特許 7119584 三次元計測装置、三次元計測装置の位置表示方法およびプログラム

(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】

(24)【登録日】2022-08-08

(45)【発行日】2022-08-17

(54)【発明の名称】三次元計測装置、三次元計測装置の位置表示方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/00 20060101AFI20220809BHJP

   G01B 11/25 20060101ALI20220809BHJP

   G06T 7/50 20170101ALI20220809BHJP

   G06T 7/70 20170101ALI20220809BHJP

【ＦＩ】

G01B11/00 H

G01B11/25 H

G06T7/50

G06T7/70 Z

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2018102410

(22)【出願日】2018-05-29

(65)【公開番号】P2019207152

(43)【公開日】2019-12-05

【審査請求日】2020-12-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】飯田 豊男

【審査官】信田 昌男

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１８１０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２１８４３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０４０６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８３４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１９０３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１９３１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－１７８４１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

Ｇ０６Ｔ ７／５０

Ｇ０６Ｔ ７／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

三次元計測装置であって、
センサ筐体と、
前記センサ筐体内に配置され、撮像視野内の画像を取得する撮像部と、
前記撮像部により取得される画像に基づいて、前記撮像視野に存在する被写体表面上の各点について距離情報を取得する距離情報取得部と、
基準面に対する前記センサ筐体の傾きを含む、前記距離情報取得部により取得される前記距離情報に基づいて算出される前記被写体表面と前記三次元計測装置における基準点との間の位置関係を示す、前記センサ筐体に露出して配置されたインジケータとを備える、三次元計測装置。

【請求項2】

前記距離情報取得部は、
前記位置関係を定めるための、少なくとも１つの軸の周りの前記センサ筐体の回転角度を計測して、前記回転角度の計測値と前記回転角度の指定値との間の差分を算出し、
前記インジケータは、前記回転角度の計測値と前記回転角度の前記指定値との間の前記差分を示すように構成される、請求項１に記載の三次元計測装置。

【請求項3】

前記距離情報取得部は、前記距離情報に関して、計測値と指定値との間の差分を算出し、
前記インジケータは、前記距離情報に関する前記計測値と前記指定値との間の前記差分を示すように構成される、請求項１または請求項２に記載の三次元計測装置。

【請求項4】

前記インジケータは、
回転角度に関する前記差分、または、前記距離情報に関する前記差分を示す複数の発光素子を含む、請求項２または請求項３に記載の三次元計測装置。

【請求項5】

前記複数の発光素子は、
前記差分が第１の範囲内であるときに、第１の色の光を発する第１の発光素子と、
前記差分が前記第１の範囲よりも広い第２の範囲内であるときに、第２の色の光を発する第２の発光素子と、
前記差分が前記第２の範囲を超える場合に、第３の色の光を発する第３の発光素子とを含む、請求項４に記載の三次元計測装置。

【請求項6】

前記複数の発光素子は、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子および前記第３の発光素子を各々含む複数の発光素子グループに分けられ、
前記複数の発光素子グループは、前記センサ筐体の複数の面に分配して配置される、請求項５に記載の三次元計測装置。

【請求項7】

前記距離情報を表示する表示部をさらに備える、請求項１～６のいずれか１項に記載の三次元計測装置。

【請求項8】

前記撮像部は、前記センサ筐体から前記被写体表面までの前記距離の基準となる基準面の画像を取得し、
前記距離情報取得部は、前記基準面の前記画像上で指定された少なくとも３つの基準領域の平均高さおよび重心座標を算出し、前記平均高さおよび前記重心座標に基づいて少なくとも２つのベクトルを決定し、前記少なくとも２つのベクトルの外積を算出することにより前記基準面の法線ベクトルを算出し、
前記基準面上で互いに直交するＸ軸およびＹ軸とし、前記基準面に垂直な軸をＺ軸として、前記距離情報取得部は、前記法線ベクトルをＸ－Ｚ平面およびＹ－Ｚ平面に射影することにより、前記Ｘ軸についての前記回転角度および前記Ｙ軸についての前記回転角度を計測する、請求項２に記載の三次元計測装置。

【請求項9】

前記撮像部は、前記センサ筐体から前記被写体表面までの前記距離の基準となる基準面の画像を取得し、
前記基準面上で互いに直交するＸ軸およびＹ軸とし、前記基準面に垂直な軸をＺ軸として、前記距離情報取得部は、前記基準面の前記画像上で指定された少なくとも３つの基準領域の平均高さおよび重心座標を算出し、前記平均高さおよび前記重心座標を、ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄと表される平面の式に代入し、最小二乗法により係数ａ，ｂ，ｃを計算して、法線ベクトル（ａ，ｂ，ｃ）を決定し、前記法線ベクトルをＸ－Ｚ平面およびＹ－Ｚ平面に射影することにより、前記Ｘ軸についての前記回転角度および前記Ｙ軸についての前記回転角度を計測する、請求項２に記載の三次元計測装置。

【請求項10】

前記撮像部は、前記センサ筐体から前記被写体表面までの前記距離の基準となる基準面上かつ、前記撮像部の視野内に配置された基準対象物を撮像し、
前記基準面に垂直な軸をＺ軸として、前記距離情報取得部は、前記撮像部によって取得された前記基準対象物の画像の対向する２つの端面のそれぞれのエッジを結ぶ直線と、前記基準面上の基準直線とが成す角度を算出することにより、前記Ｚ軸についての前記回転角度の計測値を取得する、請求項２に記載の三次元計測装置。

【請求項11】

前記撮像部は、前記センサ筐体から前記被写体表面までの前記距離の基準となる基準面上かつ、前記撮像部の視野内に配置された基準対象物を撮像し、
前記基準面に垂直な軸をＺ軸として、前記距離情報取得部は、前記基準対象物の認識用モデル画像を回転させ、前記認識用モデル画像が、前記基準対象物の画像に重なるときの前記認識用モデル画像の回転角度を、前記Ｚ軸についての前記回転角度の計測値として取得する、請求項２に記載の三次元計測装置。

【請求項12】

三次元計測装置のセンサ筐体内に配置された撮像部によって、撮像視野内の画像を取得するステップと、
前記撮像部により取得される画像に基づいて、前記撮像視野に存在する被写体表面上の各点について距離情報を取得するステップと、
前記距離情報に基づいて、基準面に対する前記センサ筐体の傾きを含む、前記被写体表面と前記三次元計測装置における基準点との間の位置関係を決定するステップと、
前記センサ筐体に露出して配置されたインジケータにより前記位置関係を表示するステップとを備える、三次元計測装置の位置表示方法。

【請求項13】

コンピュータに、
三次元計測装置のセンサ筐体内に配置された撮像部が撮像視野内の画像を取得するように撮像部を制御するステップと、
前記撮像部により取得される画像に基づいて、基準面に対する前記センサ筐体の傾きを含む、前記撮像視野に存在する被写体表面上の各点について距離情報を取得するステップと、
前記距離情報に基づいて、前記被写体表面と前記三次元計測装置における基準点との間の位置関係を決定するステップと、
前記センサ筐体に露出して配置されたインジケータが前記位置関係を表示するように前記インジケータを制御するステップとを実行させる、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は三次元計測装置、三次元計測装置の位置表示方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば特開２０１５－７８９３５号公報（特許文献１）は、投光手段と、撮像手段とを備えた三次元画像処理装置を開示する。投光手段は、入射光を所定の縞状の投影パタンの構造化照明として投光する。撮像手段は、投光手段で投光され、検査対象物で反射された反射光を取得して複数のパタン投影画像を撮像する。

【0003】

たとえば特開２０１２－７９２９４号公報（特許文献２）に開示された画像情報処理装置は、複数種類の符号が二次元に並ぶ投影符号列の各符号に、符号の種類ごとに異なる所定のシンボルを割り当てることで得られた二次元シンボル列を含む投影パタン画像を被写体に投影する。画像情報処理装置は、その投影パタン画像が投影された被写体を撮像することにより得られた撮像画像を用いて被写体の三次元計測を行う。

【0004】

対象物の形状の正確な計測のためには、計測装置の設置時の調整、特に角度（傾き）の調整が重要である。特開平９－１７８４１８号公報（特許文献３）は、三次元位置検出装置の傾きを検出するための構成を開示する。三次元位置検出装置は、１つの位置検出センサと、３つの距離センサとを有する。各距離検出センサは、基準面までの距離を測定する。制御装置は３つの距離検出センサによりそれぞれ測定された距離に基づいて基準面の傾きを求める。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－７８９３５号公報

【文献】特開２０１２－７９２９４号公報

【文献】特開平９－１７８４１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

たとえば、特許文献１に開示された三次元計測装置の場合、三次元計測装置の位置および傾きを調整するためには、投影および撮像を複数回実行する必要がある。すなわち、三次元計測装置の位置あるいは傾きを調整するたびに投影および撮像を実行しなければならない。したがって、三次元計測装置の位置および角度の調整は容易ではない。

【0007】

しかし、特許文献２は、三次元計測装置の位置および角度の調整を容易にするための構成について教示していない。また、特許文献３に開示された三次元位置検出装置の場合、３個の距離センサの位置が固定されている。したがって、たとえば基準面に穴や突起がある場合には、所望の角度計算ができない。

【0008】

本発明の目的は、設置する際に容易に調整が可能な三次元計測装置、三次元計測装置の位置表示方法およびプログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一例によれば、三次元計測装置は、センサ筐体と、センサ筐体内に配置され、撮像視野内の画像を取得する撮像部と、撮像部により取得される画像に基づいて、撮像視野に存在する被写体表面上の各点について距離情報を取得する距離情報取得部と、距離情報取得部により取得される距離情報に基づいて算出される、被写体表面と三次元計測装置における基準点との間の位置関係を示す、センサ筐体に露出して配置されたインジケータとを備える。

【0010】

この開示によれば、設置する際に容易に調整が可能な三次元計測装置を提供することができる。距離情報取得部による計測はリアルタイムで実行されるため、ユーザはインジケータを見ることによって、その計測の結果を直ちに知ることができる。ユーザは、センサ筐体を設置する際に、センサ筐体の位置あるいは傾きを容易に調整することができる。なお、「三次元計測装置における基準点」とは、任意に定義可能であり、たとえばセンサ筐体上の点、撮像部の任意点（一般には撮像部の中央だが、任意に指定してもよい）あるいは光学系の主点とすることができる。

【0011】

上述の開示において、距離情報取得部は、位置関係を定めるための、少なくとも１つの軸の周りのセンサ筐体の回転角度を計測して、回転角度の計測値と回転角度の指定値との間の差分を算出する。インジケータは、回転角度の計測値と回転角度の指定値との間の差分を示すように構成される。

【0012】

この開示によれば、インジケータは、少なくとも１つの軸の周りの回転角度について、計測値と指定値との間の差分を示す。したがって、その軸に関するセンサ筐体の回転角度を容易に調整することができる。

【0013】

上述の開示において、距離情報取得部は、さらに、距離情報に関して、計測値と指定値との間の差分を算出し、インジケータは、距離情報に関する計測値と指定値との間の差分を示すように構成される。

【0014】

この開示によれば、インジケータは、さらに、距離情報に関して、計測値と指定値との間の差分を示すことができる。したがってセンサ筐体の高さを容易に調整することができる。

【0015】

上述の開示において、インジケータは、回転角度に関する差分、または距離情報に関する差分を示す複数の発光素子を含む。

【0016】

この開示によれば、インジケータは、ユーザが容易に把握することが可能な態様で、回転角度または距離情報に関する、指定値と計測値との間の差分を示すことができる。

【0017】

上述の開示において、複数の発光素子は、差分が第１の範囲内であるときに、第１の色の光を発する第１の発光素子と、差分が第１の範囲よりも広い第２の範囲内であるときに、第２の色の光を発する第２の発光素子と、差分が第２の範囲を超える場合に、第３の色の光を発する第３の発光素子とを含む。

【0018】

この開示によれば、インジケータが、異なる色を発する第１から第３の発光素子を含む。インジケータは、計測値と指定値との間の差分の大きさに応じて、光の色を変化させることができる。

【0019】

上述の開示において、複数の発光素子は、第１の発光素子、第２の発光素子および第３の発光素子を各々含む複数の発光素子グループに分けられる。複数の発光素子グループは、センサ筐体の複数の面に分配して配置される。

【0020】

この開示によれば、ユーザから各発光素子グループへの視線の方向を、軸（たとえばＸ軸）の方向に対応させることができる。したがって、インジケータは、どの軸に関する位置関係の表示であるかをユーザに分かりやすく示すことができる。

【0021】

上述の開示において、三次元計測装置は、距離情報を表示する表示部をさらに備える。
この開示によれば、距離情報をユーザに分かりやすく示すことができる。

【0022】

上述の開示において、撮像部は、センサ筐体から被写体表面までの距離の基準となる基準面の画像を取得する。距離情報取得部は、基準面の画像上で指定された少なくとも３つの基準領域の平均高さおよび重心座標を算出し、平均高さおよび重心座標に基づいて少なくとも２つのベクトルを決定し、少なくとも２つのベクトルの外積を算出することにより基準面の法線ベクトルを算出する。基準面上で互いに直交するＸ軸およびＹ軸とし、基準面に垂直な軸をＺ軸として、距離情報取得部は、法線ベクトルをＸ－Ｚ平面およびＹ－Ｚ平面に射影することにより、Ｘ軸についての回転角度およびＹ軸についての回転角度を計測する。

【0023】

この開示によれば、Ｘ軸についての回転角度およびＹ軸についての回転角度を求めることができる。

【0024】

上述の開示において、撮像部は、センサ筐体から被写体表面までの距離の基準となる基準面の画像を取得する。基準面上で互いに直交するＸ軸およびＹ軸とし、基準面に垂直な軸をＺ軸として、距離情報取得部は、基準面の画像上で指定された少なくとも３つの基準領域の平均高さおよび重心座標を算出し、平均高さおよび重心座標を、ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄと表される平面の式に代入し、最小二乗法により係数ａ，ｂ，ｃを計算して、法線ベクトル（ａ，ｂ，ｃ）を決定し、法線ベクトルをＸ－Ｚ平面およびＹ－Ｚ平面に射影することにより、Ｘ軸についての回転角度およびＹ軸についての回転角度を計測する。

【0025】

この開示によれば、Ｘ軸についての回転角度およびＹ軸についての回転角度を求めることができる。

【0026】

上述の開示において、撮像部は、センサ筐体から被写体表面までの距離の基準となる基準面上かつ、前記撮像部の視野内に配置された基準対象物を撮像する。基準面に垂直な軸をＺ軸として、距離情報取得部は、撮像部によって取得された基準対象物の画像の対向する２つの端面のそれぞれのエッジを結ぶ直線と、基準面上の基準直線とが成す角度を算出することにより、Ｚ軸についての回転角度の計測値を取得する。

【0027】

この開示によれば、Ｚ軸についての回転角度を求めることができる。
上述の開示において、撮像部は、センサ筐体から被写体表面までの距離の基準となる基準面上かつ、撮像部の視野内に配置された基準対象物を撮像する。基準面に垂直な軸をＺ軸として、距離情報取得部は、基準対象物の認識用モデル画像を回転させ、認識用モデル画像が、基準対象物の画像に重なるときの認識用モデル画像の回転角度を、Ｚ軸についての回転角度の計測値として取得する。

【0028】

この開示によれば、Ｚ軸についての回転角度を求めることができる。
本開示の一例によれば、三次元計測装置の位置表示方法は、三次元計測装置のセンサ筐体内に配置された撮像部によって、撮像視野内の画像を取得するステップと、撮像部により取得される画像に基づいて、撮像視野に存在する被写体表面上の各点について距離情報を取得するステップと、距離情報に基づいて、被写体表面と三次元計測装置における基準点との間の位置関係を決定するステップと、センサ筐体に露出して配置されたインジケータにより位置関係を表示するステップとを備える。

【0029】

この開示によれば、三次元計測装置を設置する際に三次元計測装置の位置あるいは傾きを容易に調整できる。

【0030】

本開示の一例によれば、プログラムは、コンピュータに、三次元計測装置のセンサ筐体内に配置された撮像部が撮像視野内の画像を取得するように撮像部を制御するステップと、撮像部により取得される画像に基づいて、撮像視野に存在する被写体表面上の各点について距離情報を取得するステップと、距離情報に基づいて、被写体表面と三次元計測装置における基準点との間の位置関係を決定するステップと、センサ筐体に露出して配置されたインジケータが位置関係を表示するようにインジケータを制御するステップとを実行させる、プログラム。

【発明の効果】

【0031】

本発明によれば、設置する際に容易に調整が可能な三次元計測装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本実施の形態に係る三次元計測装置の概要を示す模式図である。

【図2】本実施の形態に係る三次元計測装置の調整を説明した模式図である。

【図3】本実施の形態に係る三次元計測装置の機能ブロック図である。

【図4】一例に係る濃淡パタンの一部分を示した部分図である。

【図5】図４に示す濃淡パタンの一部分を拡大した部分拡大図である。

【図6】基準面に対する三次元センサの傾きを算出する処理のフローを示したフローチャートである。

【図7】基準面の法線ベクトルの第１の算出方法を説明するための模式図である。

【図8】基準面の法線ベクトルの第２の算出方法を説明するための模式図である。

【図9】三次元センサのＺ軸周りの回転角度の第１の算出方法を説明するための模式図である。

【図10】三次元センサのＺ軸周りの回転角度の第２の算出方法を説明するための模式図である。

【図11】本実施の形態に係るインジケータの１つの構成例を示した図である。

【図12】本実施の形態に係るインジケータの別の構成例を示した図である。

【図13】本実施の形態に係るインジケータのさらに別の構成例を示した図である。

【図14】本実施の形態に係るインジケータのさらに別の構成例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

【0034】

＜適用例＞
図１は、本実施の形態に係る三次元計測装置１００の概要を示す模式図である。図１を参照して、三次元計測装置１００は、工業製品の生産ラインなどにおいて、ワークＷを照明しながら撮影し、得られた撮影画像を用いてワークＷの三次元形状を測定する。図１に示すように、三次元計測装置１００は、三次元センサ１と、形状測定部１０とを備える。

【0035】

三次元センサ１は、センサ筐体２と、カメラ３と、プロジェクタ４と、インジケータ５とを備える。センサ筐体２は、カメラ３およびプロジェクタ４を収容する。インジケータ５は、センサ筐体２の表面に露出するようにセンサ筐体２に設置される。

【0036】

カメラ３は、センサ筐体２の内部に配置されて、撮像視野６内の画像を取得する。具体的には、カメラ３は、ワークＷを撮像して、撮影画像である画像を生成する。プロジェクタ４は、センサ筐体２の内部に配置されて、撮像視野６と重なる範囲に光８を照射する。プロジェクタ４による投射については後に詳細に説明する。

【0037】

形状測定部１０は、三次元センサ１のカメラ３から画像データを取得する。その画像に基づいて、形状測定部１０は、ワークＷの三次元形状を測定する。なお、形状測定部１０は、カメラ３により取得される画像に基づいて、カメラ３の撮像視野に存在する被写体表面上の各点について距離情報を取得する距離情報取得部である。

【0038】

三次元計測装置１００の設置時において、カメラ３は、ワークＷが設置されるべき面である基準面５０を撮影して、基準面５０の画像を取得する。形状測定部１０は、その画像に基づいて、カメラ３の撮像視野６内に存在する基準面５０上の各点までの距離を算出して、その距離の値を、距離情報として取得する。形状測定部１０は、取得された距離に基づいて、被写体である基準面５０と、三次元計測装置１００における基準点との間の位置関係を算出する。すなわち、形状測定部１０は、距離情報取得部として機能する。「位置関係」とは、基準面５０と、センサ筐体２との間の距離、および基準面５０に対するセンサ筐体２の相対的な角度（傾き）の少なくとも一方を含むが、これらに限定されない。なお、「距離」は、カメラ３からの距離と定義してもよい。また、三次元計測装置１００における基準点は、センサ筐体２上の点に限定されず、カメラ３の受光素子の中央、あるいは光学系の主点であってもよい。

【0039】

インジケータ５は、形状測定部１０によって算出された、基準面５０とセンサ筐体２との間の位置関係を示す。たとえばインジケータ５は、基準面５０に対するセンサ筐体２の位置、および基準面５０に対するセンサ筐体２の傾きを示す。

【0040】

本実施の形態によれば、三次元センサ１を設置する際に、設置者はインジケータ５の表示に基づいて基準面５０に対する、センサ筐体２の位置関係を調整することができる。たとえば設置者は、基準面５０に対するセンサ筐体２の傾きを、インジケータ５の表示を見ながら調整することができる。したがって、本実施の形態によれば、三次元センサ１の設置時に、基準面５０に対する三次元センサ１の位置関係を容易に調整することができる。

【0041】

＜三次元センサの調整の一例＞
図２は、本実施の形態に係る三次元計測装置１００の調整を説明した模式図である。図２に示すように、三次元センサ１は、基準面５０を撮影して画像を取得する。三次元センサ１により取得された画像は、形状測定部１０に転送される。形状測定部１０は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むコントローラによって実現可能である。

【0042】

ディスプレイ６０は形状測定部１０に接続されて、各種の情報を表示することによりユーザインタフェースを提供する。三次元計測装置１００の設置時には、ディスプレイ６０の画面に、基準面５０の画像である画像７０が表示される。

【0043】

たとえば設置者は、ディスプレイ６０の画面上で、基準面５０上の少なくとも３つの点を指定する。形状測定部１０は、３点を指定するためのユーザの入力を受け付けて、その指定された各点を含む領域をディスプレイ６０の画面上に設定する。図２に示す例では、画像７０内に、領域７１，７２，７３が設定される。領域７１，７２，７３は、基準面５０上の領域５１，５２，５３にそれぞれ対応した領域である。

【0044】

形状測定部１０は、センサ筐体２から領域５１，５２，５３の各々までの距離および、位置を測定して、基準面５０に対するカメラ３（図２に示さず）の光軸の角度を算出する。

【0045】

図２において、Ｘ軸およびＹ軸は、基準面５０上で互いに直交する軸である。角度θＸは、センサ筐体２のＸ軸周りの回転角度であり、カメラ３の光軸がＹ軸に対してなす角度である。角度θＹは、センサ筐体２のＹ軸周りの回転角度であり、カメラ３の光軸がＹ軸に対してなす角度である。

【0046】

形状測定部１０は、回転角度（θＸ，θＹ）の計測値および指定値をディスプレイ６０の画面に表示する。さらに形状測定部１０は、回転角度の計測値と指定値との間の差分を算出する。インジケータ５がその差分を示すように、形状測定部１０は、インジケータ５を制御する。

【0047】

一実施形態では、インジケータ５は、複数のＬＥＤを含む。図２に示した例では、インジケータは１０個のＬＥＤを含む。１０個のＬＥＤは、シンボル「Ｘ」に対応づけられた５個のＬＥＤと、シンボル「Ｙ」に対応づけられた５個のＬＥＤとからなる。シンボル「Ｘ」に対応づけられた５個のＬＥＤは、角度θＸについて、計測値と指定値との差分を示す第１のグループを構成する。シンボル「Ｙ」に対応づけられた５個のＬＥＤは、角度θＹについて、計測値と指定値との差分を示す第２のグループを構成する。

【0048】

シンボル「Ｘ」に対応づけられた５個のＬＥＤは、緑色ＬＥＤ２１と、黄色ＬＥＤ２２，２３および赤色ＬＥＤ２４，２５である。角度θＸについて、計測値と指定値との差に応じて、形状測定部１０は、緑色ＬＥＤ２１、黄色ＬＥＤ２２，２３および赤色ＬＥＤ２４，２５のいずれかを点灯させる。たとえば計測値と指定値との差が第１の範囲内（たとえば±０．５°以下）の場合、形状測定部１０は、緑色ＬＥＤ２１を点灯させる。計測値と指定値との差分が第１の範囲外かつ第２の範囲内（たとえば差分の絶対値が０．５°以上１°以内）の場合、形状測定部１０は、黄色ＬＥＤ２２または黄色ＬＥＤ２３を点灯させる。計測値と指定値との差分の絶対値が第２の範囲を超える場合（たとえば差分の絶対値が３°以上の場合）、形状測定部１０は、赤色ＬＥＤ２４または赤色ＬＥＤ２５を点灯させる。

【0049】

黄色ＬＥＤ２２および赤色ＬＥＤ２４は、指定値に対する計測値の差（（計測値）－（指定値））の符号が正である場合に点灯する。黄色ＬＥＤ２３および赤色ＬＥＤ２５は、指定値に対する算出値の差（（計測値）－（指定値））の符号が負である場合に点灯する。

【0050】

シンボル「Ｙ」に対応づけられた５個のＬＥＤは、緑色ＬＥＤ２６と、黄色ＬＥＤ２７，２８および赤色ＬＥＤ２９，３０である。角度θＹについての計測値と指定値との差分に基づいて、形状測定部１０は、上記のＬＥＤを制御する。シンボル「Ｘ」に対応づけられた５個のＬＥＤの点灯と同じく、たとえば計測値と指定値との差が±０．５°以下の場合、形状測定部１０は、緑色ＬＥＤ２６を点灯させる。計測値と指定値との差分の絶対値が１°以内の場合、形状測定部１０は、黄色ＬＥＤ２７または黄色ＬＥＤ２８を点灯させる。計測値と指定値との差分の絶対値が３°以上の場合、形状測定部１０は、赤色ＬＥＤ２９または赤色ＬＥＤ３０を点灯させる。黄色ＬＥＤ２７および赤色ＬＥＤ２９は、指定値に対する計測値の差（（計測値）－（指定値））の符号が正である場合に点灯する。黄色ＬＥＤ２８および赤色ＬＥＤ３０は、指定値に対する計測値の差（（計測値）－（指定値））の符号が負である場合に点灯する。

【0051】

ディスプレイ６０は、基準面５０の画像（画像７０）および指定された領域７１～７３に加えて、距離情報である、三次元センサ１と基準面５０との間の距離（ＷＤ）を表示する。さらにディスプレイ６０は、角度θＸ，θＹの各々の指定値、および角度θＸ，θＹの各々の計測値を表示する。図２に示された例によれば、ＷＤは８００であり、角度θＸの指定値および角度θＹの指定値は、ともに９０°である。一方、角度θＸの計測値は８９°であり、角度θＹの計測値は７５°である。この場合には、角度θＸについて、指定値に対する計測値の差分が－１°であり、角度θＹについて、指定値に対する計測値の差分が－１５°である。したがって、形状測定部１０は、黄色ＬＥＤ２３および赤色ＬＥＤ３０が点灯するように、形状測定部１０は、インジケータ５を制御する。

【0052】

ユーザは、インジケータ５の複数のＬＥＤの点灯を確認することにより、三次元センサ１の傾きを調整することができる。三次元センサ１による計測はリアルタイムで実行されるため、ユーザはインジケータ５を見ることによって、その計測の結果を直ちに知ることができる。したがってユーザは、三次元センサ１を設置する際に、三次元センサ１の位置あるいは傾きを容易に調整することができる。

【0053】

＜三次元計測装置の構成例＞
図３は、本実施の形態に係る三次元計測装置の機能ブロック図である。図３に示すように、三次元センサ１は、カメラ３と、プロジェクタ４と、インジケータ５とを含む。形状測定部１０は、パタン生成部１１と、パタン検出部１２と、三次元形状取得部１３と、傾斜演算部１４と、角度範囲指定部１５と、基準領域設定部１６とを含む。ディスプレイ６０は、形状測定部１０に接続され、各種の情報を表示する。

【0054】

パタン生成部１１は、特定の濃淡パタンを生成する。たとえばこの濃淡パタンは、Ｍ系列、あるいはｄｅＢｒｕｉｊｎ系列に従うものであってもよい。プロジェクタ４は、パタン生成部１１により生成された濃淡パタンを投射する。カメラ３は、撮像視野内の画像を取得する。パタン検出部１２は、カメラ３により取得された、その画像から、濃淡パタンを読み取る。

【0055】

三次元形状取得部１３は、パタン生成部１１に濃淡パタンを生成するよう指示する。さらに、三次元形状取得部１３は、さらにパタン検出部１２によって読み取られた濃淡パタンに基づいて、ワークの三次元形状に関する情報を取得する。

【0056】

カメラ３によるワークの撮影に先立って、カメラ３とプロジェクタ４とのキャリブレーションが実行される。さらに基準面５０に対する三次元センサ１の傾きが計測される。三次元形状取得部１３は、基準面５０上に指定された複数の領域と三次元センサ１との間の距離の情報、および、その複数の領域の位置に関する情報を取得する。傾斜演算部１４は、三次元形状取得部１３によって取得された情報に基づいて、基準面５０に対する三次元センサ１の傾きの角度を演算する。さらに、傾斜演算部１４は、算出された三次元センサ１の傾斜角度に基づいてインジケータ５を制御する。

【0057】

角度範囲指定部１５は、設定角度の範囲をユーザから受け付けて、その設定角度の範囲を傾斜演算部１４に指定する。基準領域設定部１６は、ユーザによる、基準面５０上の複数の領域に関する入力を受け付ける。基準領域設定部１６は、ユーザが指定した複数の領域を、基準面５０の画像上に設定する。複数の領域は、高さを取得するための領域である。なお、指定される領域の数は３以上であってもよい。ディスプレイ６０は、基準面の画像、すなわち濃淡画像を表示する（図２に示す画像７０を参照）。

【0058】

図４は、一例に係る濃淡パタンの一部分を示した部分図である。図５は、図４に示す濃淡パタンの一部分を拡大した部分拡大図である。三次元計測装置１００は、図４に示した濃淡パタンをワークに投影する。ワークの表面に投影されたパタンには、ワークの高さに応じた歪みが生じる。三次元計測装置１００は、パタンが投影されたワークの画像を撮像する。カメラ３とプロジェクタ４との間でキャリブレーションが完了していれば、エピポーラ線上でコードが一意に決まる。これにより、三次元計測装置１００は、ワークの三次元形状を計測する。この方法によれば、誤対応が少なく、かつ、高速に三次元再構成（対応位置特定と三角測量）が可能である。

【0059】

図６は、基準面に対する三次元センサ１の傾きを算出する処理のフローを示したフローチャートである。この処理は、三次元計測装置１００によって実行される。図３および図６を参照して、ステップＳ１０において、パタン生成部１１が投影パタンを生成する。プロジェクタ４は、そのパタンを基準面５０に投影する。

【0060】

ステップＳ１１において、カメラ３は、パタン撮像を行う。ステップＳ１２において、三次元形状取得部１３は、カメラ３が取得した画像から、対応コードの探索および三角測量により、三次元形状を復元する。これにより距離情報が取得される。

【0061】

ステップＳ１３～Ｓ１７の処理により、被写体表面と三次元計測装置１００における基準点との間の位置関係が決定される。ステップＳ１３において、傾斜演算部１４は、基準面の３か所以上の領域の高さ方向の外れ値を除去する。ステップＳ１４において、傾斜演算部１４は、外れ値を除いた基準領域の高さ方向の平均値を算出する。これにより傾斜演算部１４は、基準領域の平均高さＺを求める。さらに、ステップＳ１４において、傾斜演算部１４は、各基準領域の重心の座標を計算する。なお、重心座標はＸＹ座標である。

【0062】

ステップＳ１５において、傾斜演算部１４は、ステップＳ１４において算出された平均高さＺおよび重心座標ＸＹに基づいて、指定した領域に当てはまる平面を求める。後に詳細に説明するように、この平面は、たとえばａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０の関係を満たすように定められる。

【0063】

ステップＳ１６において、傾斜演算部１４は、基準面の法線ベクトルを求める。さらに、傾斜演算部１４は、その法線ベクトルをＸ－Ｚ平面およびＹ－Ｚ平面の各々に射影する。これにより、傾斜演算部１４は、法線ベクトルのＸ－Ｚ平面内の傾き、および法線ベクトルのＹ－Ｚ平面内の傾きを算出する。なお、法線ベクトルのＸ－Ｚ平面内の傾きは角度θＸと表される。法線ベクトルのＹ－Ｚ平面内の傾きは角度θＹと表される。

【0064】

ステップＳ１７において、傾斜演算部１４は、角度θＸ，θＹの各々の指定値と、ステップＳ１６において算出された値との差分を計算する。ステップＳ１８において、傾斜演算部１４は、ディスプレイ６０に、角度θＸ，θＹの各々の指定値および算出値を表示する。

【0065】

ステップＳ１９において、傾斜演算部１４は、差分に対応するＬＥＤを点灯するようインジケータ５に指示する。インジケータ５は、この指示に従い、対応のＬＥＤを点灯させる（図２を参照）。

【0066】

ステップＳ２０において、傾斜演算部１４は、終了指示の有無を判定する。終了指示があった場合、全体の処理は終了する。終了指示が無い場合には、処理はステップＳ１０に戻される。

【0067】

上述の通り、角度θＸ，θＹを求めるために、本実施の形態では基準面５０の法線ベクトル（垂線）が求められる。以下に、基準面５０の法線ベクトルを算出することが可能な２つの方法を例示する。なお、法線ベクトルを算出する際、ユーザは基準面５０の画像（図２に示す画像７０）内の領域を指定する。説明を分かりやすくするために、以下では、基準面５０の画像（図２に示す画像７０）を、単に「基準面５０」と表記する。

【0068】

図７は、基準面の法線ベクトルの第１の算出方法を説明するための模式図である。図７を参照して、まず、基準面５０上の３つの領域（Ｐ，Ｑ，Ｒ）が基準領域として指定される。ユーザがディスプレイ６０の画面を見ながら、基準面５０上の少なくとも３つの点を三次元計測装置１００に対して指定する。三次元計測装置１００の基準領域設定部１６は、ユーザの入力を受け付けることにより、領域Ｐ，Ｑ，Ｒの各々を設定する。

【0069】

次に、傾斜演算部１４は、領域Ｐ，Ｑ，Ｒの高さの平均値を計算して平均高さＺを算出する。さらに、傾斜演算部１４は、領域Ｐ，Ｑ，Ｒの重心座標を計算する。

【0070】

続いて、傾斜演算部１４は、平均高さＺおよび重心座標に基づいて、ベクトルＰＱとベクトルＰＲを決定する。ベクトルＰＱは領域Ｐから領域Ｑへと向かうベクトルである。ベクトルＰＲは領域Ｐから領域Ｒへと向かうベクトルである。

【0071】

傾斜演算部１４は、ベクトルＰＱとベクトルＰＲとの外積を計算する。ベクトルＰＱとベクトルＰＲとの外積は、ベクトルＰＱおよびベクトルＰＲの両方に直交するベクトルである。ベクトルＰＱとベクトルＰＲとの外積により、基準面５０の法線ベクトルが求められる。

【0072】

上記の第１の方法において、３つ以上の領域を基準領域として指定してもよい。その場合には、それらの領域のうちの任意の３つの領域の組み合わせにより生成された法線ベクトルが平均される。その平均ベクトルを法線ベクトルに設定することができる。

【0073】

図８は、基準面の法線ベクトルの第２の算出方法を説明するための模式図である。図８を参照して、まず、基準面５０上のｎ個の領域５１，５２，５３，５４，・・・，５ｎが基準領域として設定される。ｎは３以上の整数であるが、特に限定されない。これらの領域はユーザが任意に設定してもよい。あるいは、三次元計測装置１００の基準領域設定部１６が、基準面５０内の領域をランダムに選択して、基準領域設定部１６は、その選択した領域を基準領域に設定してもよい。

【0074】

次に、傾斜演算部１４は、ｎ個の領域の各々の平均高さ（Ｚ座標）および重心座標（ＸＹ座標)を計算する。これによりｎ個の点の各々の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められる。傾斜演算部１４は、ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄと表される平面の式に、上記ｎ点の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を代入する。傾斜演算部１４は、最小二乗法（重回帰分析）により、係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを計算する。計算により求められた係数（ａ，ｂ，ｃ）が、基準面の法線ベクトルを表す。

【0075】

続いて三次元センサ１のＺ軸周りの回転角度θＺを求めることが可能な２通りの方法を例示する。

【0076】

図９は、三次元センサ１のＺ軸周りの回転角度θＺの第１の算出方法を説明するための模式図である。図９を参照して、基準面５０上かつ、三次元センサ１のカメラ３の視野内に、基準対象物８０を設ける。基準対象物８０は、角度θＺの調整に用いられる。三次元センサ１のカメラが2次元画像として取得可能であれば、基準対象物８０は特に限定されない。基準対象物８０は、たとえばワーク、構造物、あるいはテクスチャ（模様）である。

【0077】

次に、基準対象物８０の回転傾きに基づいて、形状測定部１０の画像処理により角度θＺを取得する。第１の算出方法では、形状測定部１０は、三次元センサ１が取得した基準対象物８０の画像から、基準対象物８０の対向する２つの端面のそれぞれのエッジ８１，８２を抽出する。形状測定部１０は、その抽出されたエッジ８１，８２に直線のあてはめを行う。

【0078】

直線８３は、エッジ８１，８２から求められた直線であり、ａｘ＋ｂｙ＋ｃ＝０と表すことができる。形状測定部１０は、上記の直線の係数（ａ，ｂ，ｃ）を求める。形状測定部１０は、基準面５０上の基準直線８４に対する直線８３の傾き（＝ａ／ｂ）から角度θＺを求める。

【0079】

図１０は、三次元センサ１のＺ軸周りの回転角度θＺの第２の算出方法を説明するための模式図である。図１０に示すように、基準面５０上かつ、三次元センサ１のカメラ３の視野内に、角度θＺの調整のための基準対象物８０を設ける。第２の方法では、基準対象物８０の認識用モデル８５を用いる。形状測定部１０は、基準対象物８０の位置（座標（Ｘ，Ｙ））と傾き（角度θ）とを画像認識によって求める。具体的には、形状測定部１０は、三次元センサ１が取得した基準対象物８０の画像に、認識用モデル８５をフィットさせる。形状測定部１０は、認識用モデル８５の基準角度と、画像認識によって求められた認識用モデル８５の角度との差から回転角θＺを求める。

【0080】

本実施の形態において、インジケータ５は、種々の構成を有することができる。図１１は、本実施の形態に係るインジケータ５の１つの構成例を示した図である。図１１に示すように、インジケータ５の複数のＬＥＤ（発光素子）は、４つの発光素子グループに分けられる。各発光素子グループがインジケータとして機能する。具体的には、Ｘ軸に平行な軸と交わるセンサ筐体２の表面２Ａ（第１の面）にはインジケータ５Ａが配置される。Ｙ軸に平行な軸と交わるセンサ筐体２の表面２Ｂ（第２の面）にはインジケータ５Ｂ，５Ｄが配置される。Ｚ軸に平行な軸と交わるセンサ筐体２の表面２Ｃ（第３の面）にはインジケータ５Ｃが配置される。インジケータ５Ｄは、センサ筐体２の表面２Ａ（第１の面）に配置されてもよい。なお、図１１では、Ｘ軸に平行な軸、Ｙ軸に平行な軸、Ｚ軸に平行な軸を、それぞれ「Ｘ軸」、「Ｙ軸」、「Ｚ軸」と表記する。

【0081】

インジケータ５Ａは、角度θＸを表示するためのインジケータである。インジケータ５Ｂは、角度θＹを表示するためのインジケータである。インジケータ５Ｃは、角度θＺを表示するためのインジケータである。インジケータ５Ｄは、基準面に対する三次元センサ１の高さ（Ｚ軸方向の距離）を表示するためのインジケータである。

【0082】

図１１に示した構成では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各々に対応するセンサ筐体２の表面にインジケータが配置される。ユーザから各発光素子グループへの視線の方向を、軸の方向に対応させることができる。したがってユーザは角度θＸ，θＹ，θＺおよび高さＺのいずれが基準からずれているかを直観的に判断することができる。

【0083】

図２に示した例と同様に、インジケータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの各々は、たとえば５つのＬＥＤを含むことができる。５つのＬＥＤは１つの緑色ＬＥＤと、緑色ＬＥＤの両側に配置された２つの黄色ＬＥＤと、２つの黄色ＬＥＤの各々の外側に配置された２つの赤色ＬＥＤとを含むことができる。緑色ＬＥＤは、計測値と指定値との差が第１の範囲内である場合に点灯する。黄色ＬＥＤは、計測値と指定値との差が第１の範囲より大きい第２の範囲内である場合に点灯する。赤色ＬＥＤは、計測値と指定値との差が第２の範囲を超える場合に点灯する。５つのＬＥＤのいずれが点灯するかにより、インジケータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、ユーザに、角度θＸ，θＹ，θＺおよび高さＺの基準からのずれの程度、および、ずれの範囲を表示する。

【0084】

図１２は、本実施の形態に係るインジケータ５の別の構成例を示した図である。図１１に示した構成と比較すると、図１２に示した構成では、インジケータ５は、センサ筐体２の１つの面にのみ配置される。これにより、角度θＸ，θＹ，θＺおよび高さＺの各々の基準からのずれの程度をユーザが一覧できる。したがって、三次元センサ１の配置を調整する際のユーザの作業性を高めることができる。

【0085】

なお、図１１に示したインジケータ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄあるいは図１２に示したインジケータ５は、複数のＬＥＤ（発光素子）により、ずれのレベルを表示する。しかし、これらのインジケータにレベルメータを用いてもよい。

【0086】

図１３は、本実施の形態に係るインジケータ５のさらに別の構成例を示した図である。図１３に示すように、インジケータ５は、矢印および記号「±」を表示する。矢印は、ずれの方向を示す。記号「±」は、基準に対するずれの程度が、許容される範囲内（誤差の範囲内）であることを示す。図１３に示したインジケータ５によれば、簡単な表示により、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向の基準からのずれの程度をユーザが把握することができる。

【0087】

図１４は、本実施の形態に係るインジケータ５のさらに別の構成例を示した図である。図１４に示すように、インジケータ５は、たとえば液晶表示器である。インジケータ５は、角度θＸ，θＹ，θＺおよび高さＺの各々の基準からのずれを数値により表示する。

【0088】

さらにインジケータの構成は、上記の例示された構成に限定されない。たとえばインジケータは、音響（音の高さ、繰り返しの間隔等）により、Ｘ，Ｙ，Ｚの各方向の基準からのずれの程度をユーザに示してもよい。

【0089】

以上のように、本実施の形態によれば、三次元計測装置は、カメラと特定のパタンを投射するプロジェクタによって、対象物の３次元情報（高さ、形状）を取得する。ユーザは、インジケータの表示を参照することにより、三次元センサ１の光軸が所望の角度となるように、三次元センサ１の光軸をリアルタイムで調整することができる。これにより、三次元センサ１の光軸が基準面に対して鉛直となるように三次元センサ１を設置できる。したがって、計測対象のワークの高さおよび傾きを正確に計測することができる。

【0090】

ワークが置かれるコンベアあるいは移動ステージは、特定の傾斜面を有する場合がある。本実施の形態によれば、三次元センサ１が、その傾斜面に正対する（三次元センサ１の光軸が傾斜面に垂直となる）ように三次元センサ１を配置することができる。したがって、ワークが傾斜面に置かれる場合であっても、そのワークの高さを正確に計測することができる。

【0091】

また、本実施の形態に係る三次元センサ１は、たとえばロボットハンドに搭載することができる。本実施の形態によれば、三次元センサ１をロボットハンドに搭載した状態で基準面あるいはワークに正対するように、三次元センサ１を設置することができる。

【0092】

また、１つのセンサによりワークの形状を計測する場合、ワークの一部がセンサのカメラの視野の範囲から外れる可能性がある。このような問題を避けるために、複数のセンサを配置する場合がある。本実施の形態によれば、このような場合に、複数のセンサの間で、光軸の相対角度を確認することができる。

【0093】

なお、上述の実施形態では、３つの軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の各々の周りの回転角度について指定値と計測値との間の差分が求められる。しかし、本実施の形態では、１つの軸周りの回転角度（たとえば俯角あるいはＸ軸周りの角度）についてのみ、指定値と計測値との間の差分を求めるのでもよい。すなわち、本実施の形態では、少なくとも１つの軸の周りのセンサ筐体の回転角度を計測して、回転角度の計測値と回転角度の指定値との間の差分を算出すればよい。

【0094】

＜付記＞
以上説明されるように、本実施の形態は、以下の開示を含む。

【0095】

（構成１）
三次元計測装置（１００）であって、
センサ筐体（２）と、
前記センサ筐体（２）内に配置され、撮像視野（６）内の画像を取得する撮像部（３）と、
前記撮像部（３）により取得される画像に基づいて、前記撮像視野（６）に存在する被写体表面上の各点について距離情報を取得する距離情報取得部（１０）と、
前記距離情報取得部（１０）により取得される前記距離情報に基づいて算出される、前記被写体表面と前記三次元計測装置（１００）における基準点との位置関係を示す、前記センサ筐体（２）に露出して配置されたインジケータ（５）とを備える、三次元計測装置（１００）。

【0096】

（構成２）
前記距離情報取得部（１０）は、
前記位置関係を定めるための、少なくとも１つの軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の周りの前記センサ筐体（２）の回転角度（θＸ，θＹ，θＺ）を計測して、前記回転角度（θＸ，θＹ，θＺ）の計測値と前記回転角度（θＸ，θＹ，θＺ）の指定値との間の差分を算出し、
前記インジケータ（５）は、前記回転角度（θＸ，θＹ，θＺ）の計測値と前記回転角度（θＸ，θＹ，θＺ）の前記指定値との間の前記差分を示すように構成される、構成１に記載の三次元計測装置（１００）。

【0097】

（構成３）
前記距離情報取得部（１０）は、前記距離情報に関して、計測値と指定値との間の差分を算出し、
前記インジケータ（５）は、さらに、前記距離情報に関する前記計測値と前記指定値との間の前記差分を示すように構成される、構成１または構成２に記載の三次元計測装置（１００）。

【0098】

（構成４）
前記インジケータ（５）は、
前記回転角度に関する前記差分、または、前記距離情報に関する前記差分を示す複数の発光素子を含む、構成２または構成３に記載の三次元計測装置（１００）。

【0099】

（構成５）
前記複数の発光素子は、
前記差分が第１の範囲内であるときに、第１の色の光を発する第１の発光素子と、
前記差分が前記第１の範囲よりも広い第２の範囲内であるときに、第２の色の光を発する第２の発光素子と、
前記差分が前記第２の範囲を超える場合に、第３の色の光を発する第３の発光素子とを含む、構成４に記載の三次元計測装置（１００）。

【0100】

（構成６）
前記複数の発光素子は、前記第１の発光素子、前記第２の発光素子および前記第３の発光素子を各々含む複数の発光素子グループ（５Ａ～５Ｄ）に分けられ、
前記複数の発光素子グループ（５Ａ～５Ｄ）は、前記センサ筐体（２）の複数の面（２Ａ～２Ｄ）に分配して配置される、構成５に記載の三次元計測装置（１００）。

【0101】

（構成７）
前記距離情報を表示する表示部（６０）をさらに備える、構成１から６のいずれか１項に記載の三次元計測装置（１００）。

【0102】

（構成８）
前記撮像部（３）は、前記センサ筐体（２）から前記被写体表面までの前記距離の基準となる基準面（５０）の画像を取得し、
前記距離情報取得部（１０）は、前記基準面（５０）の前記画像上で指定された少なくとも３つの基準領域（Ｐ，Ｑ，Ｒ）の平均高さおよび重心座標を算出し、前記平均高さおよび前記重心座標に基づいて少なくとも２つのベクトル（ＰＱ，ＰＲ）を決定し、前記少なくとも２つのベクトル（ＰＱ，ＰＲ）の外積を算出することにより前記基準面（５０）の法線ベクトルを算出し、
前記基準面（５０）上で互いに直交するＸ軸およびＹ軸とし、前記基準面（５０）に垂直な軸をＺ軸として、前記距離情報取得部（１０）は、前記法線ベクトルをＸ－Ｚ平面およびＹ－Ｚ平面に射影することにより、前記Ｘ軸についての前記回転角度（θＸ）および前記Ｙ軸についての前記回転角度（θＸ）を計測する、構成２に記載の三次元計測装置（１００）。

【0103】

（構成９）
前記撮像部（３）は、前記センサ筐体（２）から前記被写体表面までの前記距離の基準となる基準面（５０）の画像を取得し、
前記基準面（５０）上で互いに直交するＸ軸およびＹ軸とし、前記基準（５０）面に垂直な軸をＺ軸として、前記距離情報取得部（１０）は、前記基準面（５０）の前記画像上で指定された少なくとも３つの基準領域（５１，５２，５３，５４，５ｎ）の平均高さおよび重心座標を算出し、前記平均高さおよび前記重心座標を、ａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄと表される平面の式に代入し、最小二乗法により係数ａ，ｂ，ｃを計算して、法線ベクトル（ａ，ｂ，ｃ）を決定し、前記法線ベクトルをＸ－Ｚ平面およびＹ－Ｚ平面に射影することにより、前記Ｘ軸についての前記回転角度（θＸ）および前記Ｙ軸についての前記回転角度（θＹ）を計測する、構成２に記載の三次元計測装置（１００）。

【0104】

（構成１０）
前記撮像部（３）は、前記センサ筐体（２）から前記被写体表面までの前記距離の基準となる基準面（５０）上かつ、前記撮像部（３）の視野内に配置された基準対象物（８０）を撮像し、
前記基準面（５０）に垂直な軸をＺ軸として、前記距離情報取得部（１０）は、前記撮像部（３）によって取得された前記基準対象物（８０）の画像の対向する２つの端面のそれぞれのエッジ（８１，８２）を結ぶ直線（８３）と、前記基準面（５０）上の基準直線（８４）とが成す角度を算出することにより、前記Ｚ軸についての前記回転角度（θＺ）の計測値を取得する、構成２に記載の三次元計測装置（１００）。

【0105】

（構成１１）
前記撮像部（３）は、前記センサ筐体（２）から前記被写体表面までの前記距離の基準となる基準面（５０）上かつ、前記撮像部（３）の視野内に配置された基準対象物（８０）を撮像し、
前記基準面（５０）に垂直な軸をＺ軸として、前記距離情報取得部（１０）は、前記基準対象物の認識用モデル画像（８５）を回転させ、前記認識用モデル画像（８５）が前記基準対象物（８０）の画像に重なるときの前記認識用モデル画像（８５）の回転角度を、前記Ｚ軸についての前記回転角度（θＺ）の計測値として取得する、構成２に記載の三次元計測装置（１００）。

【0106】

（構成１２）
三次元計測装置（１００）のセンサ筐体（２）内に配置された撮像部（３）によって、撮像視野（６）内の画像を取得するステップ（Ｓ１１）と、
前記撮像部（３）により取得される画像に基づいて、前記撮像視野（６）に存在する被写体表面上の各点について距離情報を取得するステップ（Ｓ１２）と、
前記距離情報に基づいて、前記被写体表面と前記三次元計測装置（１００）における基準点との間の位置関係を決定するステップ（Ｓ１３－Ｓ１７）と、
前記センサ筐体（２）に露出して配置されたインジケータ（５）により前記位置関係を表示するステップ（Ｓ１９）とを備える、三次元計測装置の位置表示方法。

【0107】

（構成１３）
コンピュータ（１０）に、
三次元計測装置（１００）のセンサ筐体（２）内に配置された撮像部（３）が撮像視野（６）内の画像を取得するように撮像部（３）を制御するステップ（Ｓ１１）と、
前記撮像部（３）により取得される画像に基づいて、前記撮像視野（６）に存在する被写体表面上の各点について距離情報を取得するステップ（Ｓ１２）と、
前記距離情報に基づいて、前記被写体表面と前記三次元計測装置（１００）における基準点との間の位置関係を決定するステップ（Ｓ１３－Ｓ１７）と、
前記センサ筐体（２）に露出して配置されたインジケータ（５）が前記位置関係を表示するように前記インジケータ（５）を制御するステップ（Ｓ１９）とを実行させる、プログラム。

【0108】

今回開示された各実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、実施の形態および各変形例において説明された発明は、可能な限り、単独でも、組み合わせても、実施することが意図される。

【符号の説明】

【0109】

１ 三次元センサ、２ センサ筐体、３ カメラ、４ プロジェクタ、５，５Ａ～５Ｄ インジケータ、６ 撮像視野、８ 光、１０ 形状測定部、１１ パタン生成部、１２ パタン検出部、１４ 傾斜演算部、１５ 角度範囲指定部、１６ 基準領域設定部、２１，２６ 緑色ＬＥＤ、２２，２３，２７，２８ 黄色ＬＥＤ，２４，２５，２９，３０ 赤色ＬＥＤ、５０ 基準面、５１，５２，５３，５４，７１，７２，７３，Ｐ，Ｑ，Ｒ 領域、６０ ディスプレイ、７０ 画像、８０ 基準対象物、８１，８２ エッジ、８３ 直線、８４ 基準直線、８５ 認識用モデル、１００ 三次元計測装置、ＰＱ，ＰＲ ベクトル、Ｓ１０～Ｓ２０ ステップ、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】