群データに含まれる各点の重み付け行う重み付け部と、
前記重み付けの結果に基づいて、前記点群データの各点の評価する評価部と
を備える評価装置。 - 測定光を測定対象に投光し、
前記測定光が投光されている前記測定対象の表面へ前記測定光の投光方向が所定の方向となるように前記測定光を投光する部材の位置を設定し、
前記測定光を測定画像として撮像し、
撮像された前記測定画像に含まれる前記測定光の像の位置に基づいて、前記測定光が投光された前記測定対象の表面の位置における傾斜方向を算出し、
算出された前記傾斜方向に基づいて、前記投光する部材の移動方向を設定し、
設定された前記移動方向に移動しながら撮像された前記測定画像に基づいて、前記測定対象の表面の3次元形状を示す点群データを生成する形状測定方法。 - 構造物の形状に関する構造物設計情報を作製することと、
前記構造物設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、
作成された前記構造物の形状を、請求項16に記載の形状測定方法を用いて生成した撮像画像に基づいて測定することと、
前記測定によって得られた形状情報と、前記構造物設計情報とを比較することと、
を含む構造物製造方法。 - 形状測定装置のコンピュータに、
投光部が測定光を測定対象に投光する投光ステップと、
移動機構が、測定光で投光されている前記測定対象の表面へ前記測定光の投光方向が所定の方向となるように前記投光部の位置を設定する位置設定ステップと、
撮像部が、前記測定光を測定画像として撮像する撮像ステップと、
算出部が、撮像された前記測定画像に含まれる前記測定光の像の位置に基づいて、前記測定光が投光された前記測定対象の表面の位置における前記表面の傾斜方向を算出する算出ステップと、
移動制御部が、算出された前記傾斜方向に基づいて、前記投光部の移動方向を設定する方向設定ステップと、
前記移動機構により設定された前記移動方向に前記移動機構を制御することで、前記投光部が移動しながら撮像された前記測定画像に基づいて、前記算出部が前記測定対象の表面の3次元形状を示す点群データを生成する点群生成ステップと、
を実行させるための形状測定プログラム。
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