特許 6029938 キャリブレーション方法および三次元加工装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6029938

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】キャリブレーション方法および三次元加工装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20161114BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20161114BHJP

   G06T 1/00 20060101ALI20161114BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 H

   G01B11/24 K

   G06T1/00 315

   G06T1/00 300

【請求項の数】4

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2012-244055(P2012-244055)

(22)【出願日】2012年11月6日

(65)【公開番号】特開2014-92495(P2014-92495A)

(43)【公開日】2014年5月19日

【審査請求日】2015年10月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000116057

【氏名又は名称】ローランドディー．ジー．株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087000

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 淳一

(72)【発明者】

【氏名】市川 拡

【審査官】 岸 智史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３２１２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９１５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０２６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７０１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７６６０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００８５４５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−３２９４２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光切断法により測定対象物の三次元形状の測定を行うとともに、スリット光を投光するプロジェクタと、前記プロジェクタより投光されたスリット光を撮影するカメラとが固定的に配設され、移動手段により前記測定対象物を移動するようにした三次元形状測定装置におけるキャリブレーション方法において、
カメラによる撮影が可能であり、かつ、移動手段の移動可能な少なくとも２箇所において前記カメラの外部パラメータを算出し、
算出した前記カメラの外部パラメータから前記移動手段の最小移動単位で按分比例して、前記移動手段の移動量に基づく前記カメラの外部パラメータを取得し、
取得した移動量に基づく前記カメラの外部パラメータからプロジェクタの外部パラメータを取得する
ことを特徴とするキャリブレーション方法。

【請求項2】

請求項１に記載のキャリブレーション方法において、
前記移動手段の移動可能な少なくとも２箇所は、前記カメラにより前記移動手段に載置されたチェッカーシートを撮影可能な最も前方側たる前端部と、前記カメラにより前記移動手段に載置された前記チェッカーシートを撮影可能な最も後方側たる後端部とであり、
前記カメラを前記前端部に位置させて前記チェッカーシートを撮影し、前記カメラを前記後端部に位置させて前記チェッカーシートをそれぞれ異なる少なくとも６つの方向から撮影し、前記カメラを再度前記前端部に位置させて前記チェッカーシートを、未だ撮影していない方向であり、かつ、それぞれ異なる少なくとも５つの方向から撮影することによって、前記前端部において少なくとも６つのそれぞれ異なる方向から撮影したチェッカーシートの映像を取得するとともに、前記後端部において少なくとも６つのそれぞれ異なる方向から撮影したチェッカーシートの映像を取得し、
前記前端部において少なくとも６つのそれぞれ異なる方向から撮影したチェッカーシートの映像に基づいて、前記前端部におけるカメラの外部パラメータを求めるとともに、前記後端部において少なくとも６つのそれぞれ異なる方向から撮影したチェッカーシートの映像に基づいて、前記後端部におけるカメラの外部パラメータを求める
ことを特徴とするキャリブレーション方法。

【請求項3】

三次元形状データに基づいて、被加工物に対して三次元加工を行う三次元加工装置において、
前記被加工物や所望の形状に形成された測定対象物を載置するとともに、傾斜角度をそれぞれ異なる少なくとも６つの方向に変更することが可能な移動手段と、
前記移動手段上にスリット光を投光するプロジェクタと、
前記プロジェクタより投光されたスリット光を撮影するカメラと、
前記移動手段の移動および傾斜角度を制御するとともに、前記プロジェクタのスリット光の投光のタイミングおよび前記カメラの撮影のタイミングを制御する制御手段と、
請求項１および請求項２のいずれか１項に記載のキャリブレーション方法によりキャリブレーションを行うとともに、光切断法により前記測定対象物の三次元形状を測定して、前記測定対象物の三次元形状データを作成する三次元形状測定手段と
を有することを特徴とする三次元加工装置。

【請求項4】

請求項３に記載の三次元加工装置において、
前記カメラおよび前記プロジェクタは、キャリブレーションおよび前記測定対象物の三次元形状データを作成する際に取り付けられ、前記被加工物に対して三次元加工を行う際には取り外される
ことを特徴とする三次元加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、キャリブレーション方法および三次元加工装置に関し、さらに詳細には、光切断法により三次元形状を測定する際のキャリブレーション方法および当該キャリブレーション方法を用いて三次元形状の測定を行う三次元加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、被加工物を切削加工して、当該被加工物を所定の形状に成形する三次元加工装置が知られている。

【0003】

こうした三次元加工装置において被加工物に対して切削加工を行うには、切削加工後の被加工物の形状を示す三次元形状データが必要となる。

【0004】

この三次元形状データについては、例えば、加工したい形状と同様の形状の模型を用い、三次元形状測定装置により当該模型の三次元形状を測定して、必要な三次元形状データを作成するようにしていた。

【0005】

ここで、こうした三次元形状測定装置において模型の三次元形状を測定する技術として、光を用いて測定対象物の三次元形状を非接触で測定する技術が知られている。

【0006】

一般に、光を用いて測定対象物の三次元形状を非接触で測定する技術としては、受動的測定法と能動的測定法とがある。

【0007】

受動的測定法とは、ステレオ法に代表されるように、測定機器側は投光手段を持たずに、環境光を利用して測定するという手法である。

【0008】

一方、能動的測定法とは、測定機器側の投光手段から測定対象物に向けて光を照射して、その反射光を測定するという手法である。

【0009】

そして、こうした能動的測定法のなかで、三角測量の原理を用いるものとしては、光切断法や空間コード化法、位相シフト法などが知られている。

【0010】

具体的には、例えば、光切断法においては、測定対象物に対してスリット状の光を投光して、当該測定対象物の三次元形状を測定するものである。

【0011】

ここで、光切断法を用いた三次元形状測定装置は、コンピューターによりその全体の動作を制御するように構成されており、測定対象物を撮影するカメラと、このカメラと異なる方向から測定対象物に対してスリット状の光（以下、「スリット光」と称する。）を照射するプロジェクタとを備え、このプロジェクタからスリット光が投光された測定対象物をカメラで撮影する。

【0012】

このとき、測定対象物表面に投光したスリット光の形状は、スリット光が投光された測定対象物の断面の輪郭の形状と考えることができる。

【0013】

このため、この光切断法では、測定対象物の三次元形状を測定する際には、測定対象物あるいはカメラおよびプロジェクタのいずれか一方を所定の間隔で移動し、測定対象物表面をスリット光が走査するようにする。このとき、当該所定の間隔毎に、スリット光が照射された測定対象物を撮影し、撮影した映像に基づいて測定対象物の全体の三次元形状を計測するものである。

【0014】

ここで、スリット光の測定対象物上の一点を考えると、幾何学的な考察が容易なピンホールモデルでは、その点とカメラの光学中心とを結ぶ直線は、カメラの結像面の一点を通る。つまり、画像中のある一点は、カメラから測定対象物へ延びる直線、換言すると、視線の方程式を決定する。

【0015】

また、一本のスリット光は、プロジェクタから測定対象物へ延びる一枚の平面の方程式を決定する。

【0016】

スリット光が投光されている測定対象物上の一点は、この直線（視線）および平面のいずれの上にも存在することから、それらの方程式より直線と平面との交点を算出すれば測定対象物上の一点の三次元位置を算出することができるようになる。

【0017】

そして、光切断法を用いた三次元形状測定装置においては、スリット光を投光する位置を移動して、こうした処理（つまり、スリット光上の各点の三次元位置の算出である。）を繰り返すことにより、三次元形状を測定するものである。

【0018】

ところで、上記したような光切断法を用いた三次元形状測定装置においては、カメラが撮像した測定対象物の画像におけるスリット光の位置と、その位置に対応する実空間における位置との整合を図るためにキャリブレーションを行う必要がある。

【0019】

即ち、上記した光切断法を用いた三次元形状測定装置においては、実際に測定対象物の三次元形状を測定する前に、カメラに対するキャリブレーション（以下、「カメラキャリブレーション」と称する。）を行いカメラの外部パラメータおよび内部パラメータを算出するとともに、プロジェクタに対するキャリブレーション（以下、「プロジェクタキャリブレーション」と称する。）を行いプロジェクタの外部パラメータを算出する。

【0020】

例えば、カメラキャリブレーションにおいては、Ｚｈａｎｇの手法を用いることができ、チェッカーシート（図１を参照する。）を利用して、当該チェッカーシートを動かして、それぞれ異なる少なくとも６つの方向（平行移動および同一回転を含まない）からの映像を取得する。

【0021】

このときの一枚目の映像におけるチェッカーシートの左上の交点をワールド座標系の原点とするとともに、短辺をＹ軸、長編をＸ軸、Ｘ軸からＹ軸への外積の方向ベクトルをＺ軸とする。

【0022】

そして、撮影した映像をもとに、正方形の一辺の長さおよび交点の数を特定することで、一枚目の映像に対して、ワールド座標原点と座標軸を設定し、それに対して、カメラ中心がどこにあって、カメラがどの方向に向いているのかを算出するようにしている。

【0023】

ここで、正方形の一辺の長さとは、チェッカーシートの模様を表す白および黒の正方形の一辺の長さであり、交点の数とは、こうした白と黒との交点の数である。

【0024】

なお、上記したＺｈａｎｇの手法については、公知の技術のため、その詳細な説明は省略する。

【0025】

また、プロジェクタの位置については、カメラキャリブレーションされたカメラで撮影した映像から特定することができる。

【0026】

例えば、カメラキャリブレーションした後に、単に被写体を載置するテーブルに対してスリット光を投光した際の映像と、当該テーブル上に載置した高さが既知の物体に対して投光したときの映像と、当該物体の高さとから、平面（プロジェクタから被写体にスリット光を投光する際に作成される一枚の平面のことである。）の方程式をワールド座標で表現することができる。

【0027】

上記したキャリブレーションの具体的な方法については、各種の公知の技術を用いることができるので、その詳細な説明は省略することとする。

【0028】

ここで、三次元形状を測定する際には、上記したように、キャリブレーションを行うことにより、任意の場所を原点とした座標系（ワールド座標系）に対して、カメラはどの位置にどの向きで存在しているか（カメラ座標系）、そして、そのカメラの内部で撮像素子はどの方向に向いているか（画像座標系）などを求める。

【0029】

そして、上記したようなカメラキャリブレーションにより、任意の原点とはどこか、カメラはどの位置にどの方向に向いて存在しているのか（外部パラメータ）、撮像素子はどの方向に向いているのか（内部パラメータ）を求めるものである。

【0030】

なお、上記した光切断法を用いた三次元形状測定装置においては、「測定対象物」あるいは「カメラおよびプロジェクタ」のいずれか一方を所定の間隔で移動するようにしているため、ワールド座標系、カメラ座標系および画像座標系の３座標系の他に、移動のための機械座標系を考慮する必要がある。なお、こうした機械座標系は、ワールド座標系に対して独立して存在するものである。

【0031】

従来の技術においては、こうした機械座標系を考慮する場合には、例えば、非特許文献１に開示されたオプティカルフローによる移動ベクトルを推定する処理を行っていた。

【0032】

即ち、測定対象物が所定の間隔で移動する場合には、測定対象物の移動をオプティカルフローにより認識することとなる。

【0033】

具体的には、移動前後の画像から対応点を求め、その対応点の時間的、空間的な変化から、移動方向や移動速度などをベクトルとして解析するものである。

【0034】

そして、取得したオプティカルフローを用いて測定対象物の移動を運動パラメータとして扱い、機械座標系をワールド座標系のなかに取り込んでワールド座標系の動的変化として三次元形状の測定に用いる。

【0035】

しかしながら、機械座標系を考慮したカメラキャリブレーションおよびプロジェクタキャリブレーションにおいて、上記したようなオプティカルフローを用いる場合には、移動前の画像と移動後の画像とから対応点を検出するアルゴリズムが非常に複雑となっている。

【0036】

これにより、機械座標系を考慮したキャリブレーション方法は、対応点を検出するためのアルゴリズムの作成が非常に難しくなるとともに、計算量が多くなってしまうことが問題点として指揮されていた。

【0037】

このため、三次元形状を測定する装置においてオプティカルフローを使用することなしに、キャリブレーションすることが可能なキャリブレーション方法の提案が強く望まれていた。

【0038】

また、三次元加工装置においては、例えば、加工対象となる被加工物を所望の形状に加工する際に、当該所望の形状の模型をスキャンするなどして三次元形状データを作成することができるようになれば、三次元加工装置としてより広い用途に使用することができるようになる。

【0039】

こうした場合には、三次元加工装置において、三次元形状データを作成する前に、上記したようなキャリブレーションを行う必要がある。

【0040】

しかしながら、オプティカルフローを使用する場合には、上記した問題点があった。

【0041】

このため、オプティカルフローを使用することなしにキャリブレーションすることが可能であり、模型をスキャンして三次元形状データを作成することが可能な三次元加工装置の提案が強く望まれていた。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0042】

【非特許文献1】「ロボットビジョンの基礎」出口光一郎著 ２０００年コロナ社

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0043】

本発明は、従来の技術の有する上記したような要望に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、オプティカルフローを使用することなくキャリブレーションすることが可能なキャリブレーション方法を提案しようとするものである。

【0044】

また、本発明の目的とするところは、オプティカルフローを使用することなくキャリブレーションを行うことができ、かつ、模型をスキャンして三次元形状データを作成することが可能な三次元加工装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0045】

上記の目的を達成するために、本発明によるキャリブレーション方法は、カメラおよびプロジェクタを固定し、測定対象物を移動して（または、カメラおよびプロジェクタを移動し、測定対象物を固定して）光切断法により三次元形状を測定する際に、測定対象物が移動可能な直線上の少なくとも２点において、カメラキャリブレーションを行って、測定対象物の移動量に応じたカメラおよびプロジェクタの外部パラメータを算出するようにしたものである。

【0046】

なお、カメラの内部パラメータについては、事前に取得するようにしてもよいし、上記した２点のうちのどちらか１点において取得するようにしてもよい。

【0047】

また、測定対象物は、テーブルなどの移動手段上に載置され、当該移動手段の移動により移動することとなるため、「測定対象物が移動可能な直線上の少なくとも２点」とは、換言すると、「移動手段が移動可能な直線上の少なくとも２点」となる。同様に、「測定対象物の移動量に応じたカメラおよびプロジェクタの外部パラメータ」とは、換言すると、「移動手段の移動量に応じたカメラおよびプロジェクタの外部パラメータ」となる。

【0048】

ここで、実際には移動手段が直線上を移動する構成となっているが、移動手段上の所定の点から見るとカメラが移動していると考えることができる（図３（ａ）（ｂ）を参照する。なお、図３（ａ）（ｂ）においては、所定の点としてワールド座標原点を示している。）。

【0049】

このため、本発明においては、実際にはカメラ（プロジェクタ）が固定されて移動手段が移動しているのだが、移動手段が固定されてカメラ（プロジェクタ）が移動するものと考えるようにしたものである。

【0050】

即ち、移動手段の移動量を相対的なカメラ（プロジェクタ）の移動量とみなすようにしたものである。

【0051】

そして、移動手段の移動量に応じたカメラの外部パラメータを算出する場合には、移動手段が移動可能な直線上の少なくとも２点におけるカメラの外部パラメータ（回転行列および並進ベクトルである。）を算出し、算出した少なくとも２点における外部パラメータに基づいて、移動手段の移動ピッチ単位で按分比例し、移動手段の移動ピッチ毎のカメラの外部パラメータを取得するようにしたものである。

【0052】

具体的には、移動手段の移動量に応じたカメラの外部パラメータ（以下、「カメラの動的な外部パラメータ」と適宜に称することとする。）を算出する計算式を作成し、作成した計算式からカメラの動的な外部パラメータ（カメラの位置を示す並進ベクトルおよびカメラの向きを示す回転行列）を算出するようにしたものである。

【0053】

さらに、算出したカメラの動的な外部パラメータから、移動手段の移動量に応じたプロジェクタの外部パラメータ（以下、「プロジェクタの動的な外部パラメータ」と適宜に称することとする。）を算出するようにしたものである。

【0054】

以下、カメラの動的な外部パラメータおよびプロジェクタの動的な外部パラメータの算出方法について説明する。

【0055】

ここで、以下の説明においては、移動手段が前後方向に移動するものとし、「チェッカーシート（後述する。）がカメラに撮影可能な最も前方側の移動手段の位置」を「前端」と称するとともに、「チェッカーシート（図示せず。）がカメラに撮影可能な最も後方側の移動手段の位置」を「後端」と称する。

【0056】

そして、移動手段は前後方向に所定のピッチ幅単位で移動するものとし、移動手段が前端に位置するときのカメラの外部パラメータを並進ベクトル「Ｔｆ」、回転行列「Ｒｆ」とし、移動手段が後端にあるときのカメラの外部パラメータを並進ベクトル「Ｔｂ」、回転行列「Ｒｂ」とする。

【0057】

また、移動手段の前端から後端までの総移動量を「Ｓ」、移動手段が移動する最小単位たる所定のピッチ幅を「Ｐ」とし、移動手段の前端からの移動カウント数を「Ｃ」とする。なお、移動手段が移動する際には、移動手段の移動量を前端を基点として所定のピッチ幅単位でカウントするようにしており、移動手段の前端からの移動カウント数とはこのカウント数である。

【0058】

まず、カメラの動的な外部パラメータの算出方法について説明する。つまり、移動手段の移動量に応じた並進ベクトルおよび回転行列の算出方法について説明する。

【0059】

移動手段が前端から後端に移動するときの移動手段の移動量に応じた並進ベクトル「Ｔ」は、下記の（１）式により表される。
Ｔ＝Ｔｆ＋（Ｔｂ−Ｔｆ）／Ｓ×Ｐ×Ｃ・・・（１）

【0060】

また、移動手段が直線的にのみ移動しているとすれば、理想的には回転行列を考慮する必要はないが、現実的には回転行列の変化を検討する必要がある。

【0061】

ここで、並進ベクトルと同様に、移動手段が前端から後端に移動すると、回転行列は、
Ｒｆ→Ｒｂ
に変化する。この変化は、回転行列の回転である。

【0062】

回転行列を回転させる行列を「ｎ」とすると、
Ｒｆ×ｎ＝Ｒｂ
となる。

【0063】

従って、
ｎ＝Ｒｆ^−１×Ｒｂ
となる。なお、Ｒｆ^−１はＲｆの逆行列である。Ｒｆ自体が回転行列であり、正規直交行列なので逆行列は存在する。

【0064】

次に、並進ベクトルと同様に、移動手段の移動量に応じた「ｎ」の変化を考える。

【0065】

「ｎ」は回転行列であるため、移動手段の移動量に応じた（移動手段の前端からの移動カウント数に応じた）回転量（角度）を直接取得することはできない。

【0066】

そこで、「ｎ」を回転軸と回転量（角度）とに分解する必要があり、ロドリゲスの回転公式を使用する。なお、ロドリゲスの回転公式、回転軸および回転量への変換については、公知の技術であるため、その詳細な説明は省略する。

【0067】

即ち、「ｎ」はロドリゲスの回転公式により、
ｎ＝θｊ
となる。なお、「θ」は回転量、「ｊ」は回転軸（単位方向ベクトル）とする。

【0068】

この結果、移動手段の移動量に応じた回転量を「θ’」とすると、
θ’＝θ／Ｓ×Ｐ×Ｃ
となる。

【0069】

従って、ロドリゲスの回転公式で表現された移動手段の移動量に応じた回転ベクトルは、「θ’ｊ」となる。

【0070】

この「θ’ｊ」をロドリゲスの逆変換を行って回転行列に戻すことで、移動手段の移動量に応じた回転行列「ｎ’」を取得することができる。

【0071】

これにより、移動手段の移動量に応じた回転行列「Ｒｂ’」は、下記の（２）式により表される。
Ｒｂ’＝Ｒｆ×ｎ’・・・（２）

【0072】

このようにして、移動カウント数に応じて上記した（１）式および（２）式からカメラの動的な外部パラメータ（移動手段の移動量に応じた並進ベクトル「Ｔ」および回転行列「Ｒｂ’」）を求めることができるようになる。

【0073】

次に、プロジェクタの動的な外部パラメータの算出方法について説明する。

【0074】

まず、移動手段が前端に位置するときのプロジェクタから出ている光平面を示す平面の方程式「ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０」の係数ａ、ｂ、ｃ、ｄ（つまり、プロジェクタの外部パラメータである。）を算出する。

【0075】

なお、プロジェクタの外部パラメータの算出方法については、公知の技術を用いているため、その詳細な説明は省略することとする。

【0076】

また、算出した平面の方程式により表される光平面は、移動手段が移動してもカメラとの相対的な位置関係は変化しない。つまり、ワールド座標系で当該平面の方程式を表現すると、移動手段の移動により変化するものであるが、カメラ座標系で当該平面の方程式を表現すると、移動手段が移動しても変化することはない。

【0077】

即ち、プロジェクタの動的な外部パラメータを求めるには、まず、光平面を示す平面の方程式をワールド座標系で表現する。つまり、ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０と表す。

【0078】

次に、「ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０」上の任意の３点Ｐ_０Ｗ、Ｐ_１Ｗ、Ｐ_２Ｗ（この任意の３点Ｐ_０Ｗ、Ｐ_１Ｗ、Ｐ_２Ｗは勿論、ワールド座標である。）を、
Ｐ_０Ｗ（Ｘ_０Ｗ、Ｙ_０Ｗ、Ｚ_０Ｗ）
Ｐ_１Ｗ（Ｘ_１Ｗ、Ｙ_１Ｗ、Ｚ_１Ｗ）
Ｐ_２Ｗ（Ｘ_２Ｗ、Ｙ_２Ｗ、Ｚ_２Ｗ）
とする。

【0079】

そして、点Ｐ_０Ｗ、Ｐ_１Ｗ、Ｐ_２Ｗをそれぞれ、移動手段が前端に位置するときのカメラの外部パラメータ（回転行列：Ｒｆ、並進ベクトル：Ｔｆ）を使用して、カメラ座標系で表す。

【0080】

即ち、カメラ座標系において点Ｐ_０Ｗに対応する点を点Ｐ_０Ｃとすると、
Ｐ_０Ｃ＝Ｒｆ×Ｐ_０Ｗ＋Ｔｆ
により算出し、Ｐ_０Ｃ（Ｘ_０Ｃ、Ｙ_０Ｃ、Ｚ_０Ｃ）を取得する。

【0081】

また、カメラ座標系において点Ｐ_１Ｗに対応する点を点Ｐ_１Ｃとすると、
Ｐ_１Ｃ＝Ｒｆ×Ｐ_１Ｗ＋Ｔｆ
により算出し、Ｐ_１Ｃ（Ｘ_１Ｃ、Ｙ_１Ｃ、Ｚ_１Ｃ）を取得する。

【0082】

さらに、カメラ座標系において点Ｐ_２Ｗに対応する点を点Ｐ_２Ｃとすると、
Ｐ_２Ｃ＝Ｒｆ×Ｐ_２Ｗ＋Ｔｆ
により算出し、Ｐ_２Ｃ（Ｘ_２Ｃ、Ｙ_２Ｃ、Ｚ_２Ｃ）を取得する。

【0083】

その後、点Ｐ_０Ｃ、Ｐ_１Ｃ、Ｐ_２Ｃをカメラの動的な外部パラメータを使用して、動的なワールド座標系で表現する。

【0084】

即ち、点Ｐ_０Ｃを動的なワールド座標系で表現した点を点Ｐ’_０Ｗとすると、
Ｐ’_０Ｗ＝ｉｎｖ（Ｒｂ’）×Ｐ_０Ｃ−ｉｎｖ（Ｒｂ’）×Ｔ
により算出し、Ｐ’_０Ｗ（Ｘ’_０Ｗ、Ｙ’_０Ｗ、Ｚ’_０Ｗ）を取得する。

【0085】

また、点Ｐ_１Ｃを動的なワールド座標系で表現した点を点Ｐ’_１Ｗとすると、
Ｐ’_１Ｗ＝ｉｎｖ（Ｒｂ’）×Ｐ_１Ｃ−ｉｎｖ（Ｒｂ’）×Ｔ
により算出し、Ｐ’_１Ｗ（Ｘ’_１Ｗ、Ｙ’_１Ｗ、Ｚ’_１Ｗ）を取得する。

【0086】

さらに、点Ｐ_２Ｃを動的なワールド座標系で表現した点を点Ｐ’_２Ｗとすると、
Ｐ’_２Ｗ＝ｉｎｖ（Ｒｂ’）×Ｐ_２Ｃ−ｉｎｖ（Ｒｂ’）×Ｔ
により算出し、Ｐ’_２Ｗ（Ｘ’_２Ｗ、Ｙ’_２Ｗ、Ｚ’_２Ｗ）を取得する。

【0087】

なお、ｉｎｖ（Ｒｂ’）は、Ｒｂ’の逆行列である。

【0088】

こうして算出した３点Ｐ’_０Ｗ、Ｐ’_１Ｗ、Ｐ’_２Ｗから新たに光平面を示す平面の方程式「ａ’ｘ＋ｂ’ｙ＋ｃ’ｚ＋ｄ’＝０」を求める。

【0089】

こうして求められた係数「ａ’、ｂ’、ｃ’、ｄ’」がプロジェクタの動的な外部パラメータとなる。

【0090】

従って、プロジェクタの動的な外部パラメータは、移動カウント数に応じて変化するカメラの動的な外部パラメータに応じて変化することとなる。

【0091】

なお、幾何学的には、「ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０」（ワールド座標系表現）を直接カメラの動的な外部パラメータ「Ｔ」、「Ｒｂ’」により「ａ’ｘ＋ｂ’ｙ＋ｃ’ｚ＋ｄ’＝０」変換することもできる。

【0092】

ここで、上記においては、測定対象物が移動可能な直線上の２点（前端および後端）においてカメラキャリブレーションを行う場合について説明したが、測定対象物が移動可能な直線上の３点以上の点においてキャリブレーションを行う場合には、隣り合う２点間において、上記した測定対象物が移動可能な直線上の２点（前端および後端）においてキャリブレーションを行う場合と同様の処理を行って、カメラおよびプロジェクタの動的な外部パラメータを算出するようにすればよい。

【0093】

上記にようにしてカメラの内部パラメータおよび動的な外部パラメータとプロジェクタの動的な外部パラメータとを算出した後、算出したカメラの内部パラメータおよび動的な外部パラメータとプロジェクタの動的な外部パラメータとを利用して三次元形状の測定を行う。

【0094】

即ち、カメラにより撮影された映像の移動量（つまり、移動カウント数）に応じたカメラの動的な外部パラメータおよびプロジェクタの動的な外部パラメータに基づいて、当該映像におけるスリット光により形成された測定対象物の三次元形状を測定し、こうした処理を繰り返すことにより、測定対象物の全体の三次元形状を測定する。

【0095】

このように、本発明によるキャリブレーション方法においては、複雑なアルゴリズムを使用することなく、容易に、測定対象物（テーブル上に載置された測定対象物である。）の移動量に応じたカメラおよびプロジェクタの外部パラメータを取得することができるようになり、簡単にキャリブレーションすることができるようになる。

【0096】

また、本発明による三次元加工装置は、上記したキャリブレーション方法を利用して、キャリブレーションを行い、その後、所望の形状の模型をスキャンして当該模型の三次元形状の測定を行って、この測定結果から専用のソフトなどを利用して所望の形状の三次元形状データを作成するようにしたものである。

【0097】

これにより、本発明による三次元加工装置においては、容易に三次元形状データを作成することができるようになり、被加工物を所望の形状に加工することが可能となる。

【0098】

即ち、本発明によるキャリブレーション方法は、光切断法により測定対象物の三次元形状の測定を行うとともに、スリット光を投光するプロジェクタと、上記プロジェクタより投光されたスリット光を撮影するカメラとが固定的に配設され、移動手段により上記測定対象物を移動するようにした三次元形状測定装置におけるキャリブレーション方法において、カメラによる撮影が可能であり、かつ、移動手段の移動可能な少なくとも２箇所において上記カメラの外部パラメータを算出し、算出した上記カメラの外部パラメータから上記移動手段の最小移動単位で按分比例して、上記移動手段の移動量に基づく上記カメラの外部パラメータを取得し、取得した移動量に基づく上記カメラの外部パラメータからプロジェクタの外部パラメータを取得するようにしたものである。

【0099】

また、本発明によるキャリブレーション方法は、上記した発明において、上記移動手段の移動可能な少なくとも２箇所は、上記カメラにより上記移動手段に載置されたチェッカーシートを撮影可能な最も前方側たる前端部と、上記カメラにより上記移動手段に載置された上記チェッカーシートを撮影可能な最も後方側たる後端部とであり、上記カメラを上記前端部に位置させて上記チェッカーシートを撮影し、上記カメラを上記後端部に位置させて上記チェッカーシートをそれぞれ異なる少なくとも６つの方向から撮影し、上記カメラを再度上記前端部に位置させて上記チェッカーシートを、未だ撮影していない方向であり、かつ、それぞれ異なる少なくとも５つの方向から撮影することによって、上記前端部において少なくとも６つのそれぞれ異なる方向から撮影したチェッカーシートの映像を取得するとともに、上記後端部において少なくとも６つのそれぞれ異なる方向から撮影したチェッカーシートの映像を取得し、上記前端部において少なくとも６つのそれぞれ異なる方向から撮影したチェッカーシートの映像に基づいて、上記前端部におけるカメラの外部パラメータを求めるとともに、上記後端部において少なくとも６つのそれぞれ異なる方向から撮影したチェッカーシートの映像に基づいて、上記後端部におけるカメラの外部パラメータを求めるようにしたものである。

【0100】

また、本発明による三次元加工装置は、三次元形状データに基づいて、被加工物に対して三次元加工を行う三次元加工装置において、上記被加工物や所望の形状に形成された測定対象物を載置するとともに、傾斜角度をそれぞれ異なる少なくとも６つの方向に変更することが可能な移動手段と、上記移動手段上にスリット光を投光するプロジェクタと、上記プロジェクタより投光されたスリット光を撮影するカメラと、上記移動手段の移動および傾斜角度を制御するとともに、上記プロジェクタのスリット光の投光のタイミングおよび上記カメラの撮影のタイミングを制御する制御手段と、上記した本発明によるキャリブレーション方法によりキャリブレーションを行うとともに、光切断法により上記測定対象物の三次元形状を測定して、上記測定対象物の三次元形状データを作成する三次元形状測定手段とを有するようにしたものである。

【0101】

また、本発明による三次元加工装置は、上記した発明において、上記カメラおよび上記プロジェクタは、キャリブレーションおよび上記測定対象物の三次元形状データを作成する際に取り付けられ、上記被加工物に対して三次元加工を行う際には取り外されるようにしたものである。

【発明の効果】

【0102】

本発明は、以上説明したように構成されているので、オプティカルフローを使用することなしにキャリブレーションすることができるという優れた効果を奏するものである。

【0103】

また、本発明は、以上説明したように構成されているので、簡単なキャリブレーションを行うことができ、かつ、模型をスキャンして三次元形状データを作成することができるという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【0104】

【図1】図１は、Ｚｈａｎｇの手法に用いるチェッカーシートを示す説明図である。

【図2】図２は、本発明による三次元加工装置の要部を示す概略構成斜視説明図である。

【図3】図３（ａ）は、カメラおよびプロジェクタを固定した状態でテーブルを移動した際の説明図であり、また、図３（ｂ）は、テーブルを固定した状態でカメラおよびプロジェクタを移動した際の説明図である。

【図4】図４は、カメラキャリブレーション処理の詳細な処理内容を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0105】

以下、添付の図面を参照しながら、本発明によるキャリブレーション方法および三次元加工装置の実施の形態の一例を詳細に説明するものとする。

【0106】

ここで、図２には、本発明による三次元加工装置の要部を示す概略構成説明が示されている。

【0107】

図２に示す三次元加工装置１０は、三次元形状の測定を行って三次元形状データを作成することが可能な三次元加工装置であって、図２においてはその要部のみが示され、図２において示された要部を囲うように筐体などの構成が設けられる。

【0108】

また、三次元加工装置１０は、三次元形状データを作成する際には、後述するテーブル１４上に模型を載置し、このテーブル１４を移動する、つまり、測定対象物たる模型を移動することにより測定対象物の三次元形状を取得するものである。

【0109】

この三次元加工装置１０は、加工の対象となる被加工物１００や三次元形状データを作成する際の模型となる測定対象物２００が載置されるとともに、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に移動するテーブル１４が基台部材１２の上面１２ａに配設されている。

【0110】

また、基台部材１２においては、その上面１２ａの左方側端部において、立設部材１６が立設されており、上面１２ａの右方側端部において、立設部材１６と対向するようにして立設部材１８が立設されている。

【0111】

この立設部材１６、１８においては、立設部材１６、１８を連結するようにＹ軸方向にガイドレール２０が延設されており、ガイドレール２０には、被加工物１００を加工するための加工工具２２を支持するヘッド部２４が摺動自在に配設されている。

【0112】

さらに、立設部材１６、１８においては、立設部材１６の上端部１６ａと立設部材１８の上端部１８ａとを連結するように板状部材２６が設けられている。

【0113】

そして、この板状部材２６の上面２６ａには、テーブル１４に載置された測定対象物２００に対してスリット光を投光するプロジェクタ２８が配設されるとともに、テーブル１４に載置された測定対象物２００を撮影するカメラ３０が配設される。このとき、カメラ３０は、測定対象物２００を撮影する角度が、プロジェクタ２８が測定対象物２００に対してスリット光を投光する際の角度と異なるように配設される。

【0114】

なお、三次元加工装置１０は、全体の動作をマイクロコンピューター（図示せず。）により制御されている。

【0115】

より詳細には、基台部材１２の上面１２ａには、Ｘ軸方向にガイド溝３２ａ、３２ｂが延設されていて、テーブル１４は、このガイド溝３２ａ、３２ｂに沿って図示しない移動機構によってＸ軸方向に移動するものである。

【0116】

また、テーブル１４は、図示しない移動機構によって、例えば、それぞれ異なる６方向に傾斜するものである。なお、それぞれ異なる６方向は、被加工物１００を載置して加工する際の水平状態を含み、平行移動および同一回転を含まないものとする。

【0117】

さらに、この移動機構は、所定のピッチ幅で移動するものであり、テーブル１４が移動する際に、テーブル１４の前端部（後述する。）を基点として、何回所定のピッチ幅で移動したのかをカウントしているものであり、カウントした値は、マイクロコンピューター（図示せず。）に出力され、記憶される。

【0118】

なお、こうしたテーブル１４における移動機構（図示せず。）については、従来より公知の技術を使用するため、その詳細な説明は省略することとする。

【0119】

立設部材１６には、図示しないマイクロコンピューターの制御に基づいて駆動する駆動部材３４が設けられており、この駆動部材３４の駆動によりヘッド部２４がガイドレール２０に沿ってＹ軸方向に移動する。

【0120】

ヘッド部２４は、ガイドレール２０に摺動自在に配設された移動部材２４ａと、移動部材２４ａの前面に設けられるとともにＺ軸方向に移動可能な移動部材２４ｂと、移動部材２４ｂに配設されるとともに加工工具２２を支持する主軸ユニット２４ｃとにより構成されている。

【0121】

これにより、移動部材２４ａは、立設部材１６に設けられた駆動部材３４の駆動によってＹ軸方向に移動することが可能である。

【0122】

また、移動部材２４ｂは、移動部材２４ｂの前方側において、Ｚ軸方向に延設された一対のガイドレール２４ｂａに摺動自在に配設されており、駆動手段（図示せず。）によりＺ軸方向に移動することが可能である。

【0123】

さらに、主軸ユニット２４ｃは、加工工具２２が支持されており、駆動手段（図示せず。）により加工工具２２を回転することが可能である。

【0124】

また、プロジェクタ２８は、発光ダイオード（図示せず。）と、所定のサイズのスリットが形成されたフィルター（図示せず。）とを備えている。

【0125】

そして、プロジェクタ２８は、発光ダイオード（図示せず。）からの光をフィルター（図示せず。）を介することによりスリット光とし、このスリット光をテーブル１４上に載置される測定対象物２００に投光するようになされている。

【0126】

なお、このプロジェクタ２８は、マイクロコンピューター（図示せず。）により投光のタイミングなどのすべての動作の制御がなされるものである。

【0127】

カメラ３０は、プロジェクタ２８の投光方向とは異なる方向から、テーブル１４上に載置された測定対象物２００の表面を撮影することができるように配置されている。

【0128】

そして、カメラ３０で撮影された映像は、デジタル化されてマイクロコンピューター（図示せず。）に取り込まれるようになされている。

【0129】

以上の構成において、三次元加工装置１０において、被加工物１００を所望の三次元形状に加工する場合には、被加工物１００を加工する際に必要な三次元形状データを作成し、作成した三次元形状データを利用して被加工物１００を加工するようにする。

【0130】

まず、被加工物１００を加工する際に必要となる三次元形状データの作成について説明する。

【0131】

こうした三次元形状データを作成するために、カメラ３０とプロジェクタ２８とのキャリブレーションを行う。

【0132】

カメラ３０およびプロジェクタ２８のキャリブレーションを行うには、まず、テーブル１４上に市松模様が描画されたチェッカーシート１１０（図３を参照する。）を固定する。なお、チェッカーシート１１０は、例えば、テープなどによりテーブル１４上に着脱可能な構成となっており、テーブル１４上に載置された際には、テーブル１４上で容易に移動することがないようになされている。

【0133】

その後、チェッカーシート１１０が載置されたテーブル１４を移動して、チェッカーシート１１０がカメラ３０で撮影可能な範囲における少なくとも２箇所においてカメラキャリブレーションを行う。

【0134】

以下、図４を参照しながら、カメラキャリブレーション処理について説明することとする。図４には、カメラキャリブレーション処理の処理手順を示すフローチャートが示されている。

【0135】

まず、チェッカーシート１１０をカメラ３０により撮影可能な最も前方側にテーブル１４を移動する（ステップＳ４０２）。このとき、テーブル１４は水平状態である。

【0136】

即ち、ステップＳ４０２の処理では、作業者が図示しない操作子を操作することにより、マイクロコンピューター（図示せず。）を介してテーブル１４を移動して、チェッカーシート１１０をカメラ３０により撮影可能な最も前方側に位置させるようにする。

【0137】

このとき、マイクロコンピューター（図示せず。）においては、このチェッカーシート１１０をカメラ３０により撮影可能な最も前方側の位置を記憶する。

【0138】

なお、以下の説明において、「チェッカーシート１１０がカメラ３０により撮影可能な最も前方側に位置する際のテーブル１４の位置」を「前端部」と称することとする。

【0139】

また、以下の説明において、チェッカーシート１１０がカメラ３０に撮影可能であるとは、チェッカーシート１１０の全体がすべてカメラ３０により撮影できる状態のことを示す。なお、こうしたカメラ３０によりチェッカーシート１１０の全体がすべて撮影できる状態であるか否かの判断は、例えば、カメラ３０で撮影された映像をマイクロコンピューター（図示せず。）を介して、外部の表示装置などに表示し、それを作業者が目視により判断する。

【0140】

そして、テーブル１４が前端部に位置する状態で、カメラ３０によりチェッカーシート１１０の撮影を行う（ステップＳ４０４）。なお、こうして撮影された映像は、マイクロコンピューター（図示せず。）に記憶される。

【0141】

次に、チェッカーシート１１０をカメラ３０により撮影可能な最も後方側にテーブル１４を移動する（ステップＳ４０６）。このとき、テーブル１４は水平状態である。

【0142】

なお、以下の説明において、「チェッカーシート１１０がカメラ３０により撮影可能な最も後方側に位置する際のテーブル１４の位置」を「後端部」と称することとする。

【0143】

即ち、ステップＳ４０６の処理では、作業者が図示しない操作子を操作することにより、マイクロコンピューター（図示せず。）を介してテーブル１４を後端部に移動する。

【0144】

そして、テーブル１４が後端部に位置する状態で、カメラ３０によりチェッカーシート１１０の撮影を行う（ステップＳ４０８）。なお、こうして撮影された映像は、マイクロコンピューター（図示せず。）に記憶される。

【0145】

即ち、ステップＳ４０８の処理では、水平状態のチェッカーシートの撮影を行うものである。

【0146】

その後、テーブル１４が後端部に位置した状態で、テーブル１４をそれぞれ傾斜角度が異なる５つの状態とし、当該５つの状態においてそれぞれチェッカーシート１１０の撮影を行う（ステップＳ４１０）。なお、こうして撮影された映像は、ステップＳ４０８の処理において撮影された映像と関連づけてマイクロコンピューター（図示せず。）に記憶される。

【0147】

即ち、このステップＳ４１０の処理では、テーブル１４が後端部に位置した状態で、平行移動や同一回転した状態とならないように、テーブル１４をそれぞれ傾斜角度が異なる５つの状態とし、各状態において、それぞれチェッカーシート１１０の撮影を行うものである。

【0148】

具体的には、ステップＳ４１０の処理では、テーブル１４を水平状態から傾斜させて第１の状態とし、第１の状態でチェッカーシート１１０の撮影を行う。また、テーブル１４を第１の状態から傾斜させて第２の状態とし、第２の状態でチェッカーシート１１０の撮影を行う。また、テーブル１４を第２の状態から傾斜させて第３の状態とし、第３の状態でチェッカーシート１１０の撮影を行う。また、テーブル１４を第３の状態から傾斜させて第４の状態とし、第４の状態でチェッカーシート１１０の撮影を行う。また、テーブル１４を第４の状態から傾斜させて第５の状態とし、第５の状態でチェッカーシート１１０の撮影を行う。

【0149】

なお、このとき、テーブル１４は後端部に位置した状態であり、第１〜５の状態は、いずれも水平状態でなく、かつ、互いに同じ方向への傾斜角度にない状態である。また、こうした第１〜５の状態とするためのテーブル１４の傾斜角度は、作業者が任意に決定するようにしてもよいし、予めマイクロコンピューター（図示せず。）に記憶しておくようにしてもよい。

【0150】

このステップＳ４１０の処理およびステップＳ４０８の処理により、テーブル１４が後端部に位置するときの、それぞれ撮影方向の異なる６つのチェッカーシート１１０の映像を取得することとなる。

【0151】

次に、テーブル１４をステップＳ４０２で移動した前端部に移動する（ステップＳ４１２）。

【0152】

即ち、ステップＳ４１２の処理では、マイクロコンピューター（図示せず。）の制御により、当該マイクロコンピューターに記憶された前端部にテーブル１４を移動する。

【0153】

そして、テーブル１４が前端部に位置した状態で、テーブル１４をそれぞれ傾斜角度が異なる５つの状態とし、当該５つの状態においてそれぞれチェッカーシート１１０の撮影を行う（ステップＳ４１４）。なお、こうして撮影された映像は、ステップＳ４０４の処理において撮影された映像と関連づけてマイクロコンピューター（図示せず。）に記憶される。

【0154】

即ち、このステップＳ４１４の処理では、テーブル１４が前端部に位置した状態で、平行移動や同一回転した状態とならないように、テーブル１４をそれぞれ傾斜角度が異なる５つの状態とし、各状態において、それぞれチェッカーシート１１０の撮影を行うものである。

【0155】

具体的には、ステップＳ４１４の処理では、テーブル１４を水平状態から傾斜させて第６の状態とし、第６の状態でチェッカーシート１１０の撮影を行う。また、テーブル１４を第６の状態から傾斜させて第７の状態とし、第７の状態でチェッカーシート１１０の撮影を行う。また、テーブル１４を第７の状態から傾斜させて第８の状態とし、第８の状態でチェッカーシート１１０の撮影を行う。また、テーブル１４を第８の状態から傾斜させて第９の状態とし、第９の状態でチェッカーシート１１０の撮影を行う。また、テーブル１４を第９の状態から傾斜させて第１０の状態とし、第１０の状態でチェッカーシート１１０の撮影を行う。

【0156】

なお、このとき、テーブル１４は前端部に位置した状態であり、第６〜１０の状態は、いずれも水平状態ではなく、かつ、互いに同じ方向への傾斜角度にない状態である。また、こうした第６〜１０の状態は、作業者が任意に決定するようにしてもよいし、予めマイクロコンピューター（図示せず。）に記憶しておくようにしてもよい。作業者が任意に決定する場合には、ステップＳ４１０の処理において第１〜５の状態をマイクロコンピューター（図示せず。）に記憶するようにして、第１〜５の状態と第６〜１０の状態とをそれぞれ同様の傾斜とするようにしてもよい。

【0157】

このステップＳ４１４の処理およびステップＳ４０４の処理により、テーブル１４が前端部に位置するときの、それぞれ撮影方向が異なる６つのチェッカーシート１１０の映像を取得することとなる。

【0158】

その後、マイクロコンピューター（図示せず。）において、ステップＳ４０４の処理で撮影された映像およびステップＳ４１４の処理で撮影された映像から、テーブル１４が前端部に位置するときのカメラキャリブレーションを行う（ステップＳ４１６）。

【0159】

即ち、マイクロコンピューター（図示せず。）に記憶された６つの映像を利用して、テーブル１４が前端部に位置するときのカメラの外部パラメータと内部パラメータとを取得する。

【0160】

なお、カメラの外部パラメータおよび内部パラメータを取得する方法については、公知の技術のため、その詳細な説明は省略する。

【0161】

テーブル１４が前端部に位置するときのカメラキャリブレーションが終了すると、次に、マイクロコンピューター（図示せず。）において、ステップＳ４０８の処理で撮影された映像およびステップＳ４１０の処理で撮影された映像から、テーブル１４が後端部に位置するときのカメラキャリブレーションを行う（ステップＳ４１８）。

【0162】

即ち、マイクロコンピューター（図示せず。）に記憶された６つの映像を利用して、テーブル１４が前端部に位置するときのカメラの外部パラメータを取得する。

【0163】

次に、ステップＳ４１６で取得したカメラの外部パラメータおよびステップＳ４１８で取得したカメラの外部パラメータを利用して、カメラの動的な外部パラメータを算出する計算式を取得し（ステップＳ４２０）、移動カウント数毎にカメラの動的な外部パラメータを取得する（ステップＳ４２２）。

【0164】

即ち、ステップＳ４２０の処理においては、上記したようにして（１）式および（２）式を取得する。

【0165】

このステップＳ４２２の処理が終了すると、カメラキャリブレーション処理を終了する。

【0166】

カメラキャリブレーション処理が終了すると、取得したカメラの動的な外部パラメータに基づいて、プロジェクタの動的な外部パラメータを取得する。

【0167】

なお、プロジェクタの動的な外部パラメータを取得する手法については、上記において既に説明しているため、その詳細は省略する。

【0168】

カメラ３０とプロジェクタ２８とのキャリブレーションが終了すると、次に、三次元形状データの作成を行う。

【0169】

この三次元形状データの作成では、まず、作成したい三次元形状の模型たる測定対象物２００を用意し、この測定対象物２００を、チェッカーシート１１０を取り外したテーブル１４上に載置する。

【0170】

そして、テーブル１４を所定の位置に移動し、テーブル１４を当該所定の位置から所定のピッチ幅で後端部まで移動する。このとき、テーブル１４が所定のピッチ幅で動く毎に、測定対象物２００が載置され、プロジェクタ２８によりスリット光が投光されたテーブル１４をカメラ３０により撮影する。

【0171】

こうして、テーブル１４を移動しながら所定のピッチ幅毎に撮影した映像から測定対象物２００の三次元形状の一次データを取得する。

【0172】

取得した三次元形状の一次データは、例えば、マイクロコンピューター（図示せず。）に接続されたパーソナルコンピューター（図示せず。）に出力され、当該パーソナルコンピューターにおいて、三次元形状の二次データを作成するための専用のソフトなどを利用して、当該一次データから三次元形状の二次データを作成する。

【0173】

そして、パーソナルコンピューター（図示せず。）で作成された二次データは、マイクロコンピューター（図示せず。）に出力され、当該マイクロコンピューターにおいて三次元形状データとして保存されることとなる。

【0174】

そして、パーソナルコンピューター（図示せず。）で作成された三次元形状データの二次データは切削データに変換される。その後、この切削データは、マイクロコンピューター（図示せず。）に出力され、当該マイクロコンピューターにおいて切削データとして保存されることとなる。

【0175】

なお、三次元形状データから切削データに変換する処理については、各種の公知の技術を使用するため、その詳細な説明は省略する。

【0176】

三次元データから切削データを作成すると、作業者は、テーブル１４上に被加工物１００を載置するとともに、ヘッド部２４の主軸２４ｃに加工工具２２を支持させる。

【0177】

その後、作業者により図示しない操作子などを介して加工開始の指示がなされると、マイクロコンピューター（図示せず。）の制御により、作成した切削データに基づいて、テーブル１４をＸ軸方向に移動させ、ヘッド部２４をＹ軸方向に移動させ、さらに、移動部材２４ｂをＺ軸方向に移動させて、被加工物１００に対して加工工具２２によって三次元加工が施される。

【0178】

以上において説明したように、本発明によるキャリブレーション方法においては、三次元加工装置１０において、実際にはカメラ３０およびプロジェクタ２８が固定され測定対象物２００が移動するものを、測定対象物２００が固定されカメラ３０およびプロジェクタ２８が移動ものと考え、測定対象物２００が載置される移動手段たるテーブル１４が移動可能な少なくとも２箇所においてカメラキャリブレーションを行うようにした。

【0179】

このとき、カメラキャリブレーションを行う箇所は、カメラ３０によりチェッカーシート１１０が撮影可能な箇所である。

【0180】

そして、カメラキャリブレーションを行うテーブル１４の前端部および後端部では、まず前端部においてチェッカーシート１１０が水平状態のときの撮影を行い、次に、後端部においてチェッカーシートが水平状態のときを含む６つの状態（それぞれ傾斜角度が異なる状態である。）の撮影を行い、その後、前端部においてチェッカーシート１１０の５つの状態（それぞれ傾斜角度が異なる状態である。）の撮影を行うようにした。

【0181】

こうして算出したカメラの外部パラメータから、テーブル１４の最小移動単位である所定のピッチ毎に按分比例し、カメラの動的な外部パラメータを算出するようにしたものである。

【0182】

これにより本発明によるキャリブレーション方法においては、簡単にキャリブレーションを行うことができるようになる。

【0183】

また、本発明による三次元加工装置１０においては、簡単に三次元形状データを作成することができるようになり、様々な形状の三次元加工を行うことができるようになる。

【0184】

なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（８）に示すように変形するようにしてもよい。

【0185】

（１）上記した実施の形態においては、プロジェクタ２８を、発光ダイオードとスリットが形成されたフィルターとを有して構成されるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、ラインレーザーを用いるようにしてもよく、プロジェクタ２８としては、スリット光を投光できる各種公知の技術を用いるようにしてもよい。

【0186】

（２）上記した実施の形態においては、ヘッド部２４の上方側にカメラ３０およびプロジェクタ２８を設けるようにしたが、例えば、ヘッド部２４とカメラ３０およびプロジェクタ２８とを別体とするようにしてもよい。

【0187】

具体的には、カメラ３０およびプロジェクタ２８が設けられた板状部材２６を取り外し可能な構成とし、三次元形状データを作成する際のみ、立設部材１６、１８の上端部１６ａ、１８ａに配設されるような構成としてもよい。

【0188】

あるいは、ヘッド部材２４が配設された立設部材１６、１８を後方側に傾倒することが可能な構成とし、三次元形状データを作成する際には、立設部材１６、１８を傾倒して後方側に倒し、テーブル１４の上方側にスペースを作成する。その後、基台部材１２の固定可能な脚部を備えるとともに、カメラ３０およびプロジェクタ２８が設けられた固定部材を基台部材１２上に固定し、固定部材に設けられたカメラ３０およびプロジェクタ２８により、キャリブレーションおよび三次元形状データの作成を行うようにしてもよい。

【0189】

（３）上記した実施の形態においては、カメラキャリブレーションを行う箇所として、移動手段が移動可能な直線上の少なくとも２点をテーブル１４の前端部および後端部としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、カメラキャリブレーションを行う箇所としては、カメラ３０による撮影が可能であって、テーブル１４が移動可能な直線上であれば、任意の２点以上を選択すればよい。

【0190】

（４）上記した実施の形態においては、ステップＳ４１６の処理においてカメラの内部パラメータを取得するようにしたが、カメラの内部パラメータは、ステップＳ４１８の処理において取得するようにしてもよい。

【0191】

（５）上記した実施の形態においては、チェッカーシート１１０をそれぞれ異なる６つの方向から撮影するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、７つ以上のそれぞれ異なる方向からチェッカーシート１１０を撮影するようにしてもよい。

【0192】

（６）上記した実施の形態においては、カメラキャリブレーション処理において、撮影された映像データなどをマイクロコンピューター（図示せず。）に記憶し、当該マイクロコンピューターにおいてカメラの外部パラメータ、内部パラメータ、動的な外部パラメータおよびプロジェクタの外部パラメータ、動的な外部パラメータなどを取得するようにしたが、これに限られるものではないことは勿論である。

【0193】

即ち、三次元加工装置１０にパーソナルコンピューターを接続し、撮影された映像データなどを当該パーソナルコンピューターに記憶するとともに、当該パーソナルコンピューターにおいてカメラの外部パラメータ、内部パラメータ、動的な外部パラメータおよびプロジェクタの外部パラメータ、動的な外部パラメータなどを取得するようにしてもよい。

【0194】

（７）上記した実施の形態においては、ステップＳ４０２の処理およびステップＳ４０６の処理においてテーブル１４を水平状態としたが、これに限られるものではないことは勿論であり、テーブル１４は水平状態でなく、任意の方向に傾斜した傾斜状態としてもよい。

【0195】

この場合、ステップＳ４１０の処理において、第１〜５の状態は、いずれもステップＳ４０２における傾斜状態ではなく、かつ、互いに同じ方向への傾斜角度にない状態となる。

【0196】

また、ステップＳ４１４の処理において、第６〜１０の状態は、いずれもステップＳ４０６の処理における傾斜状態ではなく、かつ、互いに同じ方向への傾斜角度にない状態となる。

【0197】

（８）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（７）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0198】

本発明は、被加工物を三次元形状に加工する際のキャリブレーション方法として用いて好適である。

【符号の説明】

【0199】

１０ 三次元加工装置、１２ 基台部材、１４ テーブル、１６、１８ 立設部材、２０ ガイドレール、２２ 加工工具、２４ ヘッド部、２６ 板状部材、２８ プロジェクタ、３０ カメラ、１００ 被加工物、１１０ チェッカーシート、２００ 測定対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】