特許 6543170 計測装置及び計測方法

(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】6543170

(24)【登録日】2019年6月21日

(45)【発行日】2019年7月10日

(54)【発明の名称】計測装置及び計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20190628BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20190628BHJP

   G01B 21/00 20060101ALI20190628BHJP

   G01B 21/20 20060101ALI20190628BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 A

   G01B11/24 A

   G01B21/00 E

   G01B21/20 C

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-219729(P2015-219729)

(22)【出願日】2015年11月9日

(65)【公開番号】特開2017-90210(P2017-90210A)

(43)【公開日】2017年5月25日

【審査請求日】2018年5月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100091982

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082991

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 泰和

(74)【代理人】

【識別番号】100105153

【弁理士】

【氏名又は名称】朝倉 悟

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(74)【代理人】

【識別番号】100125151

【弁理士】

【氏名又は名称】新畠 弘之

(72)【発明者】

【氏名】坂本 直弥

(72)【発明者】

【氏名】大嶽 達哉

(72)【発明者】

【氏名】相川 徹郎

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 美徳

【審査官】 川村 大輔

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−３１８３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３９００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２８５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３２９９０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２０３３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物の表面形状を計測する光学式の計測部であって、被写界深度に対応する第１計測範囲を有する第１計測部と、前記第１計測部の解像度よりも高い解像度を有し、且つ前記第１計測範囲よりも狭い被写界深度に対応する第２計測範囲を有する第２計測部と、を有する計測部と、
前記計測部を移動させる駆動を行う駆動部と、
前記対象物の表面形状を計測するために用いる軌道情報を記録する記録部と、
前記軌道情報に基づき前記計測部を移動させる制御を前記駆動部に対して行う制御部と、
前記第１計測部が計測したデータに基づき前記対象物の３次元形状データを合成する合成部と、
前記３次元形状データの表面における位置座標を用いて、前記第２計測部の計測時に移動する前記計測部と前記対象物の表面との距離を、前記第２計測範囲内にする補正を前記軌道情報に対して行う補正部と、
を備え、
前記制御部は、前記補正された軌道情報に基づき、前記第２計測部を用いて前記対象物の表面形状を計測させる制御を行うことを特徴とする計測装置。

【請求項2】

前記軌道情報は、前記計測部を移動させる場合に経由させる複数の位置座標であって、前記制御部は、前記複数の位置座標に基づき軌道経路の情報を生成し、当該軌道経路にしたがって前記計測部を移動させる制御を前記駆動部に対して行うことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。

【請求項3】

前記補正部は、
前記軌道情報にしたがい前記計測部を移動する場合に、前記対象物の表面と前記計測部とを正対させる補正情報を得る傾き補正部を、更に有し、
当該補正情報に基づき前記軌道情報を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。

【請求項4】

前記軌道情報に基づき前記計測部で前記対象物を計測する場合に、奥行き方向の計測範囲を超える未計測領域に対する新たな軌道情報を生成し、当該新たな軌道にしたがった計測を前記計測部に行わせる計測範囲拡大部と、
前記計測された前記対象物の形状の情報と、当該新たな軌道にしたがって計測された前記対象物の形状の情報とを統合する統合部と、を更に備え、
前記補正部は、前記統合部で統合された前記対象物の形状の情報に基づき前記補正を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の計測装置。

【請求項5】

対象物の表面形状を計測するために用いる軌道情報にしたがい、前記対象物の形状を被写界深度に対応する第１計測範囲を有する光学式の第１計測部が計測する第１計測工程と、
前記第１計測工程で得られた前記対象物の形状情報に基づき、前記第１計測部の解像度よりも高い解像度を有し、且つ前記第１計測範囲よりも狭い被写界深度に対応する第２計測範囲を有する光学式の第２計測部と前記対象物の表面との距離を、前記第２計測範囲内にする補正を前記軌道情報に対して行う補正工程と、
前記補正された軌道情報にしたがい、前記対象物の表面形状を前記第２計測部が計測する第２計測工程と、
を備えることを特徴とする計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、計測装置及び計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンの静翼等における使用後の品質確認には、目視検査や超音波探傷検査などの非破壊検査が行われている。例えば静翼の内在欠陥等の品質確認には、超音波探傷検査やＥＣＴ探傷検査等が主に行われている。また、表面上のき裂や減肉といった損傷等の欠陥確認には目視検査が行われ、手作業でこの欠陥の情報などが記録されている。このため、この欠陥確認の作業、及び、き裂発生時のき裂補修には、より多くの時間がかかると共に補修コストもより増加している。そこで、このような検査における歩留まりの向上及び作業時間の短縮を行うために、検査の自動化が望まれている。

【0003】

一方で、画像を用いて、き裂を検出する方法がある。高解像度の画像を検査に用いることで、微細なき裂の検出が可能となるためである。ところが、画像を取得するために用いる計測部の被写界深度は、画像の解像度を上げるにしたがい浅くなる。これにより、対象物とこの計測部との距離が被写界深度の範囲外になるとデータが不鮮明になり、き裂などの検出漏れが生じる可能性がある。このため、検査に用いることが可能なレベルの高解像度の画像を取得するためには、対象物と計測部との距離を、被写界深度の範囲に保つことが必要である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−６９７１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

そこで、本発明の実施形態は、このような点を考慮してなされたものであり、計測部と対象物表面との間の距離を計測部の計測範囲内にすることが可能な計測装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態に係る計測装置は、
対象物の表面形状を計測する計測部と、
前記計測部を移動させる駆動を行う駆動部と、
前記対象物の表面形状を計測するために用いる軌道情報を記録する記録部と、
前記軌道情報に基づき前記計測部を移動させる制御を前記駆動部に対して行う制御部と、
前記計測部が計測したデータに基づき前記対象物の３次元形状データを合成する合成部と、
前記３次元形状データの表面における位置座標を用いて、計測時に移動する前記計測部と前記対象物の表面との距離を、前記計測部の計測範囲内にする補正を前記軌道情報に対して行う補正部と、
を備えることを特徴とする。

【0007】

本実施形態に係る計測方法は、
対象物の表面形状を計測するために用いる軌道情報にしたがい、前記対象物の形状を計測部が計測する第１計測工程と、
前記第１計測工程で得られた前記対象物の形状情報に基づき、前記計測部と前記対象物の表面との距離を所定範囲にする補正を前記軌道情報に対して行う補正工程と、
前記補正された軌道情報にしたがい、前記対象物の表面形状を計測部が計測する第２計測工程と、
を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

計測部と対象表面との間の距離を計測部の計測範囲内にすることが可能な計測装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係る計測装置の構成を説明するブロック図。

【図2】軌道情報を補正する補正処理について説明する図。

【図3】計測装置全体の処理の流れを説明するフローチャートを示す図。

【図4】第２実施形態に係る計測装置の構成を説明するブロック図。

【図5】対象物表面に沿った方向の未計測領域を例示する模式図。

【図6】計測装置全体の処理の流れを説明するフローチャートを示す図。

【図7】第３実施形態に係る計測装置の構成を説明するブロック図。

【図8】拡大された計測範囲について説明する模式図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。

【0011】

（第１実施形態）
本実施形態に係る計測装置は、軌道情報に基づき計測部が計測した対象物の表面形状情報を用いて、この軌道情報を補正することで、計測部と対象物表面との間の距離が計測部の計測範囲内となるようにしたものである。より詳しくを、以下に説明する。

【0012】

（構成）
図１に基づいて第１実施形態に係る計測装置１の構成を説明する。図１は、第１実施形態に係る計測装置１の構成を説明するブロック図である。この図１に示すように、この計測装置１は、計測対象の対象物における表面形状を計測するために用いられる。すなわち、この計測装置１は、スキャン部１００と、記録部２００と、制御部３００と、形状データ合成部４００と、補正部５００と、を備えて構成されている。

【0013】

スキャン部１００は、計測対象の対象物２における表面形状を計測する。すなわち、このスキャン部１００は、計測部１２０と、駆動部１４０とを備えて構成されている。この計測部１２０は、対象物表面の形状を計測するものであって、第１計測部１２２と、第２計測部１２４と、を備え、計測ヘッドとして構成されている。この計測ヘッド、すなわち計測部１２０は、スキャン部１００が有する支持部に計測ヘッド固定具で固定されている。

【0014】

第１計測部１２２は、対象物表面の形状を計測するために用いられ、被写界深度に対応する第１の計測範囲を有する。この第１計測部１２２は、対象物表面の凹凸形状情報を示す要素形状データを時系列に取得する。すなわち、この要素形状データは、対象物表面領域の中の一部である矩形内、或いは線状の領域内の形状データである。例えばこの第１計測部１２２は、レーザ照射部と、カメラと、を備えて構成され、これらの要素形状データを取得する。このレーザ照射部が線状模様に照射する照射光（レーザ光等）をカメラで撮像し、三角測量の原理で対象物表面の凹凸形状情報を取得する。つまり、所謂光切断法を用いた撮像方法で凹凸形状情報を取得する。この場合、この要素形状データは、第１計測部１２２の計測点から対象物までの距離、すなわち奥行き方向の距離に基づいて生成される。ここでの奥行き方向は、被写界深度の方向に対応しており、計測部１２０が計測に用いる照射光を照射している方向である。なお、第１計測部１２２は、２台以上のカメラで構成し、ステレオ視により凹凸形状情報を要素形状データとして取得してもよい。或いは、レーザスキャナ等の取得方法を用いる構成にし、凹凸形状情報を取得してもよい。

【0015】

第２計測部１２４は、対象物表面の形状を計測するために用いられ、第１計測部１２２の解像度よりも高い解像度を有し、且つ第１の計測範囲も狭い第２の計測範囲を有する。この第２計測部１２４は、例えば光学系を介して対象物表面を撮像するカメラである。この場合、この光学系を介して撮像するカメラの被写界深度が第２の計測範囲に対応する。なお、第２計測部１２４も第１計測部１２２と同等に構成してもよい。すなわち、レーザ照射部と、カメラと、を備えて構成してもよく、２台以上のカメラで構成し、ステレオ視により凹凸形状情報を取得してもよい。或いは、レーザスキャナ等の取得方法を用いる構成にし、凹凸形状情報を取得してもよい。

【0016】

ここでは、第２計測部１２４を検査用の形状情報を取得するために用い、第１計測部１２２を第２計測部１２４の計測時におけるより正確な軌道情報を得るために用いることとする。なお、計測部は、単一の光学系、すなわち第１計測部１２２、及び第２計測部１２４のいずれか一方だけで構成してもよい。この場合、軌道情報を得るための形状計測も、検査用の形状計測も単一の光学系を用いて行う。

【0017】

駆動部１４０は、計測部１２０を支持する支持部を移動させる駆動を行うと共に、計測部１２０を対象物２の表面に正対する向きに回転させる駆動を行う。また、この駆動部１４０は、第１記憶部１４２を備えて構成されている。この第１記憶部１４２は、計測装置１が有する座標系の原点からの計測部１２０の移動量と、この座標系に対する計測部１２０の回転量とを、計測部１２０で計測された要素形状データに関連づけて記憶する。ここでの位置座標を示す座標系は、３次元空間の直交座標系であり、平面座標を示すＸ軸、及びＹ軸と、ＸＹ平面に対して直交するＺ軸で構成されている。すなわち、この座標系では（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の位置座標で空間内の位置があらわされる。

【0018】

さらにまた、対象物２もスキャン固定具で固定されており、対象物２と計測部１２０との位置関係が計測中も維持されている。例えばこのスキャン固定具は、計測装置１が有する座標系の原点からのスキャン固定具の位置座標を出力する。また、このスキャン固定具は、対象物２を予め定められた向きと姿勢に固定する。このため、対象物２の３次元形状データが予め取得されている場合、対象物２の３次元形状データの各座標を、計測装置１が有する座標系の位置座標に変換することが可能である。

【0019】

記録部２００は、計測部１２０を移動させるために用いる軌道情報を記録する。この軌道情報は、例えば計測部１２０を移動させる際に経由させる複数の経由点の位置座標である。これらの経由点は、対象物２の表面形状の情報を用いて設定される。

【0020】

制御部３００は、記録部２００に記録される軌道情報に基づき、計測部１２０を座標空間内で連続的に移動させるための軌道経路を生成し、この軌道経路にしたがって、計測部１２０を移動させる制御及び回転させる制御を駆動部１４０に対して行う。すなわち、この制御部３００は、演算部３０２と、第２記憶部３０４とを備えて構成されている。この演算部３０２は、軌道経路を生成する演算を行うとともに、軌道生成に必要となる情報も演算する。第２記憶部３０４は、制御部３００が実行する制御プログラムを格納したり、制御部３００によるプログラム実行時の作業領域を提供したりする。

【0021】

記録部２００に記録される経由点の初期座標は、対象物２の初期形状データに基づき、演算部３０２により演算され、設定される。この初期形状データとして、対象物２の設計データに基づく形状データ、対象物２を使用する前に計測された対象物２の形状データ、対象物２と同形状の物体から取得した形状データ、及び前回の検査時に取得した対象物２の形状データのなかのいずれかを用いることが可能である。すなわち、演算部３０２は、スキャン固定具が出力する情報に基づき、座標空間内に位置する対象物２と一致するように、初期形状データを設定し、この初期形状データの表面座標から一定の距離に位置する複数の座標を、経由点の初期座標として記録部２００に設定する。この場合、前述のように、スキャン固定具が出力する位置座標を用いて、対象物２の初期形状データの各座標を、計測装置１が有する座標系の位置座標に変換することが可能である。

【0022】

形状データ合成部４００は、第１記憶部１４２に記憶される計測部１２０の位置座標及び回転量を用いて、計測部１２０で得られた複数の要素形状データを、対象物表面の３次元形状データとして合成する。この対象物表面の３次元形状データは、対象物２が使用された後における対象物表面の３次元形状データであり、計測装置１の座標系で扱うことが可能である。なお、本実施形態では、形状データ合成部４００が合成部に対応する。

【0023】

補正部５００は、記録部２００に記録された軌道情報を補正する。すなわち、形状データ合成部４００で合成された３次元形状データの表面における位置座標を用いて、計測時に移動する計測部１２０と対象物２の表面との距離を、計測部１２０の計測範囲内にする補正を、記録部２００に記録された軌道情報に対して行う。この補正部５００は、奥行き計測範囲外判別部５０２と、経由点追加部５０４と、計測軌道補正部５０６とを備えて構成されている。

【0024】

奥行き計測範囲外判別部５０２は、経由点の初期座標に基づく軌道経路に従って、第２計測部１２４を用いて対象物２の表面の形状を計測させる場合に、奥行き方向に計測されない未計測領域を判別する。すなわち、この軌道経路に沿って第２計測範囲を設定し、第２計測範囲外に位置する対象物表面の３次元形状データの領域を未計測領域として判別する。この対象物表面の３次元形状データは、対象物２が使用された後のデータであり、形状データ合成部４００で合成されたデータである。この未計測領域は、摩耗や変形が生じた対象物２の表面領域に対応し、初期形状データにおける対象物表面の３次元形状から形状が変化などした領域である。なお、本実施形態では、奥行き計測範囲外判別部５０２が第１判別部に対応する。

【0025】

経由点追加部５０４は、奥行き計測範囲外判別部５０２で判別した未計測領域を計測するために追加する経由点の位置座標を得る。なお、本実施形態では、経由点追加部５０４が第１取得部に対応する。

【0026】

計測軌道補正部５０６は、記録部２００に記録された経由点の位置座標の情報を補正する。ここでは、経由点追加部５０４で得られた経由点の位置座標を記録部２００に追加する補正を行う。

【0027】

（作用）
図１を参照にしつつ、図２に基づいて、軌道情報を補正する補正処理について説明する。図２は、軌道情報を補正する補正処理について説明する図である。ここでは、軌道経路から第１計測部１２２が計測した計測結果を用いて経由点を追加する例を説明する。この軌道経路は、対象物２の設計データに基づいて得られた経由点の初期座標を用いて演算部３０２で生成された軌道経路である。

【0028】

この図２に示すように、横軸は、計測装置１が有する座標系のＸ軸を示し、縦軸は、計測装置１が有する座標系のＹ軸を示している。Ａで示す実線が設計データに基づく初期形状データの表面領域の一断面を示している。つまり、実線Ａは、対象物２が使用される前の状態における表面形状に対応している。

【0029】

Ｂで示す丸印のそれぞれは、経由点の座標初期値の例であり、軌道情報として記録部２００に記録されている。経由点の座標初期値は、実線Ａから第２計測範囲に基づく所定距離にある位置、すなわち第２計測範囲内、に設定されている。

【0030】

Ｂで示す破線は、制御部３００が経由点の座標初期値に基づき生成した軌道経路の例である。制御部３００は、この軌道経路に従い計測部１２０を移動させる移動駆動と、対象物表面に正対させる回転駆動とを、駆動部１４０に対して行う。ここでの破線Ｂは、実線Ａとほぼ平行であり、第１計測部１２２は、実線Ａとほぼ平行な軌道経路に従い移動し、対象物表面を正対する方向から計測する。

【0031】

破線Ｃの両端を実線Ａに重ねて延長した線が、形状データ合成部４００が合成した対象物表面の３次元形状データの一断面を示している。すなわち、破線Ｂで示す軌道経路にしたがって第１計測部１２２が計測した計測結果に基づいて、形状データ合成部４００により合成された対象物表面の３次元形状データの一断面を示している。この破線Ｃで示される領域が、対象物２の使用により生じた摩耗や変形の領域に対応する。第１計測部１２２の第１計測範囲は、第２計測範囲よりも広いため、形状変形が生じている領域の要素形状データも得ることができるのである。

【0032】

奥行き計測範囲外判別部５０２は、破線Ｂで示す軌道経路に従って第２計測部１２４で対象物の表面の形状を計測する場合に、奥行き方向に計測されない未計測領域を上述の対象物表面の３次元形状データの中から判別する。すなわち、実破線Ｂに沿って設定された第２計測範囲内に、合成された対象物表面の３次元形状データが、含まれるかが判別される。ここでは、破線Ｃが変形した領域を示しており、破線Ｂに沿って設定された第２計測範囲内に含まれないため、破線Ｃの一部が未計測領域として判別されている。

【0033】

このため、経由点追加部５０４は、この未計測領域に対して、Ｄで示す経由点を追加する。すなわち、経由点追加部５０４は、破線Ｃの未計測領域中で、破線Ｂで示される軌道経路から最も遠い座標が、第２計測部１２４の第２計測範囲内に含まれるように経由点Ｄを追加する。そして、計測軌道補正部５０６は、記録部２００に記録された位置座標の情報に、経由点追加部５０４で得られた位置座標を追加する補正を行う。

【0034】

以上が、軌道情報を補正する補正処理についての説明であるが、次に、図３に基づいて計測装置１全体の処理の流れを説明する。

【0035】

図３は、計測装置１全体の処理の流れを説明するフローチャートを示す図である。この図３に示すように、まず、計測対象の対象物が設置され、計測装置１のスキャン固定具で固定される（ステップＳ３０２）。

【0036】

次に、スキャン部１００の支持部に固定された計測ヘッド、すなわち計測部１２０が有する第１計測部１２２が、対象物表面における矩形もしくは線状領域内の要素形状データを複数取得する（ステップＳ３０４）。すなわち、この第１計測部１２２は、対象物表面の凹凸形状情報を示す要素形状データを、移動にしたがって時系列に取得する。続いて、形状データ合成部４００は、記憶部に記憶される計測部１２０の位置座標及び回転量を用いて、第１計測部１２２で得られた要素形状データを、対象物表面の３次元形状データとして合成する。続いて、この３次元形状データは、計測装置１の座標系に座標変換される。

【0037】

次に、奥行き計測範囲外判別部５０２は、奥行き方向に計測されない未計測領域を上述の対象物表面の３次元形状データの中から判別する（ステップＳ３０６）。すなわち、この奥行き計測範囲外判別部５０２は、初期値の経由点に基づく軌道経路に沿って第２計測部１２４の第２計測範囲を設定する。続いて、設定された第２計測範囲外に位置する対象物表面の３次元形状データを未計測領域として判別する。

【0038】

次に、経由点追加部５０４は、奥行き計測範囲外判別部５０２にて判別した未計測領域の中で、軌道経路から最も距離の遠い座標を計算し（ステップＳ３０８）、第２計測範囲の中心部に位置する経由点を追加する（ステップＳ３１０）。すなわち、経由点追加部５０４は、未計測領域の中から、初期値の経由点に基づく軌道経路から最も距離の遠い座標を取得する。続いて、この座標が第２の計測範囲の中心に位置するように経由点を追加し、この追加した経由点の位置座標を得るのである。続いて、計測軌道補正部５０６は、記録部２００に経由点追加部５０４で得られた位置座標を追加する補正を行う。これにより、補正後の軌道情報が生成される。

【0039】

次に、奥行き計測範囲外判別部５０２は、新たに追加された経由点を加えた場合に、未計測領域が存在するか判別する（ステップＳ３１２）。すなわち、新たに追加された経由点を加えた経由点に基づく補正後の軌道経路に沿って第２計測部１２４の第２計測範囲を再度設定する。続いて、設定された第２計測範囲外に位置する対象物表面の３次元形状データ、すなわち未計測領域が存在するかを判別する。

【0040】

未計測領域が存在する場合（ステップＳ３１２：ＹＥＳ）、ステップＳ３６に戻る。一方で、未計測領域が存在しない場合（ステップＳ３１２：ＮＯ）、制御部３００は、記録部２００に記録される経由点の統合処理を行う（ステップＳ３１４）。すなわち、制御部３００は、記録部２００に記録される経由点に基づく新たな軌道経路を生成する。次に、制御部３００が生成した軌道経路にしたがって、第２計測部１２４を移動させ、より高解像度な計測データを取得させ（ステップＳ３１６）、計測装置１の全体処理を終了する。

【0041】

このように、計測部１２０の計測範囲が狭い場合でも、計測部１２０と対象物表面との間の距離を計測部１２０の計測範囲内に維持するので、解像度のより高い対象物表面の形状データを得ることが可能となり、き裂の検出率が向上する。

【0042】

（効果）
以上のように、本実施形態に係る計測装置１によれば、計測部１２０が計測した対象物２の表面形状情報を用いて、補正部５００が軌道情報を補正することとした。このため、計測部１２０と対象物表面との間の距離を計測部１２０の計測範囲内に維持することができる。

【0043】

（第２実施形態）
上述した第１実施形態においては、奥行き計測範囲外判別部５０２において、奥行き方向の未計測領域が判別された場合、経由点追加部５０４が奥行き方向に経由点を追加していたが、第２実施形態においては、対象物表面に沿った方向の未計測領域、及び重複領域を判別し、未計測領域、及び重複領域を無くすように経由点の間隔を変更、或いは新たな経由点を付加するようにしている。以下、上述した第１実施形態と異なる部分を説明する。

【0044】

（構成）
図４に基づいて第２実施形態に係る計測装置１の構成を説明する。図４は、第２実施形態に係る計測装置１の構成を説明するブロック図である。この計測装置１は、この図４に示すように、補正部５００が、計測領域判別部５０８と、経由点間隔変更部５１０と、傾き補正部５１２とを、更に有することで第１実施形態に係る計測装置１と相違する。

【0045】

計測領域判別部５０８は、形状データ合成部４００で合成した対象物表面の３次元データにおいて、未計測領域、及び計測領域が重複する重複計測領域が存在するかを判別する。奥行き計測範囲外判別部５０２が奥行き方向の未計測領域を判別していたのに対して、計測領域判別は、対象物表面に沿った方向の未計測領域を判別することで相違する。なお、本実施形態では、計測領域判別部５０８が第２判別部に対応する。

【0046】

経由点間隔変更部５１０は、未計測領域、及び重複領域を無くすように経由点の間隔を変更、或いは新たな経由点を付加するための情報を取得する。なお、本実施形態では、経由点間隔変更部５１０が第２取得部に対応する。

【0047】

傾き補正部５１２は、軌道経路上を移動する計測部１２０が対象物表面と正対するように軌道情報を補正する。すなわち、傾き補正部５１２は、軌道経路にしたがって計測部１２０を移動させる場合に、形状データ合成部４００が合成した対象物表面の３次元形状データと正対するように記録部２００に記録される軌道情報を変更させる。

【0048】

（作用）
まず、図５に基づいて計測領域判別部５０８における未計測領域、及び重複計測領域の判別動作について説明する。図５は、対象物表面に沿った方向の未計測領域を例示する模式図である。この図５に示すように、経由点１１，１２，１３は計測部１２０が移動する軌道経路１を生成するために用いられる経由点である。また、経由点２１，２２，２３は計測部１２０が移動する軌道経路２を生成するために用いられる経由点である。この軌道経路１を１番として表記し、隣接する軌道経路２を２番と表記する。

【0049】

さらにまた、経由点から隣接する経由点の間を移動する間に、計測部１２０が計測する領域を抽出領域とする。この図５に示す例では、経由点１１から隣接する経由点１２の間を移動する間に、計測部１２０が計測する領域を抽出領域１１−１２とする。すなわち、この抽出領域１１−１２は、経由点１１の検査領域の最外殻の座標値と経由点１２の検査領域の最外殻の座標値を頂点とした多角形領域である。同様に、経由点１２から隣接する経由点１３の間を移動する間に、計測部１２０が計測する計測領域を抽出領域１２−１３とする。同様に軌道経路２に関しても経由点間の領域を、抽出領域２１−２２、及び抽出領域２２−２３とする。

【0050】

ここでの未計測領域は、抽出領域１１−１２、抽出領域１２−１３、抽出領域２１−２２、及び抽出領域２２−２３のいずれにも属さない領域である。一方で、重複領域は、抽出領域１１−１２、抽出領域１２−１３、抽出領域２１−２２、及び抽出領域２２−２３の中の複数の領域に含まれる領域である。このような、未計測領域、及び重複領域のいずれかは、計測軌道補正部５０６で行った補正に応じて、例えば奥行き方向に軌道経路が変更されることで生じる場合がある。すなわち、軌道経路が変更されているので計測部５０６の計測範囲が変更され、未計測領域、及び重複領域のいずれかが生じる場合がある。

【0051】

計測領域判別部５０８は、計測軌道補正部５０６で補正した軌道情報で定まる計測範囲を、対象物表面の３次元形状データに投影、すなわち同一の座標系で扱うための座標変換処理を行う。図５に示す例では、抽出領域１１−１２、抽出領域１２−１３、抽出領域２１−２２、及び抽出領域２２−２３と対象物表面の３次元形状データとを座標系統合する。この座標系統合では、まず、計測範囲を示す３次元データ及び対象物表面の３次元形状データが一致する領域内の３次元座標点を対応点として、最低３点以上選定する。続いて、これらの選定された３次元座標点の対応点間の差異を座標系統合誤差として演算する。続いて、３次元座標系の各軸の平行移動量と回転量を座標系統合誤差が最小となるように最小二乗法等を用いて求める。そして、得られた平行移動量と回転量を用いて、双方いずれかにおける３次元データのすべての３次元座標を座標変換する。これにより、計測範囲を示す３次元データ及び対象物表面の３次元形状データを同一の座標系で扱うことが可能になる。なお、軌道情報で定まる計測範囲を示す３次元データと、対象物表面の３次元形状データとが同一座標系に存在する場合、基準となる座標原点が一致しているため、双方の３次元座標にたいしては座標変換を行なわずに処理を進める。

【0052】

次に、計測領域判別部５０８は、３次元形状データに対してラベリング処理を行う。これにより、未計測領域、及び重複計測領域のうちの少なくとも一方が存在するか判別する。この処理では、まず、それぞれの抽出領域内における対象物表面の３次元形状データの座標に、抽出領域に対応するラベル番号（識別番号）を付与する。この場合、ラベル番号が付与されなかった領域を未計測領域として判別する。一方で、複数のラベル番号が付与された領域を重複計測領域と判別する。

【0053】

次に、抽出領域１１−１２と抽出領域２１−２２とについての判別処理を説明する。上述のラベリング処理を行う場合、抽出対象とする３次元座標は、抽出領域１１−１２、及び抽出領域２１−２２それぞれの領域内の３次元座標である。これら多角形領域内の３次元座標の各点について、まずラベル番号０を付与する。続いて、抽出領域１１−１２内に存在する３次元座標には、ラベル番号１を付与し、抽出領域２１−２２内に存在する３次元座標には、ラベル番号２を付与する。ここで、抽出領域２１−２２を付与する際に、すでにラベル番号１が付与されていた場合には、重複計測領域と判別され、ラベル番号３を付与する。この処理を多角形領域の３次元座標の全点に対して実施した結果、ラベル番号０となっている３次元座標点が未計測領域と判別される。

【0054】

次に、経由点間隔変更部５１０の処理動作を説明する。経由点間隔変更部５１０の処理動作は、未計測領域に対する処理動作と、重複計測領域に対する処理動作とで処理が異なる。まず、未計測領域に対する処理動作について説明する。ここでは、前述の軌道経路１に対して、軌道経路２の間に未計測領域が存在した場合について説明する。この場合、軌道経路２を軌道経路１に近づけ未計測領域を消去する方法１（軌道情報生成の最適化方法１）と、軌道経路１と軌道経路２の間に等間隔となるように新規の軌道経路を設け未計測領域を消去する方法２（軌道情報生成の最適化方法２）とがある。いずれの方法の場合も、まず、未計測領域の寸法値、すなわち幅や高さ（長さ）を演算処理する。

【0055】

方法１では、軌道経路１の経由点１２と軌道経路２の経由点２２を結ぶ線分の長さとその線分上に存在する未計測領域の長さを求める。続いて、経由点２２の位置を経由点２２から経由点１２に向かうベクトルに沿って、経由点２２をベクトル方向に、未計測領域の長さ分移動した点を新規経由点２１として設定する。このように、ベクトル方向に沿って未計測領域の長さ分経由点２２を移動させるので、抽出領域１１−１２と抽出領域２１−２２とは接することになる。これにより、未計測領域が消去される。

【0056】

経由点間隔変更部５１０は、このベクトルの向きと長さを、経由点の位置座標の変更量として、計測軌道補正部５０６に出力する。同様にして、その他の経由点についても移動することで、未計測領域が消去された状態を生成する。

【0057】

一方、方法２では、軌道経路１の経由点１１と軌道経路２の経由点２１を結んだ線分の中点に新たに軌道経路３として、経由点３１を設定する。同様にして、軌道経路３上に複数の経由点を設定することで、未計測領域を消去するのである。経由点間隔変更部５１０は、新たに設定した経由点の位置座標を計測軌道補正部５０６に出力する。

【0058】

次に、重複計測領域に対する処理動作の場合、重複計測領域の寸法値すなわち幅や高さ（長さ）を演算処理する。重複計測領域を消去する方法３（軌道情報生成の最適化方法３）は、軌道経路１の経由点１１と軌道経路２の経由点２１を結ぶ線分の長さとその線分上に存在する重複計測領域の長さを求める。経由点２１の位置を、経由点１１から経由点２１に向かう延長線方向のベクトルに沿って、長さ分移動させた点を新規経由点２１として設定する。経由点間隔変更部５１０は、このベクトルの向きと長さを、経由点の位置座標の変更量として、計測軌道補正部５０６に出力する。同様にして、その他の経由点についても移動することで、重複計測領域を消去するのである。計測軌道補正部５０６は、記録部２００に記録された位置座標の情報を、経由点間隔変更部５１０から入力された経由点の位置座標の変更量、或いは追加した経由点の位置座標に基づき補正する。

【0059】

なお、この経由点間隔変更部５１０において候補点の位置が補正された軌道経路は、軌道経路に急激な変化を生む場合がある。そこで、制御部３００で生成する軌道経路の生成方法を選択できるように構成されている。すなわち、経由点間を線型的に結び軌道経路を生成する方法と、３次元スプライン補間により経由点間を平滑化した状態で軌道経路を生成する方法とが、任意に選択できるように構成されている。

【0060】

次に、傾き補正部５１２の処理動作を説明する。対象物表面の形状が急峻に変化する領域などにおいて、記録部２００に記録される軌道情報に基づき生成された軌道経路に沿って計測部１２０を対象物表面に正対させることができない領域が生じる場合がある。傾き補正部５１２は、このような領域を計測する場合にも計測部１２０が対象物表面に正対するように軌道情報を変更させる。すなわち、傾き補正部５１２は、計測部１２０が軌道経路に沿って対象物表面に正対させる場合に、正対が困難である領域と計測対象表面に対する計測部の傾きを求める。この角度は角度補正前の軌道情報により得られた量であり、傾き補正部５１２は、計測部１２０をこの角度と逆側に傾けるように経由点を移動させ、補正された軌道情報を生成する。この場合、補正された計測軌道と対象物表面との距離は計測範囲内に維持される。これにより、計測範囲内の軌道経路でかつ、対象物２と正対した状態で計測可能な軌道情報が生成される。このため、解像度のより高い要素形状データが取得され、き裂の検出率を向上させることが可能である。

【0061】

次に、図６に基づいて第２実施形態に係る計測装置１全体の処理の流れを説明する。図６は、第２実施形態に係る計測装置１全体の処理の流れを説明するフローチャートを示す図である。なお、図３で説明した第１実施形態に係る計測装置１全体の処理の流れと同等の処理には同一の番号を付して説明を省略する。

【0062】

まず、ステップＳ３０２〜Ｓ３１２の処理を行う。次に、計測領域判別部５０８は、形状データ合成部４００で合成した対象物表面の３次元データの検査領域において、未計測領域、及び計測領域が重複する重複計測領域が存在するか判別する（ステップＳ６０２）。次に、経由点間隔変更部５１０は、計測領域判別部５０８で未計測領域、及び重複計測領域のいずれかが存在すると判別された場合、判別された未計測領域、及び重複領域を無くすように経由点の間隔を変更、或いは新たな経由点を付加する（ステップＳ６０４）。

【0063】

次に、傾き補正部５１２は、軌道経路上を移動する計測部１２０が対象物表面と正対するように軌道情報を補正する（ステップＳ６０６）。このように、計測領域判別部５０８が、未計測領域、及び計測領域が重複する重複計測領域が存在するか判別し、経由点間隔変更部５１０は、判別された未計測領域、及び重複領域を無くすように経由点の間隔を変更、或いは新たな経由点を付加する。そして、傾き補正部５１２は、計測部１２０が対象物表面に正対するように軌道情報を補正し、ステップＳ３１４〜Ｓ３１６の処理を行い、全体処理を終了する。

【0064】

（効果）
以上のように、本実施形態に係る計測装置１によれば、計測領域判別部５０８が、未計測領域、及び計測領域が重複する重複計測領域のいずれかが存在すると判別された場合には、経由点間隔変更部５１０は、判別された未計測領域、及び重複領域を無くすように経由点の間隔を変更、或いは新たな経由点を付加することとした。これにより、未計測領域を無くし、対象物表面の全体をもれなく計測ができる。また、重複領域を無くすことで、対象物表面の計測をより効率的に行うことができる。さらにまた、傾き補正部５１２が、対象物表面と計測部１２０が正対するように軌道情報を補正するので、解像度のより高い要素形状データが取得され、き裂の検出率を向上させることができる。

【0065】

（第３実施形態）
上述した奥行き計測範囲外判別部５０２において、奥行き方向の未計測領域が判別された場合、経由点追加部５０４が奥行き方向に経由点を追加していたが、第３実施形態においては、複数回の測定を奥行き方向の深度を変えて行い、奥行き方向の計測範囲を拡大させる処理を行うようにしている。以下、上述した第２実施形態と異なる部分を説明する。

【0066】

（構成）
図７に基づいて第４実施形態に係る計測装置１の構成を説明する。図７は、第３実施形態に係る計測装置１の構成を説明するブロック図である。この図７に示すように、第３実施形態に係る計測装置１は、計測範囲拡大取得部６００と、時系列スキャンデータ統合部６０２と、を更に備えることで第２実施形態に係る計測装置１と相違する。

【0067】

計測範囲拡大取得部６００は、奥行き方向の計測範囲を拡大させる処理を行う。すなわち、この計測範囲拡大取得部６００は、対象物表面の３次元形状データの中から奥行き方向の未計測領域が判別された場合に、奥行き方向に更に深い軌道経路を生成し、未計測領域を計測部１２０に計測させる。上述の経由点追加部５０４は、軌道の一部を奥行き方向の深い方向に移動させるための経由点を追加するのに対して、この計測範囲拡大取得部６００は、複数回の測定を奥行き方向の深度を変えて行い、奥行き方向の計測範囲を拡大させる処理を行うのである。なお、計測範囲拡大取得部６００の処理は、第１計測部１２２を用いた計測の際に行ってもよく、第２計測部１２４を用いた計測の際に行ってもよい。

【0068】

時系列スキャンデータ統合部６０２は、計測範囲拡大取得部６００で、奥行き方向の計測範囲を拡大させる処理を行った場合に、拡大された計測範囲から計測された形状データと、通常の計測範囲で取得された形状データとを統合する処理を行う。すなわち、スキャンデータ統合部は、深度を変えて計測され、形状データ合成部４００で合成された複数の形状データを統合する。補正部５００は、形状データ合成部４００で統合された対象物２の形状の情報に基づき、補正処理を行う。

【0069】

（作用）
次に、計測範囲拡大取得部６００の処理動作について説明する。計測範囲拡大取得部６００は、奥行き方向の計測範囲を拡大させる処理を行う。図７を参照にしつつ、図８に基づいて拡大された計測範囲について説明する。図８は、拡大された計測範囲について説明する模式図である。横軸は、計測部１２０が移動する方向の座標であり、縦軸は、奥行き方向の座標であり、下側が深度の深い方向である。この図８に示すように、初期の軌道経路１から計測範囲１内の領域が計測される。しかしながら、対象物２の変形が大きいため、計測範囲１内に入らない対象物２の表面領域が生じている。このため、計測範囲拡大取得部６００は、新たな軌道経路２を生成し、軌道経路２の計測範囲２内に未計測領域が入るように処理を行う。

【0070】

この処理において、まず、計測範囲拡大取得部６００は、軌道経路１からの計測で計測部１２０が取得した要素形状データの値に基づき未計測領域を判別する。すなわち、この計測部１２０は、計測範囲外の領域に対して計測不能値を要素形状データの値として出力する。そこで、計測範囲拡大取得部６００は、形状データ合成部４００で合成された対象物表面の３次元形状データの中から計測不能値を検索し、任意に設定した個数の計測不能値が連続した場合に、計測不能値が取得された領域を未計測領域として判別する。

【0071】

また、計測不能値が連続しなかった場合には、ノイズなどの計測誤差が生じたのか、計測不能な領域が存在するのかを判別する。この判別処理では、まず、対象物表面の３次元形状データにおいて、計測不能値が検出された座標を中心とする予め定められた区間内の座標値を用いて、分散値を求める。続いて、求めた分散値に基づき計測誤差を含む値か、計測不能領域であるか判別する。そして、この分散値が誤差範囲を示す閾値以上の場合に、未計測領域であると判別する。

【0072】

このような処理により、未計測領域が存在すると判別された場合、計測部１２０の計測範囲１の半分の距離を奥行き方向に移動させた軌道経路２を生成する。軌道経路２から計測部１２０に対象物２の形状データを更に取得させる。軌道経路２から取得した要素形状データを合成した３次元形状データにも未計領域が含まれる場合、さらに、計測部１２０の計測範囲２の半分の距離を奥行き方向に移動させた軌道経路を生成する。このようにして、本来取得すべき形状データが得られるまで、深度の深い方向に新たな軌道経路を生成する処理を繰り返し、奥行き方向の未計測領域が生じないようにするのである。

【0073】

次に、時系列スキャンデータ統合部６０２の統合処理について説明する。ここでは、深度を変えて２回計測された、２つの時系列に得られた形状データの統合処理について説明する。なお、各々取得される形状データは、線状データ、面データのいずれを用いる場合も同様に処理することが可能である。

【0074】

１回目の計測で得た時系列の形状データは、計測不能値か計測誤差を含む値もしくは、双方を含む値である。このため、形状データ合成部４００で合成された対象物表面の３次元形状データの中から、計測不能値もしくは計測誤差を含む値を除去する除去処理を実施する。除去処理された３次元形状データに対して、２回目の形状データに基づき形状データ合成部４００で合成された対象物表面の３次元形状データは、計測範囲１を半分ずらしたデータである。このため、３次元形状データのそれぞれは、計測領域の半分が重なっており、一致もしくは近似した形状データがそれぞれに含まれる。

【0075】

そこで、１回目の計測に基づく３次元形状データの下側半分と、２回目の計測に基づく３次元形状データの上半分を形状比較することで、一致もしくは近似した形状領域を検出し、その平行移動量を算出する。つまり、１回目の３次元形状データの下側半分をテンプレートとして、２回目の３次元形状データに重ね合わせ、近接する計測点座標の差分の二乗和が最小となるよう上下方向に平行移動させ、最も重なる位置までの距離を平行移動量として算出する。ここでは、上下方向の二乗和に対して、最小値か判別するための閾値を設け、閾値以下であれば、一致したと判断し、その最小値となった位置に対応する平行移動量を統合処理に用いる。

【0076】

また、上下の平行移動では閾値以上の二乗和しか得られない場合には、左右方向を追加した平行移動を実施する。この場合も、近接する計測点座標の差分の二乗和が最小となる平行移動量を算出する。このようにして求めた平行移動量を用いて、１回目の形状データに対して、２回目の形状データを平行移動する座標変換を行いそれぞれの３次元形状データを統合処理する。なお、１回目と２回目の３次元形状データそれぞれの中で重複する計測値は２回目の形状データを優先選択する。この優先選択の方法は、任意に設定してもよい。このように、計測部１２０により取得される対象物２の形状変化が１回の軌道経路（スキャン）からの計測で取得可能な計測範囲を超えた場合にも、形状データの欠損のない対象物２の計測データを得られることが可能である。そして、補正部５００は、時系列スキャンデータ統合部６０２で統合された対象物２の形状の情報に基づき、補正処理を行う。すなわち、時系列スキャンデータ統合部６０２で統合された対象物２の形状の情報に基づき、計測部１２０の計測範囲に対象物表面が入る軌道経路を生成するように記録部２００に記録される軌道情報を補正する。すなわち、図７を参照して、時系列スキャンデータ統合部６０２で統合された対象物２の形状の情報に基づき、奥行き計測範囲外判別部５０２及び経由点追加部５０４の処理、計測領域判別部５０８及び経由点間隔変更部５１０の処理、傾き補正部５１２の処理の少なくともいずれかを行う。

【0077】

（効果）
以上のように、本実施形態に係る計測装置１によれば、計測範囲拡大取得部６００が奥行き方向の未計測領域を判別した場合には、奥行き方向に計測範囲をずらした軌道経路を生成し、この軌道経路にしたがい計測を計測部に再度行なわせることとした。このため、深度の深い新たな軌道経路にしたがった計測を行うことができ、奥行き方向の未計測領域が生じないようにできる。さらにまた、計測範囲が重なるように軌道経路を生成したので、時系列スキャンデータ統合部６０２は、異なる軌道経路から生成された３次元形状データをより精度よく統合することができる。

【0078】

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。

【符号の説明】

【0079】

１：計測装置、１２０：計測部、１２２：第１計測部、１２４：第２計測部、１４０：駆動部、２００：記録部、３００：制御部、４００：形状データ合成部、５００：補正部、５０２：奥行き計測範囲外判別部、５０４：経由点追加部、５０６：計測軌道補正部、５０８：計測領域判別部、５１０：経由点間隔変更部、５１２：傾き補正部、６００：計測範囲拡大取得部、６０２：時系列スキャンデータ統合部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】