特許 6944891 ３次元空間の位置の特定方法

(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】6944891

(24)【登録日】2021年9月15日

(45)【発行日】2021年10月6日

(54)【発明の名称】３次元空間の位置の特定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20210927BHJP

【ＦＩ】

   G01B11/00 H

   G01B11/00 A

【請求項の数】2

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2018-24687(P2018-24687)

(22)【出願日】2018年2月15日

(65)【公開番号】特開2019-138859(P2019-138859A)

(43)【公開日】2019年8月22日

【審査請求日】2020年7月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】特許業務法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】原田 耕太

【審査官】 松下 公一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−０４７５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０３３０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８６３５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ １１／００ − Ｇ０１Ｂ １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物の表面に照射光を照射する光源と、
前記対象物の様子を撮像して画像データを得る撮像部と、
前記画像データに基づいて演算する情報処理部と、
を用いた３次元空間の位置の特定方法であって、
前記光源から前記対象物の表面に向けて前記照射光を照射して、前記表面に前記照射光が照射された様子を前記撮像部で撮像して第１画像データを得る第１撮像工程と、
前記第１画像データにおける前記照射光の位置に基づいて前記対象物の表面の３次元空間の位置を前記情報処理部で演算して特定する表面特定工程と、
前記対象物の表面に設けられた所定の特徴部を前記撮像部で撮像して第２画像データを得る第２撮像工程と、
前記第２画像データの前記所定の特徴部の外周からエッジを前記情報処理部で抽出するエッジ抽出工程と、
前記表面特定工程で特定した前記対象物の表面の３次元空間の位置における前記エッジの位置を前記情報処理部で演算して特定する位置特定工程と、
を備え、
前記表面特定工程は、前記第１画像データにおける前記所定の特徴部の周囲から離れた位置であって、前記所定の特徴部の外周縁から離れる方向に所定の寸法まで広がる領域内の前記照射光を用いることを特徴とする３次元空間の位置の特定方法。

【請求項2】

対象物の表面に照射光を照射する光源と、
前記対象物の様子を撮像して画像データを得る撮像部と、
前記画像データに基づいて演算する情報処理部と、
を用いた３次元空間の位置の特定方法であって、
前記光源から前記対象物の表面に向けて前記照射光を照射して、前記表面に前記照射光が照射された様子を前記撮像部で撮像して第１画像データを得る第１撮像工程と、
前記第１画像データにおける前記照射光の位置に基づいて前記対象物の表面の３次元空間の位置を前記情報処理部で演算して特定する表面特定工程と、
前記対象物の表面に設けられた所定の特徴部を前記撮像部で撮像して第２画像データを得る第２撮像工程と、
前記第２画像データの前記所定の特徴部の外周からエッジを前記情報処理部で抽出するエッジ抽出工程と、
前記表面特定工程で特定した前記対象物の表面の３次元空間の位置における前記エッジの位置を前記情報処理部で演算して特定する位置特定工程と、
前記位置特定工程において位置が特定された前記エッジに基づいて、前記所定の特徴部の特徴量を抽出する特徴量抽出工程と、
を備えることを特徴とする３次元空間の位置の特定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は３次元空間の位置の特定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

対象物の表面に設けられる特徴部の三次元空間位置を確認する方法として光切断法が知られている。特許文献１には、孔を特徴部として光切断法を用いて、孔の外周とレーザ光との交点を抽出する抽出工程を経て、孔の三次元空間の位置を得る方法が開示されている。そして、この抽出工程でさらに正確に孔の外周を抽出するために、孔に照明を当てて孔、及び孔の周囲をカメラ撮影し、その画像から孔のエッジを抽出する技術が知られている。このエッジとレーザ光との交点を抽出することでより正確にエッジとレーザ光との交点の３次元座標点を求めることができ、この交点に基づいて算出することで、より正確に孔の３次元空間の位置を得ることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭６２−４７５０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、孔を形成する際にパンチ加工等によって孔の外周の形状がダレた場合、孔に照明を当ててカメラ撮影すると、ダレの向きや角度によって、照明の光がダレを介して直接カメラに反射して、孔の一部が正確にカメラ撮影できないおそれがある。この場合、カメラ撮影した画像から孔のエッジを抽出する際に、孔の一部について正確にエッジを抽出できないおそれがある。
また、切削加工で孔を加工すると孔の周辺にバリが生じ得る。バリが生じた状態で孔、及び孔の周囲をカメラ撮影すると、カメラ撮影した画像からエッジを抽出する際に、バリが孔の一部であると誤認識して孔のエッジが抽出されるおそれがあり、孔の一部について正確にエッジが抽出できないおそれがある。そして、エッジが正確に抽出できていない部分とレーザ光との交点を抽出した場合、交点に基づいて算出された孔の三次元位置が正確に得られなくなる。この点を改善するには、孔とレーザ光との交点をなるべく多く抽出することが考えられるが、多くの交点を抽出するためにはスリット状のレーザ光を照射する位置を変更し、その度に画像を取り込んで演算する必要があるため、処理時間が大幅に増加することになる。

【0005】

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、処理時間の大幅な増加なしに対象物の表面に設けられた特徴部の３次元空間の位置を正確に特定する３次元空間の位置の特定方法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】

第１発明の３次元空間の位置の特定方法は、光源、撮像部、及び情報処理部を用いて実行される。光源は対象物の表面に照射光を照射する。撮像部は対象物の様子を撮像して画像データを得る。情報処理部は画像データに基づいて演算する。
また、本発明の３次元空間の位置の特定方法は、第１撮像工程、表面特定工程、第２撮像工程、エッジ抽出工程、及び位置特定工程を備えている。
第１撮像工程は、光源から対象物の表面に向けて照射光を照射して、表面に照射光が照射された様子を撮像部で撮像して第１画像データを得る。
表面特定工程は、第１画像データにおける照射光の位置に基づいて対象物の表面の３次元空間の位置を情報処理部で演算して特定する。
第２撮像工程は、対象物の表面に設けられた所定の特徴部を撮像部で撮像して第２画像データを得る。
エッジ抽出工程は、第２画像データの所定の特徴部の外周からエッジを情報処理部で抽出する。
位置特定工程は、表面特定工程で特定した対象物の表面の３次元空間の位置におけるエッジの位置を情報処理部で演算して特定する。
表面特定工程は、第１画像データにおける所定の特徴部の周囲から離れた位置であって、所定の特徴部の外周縁から離れる方向に所定の寸法まで広がる領域内の前記照射光を用いる。

【0007】

この３次元空間の位置の特定方法は、表面特定工程において、第１画像データに基づいて対象物の表面の３次元面を特定した後、位置特定工程において、第２画像データに基づいて表面特定工程で特定した対象物の表面の３次元面の位置における、特徴部から抽出したエッジの位置を求めることができる。つまり、この３次元空間の位置の特定方法は、予め所定の特徴部が設けられた対象物の表面の３次元面を先に演算して特定する。そして、所定の特徴部におけるエッジが、３次元面の位置のいずれかに位置するかを特定する。つまり、この３次元空間の位置の特定方法は、対象物の表面に設けられた所定の特徴部のエッジと照射光との交点を複数取得するための複数の画像データを得る手間が掛からない。また、所定の特徴部の外縁部が加工等によって変形していても、この変形の影響を受けることなく正確に対象物の表面の３次元空間の位置を特定することができる。

【0008】

したがって、本発明の３次元空間の位置の特定方法は、処理時間の大幅な増加なしに対象物の表面に設けられた特徴部の３次元空間の位置を正確に特定することができる。

【0010】

第２発明の３次元空間の位置の特定方法は、光源、撮像部、及び情報処理部を用いて実行される。光源は対象物の表面に照射光を照射する。撮像部は対象物の様子を撮像して画像データを得る。情報処理部は画像データに基づいて演算する。
また、本発明の３次元空間の位置の特定方法は、第１撮像工程、表面特定工程、第２撮像工程、エッジ抽出工程、位置特定工程、及び特徴量抽出工程を備えている。
第１撮像工程は、光源から対象物の表面に向けて照射光を照射して、表面に照射光が照射された様子を撮像部で撮像して第１画像データを得る。
表面特定工程は、第１画像データにおける照射光の位置に基づいて対象物の表面の３次元空間の位置を情報処理部で演算して特定する。
第２撮像工程は、対象物の表面に設けられた所定の特徴部を撮像部で撮像して第２画像データを得る。
エッジ抽出工程は、第２画像データの所定の特徴部の外周からエッジを情報処理部で抽出する。
位置特定工程は、表面特定工程で特定した対象物の表面の３次元空間の位置におけるエッジの位置を情報処理部で演算して特定する。
特徴量抽出工程は、位置特定工程において位置が特定されたエッジに基づいて、所定の特徴部の特徴量を抽出する。
この３次元空間の位置の特定方法は、表面特定工程において、第１画像データに基づいて対象物の表面の３次元面を特定した後、位置特定工程において、第２画像データに基づいて表面特定工程で特定した対象物の表面の３次元面の位置における、特徴部から抽出したエッジの位置を求めることができる。つまり、この３次元空間の位置の特定方法は、予め所定の特徴部が設けられた対象物の表面の３次元面を先に演算して特定する。そして、所定の特徴部におけるエッジが、３次元面の位置のいずれかに位置するかを特定する。つまり、この３次元空間の位置の特定方法は、対象物の表面に設けられた所定の特徴部のエッジと照射光との交点を複数取得するための複数の画像データを得る手間が掛からない。また、例えば所定の特徴部の外形が円形である場合、特徴量として直径や、中心の座標を求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の３次元空間の位置の特定方法を実施する装置を示す概略的に示す回路図である。

【図2】本発明の３次元空間の位置の特定方法を実施する装置を示す概略図である。

【図3】（Ａ）は対象物の表面に設けられた所定の特徴部にスリット光が照射された様子を撮像した第１画像データであり、（Ｂ）は対象物の表面に設けられた所定の特徴部にスリット光を照射する位置を（Ａ）の第１画像データに対して変更し、撮像した第１画像データであり、（Ｃ）は対象物の表面に設けられた所定の特徴部を撮像した第２画像データである。

【図4】対象物の表面の領域にのみスリット光が照射された様子を撮像した第１画像データである。

【図5】本発明の３次元空間の位置の特定方法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】

【0012】

本発明の３次元空間の位置の特定方法を具体化した実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0013】

＜実施形態＞
先ず、本発明の３次元空間の位置の特定方法を実行する装置１について、図１、２を参照しつつ説明する。装置１は公知の光切断法を実行することができる。装置１は、図１に示すように、光源Ｌ、撮像部であるカメラＣ、及び情報処理部１２を備えている。また、光源Ｌは、情報処理部１２によって動作が制御されるサーボモータＭによって所定の一方向に移動自在に構成されている。装置１では、対象物であるワークＷの表面に設けられた特徴部のワークＷの表面における位置を特定することができる。ここで、ワークＷの表面に形成された所定の特徴部とは、例えば、孔、突起、溝、リブ、及び塗装や印刷による文字や模様の形状等である。本実施形態ではワークＷの表面に形成された所定の特徴部として孔Ｓを例示して説明する。また、３次元面を特定する方法として、公知の「光レーダ法」等の他の方法も挙げられるが、本実施形態において光切断法を例示して説明する。

【0014】

光源Ｌは、図２に示すように、例えば、照射口Ｌ１から面状に拡がるレーザＬ２をワークＷ等に照射する構成となっている。つまり、光源Ｌで発生した面状に拡がるレーザＬ２はワークＷに照射されると照射光であるスリット状の光Ｌ３（以降、スリット光Ｌ３という）になる。つまり、光源ＬはワークＷの表面にスリット光Ｌ３を照射する。また、光源Ｌは、情報処理部１２によって動作が制御されるサーボモータＭによって、所定の方向Ｌ４に往復移動自在に構成されている。所定の方向Ｌ４は、例えば、ワークＷの表面に照射されたスリット光Ｌ３が、スリット光Ｌ３が伸びる方向に対して直角方向に移動する方向である。これによって、ワークＷの表面に照射されたスリット光Ｌ３のワークＷの表面に対する位置を変更することができる。

【0015】

カメラＣは、例えば、ＣＣＤ等で構成された撮像素子Ｃ１、及びレンズＣ２等を有している。カメラＣはワークＷ等の様子を、レンズＣ２を介して撮像素子Ｃ１の表面に結像し、この結像を撮像素子Ｃ１によって撮像して画像データを得ることができる。つまり、カメラＣはワークＷの様子を撮像して画像データを得る。

【0016】

ここで、光源Ｌ、カメラＣ、撮像素子Ｃ１、及びレンズＣ２の位置関係について説明する。光源Ｌは所定の方向Ｌ４に往復移動自在である。このため、光源ＬとカメラＣのレンズＣ２との間の寸法Ｄは光源Ｌの往復移動に伴い変化する。ここで寸法Ｄは、カメラＣのレンズＣ２の中心Ｃcと光源Ｌの照射口Ｌ１の中心との間の寸法である。また、レンズＣ２の中心Ｃcと光源Ｌの照射口Ｌ１の中心とを通る架空の直線Ａと、レーザＬ２を照射する方向とが成す角度は、予め所定の角度θLに調整されている。光源Ｌが移動する所定の方向Ｌ４は架空の直線Ａが伸びる方向と同じである。
また、レンズＣ２の中心Ｃcと撮像素子Ｃ１との間の寸法Ｆも予め所定の大きさに調整されている。具体的には、撮像素子Ｃ１のレンズＣ２に対向する側の面（以降、撮像素子Ｃ１の表面という）に対して直角で撮像素子Ｃ１の中心を通る撮像素子Ｃ１の軸線とレンズＣ２の中心軸とが互いに架空の直線Ｂに位置している。寸法Ｆは架空の直線Ｂにおける、レンズＣ２の中心Ｃcと撮像素子Ｃ１の表面の中心との間の寸法である。また、架空の直線Ｂと架空の直線Ａとが成す角度は予め所定の角度θcに調整されている。

【0017】

情報処理部１２は本発明の３次元空間の位置の特定方法を実行することができる。具体的には、情報処理部１２はＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、及びＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等を有している(図示せず。)。ＲＯＭはＣＰＵで実行される制御プログラム等を予め記憶する。ＣＰＵはＲＯＭに格納されたプログラム等を実行する。ＲＡＭはＣＰＵによって実行されたプログラムにしたがって動作する。情報処理部１２はカメラＣの撮像素子Ｃ１で撮像された画像データに基づいてワークＷの表面の３次元空間の位置や、ワークＷの表面の３次元空間の位置における所定の特徴部の位置を演算して特定することができる。つまり、情報処理部１２は画像データに基づいて演算する。

【0018】

次に、この装置１を用いてワークＷの表面の３次元面における所定の特徴部の位置を特定する３次元空間の位置の特定方法について図２〜５を参照しつつ説明する。

【0019】

先ず、表面に孔Ｓが形成されたワークＷを装置１の所定の位置に配置する。
具体的には、ワークＷの表面に形成された孔Ｓ（以降、孔Ｓという）、及びこの孔Ｓの周囲にスリット光Ｌ３が照射される向きで、且つカメラＣのレンズＣ２に孔Ｓを対向させてワークＷを装置１の所定の位置に配置する。つまり、孔Ｓ、及びこの孔Ｓの周囲にスリット光Ｌ３が照射された状態がカメラＣで撮像できる向きにしてワークＷを装置１の所定の位置に配置する。

【0020】

次に、光源ＬからワークＷの表面に設けられた孔Ｓに向けてスリット光Ｌ３を照射して、孔Ｓにスリット光Ｌ３が照射された様子をカメラＣで撮像して第１画像データを得る第１撮像工程を実行する（ステップＳ１）。
具体的には、ステップＳ１では、光源ＬからワークＷの表面にスリット光Ｌ３を照射する。このとき、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ワークＷの表面に照射されたスリット光Ｌ３は、孔Ｓ、及びこの孔Ｓの周囲に照射される。そして、カメラＣの撮像素子Ｃ１でスリット光Ｌ３が照射された状態の孔Ｓ、及びこの孔Ｓの周囲を撮像して第１画像データである画像データ１０Ａを得る。そして、光源Ｌを所定の方向Ｌ４に移動させて寸法Ｄを変更する（図２参照。）。そして、再び光源ＬからワークＷの表面にスリット光Ｌ３を照射して、カメラＣの撮像素子Ｃ１で孔Ｓ、及びこの孔Ｓの周囲を撮像して第１画像データである画像データ１０Ｂを得る。画像データ１０Ａ，１０Ｂにはスリット光Ｌ３の形状に対応した像Ｎ（以降、像Ｎという）、及び孔Ｓの形状に対応した像Ｔ（以降、像Ｔという）が含まれている。

【0021】

次に、画像データ１０Ａ，１０Ｂにおける像Ｎの位置に基づいてワークＷの表面の３次元面の位置を情報処理部１２で演算して特定する表面特定工程を実行する（ステップＳ２）。
具体的には、ステップＳ２では、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、情報処理部１２によって、画像データ１０Ａ又は１０Ｂにおける像Ｔの領域Ｒ１を把握する。そして、像Ｔの周囲であり、且つ内径が像Ｔの外周より僅かに大きい円環状の領域Ｒ２を決定する。領域Ｒ２は像Ｔの外形形状に基づいており、像Ｔを囲み、像Ｔの周囲から所定の距離を設けている。また、領域Ｒ２の外周縁は像Ｔの外周縁から離れる方向に所定の寸法まで広がった領域内に位置するように決定される。所定の寸法はワークＷの表面における実際の大きさにおいておよそ３０ｍｍである。

【0022】

次に、像Ｎの中心線Ｅ１，Ｅ２を求める。具体的には、画像データ１０Ａ又は１０Ｂの像Ｎの幅方向における中心位置を求める。中心位置を求める方法として、例えば、像Ｎの幅方向の中心を中心位置とする方法や、像Ｎの幅方向において最も明るい位置を中心位置とする方法等がある。こうして得られた像Ｎの中心線Ｅ１，Ｅ２は１列に並んだ複数の点Ｐの集合である。これら点Ｐのそれぞれは画像データ１０Ａ又は１０Ｂにおける１ピクセルに対応している。また、１ピクセルの大きさはワークＷの表面おける実際の大きさにおいて、およそ０．１ｍｍ〜０．２ｍｍに対応している。

【0023】

次に、領域Ｒ２内に位置する中心線Ｅ１，Ｅ２の点Ｐを把握する。具体的には、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、中心線Ｅ１，Ｅ２を構成する複数の点Ｐの内、領域Ｒ２内に位置する任意の点Ｐxを把握する。ここで、xは任意の正の整数であり、点Ｐxが領域Ｒ２内に位置する点Ｐの内の任意の１点であることを示す。つまり、表面特定工程は画像データ１０Ａ，１０Ｂにおける孔Ｓの周囲から所定の距離離れた位置のスリット光Ｌ３の形状に対応した像Ｎを用いる。

【0024】

次に、点Ｐxのそれぞれの３次元空間の位置の座標を求める。ここで、３次元空間の位置を表す座標系の基準（原点）はカメラＣのレンズＣ２の中心Ｃcである。つまり、この座標系におけるカメラＣのレンズＣ２の中心Ｃcの座標は（０，０，０）である。

【0025】

ここで、領域Ｒ２内に位置する任意の点Ｐxの３次元空間の位置の座標を求める方法について図２、３を参照しつつ説明する。先ず、レンズＣ２の中心Ｃcに対する点Ｐxの位置を把握する。点Ｐxは撮像素子Ｃ１の表面のいずれかに位置している。具体的には、点Ｐxは撮像素子Ｃ１の表面の中心から撮像素子Ｃ１の表面に沿う方向であるＵ方向、及びＶ方向にそれぞれｐu，ｐv離れた場所に位置している。つまり、撮像素子Ｃ１の表面の中心が撮像素子Ｃ１の表面の座標系の基準（原点）であり、この座標系における点Ｐxの座標は（ｐu，ｐv）である。
また、レンズＣ２の中心Ｃcと撮像素子Ｃ１の表面の中心との間の寸法はＦである。つまり、レンズＣ２の中心Ｃcに対する点Ｐxの位置、すなわち、点Ｐxの３次元空間の位置の座標は（ｐu，ｐv，Ｆ）である。
ここで、レンズＣ２の中心Ｃcと光源Ｌの照射口Ｌ１の中心との間の寸法はＤである。また、レンズＣ２の中心Ｃcと光源Ｌの照射口Ｌ１とを通る架空の直線Ａと、光源Ｌからスリット光Ｌ３を照射する方向とが成す角度はθLである。また、撮像素子Ｃ１の中心線とレンズＣ２の中心軸とが互いに位置する架空の直線Ｂと、架空の直線Ａとが成す角度は予め所定の角度θcである。こうして得られた点Ｐxの座標（ｐu，ｐv，Ｆ）、寸法Ｄ、角度θL、及び角度θcを用いて公知の３角測量法を実行することによって、点Ｐxの３次元空間の位置の座標Ｋx（Ｋxx，Ｋxy，Ｋxz）を求めることができる。
こうして、領域Ｒ２内に位置する任意の点Ｐxのそれぞれについて上記の方法を実行して、各点Ｐxのそれぞれの３次元空間の位置の座標Ｋxを求めることができる。

【0026】

次に、座標ＫxからワークＷの表面を近似する関数Ｇpを求める。ここで、孔Ｓが設けられたワークＷの表面は平面である場合について説明する。平面は互いに１つの直線上に位置しない任意の３点で特定できる。このため、座標Ｋxの内の互いに１つの直線上に位置しない任意の少なくとも３つの座標を選ぶ。
具体的には、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、領域Ｒ２内に位置する任意の点Ｐxから、３つの点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれに対応する座標Ｋ１（Ｋ１x，Ｋ１y，Ｋ１z）、Ｋ２（Ｋ２x，Ｋ２y，Ｋ２z）、Ｋ３（Ｋ３x，Ｋ３y，Ｋ３z）を選ぶ。なお、３つの点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、互いの間の距離がより離れているほうが、ワークＷの表面をより正確に近似する関数Ｇpを求めることができる。このため、３つの座標Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は、領域Ｒ２と像Ｎの中心線Ｅ１，Ｅ２とが交差する部分において、孔Ｓの一方側、及び他方側から１つずつ選ぶことが好ましい。こうして選んだ座標Ｋxの内の任意の３つの座標Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３を用いて孔Ｓが形成されたワークＷの表面を近似する平面の関数Ｇpを求めることができる。また、図４に示すように、スリット光Ｌ３が領域Ｒ２にのみ照射されている場合でも平面の関数Ｇpを求めることができる。そして、このとき、領域Ｒ２内に位置する任意の点Ｐxから３つの点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を選ぶ場合、互いの点の間の距離がより離れているほうが、ワークＷの表面をより正確に近似する関数Ｇpを求めることができる。
また、座標Ｋxの内の任意の他の少なくとも３つの座標（すなわち、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３でない任意の少なくとも３つの座標）を改めて選び、ワークＷの表面を近似する関数Ｇpを求める工程を所定の回数繰り返す。そして、関数Ｇpが同じ、又は近い値の結果が出現する度合いを判別することによって、より正確にワークＷの表面を近似する関数Ｇpを求めることができる。

【0027】

次に、孔ＳをカメラＣで撮像して第２画像データを得る第２撮像工程を実行する（ステップＳ３）。
具体的には、ステップＳ３では、カメラＣの撮像素子Ｃ１でスリット光Ｌ３が照射されていない状態の孔Ｓ、及びこの孔Ｓの周囲を撮像して第２画像データである画像データ１０Ｃを得る（図３（Ｃ）参照。）。画像データ１０Ｃには孔Ｓの形状に対応した像Ｔが含まれている。
そして、公知の方法を用いて像Ｔのエッジ（すなわち、所定の特徴部の外周である孔Ｓから抽出したエッジ）であるエッジＴe（縁）を情報処理部１２で抽出するエッジ抽出工程を実行する（ステップＳ４）。エッジＴeは像Ｔの周縁に沿って並んだ複数の点Ｑの集合である。エッジＴeである複数の点Ｑのそれぞれは画像データ１０Ｃにおける１ピクセルに対応している。１ピクセルの大きさはワークＷの表面おける実際の大きさにおいて、およそ０．１ｍｍ〜０．２ｍｍに対応している。

【0028】

次に、表面特定工程で特定したワークＷの表面の３次面の位置における画像データ１０Ｃの像ＴのエッジＴeの位置を情報処理部１２で演算して特定する位置特定工程を実行する（ステップＳ５）。
具体的には、ステップＳ５では、複数の点Ｑのそれぞれの３次元空間の位置の座標を求める。この座標系の基準（原点）はカメラＣのレンズＣ２の中心Ｃcである。この座標系におけるカメラＣのレンズＣ２の中心Ｃcの座標は（０，０，０）である。
ここで、画像データ１０ＣのエッジＴeである複数の点Ｑの内の任意の点Ｑxの３次元空間の位置の座標を求める方法について図２、３を参照しつつ説明する。先ず、レンズＣ２の中心Ｃcに対する点Ｑxの位置を把握する。点Ｑxは撮像素子Ｃ１の表面のいずれかに位置している。具体的には、点Ｑxは撮像素子Ｃ１の表面の中心から撮像素子Ｃ１の表面に沿う方向であるＵ方向、及びＶ方向にそれぞれｑu，ｑv離れた場所に位置している。つまり、撮像素子Ｃ１の表面の中心が撮像素子Ｃ１の表面の座標系の基準（原点）であり、撮像素子Ｃ１の表面の座標系における点Ｑxの座標は（ｑu，ｑv）である。
また、レンズＣ２の中心Ｃcと撮像素子Ｃ１の表面の中心との間の寸法はＦである。つまり、レンズＣ２の中心Ｃcに対する点Ｑxの位置、すなわち、点Ｑxの３次元空間の位置の座標は（ｑu，ｑv，Ｆ）である。
次に、点Ｑx及びレンズＣ２の中心Ｃcを通る直線を表す関数Ｇsを求める。具体的には、直線の関数Ｇsは任意の２点を用いて求めることができる。つまり、点Ｑxの座標（ｑu，ｑv，Ｆ）、及びレンズＣ２の中心Ｃcの座標（０，０，０）を用いることによって点ＱxとレンズＣ２の中心Ｃcを通る直線を表す関数Ｇsを求めることができる。
そして、直線を表す関数Ｇsと、ワークＷの表面を近似する関数Ｇpとが交差する点である座標Ｅx（Ｅxx，Ｅxy，Ｅxz）を求める。
こうして、エッジＴeを構成するＱxのそれぞれについて上記の方法を実行して、各点Ｑxのそれぞれの３次元空間の位置の座標Ｅxを求めることができる。

【0029】

次に、孔Ｓの特徴量を計算して抽出する特徴量抽出工程を実行する（ステップＳ６）。ここで、特徴量とは特徴部の特徴を示す代表的な数値をいう。本実施例のように特徴部が円形の孔である場合、代表的な数値はこの孔の中心の座標や直径等である。本実施例では、座標Ｅxの内の任意の少なくとも３つの座標を用いて、孔Ｓの直径や、孔Ｓの中心の座標等を求める。つまり、特徴量は位置特定工程において位置が特定されたエッジＴeに基づいて抽出される。
また、座標Ｅxの内の任意の他の少なくとも３つの座標を改めて選び、孔Ｓの直径や、孔Ｓの中心の座標等を求める工程を所定の回数繰り返す。所定の回数は任意に設定される。そして、孔Ｓの直径や、孔Ｓの中心の座標等が同じ、又は近い値の結果が出現する度合いを判別することによって、より正確に孔Ｓの直径や、孔Ｓの中心の座標等を求めることができる。

【0030】

このように、この３次元空間の位置の特定方法は、表面特定工程において、画像データ１０Ａ又は１０Ｂに基づいてワークＷの表面の３次元面を特定した後、位置特定工程において、画像データ１０Ｃに基づいて表面特定工程で特定したワークＷの表面の３次元面の位置における、像ＴのエッジＴeの位置を求めることができる。つまり、この３次元空間の位置の特定方法は、予め孔Ｓが設けられたワークＷの表面の３次元面を先に演算して特定する。そして、孔Ｓに対応した像ＴにおけるエッジＴeが、特定したワークＷの表面の３次元面の位置のいずれかに位置するかを特定する。つまり、この３次元空間の位置の特定方法は、ワークＷの表面に設けられた孔Ｓに対応した像ＴにおけるエッジＴeを構成する点Ｑ毎に、画像データを得て演算する手間が掛からない。

【0031】

したがって、本発明の３次元空間の位置の特定方法は、処理時間の大幅な増加なしにワークＷの表面に設けられた孔ＳのワークＷの表面における位置を正確に特定することができる。

【0032】

また、この表面特定工程は、画像データ１０Ａ又は１０Ｂにおける像Ｔの周囲から所定の距離離れた位置の像Ｎを用いる。このため、この３次元空間の位置の特定方法は、孔Ｓの外縁部が加工等によって変形していても、この変形の影響を受けることなく正確にワークＷの表面の３次元空間の位置を特定することができる。

【0033】

また、この３次元空間の位置の特定方法は、位置特定工程において位置が特定されたエッジＴeに基づいて、像Ｔの特徴量を抽出する特徴量抽出工程とを備えている。これにより、外形が円形である像Ｔの特徴量である直径や、中心の座標を求めることができる。

【0034】

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施形態では、光源がレーザを発生するが、電球やＬＥＤ等を用いてスリット光を照射しても良い。この場合、スリットが設けられた板を介することによってワークの表面にスリット光が照射される。
（２）実施形態では、光源を所定の方向に移動させて、ワークにスリット光が照射される位置を変更して、複数の画像データを撮像しているが、ワークの表面に対して照射される位置が異なる複数のスリット光を同時にワークの表面に照射しても良い。
（３）実施形態では、スリット光が照射されていない状態のワークの孔、及びこの孔の周囲を撮像した画像データを用いてエッジを抽出しているが、スリット光が照射されている状態のワークの孔、及びこの孔の周囲を撮像した画像データを用いてエッジを抽出しても良い。
（４）実施形態では、ワークの表面が平面であるが、関数で近似できれば良く、曲面等の他の面であっても良い。
（５）実施形態では、撮像素子がＣＣＤで構成されているが、ＣＭＯＳ等の他のデバイスで撮像素子を構成しても良い。
（６）実施形態では、第１画像データを２つ撮像しているが、３つ以上であってもよい。
（７）実施形態では、３次元面の特定に光切断法を用いているが、「光レーダ法」「アクティブスレテオ法」「モアレ法」「干渉法」「ステレオ法」等の公知の方法を用いてもよい。
（８）実施形態の第１撮像工程では、スリット光が孔に重なった状態で照射されているが、スリット光が孔に重なっていない状態で照射されてもよい。

【符号の説明】

【0035】

Ｃ…カメラ（撮像部）、Ｌ…光源、Ｓ…孔（所定の特徴部）、Ｔe…エッジ、Ｗ…ワーク（対象物）、１０Ａ，１０Ｂ…画像データ（第１画像データ）、１０Ｃ…画像データ（第２画像データ）、１２…情報処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】