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(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】P2024051797
(43)【公開日】2024-04-11
(54)【発明の名称】立体形状データ生成装置
(51)【国際特許分類】
G01B 11/25 20060101AFI20240404BHJP
【ＦＩ】
G01B11/25 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022158130
(22)【出願日】2022-09-30
(71)【出願人】
【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】110001427
【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】末永 剛
【テーマコード（参考）】
2F065
【Ｆターム（参考）】
2F065AA51
2F065BB27
2F065DD06
2F065FF04
2F065FF61
2F065HH07
2F065JJ19
2F065JJ26
2F065PP11
2F065QQ23
2F065QQ24
2F065QQ31
2F065SS02
(57)【要約】
【課題】同一形状のワークを複数測定する場合に測定間の誤差を抑制する。
【解決手段】立体形状データ生成装置１は、ワークの測定条件と、位置合わせ画像とを対応付けた複数の測定ファイルを記憶する記憶部３０４と、記憶部３０４に記憶された複数の測定ファイルの中から、一の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像と、ワークのライブ画像とを表示部に表示させる表示制御部３０５と、ワークの測定開始指示を受け付ける受付部３０１ｂと、測定開始指示に応じて、一の測定ファイルに対応付けられた測定条件に基づいて構造化照明部１１０と撮像部１２０とを制御する測定制御部１３０と、を備えている。
【選択図】図２
【解決手段】立体形状データ生成装置１は、ワークの測定条件と、位置合わせ画像とを対応付けた複数の測定ファイルを記憶する記憶部３０４と、記憶部３０４に記憶された複数の測定ファイルの中から、一の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像と、ワークのライブ画像とを表示部に表示させる表示制御部３０５と、ワークの測定開始指示を受け付ける受付部３０１ｂと、測定開始指示に応じて、一の測定ファイルに対応付けられた測定条件に基づいて構造化照明部１１０と撮像部１２０とを制御する測定制御部１３０と、を備えている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
測定用の構造化光をワークに対して照射する構造化照明部と、
前記構造化照明部により照射され、ワークで反射された構造化光を受光し、ワークのパターン画像データを生成する画角を持った撮像部と、
前記撮像部で生成されたパターン画像データに基づいて、ワークの立体形状データを生成する立体形状データ生成部と、を備えた立体形状データ生成装置であって、
ワークの測定条件と、前記撮像部により撮像される前のワークを所定位置に合わせるための位置合わせ画像とを対応付けた複数の測定ファイルを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された複数の測定ファイルの中から、一の測定ファイルに対応付けられた前記位置合わせ画像と、ワークのライブ画像とを表示部に表示させる表示制御部と、
ワークの測定開始指示を受け付ける受付部と、
前記受付部で受け付けた前記測定開始指示に応じて、前記一の測定ファイルに対応付けられた測定条件に基づいて前記構造化照明部と前記撮像部とを制御する測定制御部と、を備えている立体形状データ生成装置。
前記構造化照明部により照射され、ワークで反射された構造化光を受光し、ワークのパターン画像データを生成する画角を持った撮像部と、
前記撮像部で生成されたパターン画像データに基づいて、ワークの立体形状データを生成する立体形状データ生成部と、を備えた立体形状データ生成装置であって、
ワークの測定条件と、前記撮像部により撮像される前のワークを所定位置に合わせるための位置合わせ画像とを対応付けた複数の測定ファイルを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された複数の測定ファイルの中から、一の測定ファイルに対応付けられた前記位置合わせ画像と、ワークのライブ画像とを表示部に表示させる表示制御部と、
ワークの測定開始指示を受け付ける受付部と、
前記受付部で受け付けた前記測定開始指示に応じて、前記一の測定ファイルに対応付けられた測定条件に基づいて前記構造化照明部と前記撮像部とを制御する測定制御部と、を備えている立体形状データ生成装置。
【請求項2】
請求項１に記載の立体形状データ生成装置において、
前記受付部は、マスターワークの測定条件の設定と前記測定開始指示とを受け付け、
前記撮像部は、前記受付部により受け付けた前記測定開始指示に応じて前記位置合わせ画像を生成し、
前記記憶部は、前記受付部により受け付けた測定条件と、前記撮像部により生成された前記位置合わせ画像とを対応付けた測定ファイルを記憶する、立体形状データ生成装置。
前記受付部は、マスターワークの測定条件の設定と前記測定開始指示とを受け付け、
前記撮像部は、前記受付部により受け付けた前記測定開始指示に応じて前記位置合わせ画像を生成し、
前記記憶部は、前記受付部により受け付けた測定条件と、前記撮像部により生成された前記位置合わせ画像とを対応付けた測定ファイルを記憶する、立体形状データ生成装置。
【請求項3】
請求項２に記載の立体形状データ生成装置において、
前記受付部は、第１の測定条件の設定と、第１の測定開始指示を受け付け、
前記測定制御部は、前記第１の測定条件に基づいて、前記構造化照明部と前記撮像部とを制御し、
前記撮像部は、前記受付部により受け付けた前記第１の測定開始指示に応じて、第１の位置合わせ画像を生成するとともに、マスターワークで反射された構造化光を受光することで、パターン画像データを生成し、
前記立体形状データ生成部は、前記撮像部により生成された前記パターン画像データに基づいて、マスターワークの第１の立体形状データを生成し、
前記受付部は、さらに、第２の測定条件の設定と、第２の測定開始指示を受け付け、
前記測定制御部は、前記第２の測定条件に基づいて、前記構造化照明部と前記撮像部とを制御し、
前記撮像部は、前記受付部により受け付けた前記第２の測定開始指示に応じて、第２の位置合わせ画像を生成するとともに、マスターワークで反射された構造化光を受光することで、パターン画像データを生成し、
前記立体形状データ生成部は、前記撮像部により生成されたパターン画像データに基づいて、マスターワークの第２の立体形状データを生成し、
前記記憶部は、
前記マスターワークの第１の立体形状データと、前記第１の測定条件と、前記第１の位置合わせ画像と、を対応付けた第１の測定ファイルと、
前記マスターワークの第２の立体形状データと、前記第２の測定条件と、前記第２の位置合わせ画像と、を対応付けた第２の測定ファイルと、を記憶する立体形状データ生成装置。
前記受付部は、第１の測定条件の設定と、第１の測定開始指示を受け付け、
前記測定制御部は、前記第１の測定条件に基づいて、前記構造化照明部と前記撮像部とを制御し、
前記撮像部は、前記受付部により受け付けた前記第１の測定開始指示に応じて、第１の位置合わせ画像を生成するとともに、マスターワークで反射された構造化光を受光することで、パターン画像データを生成し、
前記立体形状データ生成部は、前記撮像部により生成された前記パターン画像データに基づいて、マスターワークの第１の立体形状データを生成し、
前記受付部は、さらに、第２の測定条件の設定と、第２の測定開始指示を受け付け、
前記測定制御部は、前記第２の測定条件に基づいて、前記構造化照明部と前記撮像部とを制御し、
前記撮像部は、前記受付部により受け付けた前記第２の測定開始指示に応じて、第２の位置合わせ画像を生成するとともに、マスターワークで反射された構造化光を受光することで、パターン画像データを生成し、
前記立体形状データ生成部は、前記撮像部により生成されたパターン画像データに基づいて、マスターワークの第２の立体形状データを生成し、
前記記憶部は、
前記マスターワークの第１の立体形状データと、前記第１の測定条件と、前記第１の位置合わせ画像と、を対応付けた第１の測定ファイルと、
前記マスターワークの第２の立体形状データと、前記第２の測定条件と、前記第２の位置合わせ画像と、を対応付けた第２の測定ファイルと、を記憶する立体形状データ生成装置。
【請求項4】
請求項３に記載の立体形状データ生成装置であって、
前記マスターワークの前記第１の立体形状データと前記マスターワークの前記第２の立体形状データとを位置合わせするための位置合わせ情報を特定し、当該特定した位置合わせ情報に基づいて前記マスターワークの前記第１の立体形状データと前記マスターワークの前記第２の立体形状データとを合成することでマスターワークの合成立体形状データを生成する合成部をさらに備え、
前記記憶部は、前記第１の測定ファイルと、前記第２の測定ファイルと、前記位置合わせ情報と、前記マスターワークの合成立体形状データと、を対応付けた合成データファイルを記憶する立体形状データ生成装置。
前記マスターワークの前記第１の立体形状データと前記マスターワークの前記第２の立体形状データとを位置合わせするための位置合わせ情報を特定し、当該特定した位置合わせ情報に基づいて前記マスターワークの前記第１の立体形状データと前記マスターワークの前記第２の立体形状データとを合成することでマスターワークの合成立体形状データを生成する合成部をさらに備え、
前記記憶部は、前記第１の測定ファイルと、前記第２の測定ファイルと、前記位置合わせ情報と、前記マスターワークの合成立体形状データと、を対応付けた合成データファイルを記憶する立体形状データ生成装置。
【請求項5】
請求項４に記載の立体形状データ生成装置であって、
前記受付部は、前記記憶部に記憶された複数の合成データファイルの中から一の合成データファイルの選択を受け付け、
前記表示制御部は、前記受付部により受け付けられた一の合成データファイルに含まれ、前記第１の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像とワークのライブ画像を表示部に表示させ、
前記受付部は、ワークの第１の測定開始指示を受け付け、
前記測定制御部は、ワークの第１の測定開始指示に応じて、前記第１の測定ファイルに対応付けられた測定条件を特定し、当該特定した測定条件に基づいて、前記構造化照明部と前記撮像部を制御し、
前記立体形状データ生成部は、前記測定制御部により前記特定された測定条件に基づいて前記構造化照明部と前記撮像部が制御され、前記撮像部により生成されたパターン画像データに基づいて、ワークの第１の立体形状データを生成し、
前記表示制御部は、前記受付部により受け付けられた一の合成データファイルに含まれ、前記第２の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像とワークのライブ画像を表示部に表示させ、
前記受付部は、ワークの第２の測定開始指示を受け付け、
前記測定制御部は、ワークの第２の測定開始指示に応じて、前記第２の測定ファイルに対応付けられた測定条件を特定し、当該特定した測定条件に基づいて、前記構造化照明部と前記撮像部を制御し、
前記立体形状データ生成部は、前記測定制御部により前記特定された測定条件に基づいて前記構造化照明部と前記撮像部が制御され、前記撮像部により生成されたパターン画像データに基づいて、ワークの第２の立体形状データを生成し、
前記合成部は、前記一の合成データファイルに含まれる位置合わせ情報に基づいて、ワークの第１の立体形状データと、ワークの第２の立体形状データを合成することで、ワークの合成立体形状データを生成する、立体形状データ生成装置。
前記受付部は、前記記憶部に記憶された複数の合成データファイルの中から一の合成データファイルの選択を受け付け、
前記表示制御部は、前記受付部により受け付けられた一の合成データファイルに含まれ、前記第１の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像とワークのライブ画像を表示部に表示させ、
前記受付部は、ワークの第１の測定開始指示を受け付け、
前記測定制御部は、ワークの第１の測定開始指示に応じて、前記第１の測定ファイルに対応付けられた測定条件を特定し、当該特定した測定条件に基づいて、前記構造化照明部と前記撮像部を制御し、
前記立体形状データ生成部は、前記測定制御部により前記特定された測定条件に基づいて前記構造化照明部と前記撮像部が制御され、前記撮像部により生成されたパターン画像データに基づいて、ワークの第１の立体形状データを生成し、
前記表示制御部は、前記受付部により受け付けられた一の合成データファイルに含まれ、前記第２の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像とワークのライブ画像を表示部に表示させ、
前記受付部は、ワークの第２の測定開始指示を受け付け、
前記測定制御部は、ワークの第２の測定開始指示に応じて、前記第２の測定ファイルに対応付けられた測定条件を特定し、当該特定した測定条件に基づいて、前記構造化照明部と前記撮像部を制御し、
前記立体形状データ生成部は、前記測定制御部により前記特定された測定条件に基づいて前記構造化照明部と前記撮像部が制御され、前記撮像部により生成されたパターン画像データに基づいて、ワークの第２の立体形状データを生成し、
前記合成部は、前記一の合成データファイルに含まれる位置合わせ情報に基づいて、ワークの第１の立体形状データと、ワークの第２の立体形状データを合成することで、ワークの合成立体形状データを生成する、立体形状データ生成装置。
【請求項6】
請求項５に記載の立体形状データ生成装置であって、
前記位置合わせ情報は、前記受付部により前記マスターワークの第１の立体形状データと前記マスターワークの第２の立体形状データとで対応する面の指定を受け付けることにより生成される、立体形状データ生成装置。
前記位置合わせ情報は、前記受付部により前記マスターワークの第１の立体形状データと前記マスターワークの第２の立体形状データとで対応する面の指定を受け付けることにより生成される、立体形状データ生成装置。
【請求項7】
請求項６に記載の立体形状データ生成装置であって、
前記合成部は、前記受付部により受け付けた前記マスターワークの第１の立体形状データと前記マスターワークの第２の立体形状データとで対応する面の指定に基づいて、前記マスターワークの第１の立体形状データの位置姿勢と前記マスターワークの第２の立体形状データの位置姿勢とを位置合わせするための変換行列を算出し、当該算出した変換行列を前記位置合わせ情報として特定する、立体形状データ生成装置。
前記合成部は、前記受付部により受け付けた前記マスターワークの第１の立体形状データと前記マスターワークの第２の立体形状データとで対応する面の指定に基づいて、前記マスターワークの第１の立体形状データの位置姿勢と前記マスターワークの第２の立体形状データの位置姿勢とを位置合わせするための変換行列を算出し、当該算出した変換行列を前記位置合わせ情報として特定する、立体形状データ生成装置。
【請求項8】
請求項５に記載の立体形状データ生成装置であって、
前記表示制御部は、前記受付部により前記一の合成データファイルの選択を受け付けると、当該一の合成データファイルに含まれる前記第１の測定ファイルを示す情報と前記第２の測定ファイルを示す情報とを表示部に表示させ、
前記受付部は、前記表示部に表示された第１の測定ファイルを示す情報と前記第２の測定ファイルを示す情報との内、一の測定ファイルの選択を受け付ける、立体形状データ生成装置。
前記表示制御部は、前記受付部により前記一の合成データファイルの選択を受け付けると、当該一の合成データファイルに含まれる前記第１の測定ファイルを示す情報と前記第２の測定ファイルを示す情報とを表示部に表示させ、
前記受付部は、前記表示部に表示された第１の測定ファイルを示す情報と前記第２の測定ファイルを示す情報との内、一の測定ファイルの選択を受け付ける、立体形状データ生成装置。
【請求項9】
請求項８に記載の立体形状データ生成装置であって、
前記第１の測定ファイルを示す情報は、前記第１の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像であり、
前記第２の測定ファイルを示す情報は、前記第２の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像である、立体形状データ生成装置。
前記第１の測定ファイルを示す情報は、前記第１の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像であり、
前記第２の測定ファイルを示す情報は、前記第２の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像である、立体形状データ生成装置。
【請求項10】
請求項２に記載の立体形状データ生成装置であって、
前記受付部は、前記測定条件として前記構造化照明部から出射される構造化光の投影パターンの設定と、前記撮像部の露光時間の設定の少なくとも一方を受け付ける、立体形状データ生成装置。
前記受付部は、前記測定条件として前記構造化照明部から出射される構造化光の投影パターンの設定と、前記撮像部の露光時間の設定の少なくとも一方を受け付ける、立体形状データ生成装置。
【請求項11】
請求項１０に記載の立体形状データ生成装置であって、
マスターワークを載置するとともに、前記撮像部に対するマスターワークの相対的な位置関係を切り替える回転ステージをさらに備え、
前記受付部は、前記一の測定ファイルに対応付けられた測定条件として前記撮像部に対するマスターワークの相対的な撮像アングルの指定を受け付け、
前記測定制御部は、前記受付部で受け付けた撮像アングルに基づいて、前記回転ステージを駆動し、
前記記憶部は、前記測定条件として前記撮像アングルが含まれる測定ファイルを記憶する、立体形状データ生成装置。
マスターワークを載置するとともに、前記撮像部に対するマスターワークの相対的な位置関係を切り替える回転ステージをさらに備え、
前記受付部は、前記一の測定ファイルに対応付けられた測定条件として前記撮像部に対するマスターワークの相対的な撮像アングルの指定を受け付け、
前記測定制御部は、前記受付部で受け付けた撮像アングルに基づいて、前記回転ステージを駆動し、
前記記憶部は、前記測定条件として前記撮像アングルが含まれる測定ファイルを記憶する、立体形状データ生成装置。
【請求項12】
請求項１１に記載の立体形状データ生成装置であって、
前記測定制御部は、前記受付部で受け付けた測定開始指示に応じて、前記一の測定ファイルに対応付けられた測定条件として指定された前記撮像アングルに基づいて前記回転ステージを制御する立体形状データ生成装置。
前記測定制御部は、前記受付部で受け付けた測定開始指示に応じて、前記一の測定ファイルに対応付けられた測定条件として指定された前記撮像アングルに基づいて前記回転ステージを制御する立体形状データ生成装置。
【請求項13】
請求項１に記載の立体形状データ生成装置であって、
前記表示制御部は、前記一の測定ファイルに対応付けられた測定条件を表示する測定条件表示ユーザインタフェース画面を表示部に表示させる、立体形状データ生成装置。
前記表示制御部は、前記一の測定ファイルに対応付けられた測定条件を表示する測定条件表示ユーザインタフェース画面を表示部に表示させる、立体形状データ生成装置。
【請求項14】
請求項５に記載の立体形状データ生成装置であって、
前記マスターワークの合成立体形状データの解析を行う解析部をさらに備え、
前記合成データファイルには、さらにマスターワーク解析条件が対応付けられ、
前記解析部は、前記合成データファイルに対応付けられたマスターワーク解析条件に基づいて、前記ワークの合成立体形状データの解析を行う立体形状データ生成装置。
前記マスターワークの合成立体形状データの解析を行う解析部をさらに備え、
前記合成データファイルには、さらにマスターワーク解析条件が対応付けられ、
前記解析部は、前記合成データファイルに対応付けられたマスターワーク解析条件に基づいて、前記ワークの合成立体形状データの解析を行う立体形状データ生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ワークの立体形状データを生成する立体形状データ生成装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、ステージに載置されたワークの立体形状データを生成する立体形状データ生成装置が知られている。特許文献１に開示されている立体形状データ生成装置は、ステージに載置されたワークに所定のパターンを有する構造化光を照射し、ワークで反射された構造化光を撮像部で受光してワークのパターン画像データを生成し、生成されたパターン画像データに基づいて、ワークの立体形状データを生成可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１８－４２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、立体形状データ生成装置の運用時、例えば、ワークの全周の形状データを測定する場合、死角がなくなるようにワークを異なる姿勢に置き直して複数回撮像する必要がある。その後、同一形状の複数のワークを測定したい場合、個々のワークに対して同様な測定手順を実行する必要がある。
【0005】
ここで、ワークの測定にあたり、位置合わせ用マーカーをワークに付与する方法がある。ところが、同一形状の複数のワークの測定を異なる担当者で分担する場合や、同じ担当者による測定であっても前回の測定から期間が空いている場合には、位置合わせ用マーカーの個数やワークに対する付与位置のバラツキが発生して測定結果が安定して得られないことや、ワークのステージ上での姿勢が異なってしまうことから測定原理に由来する測定誤差が発生しやすくなることがある。
【0006】
ワークの測定にあたり、位置合わせ用マーカーを使用しない場合もあるが、この場合、ワークの測定時の姿勢間違いによる手戻りが発生し易くなるとともに、位置合わせ用マーカーを使用する場合と同様に、ステージ上での姿勢が異なってしまうことから測定原理に由来する測定誤差が発生しやすくなることがある。
【0007】
また、ワークの姿勢を変えて複数回測定して得られた複数の画像データを合成して１つの立体形状データを作成する場合に、異なる姿勢の画像データ同士の位置合わせが必要になるが、複数個のワークのそれぞれについて同様の位置合わせを行うのは困難である。さらに、ワークに対して斜め方向から撮像する場合、ワークと撮像部の相対的な位置関係を合わせるには６自由度全てを決定する必要があり、これを複数のワークに対して逐一実行していくのは非常に困難である。
【0008】
本開示は、かかる点に鑑みたものであり、その目的とするところは、同一形状のワークを複数測定する場合に測定間の誤差を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために、本態様では、構造化照明部により照射され、ワークで反射された構造化光を受光し、ワークのパターン画像データを生成する画角を持った撮像部を備えており、この撮像部で生成されたパターン画像データに基づいて、ワークの立体形状データを生成する立体形状データ生成装置を前提とすることができる。立体形状データ生成装置は、ワークの測定条件と、撮像部により撮像される前のワークを所定位置に合わせるための位置合わせ画像とを対応付けた複数の測定ファイルを記憶部に記憶できる。この記憶部に記憶された複数の測定ファイルの中から、一の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像と、ワークのライブ画像とを表示部に表示させること、及び、ワークの測定開始指示を受け付けることが可能であり、受け付けた測定開始指示に応じて、一の測定ファイルに対応付けられた測定条件に基づいて構造化照明部と撮像部とを制御することができる。
【0010】
この構成によれば、例えば過去に測定した際に適用されたワークの測定条件と、過去に測定した際に取得したワークの位置合わせ画像とを対応付けた測定ファイルを記憶部に記憶しておくことができるので、過去に測定したワークと同一形状のワークを測定する場合に、測定ファイルを読み出すことで、位置合わせ画像と、これから測定しようとしているワークのライブ画像とを表示部に表示させることができる。これにより、ユーザは、表示部を見ながら、これから測定しようとしているワークを所定位置に正確に置くことができるので、測定誤差が発生しにくくなる。また、これから測定しようとしているワークの姿勢間違いが起こりにくくなるので、手戻りの発生も抑制できる。尚、同一形状とは、厳密に同一である必要はなく、例えば製造上の誤差で生じる形状の僅かな相違や、公差範囲内で異なる形状も、同一形状に含まれる。
【0011】
また、受付部は、マスターワークの測定条件の設定と測定開始指示とを受け付け可能であってもよい。この場合、撮像部は、前記受付部により受け付けた前記測定開始指示に応じて前記位置合わせ画像を生成し、前記記憶部は、前記受付部により受け付けた測定条件と、前記撮像部により生成された前記位置合わせ画像とを対応付けた測定ファイルを記憶することができる。これにより、マスターワークの測定と、マスターワークとは別のワークの測定とが同じ立体形状データ生成装置で実行されるので、同一の測定状態を再現でき、測定間の誤差をさらに抑制できる。
【0012】
また、表示制御部は、第１の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像とワークのライブ画像を表示部に表示させることもできる。この場合、前記受付部は、ワークの第１の測定開始指示を受け付け、前記測定制御部は、ワークの第１の測定開始指示に応じて、前記第１の測定ファイルに対応付けられた測定条件を特定し、当該特定した測定条件に基づいて、前記構造化照明部と前記撮像部を制御する。前記立体形状データ生成部は、前記測定制御部により前記特定された測定条件に基づいて前記構造化照明部と前記撮像部が制御され、前記撮像部により生成されたパターン画像データに基づいて、ワークの第１の立体形状データを生成する。
【0013】
また、前記表示制御部は、第２の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像とワークのライブ画像を表示部に表示させることもできる。この場合、前記受付部は、ワークの第２の測定開始指示を受け付け、前記測定制御部は、ワークの第２の測定開始指示に応じて、前記第２の測定ファイルに対応付けられた測定条件を特定し、当該特定した測定条件に基づいて、前記構造化照明部と前記撮像部を制御する。前記立体形状データ生成部は、前記測定制御部により前記特定された測定条件に基づいて前記構造化照明部と前記撮像部が制御され、前記撮像部により生成されたパターン画像データに基づいて、ワークの第２の立体形状データを生成する。位置合わせ情報に基づいて、ワークの第１の立体形状データと、ワークの第２の立体形状データを合成することで、ワークの合成立体形状データを生成することができる。
【0014】
すなわち、位置合わせ画像に基づいて、マスターワークに対するワークの位置ずれを抑制できるとともに、マスターワークの位置合わせ情報を用いて、ワークの第１の立体形状データとワークの第２の立体形状データとを位置合わせできるため、測定ごとに位置合わせの設定を行う必要がなくなり、より同一性の高い測定結果を再現できる。
【発明の効果】
【0015】
以上説明したように、本開示に係る立体形状データ生成装置によれば、過去に測定した際に取得した位置合わせ画像と、これから測定しようとしているワークのライブ画像とを表示部に表示させることにより、ユーザがワークを所定位置に正確に置くことができるので、同一形状のワークを複数測定する場合に測定間の誤差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の実施形態１に係る立体形状データ生成装置の全体構成を示す図である。
【図2】立体形状データ生成装置のブロック図である。
【図3】ワークを異なる姿勢に置き直して撮像する様子を示す図である。
【図4】ワークの初回測定処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図5】測定設定用ユーザインタフェース画面の一例を示す図である。
【図6】データ合成処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図7】データ合成用ユーザインタフェース画面の一例を示す図である。
【図8】データ構造を示す図である。
【図9】測定再現時の処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図10】データ選択用ユーザインタフェース画面の一例を示す図である。
【図11】測定用ユーザインタフェース画面の一例を示す図である。
【図13】測定再現時のデータ合成処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図16】本発明の実施形態２に係る立体形状データ生成装置の全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【0018】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る立体形状データ生成装置１の全体構成を示す図である。立体形状データ生成装置１は、ワーク（測定対象物）Ｗの立体形状データを生成するシステムであり、例えば、ワークＷの形状を測定することによって取得したワークＷのメッシュデータをＣＡＤデータに変換して出力することが可能になっている。
図１は、本発明の実施形態１に係る立体形状データ生成装置１の全体構成を示す図である。立体形状データ生成装置１は、ワーク（測定対象物）Ｗの立体形状データを生成するシステムであり、例えば、ワークＷの形状を測定することによって取得したワークＷのメッシュデータをＣＡＤデータに変換して出力することが可能になっている。
【0019】
特に限定されるものではないが、立体形状データ生成装置１は、例えば既存製品のＣＡＤデータを取得して次機種展開や形状解析をＣＡＤ・ＣＡＥ上で実施したり、製品デザインにおけるモデルやモックの形状を製品設計に反映したり、嵌合する相手部品の形状に基づいて嵌合元となる製品を設計したり、試作品の形状に基づいて改良設計を行う場合等に利用される。したがって、ワークＷとしては、例えば既存製品、モデル、モック、試作品等を挙げることができる。
【0020】
また、立体形状データ生成装置１は、ワークＷのメッシュデータをサーフェスデータに変換して出力することも可能である。ワークＷのメッシュデータをサーフェスデータに変換して出力することで、ユーザのリバースエンジニアリング工程、リバースエンジニアリング作業を支援することができるので、立体形状データ生成装置１は、リバースエンジニアリング支援装置と呼ぶこともできる。
【0021】
以下の説明では、ワークＷの形状を測定する際に、ワークＷ表面の座標情報を取得するにあたり、測定用の構造化光をワークＷに対して照射して、ワークＷの表面で反射された構造化光に基づいて座標情報を取得している。例えば、ワークＷの表面で反射された構造化光から得られる縞投影画像を用いた三角測距による計測方法を適用することができる。ただ、本発明では、ワークＷの座標情報を取得するための原理や構成は、これに限らず、他の方法も適用することができる。
【0022】
立体形状データ生成装置１は、測定部１００と、台座部２００と、コントローラ３００と、表示部４００と、操作部５００とを備えている。測定部１００とコントローラ３００とは、通信ケーブル等によって接続されていてもよいし、無線接続によって接続されていてもよい。
【0023】
図２に示すように、測定部１００は、構造化照明部１１０と撮像部１２０とを備えるとともに、構造化照明部１１０及び撮像部１２０が取り付けられる筐体１００Ａを備えている。さらに、測定部１００は、構造化照明部１１０及び撮像部１２０を制御する測定制御部１３０も備えている。測定制御部１３０は、筐体１００Ａに設けられていてもよいし、コントローラ３００側に設けられていてもよい。
【0024】
筐体１００Ａは、コントローラ３００とは別体とされて支持部６００によって支持されている。支持部６００は、ベース部６０１と、ベース部６０１に固定された伸縮部６０２と、伸縮部６０２の上部に設けられた角度調整部６０３とを備えた可搬性のものであり、ユーザによって設置位置を自由に設定できる。角度調整部６０３に測定部１００が着脱可能に取り付けられている。伸縮部６０２を上下方向に伸縮させることで測定部１００の高さ調整が可能である。また、角度調整部６０３は、例えば水平軸周りの回動、鉛直軸周りの回動、傾斜軸周りの回動等が調整可能に構成されている。これにより、測定部１００の水平面に対する設置角、鉛直面に対する設置角を任意に調整することができる。
【0025】
支持部６００は、上述した構成に限られるものではなく、例えば三脚、自由に屈曲させて屈曲させた形状を維持することが可能なフレキシブルアーム、ブラケット等、またはこれらを組み合わせて構成されていてもよい。また、測定部１００は、例えば産業用ロボットの６自由度アームに取り付けて使用することもできる。さらに、測定部１００は、ユーザが手で持って使用することもでき、この場合、支持部６００は不要になる。つまり、支持部６００は、立体形状データ生成装置１の一部に含まれる部材であってもよいし、立体形状データ生成装置１に含まれない部材であってもよい。
【0026】
ユーザが筐体１００Ａを持ってワークＷを測定する場合には、測定部１００をワークＷの製造現場等に持ち込んで測定することができる。この場合、ユーザが測定部１００を任意の位置に移動させて任意のタイミングで撮像することでワークＷの形状を測定できる。これを手動測定と呼ぶことができる。
【0027】
また、測定部１００を支持部６００で支持するとともに、ワークＷを、後述する自動回転式の台座部２００に載置することで、ワークＷを台座部２００によって回転させながら、所定のタイミングで撮像することでワークＷの広範囲の形状を測定できる。これを半自動測定と呼ぶことができる。尚、ワークＷを台座部２００に載置することなく、例えば定盤等に載置して測定することもできる。
【0028】
また、測定部１００を産業用ロボットのアームに取り付けて移動させることで、ユーザの手を介することなく、ワークＷの広範囲の形状を測定できる。これを全自動測定と呼ぶことができる。本発明は、手動測定、半自動測定及び全自動測定の全てに適用可能である。
【0029】
図２に示すように、測定部１００は、測定用の構造化光をワークＷに対して照射する構造化照明部１１０と、構造化照明部１１０により照射され、ワークＷで反射された構造化光を受光し、ワークＷのパターン画像データを生成する画角を持った撮像部１２０とを備えている。測定部１００は、複数の構造化照明部１１０を含んでいてもよく、例えば、第一の方向からワークＷに対して第一構造化光を照射可能な第一構造化照明部と、第一の方向とは異なる第二の方向からワークＷに対して第二構造化光を照射可能な第二構造化照明部がそれぞれ設けられていてもよい。また、測定部１００は、複数の撮像部１２０を含んでいてもよい。
【0030】
なお、図示しないが、構造化照明部１１０を３以上備えたり、あるいは構造化照明部１１０と台座部２００を相対移動させて、共通の構造化照明部１１０を用いつつも、構造化光の照射方向を異ならせてワークＷに投光させることも可能である。また、構造化照明部１１０を複数用意し、共通の撮像部１２０で受光する構成とする以外に、共通の構造化照明部１１０に対して、複数の撮像部１２０を用意して受光するように構成してもよい。さらに構造化照明部１１０が投光する構造化光のＺ方向に対する照射角度を固定としてもよいし、可変としてもよい。
【0031】
構造化照明部１１０は、測定光源１１１、パターン生成部１１２及び複数のレンズ１１３を含んでいる。測定光源１１１は、単色光を発光する光源、例えば白色光を出射するハロゲンランプ、青色光を出射する青色ＬＥＤ（発光ダイオード）、有機ＥＬ等の光源を用いることができる。測定光源１１１から出射された光は、集光された後、パターン生成部１１２に入射される。
【0032】
パターン生成部１１２は、構造化光をワークＷに対して照射するよう、測定光源１１１から出射された光を反射させる。パターン生成部１１２に入射した測定光は、予め設定されたパターン及び予め設定された強度（明るさ）に変換されて出射される。パターン生成部１１２により出射された構造化光は、複数のレンズ１１３により撮像部１２０の観察・測定可能な視野よりも大きい径を有する光に変換された後、ワークＷに照射される。
【0033】
パターン生成部１１２は、構造化光をワークＷに照射する照射状態と、構造化光をワークＷに照射しない非照射状態とに切り替え可能な部材である。このようなパターン生成部１１２には、例えばＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）等を利用できる。ＤＭＤを用いたパターン生成部１１２は、照射状態として構造化光を光路上に向けて反射させる反射状態と、非照射状態として構造化光を遮光させる遮光状態とを切り替え可能に、測定制御部１３０により制御できる。
【0034】
ＤＭＤは多数のマイクロミラー（微小鏡面）を平面上に配列した素子である。各マイクロミラーは、測定制御部１３０により個別にＯＮ状態、ＯＦＦ状態を切り替えることができるので、多数のマイクロミラーのＯＮ状態、ＯＦＦ状態を組み合わせて、測定用の構造化光として所望の投影パターンを持った光を生成できる。これによって、三角測距に必要なパターンを生成して、ワークＷの形状の測定が可能となる。このようにＤＭＤは、測定時には測定用の周期的な投影パターンをワークＷに照射する光学系の一部として機能する。またＤＭＤは応答速度にも優れ、シャッターなどに比べ高速に動作させることができる利点も得られる。
【0035】
なお以上の例では、パターン生成部１１２にＤＭＤを用いた例を説明したが、本発明はパターン生成部１１２をＤＭＤに限定するものでなく、他の部材を用いることもできる。例えば、パターン生成部１１２として、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon：反射型液晶素子）を用いてもよい。あるいは反射型の部材に代えて透過型の部材を用いて、構造化光の透過量を調整してもよい。この場合は、パターン生成部１１２を光路上に配置して、光を透過させる照射状態と、光を遮光させる遮光状態とを切り替える。このようなパターン生成部１１２には、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）が利用できる。あるいは、複数ラインＬＥＤを用いた投影方法、複数光路を用いた投影方法、レーザとガルバノミラー等で構成される光スキャナ方式、ビームスプリッタで分割したビームを重ね合わせることによって発生された干渉縞を用いるＡＦＩ（Accordion fringe interferometry）方式、ピエゾステージと高分解能エンコーダ等で構成される実体格子と移動機構を用いた投影方法等でパターン生成部１１２を構成してもよい。尚、パターン生成部１１２は、パターンを生成することなく、均一光を照射することもできる。
【0036】
撮像部１２０は、撮像素子１２１と複数のレンズ１２２とを含んでいる。ワークＷで反射された構造化光は、レンズ１２２に入射して集光、結像された後、撮像素子１２１により受光される。撮像部１２０には、高倍のレンズ１２２を備えた高倍撮像部と、低倍のレンズ１２２を備えた低倍撮像部とが含まれていてもよい。また、レンズ１２２は倍率の変更が可能なズームレンズ等であってもよく、倍率の変更が可能な撮像部１２０であってもよい。撮像時の倍率と画像データとが対応付けられるようになっており、どの倍率で撮像された画像データであるかの識別が可能になっている。
【0037】
撮像素子１２１は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）や、ＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）等のイメージセンサで構成されている。撮像素子１２１の各画素からは、受光量に対応するアナログの電気信号（以下、「受光信号」と呼ぶ。）が後述するＡ／Ｄ変換器に出力される。カラーの撮像素子は各画素を赤色用、緑色用、青色用の受光に対応させる必要があるため、モノクロの撮像素子と比較すると計測分解能が低く、また各画素にカラーフィルタを設ける必要があるため感度が低下する。そのため、本実施形態では、撮像素子１２１としてモノクロのＣＣＤを採用している。なお、撮像素子１２１として、カラーの撮像素子を用いてもよい。
【0038】
撮像部１２０には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）及びＦＩＦＯ（First In First Out）メモリ、ＣＰＵ等が実装されている。撮像素子１２１から出力される受光信号は、Ａ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされると共にデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとしてＣＰＵへ順次出力されて、ＣＰＵでパターン画像データが生成される。
【0039】
例えば、撮像素子１２１から出力される受光信号に基づいて、特定の位置において撮像素子１２１の視野内に含まれるワークＷの立体形状を表すパターン画像データを生成する。パターン画像データは、撮像素子１２１で取得された画像そのものであり、例えば位相シフト方式でワークＷの形状を測定する場合、複数枚の画像がパターン画像データを構成することになる。なお、パターン画像データは、三次元位置情報を有する点の集合である点群データであってもよく、この点群データにより、ワークＷのパターン画像データを取得できる。点群データは、三次元座標を有する複数の点の集合体で表現されるデータである。生成されたパターン画像データはコントローラ３００に転送される。
【0040】
また、構造化照明部１１０が構造化照明を照射せずに均一光を照射している場合には、撮像部１２０では均一光が照射されたワークＷを撮像する。このとき、撮像部１２０は、ライブ画像を撮像することができる。ライブ画像は、所定の短いフレームレート（ｆｐｓ）で随時更新される画像であり、ユーザには動画として視認される。
【0041】
操作部５００は、例えばキーボード５０１やマウス５０２等のポインティングデバイスを含むことができる。ポインティングデバイスとしては、例えばジョイスティック等を用いてもよい。また、操作部５００は、ユーザによるタッチ操作を感知するタッチパネル等が含まれていてもよい。操作部５００と、コントローラ３００内の演算装置３０１とが接続されており、操作部５００によってどのような操作がなされたかは、演算装置３０１で検出可能になっている。
【0042】
台座部２００は、ベースプレート２０１と、ワークＷが載置される載置面を形成するステージ２０２と、回転機構２０３とを備えている。台座部２００は、ワークＷをステージ２０２上でクランプするクランプ機構を含んでいてもよい。回転機構２０３は、ベースプレート２０１とステージ２０２との間に設けられており、ステージ２０２をベースプレート２０１に対して鉛直軸（図１に示すＺ軸）周りに回転させる機構である。従って、ステージ２０２は回転ステージであり、ワークＷを載置した状態で回転させることにより、撮像部１２０に対するワークＷの相対的な位置関係を切り替えることが可能になる。Ｚ軸を中心に回転する方向をθ方向と定義し、矢印θで示す。また、台座部２００は、載置面に平行な軸を中心に回転可能な機構を有するチルトステージを含んでもよい。
【0043】
回転機構２０３は、後述する測定制御部１３０によって制御されるモータ等を有しており、ステージ２０２を所望の回転角度だけ回転させた後、停止状態で保持可能になっている。台座部２００は、本発明に必須な構成要素ではなく、必要に応じて設けられるものである。また、台座部２００は、コントローラ３００によって制御されてもよい。
【0044】
図示しないが、台座部２００は、ステージ２０２を、水平かつ互いに直交するＸ方向及びＹ方向に移動させる並進機構を備えていてもよい。並進機構も、測定制御部１３０やコントローラ３００によって制御されるモータ等を有しており、ステージ２０２をＸ方向及びＹ方向に所望の移動量だけ移動させた後、停止状態で保持可能になっている。尚、本発明は、ステージ２０２が固定式のステージであっても適用可能である。
【0045】
コントローラ３００は、演算装置３０１、作業用メモリ３０２、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３０３、記憶部３０４及び表示制御部３０５等を含んでいる。コントローラ３００には、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等が利用できるが、専用のコンピュータのみ、あるいは、ＰＣと専用のコンピュータとの組み合わせで構成されていてもよい。
【0046】
コントローラ３００のＲＯＭ３０３には、例えばシステムプログラム等が記憶される。コントローラ３００の作業用メモリ３０２は、例えばＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）からなり、種々のデータの処理のために用いられる。記憶部３０４は、例えばソリッドステートドライブや、ハードディスクドライブ等からなる。記憶部３０４には、立体形状データ生成プログラムが記憶される。また、記憶部３０４は、測定制御部１３０から与えられる画素データ（パターン画像データ）、設定情報、ワークＷの測定条件、位置合わせ画像等の種々のデータを保存するために用いられる。測定条件としては、例えば構造化照明部１１０の設定（パターン周波数、パターン種類）、撮像部１２０の倍率、測定視野（単一視野か広視野か）、測定位置、回転姿勢、露光条件（露光時間、ゲイン、照明の明るさ）、解像度設定（低解像度測定、標準測定、高解像度測定）等が含まれる。
【0047】
位置合わせ画像は、撮像部１２０により撮像される前のワークＷを所定位置に合わせるための画像である。ワークＷの測定条件と位置合わせ画像とを対応付けたファイルは測定ファイルである。記憶部３０４は、この測定ファイルを複数記憶することもできる。
【0048】
表示制御部３０５は、表示部４００を制御する部分であり、記憶部３０４に記憶された複数の測定ファイルの中から、一の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像と、ワークＷのライブ画像とを表示部４００に表示させる。ワークＷのライブ画像は、台座部２００のステージ２０２に現在載置されているワークＷに均一光を照射し、均一光が照射されたワークＷを撮像部１２０で撮像したライブ画像である。
【0049】
演算装置３０１は、与えられた信号やデータを処理して各種の演算を行い、演算結果を出力する制御回路や制御素子で構成されている。本明細書において演算装置３０１とは、演算を行う素子や回路を意味し、その名称によらず、汎用ＰＣ向けのＣＰＵやＭＰＵ、ＧＰＵ、ＴＰＵ等のプロセッサに限定するものでなく、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、ＬＳＩ等のプロセッサやマイコン、あるいはＳｏＣ等のチップセットを含む意味で使用する。
【0050】
演算装置３０１は、撮像部１２０が生成したパターン画像データに対し、作業用メモリ３０２を用いて各種処理を行う。演算装置３０１により、立体形状データ生成部３０１ａ、受付部３０１ｂ及び合成部３０１ｃ等が構成されている。立体形状データ生成部３０１ａ、受付部３０１ｂ及び合成部３０１ｃは、演算装置３０１のハードウェアのみで構成されていてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで構成されていてもよい。例えば、演算装置３０１が立体形状データ生成プログラムを実行することで、立体形状データ生成部３０１ａ、受付部３０１ｂ及び合成部３０１ｃの各機能の実現が可能になる。
【0051】
立体形状データ生成部３０１ａ、受付部３０１ｂ及び合成部３０１ｃの詳細については後述するが、ここで概略について説明しておく。立体形状データ生成部３０１ａは、撮像部１２０で生成されたパターン画像データに基づいて、ワークＷの立体形状データを生成する部分である。
【0052】
受付部３０１ｂは、ワークＷの測定開始指示を受け付ける部分である。例えば測定開始ボタンが設けられたユーザインタフェースを表示部４００に表示させ、ユーザによる測定開始ボタンの操作を検出した場合に、受付部３０１ｂはワークＷの測定開始指示を受け付ける。受付部３０１ｂは、複数の測定開始指示を受け付けることも可能である。
【0053】
合成部３０１ｃは、複数の立体形状データを位置合わせ情報に基づいて合成することでワークＷの合成立体形状データを生成する部分である。
【0054】
測定制御部１３０は、コントローラ３００と接続されており、コントローラ３００の演算装置３０１によって制御される。測定制御部１３０には、受付部３０１ｂで受け付けた測定開始指示が出力される。測定制御部１３０は、受付部３０１ｂで受け付けた測定開始指示が入力されると、当該測定開始指示に応じて、一の測定ファイルに対応付けられた測定条件に基づいて構造化照明部１１０と撮像部１２０とを制御する。
【0055】
表示部４００は、例えば液晶ディスプレイ装置や有機ＦＬディスプレイ装置等で構成されている。表示部４００は、コントローラ３００の表示制御部３０５に接続されており、表示制御部３０５によって制御される。表示部４００には、例えば撮像部１２０で撮像された画像、各種ユーザインタフェース画面、設定画面、入力画面、ワークＷの立体形状データに基づく画像等が表示される。
【0056】
以下、立体形状データ生成装置１の詳細についてフローチャートやユーザインタフェース画面等を参照しながら説明する。立体形状データ生成装置１の運用時、例えば、ワークＷの全周の形状データを測定したい場合がある。その場合には、まず、初回測定時に、図３に示すように死角がなくなるようにワークＷを異なる姿勢に置き直して撮像部１２０により複数回撮像する必要がある。その後、同一形状の複数のワークＷを測定したい場合、個々のワークＷに対して同様な測定手順を実行する必要があるが、立体形状データ生成装置１を用いることで、これから測定しようとしているワークを、表示部４００上の位置合わせ画像を参照しながら、所定の位置に位置合わせすることが可能になっている。
【0057】
（初回測定時）
はじめに、図４に基づいて初回測定処理の手順の一例について説明する。図４に示すフローチャートのステップＳＡ１では、初回に測定するワークの立体形状データを取得する。ここでは立体形状データとしてメッシュデータを取得する。初回に測定するワークＷをマスターワークとも呼び、その後の運用時に測定するワークとは区別している。
はじめに、図４に基づいて初回測定処理の手順の一例について説明する。図４に示すフローチャートのステップＳＡ１では、初回に測定するワークの立体形状データを取得する。ここでは立体形状データとしてメッシュデータを取得する。初回に測定するワークＷをマスターワークとも呼び、その後の運用時に測定するワークとは区別している。
【0058】
具体的には、構造化照明部１１０によりマスターワークＷを照射した状態で撮像部１２０によりマスターワークＷを撮像してマスターワークＷのパターン画像データを生成した後、立体形状データ生成部３０１ａが撮像部１２０で生成されたパターン画像データに基づいて、マスターワークＷの立体形状データを生成する。ここで生成される立体形状データとしてのメッシュデータは、複数のポリゴンを含んでおり、ポリゴンデータとも呼ぶことができる。ポリゴンは、複数の点を特定する情報と、それらの点を結んで形成される多角形面を示す情報とで構成されるデータであり、例えば３つの点を特定する情報と、それら３つの点を結んで形成される三角形の面を示す情報とで構成することができる。メッシュデータおよびポリゴンデータは、複数のポリゴンの集合体で表現されるデータと定義することも可能である。
【0059】
図５は、マスターワークＷを測定する際に表示制御部３０５が表示部４００に表示させる測定設定用ユーザインタフェース画面７００を示している。測定設定用ユーザインタフェース画面７００には、測定方法選択領域７０１と、フルオート選択領域７０２と、測定モード選択領域７０３と、明るさ設定領域７０４と、測定視野選択領域７０５と、回転連結設定領域７０６と、模式図表示領域７０７とが設けられている。
【0060】
測定方法選択領域７０１では、撮像回数が１回のみの「ワンショット」と、マスターワークＷを異なる姿勢で複数回撮像し、撮像した画像を連結する「連結」とのうち、一方の選択が可能になっている。フルオート選択領域７０２では、測定実行中にユーザの操作が不要な「オート」と、ユーザの操作が必要な「マニュアル」とのうち、一方の選択が可能になっている。測定モード選択領域７０３では、高速な測定が可能な「高速」と、標準速度での測定が可能な「標準」と、高精細な測定が可能な「高精細」との中から、１つの選択が可能になっている。明るさ設定領域７０４では、撮像部１２０で取得する画像の明るさを設定することができ、立体形状データ生成装置１が自動で明るさを設定する「オート」の他、ユーザが明るさを手動で設定することもできるようになっている。撮像部１２０で取得する画像の明るさは、撮像部１２０の露光時間に関係しているので、測定条件として、撮像部１２０の露光時間の設定を受付部３０１ｂで受け付けることができるようになっている。また、測定視野選択領域７０５では、比較的狭い「単視野」と、比較的広い「広視野」とのうち、一方の選択が可能になっている。また、本実施形態では、構造化照明部１１０から出射される構造化光の投影パターンを複数種備えており、ユーザは、複数種の投影パターンの中から、一の投影パターンを選択できる。つまり、受付部３０１ｂは、測定条件として、構造化照明部１１０から出射される構造化光の投影パターンの設定を受け付けることもできる。
【0061】
回転連結設定領域７０６では、台座部２００の回転機構２０３の動作設定を行うことができ、回転機構２０３によるステージ２０２の回転角度、刻み角度、回転方向（時計回り、反時計周り）の設定が可能になっている。例えば、回転角度を３６０度、刻み角度を６０度に設定すると、ステージ２０２は、６０度回転して停止する動作を６回繰り返して１周することになる。このように所定の刻み角度でステージ２０２を回転させることにより、撮像部１２０に対するワークＷの相対的な位置関係を切り替えることができるとともに、撮像部１２０に対するワークＷの相対的な撮像アングルを切り替えることもできる。撮像アングルは、ユーザが操作部５００を操作してステージ２０２の回転角度を指定することによって決定される。つまり、受付部３０１ｂは、撮像部１２０に対するワークＷの相対的な撮像アングルの指定を受け付けることができる。
【0062】
ステージ２０２が停止した間に、構造化照明部１１０による照明と、撮像部１２０による撮像とが実行されるようになっている。模式図表示領域７０７には、ステージ２０２の載置面の模式図が表示され、例えば刻み角度に応じた停止位置の目印等の表示も可能である。
【0063】
初回測定時に測定設定用ユーザインタフェース画面７００の各領域７０１～７０７で設定された測定条件は、マスターワークの測定条件である。測定設定用ユーザインタフェース画面７００の各領域７０１～７０７で設定された測定条件は受付部３０１ｂで受け付けられる。また、測定設定用ユーザインタフェース画面７００には、測定実行ボタン７０８が設けられている。ユーザが測定実行ボタン７０８を操作すると、その操作がマスターワークの測定開始指示として受付部３０１ｂで受け付けられる。
【0064】
ステップＳＡ１では、複数のシーケンスの実行が可能である。シーケンスとは、ユーザの操作が介在することなく、立体形状データ生成装置１のみで実行し得る一連の測定処理である。図３を例にして説明すると、ユーザがマスターワークＷを第１姿勢でステージ２０２に載置した後、測定設定用ユーザインタフェース画面７００の各領域７０１～７０７で測定条件を設定してから、測定実行ボタン７０８を操作する。すると、立体形状データ生成装置１は第１シーケンスを実行する。第１シーケンス実行前の測定条件の設定は、第１の測定条件の設定である。第１シーケンス実行前に受付部３０１ｂにより受け付けた測定開始指示は、第１の測定開始指示である。
【0065】
第１シーケンスでは、測定制御部１３０が、第１の測定条件に基づいて、構造化照明部１１０と撮像部１２０とを制御する。撮像部１２０は、受付部３０１ｂにより受け付けた第１の測定開始指示に応じて、第１の位置合わせ画像を生成するとともに、マスターワークＷで反射された構造化光を受光することで、パターン画像データを生成する。その後、立体形状データ生成部３０１ａは、撮像部１２０により生成されたパターン画像データに基づいて、マスターワークＷの第１の立体形状データ（点群データやメッシュデータ）を生成する。
【0066】
このとき、測定方法選択領域７０１で「連結」が選択されていれば、回転連結設定領域７０６の設定に基づいて測定制御部１３０が台座部２００の回転機構２０３を制御し、ステージ２０２が停止するごとに、測定制御部１３０が構造化照明部１１０による照明と、撮像部１２０による撮像とを実行させる。
【0067】
測定条件には、構造化光の投影パターンの設定、撮像部１２０の露光時間の設定、撮像部１２０に対するマスターワークＷの相対的な撮像アングルの設定等が含まれている。撮像アングルの設定が受付部３０１ｂで受け付けられている場合、測定制御部１３０は、受付部３０１ｂで受け付けた撮像アングルに基づいて、ステージ２０２を駆動し、当該撮像アングルとなるようにマスターワークＷを配置する。
【0068】
第１シーケンスが終了すると、ユーザがマスターワークＷを図３に示す第２姿勢としてステージ２０２に載置した後、測定設定用ユーザインタフェース画面７００の各領域７０１～７０７で測定条件を設定してから、測定実行ボタン７０８を操作する。すると、立体形状データ生成装置１は第２シーケンスを実行する。第２シーケンス実行前の測定条件の設定は、第２の測定条件の設定である。第２シーケンス実行前に受付部３０１ｂにより受け付けた測定開始指示は、第２の測定開始指示である。
【0069】
第２シーケンスでは、測定制御部１３０が、第２の測定条件に基づいて、構造化照明部１１０と撮像部１２０とを制御する。撮像部１２０は、受付部３０１ｂにより受け付けた第２の測定開始指示に応じて、第２の位置合わせ画像を生成するとともに、マスターワークＷで反射された構造化光を受光することで、パターン画像データを生成する。その後、立体形状データ生成部３０１ａは、撮像部１２０により生成されたパターン画像データに基づいて、マスターワークＷの第２の立体形状データを生成する。測定方法選択領域７０１で「連結」が選択されていれば、第１シーケンスと同様に、台座部２００の回転機構２０３を制御し、構造化照明部１１０による照明と、撮像部１２０による撮像とを実行する。
【0070】
第２シーケンスが終了すると、ユーザがマスターワークＷを図３に示す第３姿勢としてステージ２０２に載置した後、測定設定用ユーザインタフェース画面７００の各領域７０１～７０７で測定条件を設定してから、測定実行ボタン７０８を操作する。すると、立体形状データ生成装置１は第３シーケンスを実行する。第３シーケンスでは、撮像部１２０が受付部３０１ｂにより受け付けた測定開始指示に応じて第３の位置合わせ画像を生成する。その後、第１シーケンスと同様に、パターン画像データを生成し、立体形状データを生成する。同様にして、第４シーケンス、第５シーケンス、…も実行可能である。尚、第１シーケンスのみで測定を完了させてもよい。
【0071】
演算装置３０１は、各シーケンスが終わると、ユーザが設定した測定条件と、撮像部１２０により生成された位置合わせ画像と、立体形状データとを記憶部３０４に記憶させる。すなわち、記憶部３０４は、受付部３０１ｂにより受け付けた測定条件と、位置合わせ画像と、立体形状データとを対応付けた測定ファイルを記憶する。より具体的には、図８のマスターワークの第１シーケンスのデータ構造として示すように、第１シーケンスでは第１の立体形状データＡが取得され、この第１の立体形状データＡを取得するための第１の測定条件Ａが設定されており、また、第１姿勢にあるマスターワークＷを撮像することで第１の位置合わせ画像Ａが取得されている。マスターワークＷの第１の立体形状データＡと、第１の測定条件Ａと、第１の位置合わせ画像Ａと、を対応付けた測定ファイルを第１の測定ファイルＡとして、記憶部３０４に記憶する。第１の測定条件Ａと第１の位置合わせ画像Ａとは、第１シーケンスの測定再現データＡである。また、記憶部３０４は、測定条件として撮像アングルが含まれている場合、撮像アングルが含まれる測定ファイルを記憶する。
【0072】
第２シーケンスでは第２の立体形状データが取得され、この第２の立体形状データを取得するための第２の測定条件で設定されており、また、第２姿勢にあるマスターワークＷを撮像することで第２の位置合わせ画像が取得されている。マスターワークＷの第２の立体形状データと、第２の測定条件と、第２の位置合わせ画像と、を対応付けた測定ファイルを第２の測定ファイルとして、記憶部３０４に記憶する。より具体的には、図８のマスターワークの第２シーケンスのデータ構造として示すように、第２シーケンスでは第２の立体形状データＢが取得され、この第２の立体形状データＢを取得するための第２の測定条件Ｂが設定されており、また、第２姿勢にあるマスターワークＷを撮像することで第２の位置合わせ画像Ｂが取得されている。マスターワークＷの第２の立体形状データＢと、第２の測定条件Ｂと、第２の位置合わせ画像Ｂと、を対応付けた測定ファイルを第２の測定ファイルＢとして、記憶部３０４に記憶する。第２の測定条件Ｂと第２の位置合わせ画像Ｂとは、第２シーケンスの測定再現データＢである。尚、第３シーケンスについても同様であるが、説明を省略する。
【0073】
図４に示すステップＳＡ１で立体形状データを取得した後、取得した立体形状データは、表示制御部３０５が表示部４００に表示させる。これにより、ユーザは立体形状データの確認が可能になる。ステップＳＡ２では、ステップＳＡ１で取得した立体形状データに死角があるか否かのユーザの判定を受け付ける。死角があればステップＳＡ１に戻り、マスターワークＷの姿勢を前回の撮像時とは異なる姿勢にしてステージ２０２に置き直し、ステップＳＡ１を再度実行する。これを例えば複数回繰り返して死角がなくなれば、ステップＳＡ３に進み、データ合成処理を実行する。
【0074】
データ合成処理の手順は図６に示している。ステップＳＢ１では、ユーザの選択操作に基づいて位置合わせ要素を作成する。具体的には、表示制御部３０５が図７に示すデータ合成用ユーザインタフェース画面７１０を表示部４００に表示させる。データ合成用ユーザインタフェース画面７１０には、元の立体形状データ（例えば第１の立体形状データ）に基づく形状が表示される第１表示領域７１１と、追加される立体形状データ（例えば第２の立体形状データ）に基づく形状が表示される第２表示領域７１２と、合成後の立体形状データに基づく形状が表示される第３表示領域７１３とが設けられている。尚、第１～第３表示領域７１１～７１３には、図１や図３に示すマスターワークＷとは異なる形状のマスターワークＷが表示されているが、いずれのマスターワークＷも例であり、その形状はどのような形状であってもよい。
【0075】
さらに、データ合成用ユーザインタフェース画面７１０には、位置合わせ手順が示される手順表示領域７１４と、位置合わせ要素を設定する要素設定領域７１５とが設けられている。要素設定領域７１５では、第１表示領域７１１及び第２表示領域７１２に示しているように、「平面Ａ」、「平面Ｂ」の平面、「領域Ｃ」の円筒などの幾何要素の指定をユーザによる操作部５００の操作に基づいて受付部３０１ｂが受け付ける。設定された幾何要素は、位置合わせ情報を特定する際に用いられるものであり、受付部３０１ｂによりマスターワークＷの第１の立体形状データと、マスターワークＷの第２の立体形状データとで対応する面の指定を受け付けることにより生成された情報である。第１表示領域７１１の「平面Ａ」、「平面Ｂ」、「領域Ｃ」がそれぞれ第２表示領域７１２の「平面Ａ」、「平面Ｂ」、「領域Ｃ」に対応する面である。尚、幾何要素の種類は、平面、円筒に限定されるものではない。また、位置合わせ情報としては少なくとも１つの幾何要素の情報があればよく、第１表示領域７１１および第２表示領域７１２でそれぞれ少なくとも１つの幾何要素が指定できればよい。なお、幾何要素の情報を用いずに、ワークＷの形状同士で位置合わせを行った際の立体形状データ同士の相対的な位置関係を位置合わせ情報としてもよい。これがステップＳＢ１の処理内容である。
【0076】
ステップＳＢ２では、ステップＳＢ１で作成した幾何要素の位置合わせを合成部３０１ｃが実行する。すなわち、合成部３０１ｃは、第１シーケンスで取得したマスターワークＷの第１の立体形状データと、第２シーケンスで取得したマスターワークＷの第２の立体形状データとを位置合わせするための位置合わせ情報を特定する。例えば、第１の立体形状データがマスターワークＷの表側のデータであり、第２の立体形状データがマスターワークＷの裏側のデータである場合、表側と裏側の位置合わせを行うことができる。
【0077】
位置合わせ情報の特定について一例を挙げると、合成部３０１ｃは、受付部３０１ｂにより受け付けたマスターワークＷの第１の立体形状データと、マスターワークＷの第２の立体形状データとで対応する面の指定に基づいて、マスターワークＷの第１の立体形状データの位置姿勢と、マスターワークＷの第２の立体形状データの位置姿勢とを合わせるための変換行列を算出する。そして、合成部３０１ｃは、当該算出した変換行列を位置合わせ情報として特定することができる。
【0078】
合成部３０１ｃは、位置合わせ情報を特定した後、当該特定した位置合わせ情報に基づいてマスターワークＷの第１の立体形状データと、マスターワークＷの第２の立体形状データとを合成することでマスターワークＷの合成立体形状データを生成する。
【0079】
その後、ステップＳＢ３に進み、追加の要素で位置合わせを実行するか否かのユーザ入力を受け付ける。追加の要素で位置合わせを実行する場合には、ステップＳＢ１に戻り、幾何要素を追加してステップＳＢ２に進む。ステップＳＢ４に進むと、元の立体形状データと追加される立体形状データとの精密位置合わせを実行する。その後、ステップＳＢ５では、元の立体形状データと追加される立体形状データの合成処理を実行し、再メッシュデータ化する。
【0080】
ステップＳＢ５が終了すると、図４に示すステップＳＡ４に進み、全ての立体形状データの合成が完了したか否かを判定する。全ての立体形状データの合成が完了していなければステップＳＡ３に戻ってデータ合成処理を実行する一方、全ての立体形状データの合成が完了していれば終了する。
【0081】
演算装置３０１は、位置合わせ情報と合成立体形状データも記憶部３０４に記憶させる。これらを記憶する際、記憶部３０４は、第１の測定ファイルと、第２の測定ファイルと、位置合わせ情報と、マスターワークＷの合成立体形状データと、を対応付けた合成データファイルを記憶する。
【0082】
より具体的には、図８のマスターワークの合成データ構造として示すように、合成データファイルＡＢは、合成再現用データファイルＡＢと、合成立体形状データＡＢとが対応付けられている。合成再現用データファイルＡＢは、第１シーケンスの測定再現データＡと、第２シーケンスの測定再現データＢと、第２の立体形状データＢを第１の立体形状データＡに位置合わせするための位置合わせ情報とが対応付けられている。記憶部３０４には、複数の合成データファイルを記憶しておくことができる。
【0083】
合成データファイルには、解析条件がさらに対応付けられていてもよい。解析条件とは、生成した合成立体形状データから複数の幾何要素を抽出し、抽出された複数の幾何要素間の寸法測定をする際の条件、公差測定をする際の条件である。この解析条件も、合成データファイルに含むことができるとともに、記憶部３０４に記憶しておくことができる。
【0084】
（測定再現時）
次に、マスターワークＷの測定後、同一形状のワークＷを測定して当該ワークＷの立体形状データを生成する手順について説明する。図９に示すステップＳＣ１では、記憶部３０４に記憶されている複数の合成データファイルの中から一の合成データファイルの選択を受け付け、当該受け付けた合成データファイルを読み込む。ステップＳＣ２では、ステップＳＣ１で読み込んだ合成データファイルに含まれる位置合わせ画像を表示部４００に表示させる。具体的には、表示制御部３０５が図１０に示すようなデータ選択用ユーザインタフェース画面７２０を表示部４００に表示させる。データ選択用ユーザインタフェース画面７２０には、合成データファイルに含まれる位置合わせ画像が表示される位置合わせ画像表示領域７２１が設けられている。本例では、ステップＳＣ１で読み込まれた一の合成データファイルに含まれる測定ファイルを示す情報を表示部４００に表示させる。測定ファイルを示す情報は、例えば位置合わせ画像であり、第１の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像を第１の測定ファイルを示す情報として、第２の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像を第２の測定ファイルを示す情報として、表示部４００に表示させることができる。図１０に示す例では、一の合成データファイルに対応付けられた３つの測定ファイルのそれぞれ示す情報として、それぞれの測定ファイル含まれている３つの位置合わせ画像が位置合わせ画像表示領域７２１に表示されている。なお、位置合わせ画像表示領域７２１に表示される位置合わせ画像の数は、特に限定されるものではない。位置合わせ画像表示領域７２１に表示される位置合わせ画像は、実際に撮像部１２０で撮像した画像よりも小さなサムネイル画像とすることができる。
次に、マスターワークＷの測定後、同一形状のワークＷを測定して当該ワークＷの立体形状データを生成する手順について説明する。図９に示すステップＳＣ１では、記憶部３０４に記憶されている複数の合成データファイルの中から一の合成データファイルの選択を受け付け、当該受け付けた合成データファイルを読み込む。ステップＳＣ２では、ステップＳＣ１で読み込んだ合成データファイルに含まれる位置合わせ画像を表示部４００に表示させる。具体的には、表示制御部３０５が図１０に示すようなデータ選択用ユーザインタフェース画面７２０を表示部４００に表示させる。データ選択用ユーザインタフェース画面７２０には、合成データファイルに含まれる位置合わせ画像が表示される位置合わせ画像表示領域７２１が設けられている。本例では、ステップＳＣ１で読み込まれた一の合成データファイルに含まれる測定ファイルを示す情報を表示部４００に表示させる。測定ファイルを示す情報は、例えば位置合わせ画像であり、第１の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像を第１の測定ファイルを示す情報として、第２の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像を第２の測定ファイルを示す情報として、表示部４００に表示させることができる。図１０に示す例では、一の合成データファイルに対応付けられた３つの測定ファイルのそれぞれ示す情報として、それぞれの測定ファイル含まれている３つの位置合わせ画像が位置合わせ画像表示領域７２１に表示されている。なお、位置合わせ画像表示領域７２１に表示される位置合わせ画像の数は、特に限定されるものではない。位置合わせ画像表示領域７２１に表示される位置合わせ画像は、実際に撮像部１２０で撮像した画像よりも小さなサムネイル画像とすることができる。
【0085】
ステップＳＣ１およびステップＳＣ２の説明において、一の合成データファイルを選択し、当該一の合成データファイルに含まれる位置合わせ画像を表示する場合を説明したが、合成データファイルを有さない場合は、ステップＳＣ１を省略し、ステップＳＣ２において、記憶部３０４に記憶された複数の位置合わせ画像を位置合わせ画像表示領域７２１に表示させてもよい。ステップＳＣ３では、位置合わせ画像表示領域７２１に表示された位置合わせ画像の中から、一の位置合わせ画像が選択されたか否かを判定する。この選択操作は、ユーザが操作部５００を操作して行うことができ、図１０に示す例では左上の位置合わせ画像が選択された場合を示しており、どの画像が選択されたかを示す選択枠７２１ａが表示されている。ＯＫボタン７２２がユーザによって操作されると、選択枠７２１ａで囲まれた位置合わせ画像が含まれる合成データファイルが選択されることになる。したがって、位置合わせ画像の選択操作は、記憶部３０４に記憶され、ステップＳＣ１で読み込まれた一の合成データファイルに対応付けられた複数の測定ファイルの中から一の測定ファイルの選択操作であり、この選択操作は受付部３０１ｂで受け付けられる。
【0086】
ステップＳＣ４では、ステップＳＣ３で選択された測定ファイルに含まれる第１の測定条件を記憶部３０４から読み出し、読み出した第１の測定条件を復元、即ち適用する。適用した測定条件をユーザが変更してもよい。ステップＳＣ５では、ステップＳＣ３で選択された合成データファイルに含まれ、第１の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像と、ステージ２０２上のワークＷのライブ画像とを表示制御部３０５が表示部４００に表示させる。図１１は、表示制御部３０５が表示部４００に表示させる測定用ユーザインタフェース画面７３０を示している。測定用ユーザインタフェース画面７３０には、撮像部１２０で現在撮像されているライブ画像が表示されるライブ画像表示領域７３１が設けられている。この段階ではステージ２０２にワークＷが載置されていないので、図１１のライブ画像表示領域７３１には、ステージ２０２のみが表示されている。
【0087】
図１２は、測定用ユーザインタフェース画面７３０のライブ画像表示領域７３１に位置合わせ画像７３３をオーバーレイ表示（重畳表示）させた例を示している。位置合わせ画像７３３は、撮像部１２０により撮像される前のワークＷを、マスターワークＷを撮像した位置（所定位置）に合わせるための案内用の画像である。位置合わせ画像７３３を透過してライブ画像が表示されるように、位置合わせ画像７３３には所定の透過度が設定されている。透過度は、位置合わせ画像７３３を透過してステージ２０２やワークＷを視認可能な程度であればよい。
【0088】
測定用ユーザインタフェース画面７３０には、位置合わせ画像７３３が表示された状態で、測定再現ウインドウ７３２も表示される。測定再現ウインドウ７３２には、重畳表示されたワーク画像、即ち位置合わせ画像７３３に実際のワークＷを重ねるように、ユーザへの指示が表示される。
【0089】
ユーザは、位置合わせ画像７３３を見ながら、当該位置合わせ画像７３３と重なるようにワークＷの位置及び姿勢を調整する。また、ユーザは、位置合わせ画像７３３を見ながら、当該位置合わせ画像７３３と重なるように、測定部１００の位置及び姿勢を調整する。このとき、ユーザによるワークＷのステージ２０２上での移動方向と、表示部４００に表示されているライブ画像上でのワークＷの移動方向とは同一方向となるように、移動方向を変換してもよい。移動方向の変換を行うか否かは、ユーザによる設定が可能になっている。
【0090】
測定用ユーザインタフェース画面７３０には、図５と同様に測定実行ボタン７０８が設けられている。ユーザは、ワークＷの位置合わせが終わったら、測定実行ボタン７０８を操作する。ユーザが測定実行ボタン７０８を操作すると、その操作がステージ２０２に現在載置されているワークＷに対する第１の測定開始指示として受付部３０１ｂで受け付けられる。
【0091】
第１の測定開始指示を受け付けると、ステップＳＣ６に進む。ステップＳＣ６では、測定制御部１３０が、ワークＷの第１の測定開始指示に応じて、図８に示す第１の測定ファイルＡに対応付けられた第１の測定条件Ａを特定し、当該特定した第１の測定条件Ａに基づいて、構造化照明部１１０と撮像部１２０を制御して第１のパターン画像データを生成する。立体形状データ生成部３０１ａは、測定制御部１３０により特定された第１の測定条件Ａに基づいて構造化照明部１１０と撮像部１２０が制御され、撮像部１２０により生成されたパターン画像データに基づいて、ワークＷの第１の立体形状データＡ’を生成する。また、このとき、ステージ２０２上のワークＷを撮像部１２０が撮像して第１の位置合わせ画像Ａ’を生成する。第１の測定条件Ａと、第１の立体形状データＡ’と、第１の位置合わせ画像Ａ’とは対応付けられて記憶部３０４に記憶される。
【0092】
ステップＳＣ６の次にステップＳＣ７に進み、全ての立体形状データが取得されたか否かを判定する。なお、ここで、「すべての立体形状データが取得された」状態は、測定条件に回転連結の設定が含まれている場合に、設定されたすべての角度位置で立体形状データの取得が完了した状態であり、測定条件に回転連結の設定が含まれていない場合は、このステップは省略してもよい。全ての立体形状データが取得されていない場合にはステップＳＣ６に戻る一方、全ての立体形状データが取得された場合にはステップＳＣ８に進む。ステップＳＣ８では、全てのシーケンスが終了したか否かを判定する。第２のシーケンスがある場合に、第１のシーケンスのみ終了していると、ステップＳＣ４に戻り、ステップＳＣ３で選択された合成データファイルに含まれる第１の測定条件を記憶部３０４から読み出し、読み出した第２の測定条件を復元、即ち適用する。
【0093】
ステップＳＣ５では、第２の測定ファイルに対応付けられた位置合わせ画像と、ステージ２０２上のワークＷのライブ画像とを、図１２に示す測定用ユーザインタフェース画面７３０のライブ画像表示領域７３１に表示させる。
【0094】
ユーザが、測定用ユーザインタフェース画面７３０の測定実行ボタン７０８を操作すると、その操作が現在ステージ２０２に載置されているワークＷの第２の測定開始指示として受付部３０１ｂで受け付けられる。第２の測定開始指示を受け付けると、ステップＳＣ６に進む。ステップＳＣ６では、測定制御部１３０が、ワークＷの第２の測定開始指示に応じて、図８に示す第２の測定ファイルＢに対応付けられた第２の測定条件Ｂを特定し、当該特定した第２の測定条件Ｂに基づいて、構造化照明部１１０と撮像部１２０を制御して第２のパターン画像データを生成する。立体形状データ生成部３０１ａは、測定制御部１３０により特定された第２の測定条件Ｂに基づいて構造化照明部１１０と撮像部１２０が制御され、撮像部１２０により生成されたパターン画像データに基づいて、ワークＷの第２の立体形状データＢ’を生成する。また、このとき、ステージ２０２上のワークＷを撮像部１２０が撮像して第２の位置合わせ画像Ｂ’を生成する。第２の測定条件Ｂと、第２の立体形状データＢ’と、第２の位置合わせ画像Ｂ’とは対応付けられて記憶部３０４に記憶される。
【0095】
以上のようにして全てのシーケンスが終了すると、ステップＳＣ９に進み、データ合成処理を実行する。尚、全てのシーケンスについて測定再現を実行しなくてもよく、例えば第１のシーケンスと第２のシーケンスのうち、一方でのみ位置合わせ画像を用いた測定再現を実行し、他方は位置合わせ画像を用いない通常の測定を実行してもよい。例えば、ワークＷの表側については、位置合わせ画像を用いない通常の測定を実行し、ワークＷの裏側については、位置合わせ画像を用いた測定再現を実行することもできる。
【0096】
データ合成処理の手順は図１３に示している。ステップＳＤ１では、初期姿勢を再現する。すなわち、合成部３０１ｃがマスターワークＷの測定時に算出した位置合わせ情報としての変換行列を合成データファイルから読み出して復元する。図１４は、測定再現時のデータ合成用ユーザインタフェース画面７１０を示している。第１表示領域７１１には、測定再現で測定した第１の立体形状データが表示され、第２表示領域７１２には、測定再現で測定した第２の立体形状データが表示される。合成部３０１ｃは、一の合成データファイルに含まれる変換行列を読み出し、当該読み出した変換行列に基づいて、ワークＷの第１の立体形状データと、ワークＷの第２の立体形状データとを自動で位置合わせし、合成立体形状データを生成する。すなわち、合成部３０１ｃは、ワークＷの第１の立体形状データと、ワークＷの第２の立体形状データの少なくとも一方を、変換行列に基づいて座標変換し、合成立体形状データを生成する。位置合わせ後の立体形状データである合成立体形状データは、第３表示領域７１３に表示される。
【0097】
ステップＳＤ２では、追加の幾何要素で位置合わせを行うか否かのユーザ入力を受け付ける。追加の幾何要素で位置合わせを行わない場合には、ステップＳＤ３に進んで合成部３０１ｃは精密位置合わせを実行し、その後、ステップＳＤ４に進んで合成部３０１ｃは第１の立体形状データと第２の立体形状データの合成処理を実行し、再メッシュデータ化し、ステップＳＤ１で生成された合成立体形状データを更新する。
【0098】
一方、ステップＳＤ５に進んだ場合には、図７に示すデータ合成用ユーザインタフェース画面７１０等を用いて、ユーザが位置合わせ要素を追加で作成する。ステップＳＤ６では、ステップＳＤ５で追加した幾何要素の位置合わせを合成部３０１ｃが実行し、ステップＳＤ１で生成された合成立体形状データを更新する。位置合わせ要素の追加が必要無くなれば、上記ステップＳＤ３に進む。
【0099】
図８に示すように、ワークＷの合成データ構造は、第１の立体形状データＡ’、第２の立体形状データＢ’、位置合わせ情報（第２の立体形状データＢ’を第１の立体形状データＡ’に位置合わせする情報）、最終合成立体形状データＡ’ Ｂ’が含まれており、これらは記憶部３０４に記憶される。
【0100】
本例では、マスターワークが初回測定時のワークである場合について説明したが、マスターワークは初回測定時のワークでなくてもよい。例えば、３回目のワークＷを測定する際には、２回目に測定したワークＷをマスターワークとすることができる。
【0101】
（測定条件の表示）
図１０に示すようなデータ選択用ユーザインタフェース画面７２０を用いて、測定データに含まれる測定条件を表示させる一の測定データを選択することもできる。データ選択用ユーザインタフェース画面７２０には、測定条件表示ボタン７２３が表示されている。位置合わせ画像表示領域７２１に表示されている複数の位置合わせ画像の中から一の位置合わせ画像の選択を受け付けるとともに、測定条件表示ボタン７２３の操作入力を操作部５００が受け付けると、表示制御部３０５は図５に示す測定設定用ユーザインタフェース画面７００と同様の測定条件表示ユーザインタフェース画面を表示部４００に表示させることができる。この測定条件表示ユーザインタフェース画面は、図５に示す測定設定用ユーザインタフェース画面７００から測定実行ボタン７０８が省略されていてもよい。このように測定条件を表示部４００に表示させることで、実際の測定を行うことなく、ユーザがワークＷを測定した際の測定条件を確認できる。
図１０に示すようなデータ選択用ユーザインタフェース画面７２０を用いて、測定データに含まれる測定条件を表示させる一の測定データを選択することもできる。データ選択用ユーザインタフェース画面７２０には、測定条件表示ボタン７２３が表示されている。位置合わせ画像表示領域７２１に表示されている複数の位置合わせ画像の中から一の位置合わせ画像の選択を受け付けるとともに、測定条件表示ボタン７２３の操作入力を操作部５００が受け付けると、表示制御部３０５は図５に示す測定設定用ユーザインタフェース画面７００と同様の測定条件表示ユーザインタフェース画面を表示部４００に表示させることができる。この測定条件表示ユーザインタフェース画面は、図５に示す測定設定用ユーザインタフェース画面７００から測定実行ボタン７０８が省略されていてもよい。このように測定条件を表示部４００に表示させることで、実際の測定を行うことなく、ユーザがワークＷを測定した際の測定条件を確認できる。
【0102】
（解析条件を用いた解析再現）
図８で説明したように、マスターワークの合成データファイルには解析条件データを対応付けておくことができる。ステップＳＤ４で生成されたワークＷの合成立体形状データに対して、マスターワークの合成データファイルに対応付けられた解析条件を適用することで、マスターワークの解析を２回目以降に測定したワークＷでも再現できる。具体的には、演算装置３０１に含まれる解析部３０１ｄは、マスターワークの合成データファイルに含まれる解析条件データを特定する。そして、解析部３０１ｄは特定した解析条件データから、ワークＷの合成立体形状データの解析対象の特定と解析とを実行する。解析条件が平面Ａと平面Ｂとの距離であった場合、解析部３０１ｄは、ワークＷの合成立体形状データから平面Ａと平面Ｂとにそれぞれ対応する平面を特定し、特定した平面同士の距離を算出する。
図８で説明したように、マスターワークの合成データファイルには解析条件データを対応付けておくことができる。ステップＳＤ４で生成されたワークＷの合成立体形状データに対して、マスターワークの合成データファイルに対応付けられた解析条件を適用することで、マスターワークの解析を２回目以降に測定したワークＷでも再現できる。具体的には、演算装置３０１に含まれる解析部３０１ｄは、マスターワークの合成データファイルに含まれる解析条件データを特定する。そして、解析部３０１ｄは特定した解析条件データから、ワークＷの合成立体形状データの解析対象の特定と解析とを実行する。解析条件が平面Ａと平面Ｂとの距離であった場合、解析部３０１ｄは、ワークＷの合成立体形状データから平面Ａと平面Ｂとにそれぞれ対応する平面を特定し、特定した平面同士の距離を算出する。
【0103】
（位置合わせ用マーカー）
図１５は、マスターワークＷの表面に位置合わせ用マーカーＭが付与されている場合を示している。位置合わせ用マーカーＭはユーザがマスターワークＷの表面に付与し、その後、マスターワークＷについては、上述したように、第１シーケンス、第２シーケンスを実行して第１の立体形状データ、第２の立体形状データを生成する。合成部３０１ｃは、位置合わせ用マーカーＭを用いて第１の立体形状データの位置姿勢と第２の立体形状データの位置姿勢とを合わせ、マスターワークＷの合成立体形状データを生成する。
図１５は、マスターワークＷの表面に位置合わせ用マーカーＭが付与されている場合を示している。位置合わせ用マーカーＭはユーザがマスターワークＷの表面に付与し、その後、マスターワークＷについては、上述したように、第１シーケンス、第２シーケンスを実行して第１の立体形状データ、第２の立体形状データを生成する。合成部３０１ｃは、位置合わせ用マーカーＭを用いて第１の立体形状データの位置姿勢と第２の立体形状データの位置姿勢とを合わせ、マスターワークＷの合成立体形状データを生成する。
【0104】
位置合わせ用マーカーＭが付与されているマスターワークＷで第１の立体形状データと第２の立体形状データの位置合わせを行う場合には、測定再現時のワークＷでは、マスターワークＷに基づいて、シーケンスごとの位置姿勢を再現できるため、測定再現時のワークＷには位置合わせ用マーカーＭが不要である。
【0105】
（位置合わせ画像の表示形態、位置合わせの方法）
上記実施形態では、位置合わせ画像を透過画像として表示部４００に表示しているが、位置合わせ画像の表示形態は、これに限られるものではない。例えば、位置合わせ画像は、透過画像でなくてもよく、表示部４００に俯瞰画像として表示してもよい。また、位置合わせ画像をスクリーン（表示部）に投影してもよい。また、表示部４００はヘッドマウントディスプレイであってもよく、この場合、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着した状態でワークＷの位置合わせ画像とライブ画像とを当該ヘッドマウントディスプレイに表示させ、その画像を見ながらワークＷの位置合わせを行うことができる。
上記実施形態では、位置合わせ画像を透過画像として表示部４００に表示しているが、位置合わせ画像の表示形態は、これに限られるものではない。例えば、位置合わせ画像は、透過画像でなくてもよく、表示部４００に俯瞰画像として表示してもよい。また、位置合わせ画像をスクリーン（表示部）に投影してもよい。また、表示部４００はヘッドマウントディスプレイであってもよく、この場合、ユーザがヘッドマウントディスプレイを装着した状態でワークＷの位置合わせ画像とライブ画像とを当該ヘッドマウントディスプレイに表示させ、その画像を見ながらワークＷの位置合わせを行うことができる。
【0106】
また、上記実施形態では、ユーザは、位置合わせ画像にワークＷが重なるように位置合わせしているが、これに限らず、位置合わせ画像と、ライブ画像とは表示部４００の別の領域に表示させておき、位置合わせ画像を見ながら、ステージ２０２上で位置合わせ画像と同じ位置にワークＷが載置されるように当該ワークＷの位置姿勢を調整してもよい。また、６自由度アームを用いてワークＷを保持し、位置姿勢を調整してもよい。
【0107】
シーケンスごとに撮像部１２０の倍率が異なっていてもよい。例えば第１シーケンスが高倍、第２シーケンスが低倍である場合であっても、合成部３０１ｃはデータ合成を行うことができるとともに、ユーザは位置合わせ画像に基づいてワークＷの位置合わせを行うことができる。
【0108】
（自動位置合わせ機能）
立体形状データ生成装置１は、自動位置合わせ機能を有していてもよい。ユーザが位置合わせ画像を見ながらワークＷを位置合わせする際、位置合わせ画像と完全に一致する位置にワークＷを載置するのは難しい場合があり、特に、位置合わせ画像を透過させてワークＷの位置合わせを行う際には、ワークＷが位置合わせ画像から少しでもずれていると、画像がぶれた状態になる。この場合、演算装置３０１は、位置合わせ画像とライブ画像上のワーク画像とのズレを算出し、このズレが無くなるように、可動式ステージ２０２を制御して、ワークＷの位置調整を自動で行うことができる。
立体形状データ生成装置１は、自動位置合わせ機能を有していてもよい。ユーザが位置合わせ画像を見ながらワークＷを位置合わせする際、位置合わせ画像と完全に一致する位置にワークＷを載置するのは難しい場合があり、特に、位置合わせ画像を透過させてワークＷの位置合わせを行う際には、ワークＷが位置合わせ画像から少しでもずれていると、画像がぶれた状態になる。この場合、演算装置３０１は、位置合わせ画像とライブ画像上のワーク画像とのズレを算出し、このズレが無くなるように、可動式ステージ２０２を制御して、ワークＷの位置調整を自動で行うことができる。
【0109】
（実施形態２）
図１６は、本発明の実施形態２に係る立体形状データ生成装置１の全体構成を示す図である。実施形態２に係る立体形状データ生成装置１は、測定部１００と台座部２００とが一体化されている点で実施形態１のものとは異なっている。以下、実施形態１と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。
図１６は、本発明の実施形態２に係る立体形状データ生成装置１の全体構成を示す図である。実施形態２に係る立体形状データ生成装置１は、測定部１００と台座部２００とが一体化されている点で実施形態１のものとは異なっている。以下、実施形態１と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。
【0110】
すなわち、台座部２００の奥側には、測定部１００を支持する支持部２５０が上方へ延びるように設けられている。この支持部２５０の上部には、測定部１００が固定されている。測定部１００には、光軸がステージ２０２に向かうように、構造化照明部１１０及び撮像部１２０が設けられている。
【0111】
実施形態２のような立体形状データ生成装置１であっても、実施形態１と同様に立体形状データを生成することができる。
【0112】
上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【0113】
以上説明したように、本開示に係る立体形状データ生成装置は、ワークの立体形状データを生成する場合に利用することができる。
【符号の説明】
【0114】
１ 立体形状データ生成装置
１１０ 構造化照明部
１２０ 撮像部
１３０ 測定制御部
２０２ ステージ
３０１ａ 立体形状データ生成部
３０１ｂ 受付部
３０１ｃ 合成部
３０４ 記憶部
３０５ 表示制御部
４００ 表示部
Ｗ ワーク
１１０ 構造化照明部
１２０ 撮像部
１３０ 測定制御部
２０２ ステージ
３０１ａ 立体形状データ生成部
３０１ｂ 受付部
３０１ｃ 合成部
３０４ 記憶部
３０５ 表示制御部
４００ 表示部
Ｗ ワーク
【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】
【図16】
