特許 6774793 三次元測定装置

(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】6774793

(24)【登録日】2020年10月7日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】三次元測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 21/20 20060101AFI20201019BHJP

   G01B 11/25 20060101ALI20201019BHJP

   G06T 7/00 20170101ALI20201019BHJP

【ＦＩ】

   G01B21/20 C

   G01B11/25 H

   G06T7/00 300E

【請求項の数】10

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-126090(P2016-126090)

(22)【出願日】2016年6月24日

(65)【公開番号】特開2017-227611(P2017-227611A)

(43)【公開日】2017年12月28日

【審査請求日】2019年3月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000129253

【氏名又は名称】株式会社キーエンス

(74)【代理人】

【識別番号】100107847

【弁理士】

【氏名又は名称】大槻 聡

(72)【発明者】

【氏名】田淵 潤

(72)【発明者】

【氏名】藤原 政記

【審査官】 櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０１１８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２０１２／１４１２３５（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１８５１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１０９４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０５６２５５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０６Ｔ ７／００− ７／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

三次元空間における測定対象物について複数の測定点の位置情報を測定し、当該測定対象物の立体形状を表す点群を生成する形状測定手段と、
上記点群に基づいて、上記測定対象物の立体形状を表示する立体形状表示手段と、
上記立体形状表示手段により表示された上記立体形状に対する第１の位置の指定を受け付け、当該第１の位置の指定に基づいて、上記点群の中から第１の幾何要素を抽出するための第１の点群を選択し、上記立体形状表示手段により表示された上記立体形状に対する上記第１の位置とは異なる第２の位置の指定を受け付け、当該第２の位置の指定に基づいて、上記点群の中から第２の幾何要素を抽出するための第２の点群を選択する点群選択手段と、
上記点群選択手段により選択された上記第１の点群にフィッティングする上記第１の幾何要素を特定し、上記点群選択手段により選択された上記第２の点群にフィッティングする上記第２の幾何要素を特定する幾何要素抽出手段と、
上記第１の点群について、上記第１の幾何要素に対する第１の偏差を求め、上記第２の点群について、上記第２の幾何要素に対する第２の偏差を求める偏差算出手段とを備え、
上記立体形状表示手段は、上記第１の幾何要素に対する上記第１の偏差の分布及び上記第２の幾何要素に対する上記第２の偏差の分布を上記立体形状上に重畳して表示することを特徴とする三次元測定装置。

【請求項2】

上記第１の幾何要素を内包する偏差表示対象領域を指定する偏差表示対象領域指定手段を備え、
上記立体形状表示手段は、上記偏差表示対象領域内の上記第１の点群について、上記第１の幾何要素に対する上記第１の偏差の分布を表示することを特徴とする請求項１に記載の三次元測定装置。

【請求項3】

上記第２の幾何要素を内包する偏差表示対象領域を指定する偏差表示対象領域指定手段を備え、
上記立体形状表示手段は、上記偏差表示対象領域内の上記第２の点群について、上記第２の幾何要素に対する上記第２の偏差の分布を表示することを特徴とする請求項２に記載の三次元測定装置。

【請求項4】

抽出対象の幾何要素について、基本形状の種別の指定を受け付ける形状種別指定手段をさらに備え、
上記基本形状が円筒、円錐又は球であり、
上記偏差算出手段は、円筒の側面、円錐の側面又は球の表面に対する法線方向の偏差を求めることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の三次元測定装置。

【請求項5】

上記立体形状表示手段は、上記第１の偏差に応じて異なる色を上記第１の点群に割り当てて上記第１の偏差の分布を表示することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の三次元測定装置。

【請求項6】

上記立体形状表示手段は、上記第２の偏差に応じて異なる色を上記第２の点群に割り当てて上記第２の偏差の分布を表示することを特徴とする請求項５に記載の三次元測定装置。

【請求項7】

三次元空間における多数の測定点の位置情報からなる三次元形状データを生成する形状データ生成手段と、
上記三次元形状データに基づいて、測定対象物の立体形状を表示する立体形状表示手段と、
抽出対象の幾何要素について、円筒、円錐又は球を含む基本形状の種別の指定を受け付ける形状種別指定手段と、
上記測定点からなる点群であって、上記幾何要素を抽出するための点群を選択する点群選択手段と、
上記点群にフィッティングさせた上記基本形状として、上記幾何要素を特定する幾何要素抽出手段と、
上記点群に含まれる上記測定点について、上記幾何要素に対する偏差を求める偏差算出手段とを備え、
上記立体形状表示手段は、上記幾何要素に対する上記偏差の分布を上記立体形状上に重畳して表示することを特徴とする三次元測定装置。

【請求項8】

上記幾何要素を内包する偏差表示対象領域を指定する偏差表示対象領域指定手段を備え、
上記立体形状表示手段は、上記偏差表示対象領域内の上記測定点について、上記幾何要素に対する上記偏差の分布を表示することを特徴とする請求項７に記載の三次元測定装置。

【請求項9】

上記基本形状が円筒、円錐又は球であり、
上記偏差算出手段は、円筒の側面、円錐の側面又は球の表面に対する法線方向の偏差を求めることを特徴とする請求項７又は８に記載の三次元測定装置。

【請求項10】

上記立体形状表示手段は、上記偏差に応じて異なる色を上記測定点に割り当てて上記偏差の分布を表示することを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載の三次元測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元測定装置に係り、さらに詳しくは、測定対象物の立体形状を表す点群から幾何要素を抽出して偏差の分布を表示する三次元測定装置の改良に関する。

【背景技術】

【0002】

三次元測定装置は、測定対象物の形状や寸法を三次元的に測定する測定器であり、三次元空間における多数の測定点の位置情報からなる三次元形状データを取得することができる。取得された三次元形状データは、例えば、多数の測定点が立体配置された立体形状として表示される。寸法測定では、複数の幾何要素を抽出することにより、幾何要素間の距離や角度が求められる。測定箇所の幾何要素は、基本形状の種別を指定し、複数の測定点からなる点群を選択することによって抽出することができる。

【0003】

また、点群に含まれる各測定点について、幾何要素に対する偏差を求め、幾何要素に対する偏差の分布を立体形状上に重畳して表示することにより、測定対象物の表面のうねりや測定点のばらつきを可視化することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した様な従来の三次元測定装置では、点群から抽出される幾何要素のうち、単一の幾何要素に対する偏差分布しか表示することができなかった。このため、立体形状上の複数の幾何要素について、うねり具合を比較することが困難であった。また、平面に対する偏差分布しか表示することができなかった。

【0005】

図１５は、従来の三次元測定装置の動作を示した図である。図中の（ａ）には、画面表示された測定対象物Ｗの立体形状が示されている。この測定対象物Ｗは、階段状の段差を有しており、下段の上面Ｓ_１と上段の上面Ｓ_２との２つの面について、うねり具合を調べる場合が考えられる。この場合、まず、表示中の立体形状上で点群を選択して幾何要素が抽出される。

【0006】

図中の（ｂ）には、下段の上面Ｓ_１を基準面として求められた偏差分布が示されている。上面Ｓ_１に対応する１つの幾何要素を基準面に指定し、この基準面に対する測定点の偏差が求められる。この様にして求められた偏差分布は、立体形状上に重畳して表示することができる。例えば、各測定点に対し、偏差に応じて異なる色が割り当てられる。図中の（ｃ）には、上段の上面Ｓ_２を基準面として求められた偏差分布が示されている。上面Ｓ_２に対応する幾何要素を基準面に指定すれば、この基準面に対する偏差分布が立体形状上に重畳して表示される。

【0007】

この様に従来の三次元測定装置では、１つの幾何要素しか偏差を求めるための基準面として指定することができなかった。また、図１５の（ｂ）に示すように、上面Ｓ_１よりも高い部位Ｄ_１は、色割り当ての上限偏差を上回り、単一の表示色（赤色）が割り当てられ、また、上面Ｓ_１よりも低い部位Ｄ_２は、色割り当ての下限偏差を下回り、単一の表示色（青色）が割り当てられている。この様な偏差分布の表示では、上面Ｓ_１以外の部位がべた塗りになることから、測定対象物Ｗの立体形状が確認できなくなってしまう。

【0008】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、複数の幾何要素に対する偏差の分布を立体形状上に重畳して表示することができる三次元測定装置を提供することを目的とする。特に、立体形状上の複数の幾何要素について、うねり具合を比較することができる三次元測定装置を提供することを目的とする。また、円筒、円錐又は球に対する偏差の分布を立体形状上に重畳して表示することができる三次元測定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】

【0009】

本発明の第１の態様による三次元測定装置は、三次元空間における複数の測定点の位置情報を測定し、測定対象物の立体形状を表す点群を生成する形状測定手段と、上記点群に基づいて、測定対象物の立体形状を表示する立体形状表示手段と、上記立体形状表示手段により表示された上記立体形状に対する位置の指定を受け付け、当該位置の指定に基づいて、幾何要素を抽出するための点群を選択する点群選択手段と、上記点群選択手段により選択された第１の点群にフィッティングする第１の幾何要素を特定し、上記点群選択手段により選択された第２の点群にフィッティングする第２の幾何要素を特定する幾何要素抽出手段と、上記第１の点群について、上記第１の幾何要素に対する第１の偏差を求め、上記第２の点群について、上記第２の幾何要素に対する第２の偏差を求める偏差算出手段とを備える。上記立体形状表示手段は、上記第１の幾何要素に対する上記第１の偏差の分布及び上記第２の幾何要素に対する上記第２の偏差の分布を上記立体形状上に重畳して表示する。

【0010】

この様な構成によれば、第１の幾何要素に対する第１の偏差の分布と第２の幾何要素に対する第２の偏差の分布とが立体形状上に重畳して表示されるため、立体形状上の複数の幾何要素について、うねり具合を比較することができる。

【0011】

本発明の第２の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記第１の幾何要素を内包する偏差表示対象領域を指定する偏差表示対象領域指定手段を備え、上記立体形状表示手段が、上記偏差表示対象領域内の上記第１の点群について、上記第１の幾何要素に対する上記第１の偏差の分布を表示するように構成される。

【0012】

この様な構成によれば、第１の偏差の表示対象が第１の幾何要素を内包する偏差表示対象領域内に制限されるため、第１の偏差を求めるための幾何要素とは異なる部位の立体形状が偏差分布の表示によって確認できなくなるのを防止することができる。

【0013】

本発明の第３の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記第２の幾何要素を内包する偏差表示対象領域を指定する偏差表示対象領域指定手段を備え、上記立体形状表示手段が、上記偏差表示対象領域内の上記第２の点群について、上記第２の幾何要素に対する上記第２の偏差の分布を表示するように構成される。

【0014】

この様な構成によれば、第２の偏差の表示対象が第２の幾何要素を内包する偏差表示対象領域内に制限されるため、第２の偏差を求めるための幾何要素とは異なる部位の立体形状が偏差分布の表示によって確認できなくなるのを防止することができる。

【0015】

本発明の第４の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、抽出対象の幾何要素について、基本形状の種別の指定を受け付ける形状種別指定手段をさらに備え、上記基本形状が円筒、円錐又は球であり、上記偏差算出手段が、円筒の側面、円錐の側面又は球の表面に対する法線方向の偏差を求めるように構成される。この様な構成によれば、点群から抽出される幾何要素が円筒、円錐又は球であっても、当該幾何要素に対する偏差分布を表示することができる。

【0016】

本発明の第５の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記立体形状表示手段が、上記第１の偏差に応じて異なる色を上記第１の点群に割り当てて上記第１の偏差の分布を表示するように構成される。この様な構成によれば、第１の幾何要素に対する第１の偏差の分布をカラーで表示することができる。

【0017】

本発明の第６の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記立体形状表示手段が、上記第２の偏差に応じて異なる色を上記第２の点群に割り当てて上記第２の偏差の分布を表示するように構成される。この様な構成によれば、第２の幾何要素に対する第２の偏差の分布をカラーで表示することができる。

【0018】

本発明の第７の態様による三次元測定装置は、三次元空間における多数の測定点の位置情報からなる三次元形状データを生成する形状データ生成手段と、上記三次元形状データに基づいて、測定対象物の立体形状を表示する立体形状表示手段と、抽出対象の幾何要素について、円筒、円錐又は球を含む基本形状の種別の指定を受け付ける形状種別指定手段と、上記測定点からなる点群であって、上記幾何要素を抽出するための点群を選択する点群選択手段と、上記点群にフィッティングさせた上記基本形状として、上記幾何要素を特定する幾何要素抽出手段と、上記点群に含まれる上記測定点について、上記幾何要素に対する偏差を求める偏差算出手段とを備える。上記立体形状表示手段は、上記幾何要素に対する上記偏差の分布を上記立体形状上に重畳して表示する。この様な構成によれば、円筒、円錐又は球を基本形状の種別として指定することにより、円筒、円錐又は球に対する偏差の分布を立体形状上に重畳して表示することができる。

【0019】

本発明の第８の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記幾何要素を内包する偏差表示対象領域を指定する偏差表示対象領域指定手段を備え、上記立体形状表示手段が、上記偏差表示対象領域内の上記測定点について、上記幾何要素に対する上記偏差の分布を表示するように構成される。この様な構成によれば、偏差分布の表示対象が幾何要素を内包する偏差表示対象領域内に制限されるため、偏差を求めるための幾何要素とは異なる部位の立体形状が偏差分布の表示によって確認できなくなるのを防止することができる。

【0020】

本発明の第９の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記基本形状が円筒、円錐又は球であり、上記偏差算出手段が、円筒の側面、円錐の側面又は球の表面に対する法線方向の偏差を求めるように構成される。この様な構成によれば、点群から抽出される幾何要素が円筒、円錐又は球であっても、当該幾何要素に対する偏差分布を表示することができる。

【0021】

本発明の第１０の態様による三次元測定装置は、上記構成に加え、上記立体形状表示手段が、上記偏差に応じて異なる色を上記測定点に割り当てて上記偏差の分布を表示するように構成される。この様な構成によれば、幾何要素に対する偏差の分布をカラーで表示することができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、複数の幾何要素に対する偏差の分布を立体形状上に重畳して表示することができる。特に、第１の幾何要素に対する第１の偏差の分布と第２の幾何要素に対する第２の偏差の分布とが立体形状上に重畳して表示されるため、立体形状上の複数の幾何要素について、うねり具合を比較することができる。また、円筒、円錐又は球を基本形状の種別として指定することにより、円筒、円錐又は球に対する偏差の分布を立体形状上に重畳して表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施の形態による三次元測定装置１の一構成例を示したシステム図である。

【図2】図１の測定部２の一構成例を模式的に示した説明図である。

【図3】三次元測定装置１における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。

【図4】図３のステップＳ１０１（投光照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。

【図5】図３のステップＳ１０２（テクスチャ照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。

【図6】図３のステップＳ１１３（データ解析）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。

【図7】図１の情報処理端末５内の機能構成の一例を示したブロック図である。

【図8】図７の情報処理端末５における偏差分布の表示時の動作の一例を示した図であり、偏差分布の表示対象を制限するための偏差表示対象領域Ｒ_１及びＲ_２が示されている。

【図9】図７の情報処理端末５における偏差分布の表示時の動作の一例を示した図であり、測定対象物Ｗの上面Ｓ_１及びＳ_２について偏差分布が示されている。

【図10】図７の情報処理端末５における偏差分布の表示時の動作の一例を示した図であり、円筒の側面Ｓ_３に対して指定された偏差表示対象領域Ｒ_３が示されている。

【図11】図７の情報処理端末５における偏差分布の表示時の動作の一例を示したフローチャートである。

【図12】図１１のステップＳ５０１（基準面の登録）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。

【図13】図１２のステップＳ６０２（点群の選択）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。

【図14】図１２のステップＳ６０３（幾何要素の抽出）について、詳細動作の一例を示したフローチャートである。

【図15】従来の三次元測定装置の動作を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

まず、本発明による三次元測定装置の概略構成について、図１〜図６を用いて以下に説明する。

【0025】

＜三次元測定装置１＞
図１は、本発明の実施の形態による三次元測定装置１の一構成例を示したシステム図である。この三次元測定装置１は、測定対象物Ｗの形状を光学的に測定する測定器であり、測定部２、コントローラ４及び情報処理端末５により構成される。

【0026】

＜測定部２＞
測定部２は、ステージ２１上の測定対象物Ｗに可視光からなる検出光を照射し、測定対象物Ｗにより反射された検出光を受光して撮影画像を生成するヘッドユニットであり、ステージ２１、回転駆動部２２、撮像部２３、投光部２４、テクスチャ照明出射部２５及び制御基板２６により構成される。この測定部２は、ステージ２１、撮像部２３、投光部２４及びテクスチャ照明出射部２５が一体型の筐体に搭載される。

【0027】

ステージ２１は、測定対象物Ｗを載置するための水平かつ平坦な載置面を有する作業台である。このステージ２１は、円板状のステージプレート２１１と、ステージプレート２１１を支持するステージベース２１２とにより構成される。

【0028】

ステージプレート２１１は、中央付近で折り曲げて固定することができ、測定対象物Ｗを撮像部２３に正対させるための傾斜台として機能させることができる。回転駆動部２２は、ステージ２１上の測定対象物Ｗに対する撮像アングルを調整するために、鉛直方向の回転軸を中心としてステージ２１を回転させる。

【0029】

撮像部２３は、ステージ２１上の測定対象物Ｗを撮影する固定倍率のカメラであり、受光レンズ２３１及び撮像素子２３２により構成される。撮像素子２３２は、受光レンズ２３１を介して測定対象物Ｗからの検出光を受光し、撮影画像を生成する。撮像素子２３２には、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices：電荷結合素子）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）などのイメージセンサが用いられる。この撮像素子２３２は、例えば、モノクロイメージセンサである。

【0030】

投光部２４は、ステージ２１上の測定対象物Ｗに検出光を照射する照明装置であり、投光用光源２４１、コレクタレンズ２４２、パターン生成ユニット２４３及び投光レンズ２４４により構成される。投光用光源２４１には、例えば、単色の検出光を生成するＬＥＤ（発光ダイオード）又はハロゲンランプが用いられる。色収差補正等が容易であることから、白色光源を用いる場合に比べ、単色の投光用光源２４１を用いる方が有利である。また、波長は短い方が三次元形状データの解像度を上げるのに有利であることから、青色の光源、例えば、青色ＬＥＤを投光用光源２４１として用いることが好ましい。ただし、撮像素子２３２が良好なＳ／Ｎで受光することができる波長が選択される。

【0031】

なお、単色の投光用光源２４１を使用する場合、撮像素子２３２がカラーイメージセンサであれば、ＲＧの受光素子が利用できないため、Ｂの受光素子のみの利用となり、利用できる画素数が減ることになる。従って、画素サイズや画素数をそろえた場合、撮像素子２３２には、モノクロイメージセンサを用いる方が有利である。

【0032】

投光用光源２４１から出射された検出光は、コレクタレンズ２４２を介してパターン生成ユニット２４３に入射する。そして、パターン生成ユニット２４３から出射された検出光は、投光レンズ２４４を介してステージ２１上の測定対象物Ｗに照射される。

【0033】

パターン生成ユニット２４３は、構造化照明用のパターン光を生成するための装置であり、均一な検出光と、二次元パターンからなる検出光とを切り替えることができる。パターン生成ユニット２４３には、例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）又は液晶パネルが用いられる。ＤＭＤは、多数の微小なミラーが２次元状に整列配置され、各ミラーの傾きを制御することにより、画素ごとに明状態と暗状態とを切り替えることができる表示素子である。

【0034】

三角測距の原理を利用して測定対象物Ｗの立体形状を測定するための構造化照明法には、正弦波位相シフト法、マルチスリット法、空間コード法等がある。正弦波位相シフト法は、測定対象物Ｗに正弦波状の縞パターンを投影し、正弦波の周期よりも短いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における位相値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。

【0035】

マルチスリット法は、測定対象物Ｗに細線状の縞パターンを投影し、縞と縞との間隔よりも狭いピッチで縞パターンを移動させるごとに撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素における最大輝度の撮影タイミングを求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。

【0036】

空間コード法は、測定対象物Ｗに対し、白黒のデューティ比が５０％であり、縞パターンの幅が異なる複数の縞パターンを順次に投影し、撮影画像を取得する照明法である。各撮影画像の輝度値から各画素におけるコード値を求めて高さ情報に変換することにより、三次元形状データが求められる。

【0037】

パターン生成ユニット２４３では、上述した縞パターンを二次元パターンとして生成することができる。この三次元測定装置１では、マルチスリット法と空間コード法とを組み合わせることにより、高分解能かつ高精度に三次元形状データが取得される。

【0038】

また、この三次元測定装置１では、撮像部２３を挟んで２つの投光部２４が左右対称に配置されている。各投光部２４の投光軸Ｊ２及びＪ３は、三角測距の原理を利用するために、撮像部２３の受光軸Ｊ１に対して傾斜している。この投光部２４では、投光用光源２４１、コレクタレンズ２４２及びパターン生成ユニット２４３の光軸に対し、投光レンズ２４４を受光軸Ｊ１側にオフセットさせることにより、投光軸Ｊ２及びＪ３を傾斜させている。この様な構成を採用することにより、投光部２４全体を傾斜させる場合に比べ、測定部２を小型化することができる。

【0039】

テクスチャ照明出射部２５は、測定対象物Ｗの色や模様を表面テクスチャ情報として検知するための可視光からなる均一な照明光をステージ２１上の測定対象物Ｗに向けて出射する。このテクスチャ照明出射部２５は、投光軸が撮像部２３の受光軸Ｊ１と略平行であり、撮像部２３の受光レンズ２３１を取り囲むように配置される。このため、投光部２４からの照明と比べて測定対象物Ｗ上での影ができにくく、撮影時の死角が少なくなる。

【0040】

制御基板２６は、回転駆動部２２を制御する制御回路、投光部２４の投光用光源２４１及びパターン生成ユニット２４３を駆動する駆動回路、撮像部２３の撮像素子２３２からの検出信号を処理する処理回路等が設けられた回路基板である。

【0041】

コントローラ４は、測定部２用の制御装置であり、テクスチャ照明用の照明光を生成するテクスチャ光源４１と、テクスチャ光源４１用の駆動回路等が設けられた制御基板４２と、測定部２内の各デバイスに電力を供給する電源４３とにより構成される。テクスチャ光源４１は、撮影画像からカラーのテクスチャ画像が得られるようにするために、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の照明光を順次に点灯する。撮像素子２３２がモノクロイメージセンサであることから、テクスチャ光源４１に白色光源を用いてテクスチャ情報を取得する場合、カラー情報を取得することができない。このため、テクスチャ光源４１ではＲＧＢを切り替えて照明している。

【0042】

なお、モノクロのテクスチャ画像で十分な場合は、テクスチャ光源４１に白色光源、例えば、白色ＬＥＤを用い、或いは、ＲＧＢの単色光を同時に照射する光源を用いても良い。また、測定精度の低下をある程度許容する場合には、撮像素子２３２にカラーイメージセンサを用いても良い。照明光は、ライトガイド３を介して測定部２のテクスチャ照明出射部２５に伝送される。制御基板４２及び電源４３は、測定部２の制御基板２６に接続されている。

【0043】

情報処理端末５は、測定部２を制御し、撮影画像の画面表示、寸法測定のための設定情報の登録、三次元形状データの生成、測定対象部Ｗの寸法算出等を行う端末装置であり、表示部５１、キーボード５２及びマウス５３が接続されている。表示部５１は、撮影画像や設定情報を画面に表示するモニタ装置である。キーボード５２及びマウス５３は、ユーザが操作入力を行う入力装置である。この情報処理端末は、例えば、パーソナルコンピュータであり、測定部２の制御基板２６に接続されている。

【0044】

図２は、図１の測定部２の一構成例を模式的に示した説明図である。この測定部２は、撮影倍率が互いに異なる２つの撮像部２３ａ及び２３ｂを備え、ステージ２１と撮像部２３ａ及び２３ｂとの相対的な位置関係が変化しないようにベース筐体２７に取り付けられている。このため、ステージ２１の回転角が互いに異なる複数の撮影画像の連結合成が容易である。

【0045】

撮像部２３ａは、低倍率の撮像部２３である。撮像部２３ｂは、撮像部２３ａよりも高倍率の撮像部２３である。撮像部２３ａ及び２３ｂは、測定対象物全体の三次元形状データが得られるようにするために、いずれもステージ２１に対して受光軸Ｊ１１及びＪ１２が傾斜するように配置されている。

【0046】

例えば、ステージ２１に対する受光軸Ｊ１１及びＪ１２の傾斜角は、４５°程度である。また、撮像部２３ｂは、焦点位置ＦＰがステージ２１の回転軸Ｊ４上において撮像部２３ａの焦点位置ＦＰよりも下側となるように、撮像部２３ａの下方に配置され、受光軸Ｊ１２は、受光軸Ｊ１１と略平行である。

【0047】

この様な構成を採用することにより、撮像部２３ａの測定可能領域Ｒ１と撮像部２３ｂの測定可能領域Ｒ２とをステージ２１上に適切に形成することができる。測定可能領域Ｒ１及びＲ２は、いずれもステージ２１の回転軸Ｊ４を中心とする円柱状の領域であり、測定可能領域Ｒ２は、測定可能領域Ｒ１内に形成される。

【0048】

図３のステップＳ１０１〜Ｓ１１３は、三次元測定装置１における寸法測定時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、三次元測定装置１は、ステージ２１上に載置された測定対象物Ｗを撮像部２３により撮影して撮影画像を表示部５１に表示し、投光照明の明るさ調整を行う（ステップＳ１０１）。この明るさ調整は、投光部２４から均一な検出光を照射し、或いは、パターン光を照射して行われる。

【0049】

次に、三次元測定装置１は、テクスチャ照明に切り替えて撮影画像を取得し、表示部５１に表示してテクスチャ照明の明るさ調整を行う（ステップＳ１０２）。この明るさ調整は、テクスチャ照明出射部２５からＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の照明光を順次に照射し、或いは、同時に照射して行われる。ステップＳ１０１とステップＳ１０２とは、順序を入れ替えても良い。

【0050】

三次元測定装置１は、照明条件が確定されるまで、ステップＳ１０１及びＳ１０２の処理手順を繰り返し、照明条件の確定後、ユーザにより測定開始が指示されれば（ステップＳ１０３）、投光部２４からパターン光を投影し（ステップＳ１０４）、パターン画像を取得する（ステップＳ１０５）。このパターン画像は、ステージ２１上の測定対象物Ｗが撮影された撮影画像である。パターン光の投影及び撮影画像の取得は、パターン生成ユニット２４３と撮像部２３とを同期させて行われる。

【0051】

次に、三次元測定装置１は、テクスチャ照明に切り替えてテクスチャ画像を取得する（ステップＳ１０６，Ｓ１０７）。このテクスチャ画像は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色の照明光を順次に照射させて取得された複数の撮影画像を合成することによって得られる。連結測定時には、ステージ２１を予め指定された複数の撮像アングルに順次に切り替えながら、ステップＳ１０４からステップＳ１０７までの処理手順が繰り返される（ステップＳ１０８）。

【0052】

次に、三次元測定装置１は、ステップＳ１０５において取得されたパターン画像を所定の計測アルゴリズムにより解析し、三次元形状データを生成する（ステップＳ１０９）。この三次元形状データの生成ステップでは、撮像アングルが異なる複数の撮影画像から求めた三次元形状データが必要に応じて合成される。そして、三次元測定装置１は、生成された三次元形状データにテクスチャ画像をマッピングし（ステップＳ１１０）、測定対象物Ｗの立体形状として表示部５１に表示する（ステップＳ１１１）。

【0053】

三次元測定装置１は、所望の測定箇所について、三次元形状データが得られるまで、撮像アングルや撮影条件等を変更しながらステップＳ１０１からステップＳ１１１までの処理手順を繰り返し（ステップＳ１１２）、所望のデータが得られ、ユーザによりデータ解析が指示されれば、寸法測定用のアプリケーションプログラムにより、三次元形状データのデータ解析を行い、測定対象物Ｗの寸法を算出する（ステップＳ１１３）。

【0054】

図４のステップＳ２０１〜Ｓ２１１は、図３のステップＳ１０１（投光照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置１の動作が示されている。まず、三次元測定装置１は、左側の投光部２４を点灯し（ステップＳ２０１）、ユーザによる明るさの調整を受け付ける（ステップＳ２０２）。

【0055】

次に、三次元測定装置１は、ユーザによる撮影倍率の選択を受け付け、撮影倍率が変更されれば、対応する撮像部２３に切り替える（ステップＳ２０３）。このとき、三次元測定装置１は、所望の測定箇所に照明が当たっていなければ、ユーザ操作に基づいてステージ２１を回転させることにより、測定対象物Ｗの位置及び姿勢の調整を行う（ステップＳ２０４，Ｓ２０５）。位置及び姿勢の調整は、左右の投光部２４を同時に点灯させて行っても良い。

【0056】

そして、三次元測定装置１は、測定箇所の明るさが適切でなければ、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける（ステップＳ２０６，Ｓ２０７）。三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップＳ２０３からステップＳ２０７までの処理手順を繰り返す（ステップＳ２０８）。

【0057】

次に、三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、右側の投光部２４に切り替えて（ステップＳ２０９）、ユーザによる明るさの調整を受け付ける（ステップＳ２１０）。三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップＳ２１０の処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件を設定情報として登録し、この処理を終了する（ステップＳ２１１）。

【0058】

図５のステップＳ３０１〜Ｓ３１３は、図３のステップＳ１０２（テクスチャ照明の明るさ調整）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置１の動作が示されている。まず、三次元測定装置１は、テクスチャ照明を点灯し（ステップＳ３０１）、ユーザによる明るさの調整を受け付ける（ステップＳ３０２）。三次元測定装置１は、測定箇所の明るさが適切でなければ（ステップＳ３０３）、ステップＳ３０２の処理手順を繰り返し、ユーザによる明るさの調整を再度受け付ける。

【0059】

次に、三次元測定装置１は、ユーザによるテクスチャ画像の画質の選択を受け付け（ステップＳ３０４）、通常画質が選択されれば、通常画質を指定し、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する（ステップＳ３１３）。

【0060】

一方、三次元測定装置１は、ユーザによりフルフォーカス画質が選択されれば、フルフォーカス画質を指定する（ステップＳ３０５，Ｓ３０６）。フルフォーカス画質は、深度合成処理により得られる画質であり、焦点位置を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、画像全体においてピントの合った画像が得られる。

【0061】

そして、三次元測定装置１は、ユーザによりＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）画質が選択されれば、ＨＤＲ画質を指定する（ステップＳ３０７，Ｓ３０８）。ＨＤＲ画質は、露光時間を異ならせながら取得された複数の撮影画像を合成することにより、ダイナミックレンジの広い画像が得られる。

【0062】

次に、三次元測定装置１は、ユーザによりテクスチャ画像の確認が指示されれば（ステップＳ３０９）、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件に基づいて、撮影画像を取得し（ステップＳ３１０）、テクスチャ画像を作成して表示部５１に表示する（ステップＳ３１１）。

【0063】

三次元測定装置１は、ユーザにより設定終了が指示されるまで、ステップＳ３０５からステップＳ３１１までの処理手順を繰り返し、ユーザにより設定終了が指示されれば、ユーザにより指定された照明条件及び撮影条件を設定情報として登録し、この処理を終了する（ステップＳ３１２）。

【0064】

図６のステップＳ４０１〜Ｓ４１３は、図３のステップＳ１１３（データ解析）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、三次元測定装置１の動作が示されている。まず、三次元測定装置１は、ユーザ操作に基づいて、三次元形状データを所定のデータ形式で読み込み、測定対象物Ｗの立体形状を表示部５１に表示する（ステップＳ４０１，Ｓ４０２）。

【0065】

次に、三次元測定装置１は、ノイズの除去、穴埋め、不要データの削除等の前処理を行い（ステップＳ４０３）、ユーザによる表示倍率及び姿勢の調整を受け付ける（ステップＳ４０４）。

【0066】

次に、三次元測定装置１は、表示中の立体形状上において、測定箇所の幾何要素を抽出するための点群の指定を受け付ける（ステップＳ４０５）。そして、三次元測定装置１は、幾何要素について、形状種別の指定を受け付ける（ステップＳ４０６）。形状種別には、点、線、円、面、球、円筒、円錐等がある。ステップＳ４０５とステップＳ４０６とは、順序を入れ替えても良い。

【0067】

三次元測定装置１は、全ての幾何要素について、点群及び形状種別の指定が完了するまで、ステップＳ４０５及びＳ４０６の処理手順を繰り返し（ステップＳ４０７）、点群及び形状種別の指定が完了すれば、ユーザによる幾何要素の選択を受け付ける（ステップＳ４０８）。そして、三次元測定装置１は、選択された幾何要素について、寸法種別の選択を受け付ける（ステップＳ４０９）。寸法種別には、距離、角度、幾何公差、直径等がある。ステップＳ４０８とステップＳ４０９とは、順序を入れ替えても良い。

【0068】

次に、三次元測定装置１は、選択された幾何要素について、点群に基本形状をフィッティングさせることによって幾何要素を特定し、幾何要素間の寸法値を算出する（ステップＳ４１０）。次に、三次元測定装置１は、寸法値を測定対象物Ｗの立体形状上の測定箇所に対応づけて表示する（ステップＳ４１１）。三次元測定装置１は、所望の測定箇所が他にもあれば、ステップＳ４０８からステップＳ４１１までの処理手順を繰り返し（ステップＳ４１２）、所望の測定箇所が他になければ、測定結果を出力してこの処理を終了する（ステップＳ４１３）。

【0069】

次に、本発明による三次元測定装置１のさらに詳細な構成について、図７〜図１４を用いて以下に説明する。

【0070】

＜情報処理端末５＞
図７は、図１の情報処理端末５内の機能構成の一例を示したブロック図である。この情報処理端末５は、形状測定部１０、形状データ記憶部１１、表示制御部１２、形状種別指定部１３、点群選択部１４、幾何要素抽出部１５、偏差算出部１６及び偏差表示対象領域指定部１７により構成される。

【0071】

形状測定部１０は、三次元空間における複数の測定点の位置情報を測定し、測定対象物Ｗの立体形状を表す点群を生成する。点群は、複数の測定点に対応する。形状測定部１０は、多数の測定点の位置情報からなる三次元形状データを点群として生成する形状データ生成手段である。生成された三次元形状データは、形状データ記憶部１１内に格納される。三次元形状データは、例えば、測定部２の撮像部２３から取得した撮影画像に基づいて作成される。

【0072】

表示制御部１２は、形状データ記憶部１１内の三次元形状データに基づいて、表示部５１を制御し、測定対象物Ｗの立体形状を表示する。例えば、多数の測定点が三次元的に配置されたオブジェクト体を所定の視点から眺めるように、立体形状が表示部５１の画面に表示される。画面内における立体形状（オブジェクト体）の位置、視点及び表示倍率は、任意に指定することができる。

【0073】

形状種別指定部１３は、抽出対象の幾何要素について、基本形状の種別の指定を受け付ける。指定可能な基本形状には、点、直線、円、平面、円筒面、円錐面、球面などがあり、キーボード５２又はマウス５３によるユーザ操作に基づいて、いずれかの形状種別が指定される。

【0074】

点群選択部１４は、表示中の立体形状上において、幾何要素を抽出するための点群を選択する。点群は、２以上の測定点からなり、キーボード５２又はマウス５３によるユーザ操作に基づいて、立体形状に対する位置の指定を受け付け、当該位置の指定に基づいて、選択される。例えば、マウス操作などにより、画面上で所望の点群を取り囲む図形、例えば、多角形を指定することにより、当該点群が選択される。また、マウス操作などにより、画面上で立体形状上の１つの位置を指定することにより、当該位置を含み、かつ、ユーザにより指定された形状種別の基本形状にフィットする点群が選択される。

【0075】

幾何要素抽出部１５は、点群選択部１４により選択された点群にフィッティングさせた基本形状として、幾何要素を特定する。幾何要素抽出部１５は、例えば、点群選択部１４により選択された第１の点群にフィッティングする第１の幾何要素を特定し、また、点群選択部１４により選択された第２の点群にフィッティングする第２の幾何要素を特定する。

【0076】

ユーザにより指定された形状種別の基本形状を点群にフィッティングさせる方法には、従来から知られている統計的手法を利用することができる。例えば、点群を構成する測定点と基本形状との距離に基づく最小二乗法により、幾何要素の三次元位置、姿勢及びサイズが特定される。

【0077】

偏差算出部１６は、点群選択部１４により選択された点群に含まれる測定点について、幾何要素抽出部１５により特定された幾何要素に対する偏差を求める。偏差算出部１６は、第１の点群から第１の幾何要素が特定され、かつ、第２の点群から第２の幾何要素が特定されれば、第１の点群について、第１の幾何要素に対する第１の偏差を求めるとともに、第２の点群について、第２の幾何要素に対する第２の偏差を求める。

【0078】

この偏差算出部１６は、幾何要素が平面である場合、平面の法線方向の偏差が求められる。すなわち、平面と測定点との間の距離から偏差が求められる。また、偏差の符号は、測定点が平面の外側であるのか、或いは、内側であるのかによって決定される。

【0079】

幾何要素が円筒である場合、円筒の側面の法線方向の偏差が求められる。幾何要素が円錐である場合、円錐の側面の法線方向の偏差が求められる。幾何要素が球である場合、球の表面の法線方向の偏差が求められる。

【0080】

偏差表示対象領域指定部１７は、幾何要素抽出部１５により特定された幾何要素を内包する偏差表示対象領域を指定する。例えば、点群から抽出された幾何要素が平面であれば、当該幾何要素を基準面とし、この基準面（平面）の法線方向に色割り当てのレンジ幅と同じ距離だけ上下にオフセットした２つの平面で挟まれる領域が偏差表示対象領域として指定される。

【0081】

点群から抽出された幾何要素が円筒である場合、基準面（円筒面）の法線方向、すなわち、径方向に色割り当てのレンジ幅と同じ距離だけオフセットした２つの円筒面で挟まれる領域が偏差表示対象領域として指定される。点群から抽出された幾何要素が円錐である場合、基準面（円錐面）の法線方向、すなわち、母線に垂直な方向に色割り当てのレンジ幅と同じ距離だけオフセットした２つの円錐面で挟まれる領域が偏差表示対象領域として指定される。点群から抽出された幾何要素が球である場合、基準面（球面）の法線方向、すなわち、径方向に色割り当てのレンジ幅と同じ距離だけオフセットした２つの球面で挟まれる領域が偏差表示対象領域として指定される。

【0082】

偏差表示対象領域指定部１７は、第１の幾何要素及び第２の幾何要素が偏差算出のための基準面として指定されれば、第１の幾何要素を内包する偏差表示対象領域と、第２の幾何要素を内包する偏差表示対象領域とをそれぞれ指定する。

【0083】

表示制御部１２は、幾何要素を基準面とする偏差の分布を立体形状上に重畳して表示する。表示制御部１２は、第１の幾何要素に対する第１の偏差の分布と、第２の幾何要素に対する第２の偏差の分布とを立体形状上に重畳して表示する。

【0084】

この表示制御部１２は、ユーザが偏差表示の基準面として指定した幾何要素以外の部位について偏差が表示されることを防止するために、偏差表示対象領域内の測定点を表示対象として、偏差分布を表示する。すなわち、表示制御部１２は、偏差表示対象領域内の第１の点群について、第１の幾何要素に対する第１の偏差の分布を表示するとともに、偏差表示対象領域内の第２の点群について、第２の幾何要素に対する第２の偏差の分布を表示する。

【0085】

また、表示制御部１２は、偏差算出部１６により求められた偏差に応じて異なる色を測定点に割り当てて偏差分布を表示する。具体的には、第１の偏差に応じて異なる色を第１の点群に割り当てることにより、第１の偏差の分布が表示される。また、第２の偏差に応じて異なる色を第２の点群に割り当てることにより、第２の偏差の分布が表示される。例えば、偏差の値と表示色との対応関係が定められたカラーテーブルを用いて色割り当てが行われる。

【0086】

また、偏差に応じた色割り当ては、偏差の上限値を上限偏差とし、偏差の下限値を下限偏差とする範囲内で行われ、上限偏差を上回る偏差や下限偏差を下回る偏差には単一の色が割り当てられる。

【0087】

また、２つの基準面に対してそれぞれ指定された偏差表示対象領域の一部が互いに重複している場合、重複領域内の点群について、色を合成して偏差表示を行っても良いし、或いは、偏差を非表示とするような構成であっても良い。また、基準面として指定された幾何要素に対して優先順位づけを行い、重複領域内の点群は、優先順位に従って偏差表示を行うような構成であっても良い。例えば、先に基準面として登録された幾何要素の色付けが優先される。

【0088】

図８は、図７の情報処理端末５における偏差分布の表示時の動作の一例を示した図であり、偏差分布の表示対象を制限するための偏差表示対象領域Ｒ_１及びＲ_２が示されている。図中には、画面表示された測定対象物Ｗの立体形状が示されている。この測定対象物Ｗは、階段状の段差を有しており、下段の上面Ｓ_１と上段の上面Ｓ_２との２つの矩形状の平面がそれぞれ基準面に指定されている。

【0089】

偏差表示対象領域Ｒ_１は、下段の上面Ｓ_１に対し、法線方向の正方向に色割り当ての上限偏差だけオフセットした矩形状平面と、法線方向の負方向に色割り当ての下限偏差の絶対値だけオフセットした矩形状平面とで挟まれた直方体状の領域である。偏差表示対象領域Ｒ_２は、上段の上面Ｓ_２に対し、法線方向の正方向に色割り当ての上限偏差だけオフセットした矩形状平面と、法線方向の負方向に色割り当ての下限偏差の絶対値だけオフセットした矩形状平面とで挟まれた直方体状の領域である。

【0090】

偏差分布の表示は、この様な偏差表示対象領域Ｒ_１及びＲ_２に内包されている測定点について行われる。基準面に対して偏差表示対象領域を指定する際のオフセット量は、上述した上限偏差及び下限偏差に限られるものではなく、予め定められた任意の値を用いても良い。また、上記オフセット量は、固定値であっても良いが、ユーザが任意に指定できるような構成であっても良い。

【0091】

図９は、図７の情報処理端末５における偏差分布の表示時の動作の一例を示した図であり、測定対象物Ｗの上面Ｓ_１及びＳ_２について偏差分布が示されている。図中には、下段の上面Ｓ_１を基準面とする偏差分布と上段の上面Ｓ_１を基準面とする偏差分布とが、立体形状上に重畳して表示されている。

【0092】

この様に複数の幾何要素をそれぞれ基準面に指定することができ、これらの基準面に対応づけて複数の偏差分布を立体形状上に同時に表示することができる。従って、立体形状上の複数の幾何要素について、形状のうねり具合を容易に比較することができる。また、偏差分布の表示対象が基準面ごとに指定される偏差表示対象領域内の測定点に制限されるため、基準面として指定された幾何要素以外の部位がべた塗りになり、立体形状が確認できなくなるのを防止することができる。

【0093】

図１０は、図７の情報処理端末５における偏差分布の表示時の動作の一例を示した図であり、円筒の側面Ｓ_３に対して指定された偏差表示対象領域Ｒ_３が示されている。円筒の側面Ｓ_３が基準面に指定された場合の偏差表示対象領域Ｒ_３は、側面Ｓ_３に対し、法線方向の正方向に色割り当ての上限偏差だけオフセットした円筒面と、法線方向の負方向に色割り当ての下限偏差の絶対値だけオフセットした円筒面とで挟まれた領域である。偏差分布の表示は、偏差表示対象領域Ｒ_３に内包されている測定点について行われ、偏差表示対象領域Ｒ_３外の測定点については偏差表示が行われない。

【0094】

図１１のステップＳ５０１〜Ｓ５０７は、図７の情報処理端末５における偏差分布の表示時の動作の一例を示したフローチャートである。まず、情報処理端末５は、表示部５１の画面に表示中の立体形状について、偏差分布を求めるための基準面の登録を行う（ステップＳ５０１）。基準面の登録処理は、立体形状上の点群を選択して幾何要素を抽出することにより行われる。

【0095】

次に、情報処理端末５は、登録された基準面について、偏差の表示対象を制限するために偏差表示対象領域を指定する（ステップＳ５０２）。偏差表示対象領域は、基準面を内包する領域であり、偏差の表示対象が基準面の近傍の点群に制限される。

【0096】

情報処理端末５は、指定された偏差表示対象領域について、偏差表示対象領域内の多数の測定点からなる点群を選択し、偏差の表示対象として登録する（ステップＳ５０３，Ｓ５０４）。点群の選択処理は、測定点と基準面との距離に基づいて行われる。

【0097】

次に、情報処理端末５は、登録された点群について、偏差に応じて異なる色を割り当て、色割り当て情報を偏差カラーマップとして記憶する（ステップＳ５０５）。情報処理端末５は、偏差カラーマップに従って、基準面に対応づけて偏差分布を立体形状上に表示する（ステップＳ５０６）。偏差分布の表示処理は、登録された点群に偏差カラーマップの色を着色することによって行われる。基準面の追加があれば、ステップＳ５０１からステップＳ５０６までの処理手順が繰り返される（ステップＳ５０７）。

【0098】

図１２のステップＳ６０１〜Ｓ６０６は、図１１のステップＳ５０１（基準面の登録）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、情報処理端末５の動作が示されている。まず、情報処理端末５は、ユーザにより形状種別が指定されれば（ステップＳ６０１）、指定された形状種別の幾何要素を抽出するための点群を立体形状上で選択する（ステップＳ６０２）。形状種別の指定は、マウス操作などによって行われる。

【0099】

次に、情報処理端末５は、選択された点群に基本形状をフィッティングさせることにより、幾何要素を抽出する（ステップＳ６０３）。情報処理端末５は、抽出された幾何要素を立体形状上に表示する（ステップＳ６０４）。情報処理端末５は、ユーザによる確定操作が検知されるまで、ステップＳ６０１からステップＳ６０４までの処理手順を繰り返し（ステップＳ６０５）、確定操作が検知されれば、抽出された幾何要素を偏差分布の表示対象として登録する（ステップＳ６０６）。

【0100】

図１３のステップＳ７０１〜Ｓ７０８は、図１２のステップＳ６０２（点群の選択）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、情報処理端末５の動作が示されている。まず、情報処理端末５は、ユーザによる点群の選択方法の指定を受け付ける（ステップＳ７０１）。

【0101】

次に、情報処理端末５は、指定された選択方法に従って、幾何要素を抽出するための点群を選択する。すなわち、情報処理端末５は、自動選択が指定された場合、立体形状上の位置がユーザにより指定されれば（ステップＳ７０２，Ｓ７０３）、指定された位置を含み、かつ、ステップＳ６０１において指定された形状種別の基本形状にフィットする点群を自動的に判別して点群を選択する（ステップＳ７０４）。立体形状上の位置は、マウス操作などによって指定される。点群の自動判別処理では、ユーザにより指定された位置を含む基本形状をフィッティングによって推定し、推定された基本形状の近傍の点群が抽出される。

【0102】

一方、情報処理端末５は、自動選択が指定されなかった場合、立体形状上で多角形がユーザにより指定されれば（ステップＳ７０２，Ｓ７０６）、指定された多角形の内部に含まれる点群を選択又は削除する（ステップＳ７０７）。情報処理端末５は、ユーザによる確定操作が検知されるまで、ステップＳ７０６及びＳ７０７の処理手順を繰り返す（ステップＳ７０８）。次に、情報処理端末５は、点群の選択処理が完了するまで、ステップＳ７０１以降の処理手順を繰り返し、選択処理が完了すれば、この処理を終了する（ステップＳ７０５）。

【0103】

図１４のステップＳ８０１〜Ｓ８０３は、図１２のステップＳ６０３（幾何要素の抽出）について、詳細動作の一例を示したフローチャートであり、情報処理端末５の動作が示されている。まず、情報処理端末５は、選択されている点群から外れ値を除去する（ステップＳ８０１）。

【0104】

外れ値の除去処理には、従来から知られている統計的手法が用いられる。例えば、選択されている点群からステップＳ６０１において指定された形状種別の基本形状をフィッティングによって抽出し、点群の頂点と基本形状との距離、又は、頂点が有する法線と基本形状の法線との角度差を所定の閾値と比較することにより、外れ値となる頂点を決定し、幾何要素を抽出するための点群から除去する。

【0105】

次に、情報処理端末５は、選択されている点群からステップＳ６０１において指定された形状種別の基本形状をフィッティングによって抽出し（ステップＳ８０２）、抽出された基本形状から幾何要素を特定する（ステップＳ８０３）。なお、選択された点群から外れ値を除去するステップＳ８０１は、省略しても良い。

【0106】

本実施の形態によれば、第１の幾何要素に対する第１の偏差の分布と第２の幾何要素に対する第２の偏差の分布とが立体形状上に重畳して表示されるため、立体形状上の複数の幾何要素について、うねり具合を比較することができる。特に、偏差分布の表示対象が幾何要素を内包する偏差表示対象領域内に制限されるため、偏差を求めるための幾何要素とは異なる部位の立体形状が偏差分布の表示によって確認できなくなるのを防止することができる。また、点群から抽出される幾何要素が円筒、円錐又は球であっても、当該幾何要素に対する偏差分布を表示することができる。

【0107】

なお、本実施の形態では、測定対象物Ｗの形状を光学的に測定して三次元形状データが取得される場合の例について説明したが、本発明は、三次元形状データの取得方法をこれに限定するものではない。例えば、プローブを測定対象物Ｗに接触させて立体形状を測定する接触式の測定器にも本発明は適用可能である。

【符号の説明】

【0108】

１ 三次元測定装置
２ 測定部
２１ ステージ
２１１ ステージプレート
２１２ ステージベース
２２ 回転駆動部
２３，２３ａ，２３ｂ 撮像部
２４ 投光部
２５ テクスチャ照明出射部
２６ 制御基板
２７ ベース筐体
３ ライトガイド
４ コントローラ
４１ テクスチャ光源
４２ 制御基板
４３ 電源
５ 情報処理端末
５１ 表示部
５２ キーボード
５３ マウス
１０ 形状測定部
１１ 形状データ記憶部
１２ 表示制御部
１３ 形状種別指定部
１４ 点群選択部
１５ 幾何要素抽出部
１６ 偏差算出部
１７ 偏差表示対象領域指定部
Ｊ１，Ｊ１１，Ｊ１２ 受光軸
Ｊ２，Ｊ３ 投光軸
Ｊ４ 回転軸
Ｒ_１〜Ｒ_３ 偏差表示対象領域
Ｗ 測定対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】