特開2024-116738三次元形状を測定する測定装置の校正方法、測定システム、及びプログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024116738
(43)【公開日】2024-08-28
(54)【発明の名称】三次元形状を測定する測定装置の校正方法、測定システム、及びプログラム
(51)【国際特許分類】
G01B 11/25 20060101AFI20240821BHJP
G06T 7/80 20170101ALI20240821BHJP
【ＦＩ】
G01B11/25 H
G06T7/80
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023022522
(22)【出願日】2023-02-16
(71)【出願人】
【識別番号】000137694
【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ
(74)【代理人】
【識別番号】110004222
【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100166006
【弁理士】
【氏名又は名称】泉 通博
(74)【代理人】
【識別番号】100154070
【弁理士】
【氏名又は名称】久恒 京範
(74)【代理人】
【識別番号】100153280
【弁理士】
【氏名又は名称】寺川 賢祐
(72)【発明者】
【氏名】工藤 雄治
【テーマコード（参考）】
2F065
5L096
【Ｆターム（参考）】
2F065AA04
2F065AA37
2F065AA53
2F065BB28
2F065GG03
2F065GG04
2F065GG07
2F065HH05
2F065HH06
2F065HH07
2F065JJ03
2F065JJ05
2F065JJ26
5L096CA04
5L096CA05
5L096FA67
5L096FA69
(57)【要約】
【課題】大型の測定対象の三次元形状を測定する測定装置の校正を容易に行えるようにする。
【解決手段】校正用治具の一部を第１撮像部及び第２撮像部で撮像する撮像ステップと、第１撮像部の撮像結果に基づいて校正用治具の一部の第１座標位置を特定する第１特定ステップと、第２撮像部の撮像結果に基づいて校正用治具の一部の第２座標位置を特定する第２特定ステップと、校正用治具を回転させる回転ステップと、撮像ステップ、第１特定ステップ、第２特定ステップ、及び回転ステップを繰り返すステップと、第１座標位置又は第２座標位置を回転させて座標変換する回転行列と、第１座標位置又は第２座標位置を並進させる並進ベクトルとを特定するステップとを有する、校正方法。
【選択図】図４
【解決手段】校正用治具の一部を第１撮像部及び第２撮像部で撮像する撮像ステップと、第１撮像部の撮像結果に基づいて校正用治具の一部の第１座標位置を特定する第１特定ステップと、第２撮像部の撮像結果に基づいて校正用治具の一部の第２座標位置を特定する第２特定ステップと、校正用治具を回転させる回転ステップと、撮像ステップ、第１特定ステップ、第２特定ステップ、及び回転ステップを繰り返すステップと、第１座標位置又は第２座標位置を回転させて座標変換する回転行列と、第１座標位置又は第２座標位置を並進させる並進ベクトルとを特定するステップとを有する、校正方法。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定対象を撮像する複数の撮像部を備え、前記測定対象の三次元形状を測定するための測定装置を、校正用治具を用いてコンピュータが校正する校正方法であって、
前記校正用治具の上面に設けられている所定の形状の複数の被測定素子のうち、一部の前記被測定素子が視野に入るように前記校正用治具の上面を第１撮像部で撮像し、前記第１撮像部が撮像した前記被測定素子とは異なる一部の前記被測定素子が視野に入るように前記校正用治具の上面を前記第１撮像部とは異なる第２撮像部で撮像する撮像ステップと、
前記第１撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第１撮像部の視野に基づく第１座標における複数の前記被測定素子の位置を示す第１座標位置を特定する第１特定ステップと、
前記第２撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第２撮像部の視野に基づく第２座標における複数の前記被測定素子の位置を示す第２座標位置を特定する第２特定ステップと、
前記校正用治具を所定の回転方向に回転させる回転ステップと、
前記校正用治具を前記所定の回転方向に所定の角度以上回転させるまで、前記撮像ステップ、前記第１特定ステップ、前記第２特定ステップ、及び前記回転ステップを繰り返すステップと、
同一の前記被測定素子の前記第１座標位置と前記第２座標位置とが対応するように、前記第１座標位置又は前記第２座標位置を回転させて座標変換する回転行列と、前記第１座標位置又は前記第２座標位置を並進させる並進ベクトルとを特定するステップと
を有する、校正方法。
前記校正用治具の上面に設けられている所定の形状の複数の被測定素子のうち、一部の前記被測定素子が視野に入るように前記校正用治具の上面を第１撮像部で撮像し、前記第１撮像部が撮像した前記被測定素子とは異なる一部の前記被測定素子が視野に入るように前記校正用治具の上面を前記第１撮像部とは異なる第２撮像部で撮像する撮像ステップと、
前記第１撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第１撮像部の視野に基づく第１座標における複数の前記被測定素子の位置を示す第１座標位置を特定する第１特定ステップと、
前記第２撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第２撮像部の視野に基づく第２座標における複数の前記被測定素子の位置を示す第２座標位置を特定する第２特定ステップと、
前記校正用治具を所定の回転方向に回転させる回転ステップと、
前記校正用治具を前記所定の回転方向に所定の角度以上回転させるまで、前記撮像ステップ、前記第１特定ステップ、前記第２特定ステップ、及び前記回転ステップを繰り返すステップと、
同一の前記被測定素子の前記第１座標位置と前記第２座標位置とが対応するように、前記第１座標位置又は前記第２座標位置を回転させて座標変換する回転行列と、前記第１座標位置又は前記第２座標位置を並進させる並進ベクトルとを特定するステップと
を有する、校正方法。
【請求項2】
前記第１座標位置又は前記第２座標位置を前記回転行列で回転させ、前記並進ベクトルで並進させることで校正座標に座標変換するステップを更に有する、請求項１に記載の校正方法。
【請求項3】
複数の前記被測定素子は、前記校正用治具の上面において所定の円の円周上に配置されている、請求項１に記載の校正方法。
【請求項4】
前記回転行列と前記並進ベクトルとを特定するステップにおいて、前記所定の円の円周上における同一の前記被測定素子の前記第１座標位置と前記第２座標位置とが一致するように、前記回転行列と前記並進ベクトルとを特定する、請求項３に記載の校正方法。
【請求項5】
前記校正用治具を回転させる前記回転ステップにおいて、
前記校正用治具の回転前における前記第１撮像部の視野に入っていた複数の前記被測定素子のうち一部の被測定素子が、前記校正用治具の回転後における前記第１撮像部の視野に入り、
前記校正用治具の回転前における前記第２撮像部の視野に入っていた複数の前記被測定素子のうち一部の被測定素子が、前記校正用治具の回転後における前記第２撮像部の視野に入るように、
前記校正用治具を回転させる、請求項１に記載の校正方法。
前記校正用治具の回転前における前記第１撮像部の視野に入っていた複数の前記被測定素子のうち一部の被測定素子が、前記校正用治具の回転後における前記第１撮像部の視野に入り、
前記校正用治具の回転前における前記第２撮像部の視野に入っていた複数の前記被測定素子のうち一部の被測定素子が、前記校正用治具の回転後における前記第２撮像部の視野に入るように、
前記校正用治具を回転させる、請求項１に記載の校正方法。
【請求項6】
前記回転行列と前記並進ベクトルとを特定するステップにおいて、同一の前記被測定素子の前記第１座標位置と前記第２座標位置とをペアワイズ位置合わせすることで、前記回転行列と前記並進ベクトルとを特定する、請求項１に記載の校正方法。
【請求項7】
前記校正用治具を用いて前記測定装置を校正する前に、
寸法及び位置関係のうち少なくとも一方が判明している複数の基準測定素子を有し、前記校正用治具よりも大きさが小さい基準治具を前記第１撮像部で撮像し、前記第１撮像部の撮像結果に基づき、前記第１撮像部の視野における座標位置を示す前記第１座標を校正するステップと、
基準治具を前記第２撮像部で撮像し、前記第２撮像部の撮像結果に基づき、前記第２撮像部の視野における座標位置を示す前記第２座標を校正するステップと
を更に有する、請求項１に記載の校正方法。
寸法及び位置関係のうち少なくとも一方が判明している複数の基準測定素子を有し、前記校正用治具よりも大きさが小さい基準治具を前記第１撮像部で撮像し、前記第１撮像部の撮像結果に基づき、前記第１撮像部の視野における座標位置を示す前記第１座標を校正するステップと、
基準治具を前記第２撮像部で撮像し、前記第２撮像部の撮像結果に基づき、前記第２撮像部の視野における座標位置を示す前記第２座標を校正するステップと
を更に有する、請求項１に記載の校正方法。
【請求項8】
測定対象を撮像する複数の撮像部を備え、前記測定対象の三次元形状を測定するための測定装置を、校正用治具を用いてコンピュータが校正する校正方法であって、
前記校正用治具の上面に設けられている所定の形状の複数の被測定素子のうち、一部の前記被測定素子が視野に入るように前記校正用治具の上面を第１撮像部で撮像し、前記第１撮像部が撮像した前記被測定素子とは異なる一部の前記被測定素子が視野に入るように前記校正用治具の上面を前記第１撮像部とは異なる第２撮像部で撮像する撮像ステップと、
前記第１撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第１撮像部の視野に基づく第１座標における複数の前記被測定素子の位置を示す第１座標位置を特定する第１特定ステップと、
前記第２撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第２撮像部の視野に基づく第２座標における複数の前記被測定素子の位置を示す第２座標位置を特定する第２特定ステップと、
前記校正用治具を所定の回転方向に回転させる回転ステップと、
前記校正用治具を前記所定の回転方向に所定の角度以上回転させるまで、前記撮像ステップ、前記第１特定ステップ、前記第２特定ステップ、及び前記回転ステップを繰り返すステップと、
同一の前記被測定素子の前記第１座標位置と前記第２座標位置とが対応するように、前記測定装置を校正するステップと
を有する、校正方法。
前記校正用治具の上面に設けられている所定の形状の複数の被測定素子のうち、一部の前記被測定素子が視野に入るように前記校正用治具の上面を第１撮像部で撮像し、前記第１撮像部が撮像した前記被測定素子とは異なる一部の前記被測定素子が視野に入るように前記校正用治具の上面を前記第１撮像部とは異なる第２撮像部で撮像する撮像ステップと、
前記第１撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第１撮像部の視野に基づく第１座標における複数の前記被測定素子の位置を示す第１座標位置を特定する第１特定ステップと、
前記第２撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第２撮像部の視野に基づく第２座標における複数の前記被測定素子の位置を示す第２座標位置を特定する第２特定ステップと、
前記校正用治具を所定の回転方向に回転させる回転ステップと、
前記校正用治具を前記所定の回転方向に所定の角度以上回転させるまで、前記撮像ステップ、前記第１特定ステップ、前記第２特定ステップ、及び前記回転ステップを繰り返すステップと、
同一の前記被測定素子の前記第１座標位置と前記第２座標位置とが対応するように、前記測定装置を校正するステップと
を有する、校正方法。
【請求項9】
測定対象の三次元形状を測定する前記測定装置と、所定の形状の前記被測定素子を有し、前記測定装置の校正を行うための前記校正用治具とを備える測定システムであって、
前記測定装置は、
前記測定対象を移動させるための移動部と、
前記測定対象に光を照射するための光源と、
前記測定対象の異なる複数の領域をそれぞれ撮像する複数の撮像部と、
複数の前記撮像部の撮像結果に基づき、前記測定対象の三次元形状を測定する測定部と、
前記移動部、前記撮像部、及び前記測定部を制御し、前記測定部の測定結果を校正するためのパラメータを特定する制御部と
を備え、
前記校正用治具は、上面に所定の形状の前記被測定素子を有し、
前記制御部は、前記校正用治具を回転させつつ、複数の前記被測定素子のうち異なる一部の前記被測定素子を複数の前記撮像部でそれぞれ撮像させ、請求項１から７のいずれか一項に記載の校正方法を実行することにより、前記回転行列及び前記並進ベクトルを特定する、
測定システム。
前記測定装置は、
前記測定対象を移動させるための移動部と、
前記測定対象に光を照射するための光源と、
前記測定対象の異なる複数の領域をそれぞれ撮像する複数の撮像部と、
複数の前記撮像部の撮像結果に基づき、前記測定対象の三次元形状を測定する測定部と、
前記移動部、前記撮像部、及び前記測定部を制御し、前記測定部の測定結果を校正するためのパラメータを特定する制御部と
を備え、
前記校正用治具は、上面に所定の形状の前記被測定素子を有し、
前記制御部は、前記校正用治具を回転させつつ、複数の前記被測定素子のうち異なる一部の前記被測定素子を複数の前記撮像部でそれぞれ撮像させ、請求項１から７のいずれか一項に記載の校正方法を実行することにより、前記回転行列及び前記並進ベクトルを特定する、
測定システム。
【請求項10】
前記測定装置の前記第１撮像部は、前記測定対象の一部である第１部分を撮像し、
前記測定装置の前記第１撮像部とは異なる前記第２撮像部は、前記第１撮像部が撮像した前記測定対象の前記第１部分とは異なる前記測定対象の一部である第２部分を撮像し、
前記測定装置の前記制御部は、
前記第１撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第１撮像部の視野に基づく前記第１座標における前記第１部分の位置を示す前記第１座標位置を特定し、
前記第２撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第２撮像部の視野に基づく前記第２座標における前記第２部分の位置を示す前記第２座標位置を特定し、
前記測定対象を所定の回転方向に回転させ、
前記測定対象を前記所定の回転方向に所定の角度以上回転させるまで、前記第１撮像部及び前記第２撮像部による前記測定対象の撮像と、前記第１座標位置の特定と、前記第２座標位置の特定とを繰り返し、
特定した前記第１座標位置又は前記第２座標位置を前記回転行列で回転させ、前記並進ベクトルで並進させることで校正座標に座標変換する、
請求項９に記載の測定システム。
前記測定装置の前記第１撮像部とは異なる前記第２撮像部は、前記第１撮像部が撮像した前記測定対象の前記第１部分とは異なる前記測定対象の一部である第２部分を撮像し、
前記測定装置の前記制御部は、
前記第１撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第１撮像部の視野に基づく前記第１座標における前記第１部分の位置を示す前記第１座標位置を特定し、
前記第２撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第２撮像部の視野に基づく前記第２座標における前記第２部分の位置を示す前記第２座標位置を特定し、
前記測定対象を所定の回転方向に回転させ、
前記測定対象を前記所定の回転方向に所定の角度以上回転させるまで、前記第１撮像部及び前記第２撮像部による前記測定対象の撮像と、前記第１座標位置の特定と、前記第２座標位置の特定とを繰り返し、
特定した前記第１座標位置又は前記第２座標位置を前記回転行列で回転させ、前記並進ベクトルで並進させることで校正座標に座標変換する、
請求項９に記載の測定システム。
【請求項11】
コンピュータに実行されると、前記コンピュータに請求項１から８のいずれか一項に記載の校正方法を実行させる、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、三次元形状を測定する測定装置の校正方法、測定システム、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
複数の撮像装置を備え、複数の方向から測定対象を撮像した結果に基づいて、測定対象の三次元形状を非接触で測定する測定装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このような測定装置においては、複数の撮像装置が同一の校正用治具を撮像したり、複数の撮像装置が既知の寸法の校正用治具を撮像したりして、装置の校正を行っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２０１９－５０７８８５号公報
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】玉木徹，“姿勢推定と回転行列”，信学技報，社団法人電子情報通信学会，２００９年，SIP2009-48，SIS2009-23，p.59－64
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、大型の測定対象の三次元形状を測定する測定装置、複雑な測定対象の三次元形状を測定する測定装置等の場合、複数の撮像装置を種々の位置に配置するため、複数の撮像装置が同一の校正用治具を撮像することは困難であった。また、測定対象の大きさに合わせて大型の校正用治具、複雑な形状の校正用治具等を用いることが考えられるが、このような校正用治具の精密な寸法を測定することは比較的困難であった。そして、このような校正用治具の寸法を測定できたとしても、環境変化等によって寸法が変動してしまったり、衝撃を与えてしまって寸法ずれ等が生じてしまったりすることがあり、測定装置の校正を容易に行うことは困難であった。
【0006】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、大型の測定対象の三次元形状を測定する測定装置の校正を容易に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第１の態様においては、測定対象を撮像する複数の撮像部を備え、前記測定対象の三次元形状を測定するための測定装置を、校正用治具を用いてコンピュータが校正する校正方法であって、前記校正用治具の上面に設けられている所定の形状の複数の被測定素子のうち、一部の前記被測定素子が視野に入るように前記校正用治具の上面を第１撮像部で撮像し、前記第１撮像部が撮像した前記被測定素子とは異なる一部の前記被測定素子が視野に入るように前記校正用治具の上面を前記第１撮像部とは異なる第２撮像部で撮像する撮像ステップと、前記第１撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第１撮像部の視野に基づく第１座標における複数の前記被測定素子の位置を示す第１座標位置を特定する第１特定ステップと、前記第２撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第２撮像部の視野に基づく第２座標における複数の前記被測定素子の位置を示す第２座標位置を特定する第２特定ステップと、前記校正用治具を所定の回転方向に回転させる回転ステップと、前記校正用治具を前記所定の回転方向に所定の角度以上回転させるまで、前記撮像ステップ、前記第１特定ステップ、前記第２特定ステップ、及び前記回転ステップを繰り返すステップと、同一の前記被測定素子の前記第１座標位置と前記第２座標位置とが対応するように、前記第１座標位置又は前記第２座標位置を回転させて座標変換する回転行列と、前記第１座標位置又は前記第２座標位置を並進させる並進ベクトルとを特定するステップとを有する、校正方法を提供する。
【0008】
前記第１座標位置又は前記第２座標位置を前記回転行列で回転させ、前記並進ベクトルで並進させることで校正座標に座標変換するステップを更に有してもよい。
複数の前記被測定素子は、前記校正用治具の上面において所定の円の円周上に配置されていてもよい。
複数の前記被測定素子は、前記校正用治具の上面において所定の円の円周上に配置されていてもよい。
【0009】
前記回転行列と前記並進ベクトルとを特定するステップにおいて、前記所定の円の円周上における同一の前記被測定素子の前記第１座標位置と前記第２座標位置とが一致するように、前記回転行列と前記並進ベクトルとを特定してもよい。
【0010】
前記校正用治具を回転させる前記回転ステップにおいて、前記校正用治具の回転前における前記第１撮像部の視野に入っていた複数の前記被測定素子のうち一部の被測定素子が、前記校正用治具の回転後における前記第１撮像部の視野に入り、前記校正用治具の回転前における前記第２撮像部の視野に入っていた複数の前記被測定素子のうち一部の被測定素子が、前記校正用治具の回転後における前記第２撮像部の視野に入るように、前記校正用治具を回転させてもよい。
【0011】
前記回転行列と前記並進ベクトルとを特定するステップにおいて、同一の前記被測定素子の前記第１座標位置と前記第２座標位置とをペアワイズ位置合わせすることで、前記回転行列と前記並進ベクトルとを特定してもよい。
【0012】
前記校正用治具を用いて前記測定装置を校正する前に、寸法及び位置関係のうち少なくとも一方が判明している複数の基準測定素子を有し、前記校正用治具よりも大きさが小さい基準治具を前記第１撮像部で撮像し、前記第１撮像部の撮像結果に基づき、前記第１撮像部の視野における座標位置を示す前記第１座標を校正するステップと、基準治具を前記第２撮像部で撮像し、前記第２撮像部の撮像結果に基づき、前記第２撮像部の視野における座標位置を示す前記第２座標を校正するステップとを更に有してもよい。
【0013】
本発明の第２の態様においては、測定対象を撮像する複数の撮像部を備え、前記測定対象の三次元形状を測定するための測定装置を、校正用治具を用いてコンピュータが校正する校正方法であって、前記校正用治具の上面に設けられている所定の形状の複数の被測定素子のうち、一部の前記被測定素子が視野に入るように前記校正用治具の上面を第１撮像部で撮像し、前記第１撮像部が撮像した前記被測定素子とは異なる一部の前記被測定素子が視野に入るように前記校正用治具の上面を前記第１撮像部とは異なる第２撮像部で撮像する撮像ステップと、前記第１撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第１撮像部の視野に基づく第１座標における複数の前記被測定素子の位置を示す第１座標位置を特定する第１特定ステップと、前記第２撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第２撮像部の視野に基づく第２座標における複数の前記被測定素子の位置を示す第２座標位置を特定する第２特定ステップと、前記校正用治具を所定の回転方向に回転させる回転ステップと、前記校正用治具を前記所定の回転方向に所定の角度以上回転させるまで、前記撮像ステップ、前記第１特定ステップ、前記第２特定ステップ、及び前記回転ステップを繰り返すステップと、同一の前記被測定素子の前記第１座標位置と前記第２座標位置とが対応するように、前記測定装置を校正するステップとを有する、校正方法を提供する。
【0014】
本発明の第３の態様においては、測定対象の三次元形状を測定する前記測定装置と、所定の形状の前記被測定素子を有し、前記測定装置の校正を行うための前記校正用治具とを備える測定システムであって、前記測定装置は、前記測定対象を移動させるための移動部と、前記測定対象に光を照射するための光源と、前記測定対象の異なる複数の領域をそれぞれ撮像する複数の撮像部と、複数の前記撮像部の撮像結果に基づき、前記測定対象の三次元形状を測定する測定部と、前記移動部、前記撮像部、及び前記測定部を制御し、前記測定部の測定結果を校正するためのパラメータを特定する制御部とを備え、前記校正用治具は、上面に所定の形状の前記被測定素子を有し、前記制御部は、前記校正用治具を回転させつつ、複数の前記被測定素子のうち異なる一部の前記被測定素子を複数の前記撮像部でそれぞれ撮像させ、第１の態様の校正方法を実行することにより、前記回転行列及び前記並進ベクトルを特定する、測定システムを提供する。
【0015】
前記測定装置の前記第１撮像部は、前記測定対象の一部である第１部分を撮像し、前記測定装置の前記第１撮像部とは異なる前記第２撮像部は、前記第１撮像部が撮像した前記測定対象の前記第１部分とは異なる前記測定対象の一部である第２部分を撮像し、前記測定装置の前記制御部は、前記第１撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第１撮像部の視野に基づく前記第１座標における前記第１部分の位置を示す前記第１座標位置を特定し、前記第２撮像部が撮像した撮像画像に基づいて、前記第２撮像部の視野に基づく前記第２座標における前記第２部分の位置を示す前記第２座標位置を特定し、前記測定対象を所定の回転方向に回転させ、前記測定対象を前記所定の回転方向に所定の角度以上回転させるまで、前記第１撮像部及び前記第２撮像部による前記測定対象の撮像と、前記第１座標位置の特定と、前記第２座標位置の特定とを繰り返し、特定した前記第１座標位置又は前記第２座標位置を前記回転行列で回転させ、前記並進ベクトルで並進させることで校正座標に座標変換してもよい。
【0016】
本発明の第４の態様においては、コンピュータに実行されると、前記コンピュータに第１又は第２の態様の校正方法を実行させる、プログラムを提供する。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、大型の測定対象の三次元形状を測定する測定装置の校正を容易に行えるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本実施形態に係る測定システムＳの構成例を示す。
【図2】本実施形態に係る測定装置１０が校正用治具３０を搭載した例を示す。
【図3】本実施形態に係る制御ユニット１４０の構成例を示す。
【図4】本実施形態に係る測定装置１０の動作フローの一例を示す。
【図5】本実施形態に係る校正用治具３０を基準位置に配置した例を示す。
【図6】本実施形態に係る校正用治具３０を基準位置から回転させた例を示す。
【図7】本実施形態に係る制御部２４０の動作フローの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【0019】
＜測定システムＳの構成例＞
図１は、本実施形態に係る測定システムＳの構成例を示す。測定システムＳは、測定装置１０と校正用治具３０とを備える。
図１は、本実施形態に係る測定システムＳの構成例を示す。測定システムＳは、測定装置１０と校正用治具３０とを備える。
【0020】
測定装置１０は、三次元空間に配置された測定対象Ｗ（以下、ワークＷということもある）に対して複数の方向から光を照射し、反射した光を受光することによって測定対象Ｗの三次元形状を測定する。また、測定装置１０は、三次元空間に配置された校正用治具３０に対して複数の方向から光を照射し、反射した光を受光することによって自身の校正に用いる校正パラメータを特定する。測定装置１０は、ステージ１１０と、移動部１２０と、光学ユニット１３０と、制御ユニット１４０とを備える。
【0021】
ステージ１１０は、測定対象Ｗを搭載する。また、測定システムＳが測定装置１０の校正を行う場合、ステージ１１０は、校正用治具３０を搭載する。ステージ１１０は、例えば、所定の複数の方向に移動可能に構成されている。ステージ１１０は、第１方向と第１方向とは異なる第２方向に移動可能に構成されていてもよい。第１方向及び第２方向は、例えば、直交している。
【0022】
例えば、ステージ１１０は、ＸＹ平面上においてＸ方向及びＹ方向に移動可能なＸＹステージの機能を有する。この場合、第１方向はＸ方向又はＹ方向であり、第２方向はＹ方向又はＸ方向である。
【0023】
ステージ１１０は、１又は複数の方向を軸として、回転可能に構成されている。ステージ１１０は、ＸＹ平面と略垂直なＺ方向を軸として回転可能な回転ステージの機能を有する。ここで、ＸＹ平面は、例えば、測定対象Ｗ及び校正用治具３０を搭載する面と同一の平面である。本実施形態において、Ｚ方向を第３方向とする。なお、測定装置１０は、校正用治具３０を移動可能に構成されていればよく、ステージ１１０に代えて、校正用治具３０を固定しつつ移動可能な可動アーム等が設けられていてもよい。
【0024】
移動部１２０は、ステージ１１０を移動させる。言い換えると、移動部１２０は、ステージ１１０が測定対象Ｗを搭載している場合、測定対象Ｗを移動させる。また、移動部１２０は、ステージ１１０が校正用治具３０を搭載している場合、校正用治具３０を移動させる。移動部１２０は、モータ等のアクチュエータを有し、ステージ１１０を第１方向又は第２方向に移動させる。また、移動部１２０は、第３方向を軸としてステージ１１０を回転させる。
【0025】
光学ユニット１３０は、光源１３１と撮像部１３２とを有する。光源１３１は、測定対象Ｗに光を照射する。光源１３１は、ハロゲンランプ、ＬＥＤ、又はレーザ等の少なくともいずれかを有する。光源１３１は、例えば、所定のパターンの光を照射するプロジェクタである。光源１３１から照射された光は測定対象Ｗで反射される。撮像部１３２は、測定対象Ｗからの反射光が入射し測定対象Ｗを撮像する。撮像部１３２は、静止画、動画等を撮像可能なカメラを有する。撮像部１３２は、複数のカメラを有してもよい。
【0026】
以上の光学ユニット１３０は、測定装置１０の異なる位置に複数設けられている。言い換えると、複数の光源１３１は、測定対象Ｗの異なる領域に光を照射し、複数の撮像部１３２は、測定対象Ｗの異なる複数の領域をそれぞれ撮像する。複数の光学ユニット１３０の撮像部１３２は、例えば、測定対象Ｗの異なる部位をそれぞれ撮像する。この場合、複数の撮像部１３２による複数の撮像結果を合成すると、測定対象Ｗの全体の構成が把握できるように、複数の光学ユニット１３０が配置されていることが望ましい。なお、本実施例において、説明の簡便化のため、光学ユニット１３０が２つ配置されている例を説明するが、これに限定されることはない。光学ユニット１３０は、３つ以上配置されていてもよい。
【0027】
制御ユニット１４０は、移動部１２０及び光学ユニット１３０を制御する。そして、制御ユニット１４０は、ステージ１１０が測定対象Ｗを搭載している場合、光学ユニット１３０から撮像部１３２の測定対象Ｗの撮像結果を取得し、取得した撮像結果に基づいて測定対象Ｗの三次元形状を測定する。また、制御ユニット１４０は、ステージ１１０が校正用治具３０を搭載している場合、光学ユニット１３０から撮像部１３２の校正用治具３０の撮像結果を取得し、取得した撮像結果に基づいて当該測定装置１０の校正に用いる校正パラメータを特定する。制御ユニット１４０については、後述する。
【0028】
校正用治具３０は、所定の形状の複数の被測定素子３１を有し、測定装置１０の校正を行うための治具である。本実施形態において、校正用治具３０は、上面に被測定素子３１を有する例を説明する。校正用治具３０は、ステージ１１０に搭載された場合に、１つの光学ユニット１３０が有する撮像部１３２の視野に複数の被測定素子３１が入るように、複数の被測定素子３１が設けられていることが望ましい。
【0029】
図２は、本実施形態に係る測定装置１０が校正用治具３０を搭載した例を示す。図２は、第１光学ユニット１３０ａが有する第１撮像部１３２ａの視野１３３ａに第１被測定素子３１ａが入っており、第２光学ユニット１３０ｂが有する第２撮像部１３２ｂの視野１３３ｂに第２被測定素子３１ｂが入っている例を示す。
【0030】
なお、本実施例において、第１撮像部１３２ａの視野１３３ａと第２撮像部１３２ｂの視野１３３ｂに第２被測定素子３１ｂとに、それぞれ異なる被測定素子３１が入っている例を示したが、これに限定されることはない。例えば、第１撮像部１３２ａの視野１３３ａに第１被測定素子３１ａの一部又は全部が入っており、第２撮像部１３２ｂの視野１３３ｂに第１被測定素子３１ａの一部又は全部が入っていてもよい。
【0031】
それぞれの光学ユニット１３０は、光源１３１の光を校正用治具３０に照射して撮像部１３２で撮像することで、視野に入っている被測定素子３１を撮像できる。そして、制御ユニット１４０は、撮像部１３２から撮像結果を取得して、被測定素子３１の三次元形状を測定する。被測定素子３１は、所定の大きさ、所定の形状を有する。被測定素子３１は、所定の寸法で形成されていてもよい。また、被測定素子３１は、それぞれ異なる形状、マーク、色等を有していてもよい。本実施形態において、被測定素子３１が球の形状を有し、制御ユニット１４０は、球の中心位置を測定する例を説明する。
【0032】
ここで、校正用治具３０に設けられている複数の被測定素子３１の寸法及び位置関係が予め判明していることがある。この場合、制御ユニット１４０は、判明している被測定素子３１の寸法及び位置関係と被測定素子３１の三次元形状の測定結果とを比較することにより、当該測定装置１０の校正を行うことができる。例えば、制御ユニット１４０は、被測定素子３１の三次元形状の測定結果が被測定素子３１の寸法及び位置関係に一致するように、三次元形状の測定結果に乗じる係数等を校正パラメータとして特定する。
【0033】
しかしながら、大型の測定対象を測定するための測定装置１０の場合、校正用治具３０も大型になり、精密な寸法を測定することが困難になることがあった。また、複雑な測定対象を測定するための測定装置１０の場合も、校正用治具３０の形状、配置等が複雑になり、精密な寸法を測定することが困難になることがあった。
【0034】
一方、このような校正用治具３０の寸法を測定できたとしても、環境変化等によって寸法が変動してしまったり、衝撃を与えてしまって寸法ずれ等が生じてしまったりすることがあり、測定装置１０の校正を容易に行うことは困難であった。そこで、本実施形態に係る測定システムＳは、複数の被測定素子３１の寸法及び位置関係が判明していない校正用治具３０を用いても、当該測定装置１０の校正を行えるようにする。このような測定装置１０の制御ユニット１４０について次に説明する。
【0035】
＜制御ユニット１４０の構成例＞
図３は、本実施形態に係る制御ユニット１４０の構成例を示す。制御ユニット１４０は、例えば、コンピュータである。制御ユニット１４０は、通信部２１０と、記憶部２２０と、表示部２３０と、制御部２４０とを備える。
図３は、本実施形態に係る制御ユニット１４０の構成例を示す。制御ユニット１４０は、例えば、コンピュータである。制御ユニット１４０は、通信部２１０と、記憶部２２０と、表示部２３０と、制御部２４０とを備える。
【0036】
通信部２１０は、移動部１２０と光学ユニット１３０と通信する。通信部２１０は、例えば、測定対象Ｗ又は校正用治具３０を移動させるための制御信号を移動部１２０に送信する。また、通信部２１０は、光源１３１及び撮像部１３２を制御するための制御信号を光学ユニット１３０に送信してもよい。通信部２１０は、撮像部１３２の撮像結果を光学ユニット１３０から受信してもよい。
【0037】
通信部２１０は、専用の接続線、通信ネットワーク等を介して通信する。通信部２１０は、インターネット回線、無線ＬＡＮ、携帯電話網等の通信ネットワークに接続するためのインターフェースとして機能してもよい。
【0038】
記憶部２２０は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を含む記憶媒体である。また、記憶部２２０は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）及び／又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の大容量記憶装置を含んでもよい。記憶部２２０は、例えば、コンピュータが制御ユニット１４０として機能する場合、コンピュータを機能させるＯＳ（Operating System）、及びプログラム等の情報を格納してもよい。また、記憶部２２０は、プログラムの実行時に参照されるデータを含む種々の情報を格納してもよい。
【0039】
また、記憶部２２０は、制御ユニット１４０が動作の過程で生成する（又は利用する）中間データ、算出結果、閾値、基準値、及びパラメータ等をそれぞれ記憶してもよい。また、記憶部２２０は、制御ユニット１４０内の各部の要求に応じて、記憶したデータを要求元に供給してもよい。
【0040】
表示部２３０は、測定装置１０の測定に関する情報を表示する。表示部２３０は、例えば、測定条件、測定項目、測定結果等の情報を表示する。表示部２３０は、制御ユニット１４０の通信状態、ＯＳ、アプリケーションの実行状態等を表示してもよい。表示部２３０は、例えば、液晶等のディスプレイ、モニタ等である。
【0041】
制御部２４０は、測定装置１０の各部を制御する。例えば、制御部２４０は、通信部２１０を介して種々の情報を授受する。制御部２４０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部２４０は、移動部１２０及び撮像部１３２を制御して、複数の撮像部１３２の撮像結果に基づいて測定対象Ｗの三次元形状を測定する。
【0042】
制御部２４０は、信号出力部２４１と、取得部２４２と、測定部２４３と、特定部２４４とを有する。言い換えると、ＣＰＵは、記憶部２２０に記憶されたプログラムを実行することにより、信号出力部２４１、取得部２４２、測定部２４３、及び特定部２４４を有する制御部２４０として機能する。
【0043】
信号出力部２４１は、測定装置１０の各部を制御するための制御信号を通信部２１０に出力する。信号出力部２４１は、例えば、光学ユニット１３０の光源１３１及び撮像部１３２を制御するための制御信号を出力する。一例として、信号出力部２４１は、一の光学ユニット１３０の光源１３１を所定のパターンで発光させる制御信号と、一の光学ユニット１３０の撮像部１３２を撮像させる制御信号を出力する。これにより、通信部２１０は、制御信号を一の光学ユニット１３０に送信し、一の光学ユニット１３０は、視野に入っている被写体（例えば、被測定素子３１）を撮像する。
【0044】
また、信号出力部２４１は、移動部１２０を駆動する制御信号を出力する。信号出力部２４１は、表示部２３０に情報等を表示させるための制御信号を出力してもよい。信号出力部２４１は、動作目的に対応する制御信号を生成してもよく、予め定められた信号パターンの制御信号を出力してもよい。なお、制御信号の信号パターンは、記憶部２２０に記憶されていてもよい。
【0045】
取得部２４２は、光学ユニット１３０の撮像部１３２が撮像した撮像画像のデータを撮像結果として取得する。取得部２４２は、取得した撮像部１３２の撮像結果を記憶部２２０に記憶させてもよい。また、取得部２４２は、ステージ１１０の現在位置の情報を取得してもよい。
【0046】
測定部２４３は、取得部２４２が取得した撮像部１３２の撮像結果に基づき、測定対象Ｗ又は校正用治具３０の三次元形状を測定する。測定部２４３は、例えば、測定対象Ｗの所定の部位の長さ、所定の形状の寸法等を測定する。測定部２４３は、複数の撮像部１３２の撮像結果を用いることで、１つの撮像部１３２の視野に収まりきれない測定対象Ｗの所定の部位の長さ、形状も測定可能とする。測定部２４３が複数の撮像部１３２の撮像結果から測定対象Ｗの三次元形状を測定する動作は既知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【0047】
特定部２４４は、測定部２４３の測定結果を校正するためのパラメータを特定する。特定部２４４は、例えば、測定装置１０の校正に用いる回転行列と並進ベクトルとを特定する。特定部２４４の動作については、次に説明する。
【0048】
＜測定装置１０の動作フローの一例＞
図４は、本実施形態に係る測定装置１０の動作フローの一例を示す。測定装置１０は、図４に示すＳ５１からＳ５９の動作を実行して、自身の校正に用いる校正パラメータを特定する。なお、測定装置１０は、複数の光学ユニット１３０を備える構成ではあるが、本動作フローにおいては、簡略化して、第１光学ユニット１３０ａ及び第２光学ユニット１３０ｂを用いた動作例を説明する。
図４は、本実施形態に係る測定装置１０の動作フローの一例を示す。測定装置１０は、図４に示すＳ５１からＳ５９の動作を実行して、自身の校正に用いる校正パラメータを特定する。なお、測定装置１０は、複数の光学ユニット１３０を備える構成ではあるが、本動作フローにおいては、簡略化して、第１光学ユニット１３０ａ及び第２光学ユニット１３０ｂを用いた動作例を説明する。
【0049】
まず、測定装置１０は、校正用治具３０を用いて当該測定装置１０を校正する前に、複数の光学ユニット１３０それぞれの校正を行う。この場合、測定装置１０は、校正用治具３０よりも大きさが小さい基準治具を用いて光学ユニット１３０をそれぞれ校正する。基準治具の大きさは、例えば、１つの光学ユニット１３０に含まれている撮像部１３２の視野に収まる程度の大きさである。
【0050】
基準治具は、寸法及び位置関係のうち少なくとも一方が判明している複数の基準測定素子を有する。基準測定素子は、一例として、被測定素子３１と略同一の形状を有する。これに代えて、基準治具は、寸法が判明している形状を有していてもよい。このような小型の基準治具は、寸法の経時変化が少なく、また、取り扱いもしやすい一般的に用いられている治具である。このような基準治具を用いた光学ユニット１３０毎の校正は既知なので、ここでは校正の動作を簡単に説明する。
【0051】
まず、測定装置１０のステージ１１０は、基準治具を搭載する（Ｓ５１）。ステージ１１０には、複数の基準治具が搭載されてもよく、これに代えて、１つの基準治具が搭載されてもよい。ステージ１１０に複数の基準治具が搭載される場合、光学ユニット１３０のそれぞれの視野に入るように複数の基準治具が配置されることが望ましい。そして、制御部２４０は、光学ユニット１３０毎に校正を行う（Ｓ５２）。
【0052】
例えば、制御部２４０は、基準治具を第１光学ユニット１３０ａの第１撮像部１３２ａで撮像し、第１撮像部１３２ａの撮像結果に基づき、第１撮像部１３２ａの視野１３３ａにおける座標位置を示す第１座標を校正する。例えば、制御部２４０は、基準治具の基準測定素子の三次元形状の測定結果と、予め判明しており記憶部２２０に記憶されている基準測定素子の寸法及び位置関係とが一致するように、三次元形状の測定結果に乗じる第１係数を特定する。
【0053】
次に、制御部２４０は、基準治具を第２光学ユニット１３０ｂの第２撮像部１３２ｂで撮像し、第２撮像部１３２ｂの撮像結果に基づき、第２撮像部１３２ｂの視野１３３ｂにおける座標位置を示す第２座標を校正する。なお、ステージ１１０に１つの基準治具が搭載されている場合、制御部２４０は、例えば、第１光学ユニット１３０ａの校正が終わると、次に校正する第２光学ユニット１３０ｂの視野に基準治具が入るようにステージ１１０を移動させてから第２光学ユニット１３０ｂの校正を開始する。
【0054】
制御部２４０は、第１光学ユニット１３０ａの校正と同様に、第２撮像部１３２ｂの撮像結果に基づく基準測定素子の三次元形状の測定結果と判明している基準測定素子の寸法及び位置関係とが一致するように、三次元形状の測定結果に乗じる第２係数を特定する。以上のように、制御部２４０は、複数の光学ユニット１３０をそれぞれ校正する。制御部２４０は、特定した係数を記憶部２２０に記憶してよい。
【0055】
次に、制御部２４０は、測定装置１０のステージ１１０に搭載した校正用治具３０を基準位置に配置する（Ｓ５３）。ここで、搬送装置等が校正用治具３０をステージ１１０に搭載してもよく、これに代えて、作業者等が校正用治具３０をステージ１１０に搭載してもよい。
【0056】
基準位置は、例えば、ステージ１１０の初期位置等といった、所定の位置である。例えば、校正用治具３０が基準位置に配置されると、複数の撮像部１３２の視野１３３に校正用治具３０の被測定素子３１が複数入るように、校正用治具３０、複数の光学ユニット１３０、及び基準位置の位置関係が予め定められていることが望ましい。
【0057】
図５は、本実施形態に係る校正用治具３０を基準位置に配置した例を示す。図５は、校正用治具３０の上面に複数の被測定素子３１が所定の円の円周上に配置されている例を示す。制御部２４０は、例えば、ステージ１１０を移動させて校正用治具３０を基準位置に配置する。
【0058】
次に、制御部２４０は、複数の撮像部１３２を用いて校正用治具３０を撮像する（Ｓ５４）。制御部２４０は、例えば、複数の光学ユニット１３０の光源１３１を点灯させてから撮像部１３２で校正用治具３０を撮像する。
【0059】
これにより、基準位置において、第１撮像部１３２ａは、校正用治具３０の上面に設けられている所定の形状の複数の被測定素子３１のうち、一部の被測定素子３１が視野に入るように校正用治具３０の上面を撮像する。同様に、第１撮像部１３２ａとは異なる第２撮像部１３２ｂは、第１撮像部１３２ａが撮像した被測定素子３１とは異なる一部の被測定素子３１が視野に入るように校正用治具３０の上面を第２撮像部で撮像する。
【0060】
複数の被測定素子３１は、それぞれ識別ができるように形成されていることが望ましい。例えば、複数の被測定素子３１は、それぞれ異なる形状を有していてもよく、異なる色、文字、番号、記号、コード等が付されていてもよい。図５において、第１被測定素子３１ａから第１６被測定素子３１ｐまでの１６個の被測定素子３１が、識別可能に配置されているものとする。
【0061】
そして、図５は、第１撮像部１３２ａが第１被測定素子３１ａから第５被測定素子３１ｅまでの５個の被測定素子３１を撮像し、第２撮像部１３２ｂが第５被測定素子３１ｅから第９被測定素子３１ｉまでの５個の被測定素子３１を撮像した例を示す。第１撮像部１３２ａ及び第２撮像部１３２ｂは、複数の被測定素子３１を異なるタイミングで撮像してもよく、複数の被測定素子３１を略同時に撮像してもよい。そして、取得部２４２は、撮像部１３２の撮像結果を取得する。
【0062】
次に、制御部２４０は、第１撮像部１３２ａが撮像した複数の撮像画像に基づいて、第１撮像部１３２ａの視野に基づく第１座標における複数の被測定素子３１の位置を示す第１座標位置を特定する（Ｓ５５）。例えば、測定部２４３は、第１被測定素子３１ａから第５被測定素子３１ｅまでの５個の被測定素子３１の中心位置をそれぞれ測定し、測定結果を第１座標位置とする。測定部２４３は、被測定素子３１の予め定められた部分の測定結果を当該被測定素子３１の第１座標位置としてもよい。
【0063】
なお、測定部２４３は、Ｓ５１からＳ５２までの校正動作で特定した第１係数を用いて、第１座標位置を算出することが望ましい。また、測定部２４３は、撮像画像に含まれている５個の被測定素子３１が、第１被測定素子３１ａから第５被測定素子３１ｅまでの被測定素子３１であることを判別する。測定部２４３は、例えば、画像解析等を用いて被測定素子３１を判別する。
【0064】
同様に、制御部２４０は、第２撮像部１３２ｂが撮像した複数の撮像画像に基づいて、第２撮像部１３２ｂの視野に基づく第２座標における複数の被測定素子３１の位置を示す第２座標位置を特定する（Ｓ５６）。例えば、測定部２４３は、第５被測定素子３１ｅから第９被測定素子３１ｉまでの５個の被測定素子３１の中心位置をそれぞれ測定し、測定結果を第２座標位置とする。測定部２４３は、被測定素子３１の予め定められた部分の測定結果を当該被測定素子３１の第２座標位置としてもよい。
【0065】
なお、測定部２４３は、Ｓ５１からＳ５２までの校正動作で特定した第２係数を用いて、第２座標位置を算出することが望ましい。また、測定部２４３は、撮像画像に含まれている５個の被測定素子３１が、第５被測定素子３１ｅから第９被測定素子３１ｉまでの被測定素子３１であることを判別する。測定部２４３は、例えば、画像解析等を用いて被測定素子３１を判別する。
【0066】
次に、制御部２４０は、校正用治具３０を所定の回転方向に回転させる（Ｓ５７）。制御部２４０は、例えば、予め定められた角度だけ校正用治具３０を回転させる。制御部２４０は、撮像部１３２が回転前に撮像した複数の被測定素子３１のうち一部の被測定素子３１が当該撮像部１３２の回転後の視野に入る範囲で校正用治具３０を回転させる。
【0067】
図６は、本実施形態に係る校正用治具３０を基準位置から回転させた例を示す。ここで、所定の回転方向を時計回りの方向とした。また、制御部２４０は、校正用治具３０を略６７．５°回転したものとする。
【0068】
図６は、制御部２４０が、校正用治具３０の回転前における第１撮像部１３２ａの視野に入っていた第１被測定素子３１ａから第５被測定素子３１ｅまでの５個の被測定素子３１のうち第４被測定素子３１ｄ及び第５被測定素子３１ｅが校正用治具３０の回転後における第１撮像部１３２ａの視野に入るように、校正用治具３０を回転させた例を示す。この場合、校正用治具３０の回転後における第１撮像部１３２ａの視野には、第４被測定素子３１ｄから第８被測定素子３１ｈまでの５個の被測定素子３１が入っている。
【0069】
同様に、図６は、制御部２４０が、校正用治具３０の回転前における第２撮像部１３２ｂの視野に入っていた第５被測定素子３１ｅから第９被測定素子３１ｉまでの５個の被測定素子３１のうち第８被測定素子３１ｈ及び第９被測定素子３１ｉが校正用治具３０の回転後における第２撮像部１３２ｂの視野に入るように、校正用治具３０を回転させた例を示す。この場合、校正用治具３０の回転後における第２撮像部１３２ｂの視野には、第８被測定素子３１ｈから第１２被測定素子３１ｌまでの５個の被測定素子３１が入っている。
【0070】
そして、Ｓ５４に戻り、制御部２４０は、複数の撮像部１３２を用いて校正用治具３０を撮像する（Ｓ５８：Ｎｏ）。次に、Ｓ５５において、制御部２４０は、第１撮像部１３２ａが撮像した複数の撮像画像に基づいて、複数の被測定素子３１の位置を示す第１座標位置を特定する。
【0071】
測定部２４３は、校正用治具３０の回転前の撮像部１３２の撮像結果に含まれている複数の被測定素子３１のうち、校正用治具３０の回転後にも撮像部１３２の撮像結果に含まれている被測定素子３１の座標位置が回転前に特定した座標位置と一致するように、複数の被測定素子３１の位置を特定する。これにより、測定部２４３は、校正用治具３０を基準位置に配置して測定した複数の被測定素子３１の位置を基準として、校正用治具３０を回転した後に撮像された複数の被測定素子３１の位置を測定することができる。
【0072】
例えば、測定部２４３は、校正用治具３０の回転前に特定した第４被測定素子３１ｄ及び第５被測定素子３１ｅの第１座標位置と、校正用治具３０の回転後の第４被測定素子３１ｄ及び第５被測定素子３１ｅの座標位置とが一致するように、第４被測定素子３１ｄから第８被測定素子３１ｈまでの被測定素子３１の座標位置を特定する。測定部２４３は、特定した第１被測定素子３１ａから第８被測定素子３１ｈまでの８個の被測定素子３１の座標位置を第１座標位置とする。
【0073】
同様に、Ｓ５６において、制御部２４０は、第２撮像部１３２ｂが撮像した複数の撮像画像に基づいて、複数の被測定素子３１の位置を示す第２座標位置を特定する。測定部２４３は、校正用治具３０の回転前に特定した第８被測定素子３１ｈ及び第９被測定素子３１ｉの第１座標位置と、校正用治具３０の回転後の第８被測定素子３１ｈ及び第９被測定素子３１ｉの座標位置とが一致するように、第８被測定素子３１ｈから第１２被測定素子３１ｌまでの被測定素子３１の座標位置を特定する。測定部２４３は、特定した第５被測定素子３１ｅから第１２被測定素子３１ｌまでの８個の被測定素子３１の座標位置を第２座標位置とする。
【0074】
次に、Ｓ５７において、制御部２４０は、校正用治具３０を所定の回転方向に回転させる。以上のように、測定装置１０は、校正用治具３０を所定の回転方向に所定の角度以上回転させるまで、Ｓ５４からＳ５７までの動作を繰り返す（Ｓ５８：Ｎｏ）。所定の角度は、例えば３６０°である。制御部２４０は、例えば、校正用治具３０を所定の角度ずつ回転させつつ、複数の被測定素子３１の撮像動作と座標位置の特定動作とを繰り返す。
【0075】
これに代えて、制御部２４０は、校正用治具３０を等速回転させ、校正用治具３０が所定の角度だけ回転したことに応じて、又は所定の時間が経過したことに応じて、複数の被測定素子３１の撮像動作と座標位置の特定動作とを繰り返してもよい。測定装置１０は、例えば、制御部２４０が校正用治具３０を略３６０°回転するまで繰り返す。
【0076】
制御部２４０は、基準位置において撮像部１３２が撮像した複数の被測定素子３１のうち少なくとも１つの被測定素子３１が、回転後の当該撮像部１３２の撮像結果に含まれるまで、被測定素子３１の座標位置の特定を繰り返してもよい。また、制御部２４０は、所定数の被測定素子３１の座標位置を特定するまで、被測定素子３１の座標位置の特定を繰り返してもよい。
【0077】
以上のようにして、測定装置１０は、撮像部１３２毎に、複数の被測定素子３１のうち異なる一部の座標位置を特定する動作を繰り返す。これにより、測定装置１０は、校正用治具３０に設けられている複数の被測定素子３１の全体の座標位置を特定することができる。
【0078】
測定部２４３が複数の被測定素子３１の座標位置を特定する動作を終了した場合（Ｓ５８：Ｙｅｓ）、特定部２４４は、撮像部１３２毎に特定した複数の被測定素子３１の座標位置が互いに対応するように、座標位置を座標変換するパラメータを特定する。座標位置を座標変換するパラメータは、それぞれの撮像部１３２によって測定された座標位置を共通の座標位置に変換するパラメータであるから、測定装置１０の校正に用いることができる。言い換えると、特定部２４４は、測定装置１０の校正に用いるパラメータを特定する（Ｓ５９）。
【0079】
特定部２４４は、例えば、同一の被測定素子３１の第１座標位置と第２座標位置とが対応するように、第１座標位置又は第２座標位置を回転させて座標変換する回転行列と、第１座標位置又は第２座標位置を並進させる並進ベクトルとを特定する。図５及び図６の例において、特定部２４４は、所定の円の円周上における同一の被測定素子３１の第１座標位置と第２座標位置とが一致するように、回転行列と並進ベクトルとを特定する。
【0080】
例えば、特定部２４４は、同一の被測定素子３１の第１座標位置と第２座標位置とをペアワイズ位置合わせすることで、回転行列と並進ベクトルとを特定する。このようなペアワイズ位置合わせの詳細については後述する。制御部２４０は、特定した回転行列及び並進ベクトルを校正パラメータとして記憶部２２０に記憶させてもよい。
【0081】
以上のように、特定した回転行列及び並進ベクトルは、異なる複数の光学ユニット１３０の間において、校正用治具３０の位置の測定結果を共通の座標の座標位置に変換できる。したがって、制御部２４０は、以上の動作によって特定した回転行列及び並進ベクトルを用いることで、複数の光学ユニット１３０の校正（グループキャリブレーションと呼ぶこともある）をすることができる。
【0082】
例えば、測定装置１０は、図４に示す動作フローを実行した後に、ステージ１１０に測定対象Ｍを搭載し、第１光学ユニット１３０ａ及び第２光学ユニット１３０ｂを用いて測定対象Ｍの三次元形状を測定する。
【0083】
例えば、測定装置１０の第１撮像部１３２ａは、測定対象Ｍの一部である第１部分を撮像し、第２撮像部１３２ｂは、測定対象Ｍの第１部分とは異なる測定対象Ｍの一部である第２部分を撮像する。そして、制御部２４０は、第１撮像部１３２ａが撮像した撮像画像に基づいて第１部分の位置を示す第１座標位置を特定し、第２撮像部１３２ｂが撮像した撮像画像に基づいて第２部分の位置を示す第２座標位置を特定する。なお、測定部２４３は、Ｓ５１からＳ５２までの校正動作で特定した第１係数及び第２係数を用いて、第１座標位置及び第２座標位置を算出することが望ましい。
【0084】
制御部２４０は、測定対象Ｍを所定の回転方向に回転させ、当該測定対象Ｍを所定の回転方向に所定の角度以上回転させるまで、第１撮像部１３２ａ及び第２撮像部１３２ｂによる測定対象Ｍの撮像と、第１座標位置の特定と、第２座標位置の特定とを繰り返す。そして、測定部２４３は、第２座標の座標位置を回転行列で回転させて並進ベクトルで並進させることで校正座標に座標変換する。これに代えて、測定部２４３は、第１座標の座標位置を回転行列で回転させて並進ベクトルで並進させることで校正座標に座標変換してもよい。
【0085】
これにより、制御部２４０は、校正座標における三次元形状の測定値を校正後の測定値として出力することができる。制御部２４０は、校正後の測定値を表示部２３０に表示させてもよく、記憶部２２０に記憶させてもよい。また、制御部２４０は、校正後の測定値をネットワーク等を介して外部に出力してもよい。
【0086】
以上のように、本実施形態に係る測定システムＳは、複数の被測定素子３１の寸法及び位置関係が判明していない校正用治具３０を用いても、自身の校正に用いる校正パラメータを特定して測定結果に反映させることができる。したがって、本実施形態に係る測定システムＳによれば、大型の測定対象Ｗの三次元形状を測定する測定装置１０の校正を容易に行うことができる。
【0087】
＜ペアワイズ位置合わせの動作の具体例＞
図７は、本実施形態に係る制御部２４０の動作フローの一例を示す。図７は、図４に示す測定装置１０の動作フローのうち、Ｓ５９の動作の詳細を説明する動作フローの一例を示す。図７に示す動作フローは、ペアワイズ位置合わせの動作の具体例を示す。ここで、ペアワイズ位置合わせは、非特許文献１に記載されているように、既知の技術ではあるが、以下に詳細を説明する。
図７は、本実施形態に係る制御部２４０の動作フローの一例を示す。図７は、図４に示す測定装置１０の動作フローのうち、Ｓ５９の動作の詳細を説明する動作フローの一例を示す。図７に示す動作フローは、ペアワイズ位置合わせの動作の具体例を示す。ここで、ペアワイズ位置合わせは、非特許文献１に記載されているように、既知の技術ではあるが、以下に詳細を説明する。
【0088】
まず、制御部２４０は、データ行列とパラメータの初期値を設定する（Ｓ７１）。制御部２４０は、特定した複数の被測定素子３１の第１座標位置をデータ行列ｘ＝［ｘ１，ｘ２，・・・，ｘＮ］とし、第２座標位置をデータ行列ｙ＝［ｙ１，ｙ２，・・・，ｙＮ］とする。ここで、Ｎは被測定素子３１の数であり、図５及び図６の例において、Ｎは１６である。行列ｘの各要素ｘｉと行列ｙの各要素ｙｉは、それぞれ三次元の座標位置を示す。例えば、行列ｘ及び行列ｙは、３行１６列のデータ行列である。
【0089】
２つのデータ行列のペアワイズ位置合わせは、例えば、対応する点（要素）を次式のように関係づける回転行列Ｒと並進ベクトルｔとを算出する技術である。
【数1】
【0090】
パラメータである回転行列Ｒと並進ベクトルｔの初期値を次式のように設定する。また、座標位置の平均的な位置ずれ量を表す評価関数ＣＰＲＥの初期値（一例として０）も設定する。
【数2】
【0091】
次に、座標位置の平均的な位置ずれ量を表す評価関数Ｃを次式のように算出する（Ｓ７２）。なお、本例を次式に当てはめた場合、Ｎ＝１６となる。
【数3】
【0092】
次に、２つのデータ行列の重心を次式のように算出する（Ｓ７３）。
【数4】
【0093】
次に、２つのデータ行列を重心中心の座標系の行列Ｗに変換すると共に、行列Ｗを次式のように特異値分解する（Ｓ７４）。
【数5】
【0094】
特異値分解によって得られた行列Ｕと行列Ｖを用いると、次式のように回転行列ＲＣを算出できる。
【数6】
【0095】
また、算出された回転行列ＲＣを用いて、次式のように並進ベクトルｔＣを算出できる。
【数7】
【0096】
算出された回転行列ＲＣと並進ベクトルｔＣとを用いて、次式のようにデータ行列、回転行列、及び並進ベクトルを更新する（Ｓ７５）。
【数8】
【0097】
次に、評価関数の値の変化量｜Ｃｐｒｅ－Ｃ｜を算出し、算出結果と閾値ｄＣｔｈとを比較する。例えば、｜Ｃｐｒｅ－Ｃ｜≧ｄＣｔｈの場合（Ｓ７６：Ｎｏ）、Ｃｐｒｅの値をＣの値に更新して、Ｓ７２に戻り、（数３）式から（数８）式までの計算を行う。そして、｜Ｃｐｒｅ－Ｃ｜＜ｄＣｔｈとなるまで、（数３）式から（数８）式までの計算を繰り返す。｜Ｃｐｒｅ－Ｃ｜＜ｄＣｔｈ（Ｓ７６：Ｙｅｓ）となったら、ペアワイズ位置合わせを終了する。なお、計算を所定の回数以上繰り返しても｜Ｃｐｒｅ－Ｃ｜＜ｄＣｔｈを満たさない場合、ペアワイズ位置合わせは不良と判定してもよい。
【0098】
以上のようにして算出した回転行列Ｒと並進ベクトルｔを用いて、データ行列ｙを次式のように座標変換することで、データ行列ｘに位置合わせすることができる。
【数9】
【0099】
特定部２４４は、以上のペアワイズ位置合わせを適用することで、第２座標位置を回転させて座標変換する回転行列と、第２座標位置を並進させる並進ベクトルとを特定できる（Ｓ７７）。なお、上式において、第１座標位置を行列ｙ、第２座標位置を行列ｘとすることで、第１座標位置を回転させて座標変換する回転行列と、第１座標位置を並進させる並進ベクトルとを特定できることは言うまでもない。
【0100】
以上により、特定部２４４は、測定装置１０の校正に用いるパラメータである回転行列及び並進ベクトルを特定することができる。測定装置１０は、特定した回転行列及び並進ベクトルを用いて自身を校正することにより、装置性能の精度で測定対象Ｗの三次元形状を測定することができる。
【0101】
以上の本実施形態において、複数の被測定素子３１は、校正用治具３０の上面における所定の円の円周上に配置されている例を説明したが、これに限定されることはない。複数の被測定素子３１は、校正用治具３０が回転することによって撮像部１３２に撮像されて座標位置が特定できるように配置されていればよい。
【0102】
また、被測定素子３１の数、複数の被測定素子３１の配置が予め記憶部２２０に記憶されていてもよい。これにより、制御部２４０は、校正用治具３０の回転角度と被測定素子３１の配置の対応関係に基づき、撮像部１３２が撮像した被測定素子３１が校正用治具３０のどこの位置に配置されている被測定素子３１であるかを特定できる。したがって、制御部２４０は、複数の被測定素子３１の判別動作を省略することができる。また、撮像部１３２は、同一の被測定素子３１を重複して撮像することなく、校正動作をより高速に実行することができる。
【0103】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。
【符号の説明】
【0104】
１０ 測定装置
３０ 校正用治具
３１ 被測定素子
１１０ ステージ
１２０ 移動部
１３０ 光学ユニット
１３１ 光源
１３２ 撮像部
１３３ 視野
１４０ 制御ユニット
２１０ 通信部
２２０ 記憶部
２３０ 表示部
２４０ 制御部
２４１ 信号出力部
２４２ 取得部
２４３ 測定部
２４４ 特定部
３０ 校正用治具
３１ 被測定素子
１１０ ステージ
１２０ 移動部
１３０ 光学ユニット
１３１ 光源
１３２ 撮像部
１３３ 視野
１４０ 制御ユニット
２１０ 通信部
２２０ 記憶部
２３０ 表示部
２４０ 制御部
２４１ 信号出力部
２４２ 取得部
２４３ 測定部
２４４ 特定部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】