WO2012057283A1 - 形状測定装置、形状測定方法、構造物の製造方法およびプログラム - Google Patents

形状測定装置、形状測定方法、構造物の製造方法およびプログラム Download PDF

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建太 神藤
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株式会社ニコン
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Definitions

  • the present invention relates to a shape measuring device, a shape measuring method, a structure manufacturing method, and a program.
  • the shape measuring device (coordinate measuring device) that measures the three-dimensional shape of the test object keeps the distance from the detection unit to the test object, and moves the detection unit along the shape of the test object for measurement.
  • As a method for measuring such a three-dimensional shape light for measuring the three-dimensional shape of the test object from a light cutting line formed corresponding to the cross-sectional shape of the test object by irradiating the test object with slit light. Cutting methods are known. In recent years, it has been required to measure with high accuracy even for objects having complicated shapes.
  • a teaching process for registering a measurement region is performed before measuring the three-dimensional shape of the test object in order to improve the accuracy and efficiency of the measurement.
  • the position of a plurality of orthogonal axes and a plurality of rotation axes is controlled to control the relative arrangement of the detection unit and the test object. Therefore, the test object rotates, and the optimal position between the detection unit and the test object changes each time.
  • the user performs teaching work for registering the measurement position with respect to the test object in the coordinate measuring device while considering the measurement conditions suitable for the measurement in the coordinate measuring device. Therefore, the teaching work for storing the procedure for moving the measurement position while controlling the posture of the specimen is difficult.
  • teaching work becomes more difficult when there is a high demand for posture during measurement.
  • the slit light may be irradiated to the test object when specifying the measurement start position and end position.
  • the user has to perform teaching work by imagining an approximate position and posture.
  • the accuracy is inferior, and further, the teaching work itself takes a very long time.
  • the teaching process in the conventional coordinate measuring apparatus is based on the above-described work procedure, and there is a problem that the process for setting the measurement region for the test object cannot be simplified.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to simplify the measurement area setting process (teaching process) for a test object.
  • one aspect of the present invention is a shape measuring apparatus for measuring the shape of the surface of a test object having a three-dimensional shape, the test having a three-dimensional shape.
  • a shape measuring apparatus comprising: a detection unit that detects a surface shape of an object; and a region setting unit that sets a region adjacent to a designated region as a measurement region based on shape information of the designated region.
  • a surface shape of a test object having a three-dimensional shape is detected, and a region adjacent to the designated region is set as a measurement region based on the shape information of the designated region.
  • a shape measuring method characterized by comprising: Further, according to one embodiment of the present invention, design information regarding the shape of a structure is generated, the structure is manufactured based on the design information, and the shape of the manufactured structure is different from that of the present invention. Measuring using the three-dimensional shape measuring method according to the above aspect, and comparing the shape information obtained by the measurement with the design information and inspecting the structure. It is a manufacturing method.
  • a computer included in the shape measuring apparatus detects a surface shape of a test object having a three-dimensional shape, and includes shape information corresponding to the surface shape of a specified region. Based on this, a program for executing setting an area adjacent to a designated area as a measurement area is executed.
  • the measurement area setting process for the test object can be simplified.
  • an area adjacent to the designated area is set as a measurement area based on shape measurement data indicating a surface shape detected in a predetermined designated area.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus (coordinate measuring apparatus) according to an embodiment of the present invention.
  • a three-dimensional shape measuring apparatus (coordinate measuring apparatus) 100 includes a measuring machine main body 1 and a control unit 40 (FIG. 2).
  • FIG. 2 is a block diagram of the measuring machine main body 1 and the control unit 40 according to an embodiment of the present invention.
  • a measuring machine main body 1 includes a base 2 having a horizontal upper surface (reference surface), and a portal structure 10 provided on the base 2 and supporting a measuring head 13. And a support device 30 provided on the base 2 for placing the test object 3 thereon.
  • An orthogonal coordinate system based on the reference surface of the base 2 is defined.
  • the X axis and the Y axis are determined in parallel, and the Z axis is determined in a direction perpendicular to the reference plane.
  • the base 2 is provided with a guide rail (not shown) that extends in the Y direction (the direction perpendicular to the paper surface is the front-rear direction).
  • the gate-type structure 10 is provided so as to be movable in the Y direction on a guide rail provided on the base 2, and is bridged so as to extend horizontally between the pair of columns 11 and the pair of columns 11. And a horizontal frame 12. Further, the portal structure 10 includes a carriage (not shown) that is movable in the X direction (left and right direction) in the horizontal frame 12, and moves in the Z direction (up and down direction) with respect to the carriage.
  • a measuring head 13 provided freely is provided.
  • a detection unit 20 that detects the shape of the test object 3 is provided below the measurement head 13. The detection unit 20 is supported by the measurement head 13 and detects the distance from the test object 3 disposed below the detection unit 20. By controlling the position of the measurement head 13, the position of the detection unit 20 can be moved.
  • a head driving unit 14 (FIG. 2) that electrically moves the measuring head 13 in three directions (X, Y, and Z directions) based on an input driving signal, and the measuring head
  • a head position detector 15 (FIG. 2) that detects 13 coordinates and outputs a signal representing the coordinate value of the measuring head 13 is provided.
  • a support device 30 is provided on the base 2.
  • the support device 30 includes a stage 31 on which the test object 3 is placed, and a support table 32 that supports the stage 31 so as to be rotatable (swingable) around two orthogonal rotation axes.
  • the support table 32 can rotate (swing) in a horizontal plane around a rotation axis ⁇ extending vertically (Z-axis direction), and can rotate (swing) about a rotation axis ⁇ extending horizontally (X-axis direction).
  • the stage 31 is supported as possible.
  • the support device 30 detects the coordinates of the stage 31 and the stage drive unit 33 (FIG. 2) that electrically drives the stage 31 to rotate about the rotation axes ⁇ and ⁇ based on the input drive signal.
  • a stage position detection unit 34 (FIG. 2) that outputs a signal representing a coordinate value is provided.
  • the control unit 40 includes a control unit 41, an input device 42, a joystick 43, and a monitor 44.
  • the control unit 41 controls the measuring machine main body 1. Details thereof will be described later.
  • the input device 42 is a keyboard or the like for inputting various instruction information.
  • the joystick 43 is an input device for inputting information specifying the position of the measuring head 13 and the rotational position of the stage 31.
  • the monitor 44 displays a measurement screen, an instruction screen, a measurement result, and the like.
  • the joystick 43 can be replaced with another appropriate input device (for example, a trackball).
  • the measuring machine main body 1 includes a drive unit 16, a position detection unit 17, and a detection unit 20.
  • the driving unit 16 includes the head driving unit 14 and the stage driving unit 33 described above.
  • the head drive unit 14 includes a Y-axis motor that drives the column 11 in the Y direction, an X-axis motor that drives the carriage in the X direction, and a Z-axis motor that drives the measurement head 13 in the Z direction.
  • the head drive unit 14 receives a drive signal supplied from a drive control unit 54 described later.
  • the head drive unit 14 electrically moves the measurement head 13 in three directions (X, Y, and Z directions) based on the drive signal.
  • the stage drive unit 33 includes a rotary shaft motor that rotates the stage 31 around the rotation axis ⁇ and a tilt shaft motor that drives the rotation around the rotation axis ⁇ .
  • the stage drive unit 33 receives a drive signal supplied from the drive control unit 54.
  • the stage drive unit 33 electrically rotates the stage 31 about the rotation axes ⁇ and ⁇ based on the drive signal.
  • the position detection unit 17 includes the head position detection unit 15 and the stage position detection unit 34 described above.
  • the head position detection unit 15 includes an X-axis encoder, a Y-axis encoder, and a Z-axis encoder that detect the positions of the measurement head 13 in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, respectively.
  • the head position detection unit 15 detects the coordinates of the measurement head 13 using these encoders, and supplies a signal representing the coordinate value of the measurement head 13 to the coordinate detection unit 51 described later.
  • the stage position detector 34 includes a rotary axis encoder and a tilt axis encoder that detect the rotational positions of the stage 31 about the rotation axes ⁇ and ⁇ , respectively.
  • the stage position detector 34 uses these encoders to detect the rotational position of the stage 31 around the rotation axes ⁇ and ⁇ , and supplies a signal representing the detected rotational position to the coordinate detector 51.
  • the detection unit 20 detects the surface shape of the test object 3 having a three-dimensional shape.
  • the detection unit 20 includes at least one detection means of the following detection means. In the first detection means, detection is performed using the provided light-cutting optical probe 20A.
  • the optical probe 20A includes a slit light irradiation unit (slit light illumination unit, irradiation unit) 21 and an imaging unit 22 in order to obtain the surface shape of the test object 3 by a light cutting method.
  • the slit light irradiation unit (irradiation unit) 21 is based on a control signal for controlling the irradiation of light supplied from the interval adjusting unit 52 described later so that the test object 3 is irradiated with light on a straight line.
  • the imaging unit 22 is arranged with the optical axis shifted by a predetermined angle with respect to the irradiation direction of the slit light irradiation unit (irradiation unit) 21.
  • the imaging unit 22 images a light cutting line (a portion irradiated with the slit light) formed on the surface of the test object 3 by the irradiation light from the slit light irradiation unit (irradiation unit) 21.
  • the light cutting line is formed according to the cross-sectional shape of the test object 3.
  • the imaging unit 22 images a shadow pattern formed on the surface of the test object 3 and supplies the captured image information to the interval adjustment unit 52. Thereby, the control unit 40 acquires shape measurement data.
  • the imaging unit 22 includes a CCD (Charge Coupled Device), a C-MOS (Complementary). It has a solid-state image sensor such as a metal oxide semiconductor (sensor) sensor.
  • the second detection means performs detection using the provided acquired image conversion type SSF probe 20B.
  • the SSF probe 20B supplies image data obtained by imaging the shape of the test object 3 to the interval adjustment unit 52.
  • the control unit 40 acquires shape measurement data based on the image data obtained by imaging the shape of the test object 3.
  • the SSF probe 20B For details of the SSF probe 20B, refer to, for example, the following reference ([Reference] International Publication No. 2009/096422 pamphlet).
  • detection is performed using the contact-type contact probe 20C provided.
  • the contact probe 20 ⁇ / b> C supplies information (position information) detected by contacting the object 3 to the interval adjustment unit 52.
  • the control unit 40 acquires shape measurement data.
  • the detection unit 20 may include a plurality of detection units instead of including any one of the detection units described above, and may detect the selected detection unit.
  • the optical probe 20A will be described as an example.
  • the input device 42 includes a keyboard for a user to input various instruction information.
  • the input device 42 detects the input instruction information, and writes and stores the detected instruction information in the storage unit 55.
  • the joystick 43 receives a user operation, generates a control signal for driving the measurement head 13 and the stage 31 in accordance with the operation, and supplies the control signal to the drive control unit 54.
  • the joystick 43 can detect information indicating a state in which the optical probe 20A is arranged in the designated region, and can input the information as control command information for arranging the optical probe 20A based on the detected information.
  • the monitor 44 receives measurement data (coordinate values of all measurement points) and the like supplied from the data output unit 57.
  • the monitor 44 displays the received measurement data (coordinate values of all measurement points) and the like.
  • the monitor 44 displays a measurement screen, an instruction screen, and the like.
  • the control unit 41 includes a coordinate detection unit 51, an interval adjustment unit 52, a coordinate calculation unit 53, a drive control unit 54, a storage unit 55, a movement command unit 56, a data output unit 57, and a region setting unit 58. With.
  • the coordinate detection unit 51 detects the positions of the optical probe 20A and the stage 31, that is, the observation position in the horizontal direction (optical axis center position) and the observation position in the vertical direction based on the coordinate signal output from the head position detection unit 15. .
  • the coordinate detection unit 51 detects the rotational position of the stage 31 around the rotational axes ⁇ and ⁇ based on a signal representing the rotational position output from the stage position detection unit 34.
  • the coordinate detection unit 51 includes information on the detected observation position in the horizontal direction (optical axis center position) and observation position in the vertical direction, and information indicating the rotation position output from the stage position detection unit 34 (rotation of the stage 31). Coordinate information is detected from (position information).
  • the coordinate detection unit 51 then supplies the coordinate information of the optical probe 20 ⁇ / b> A, the coordinate information of the stage 31, and the rotational position information to the coordinate calculation unit 53.
  • the coordinate detection unit 51 detects a relative movement path, a movement speed, and the like between the optical probe 20A and the stage 31 based on the coordinate information of the optical probe 20A, the coordinate information of the stage 31, and the rotational position information.
  • the interval adjusting unit 52 reads data designating the sampling frequency from the storage unit 55 before starting coordinate measurement.
  • the interval adjustment unit 52 receives image information from the imaging unit 22 at the sampling frequency.
  • the coordinate calculation unit 53 receives image information in which frames supplied from the interval adjustment unit 52 are thinned out.
  • the coordinate calculation unit 53 receives the coordinate information of the optical probe 20 ⁇ / b> A supplied from the coordinate detection unit 51 and the rotational position information of the stage 31.
  • the coordinate calculation unit 53 is based on the image information supplied from the interval adjustment unit 52, the coordinate information of the optical probe 20A, and the rotational position information of the stage 31, and the coordinate value (three-dimensional coordinate value) of each measurement point. Calculate group data.
  • the coordinate calculation unit 53 calculates the coordinates of the slit light irradiation unit 21 fixed to the optical probe 20A and the coordinates of the imaging unit 22 from the received coordinates of the optical probe 20A.
  • the slit light irradiation part (irradiation part) 21 is fixed to the optical probe 20A, the irradiation angle of the slit light irradiation part (irradiation part) 21 is fixed to the optical probe 20A.
  • the imaging unit 22 is also fixed to the optical probe 20A, the imaging angle of the imaging unit 22 is fixed with respect to the optical probe 20A.
  • the coordinate calculation unit 53 calculates the point where the irradiated light hits the test object 3 using triangulation for each pixel of the captured image.
  • the coordinates of the point where the irradiated light hits the test object 3 are based on the straight line drawn at the irradiation angle of the irradiation unit 21 from the coordinates of the slit light irradiation unit (irradiation unit) 21 and the coordinates of the imaging unit 22.
  • said imaged image shows the image detected by optical probe 20A arrange
  • the coordinates of the position irradiated with the light can be calculated by scanning the slit light irradiated on the test object in a predetermined direction.
  • the test object 3 is supported by the stage 31.
  • the test object 3 rotates together around the rotation axis of the stage 31 as the stage 31 rotates around the rotation axis. That is, the calculated coordinates of the position irradiated with light are information indicating the position of the surface of the test object 3 whose posture is tilted by rotating around the rotation axis of the stage 31.
  • the actual surface shape of the test object 3 is obtained by correcting the tilt of the stage 31 based on the tilt of the stage 31, that is, the rotational position information around the rotation axis, with respect to the coordinates of the position irradiated with light. be able to.
  • the coordinate calculation unit 53 stores the calculated point group data of the three-dimensional coordinate values in the storage unit 55.
  • the storage unit 55 stores various instruction information supplied from the input device 42 as a measurement condition table.
  • the measurement condition table includes predetermined movement command data such as measurement conditions and measurement procedures, coordinate values of measurement points in the designated area indicating the measurement position and measurement procedure of the test object 3, the rotational position of the stage 31, Coordinate values such as the measurement start point Ps (first measurement point) and the measurement end point Pe (last measurement point) of the specimen 3, the measurement target direction at the measurement start position, and the interval between the measurement points (for example, a constant interval) Items such as data representing (measurement pitch) are provided.
  • the measurement condition table identifies the data items indicating the measurement start margin and the measurement end margin that define the range of the measurement area. Prepare to correspond to information.
  • the coordinate value of the measurement point in the designated area indicating the measurement position and measurement procedure of the test object 3 and the rotational position of the stage 31 are calculated by the following process.
  • the coordinate value of the measurement point and the rotational position of the stage 31 are determined by driving the measurement head 13 and the stage 31 on the basis of information input by the user for each measurement point that designates the designated area of the test object 3. It is calculated from the positions where the inspection object 3 and the optical probe 20A are respectively positioned in desired postures. More specifically, based on the coordinate value (three-dimensional coordinate value) of each measurement point supplied from the drive control unit 54, the coordinate calculation unit 53 calculates the coordinate value of the measurement point.
  • the coordinate value of the measurement point calculated by the coordinate calculation unit 53 is obtained by driving the measurement head 13 and the stage 31 in advance by operating the joystick 43 in addition to the key input of the coordinate value by the input device 42. It is calculated from the position where the probe 20A is positioned in a desired posture.
  • the coordinate detection unit 51 detects the coordinate information of the optical probe 20 ⁇ / b> A and the rotational position information of the stage 31 in the positioned posture state and supplies the detected coordinate information to the coordinate calculation unit 53.
  • the coordinate calculation unit 53 writes and stores the coordinate information of the optical probe 20 ⁇ / b> A and the rotational position information of the stage 31 in the storage unit 55.
  • the coordinate values of the measurement start point (first measurement point) and the measurement end point (last measurement point) of the test object 3 are set by the area setting unit 58 using the coordinates of the measurement points in the designated area of the test object 3. It is generated based on the value and written to the storage unit 55.
  • the storage unit 55 holds the point cloud data of the three-dimensional coordinate values supplied from the coordinate calculation unit 53 as measurement data. Further, the storage unit 55 holds point group data of the coordinate values (three-dimensional coordinate values) of each measurement point supplied from the coordinate detection unit 51. The storage unit 55 holds design data (CAD data).
  • the drive control unit 54 outputs a drive signal to the head drive unit 14 and the stage drive unit 33 based on an operation signal from the joystick 43 or based on a command signal from the movement command unit 56, and the measurement head 13. And the drive control of the stage 31 is performed. Further, the drive control unit 54 writes and stores the position information of the measurement head 13 and the stage 31 set as registered positions in the storage unit 55 based on the operation signal from the joystick 43. That is, the drive control unit 54 can indirectly acquire the position of the optical probe 20 ⁇ / b> A supported by the measurement head 13.
  • the movement command unit 56 reads the measurement start point Ps (first measurement point), measurement end point Pe (last measurement point), and the like of the test object 3 registered in the measurement condition table from the storage unit 55.
  • the movement command unit 56 calculates a scanning movement path for the test object 3 from the measurement start point Ps and the measurement end point Pe of the test object 3.
  • the movement command unit 56 transmits a movement command to the head driving unit 14 and the stage driving unit 33 via the drive control unit 54 in order to drive the measuring head 13 and the stage 31 according to the calculated movement path.
  • the movement command unit 56 controls the optical system of the optical probe 20A by supplying a control signal to the interval adjustment unit 52 based on the movement command or the like.
  • the data output unit 57 reads measurement data (coordinate values of all measurement points) and the like from the storage unit 55.
  • the data output unit 57 supplies the measurement data (coordinate values of all measurement points) and the like to the monitor 44.
  • the data output unit 57 outputs measurement data (coordinate values of all measurement points) and the like to a printer (not shown).
  • the region setting unit 58 sets a region adjacent to the designated region as a measurement region based on the shape measurement data corresponding to the detected surface shape in a predetermined designated region.
  • Shape measurement data corresponding to the surface shape detected in the designated region is stored in the storage unit 55 by a user operation.
  • the region setting unit 58 is based on the shape measurement data in the designated region stored in the storage unit 55 and information indicating a preset range that extends the measurement region. Is calculated.
  • the region setting unit 58 includes an interpolation processing unit 58A and an extrapolation processing unit 58B.
  • the interpolation processing unit 58A obtains shape measurement data by interpolation processing based on shape measurement data detected while relatively moving the detection unit along the surface of the test object 3.
  • the obtained shape measurement data is written and stored in the storage unit 55 in association with identification information set according to the measurement order.
  • the extrapolation interpolation processing unit 58B performs extrapolation interpolation processing based on the acquired shape measurement data stored in the storage unit 55 and the shape measurement data obtained by the interpolation process.
  • the extrapolation processing unit 58B calculates an area outside the designated area by extrapolation based on the acquired shape measurement data and the shape measurement data obtained by the interpolation process.
  • the extrapolation interpolation processing unit 58B calculates a curve that approximates the surface shape of the test object 3 based on the shape measurement data near the end of the specified area, and extends the area outside the specified area based on the calculated curve. Determine the direction.
  • the approximate curve is calculated by one of the following calculation units.
  • the calculation unit 58B-1 (primary differential calculation unit) determines the extension direction of the area outside the designated area in the same direction as the slope of the curve near the end in the designated area.
  • the calculation unit 58B-2 (secondary differential calculation unit) determines the extension direction of the area outside the specified area in a direction in which the amount of change in the slope of the curve near the end in the specified area becomes constant.
  • the calculation unit 58B-3 (linear calculation unit) calculates a curve that approximates the surface shape of the test object 3 by linear approximation, and determines a region outside the designated region in the direction of extending the straight line.
  • the extrapolation interpolation processing unit 58B includes a plurality of calculation units, thereby calculating an approximate curve suitable for the shape of the test object 3.
  • the extrapolation interpolation processing unit 58B calculates the distance to be extended along the calculated curve with the range of the measurement region to be extended as one of the following ranges.
  • the first range is from the end of the designated area to a predetermined distance. In this case, for example, a predetermined distance predetermined from the end of the designated area is written and stored in the storage unit 55 in advance.
  • the second range is until reaching a predetermined limited area. In this case, for example, position information regarding a predetermined restricted area is written and stored in the storage unit 55 in advance.
  • the third range is calculated based on the shape information obtained by detecting the test object 3 in the designated region, and the limit position where the test object 3 can exist is calculated. Up to the included position.
  • feature information indicating features related to the shape of the test object 3 is written and stored in the storage unit 55 in advance.
  • This feature information is, for example, length information in a specific direction of the specimen 3 or length variation information.
  • the shape of the test object 3 is estimated to generate estimated shape information.
  • a limit position where the test object 3 can exist is calculated.
  • the interpolation processing unit 58A performs shape measurement data by interpolation processing based on the shape measurement data detected while relatively moving the optical probe 20A along the surface of the test object 3. Get.
  • the extrapolation processing unit 58B performs an extrapolation process based on the acquired shape measurement data and the shape measurement data obtained by the interpolation process, thereby interpolating the measurement area adjacent to the specified area ( The extrapolation process) can be extended by using the approximation accuracy of the approximate curve subjected to the interpolation process.
  • the measurement area calculated by the extrapolation interpolation processing unit 58B includes a measurement area near the start point where the shape detection of the test object 3 starts, and a measurement area near the end point where the shape detection of the test object 3 ends. Is included.
  • the extrapolation interpolation processing unit 58B sets so that the end of the test object 3 is included in the measurement region near the start point or the measurement region near the end point.
  • FIG. 3 is a diagram showing measurement registration locations for the test object.
  • the test object 3 shown in FIG. 3 has a ribbon-like shape.
  • n measurement registration locations (positions) are shown.
  • n is a plurality of predetermined values.
  • FIG. 3 shows a case where n is 3. From the set positions (P 1 , P 2 ,..., P (n ⁇ 1) , P n ), the direction of the line-shaped shadow (solid line) formed by projecting the slit light and the irradiation of the slit light The direction (arrow) to perform is shown, respectively.
  • the slit light irradiated from the irradiation unit 21 forms a light line perpendicular to the scanning direction when projected onto a plane.
  • points near the surface of the test object 3 are (Q 1 , Q 2 ,. Q (n-1), shown as Q n). That is, the arrows connecting the two corresponding points can be shown as vectors.
  • the vector (P 1 Q 1 ) is shown as an arrow from the point P 1 to the Q 1 direction shown in the figure.
  • each vector (arrow) indicates a direction in which the slit light is irradiated and has a constant value (length).
  • the imaging unit 22 can be adjusted so as not to receive light directly.
  • the end portions (PA and PB) of the test object 3 in order to measure the entire shape of the test object 3, it is necessary to include the end portions (PA and PB) of the test object 3 in the measurement region.
  • the measurement range is calculated based on the position information registered in the designated area.
  • the measurement area can be calculated based on the position information registered in the designated area, that is, the projection position of the slit light adjusted to the desired posture.
  • the reference point as the designated region is the standard coordinates of the optical probe 20A, it may be defined on the surface side of the specimen 3.
  • FIG. 4 is a diagram showing measurement registration locations for a test object having a shape different from that of the test object shown in FIG.
  • the test object 3 shown in FIG. 4 has a leaf-like shape.
  • FIG. 4 in the same way as in FIG. 3, if it is within the specified region, whether or not the slit light is projected on the surface of the specimen 3 is detected, and whether or not it is projected in the desired state. Can be determined.
  • the tip which is the end, is thin, so that it is not possible to obtain a sufficiently long line-shaped shadow even if slit light is irradiated at the end. .
  • the measurement region can be calculated based on the projection position of the slit light adjusted to a desired posture.
  • the region setting unit 58 calculates the measurement region by the following two processes.
  • the interpolation processing unit 58A in the region setting unit 58 performs interpolation processing based on the shape measurement data detected while relatively moving the detection unit 20 along the surface of the test object 3.
  • the extrapolation process 58B in the region setting unit 58 performs an extrapolation process based on the acquired shape measurement data and the shape measurement data obtained by the interpolation process.
  • each processing will be described.
  • the detection unit 20 acquires coordinate values at each set position (P 1 , P 2 ,..., P (n ⁇ 1) , P n ).
  • the coordinate axis values of each position the values of three orthogonal axes (x i , y i , z i ) and the values of rotational positions around the axes ( ⁇ i , ⁇ i ) are collectively shown as in the following equation. be able to.
  • the detection unit 20 can acquire the shape information of the test object 3 by moving along the surface of the test object 3 in the order from P 1 to P n .
  • the interpolation processing unit 58A calculates an approximate curve by a predetermined calculation process between the positions at each set position.
  • the calculation processing for calculating the approximate curve can be selected from spline calculation processing, calculation processing by the least square method, calculation processing for obtaining a higher-order approximation curve, linear approximation processing, and the like.
  • the calculation process for calculating the approximate curve is preset according to the shape of the test object 3 and the position of each set position. Depending on the measurement interval of the shape information by the detecting unit 20, position information to be interpolated by interpolating between the processing unit 58A is generated, designated measurement area, i.e. in the range from P 1 to P n, the above interpolation Necessary interpolation information can be obtained by the processing.
  • an approximate curve corresponding to the shape of the test object 3 in the specified region can be calculated by the interpolation process based on the approximate curve.
  • the interpolation processing can independently process three orthogonal axes (x i , y i , z i ) and rotation positions around the axes ( ⁇ i , ⁇ i ).
  • the extrapolation process 58B performs an extrapolation process based on the acquired shape measurement data and the shape measurement data obtained by the interpolation process.
  • the extrapolation process it is possible to select a calculation unit that performs the following plurality of interpolation processes. This selection can be made independently of the function of the interpolation process shown above.
  • the calculation unit 58B-1 (first derivative calculation unit) determines the extension direction of the area outside the specified area in the same direction as the slope of the curve near the end in the specified area.
  • the calculation unit 58B-2 (secondary differential calculation unit) determines the extension direction of the area outside the specified area in a direction in which the amount of change in the slope of the curve near the end in the specified area becomes constant.
  • the calculation unit 58B-3 (linear calculation unit) calculates a straight line approximating a curve that approximates the surface shape of the test object 3, and determines the extension direction of the region outside the designated region in the direction in which the straight line is extended.
  • the extrapolation processing unit 58B can calculate an approximate curve suitable for the shape of the test object 3 by including a plurality of calculation units.
  • the distance in the extending direction of the area outside the designated area may be determined in advance or may be changed as appropriate. For example, the user may set the distance constant in advance. For example, the distance may be increased or decreased based on the shape in the designated area.
  • the shape of the end portion of the test object 3 is a shape that is wound toward the back side of the measurement surface.
  • the calculation unit 58B-2 secondary differential calculation unit
  • An approximate curve along the shape can be obtained as compared with the calculation units 58B-2 and 58B-3.
  • the three-dimensional shape measuring apparatus 100 can expand the measurement range without increasing the number of points designated by the teaching process. Since the measurement area adjacent to the designated area is generated by arithmetic processing, the number of locations to be registered can be reduced. Thereby, the time which can operate
  • teaching processing according to each size is required. However, the measurement can be performed based on the common teaching processing information without being affected by the difference in the shape of the end portion.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for simplifying the teaching process according to the present embodiment.
  • the teaching process indicates a series of processes from generation of information indicating a measurement path and procedure in measurement of a three-dimensional shape to registration in the storage unit 55.
  • the user registers a measurement start margin and a measurement end margin. That is, the drive control unit 54 detects that the measurement start margin information indicating the measurement start margin and the measurement end margin information indicating the measurement end margin are input, and stores them in the storage area provided in the storage unit 55. Then, measurement start margin information and measurement end margin information are written and registered (step S10).
  • the drive control unit 54 moves the detection unit 20 to the vicinity of the measurement start position of the test object 3. That is, the drive control unit 54 detects that the first position information indicating the first measurement location close to the measurement start position is input.
  • the movement command unit 56 controls the driving unit 16 to move the detection unit 20 relatively to the vicinity of the measurement start position in the measurement target portion indicated by the first position information.
  • the position information registered in order is stored in the storage unit 55 in association with identification information indicating the measurement order.
  • the identification information i indicating the first measurement location is set to “1” (step S20).
  • the position of each axis is determined according to the state of the test object 3 at a predetermined position corresponding to the detected operation input. That is, the drive control unit 54 determines the position of each axis according to the state of the test object 3 at a predetermined position indicated by the position information corresponding to the detected operation input and associated with the identification information i.
  • the interval adjustment unit 52 finely adjusts the position of each axis so as to improve the detection accuracy of the state of the test object 3, generates corrected position information in which the detection position is corrected, and Position information is determined (step S30).
  • the drive control unit 54 stores the position information of each axis in the storage unit 55. That is, the drive control unit 54 writes and stores the generated corrected position information determined as the position information of the detection unit 20 at the position in the storage area of the storage unit 55 in association with the identification information i (step S40). .
  • the drive control unit 54 determines whether or not registration of all positions specifying the measurement range has been completed. That is, the drive control unit 54 detects whether or not the n-th position information indicating the n-th measurement location close to the measurement end position is input. If the drive control unit 54 determines that the position information up to the n-th position has not been input, the drive control unit 54 updates the identification information i indicating the next measurement location (step S50).
  • the user moves the detection unit 20 to the vicinity of the next measurement position in the measurement target part in accordance with the detected operation input. That is, the drive control unit 54 detects that the next position information indicating the next measurement location has been input (step S60).
  • the region setting unit 58 refers to the stored position information of each axis and calculates an approximate curve. That is, the interpolation processing unit 58A in the region setting unit 58 refers to the stored position information of each axis in the order of the identification information i, and calculates an approximate curve.
  • the calculated approximate curve is calculated as an approximate curve based on the information of each axis (step S70).
  • the interpolation processing unit 58A is configured to identify the position information of each axis indicated by the calculated approximate curve in the storage area provided in the storage unit 55 according to the order in which the detection unit 20 is moved during measurement. Write and store in association with.
  • the identification information j is a natural number from 1 to m. Further, the position where the identification information j is l corresponds to the first measurement position, and the position where the identification information j is m corresponds to the nth measurement position.
  • the region setting unit 58 extends the calculated approximate curve based on the set measurement start margin and measurement end margin. That is, the extrapolation processing unit 58B in the region setting unit 58 refers to the position information indicating the measurement location stored in the storage unit 55 based on the identification information j. For example, the extrapolation interpolation processing unit 58B refers to the position information indicated by the identification information j from 1 to (l + ⁇ l), and extends the calculated approximate curve based on the set measurement start margin and measurement end margin. (Step S80). The extrapolation interpolation processing unit 58B writes and registers the calculated curve, including the extended range, in the storage unit 55 as teaching data indicating the path and procedure for measuring the three-dimensional shape of the test object 3 (step S90). ). Through the procedure described above, the three-dimensional shape measuring apparatus 100 can generate an extended measurement region based on information registered as measurement points in the specified range and measure the range of the generated measurement region. .
  • the three-dimensional shape measuring apparatus 100 can simplify the measurement area setting process for the test object in the three-dimensional shape measurement of the test object. Since the setting of the measurement area is simplified, the teaching work for determining the measurement area before the measurement can be performed easily and in a short time.
  • the measurement route based on the start position and end position of the generated measurement is automatically generated by the coordinate measuring device for the start position and end position of the measurement, which is difficult to specify in the setting of the measurement area. Scanning route) can be created.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be changed without departing from the spirit of the present invention.
  • the above-described three-dimensional shape measuring apparatus 100 is an example of a shape measuring apparatus (coordinate measuring apparatus) according to the present invention, and the shape measuring apparatus according to the present invention does not necessarily have the same configuration as the three-dimensional shape measuring apparatus 100. It may not have.
  • the shape measuring apparatus according to the present invention only needs to have a configuration corresponding to at least the detection unit 20 and the region setting unit 58 of the three-dimensional shape measuring apparatus 100, and other configurations are appropriately arranged as necessary. be able to.
  • the end of the registration of the measurement location in the designated area described above may be determined by the user for each registered location, and it may be determined whether or not information indicating “end of registration” has been input.
  • the configuration of the detection unit 20 may be the SSF probe 20B and the contact probe 20C instead of the optical probe 20A, as in the case of the optical probe 20A.
  • the configuration of the detection unit 20 may include an optical probe 20A, an SFF probe 20B, and a plurality of probes.
  • the detection method for obtaining the registered location of the measurement location in the designated area may be different from the method for performing coordinate measurement.
  • the shape of the specified region may be calculated using CAD data stored in the storage unit for the shape of the test object.
  • the arrangement of the measurement object may be obtained with respect to the base 2 and the designated area may be determined using CAD data.
  • the optical probe 20A of the detection unit 20 and the SFF probe 20B are provided, the registration location of the designated region may be obtained with the optical probe 20A, and the test object may be measured with the SFF probe 20B.
  • the above-described three-dimensional shape measuring apparatus 100 has a computer system therein.
  • the processing procedure for providing the traffic situation described above is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the above processing is performed by the computer reading and executing this program.
  • the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.
  • the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
  • a hard disk, a semiconductor memory, or the like in which the program is stored in the computer that received the distribution corresponds to a computer-readable recording medium.
  • the shape measuring device does not necessarily have a computer system inside, and a computer system provided independently of the main body of the shape measuring device is connected to be communicable, and the shape measuring device as a whole You may comprise the measuring apparatus.
  • FIG. 6 is a block configuration diagram of the structure manufacturing system 200.
  • the structure manufacturing system 200 includes the three-dimensional shape measuring apparatus 100, the design apparatus 210, the molding apparatus 220, the control apparatus (inspection apparatus) 230, and the repair apparatus 240 in the first embodiment.
  • the design device 210 creates design information related to the shape of the structure, and transmits the created design information to the molding device 220.
  • the design device 210 stores the created design information in a coordinate storage unit 231 described later of the control device 230.
  • the design information is information indicating the coordinates of each position of the structure.
  • the molding apparatus 220 produces the structure based on the design information input from the design apparatus 210.
  • the molding process of the molding apparatus 220 includes casting, forging, cutting, or the like.
  • the three-dimensional shape measuring apparatus 100 measures the coordinates of the structure manufactured as described in the above embodiment. Then, information (shape information) indicating the measured coordinates is transmitted to the control device 230.
  • the control device 230 includes a coordinate storage unit 231 and an inspection unit 232. As described above, design information is stored in the coordinate storage unit 231 by the design apparatus 210.
  • the inspection unit 232 reads design information from the coordinate storage unit 231.
  • the inspection unit 232 compares information (shape information) indicating coordinates received from the three-dimensional shape measuring apparatus 100 with design information read from the coordinate storage unit 231.
  • the inspection unit 232 determines whether or not the structure is molded according to the design information based on the comparison result. In other words, the inspection unit 232 determines whether or not the created structure is a non-defective product. The inspection unit 232 determines whether or not the structure can be repaired when the structure is not molded according to the design information. If repair is possible, the inspection unit 232 calculates a defective part and a repair amount based on the comparison result, and transmits information indicating the defective part and information indicating the repair amount to the repair device 240.
  • the repair device 240 processes the defective portion of the structure based on the information indicating the defective portion received from the control device 230 and the information indicating the repair amount.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the flow of processing by the structure manufacturing system 200.
  • the design apparatus 210 creates design information related to the shape of the structure (step S301).
  • the molding apparatus 220 produces the structure based on the design information (step S302).
  • the three-dimensional shape measuring apparatus 100 measures the shape of the manufactured structure (step S303).
  • the inspection unit 232 of the control device 230 inspects whether or not the structure is created according to the sincerity design information by comparing the shape information obtained by the three-dimensional shape measuring device 1 with the design information. (Step S304).
  • the inspection unit 232 of the control device 230 determines whether or not the created structure is a good product (step S305).
  • step S305 When the created structure is a non-defective product (step S305: YES), the structure manufacturing system 200 ends the process.
  • step S305, NO when the created structure is not a non-defective product (step S305, NO), the inspection unit 232 of the control device 230 determines whether the created structure can be repaired (step S306).
  • step S306 If the created structure can be repaired (step S306: YES), the repair device 240 reprocesses the structure (step S307) and returns to the process of step S303. On the other hand, when the created structure cannot be repaired (YES in step S306), the structure manufacturing system 200 ends the process. Above, the process of this flowchart is complete
  • the structure manufacturing system 200 determines whether or not the created structure is a non-defective product. can do. In addition, the structure manufacturing system 200 can repair the structure by reworking the structure when the structure is not a good product.
  • the repair process which the repair apparatus 240 in this embodiment performs may be replaced with the process in which the shaping
  • molding apparatus 220 re-executes a shaping
  • the molding apparatus 220 cuts a portion that is originally to be cut and is not cut in the structure. Thereby, the structure manufacturing system 200 can create a structure correctly.
  • the present invention can be applied to a structure manufacturing system that can determine whether or not a manufactured structure is a non-defective product.

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Abstract

【課題】被検物に対する測定領域の設定処理（ティーチング処理）を簡素化する。 【解決手段】形状測定装置は、三次元形状を有している被検物の表面形状を検出する検出部２０と、予め定められた指定領域において検出された形状測定データに基づいて、前記指定領域に隣接する領域を測定領域として設定する領域設定部５８と、を備える。

Description

形状測定装置、形状測定方法、構造物の製造方法およびプログラム
　本発明は、形状測定装置、形状測定方法、構造物の製造方法およびプログラムに関する。
　被検物の三次元形状を測定する形状測定装置（座標測定装置）には、検出部から被検物までの距離を保ち、被検物の形状に沿って、検出部を移動させて測定するものがある（例えば、特許文献１参照）。このような三次元形状を測定する方法として、被検物にスリット光を照射して被検物の断面形状に対応して形成される光切断線から被検物の三次元形状を測定する光切断法が知られている。また、近年、複雑な形状の被検物についても、精度を高めて測定することが要求されている。そのような要求に適用できる座標測定装置では、被検物の三次元形状を測定する前に、測定の正確性および効率を高めるために、測定領域を登録するティーチング処理が行われている。
特開２０１０－１６００８４号公報
　例えば、特許文献１に記載の座標測定装置では、複数の直交軸と複数の回転軸とによる位置を制御して、検出部と被検物との相対的な配置を制御する。そのため、被検物が回転するとともに、検出部と被検物との最適な位置が都度変化することになる。ユーザは、座標測定装置における測定に適した測定条件を考慮しながら、被検物に対する測定位置を座標測定装置に登録するティーチング作業を行う。それゆえ、披検物の姿勢を制御しながら、その測定位置を移動させる手順を記憶させるティーチング作業は、困難なものであった。特に、測定精度を高めることができる光切断法などによる測定では、検出部と被検物との相対的な配置を最適化することにより、より精度を高めた測定が可能となる。そのため、測定時の姿勢に対する要求が高い場合には、ティーチング作業は、より困難なものとなる。
　また、被検物の状態を確認しながらティーチング作業を行う場合、測定の開始位置および、終了位置の指定においては、スリット光を被検物に照射して、確認できない場合がある。そのような位置では、ユーザは、おおよその位置、および姿勢を想像してティーチング作業をせざるを得なかった。このように、おおよその位置、および姿勢に基づいての測定では、正確性が劣ることになり、さらに、そのティーチング作業自体に非常に時間を要するものであった。このように、従来の座標測定装置におけるティーチング処理では、上記のような作業手順に基づいたものであり、被検物に対する測定領域の設定処理を簡素化させることができないという問題がある。
　そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、被検物に対する測定領域の設定処理（ティーチング処理）を簡素化することを課題とする。
　上記問題を解決するために、本発明の一態様は、三次元形状を有している被検物の表面の形状を測定する形状測定装置であって、三次元形状を有している被検物の表面形状を検出する検出部と、指定領域の形状情報に基づいて、指定領域に隣接する領域を測定領域として設定する領域設定部と、を備えることを特徴とする形状測定装置である。
　また、本発明の一態様は、三次元形状を有している被検物の表面形状を検出することと、指定領域の形状情報に基づいて、指定領域に隣接する領域を測定領域として設定することと、を含むことを特徴とする形状測定方法である。さらに、本発明の一態様は、構造物の形状に関する設計情報を作製することと、前記設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、作製された前記構造物の形状を本発明の他の態様に係る三次元形状測定方法を用いて測定することと、測定することにより得られた形状情報と、前記設計情報とを比較して検査することとを有することを特徴とする構造物の製造方法である。
　また、本発明の一態様は、形状測定装置が備えているコンピュータに、三次元形状を有している被検物の表面形状を検出することと、指定領域の表面形状に応じた形状情報に基づいて、指定領域に隣接する領域を測定領域として設定することと、を実行させるためのプログラムである。
　本発明によれば、被検物の三次元形状測定において、被検物に対する測定領域の設定処理を簡素化できる。
本発明の一実施形態による三次元形状測定装置（座標測定装置）の概略構成を示す模式図である。 本実施形態における測定機本体のブロック図である。 本実施形態における被検物に対する測定登録箇所を示す図である。 図３に示した披検物と異なる形状の被検物に対する測定登録箇所を示す図である。 本実施形態によるティーチング処理を簡素化させる手順を示すフローチャートである。 構造物製造システムのブロック構成図である。 構造物製造システムによる処理の流れを示したフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態では、予め定められた指定領域において検出された表面形状を示す形状測定データに基づいて、前記指定領域に隣接する領域を測定領域として設定する。
　図１は、本発明の一実施形態による三次元形状測定装置（座標測定装置）の概略構成を示す模式図である。三次元形状測定装置（座標測定装置）１００は、測定機本体１と制御ユニット４０（図２）とを備える。図２は、本発明の一実施形態による測定機本体１と制御ユニット４０とのブロック図である。図１に示されるように、測定機本体１は、水平な上面（基準面）を備えている基台２と、この基台２上に設けられ、測定ヘッド１３を支持する門型構造体１０と、基台２上に設けられ被検物３を載置する支持装置３０とを備える。この基台２の基準面を基準とする直交座標系を定義する。この基準面に対して、Ｘ軸とＹ軸とが平行に定められ、Ｚ軸が直交する方向に定められる。基台２には、Ｙ方向（紙面に垂直な方向でこれを前後方向とする）に延びるガイドレール（不図示）が設けられている。披検物３の形状を測定することによって、被検物３の形状を明らかにすることができる。
　門型構造体１０は、基台２に設けられたガイドレール上をＹ方向に移動自在に設けられ、対をなす支柱１１と、対をなす支柱１１の間で水平に延びるように架け渡された水平フレーム１２とを備える。また、門型構造体１０は、水平フレーム１２において、Ｘ方向（左右方向）に移動自在に設けられたキャリッジ（不図示）を備えており、そのキャリッジに対してＺ方向（上下方向）に移動自在に設けられた測定ヘッド１３を備える。測定ヘッド１３の下部には、被検物３の形状を検出する検出部２０が設けられている。この検出部２０は測定ヘッド１３に支持されており、検出部２０の下方に配置される被検物３との距離を検出する。測定ヘッド１３の位置を制御することにより、検出部２０の位置を移動させることができる。また、門型構造体１０の内部には、入力される駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させるヘッド駆動部１４（図２）と、測定ヘッド１３の座標を検出し測定ヘッド１３の座標値を表す信号を出力するヘッド位置検出部１５（図２）と、が設けられている。
　基台２上には、支持装置３０が設けられている。支持装置３０は、被検物３を載置するステージ３１と、直交する２方向の回転軸周りにステージ３１を回転（揺動）可能に支持する支持テーブル３２とを備える。支持テーブル３２は、垂直（Ｚ軸方向）に延びる回転軸θを中心として水平面内で回転（揺動）可能、且つ、水平（Ｘ軸方向）に延びる回転軸φを中心として回転（揺動）可能にステージ３１を支持する。また、支持装置３０には、入力される駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ、φ回りに電動でそれぞれ回転駆動させるステージ駆動部３３（図２）と、ステージ３１の座標を検出し、ステージ座標値を表す信号を出力するステージ位置検出部３４（図２）とが設けられている。
　制御ユニット４０は、制御部４１と、入力装置４２と、ジョイスティック４３と、モニタ４４とを備える。制御部４１は、測定機本体１を制御する。その詳細は後述する。入力装置４２は、各種指示情報を入力するキーボードなどである。ジョイスティック４３は、測定ヘッド１３の位置およびステージ３１の回転位置を指定する情報を入力するための入力装置である。モニタ４４は、計測画面、指示画面、計測結果等を表示する。なお、ジョイスティック４３は、他の適当な入力装置（例えばトラックボール等）に置き換えることもできる。
　続いて、図２を参照し、測定機本体１の構成について説明する。測定機本体１は、駆動部１６と、位置検出部１７と、検出部２０とを備える。
　駆動部１６は、前述のヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とを備える。ヘッド駆動部１４は、支柱１１をＹ方向に駆動するＹ軸用モータ、キャリッジをＸ方向に駆動するＸ軸用モータ、および測定ヘッド１３をＺ方向に駆動するＺ軸用モータを備える。ヘッド駆動部１４は、後述の駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ヘッド駆動部１４は、その駆動信号に基づき測定ヘッド１３を３方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に電動で移動させる。
　ステージ駆動部３３は、ステージ３１を回転軸θ回りに回転駆動するロータリ軸用モータおよび回転軸φ回りに回転駆動するチルト軸用モータを備える。ステージ駆動部３３は、駆動制御部５４から供給される駆動信号を受け取る。ステージ駆動部３３は、その駆動信号に基づきステージ３１を回転軸θ、φ回りに、電動でそれぞれ回転させる。
　位置検出部１７は、前述のヘッド位置検出部１５と、ステージ位置検出部３４とを備える。ヘッド位置検出部１５は、測定ヘッド１３のＸ軸、Ｙ軸、および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、およびＺ軸用エンコーダを備える。ヘッド位置検出部１５は、それらのエンコーダによって測定ヘッド１３の座標を検出し、測定ヘッド１３の座標値を表す信号を後述の座標検出部５１へ供給する。
　ステージ位置検出部３４は、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置をそれぞれ検出するロータリ軸用エンコーダおよびチルト軸用エンコーダを備える。ステージ位置検出部３４は、それらのエンコーダを用いて、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置を検出し、検出した回転位置を表す信号を座標検出部５１へ供給する。
　検出部２０は、三次元形状を有している被検物３の表面形状を検出する。検出部２０は、次に示す検出手段のうちの少なくとも１つの検出手段を備える。第１の検出手段では、備えている光切断型の光プローブ２０Ａを用いて検出する。光プローブ２０Ａは、光切断方式により被検物３の表面形状を求めるために、スリット光照射部（スリット光照明部、照射部）２１と、撮像部２２とを備えて構成される。スリット光照射部（照射部）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、被検物３に直線上の光があたるように、被検物３に直線状のスリット光（ライン状の光）を照射する。撮像部２２は、スリット光照射部（照射部）２１の照射方向に対して、光軸を所定角度ずらして配置される。撮像部２２は、スリット光照射部（照射部）２１からの照射光により被検物３の表面に形成される光切断線（スリット光が照射されている部分）を撮像する。ここで、光切断線は、被検物３の断面形状に応じて形成される。撮像部２２は、被検物３の表面に形成される陰影パターンを撮像し、撮像した画像情報を間隔調整部５２へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。撮像部２２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、Ｃ－ＭＯＳ（Complementary
Metal Oxide Semiconductor）センサーなどの個体撮像素子を備えている。
　第２の検出手段では、備えている取得画像変換型のＳＳＦプローブ２０Ｂを用いて検出する。ＳＳＦプローブ２０Ｂは、被検物３の形状を撮像した画像データを間隔調整部５２へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、被検物３の形状を撮像した画像データに基づいて形状測定データを取得する。ＳＳＦプローブ２０Ｂに関する詳細の説明は、例えば、次の参考文献を参照する（［参考文献］国際公開第２００９／０９６４２２号パンフレット）。第３の検出手段では、備えている接触型の接触プローブ２０Ｃを用いて検出する。接触プローブ２０Ｃは、被検物３に接触することにより検出した情報（位置情報）を間隔調整部５２へ供給する。これにより、制御ユニット４０は、形状測定データを取得する。検出部２０は、上記の検出手段のいずれか１つを備える代わりに、複数の検出手段を備え、選択された検出手段によって検出することとしてもよい。以下の説明では、光プローブ２０Ａを例に説明する。
　続いて、制御ユニット４０について説明する。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に書き込み記憶させる。ジョイスティック４３は、ユーザの操作を受けて、その操作に応じて測定ヘッド１３やステージ３１を駆動させる制御信号を生成して駆動制御部５４へ供給する。このように、ジョイスティック４３は、指定領域において光プローブ２０Ａ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プローブ２０Ａ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５７から供給された測定データ（全測定ポイントの座標値）等を受け取る。モニタ４４は、受け取った測定データ（全測定ポイントの座標値）等を表示する。また、モニタ４４は、計測画面、指示画面等を表示する。
　制御部４１は、座標検出部５１と、間隔調整部５２と、座標算出部５３と、駆動制御部５４と、記憶部５５と、移動指令部５６と、データ出力部５７と、領域設定部５８とを備える。
　座標検出部５１は、ヘッド位置検出部１５から出力される座標信号によって、光プローブ２０Ａおよびステージ３１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、ステージ位置検出部３４から出力される回転位置を表す信号によって、ステージ３１の回転軸θ、φ回りの回転位置を検知する。座標検出部５１は、それぞれ検知された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の情報と、ステージ位置検出部３４から出力される回転位置を表す情報（ステージ３１の回転位置情報）とから、座標情報を検出する。そして、座標検出部５１は、光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の座標情報と回転位置情報とを座標算出部５３へ供給する。また、座標検出部５１は、光プローブ２０Ａの座標情報とステージ３１の座標情報と回転位置情報とに基づいて、光プローブ２０Ａとステージ３１との相対的な移動経路、移動速度などを検出する。
　間隔調整部５２は、座標計測開始前に記憶部５５からサンプリング周波数を指定するデータを読み出す。間隔調整部５２は、そのサンプリング周波数で、撮像部２２から画像情報を受け取る。
　座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給されたフレームが間引かれた画像情報を受け取る。座標算出部５３は、座標検出部５１から供給された光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報を受け取る。座標算出部５３は、間隔調整部５２から供給された画像情報と、光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とに基づき、各測定ポイントの座標値（三次元座標値）の点群データを算出する。
　具体的な算出方法は以下の通りである。まず、座標算出部５３は、受け取った光プローブ２０Ａの座標から、光プローブ２０Ａに固定されたスリット光照射部２１の座標と、撮像部２２の座標を算出する。ここで、スリット光照射部（照射部）２１は光プローブ２０Ａに固定されているので、スリット光照射部（照射部）２１の照射角度は、光プローブ２０Ａに対して固定である。また、撮像部２２も光プローブ２０Ａに固定されているので、撮像部２２の撮像角度は、光プローブ２０Ａに対して固定である。
　座標算出部５３は、照射した光が被検物３にあたった点を、撮像された画像の画素毎に、三角測量を用いて算出する。ここで、照射した光が被検物３にあたった点の座標は、スリット光照射部（照射部）２１の座標から照射部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プローブ２０Ａによって検出された画像を示す。これによって、被検物に照射されるスリット光を所定の方向に走査させることにより、光が照射された位置の座標を算出することができる。また、被検物３は、ステージ３１に支持されている。被検物３は、ステージ３１が回転軸周りに回転することにより、ステージ３１の回転軸を中心に一緒に回転する。つまり、算出された光が照射された位置の座標は、ステージ３１の回転軸中心に回転したことによって姿勢が傾けられた被検物３の表面の位置を示す情報である。よって、光が照射された位置の座標を、ステージ３１の傾き、即ち回転軸周りの回転位置情報に基づいて、ステージ３１の傾きを補正することにより、実際の被検物３の表面形状を求めることができる。また、座標算出部５３は、算出した三次元座標値の点群データを記憶部５５に保存する。
　記憶部５５は、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保持する。ここで、測定条件テーブルは、測定条件や測定手順等の所定の移動指令データ、被検物３の測定位置と測定手順とを示す指定領域の測定ポイントの座標値とステージ３１の回転位置、被検物３の測定開始点Ｐｓ（最初の測定ポイント）および測定終了点Ｐｅ（最後の測定ポイント）等の座標値、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、一定間隔の測定ピッチ）を表すデータなどの項目を備える。また、測定条件テーブルは、指定領域を示す測定ポイント情報に基づいて測定領域を算出する際に、測定領域の範囲を定める測定開始マージンと測定終了マージンを示すデータの項目を、指定領域を示す識別情報に対応させて備える。
　例えば、被検物３の測定位置と測定手順とを示す指定領域の測定ポイントの座標値とステージ３１の回転位置は、次に示す処理により算出される。測定ポイントの座標値とステージ３１の回転位置は、被検物３の指定領域を指定する測定ポイントごとに、ユーザによって入力された情報に基づいて、測定ヘッド１３およびステージ３１を駆動して、被検物３および光プローブ２０Ａを所望の姿勢にそれぞれ位置決めした位置により算出される。より具体的には、駆動制御部５４から供給された各測定ポイントの座標値（三次元座標値）に基づいて、座標算出部５３が、当該測定ポイントの座標値を算出する。座標算出部５３が算出する当該測定ポイントの座標値は、入力装置４２による当該座標値のキー入力の他、予めジョイスティック４３の操作によって測定ヘッド１３およびステージ３１を駆動させ、被検物３および光プローブ２０Ａを所望の姿勢に位置決めした位置により算出される。
　座標検出部５１は、位置決めされた姿勢の状態における、光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報とを検出して座標算出部５３へ供給する。座標算出部５３は、光プローブ２０Ａの座標情報と、ステージ３１の回転位置情報を記憶部５５に書込み保存する。また、被検物３の測定開始点（最初の測定ポイント）および測定終了点（最後の測定ポイント）等の座標値は、領域設定部５８によって、被検物３の指定領域の測定ポイントの座標値に基づいて生成され、記憶部５５に書き込まれる。
　また、記憶部５５は、座標算出部５３から供給された三次元座標値の点群データを測定データとして保持する。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（三次元座標値）の点群データを保持する。また、記憶部５５は、設計データ（ＣＡＤデータ）を保持する。
　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、移動指令部５６からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部１４およびステージ駆動部３３に駆動信号を出力して、測定ヘッド１３およびステージ３１の駆動制御を行う。また、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、登録位置として設定された測定ヘッド１３およびステージ３１の位置情報を記憶部５５に書き込み記憶させる。つまり、駆動制御部５４は、測定ヘッド１３に支持されている光プローブ２０Ａの位置を間接的に取得することができる。
　移動指令部５６は、記憶部５５から測定条件テーブルに登録された被検物３の測定開始点Ｐｓ（最初の測定ポイント）および測定終了点Ｐｅ（最後の測定ポイント）等を読み出す。移動指令部５６は、被検物３の測定開始点Ｐｓおよび測定終了点Ｐｅから、被検物３に対するスキャンの移動経路を算出する。移動指令部５６は、算出した移動経路に従って、測定ヘッド１３およびステージ３１を駆動させるべく、駆動制御部５４を介してヘッド駆動部１４とステージ駆動部３３とに移動指令を送信する。また、移動指令部５６は、移動指令等に基づいて、間隔調整部５２に制御信号を供給して光プローブ２０Ａの光学系の制御を行う。
　データ出力部５７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５７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５７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。
　領域設定部５８は、予め定められた指定領域において、検出された表面形状に応じた形状測定データに基づいて、指定領域に隣接する領域を測定領域として設定する。指定領域において検出された表面形状に応じた形状測定データが、ユーザの操作によって、記憶部５５に記憶されている。領域設定部５８は、記憶部５５に記憶されている、指定領域内の形状測定データと、予め設定されている範囲であって、測定領域を延長する範囲を示す情報とに基づいて、測定領域を算出する。
　領域設定部５８は、内挿補間処理部５８Ａと、外挿補間処理部５８Ｂとを備える。内挿補間処理部５８Ａは、検出部を被検物３の表面に沿って相対的に移動させながら検出した形状測定データに基づいた内挿補間処理によって形状測定データを得る。得られた形状測定データを、測定順に応じて設定される識別情報に関連付けて記憶部５５に書き込み記憶させる。
　外挿補間処理部５８Ｂは、記憶部５５に記憶されている、取得した形状測定データと、内挿補間処理によって得られた形状測定データとに基づいて外挿補間処理を行う。外挿補間処理部５８Ｂは、取得した形状測定データと、内挿補間処理によって得られた形状測定データとに基づいて指定領域外の領域を外挿補間処理によって算定する。外挿補間処理部５８Ｂは、指定領域端近傍の形状測定データに基づいて、被検物３の表面形状に近似する曲線を算定し、その算定された曲線に基づいて指定領域外の領域の延長方向を定める。近似する曲線は、次のいずれかの演算部によって算定される。
　演算部５８Ｂ－１（一次微分演算部）は、指定領域内の端部近傍における曲線の傾きと同じ方向に指定領域外の領域の延長方向を定める。演算部５８Ｂ－２（二次微分演算部）は、指定領域内の端部近傍における曲線の傾きの変化量が一定になる方向に指定領域外の領域の延長方向を定める。演算部５８Ｂ－３（線形演算部）は、被検物３の表面形状に近似する曲線を直線近似して算定し、その直線を延長する方向に指定領域外の領域を定める。このように、外挿補間処理部５８Ｂは、複数の演算部を備えることにより、被検物３の形状に適した近似曲線を算定することができる。
　また、外挿補間処理部５８Ｂは、延長する測定領域の範囲を、次に示すいずれかを範囲として、算定された曲線に沿って延長する距離を算定する。その第１の範囲は、指定領域の端から予め定められた所定の距離までである。この場合、例えば、記憶部５５には、指定領域の端から予め定められた所定の距離が、予め書き込まれ記憶されている。その第２の範囲は、予め定められた所定の制限領域に到達するまでである。この場合、例えば、記憶部５５には、所定の制限領域に関する位置情報が、予め書き込まれ記憶されている。或いは、その第３の範囲は、指定領域内の被検物３を検出して得られた形状情報に基づいて、被検物３が存在しうる限界位置を算定し、算定された限界位置が含まれる位置までである。この場合、例えば、記憶部５５には、被検物３の形状に関する特徴を示す特徴情報が、予め書き込まれ記憶されている。この特徴情報は、例えば、披検物３の特定方向の長さ情報や、長さのばらつき情報などである。この特徴情報と、検出された形状情報に基づいて、被検物３の形状を推定し、推定形状情報を生成する。その推定形状情報に基づいて、被検物３が存在しうる限界位置を算定する。
　領域設定部５８においては、内挿補間処理部５８Ａは、光プローブ２０Ａを被検物３の表面に沿って相対的に移動させながら検出した形状測定データに基づいて内挿補間処理によって形状測定データを得る。外挿補間処理部５８Ｂは、取得した形状測定データと、内挿補間処理によって得られた形状測定データとに基づいて外挿補間処理をすることによって、指定領域に隣接する測定領域の補間処理（外挿補間処理）を、内挿補間処理された近似曲線の近似精度を利用して拡張することができる。外挿補間処理部５８Ｂによって算定される測定領域には、被検物３の形状検出を開始する開始点付近の測定領域と、被検物３の形状検出を終了する終了点付近の測定領域とが含まれる。外挿補間処理部５８Ｂは、開始点付近の測定領域又は終了点付近の測定領域に、被検物３の端部が含まれるように設定する。
　図３、４を参照し、本実施形態における処理の概要を示す。図３は、被検物に対する測定登録箇所を示す図である。この図３に示される被検物３は、リボン状の形状を備えている。被検物３の表面上に、ｎ箇所の測定登録箇所（ポジション）が示されている。ｎは、予め定められる複数の値とする。図３では、ｎが３の場合を示す。設定される各ポジション（Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐ（ｎ－１）、Ｐｎ）から、スリット光を投影してできたライン状の陰影の方向（実線）と、そのスリット光を照射する方向（矢印）とを、それぞれ示している。ここで、照射部２１から照射されるスリット光は、平面に投影されるとスキャン方向に垂直な光の線を形成する。
　また、設定される各ポジション（Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐ（ｎ－１）、Ｐｎ）にそれぞれ対応し、被検物３の表面近傍の点を（Ｑ１、Ｑ２、…、Ｑ（ｎ－１）、Ｑｎ）として示す。すなわち、それぞれ対応する２点間を結ぶ矢印は、ベクトルとして示すことができる。例えば、ベクトル（Ｐ１Ｑ１）は、図に示される点Ｐ１からＱ１方向の矢印として示される。この図に示されている矢印の長さが異なるが、それぞれのベクトル（矢印）は、スリット光を照射する方向を示し、一定の値（長さ）を有している。また、スリット光の照射方向は、披検物の表面の状態に応じて最適な方向を選択するがことが必要になる。そのため、この図に示されるように、ベクトル（矢印）の方向は、表面の状態に応じて変化する。このベクトルの方向を、例えば、表面の法線と平行にすることにより、撮像部２２が直接光を受けないように調整することができる。
　この図に示されるように、披検物３が存在するポジションＰ１からＰｎまでの範囲として示される指定領域では、披検物３の表面にスリット光が投影された状態を検出することにより、ユーザは、所望の状態に投影されているか否かを判定することができる。さらに、披検物３の表面形状の変化が連続的であれば、設定したポジション間の表面形状を近似しても、実際の形状との誤差は少ないと判断できる。つまり、そのような面形状であれば、設定されたポジションの設定情報から、２点間の情報を生成することができる。
　ところで、被検物３の全体の形状を測定するためには、被検物３の端部（ＰＡとＰＢ）までを、測定領域に含める必要がある。一方、このような測定をするためには、被検物３の端部を認定することは難しいため、全体の形状より狭い範囲に、ポジションＰ１からＰｎまでの範囲で示される指定領域を定め、その指定領域より、広い範囲の被検物３の形状を測定する場合がある。例えば、この図に示される測定開始点Ｐｓから測定終了点Ｐｅまでの範囲を測定領域とする。測定開始点Ｐｓおよび測定終了点Ｐｅのいずれの場所も、被検物３が存在しない場所である。披検物３が存在しない測定開始点Ｐｓおよび測定終了点Ｐｅなどでは、表面に投射されたスリット光が照射された状態を検出することができないため、所望の状態に照射されているか否かを判定することができない。よって、この位置で、スリット光を投影する方向を調整することは困難である。そこで、指定領域において登録された位置情報に基づいて、測定範囲を算出する。この方法では、指定領域において登録された位置情報、つまり、所望の姿勢に調整されたスリット光の投影位置に基づいて測定領域を算出することができる。なお、指定領域としての参照点を、光プローブ２０Ａの基準座標としたが、披検物３の表面側に定義してもよい。
　図４は、図３に示した披検物と異なる形状の被検物に対する測定登録箇所を示す図である。この図４に示される被検物３は、木の葉状の形状を備えている。この図４の場合も図３と同様に、指定領域の範囲であれば、披検物３の表面にスリット光が投影された状態を検出することにより、所望の状態に投影されているか否かを判定することができる。ただし、木の葉状の形状であるために、端部である先端部が細くなっているために、その端部ではスリット光を照射しても十分な長さのライン状の陰影を得ることができない。そのため、仮に調整位置が披検物３の表面上に存在する場合でも、妥当な調整が困難な場所となってしまう一例である。そこで、この図４の場合では、十分な長さのライン状の陰影を得ることができる範囲で、指定領域を登録することにより、正確な測定を行うことが可能となる。図４に示される場合においても、図３に示した場合と同様に、所望の姿勢に調整されたスリット光の投影位置に基づいて測定領域を算出することができる。
　続いて、測定領域の算出について説明する。領域設定部５８は、以下の２つの処理により測定領域を算出する。第１の処理では、領域設定部５８における内挿補間処理部５８Ａは、検出部２０を被検物３の表面に沿って相対的に移動させながら検出した形状測定データに基づいて内挿補間処理を行い、複数の位置における形状測定データを補間する形状測定データを得る。第２の処理では、領域設定部５８における外挿補間処理５８Ｂは、取得した形状測定データと、内挿補間処理によって得られた形状測定データとに基づいて外挿補間処理をする。以下、それぞれの処理について説明する。
　まず、指定領域として登録されている位置情報に基づいて、その範囲を補間する近似曲線を生成する第１の処理について説明する。まず、検出部２０は、設定されている各ポジション（Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐ（ｎ－１）、Ｐｎ）における座標の値を取得する。各ポジションの座標軸の値は、直交する３軸（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）の値、および、軸周り回転位置（θｉ、φｉ）の値を、次式のようにまとめて示すことができる。
　Ｐ１＝［ｘ１、ｙ１、ｚ１、θ１、φ１］、
　Ｐ２＝［ｘ２、ｙ２、ｚ２、θ２、φ２］、
　　　…　　　　　　　　　　　　　　、
　Ｐｎ＝［ｘｎ、ｙｎ、ｚｎ、θｎ、φｎ］
　検出部２０は、Ｐ１からＰｎに向かう順に従って、被検物３の表面に沿って移動することにより、被検物３の形状情報を取得することができる。
　内挿補間処理部５８Ａは、設定された各ポジションにおいて、それぞれのポジション間を予め定められる演算処理によって近似曲線を算出する。近似曲線を算出する演算処理は、スプライン演算処理、最小二乗法による演算処理、高次近似曲線を得る演算処理、直線近似処理などから選択することができる。近似曲線を算出する演算処理は、被検物３の形状と、設定された各ポジションの位置などにより、予め設定する。検出部２０による形状情報の測定間隔に応じて、内挿補間処理部５８Ａにより補間される位置情報が生成され、指定された測定領域、すなわちＰ１からＰｎまでの範囲において、上記の内挿処理により、必要な補間情報を得ることができる。このように、近似曲線に基づいた内挿補間処理により、指定領域における被検物３の形状に応じた近似曲線を算出することができる。なお、内挿補間処理は直交する３軸（ｘｉ、ｙｉ、ｚｉ）、および、軸周り回転位置（θｉ、φｉ）を独立して処理することができる。
　続いて、上記の指定領域に隣接する範囲まで測定するために、その範囲を拡張させる第２の処理について説明する。外挿補間処理５８Ｂは、取得した形状測定データと、内挿補間処理によって得られた形状測定データとに基づいて外挿補間処理をする。その外挿補間処理において、次に示す複数の補間処理を行う演算部を選択することができる。この選択は、先に示した内挿補間処理の関数と独立に選択することができる。演算部５８Ｂ－１（一次微分演算部）は、指定領域内の端部近傍における曲線の傾きと同じ方向に指定領域外の領域の延長方向を定める。演算部５８Ｂ－２（二次微分演算部）は、指定領域内の端部近傍における曲線の傾きの変化量が一定になる方向に指定領域外の領域の延長方向を定める。或いは、演算部５８Ｂ－３（線形演算部）は、被検物３の表面形状に近似する曲線を直線近似して算定し、その直線を延長する方向に指定領域外の領域の延長方向を定める。外挿補間処理部５８Ｂは、複数の演算部を備えることにより、被検物３の形状に適した近似曲線を算定することができる。指定領域外の領域の延長方向の距離は、あらかじめ定められていてもよいし、適宜変更しても構わない。例えば、あらかじめユーザがその距離を一定に設定しても構わない。また、例えば、指定領域内の形状に基づいて、その距離を長くしたり、短くしたりしても構わない。
　例えば、１番目の指示位置Ｐ１から測定開始位置方向に近似曲線を延長する場合を説明する。図３に示される場合では、被検物３の端部の形状が測定面の裏側に向けて、巻き込む形状であり、このような形状の場合は、演算部５８Ｂ－２（二次微分演算部）によって算出することにより、演算部５８Ｂ－２、５８Ｂ－３に比べ、形状に沿った近似曲線を求めることができる。
　このように、三次元形状測定装置１００は、ティーチング処理によって指定する箇所を増やすことなく測定範囲を拡張することができる。指定領域に隣接する測定領域は、演算処理により生成されるので、登録する箇所数を削減することができる。これにより、測定箇所をユーザが登録するティーチング作業を簡素化することにより、装置を稼働できる時間を確保することができる。また、被検物３における端部の形状が部分的に異なるものについて、それらの被検物３の全体形状を繰り返し測定する場合には、個々の大きさに合わせたティーチング処理が必要とされていたが、端部の形状の差に影響されることなく、共通のティーチング処理情報に基づいて測定することが可能となる。
　図を参照し、ティーチング処理を簡素化させる手順の一例について示す。図５は、本実施形態によるティーチング処理を簡素化させる手順を示すフローチャートである。ティーチング処理は、３次元形状の測定における測定経路と、手順を示す情報を生成し、記憶部５５に登録するまでの一連の処理を示す。最初に、ユーザは、測定開始マージンと測定終了マージンの登録を行う。つまり、駆動制御部５４は、測定開始マージンを示す測定開始マージン情報と、測定終了マージンを示す測定終了マージン情報とがそれぞれ入力されたことを検出し、記憶部５５に設けられている記憶領域に、測定開始マージン情報と測定終了マージン情報とを書き込み登録する（ステップＳ１０）。
　検出した操作入力に応じて、駆動制御部５４は、被検物３の測定開始位置近傍に検出部２０を移動させる。つまり、駆動制御部５４は、測定開始位置に近い第１の測定箇所を示す第１の位置情報が入力されたことを検出する。移動指令部５６は、検出した操作入力に応じて、第１の位置情報によって示される、被測定部における測定開始位置近傍に、駆動部１６を制御して検出部２０を相対的に移動させる。なお、順に登録される位置情報は、測定順序を示す識別情報に関連付けられて記憶部５５に記憶される。第１の測定箇所を示す識別情報ｉを「１」とする（ステップＳ２０）。
　検出した操作入力に応じた所定の位置において、被検物３の状態に応じて各軸の位置を決定する。つまり、検出した操作入力に応じた位置情報によって示され、識別情報ｉによって関連付けられる所定の位置において、駆動制御部５４は、被検物３の状態に応じて各軸の位置を決定する。間隔調整部５２は、被検物３の状態の検出精度を高められるように、各軸の位置の微調整を行い、検出位置を補正した補正位置情報を生成し、当該位置における検出部２０の位置情報を決定する（ステップＳ３０）。
　続いて、駆動制御部５４は、各軸の位置情報を記憶部５５に記憶させる。つまり、駆動制御部５４は、当該位置における検出部２０の位置情報として決定された、生成された補正位置情報を記憶部５５における記憶領域に、識別情報ｉと関連付けて書き込み記憶させる（ステップＳ４０）。
　駆動制御部５４は、測定範囲を指定する全ての位置の登録を完了したか否かの判定を行う。つまり、駆動制御部５４は、測定終了位置に近い第ｎの測定箇所を示す第ｎの位置情報が入力されたか否かを検出する。駆動制御部５４は、第ｎまでの位置情報が入力されていないと判定すると、次の測定箇所を示す識別情報ｉを更新する（ステップＳ５０）。
　ユーザは、検出した操作入力に応じて、被測定部における次の測定位置近傍に検出部２０を移動させる。つまり、駆動制御部５４は、次の測定箇所を示す次の位置情報が入力されたことを検出する（ステップＳ６０）。
　ステップＳ５０の判定により、領域設定部５８は、記憶されている各軸の位置情報を参照し、近似曲線を算出する。つまり、領域設定部５８における内挿補間処理部５８Ａは、記憶されている各軸の位置情報を識別情報ｉの順に従って参照し、近似曲線を算出する。算出される近似曲線は、それぞれの軸の情報に基づいた近似曲線として算出される（ステップＳ７０）。
　内挿補間処理部５８Ａは、算出した近似曲線によって示される各軸の位置情報を、測定時に検出部２０を移動させる順に従って記憶部５５に設けられた記憶領域に、測定箇所を示す識別情報ｊに関連付けて書き込み記憶させる。ただし、識別情報ｊは、ｌからｍまでの自然数とする。また、識別情報ｊがｌである位置が第１の測定位置に対応し、識別情報ｊがｍである位置が第ｎの測定位置に対応する。
　領域設定部５８は、設定された測定開始マージンと測定終了マージンに基づいて、算出された近似曲線を延長する。つまり、領域設定部５８における外挿補間処理部５８Ｂは、記憶部５５に記憶された測定箇所を示す位置情報を、識別情報ｊに基づいて参照する。例えば、外挿補間処理部５８Ｂは、識別情報ｊがｌから（ｌ＋Δｌ）によって示される位置情報を参照し、設定された測定開始マージンと測定終了マージンに基づいて、算出された近似曲線を延長する（ステップＳ８０）。外挿補間処理部５８Ｂは、延長した範囲も含めて、算出した曲線を、被検物３の３次元形状を測定する経路と、手順を示すティーチングデータとして記憶部５５に書き込み登録する（ステップＳ９０）。以上に示した手順により、三次元形状測定装置１００は、指定範囲の測定点として登録された情報に基づいて、拡張された測定領域を生成し、生成した測定領域の範囲を測定することができる。
　以上の実施形態に示したように、三次元形状測定装置１００は、被検物の三次元形状測定において、被検物に対する測定領域の設定処理を簡素化させることができる。測定領域の設定が簡素化されることから、測定前の測定領域を定めるティーチング作業が簡便かつ短時間に行うことができる。また、測定領域の設定において指定が困難であった、測定の開始位置および終了位置について、座標測定装置が自動で生成することにより、生成された測定の開始位置および終了位置に基づいた計測ルート（スキャニングルート）を作成することができる。
　なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば、上述の三次元形状測定装置１００は、本発明に係る形状測定装置（座標測定装置）の一例であり、本発明に係る形状測定装置は、必ずしも三次元形状測定装置１００と同様の構成を有していなくてもよい。本発明に係る形状測定装置は、少なくとも三次元形状測定装置１００の検出部２０及び領域設定部５８に対応する構成を有していればよく、それ以外の構成については必要に応じて適宜配置することができる。また、例えば、上記に示した指定領域の測定箇所の登録の終了は、登録した場所ごとにユーザが判定し、「登録終了」を示す情報が入力されたか否かを判定してもよい。また、検出部２０の構成を、光プローブ２０Ａではなく、ＳＳＦプローブ２０Ｂ、接触プローブ２０Ｃとすることも、光プローブ２０Ａの場合と同様に実施可能である。例えば、検出部２０の構成に、光プローブ２０Ａと、ＳＦＦプローブ２０Ｂと複数のプローブを備えていても構わない。また、指定領域の測定箇所の登録箇所を求める検出方法と、座標測定を行う方法とが異なっていても構わない。例えば、被検物の形状を記憶部で記憶されているＣＡＤデータを用い、指定領域の形状を算出しても構わない。例えば、基台２に対して、測定物の配置を求め、ＣＡＤデータを用いて、指定領域を決めても構わない。例えば、検出部２０の光プローブ２０Ａと、ＳＦＦプローブ２０Ｂとを備えている場合に、光プローブ２０Ａで指定領域の登録箇所を求め、ＳＦＦプローブ２０Ｂで被検物を測定しても構わない。
　なお、上述の三次元形状測定装置１００は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した交通状況の提供を行う処理手順は、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良い。この場合には、配信を受けたコンピュータにおいて当該プログラムがストアされるハードディスク、半導体メモリ等が、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に相当する。なお、本発明において、形状測定装置は必ずしもその内部にコンピュータシステムを有していなくてもよく、形状測定装置の本体と独立に設けられたコンピュータシステムが通信可能に接続されており、全体として形状測定装置を構成していてもよい。
　＜構造物製造システム＞
　次に、上述の実施形態における三次元形状測定装置１００を備えた構造物製造システムについて説明する。図６は、構造物製造システム２００のブロック構成図である。構造物製造システム２００は、第１の実施形態における三次元形状測定装置１００と、設計装置２１０と、成形装置２２０と、制御装置（検査装置）２３０と、リペア装置２４０とを備える。
　設計装置２１０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２２０に送信する。また、設計装置２１０は、作成した設計情報を制御装置２３０の後述する座標記憶部２３１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２２０は、設計装置２１０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２２０の成形工程には、鋳造、鍛造、または切削等が含まれる。三次元形状測定装置１００は、上述の実施形態において説明したように作製された前記構造物の座標を測定する。そして、測定した座標を示す情報（形状情報）を制御装置２３０へ送信する。
　制御装置２３０は、座標記憶部２３１と、検査部２３２とを備える。座標記憶部２３１には、前述の通り、設計装置２１０により設計情報が記憶される。検査部２３２は、座標記憶部２３１から設計情報を読み出す。検査部２３２は、三次元形状測定装置１００から受信した座標を示す情報（形状情報）と座標記憶部２３１から読み出した設計情報とを比較する。
　検査部２３２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２３２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２３２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２３２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２４０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２４０は、制御装置２３０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７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２１０が、構造物の形状に関する設計情報を作製する（ステップＳ３０１）。次に、成形装置２２０は、設計情報に基づいて上記構造物を作製する（ステップＳ３０２）。次に、三次元形状測定装置１００は、作製された上記構造物の形状を測定する（ステップＳ３０３）。次に、制御装置２３０の検査部２３２は、三次元形状測定装置１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、構造物が誠設計情報通りに作成されたか否か検査する（ステップＳ３０４）。
　次に、制御装置２３０の検査部２３２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Ｓ３０５）。作成された構造物が良品である場合（ステップＳ３０５　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Ｓ３０５　ＮＯ）、制御装置２３０の検査部２３２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Ｓ３０６）。
　作成された構造物が修復できる場合（ステップＳ３０６　ＹＥＳ）、リペア装置２４０は、構造物の再加工を実施し（ステップＳ３０７）、ステップＳ３０３の処理に戻る。一方、作成された構造物が修復できない場合（ステップＳ３０６　ＹＥＳ）、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、第１の実施形態における三次元形状測定装置１００が構造物の座標を正確に計測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。
　なお、本実施形態におけるリペア装置２４０が実行するリペア工程は、成形装置２２０が成形工程を再実行する工程に置き換えられてもよい。その際には、制御装置２３０の検査部２３２が修復できると判定した場合、成形装置２２０は、成形工程（鍛造、切削等）を再実行する。具体的には、例えば、成形装置２２０は、構造物において本来切削されるべき箇所であって切削されていない箇所を切削する。これにより、構造物製造システム２００は、構造物を正確に作成することができる。
　本発明は、製造された構造物が良品であるか否かを判定できる構造物製造システムに適用することができる。
　１００…三次元形状測定装置（座標測定装置）
　２０…検出部、５８…領域設定部

Claims (24)

  1. 　三次元形状を有している被検物の表面の形状を測定する形状測定装置であって、
    　三次元形状を有している被検物の表面形状を検出する検出部と、
    　指定領域の形状情報に基づいて、前記指定領域に隣接する領域を測定領域として設定する領域設定部と、
    　を備えることを特徴とする形状測定装置。
  2. 　前記領域設定部は、予め測定された前記指定領域の形状情報に基づいて、前記指定領域に隣接する領域を測定領域として設定することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
  3. 　前記領域設定部は、前記指定領域における設計情報の形状情報に基づいて、前記指定領域に隣接する領域を測定領域として設定することを特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
  4. 　前記領域設定部は、
    　前記形状測定データに基づいて前記指定領域外の領域を外挿補間処理によって算定する外挿補間処理部
    　を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の形状測定装置。
  5. 　前記測定領域には、前記指定領域を含み、
    　前記検出部は、前記指定領域外の領域から検出を行い、その後前記指定領域を検出することを特徴とする請求項４に記載の形状測定装置。
  6. 　前記指定領域外の領域の範囲は、あらかじめ定められていることを特徴とする請求項５に記載の形状測定装置。
  7. 　前記外挿補間処理部は、
    　前記指定領域端近傍の前記形状測定データに基づいて、前記被検物の表面形状に近似する曲線を算定し、該算定された曲線に基づいて前記指定領域外の領域の延長方向を定める、一次微分演算部、二次微分演算部、又は、線形演算部のいずれかを備え、
    　前記一次微分演算部は、
    　前記曲線の傾きと同じ方向に前記指定領域外の領域の延長方向を定め、
    　前記二次微分演算部は、
    　前記曲線の傾きの変化量が一定になる方向に前記指定領域外の領域の延長方向を定め、
    　前記線形演算部は、
    　前記被検物の表面形状に近似する曲線を直線近似して算定し、該直線を延長する方向に前記指定領域外の領域の延長方向を定める
    　ことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の形状測定装置。
  8. 　前記外挿補間処理部は、
    　前記延長する測定領域の範囲を、
    　前記指定領域の端から予め定められた所定の距離まで、
    　予め定められた所定の制限領域に到達するまで、
    　或いは、
    　前記指定領域内の前記被検物の形状から定めた形状情報に基づいて、前記被検物が存在しうる限界位置を算定し、前記算定された限界位置が含まれる位置まで、
    　のいずれかを範囲として、前記算定された曲線に沿って延長する距離を算定する
    　ことを特徴とする請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の形状測定装置。
  9. 　前記領域設定部は、
    　前記検出部を前記被検物の表面に沿って相対的に移動させながら検出した形状測定データに基づいて内挿補間処理によって形状測定データを得る内挿補間処理部と、
    　を備え、
    　前記外挿補間処理は、
    　前記取得した形状測定データと、前記内挿補間処理によって得られた形状測定データとに基づいて外挿補間処理をする
    　ことを特徴とする請求項４から請求項８のいずれか１項に記載の形状測定装置。
  10. 　互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸で定める直交座標系において、前記検出部と前記被検物とを相対的に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に沿って駆動する駆動機構
    　を備えることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の形状測定装置。
  11. 　前記駆動機構は、
    　さらに、前記Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸のうちの少なくとも１つの軸を中心に、前記検出部と前記被検物とを相対的に回転させる
    　ことを特徴とする請求項１０に記載の形状測定装置。
  12. 　前記検出部は、
    　前記被検物に投影したライン状の光によって、前記被検物の表面に形成される陰影パターンに基づいて前記形状測定データを取得する光切断型検出部と、
    　前記被検物の形状を撮像した画像データに基づいて前記形状測定データを取得する取得画像変換型検出部と、
    　前記被検物に接触して前記形状測定データを取得する接触型検出部と、
    　のうちの少なくとも１つの検出機構を備える
    　ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の形状測定装置。
  13. 　前記指定領域において前記検出部を配置させる状態を示す情報を入力可能な入力部
    　をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の形状測定装置。
  14. 　前記測定領域は、前記被検物の形状検出を開始する開始点付近の測定領域と、前記被検物の形状検出を終了する終了点付近の測定領域とを含み、前記開始点付近の測定領域又は前記終了点付近の測定領域には、前記被検物の端部が含まれる
    　ことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の形状測定装置。
  15. 　三次元形状を有している被検物の表面形状を検出することと、
    　指定領域の形状情報に基づいて、前記指定領域に隣接する領域を測定領域として設定することと
    　を含むことを特徴とする形状測定方法。
  16. 　予め測定された前記指定領域の形状情報に基づいて、前記指定領域に隣接する領域を測定領域として設定することとを含むことを特徴する請求項１５に記載の形状測定方法。
  17. 　前記指定領域の設計情報に基づいて、前記指定領域に隣接する領域を測定領域として設定することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の形状測定方法。
  18. 　前記測定領域には、前記指定領域を含み、
    　前記指定領域の外の測定領域から検出を行い、順次前記指定領域を検出すること
    　を含むことを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載の形状測定方法。
  19. 　前記指定領域の外の測定領域には、前記検出のスキャン方向に沿って、第１領域と第２領域とを含み、
    　前記スキャン方向に沿って、第１領域、前記測定領域、第２領域の順に検出を行うことを特徴とする請求項１５から請求項１８のいずれか一項に記載の形状測定方法。
  20. 　形状測定装置が備えているコンピュータに、
    三次元形状を有している被検物の表面形状を検出することと、
    　指定領域の表面形状に応じた形状情報に基づいて、前記指定領域に隣接する領域を測定領域として設定することと、
    　を実行させるためのプログラム。
  21. 　構造物の形状に関する設計情報を作製することと、
    　前記設計情報に基づいて前記構造物を作製することと、
    　作製された前記構造物の形状を請求項１５から請求項１９のいずれか１項に記載の形状測定方法を用いて測定することと、
    　測定することにより得られた形状情報と、前記設計情報とを比較して検査することと、
    　を有することを特徴とする構造物の製造方法。
  22. 　さらに、前記形状情報と前記設計情報とを比較した結果に基づいて、前記構造物の再加工を実施することを特徴とする請求項２１に記載の構造物の製造方法。
  23. 　前記再加工を実施することは、前記構造物を作製することを再実行することであることを特徴とする請求項２２に記載の構造物の製造方法。
  24. 　前記再加工を実施することは、前記形状情報と前記設計情報とを比較した結果に基づいて、前記構造物の不良部位を加工することであることを特徴とする請求項２３に記載の構造物の製造方法。
    　
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