[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP5321357B2 - 三次元形状データ処理装置、三次元形状データ処理システムおよび三次元形状測定システム - Google Patents

三次元形状データ処理装置、三次元形状データ処理システムおよび三次元形状測定システム Download PDF

Info

Publication number
JP5321357B2
JP5321357B2 JP2009198087A JP2009198087A JP5321357B2 JP 5321357 B2 JP5321357 B2 JP 5321357B2 JP 2009198087 A JP2009198087 A JP 2009198087A JP 2009198087 A JP2009198087 A JP 2009198087A JP 5321357 B2 JP5321357 B2 JP 5321357B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
shape data
shape
data
dimensional
arrangement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009198087A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2011047863A (ja
Inventor
靖尚 金藤
芳久 阿部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Konica Minolta Inc filed Critical Konica Minolta Inc
Priority to JP2009198087A priority Critical patent/JP5321357B2/ja
Publication of JP2011047863A publication Critical patent/JP2011047863A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5321357B2 publication Critical patent/JP5321357B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

本発明は、対象物の全体的な三次元形状を表す形状データを生成する三次元形状測定システムに関する。
近年、工業製品の検査の１つとして、ＣＡＤデータなどの設計データに基づいて作成された工業製品の部品の三次元形状を計測し、計測された三次元形状とＣＡＤデータとをコンピュータを用いて比較することによって、その部品が、設計データに対して所定の公差内の形状誤差で作成されたものであるか否かを調べるＣＡＴ（Computer-Aided Testing）が行われている。
ＣＡＴに用いられる三次元形状の測定は、しばしば、物体表面上の多くの点の三次元座標を短時間に非接触で測定することができる三次元デジタイザ（「三次元測定機」などとも称する）を用いた三次元測定（三次元計測）によって行われる。
三次元デジタイザには、ステレオ画像法などを用いる受動型、光レーダ法や光投影法などの能動型、およびそれらを組合わせた能動受動型とがある。例えば、ステレオ画像法を用いる三次元デジタイザでは、複数のカメラを用いて互いに異なる複数の方向から測定対象物を撮影し、得られた複数の画像から三角測量の原理によって、測定対象物上の各点の三次元座標を算出する三次元測定を行う。
また、光投影法を用いる三次元デジタイザは、測定対象物に対して投射装置から検出光を投射し、測定対象物からの反射光をカメラの撮像素子で受光する。検出光としてスリット光を用いたものがスリット光投影法（光切断法ともいう）である。スリット光投影法では、スリット光を偏向して測定対象物を光学的に走査し、測定対象物の表面形状に基づくスリット光の変形の程度から、三角測量の原理によって測定対象物上の各点の三次元座標を算出する三次元測定を行う。なお、これら各点の三次元座標の集合を「三次元形状データ」または「形状データ」などと称する。
このように、三次元デジタイザは、そのカメラおよび投射装置などに面している対象物の形状のみを測定することが可能であり、三次元デジタイザに面していない側の対象物表面の形状は測定することができない。また、三次元デジタイザが三次元測定することができる範囲は、カメラ間などの基線長、カメラの画角および被写界深度などによって定められる所定の立体的な範囲（「測定範囲」とも称する）によっても制限されており、測定範囲の大きさが対象物よりも小さいこともしばしばある。
このため、部品の全体的（全周的）な形状をＣＡＴによる検査対象として測定するためには、部品に対して三次元デジタイザの位置や姿勢を変えることにより、異なる複数の方向から複数回の三次元測定を行い、得られた複数の三次元形状データが、部品についての全体的な三次元形状を表すように、各三次元形状データが表す三次元形状の位置および姿勢を示す配置（「形状配置」とも称する）をそれぞれ調整することによって、部品の全体的な形状を表すＣＡＴ用の形状データを生成する必要がある。
なお、このような複数の三次元形状データについての各形状配置の調整は、それら複数の三次元形状データについての複数の三次元形状をそれぞれ本来あるべき形状配置に合わせる調整であることから「配置合わせ」または、「位置合わせ」などとも称される。
配置合わせの手法としてはいくつかの手法があるが、１つ目の手法として、対象物上で測定範囲が重複するように対象物に対して異なる複数の方向から複数回の三次元測定を行って、各測定範囲の三次元形状を表す複数の形状データを得た後、例えば、ＩＣＰ（Iterative Closest Points）法を用いることで、得複数の形状データそれぞれについての測定範囲が重複している部分の三次元形状間の対応関係に基づいて、各形状データについての配置合わせを行う手法がある。特許文献１では、１つ目の手法が採用されている。
また、配置合わせの２つ目の手法として、複数のマーカが貼付された対象物に対して１つ目の手法と同様の三次元測定を行って、対象物の三次元形状のうち、対象物上で重複部分を有する２つの測定範囲の三次元形状を表すそれぞれ表す２つの形状データを得た後、２つの測定範囲の重複部分に存在する３以上の複数のマーカの位置をそれぞれ代表的に表す複数の三次元座標（「三次元位置」とも称する）からなる「マーカ位置データ」を各形状データについてそれぞれ求め、各形状データそれぞれにおけるマーカ位置データ間の対応関係に基づいて、各形状データについての配置合わせを行う手法などがある。
特開２００７−３０３８３９号公報
しかしながら、特許文献１が採用するＩＣＰ法は、反復演算を繰り返すことにより複数の形状データが表す各三次元形状間の面と面との距離が最小になるような座標変換情報を求めるアルゴリズムであるため、ＩＣＰ法を適用して、相互に略同一の形状を有する複数の三次元形状を配置合わせする場合には、例えば、平面同士や、曲率が一定の曲面同士など、ＩＣＰ法を適用する三次元形状の特徴によっては配置合わせに失敗する場合がある。
図１は、ＩＣＰ法による配置合わせの失敗例を示す図である。図１の例では２つの形状は、重なり合う部分が互いに密着するように配置合わせされているが、上下方向（矢印Ｙ１方向）には、本来あるべき位置からずれて配置合わせされてしまっている。
このように、検査対象の部品を測定して得られた複数の形状データについての略同一の三次元形状部がＩＣＰ法による配置合わせに不向きな形状である場合には、検査対象の部品の全体的な三次元形状を表す形状データを正確に生成することができない。
つまり、特許文献１の手法では、複数の形状データに対して配置合わせを試みた結果、例えば、それらについての三次元形状同士が本来あるべき配置からずれて重なり合っているものの、それら三次元形状同士の面と面との距離がほとんど無いような場合には、配置合わせ後の形状データ間の相互関係によっては、配置合わせの誤りを検出できないという問題がある。
また、２つ目の配置合わせ方法においても、複数の測定範囲の重複部分に存在する各マーカの三次元位置が全て誤差なく測定される場合には、各マーカに対応する三次元位置同士が全て一致するか否かによって、複数の測定範囲に対応する形状データ間の配置合わせが正しいか否かを判定できるが、実際に三次元測定される各形状データについては、三次元測定時の測定誤差のために、各マーカの三次元位置は、実際の三次元位置に対して種々の３次元的な方向にずれて測定される。従って、各マーカに対応する三次元位置同士が全て一致することは、通常、あり得ない。このため、配置合わせ後の各形状データのマーカ位置データの相互関係によっては、正しい配置合わせであるか否かを判定することが困難であるという問題がある。
また、配置合わせが正しいか否かをオペレータが目視で判定する場合には、例えば、判定対象の複数の形状データを取得する三次元測定時における対象物上での三次元デジタイザの測定範囲の配置を記憶しておき、この配置と、透視投影などによって表示装置上に二次元画像として表示された、配置合わせ後の形状データについての配置とを対比することによって、形状データについての配置合わせにおいて許容できない配置ズレが生じていないかどうかを検証するとともに、三次元形状間の重なりの具合が適正範囲内であるか否かを、表示された画像間の相互関係を目視に基づいて判定することによって、微視的な配置ズレが生じていないかどうかを検証することが必要となる。
これらの検証を効率的に行うためには、検証部位や視線の角度を変更するために透視投影の視点を様々に変更すること、全体的・部分的な検証のために表示画像の拡大・縮小をすること、および三次元形状間の区別を容易にするための色彩・パターンを変更することなどが必要であるため、判定処理に手間が掛かり、配置合わせの可否を判定する「配置合わせ可否判定処理」を多くの形状データに対して行うことが困難であるという問題がある。
また、配置合わせの可否を客観的な指標によらずに判定することから、オペレータの熟練度などによって、判定結果が異なったり、所要時間の長短が生ずるという問題もある。
そこで、本発明は、対象物の三次元形状を測定して得られる三次元形状データについての配置合わせの可否を判定する手法を改善する技術を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、対象物の三次元形状のうち、当該対象物上で互いに重なる部分を有する第１領域と第２領域とについて、前記第１領域の三次元形状を表現した第１形状データと、前記第２領域の三次元形状を表現した第２形状データとを取得する取得手段と、前記第２形状データに基づいて、互いに異なる複数の幾何学的状態を表現した複数の第３形状データを生成する派生データ生成処理を行う派生データ生成手段と、前記複数の第３形状データのそれぞれについて、所定の座標系において前記第１形状データへの配置合わせ処理を試みることによって、当該処理の結果として複数の第４形状データを生成する形状配置調整手段と、単一の座標系で前記第１形状データと前記第２形状データとの配置合わせを試みたときに、前記対象物のうち前記第１領域と前記第２領域とを包含する範囲について、所定の許容範囲内の精度で前記対象物の三次元形状を再現可能か否かを、前記複数の第４形状データについての形状配置の相互関係に基づいて判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、対象物の三次元形状のうち、当該対象物上で互いに重なる部分を有する第１領域と第２領域とについて、前記第１領域の三次元形状を表現した第１形状データと、前記第２領域の三次元形状を表現した第２形状データとを取得する取得手段と、前記第２形状データに基づいて、互いに異なる複数の幾何学的状態を表現した複数の第３形状データを生成する派生データ生成処理を行う派生データ生成手段と、前記複数の第３形状データのそれぞれについて、所定の座標系において前記第１形状データへの配置合わせ処理を試みる形状配置調整手段と、単一の座標系で前記第１形状データと前記第２形状データとの配置合わせを試みたときに、前記対象物のうち前記第１領域と前記第２領域とを包含する範囲について、所定の許容範囲内の精度で前記対象物の三次元形状を再現可能か否かを、前記派生データ生成処理において前記複数の第３形状データが生成されるときの前記第２形状データについての複数の形状配置の変動情報と、前記配置合わせ処理における前記複数の第３形状データについての複数の形状配置の変動情報とが、それぞれ合成された複数の形状配置の変動情報の相互関係に基づいて判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載された三次元形状データ処理装置であって、前記複数の幾何学的状態は、（ａ）前記所定の座標系における三次元的な位置および姿勢に相当する形状配置のズレ状態と、（ｂ）三次元的な歪み状態と、のうち、少なくとも一方が互いに異なる状態であることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１つの請求項に記載された三次元形状データ処理装置であって、前記複数の第３形状データのうちのひとつは、前記第２形状データ自身であることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１つの請求項に記載された三次元形状データ処理装置であって、前記複数の第３形状データのすべては、前記第２形状データとは異なる幾何学的状態を表現していることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれか１つの請求項に記載された三次元形状データ処理装置と、前記三次元形状データ処理装置で用いる前記第１形状データと前記第２形状データとを生成する形状データ生成手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項６に記載された三次元形状データ処理システムであって、前記形状データ生成手段は、前記第１形状データおよび前記第２形状データの少なくとも一方を、前記対象物の形状を設計数値的に表現した既知の形状データに基づいて生成することを特徴とする。
また、請求項８の発明は、請求項６に記載された三次元形状データ処理システムであって、前記形状データ生成手段は、前記第１形状データおよび前記第２形状データの少なくとも一方を、三次元形状を測定して形状データを取得する測定装置を用いて測定された前記対象物についての形状データに基づいて生成することを特徴とする。
また、請求項９の発明は、請求項６から請求項８のいずれか１つの請求項に記載された三次元形状データ処理システムであって、前記判定手段において前記再現の可能性を否定する判定結果が出たときには、（ａ）前記形状データ生成手段は、前記第１領域および前記第２領域のいずれとも異なる前記対象物上の第３領域の三次元形状を表現する第５形状データを、前記対象物の形状を設計数値的に表現した既知の形状データに基づいて生成し、（ｂ）前記取得手段は、前記第２形状データに替えて前記第５形状データを取得することを特徴とする。
また、請求項１０の発明は、対象物の三次元形状を複数の方向から測定して得られる複数の個別形状データに基づいて前記対象物の全体的な三次元形状を表す形状データを生成する三次元形状測定システムであって、三次元測定を行って前記複数の個別形状データを取得する測定装置と、前記測定装置と前記対象物とを相対的に配置する配置手段と、請求項６から請求項９のいずれか１つの請求項に記載された三次元形状データ処理システムと、を備え、前記測定装置が前記複数の個別形状データを取得する際には、前記再現の可能性を肯定する判定が前記判定手段で得られたことを条件として、前記対象物のうち前記第１領域と前記第２領域とを包含する範囲については、前記第１形状データと前記第２形状データとにそれぞれ対応する、前記測定装置と前記対象物との配置関係に基づいて前記測定装置と前記対象物とを相対的に配置することを特徴とする。
また、請求項１１の発明は、複数の識別点が設けられた対象物の三次元形状のうち、当該対象物上で互いに重なる部分に３点以上の識別点を有する第１領域と第２領域とについて、前記第１領域における前記３点以上の識別点のうち３以上の着目識別点のそれぞれの位置を表現した第１位置データと、前記第２領域における前記３以上の着目識別点のそれぞれの位置を表現した第２位置データとを取得する取得手段と、前記第２位置データに基づいて、前記３以上の着目識別点の分布の歪み状態が互いに異なる複数の状態をそれぞれ表現した複数の第３位置データを生成する派生データ生成処理を行う派生データ生成手段と、前記複数の第３位置データのそれぞれについて、所定の座標系において前記第１位置データへの配置合わせ処理を試みることによって、当該処理の結果として複数の第４位置データを生成する形状配置調整手段と、単一の座標系で前記第１領域および前記第２領域についての前記対象物の三次元形状をそれぞれ表現した各形状データの配置合わせを試みたときに、前記対象物のうち前記第１領域と前記第２領域とを包含する範囲について、所定の許容範囲内の精度で前記対象物の三次元形状を再現可能か否かを、前記複数の第４位置データについての形状配置の相互関係に基づいて判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項１２の発明は、複数の識別点が設けられた対象物の三次元形状のうち、当該対象物上で互いに重なる部分に３点以上の識別点を有する第１領域と第２領域とについて、前記第１領域における前記３点以上の識別点のうち３以上の着目識別点のそれぞれの位置を表現した第１位置データと、前記第２領域における前記３以上の着目識別点のそれぞれの位置を表現した第２位置データとを取得する取得手段と、前記第２位置データに基づいて、前記３以上の着目識別点の分布の歪み状態が互いに異なる複数の状態をそれぞれ表現した複数の第３位置データを生成する派生データ生成処理を行う派生データ生成手段と、前記複数の第３位置データのそれぞれについて、所定の座標系において前記第１位置データへの配置合わせ処理を試みる形状配置調整手段と、単一の座標系で前記第１領域および前記第２領域についての前記対象物の三次元形状をそれぞれ表現した各形状データの配置合わせを試みたときに、前記対象物のうち前記第１領域と前記第２領域とを包含する範囲について、所定の許容範囲内の精度で前記対象物の三次元形状を再現可能か否かを、前記配置合わせ処理における前記複数の第３位置データのそれぞれについての形状配置の変動情報の相互関係に基づいて判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項１３の発明は、請求項１１または請求項１２に記載された三次元形状データ処理装置と、前記三次元形状データ処理装置で用いる前記第１位置データと前記第２位置データとのそれぞれの生成に用いられる、前記第１領域についての前記対象物の三次元形状を表現した第１形状データと、前記第２領域についての前記対象物の三次元形状を表現した第２形状データとを生成する形状データ生成手段と、を備えることを特徴とする。
また、請求項１４の発明は、複数の識別点が設けられた対象物の三次元形状を複数の方向から測定して得られる複数の個別形状データに基づいて前記対象物の全体的な三次元形状を表す形状データを生成する三次元形状測定システムであって、三次元測定を行って前記複数の個別形状データを取得する測定装置と、前記測定装置と前記対象物とを相対的に配置する配置手段と、請求項１３に記載された三次元形状データ処理システムと、を備え、前記測定装置が前記複数の個別形状データを取得する際には、前記再現の可能性を肯定する判定が前記判定手段で得られたことを条件として、前記対象物のうち前記第１領域と前記第２領域とを包含する範囲については、前記第１形状データと前記第２形状データとにそれぞれ対応する、前記測定装置と前記対象物との配置関係に基づいて前記測定装置と前記対象物とを相対的に配置することを特徴とする。
請求項１の発明によれば、対象物上の第２領域の三次元形状を表現した第２形状データに基づいて生成された複数の第３形状データが、第２領域と重なる部分を有する第１領域の三次元形状を表現した第１形状データに対して配置合わせされた後の複数の第４形状データについての形状配置の相互関係に基づいて、第１形状データと第２形状データとが配置合わせによって所定の許容範囲内の精度で対象物の形状を再現できるか否かを判定するので、第１形状データと第２形状データとの相互関係によっては、第１形状データと第２形状データとが所定の許容範囲内の精度で対象物の形状を再現できるか否かを判定できない場合であっても、配置合わせの可否を正しく判定できる確率を向上させることができる。
また、請求項１１の発明によれば、複数の識別点が設けられた対象物上の第２領域における３以上の着目識別点のそれぞれの位置を表現した第２位置データに基づいて生成された複数の第３位置データが、第２領域と重なる部分を有する第１領域における３以上の着目識別点のそれぞれの位置を表現した第１位置データに配置合わせさることによって生成された複数の第４位置データについての形状配置の相互関係に基づいて、第１領域および第２領域についての対象物の三次元形状をそれぞれ表現した各形状データが、所定の許容範囲内の精度で対象物の三次元形状を再現可能か否かを判定するので、第１位置データと第２位置データとについての形状配置の相互関係によっては、第１領域および第２領域についての対象物の三次元形状をそれぞれ表現した各形状データが、所定の許容範囲内の精度で対象物の三次元形状を再現可能か否かを判定できない場合であっても、配置合わせの可否を正しく判定できる確率を向上させることができる。
ＩＣＰ法による三次元形状の配置合わせの失敗例を示す図である。 実施形態に係る三次元形状測定システムおよび三次元形状データ処理システムの構成例を示すブロック図である。 実施形態に係る三次元形状データ処理装置の機能構成を例示するブロック図である。 対象物に対する測定範囲の設定例を示す図である。 対象物に対する測定範囲の設定例を示す図である。 対象物についての個別形状データの取得を説明する図である。 対象物についての個別形状データの取得を説明する図である。 ２つの個別形状データが１の座標系に座標変換された様子を示す図である。 ２つの個別形状データが配置合わせされた様子を示す図である。 凹凸のある形状データ間の異なる配置関係の例を示す図である。 図１０に示される形状データの配置合わせが成功した例を示す図である。 形状データの配置合わせが失敗した例を示す図である。 基準形状データと原参照形状データの取得を説明する図である。 基準形状データと原参照形状データを例示する図である。 基準形状データと原参照形状データを例示する図である。 ＣＡＤデータから判定用形状データを生成する様子を説明する図である。 歪みの付与により生成されるズレ歪み含有参照形状データを例示する図である。 配置ズレの付与により生成されるズレ歪み含有参照形状データを、三次元測定によって生成する様子を説明する図である。 配置ズレの付与により生成されるズレ歪み含有参照形状データを、三次元測定によって生成する様子を説明する図である。 原参照形状データと実測により生成されるズレ歪み含有参照形状データの関係を説明する図である。 測定装置の装置配置の変動を説明する図である。 配置ズレを付与されたズレ歪み含有参照形状データを演算によって生成する様子を説明する図である。 配置ズレを付与されたズレ歪み含有参照形状データを演算によって生成する様子を説明する図である。 基準形状データと原参照形状データとズレ歪み含有参照形状データとが１の座標系に変換された様子を説明する図である。 配置調整済み参照形状データが生成される過程を例示する図である。 配置合わせが成功した配置調整済み参照形状データを例示する図である。 配置合わせが失敗した配置調整済み参照形状データを例示する図である。 配置調整済み参照形状データが生成される過程を例示する図である。 対象物の全体的な三次元形状を表す形状データを作成する手順例の概要を示すフローチャートである。 第２の装置配置情報を生成する手順例の概要を示すフローチャートである。 配置合わせ可否判定処理の手順例の概要を示すフローチャートである。 変形例に係る三次元形状測定システムおよび三次元形状データ処理システムの構成例を示すブロック図である。 変形例に係る三次元形状データ処理装置の機能構成を例示するブロック図である。 マーカが貼付された対象物に対する測定範囲の設定例を示す図である。 マーカが貼付された対象物の個別形状データを例示する図である。 マーカに基づいて配置合わせされた個別形状データを例示する図である。 マーカ位置形状に起因した配置合わせの誤りを説明する図である。 マーカ位置形状に起因した配置合わせの誤りを説明する図である。 マーカ位置形状に起因した配置合わせの誤りを説明する図である。 マーカ位置形状に起因した配置合わせの誤りを説明する図である。 マーカが貼付された対象物についての基準形状データおよび原参照形状データの生成例を説明する図である。 マーカが貼付された対象物についての基準形状データおよび原参照形状データの生成例を説明する図である。 、マーカ位置データ取得部および対応関係取得部の動作例を説明する図である。 歪み含有参照マーカ位置データの生成例を説明する図である。 配置合わせが成功した配置調整済みマーカ位置データの生成過程を説明する図である。 配置合わせが失敗した配置調整済みマーカ位置データの生成過程を説明する図である。 配置合わせ可否判定処理の手順例の概要を示すフローチャートである。
＜実施形態１について：＞
［三次元形状測定システム５００Ａおよび三次元形状データ処理システム３００Ａ：］
図２は、実施形態１に係る三次元形状測定システム５００Ａおよび三次元形状データ処理システム３００Ａの構成例を示すブロック図である。
図２に示される三次元形状処理装置１００Ａ、三次元デジタイザ２、マニピュレータ３ａ、マニピュレータ制御部３ｂおよびＣＡＤシステム８は、三次元形状測定システム５００Ａおよび三次元形状データ処理システム３００Ａの主要部をなしており、三次元形状測定システム５００Ａとして機能する場合と、三次元形状データ処理システム３００Ａとして機能する場合とがある。
三次元形状データ処理システム３００Ａは、マニピュレータ３ａの台座部に対する三次元デジタイザ２の位置および姿勢を示す複数の第１の装置配置情報に基づいて配置された三次元デジタイザ２が対象物１を測定範囲が重複するように複数の方向から測定したとすれば得られるべき複数の形状データと略同一の三次元形状をそれぞれ表す複数の形状データ（「判定用形状データ」と称する）を生成するとともに、それらの判定用形状データが、例えば、後述するＩＣＰ法、スピンイメージ法などの、配置合わせ対象の三次元形状間に動的または静的に複数組みの対応点をそれぞれ設定し、これらの対応点に基づいて配置合わせを行う「形状対応点に基づく配置合わせ方法」によって適正に配置合わせ可能なものであるか否かを配置合わせ可否判定処理（後述）によって判定し、配置合わせ可能であると判定された各判定用形状データにそれぞれ対応する第１の装置配置情報を複数の第２の装置配置情報として生成する。
三次元形状測定システム５００Ａは、あらかじめ三次元形状データ処理システム３００Ａとして機能することによって複数の第２の装置配置情報を生成した後、生成された複数の第２の装置配置情報に基づいて対象物１と三次元デジタイザ２とを相対的に配置し、対象物１の三次元形状を複数の方向から測定して得られる複数の形状データ（「個別形状データ」と称する）にＩＣＰ法などの形状対応点に基づく配置合わせ方法を適用して対象物１の全体的な三次元形状を表す形状データを生成する。
本実施形態においては、三次元形状測定システム５００Ａと三次元形状データ処理システム３００Ａとは、同一の構成要素により構成されているが、三次元形状測定システムおよび三次元形状データ処理システムは、例えば、それぞれ同一性能の三次元デジタイザならびにマニピュレータおよびその制御装置などを備えた別個の構成要素により構成されてもよいし、例えば、三次元形状データ処理システム３００Ａのマニピュレータおよびその制御装置については、三次元形状測定システム５００Ａのものよりも配置決め精度が高いものを採用してもよい。
なお、同一形状の多くの部品に対して、それぞれ形状検査に用いられる形状データを生成する必要がある場合には、先ず、三次元形状データ処理システム３００Ａによって１つ目の部品を対象として複数の第２の装置配置情報を求めておき、次に、マニピュレータ３ａの台座部に対して１つ目の部品と略同一の配置に設置された他の部品についても求められた複数の第２の装置配置情報を適用して三次元形状測定システム５００Ａによって三次元測定を行えば他の部品についても適正に配置合わせできる個別形状データが測定でき、多くの部品の検査用の形状測定にかかる時間を短縮することができる。ここでの、１つ目の部品に基づく複数の第２の装置配置情報の取得作業は、「ティーチング」などとも称される。
次に、三次元形状測定システム５００Ａおよび三次元形状データ処理システム３００Ａを構成する主要部について説明する。
○三次元デジタイザ２：
三次元デジタイザ２は、対象物１の三次元形状を測定し、その三次元形状を表す形状データを取得する三次元デジタイザであり、本発明の「測定装置」に相当する。三次元デジタイザ２は、三次元形状データ処理装置１００Ａに接続されており（図３）、三次元形状データ処理装置１００Ａからの制御命令に従って対象物１の三次元測定を行い、測定した形状データを三次元形状データ処理装置１００Ａに供給するとともに、後述する変形例に係る実施形態などのように、例えば、対象物上に貼付されたマーカなどを画像処理によって抽出する用途などに供するために、必要に応じて、測定した対象物の画像データを三次元形状処理装置１００Ａへと供給する。なお、通常、三次元デジタイザ２は、測定時の対象物との距離を示す測定距離を変更することが可能であり、測定距離が長くなると対象物上での測定範囲が拡大することにより得られる形状データの解像度が低くなり、測定距離が短くなると逆に、得られる形状データの解像度は高くなる。
三次元デジタイザ２が、三次元形状データ処理システム３００Ａおよび三次元形状測定システム５００Ａのそれぞれの構成要素として機能するときは、三次元デジタイザ２は、三次元測定で得た複数の形状データをそれぞれ複数の判定用形状データｄ１（図３）または複数の個別形状データｄ２（図３）として三次元形状処理装置１００Ａへ供給する。
ここで、三次元デジタイザ２によって測定された形状データには、通常、測定装置の制御上の誤差、および測定した画像データに含まれるノイズなどのために、同じ配置において同じ測定パラメータに基づいて連続的に三次元測定を行ったとしても測定毎に僅かなばらつきが発生する。
また、三次元デジタイザ２においては、三次元測定を正確に行うために形状が既知の校正用対象物などに基づいて校正が行われるが、この校正残差、装置の姿勢および使用中の温度ドリフトなどによっても三次元測定の誤差が発生する。
通常、三次元デジタイザ２では、上述した三次元測定の誤差およびばらつきに基づいて、三次元測定の確からしさを表わした「測定精度」が規定されており、形状検査などを行う際には測定精度に留意する必要がある。また、測定精度は、通常、例えば、測定距離などによって定められるいくつかの測定条件ごとにそれぞれ規定されている。
三次元デジタイザ２の測定精度ｄ１８は、三次元デジタイザ２から三次元形状処理装置１００Ａに供給されることにより、または操作部４（図３）などから入力することにより、あらかじめ記憶部１４（図３）に記憶されており、必要に応じて使用される。
また、三次元デジタイザ２としては、測定した対象物の画像データをその内部で処理して形状データを生成する上述したタイプの他に、測定した対象物の画像データを三次元形状データ処理装置１００Ａへ供給し、画像データから形状データへの変換は、三次元形状データ処理装置１００Ａにおいて行うタイプのものを採用してもよい。この場合には、三次元デジタイザ２と三次元形状処理装置１００Ａとで本発明の測定装置を構成することとなる。
また、本願発明のうち、マーカが添付された対象物の三次元計測を行わない発明に係る測定装置としては、例えば、画像に基づく三角測量とは異なる方法により三次元測定を行うレーザトラッカーなども採用することができる。
○マニピュレータ３ａおよびマニピュレータ制御部３ｂ：
マニピュレータ３ａは、多関節のアーム部およびアーム部を設置する台座部などから構成される。マニピュレータ３ａは、マニピュレータ制御部３ｂからの制御によって、アーム部を台座部に対して回転させるとともに、アーム部を曲げ伸ばしすることが可能であり、これらの動作によって、アーム部の先端は、台座部を中心とする所定範囲の空間内の任意の位置に所定の範囲の姿勢で配置決めされ得る。アーム部の先端には、三次元デジタイザ２が取り付けられている。
マニピュレータ制御部３ｂは、接続ケーブルを介して三次元形状データ処理装置１００Ａに接続されており、三次元形状データ処理装置１００Ａからは、各種の制御命令およびマニピュレータ３ａの台座部に対する三次元デジタイザ２の位置および姿勢を示す装置配置情報ｄ４（図３）がマニピュレータ制御部３ｂへと供給される。
マニピュレータ制御部３ｂは、三次元デジタイザ２が装置配置情報ｄ４に基づく所定の配置に配置決めされるように、マニピュレータ３ａの動作を制御する。マニピュレータ制御部３ｂへの装置配置情報ｄ４の入力は、測定者が、マニピュレータ制御部３ｂに設けられた不図示の入力部から入力することなどによっても行われ得るとともに、マニピュレータ３ａの動作についても、この入力部から制御し得る。
なお、通常、装置配置情報ｄ４は、記憶部１４（図３）に記憶されているマニピュレータ３ａの台座部に対する対象物の位置および姿勢を示す対象物配置情報ｄ２０に基づいて、対象物１に対して、三次元デジタイザ２を所望の相対的な配置に配置決めできるように設定される。従って、三次元デジタイザ２は、対象物１と三次元デジタイザ２との相対的な配置関係に基づいて設定された装置配置情報ｄ４に基づいて配置決めされることになる。
マニピュレータ制御部３ｂは、装置配置情報ｄ４に基づいた三次元デジタイザ２の配置決めが終了すると、配置決め終了の合図および装置配置情報ｄ４の確認のために、装置配置情報ｄ４を三次元形状処理装置１００Ａにフィードバックする。三次元形状処理装置１００Ａは、三次元デジタイザ２の配置決めが終了したことを認識すると、三次元デジタイザ２に三次元測定を実行させる。なお、装置配置情報ｄ４については、三次元デジタイザ２自体の三次元形状や、三次元デジタイザ２に取り付けられた装置配置検出用の構造物の三次元形状を他の形状測定機などを用いて測定することによって取得してもよいし、三次元デジタイザ２に装置配置情報ｄ４を検出可能なセンサを設けて、その出力を取得するなどしても良い。
ここで、マニピュレータ３ａには、通常、アーム部の先端に取り付けられた三次元デジタイザ２などの位置および姿勢の配置決めに際して、取り付けられたものの重量などに応じた配置決めの誤差が発生するため、配置決めの確からしさを表わした「配置決め精度」が規定されている。
マニピュレータ３ａの配置決め精度ｄ１９は、マニピュレータ制御部３ｂから三次元形状処理装置１００Ａに供給されることにより、または操作部４（図３）などから入力することにより、あらかじめ記憶部１４（図３）に記憶されており、必要に応じて使用される。
また、図３に示される構成の他に、マニピュレータ３ａのアーム部に対象物１を取り付け、固定された三次元デジタイザ２に対して、対象物１を移動される構成などを採用してもよい。
マニピュレータ３ａおよびマニピュレータ制御部３ｂは、本発明の「配置手段」に相当する。配置手段としては、マニピュレータの他に、接触式プローブによって対象物の形状を測定するＣＭＭ（座標測定機 Coordinate-measuring machine）の接触式プローブを取り外し、三次元デジタイザ２などを取り付け可能なマウント部を備えたものなどの、三次元デジタイザ２などを複数の配置に設定可能な各種の配置決め機構が採用され得る。
また、配置手段としては、ベルトコンベアや回転ステージなどの、対象物を複数の配置に設定可能な各種の配置決め機構を採用してもよく、また、三次元デジタイザ２および対象物１をそれぞれ複数の配置に設定可能な各種の配置決め機構を共に採用しても良い。
なお、対象物１を移動させる場合も、三次元デジタイザ２を移動させる場合と同様に、対象物１と三次元デジタイザ２との相対的な配置関係に基づいて設定された対象物１の配置情報に基づいて、配置手段は、対象物１の配置決めを行う。
すなわち、本発明の配置手段は、三次元デジタイザ２などの測定装置と対象物とを相対的に配置する配置手段である。
○ＣＡＤシステム８：
ＣＡＤシステム８は、種々の機械装置、製品、実用品、その他の物品について設計三次元形状を表す情報であるＣＡＤデータを作成しまたは蓄積するものである。また、ＣＡＤデータは、設計三次元形状を表す情報の他に、これら各物品の材料、材質、各部の表面粗さ、寸法公差などの特性情報を含んでいてもよい。ＣＡＤシステム８は、通信回線などを介して三次元形状データ処理装置１００Ａに接続されている。
三次元形状データ処理システム３００Ａが機能している場合には、三次元形状処理装置１００Ａは、操作部４（図３）から入力された部品番号などの対象物の識別情報に対応するＣＡＤデータの供給を要求し、ＣＡＤシステム８は、その要求に応じたＣＡＤデータｄ５（図３）を三次元形状処理装置１００Ａへと供給する。ここで、ＣＡＤデータｄ５は、部品単位のデータであってもよいし、１つの部品が部品の特徴部である部位毎に分割されたデータであっても良い。
［実施形態１に係る配置合わせ可否判定処理の原理の概要：］
次に、三次元形状処理装置１００Ａの説明に先立って、実施形態１に係る配置合わせ可否判定処理の原理の概要を、三次元形状測定システム５００Ａの動作の概要と合わせて説明する。
○三次元形状測定システム５００Ａの動作の概要：
図４および図５は、三次元形状測定システム５００Ａが、複数の方向から対象物の三次元形状を測定するときの測定範囲の設定を説明する図である。図４では、装置配置情報ｄ４ａおよびｄ４ｂに基づいて配置決めされた三次元デジタイザ２が異なる複数の方向から、対象物１を三次元測定している。また、図４に示された異なる三次元デジタイザ２ａおよび２ｂのように複数の三次元デジタイザを組合わせて三次元測定してもよい。このように、マニピュレータの可動範囲の制限によって１組のマニピュレータと測定装置によっては、対象物の着目部分の全ての三次元形状を測定することができない場合や、マニピュレータの移動時間のために測定所要時間が所定の制限時間を超える場合などでは複数台の測定装置をマニピュレータと組合わせて使用してもよい。また、対象物を回転ステージなどに載置することにより、対象物の全周的な三次元形状を測定してもよい。
ここで、測定範囲ｎ１およびｎ２は、それぞれ装置配置情報ｄ４ａおよび装置配置情報ｄ４ｂに対応する三次元デジタイザ２の測定範囲を示しており、測定範囲ｎ１およびｎ２にそれぞれ対応する三次元形状を表す形状データは、複数の個別形状データｄ２（図３）として、三次元形状処理装置１００Ａに供給される。測定範囲ｎ１およびｎ２は対象物１上で重複する部分を有しており、その重複部分には、円柱状および四角柱状の部位が設けられている。測定範囲ｎ１およびｎ２に対応する複数の個別形状データｄ２は、三次元形状処理装置１００ＡによってＩＣＰ法などを用いて、主に円柱状および四角柱状の部位に基づいて配置合わせされる。このように、ＩＣＰ法などの形状対応点に基づく配置合わせ方法を用いる場合には、配置合わせされる形状データを取得するための測定範囲の重複部分に、凹凸形状が存在するように、測定範囲を設定する必要がある。
これらの円柱状および四角柱状の部位のような凹凸などを形成する特徴的な形状が重複部分に存在せず、重複部分が、例えば平面である場合などでは、ＩＣＰ法などの形状対応点に基づく配置合わせ方法を適用しても正しく配置合わせがなされないため、このような場合には、例えば、後述するマーカに基づく配置合わせなどが採用される。
図５では、四角錐状の対象物１ａに対する測定範囲の設定例が示されており、相互に重複する部分を有する測定範囲ｎ１からｎ４が時計回りに隙間無く設定されている。各測定範囲に対応する複数の個別形状データｄ２は、主に、重複部分に設けられた円柱状の部位に基づいて、ＩＣＰ法などによって位置合わせされる。欠落がない形状データを取得する必要がある場合には、このように対象物の検査対象などの着目部分において、すきまなく測定範囲を設定する必要がある。
図６および図７は、対象物についての個別形状データの取得を説明する図である。図６では、凹凸のある曲面によって形成される対象物１の三次元形状を、矢印Ｙ２に沿って装置配置情報ｄ４ａおよび装置配置情報ｄ４ｂに基づいて順次配置決めされ、各配置においてそれぞれ測定範囲ｎ１およびｎ２を有する三次元デジタイザ２を用いて測定している。
ここで、測定範囲ｎ１およびｎ２の一部は、対象物１上で重複しているため、測定される形状データは、略同一の三次元形状を表す形状データを有することとなる。
図７は、図６に示された、装置配置情報ｄ４ａおよび装置配置情報ｄ４ｂに基づいて配置決めされ三次元デジタイザ２がそれぞれ測定した個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｂを、それらが表す三次元形状として示している。
図８は、図７に示された個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｂが、１の座標系に座標変換された様子を示す図である。なお、図８から図１２においては、三次元形状間の配置ずれ量を、三次元形状の大きさに対して誇張して表示している。
この座標変換は、装置配置情報ｄ４ａおよびｄ４ｂに基づいて行うことができる。すなわち、装置配置情報ｄ４ａおよびｄ４ｂと、装置配置情報ｄ４ａおよびｄ４ｂに基づいて配置決めされた三次元デジタイザ２の実際の配置とには、既述したマニピュレータ３ａの配置決め誤差に起因した誤差があり、この誤差のために図８に示されるように、個別形状データｄ２ａとｄ２ｂとは、通常、重なることがない。
図９は、図８に示された配置がずれた２つの個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｂが配置合わせされた様子を示す図であり、この配置合わせは、個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｂがそれぞれ表す三次元形状の略同一の形状部分に基づいて、ＩＣＰ法、スピンイメージ法などの形状対応点に基づく配置合わせ方法によって行われている。
ここで、配置合わせ対象の複数の三次元形状データのそれぞれをスピンイメージに変換し、各スピンイメージ間で複数組みの対応点を探索することによって三次元形状データ間に複数組みの対応点を設定し、三次元形状データ間の配置合わせを行う手法を、本出願においては「スピンイメージ法」と称する。
なお、「スピンイメージ」は、三次元形状データの各点について、当該各点とその周囲の各点との三次元的な位置関係に基づいて、三次元形状データの配置に依存しない所定の特徴量を特定することによって得られる画像である。
スピンイメージは、三次元形状データの配置に依存しないため、スピンイメージ法では、通常、三次元形状データ間の対応関係が静的に求められて三次元形状データ間の配置合わせが行われる。
○実施形態１における配置合わせ可否判定処理の原理の概要：
次に、２つの形状データにＩＣＰ法を適用して形状データ間の配置合わせを行う場合を例に、ＩＣＰ法について説明する。ここで、これら２つの形状データがそれぞれ表す三次元形状は、相互に略同一の三次元形状を含んでおり、図８に示される個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｂのように、相互にずれて配置されているものとする。
ＩＣＰ法は、毎回の演算毎に配置合わせの基準となる基準形状データと配置合わせされる参照形状データとの対応関係を求め、その対応関係に基づいて各形状データがそれぞれ表す三次元形状の面と面との距離を短くする座標変換情報を求める。
求められた座標変換情報に基づく座標変換を参照形状データに施すという座標変換情報の算出および座標変換を繰り返し行うことによって、各三次元形状間の面と面との距離が最小になるような座標変換情報を求めるアルゴリズムを基本とする手法であり、面と面との距離に応じて、その距離を短くする割合を変更する手法など各種の派生方法がある。
従って、既述したように、例えば、凹凸の少ない平面状の三次元形状を表す形状データなど、形状データ間の適正な対応関係を求めにくい形状においては、ＩＣＰ法を適用しても配置合わせに失敗する場合が多くなる。
なお、三次元デジタイザ２が取得した形状データにおいては、取得された形状データに対する三次元デジタイザ２の存在方向が判別可能であるため、ＩＣＰ法における基準形状データと参照形状データとの対応関係の取得は、通常、三次元デジタイザ２側のみから観察される各形状データの三次元形状に基づいて行われる。このため、表裏の誤認識に起因する誤った配置合わせが防止される。
また、ＩＣＰ法は、凹凸のある形状データについては、通常、各形状データが表す三次元形状間の距離の遠近など、各形状データ間の配置関係の影響をあまり受けることなく形状データ間の適切な対応関係を求めることができるので、多くの場合、各形状データ間の当初の配置関係に関わらず配置合わせを成功させることができる。この状態を図１０および図１１を参照しつつ説明する。
図１０は、２つの凹凸のある形状データ間の異なる配置関係の例を示す図である。ここでは、凹凸のある形状データとして図９に示された個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｂが採用されている。
個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｂは、それぞれ配置合わせの基準となる基準形状データおよび配置合わせされる参照形状データとして設定されている。また、形状データｅ１およびｅ２は、それぞれ個別形状データｄ２ｂの配置を図中の矢印に沿ってずらすことにより生成されており各形状データｄ２ｂ、ｅ１およびｅ２は、同一形状を表わし、かつ、個別形状データｄ２ａに対して、それぞれ異なった配置関係である。
図１１は、図１０に示された各形状データｄ２ｂ、ｅ１およびｅ２が、ＩＣＰ法によって配置合わせを試みられた結果、それぞれ形状データｄ２ｂ’、ｅ１’およびｅ２’として座標変換され、個別形状データｄ２ａに適切に配置合わせされた状態を示している。
このように、凹凸のある形状データ間では、通常、当初の配置関係の影響をほとんど受けることなくＩＣＰ法によって、適切に配置合わせすることができ、配置合わせされた各形状データは、当初配置に関わらず、通常、略同一の配置に座標変換されている。
これに対して、凹凸の少ない形状データ間にＩＣＰ法を適用する場合には、形状データ間の対応関係を適切に求めることが困難であり、さらに、各データ間の当初の配置関係を変えると対応関係の取得にも影響が生じるため、各データ間の当初の配置のズレが大きくなるにつれて、対応関係も間違った対応関係がより設定されやすくなる。
このため、凹凸の少ない形状データ間に複数の異なる当初の配置関係を設定して、各配置関係毎にＩＣＰ法による配置合わせを試みると、通常、各配置関係毎に配置合わせが失敗するだけでなく、配置合わせ後の形状データの配置は、各配置関係毎に、ばらついてしまう。また、そのばらつき方は、当初の配置のズレが大きくなるにつれて、大きくなる。ここで、上述した配置合わせの失敗例を、図１２を参照して説明する。
図１２は、凹凸の少ない円弧状の断面を有する三次元形状を表す形状データの配置合わせが失敗した例を示す図である。図１２では、円弧状の断面を有する三次元形状を表す個別形状データｄ２ｆおよびｄ２ｇがあり、それぞれ配置合わせの基準となる基準形状データおよび配置合わせされる参照形状データとして設定されている。個別形状データｄ２ｇからは、その配置をずらした形状データｅ３およびｅ４が生成されており、各形状データｄ２ｇ、ｅ３およびｅ４が個別形状データｄ２ｆに対して配置合わせを試みられた結果、ＩＣＰ法によってそれぞれ各形状データｄ２ｇ’、ｅ３’およびｅ４’に座標変換された様子を示している。
図１２に示される例では、各形状データｄ２ｇ’、ｅ３’およびｅ４’は、個別形状データｄ２ｆに対して、配置合わせが失敗しているとともに、それぞれの配置は相互にばらついている。
なお、図１０から図１２をそれぞれ参照した上記説明においては、各形状データの形状は全て同じであり、配置のみが異なるという前提で説明したが、各形状データそれぞれの形状が相互に多少異なったものであっても配置合わせにおいては配置合わせ対象である形状データ間における略同一形状部の全体にわたって配置合わせの誤差が分散されるので、凹凸のある形状データ間および凹凸の少ない形状データ間のそれぞれについての配置合わせの結果は、通常、上述した配置合わせの結果と同様の結果となる。
上記に説明したように、凹凸のある三次元形状を有する形状データ間のＩＣＰ法による配置合わせにおいては、相互の配置関係が種々に異なったとしても、多少の形状の歪みの有無に関わらず、通常、配置関係にかかわらずほぼ同じ適切な配置に配置合わせされるのに対して、凹凸の少ない三次元形状を有する形状データ間のＩＣＰ法による配置合わせにおいては、その相互の配置関係が種々に異なった場合、多少の形状の歪みの有無に関わらず、通常、配置合わせは失敗し、かつ、配置合わせされる参照形状データのそれぞれの配置合わせ後の配置は、相互にばらつきを生じ、そのばらつき方は、当初の配置のズレが大きくなるにつれて大きくなる。
ここで、例えば、既述したように、図１に示された例では、配置合わせは失敗しているものの形状データが表す形状間の距離はほぼなくなっているため、配置合わせの基準となる基準形状データと配置合わせされる参照形状データとの相互関係に着目して配置合わせの成否（可否）を判定したとしても、必ずしも正しく判定することができない。
しかし、例えば、図１に示される例であっても、基準形状データと参照形状データとの配置関係を種々に変更して、それぞれの配置関係毎に配置合わせを試みると、各配置関係に対応する参照形状データのそれぞれの配置についての相互関係は、上記に説明したように、通常、ばらついたものとなる。
実施形態１に係る配置合わせ可否判定処理は、このばらつきに着目して、基準形状データと参照形状データとの正しい配置関係が不明である場合であっても、基準形状データに対する当初の配置が種々に異なる複数の参照形状データのそれぞれについて、基準形状データへの配置合わせを施したときに、これら複数の参照形状データについての形状配置のばらつきが少ない場合は、正しい配置への配置合わせが行われているとして配置合わせの可否を判定する処理である。
具体的には、参照形状データから基準形状データに対してそれぞれ当初の形状配置が異なる複数の形状データを作成して、それぞれの形状データについて基準形状データへの配置合わせを試みた後、それぞれの形状データについての形状配置の相互関係を表す評価値を求めるとともに、この評価値と、配置合わせの成否を判定するための判定用閾値とを比較することによって配置合わせの可否を判定する。
参照形状データが基準形状データに対して配置合わせ可能であると判定された場合は、参照形状データを得た三次元デジタイザ２についての装置配置の設定も適切であり、逆に、参照形状データが配置合わせ可能ではないと判定された場合には、三次元デジタイザ２についての装置配置の設定も適切ではないこととなる。
なお、上述したように、この相互関係における配置のばらつきなどは、基準形状データと参照形状データとの配置のズレが大きくなるにつれて、通常、大きくなるので、配置のズレの与え方と判定用閾値とは、システムに対する要求に応じて適切に調整される。
なお、配置合わせ可否判定処理における判定方法の詳細については、三次元形状処理装置１００Ａの説明において後述する。
［三次元形状処理装置１００Ａ：］
図３は、実施形態に係る三次元形状データ処理装置１００Ａの各機能部の構成を例示するブロック図である。図３には、各機能部とともに、各機能部間で授受される主な情報が記載されている。また、制御信号などについての記載は省略されている。
図３に示されるように、三次元形状処理装置１００Ａは、操作部４、表示部５、入出力部６、抽出部７、形状データ取得部１０Ａ、ズレ歪み付与部１１、形状配置調整部１２、配置合わせ可否判定部１３Ａ、記憶部１４および制御処理部１５を主に備えて構成される。
三次元形状処理装置１００Ａは、三次元形状データ処理システム３００Ａの構成要素として機能する際には、供給される複数の判定用形状データｄ１が適正に配置合わせ可能なものであるか否かを判定する配置合わせ可否判定処理を行って、配置合わせ可能であると判定された判定用形状データｄ１に対応する装置配置情報を、三次元形状測定システム５００Ａが複数の個別形状データを測定するときの装置配置情報である第２の装置配置情報として求める処理などを行う。
また、三次元形状処理装置１００Ａが、三次元形状測定システム５００Ａの構成要素として機能する際には、三次元形状処理装置１００Ａは、三次元デジタイザ２から供給される複数の個別形状データｄ２を、ＩＣＰ法などを用いて配置合わせし、対象物１についての全体的な三次元形状を表す形状データを生成する処理などを行う。
図３に示される操作部４は、例えば、キーボード、マウスおよび操作ボタンなどを備えて構成されており、制御処理部１５への操作信号の入力や、部品番号などの対象物の識別情報の入力、三次元形状処理装置１００Ａの各部の制御および処理に使用される処理装置パラメータの設定、マニピュレータ３ａの台座部に対する対象物の位置および姿勢を示す対象物配置情報ｄ２０、三次元測定時の三次元デジタイザ２と対象物との距離を示す測定距離および測定範囲を示す画角などの測定パラメータｄ３の設定、および三次元デジタイザ２の装置配置情報ｄ４の設定などの用途に使用され、設定された処理装置パラメータ、測定パラメータｄ３および装置配置情報ｄ４などは、制御処理部１５によって、記憶部１４に記憶される。記憶された測定パラメータｄ３および装置配置情報ｄ４は、必要時に制御処理部１５によって取得されて、それぞれ三次元形状処理装置１００Ａの各部、三次元デジタイザ２およびマニピュレータ制御部３ｂに供給される。なお、処理装置パラメータとしては、後述する配置合わせ可否判定処理に用いられる判定閾値ｔｈ１などが挙げられる。
表示部５は、例えば液晶ディスプレイ、ＣＲＴなどで構成されて、動画などを表示可能であり、測定された形状データの三次元形状などの画像情報や、各種メッセージ、後述する配置合わせ可否判定処理の判定結果ｄ２１（図３）などが表示部５に表示される。また、操作部４から各種パラメータや装置配置情報などが入力される際には、これらの情報は表示部５に表示され、入力値の確認などに供される。
入出力部６は、例えばマルチメディアドライブやネットワークのインタフェースなどを備えて構成され、光ディスクなどの記憶媒体９を受け付けるとともに、記憶媒体９およびネットワークを介した情報の授受を制御処理部１５との間で行うものである。三次元デジタイザ２からの判定用形状データｄ１および個別形状データｄ２、ならびにＣＡＤシステム８からのＣＡＤデータｄ５は、三次元デジタイザ２およびＣＡＤシステム８からそれぞれ直接入力されるだけでなく、入出力部６によって、記憶媒体９や、ネットワーク経由でも入力され得る。
記憶部１４は、例えばハードディスク、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えて構成されており、配置合わせされた各種形状データおよび画像データなどの三次元形状処理装置１００Ａの各部が出力する情報、三次元形状処理装置１００Ａの各部を制御するために設定された処理装置パラメータ、対象物配置情報ｄ２０、測定パラメータｄ３および装置配置情報ｄ４などの三次元形状測定システム５００Ａおよび三次元形状データ処理システム３００Ａの各部に必要なパラメータ、ならびに三次元形状処理装置１００Ａの各部の動作を制御する制御プログラムなどの恒久的な記憶と、各種情報の一時的な記憶とに使用される。また、三次元デジタイザ２が、その測定した対象物の二次元画像から形状データへの変換を三次元形状処理装置１００Ａに処理させるタイプのものである場合には、その変換に必要な三次元化パラメータなども記憶部１４に記憶される。
三次元形状データ処理システム３００Ａが機能しているときは、配置調整可否判定処理において得られた配置調整済み参照形状データｄ１６および基準形状データｄ６は、記憶部１４に記憶された後、次の配置合わせ可否判定処理における基準形状データｄ６として用いられるべき判定用形状データｄ１として、制御処理部１５を介して形状データ取得部１０Ａへと供給される。
また、三次元形状測定システム５００Ａが機能しているときは、配置合わせされた個別形状データｄ２である配置合わせ済み個別形状データｄ１７は、次の配置合わせにおいて基準形状データｄ６として用いられるべき個別形状データｄ２として、制御処理部１５を介して形状データ取得部１０Ａへと供給される。
なお、以下に説明する抽出部７、形状データ取得部１０Ａ、ズレ歪み付与部１１、形状配置調整部１２、配置合わせ可否判定部１３Ａおよび制御処理部１５は、ＣＰＵで所定の制御プログラムを実行することで実現しても良いし、専用のハードウェア回路を用いて実現しても良い。
○制御処理部１５：
制御処理部１５は、三次元形状処理装置１００Ａの他の機能部を制御および他の機能部との必要な情報の授受を行うとともに、三次元形状測定システム５００Ａおよび三次元形状データ処理システム３００Ａを構成する三次元デジタイザ２、マニピュレータ制御部３ｂおよびＣＡＤシステム８の制御や、これらとの情報の授受などを行う。
◎形状データ取得部１０Ａ：
○三次元形状データ処理システム３００Ａ機能時の形状データ取得部１０Ａ：
三次元形状データ処理システム３００Ａが機能しているときは、形状データ取得部１０Ａには、三次元デジタイザ２、抽出部７、および制御処理部１５から、それぞれ三次元測定された対象物１の形状データ、ＣＡＤシステム８から供給される対象物１についてのＣＡＤデータｄ５、および記憶部１４に記憶されている原参照形状データｄ７に対応した配置調整済み参照形状データｄ１６および基準形状データｄ６に基づいた複数の判定用形状データｄ１であって、１以上の判定用形状データと、それらの表す三次元形状の一部または全部と略同一の三次元形状を表す形状データをそれぞれ有する１以上の他の判定用形状データとを含んだ複数の判定用形状データｄ１が適宜供給される。
形状データ取得部１０Ａは、供給された複数の判定用形状データｄ１から基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７を取得して形状配置調整部１２へ供給するとともに、原参照形状データｄ７をズレ歪み付与部１１へ供給する。
後述する配置合わせ可否判定処理の信頼性を高める観点から、判定用形状データは、三次元デジタイザ２によって測定されるべき形状データとできるだけ同一の形状を有することが望ましい。
しかしながら、ＩＣＰ法などの形状対応点に基づく配置合わせ方法においては形状データが表す形状間の重複部分が主に用いられること、および、形状の外縁部分を構成する形状データは、形状対応点に基づく配置合わせ方法ではあまり用いられないことなどから、三次元デジタイザ２によって測定されるべき形状データと、その形状データに対応する判定用形状データとが、それぞれ表す三次元形状が相互に多少異なっていたとしても本発明の有用性を損なうことはない。
図１３は、形状データ取得部１０Ａが複数の判定用形状データｄ１から基準形状データｄ６ａおよび原参照形状データｄ７ａを取得する様子を例示説明する図である。
図１３（ａ）では、装置配置情報ｄ４ａに対応して配置決めされ、測定範囲ｎ１を有する三次元デジタイザ２が対象物１の三次元形状を測定した形状データが、判定用形状データｄ１ａとして形状データ取得部１０Ａに供給されて、形状データ取得部１０Ａによって基準形状データｄ６ａとして取得されることを示している。
また、図１３（ｂ）では、装置配置情報ｄ４ｂに対応して配置決めされ、測定範囲ｎ２を有する三次元デジタイザ２が対象物１の三次元形状を測定した形状データが、判定用形状データｄ１ｂとして形状データ取得部１０Ａに供給されて、形状データ取得部１０Ａによって原参照形状データｄ７ａとして取得されることを示している。
なお、基準形状データｄ６ａは、配置合わせの基準となる形状データである。例えば、形状検査用の形状データを取得するための一連の三次元測定のうち最初の三次元測定で得られるべき形状データに対応した判定用形状データを三次元測定またはＣＡＤデータに基づいて取得したものが基準形状データとして採用される。また、基準形状データｄ６ａに対して既に配置合わせされて記憶部１４に記憶されている原参照形状データｄ７は、新たな配置合わせのための基準形状データとして採用される。
基準形状データは、表示部５に表示された複数の判定用形状データの中から、測定者が操作部４からの入力により設定してもよいし、上述のように、初回の三次元測定に対応する判定用形状データおよび既に配置合わせされた原参照形状データを、自動的に基準形状データとして設定してもよい。また、各判定用形状データの生成時に、基準形状データを設定して判別用データを付加し、該付加データを形状データ取得部１０Ａが取得することによって設定するなどしてもよい。
また、原参照形状データｄ７ａとしては、基準形状データｄ６ａに対して配置合わせ可能か否かを未だ判定されていない判定用形状データが採用される。例えば、基準形状データが設定された後に、三次元測定またはＣＡＤデータに基づいて形状データ取得部１０Ａに供給される判定用形状データが、原参照形状データｄ７ａとして設定される。
図１４および図１５は、基準形状データと原参照形状データを例示する図である。図１４および図１５におけるｎ１〜ｎ４は不図示の平面状の対象物上に設定された三次元デジタイザ２の測定範囲を、ｄ１ｅ〜ｄ１ｈは判定用形状データを、ｄ６ｅ〜ｄ６ｇは基準形状データを、ｄ７ｅ〜ｄ７ｈは原参照形状データをそれぞれ示している。なお、本出願においては、形状データを座標値ではなく、その表す三次元形状を模式的に表示することによって示している。ここで、図１４および図１５における、例えば、ｎ１（ｄ１ｅ）（ｄ６ｅ）という表記は、測定範囲ｎ１に対応する判定用形状データｄ１ｅが形状データ取得部１０Ａに供給され、形状データ取得部１０Ａによって基準形状データｄ６ｅとして取得されることを示している。
図１４（ａ）は、測定範囲ｎ１およびｎ２が部分的に重複することによって、基準形状データｄ６ｅと原参照形状データｄ７ｆが略同一の部分的な三次元形状を共有する例を示している。
また、図１４（ｂ）は、原参照形状データｄ７ｆが表す三次元形状の中に、基準形状データｄ６ｅが表す三次元形状の全てが含まれる例を示す。このような関係は、例えば、先に高分解能で三次元測定された部分を基準として、その低解像度で三次元測定された周辺部の形状を位置合わせする場合などに採用される。
また、図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）と逆に、原参照形状データｄ７ｆが表す三次元形状の全てが、基準形状データｄ６ｅが表す三次元形状に含まれる例を示す。このような関係は、先に低解像度で三次元測定された大きな領域を基準として、その領域中の特徴部分を高解像度で三次元測定する場合などに採用される。
また、図１４（ｄ）は、図１４（ｃ）に示される基準形状データｄ６ｅが表す三次元形状に、死角などによって生じた穴部ＳＨ１がある例を示す。このような関係は、その穴部を基準形状データｄ６ｅとは異なる方向から、より高解像度で死角が生じないように原参照形状データｄ７ｆによって測定し直す場合などに採用される。
また、図１５（ａ）は、コの字形の測定漏れ領域ＳＨ２を形成する３つの基準形状データｄ６ｅ〜ｄ６ｇに対して、測定漏れ領域ＳＨ２を１つの原参照形状データｄ７ｈが取得される例を示す。
また、図１５（ｂ）は、２つの基準形状データｄ６ｅおよびｄ６ｆを完全に覆う測定範囲に対応した原参照形状データｄ７ｇが取得される例を示す。
また、図１５（ｃ）は、部分的に重複する２つの測定範囲ｎ１およびｎ２に対応する基準形状データｄ６ｅおよびｄ６ｆに対して、測定範囲ｎ１およびｎ２とそれぞれ部分的に重複するとともに、相互に部分的に重複する測定範囲ｎ３およびｎ４に対応する原参照形状データｄ７ｇおよびｄ７ｈが取得される例を示す。
なお、複数の基準形状データｄ６（図３）が採用される場合は、後述する形状配置調整部１２が行う形状配置の調整においては、複数の基準形状データｄ６の相互関係は変更されることなく原参照形状データｄ７（図３）との形状配置の調整が行われる。
また、過去に行われた配置合わせ可否判定処理において配置合わせされた判定用形状データと、今の配置合わせ可否判定処理における各基準形状データｄ６との相互関係も、通常は変更されることがなく、配置合わせ可否判定処理が行われる。
また、複数の原参照形状データｄ７が採用された場合、原参照形状データｄ７ごとに配置合わせ可否判定処理を行ってもよいし、複数の原参照形状データｄ７に対して同時に配置合わせ可否判定処理を実施して配置合わせ可否の判定を原参照形状データｄ７ごとに行うようにしてもよい。
以上に説明したように、図３に示される形状データ取得部１０Ａは、対象物１についての複数の三次元形状をそれぞれ表す複数の判定用形状データｄ１のうち、１以上の判定用形状データｄ１を１以上の基準形状データｄ６として取得するとともに、１以上の基準形状データｄ６が表す三次元形状の一部または全部と略同一の三次元形状を表す形状データを有する他の判定用形状データｄ１を原参照形状データｄ７として取得する。
また、基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７とは、対象物１上で互いに重なる部分を有する各測定範囲についての対象物１の三次元形状をそれぞれ表している。
○三次元形状測定システム５００Ａ機能時の形状データ取得部１０Ａ：
三次元形状測定システム５００Ａが機能しているときは、形状データ取得部１０Ａには、三次元デジタイザ２および制御処理部１５から、それぞれ三次元デジタイザ２が対象物１の三次元形状を測定した形状データ、および記憶部１４に記憶されている配置合わせ済み個別形状データｄ１７に基づいた複数の個別形状データｄ２が適宜供給される。
形状データ取得部１０Ａは、供給された複数の個別形状データｄ２から基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７とを取得して形状配置調整部１２へ供給する。
◎抽出部７：
次に、ＣＡＤデータに基づく判定用形状データの生成について説明する。図３に示される抽出部７は、三次元形状データ処理システム３００Ａが機能しているときに作動する機能部であり、不図示の入力インタフェースを介してＣＡＤシステム８と接続されている。抽出部７には、ＣＡＤシステム８からＣＡＤデータｄ５が、制御処理部１５からは測定パラメータｄ３、装置配置情報ｄ４および対象物配置情報ｄ２０がそれぞれ入力される。
抽出部７に供給されたＣＡＤデータｄ５は、先ず、対象物配置情報ｄ２０に基づいてマニピュレータ３ａの台座部に対する対象物の配置に等しくなるように必要な座標変換が施され、次に、装置配置情報ｄ４に基づいて配置された三次元デジタイザ２によって測定されるべき形状データと略同一の三次元形状を表す判定用形状データｄ１が座標変換されたＣＡＤデータｄ５から抽出される。この抽出処理は、測定パラメータｄ３、装置配置情報ｄ４および対象物配置情報ｄ２０などに基づいて、行われる。
また、ＣＡＤデータｄ５の座標系を基準として、ＣＡＤデータｄ５と対象物とが重なるように仮想三次元デジタイザ２ｉの配置を変更するなどしたのちに、ＣＡＤデータｄ５に基づく判定用形状データｄ１を抽出するようにしてもよい。
図１６は、ＣＡＤデータｄ５から判定用形状データｄ１を生成する様子を説明する図である。図１６に示されるＣＡＤデータｄ５は、平面部位を表すＣＡＤデータｄ５ｄ、該平面部位上に設けられた四角柱部位および円柱部位をそれぞれ表すＣＡＤデータｄ５ａ、ｄ５ｃ、およびＣＡＤデータｄ５ｄの外縁部を表すＣＡＤデータｄ５ｂによって構成されている。
このようにＣＡＤシステム８から供給されるＣＡＤデータは、部品を形成する各部位単位で構成されていてもよいし、また、部品全体を１単位とするものであってもよい。部位単位のＣＡＤデータを用いる場合の必要な部位の指定については、例えば、部品単位のＣＡＤデータを対象物と同じ配置になるように座標変換したときに、測定パラメータｄ３および装置配置情報ｄ４に基づいて求められる対象物上での三次元デジタイザ２の測定範囲に入る各部位のＣＡＤデータを、三次元形状処理装置１００ＡからＣＡＤシステム８へ要求するなどして指定すればよい。
抽出部７は、三次元デジタイザ２についての装置配置情報ｄ４ａに基づいて、ＣＡＤデータｄ５の座標系に仮想的な三次元デジタイザ２を表す仮想三次元デジタイザ２ｉを想定するとともに、三次元デジタイザ２の測定パラメータｄ３に基づいて仮想三次元デジタイザ２ｉのカメラが備える撮像素子の各画素について、それぞれ仮想カメラ視線３０を想定する。ここで、図１６のｎ３は、仮想三次元デジタイザ２ｉの測定範囲を示す。
仮想カメラ視線３０が想定されると、抽出部７は、それぞれの仮想カメラ視線３０について、ＣＡＤデータｄ５との交点座標を求めることによって、ＣＡＤデータｄ５から判定用形状データｄ１を生成する。
なお、部品全体が細かく分割されて部位単位のＣＡＤデータの範囲が、三次元デジタイザ２の測定範囲より小さい、または同等の大きさである場合には、上述の仮想カメラ視線３０を用いた抽出作業は不要であり、１以上の部位単位のＣＡＤデータは、そのまま判定用形状データｄ１として出力される。
また、配置合わせ可否判定処理において、原参照形状データｄ７が配置合わせ可能ではないと判定された場合には、通常、原参照形状データｄ７に対応する判定用形状データｄ１を異なるものに変更して、配置合わせ可否判定処理をやり直す。
ここで、ＣＡＤデータｄ５から判定用形状データｄ１を生成する手法によれば、仮想三次元デジタイザ２ｉの装置配置情報を配置合わせ可能ではないと判定された原参照形状データｄ７を得た装置配置情報とは異なる装置配置情報に変更して新たに原参照形状データｄ７となるべき新たな判定用形状データｄ１を取得し直すことが容易になるとともに、判定用形状データｄ１の測定作業のために、三次元デジタイザ２を移動する時間や作業の手間を省くことができる。
従って、例えば、この新たな判定用形状データｄ１の取得と、新たな判定用形状データｄ１に基づく配置合わせ可否判定処理とを、対象物についての形状データの取得を所望する部位の近傍において、配置合わせ可能であると判定される原参照形状データｄ７が得られるまで繰り返して行ったとしても、三次元デジタイザ２を用いて判定用形状データｄ１を得る場合に比べて所要時間を大幅に短縮することができる。
また、例えば、あらかじめ複数の判定用形状データｄ１を得るための仮想三次元デジタイザ２ｉの装置配置情報ｄ４を、測定パラメータｄ３、ＣＡＤデータｄ５および対象物配置情報ｄ２０などに基づいて、対象物１についての形状検査に用いられる全体的な形状データを、測定漏れを生ずることがないように設定しておくとともに、上記の新たな判定用形状データｄ１をえるための装置配置情報ｄ４のずらし量と方向とを予め設定しておけば、一度も三次元デジタイザ２による三次元測定を行うことなく、また、対象物１をも使用することなく、ＣＡＤシステム８と三次元形状処理装置１００Ａのみによって、対象物１についての所望の全体的な形状データに対応する複数の判定用形状データｄ１を得ることができる。
従って、得られた複数の判定用形状データｄ１に対応する仮想三次元デジタイザ２ｉの装置配置情報ｄ４に基づいて、実際の対象物の形状検査工程における形状測定のための三次元デジタイザ２の装置配置情報ｄ４を生成することができる。
また、対象物１についての所望の全体的な形状データに対応する全ての判定用形状データｄ１が得られたか否かの判定においては、表示部５に表示された判定用形状データｄ１の配置結果などに基づいて測定者が目視によって判定してもよく、また、対象物１の全体を表すＣＡＤデータｄ５と、配置合わせされた判定用形状データｄ１とを、同一の座標系において重なるように座標変換し、対象物１の測定所望部分に対応する部分について、離散的に複数のチェック箇所を設け、各チェック箇所において所定の近傍内に配置合わせされた判定用形状データｄ１があるかないかを、ＩＣＰ法、スピンイメージ法などの形状対応点に基づく配置合わせ方法における対応関係設定時のアルゴリズムを応用することして判定することによって、配置合わせ可否判定処理の作業の完了を自動的に検出してもよい。
◎ズレ歪み付与部１１：
図３に示されるズレ歪み付与部１１は、三次元形状データ処理システム３００Ａが機能しているときに作動する機能部である。ズレ歪み付与部１１は、形状データ取得部１０Ａから原参照形状データｄ７を供給されるとともに、制御処理部１５から三次元デジタイザ２の測定精度ｄ１８およびマニピュレータ３ａの配置決め精度ｄ１９を供給され、三次元形状の位置および姿勢を示す形状配置のズレ、ならびに三次元形状の歪みの少なくとも一方である、１または相互に異なる複数のズレ歪みが原参照形状データｄ７が表す三次元形状に付与された各三次元形状を、それぞれ表す１または複数のズレ歪み含有参照形状データｄ８を生成し、形状配置調整部１２へと供給するとともに、ズレ歪み含有参照形状データｄ８の生成過程で形状配置の付与に用いられた形状配置ずらし変換Ｍ２を配置合わせ可否判定部１３Ａへと供給する。
生成されるズレ歪み含有参照形状データｄ８の数が多いほど後述する形状配置調整部１２において、多くの相互に異なった配置調整済み参照形状データｄ１６を生成することができるので、個別形状データｄ２の測定に先立って数多くの配置合わせの試みを模擬することができ、配置合わせ可否判定処理の信頼性を高めることができる。
ここで、配置合わせ可否判定処理の原理の概要において説明したように、三次元形状に付与される形状配置のズレおよび歪みについては、ズレおよび歪みが大きいほど、配置合わせ可否判定処理によって、配置合わせ可能であると判定された原参照形状データｄ７の判定に対する信頼性は高くなる。
従って、システムの要求仕様などのために配置合わせ可能であるとの判定に対する信頼性をできるだけ高めたい場合などでは、例えば、安全係数をみこんで、個別形状データを取得する際に使用されるマニピュレータ３ａの配置決め精度ｄ１９および三次元デジタイザ２の測定精度ｄ１８のそれぞれ数倍程度の配置のズレおよび歪みの少なくとも一方を、原参照形状データに付与するなどすることが望ましい。また、この場合、配置合わせ可否判定部１３Ａにおいて用いられる判定用閾値ｔｈ１を、通常よりも配置合わせ可能であるとの判定がされにくい閾値とする変更を併用するなどしてもよい。
また、例えば、配置合わせ可能であるとの判定が得られた判定に対する信頼性の向上と、配置合わせ可否判定処理の測定作業および処理のコストとのバランスをとることが、システムに要求されている場合には、例えば、マニピュレータ３ａの配置決め精度ｄ１９および三次元デジタイザ２の測定精度ｄ１８とそれぞれ同程度の配置のズレおよび歪みを採用することが望ましい。
この場合には、実際の三次元測定の状況により近い状況で配置合わせ可否判定処理の判定ができる。また、システムへの要求によっては、マニピュレータ３ａの配置決め精度ｄ１９および三次元デジタイザ２の測定精度ｄ１８のよりも小さい配置のズレおよび歪みを採用してもよい。
また、形状配置のズレは、実際に使用するマニピュレータ３ａの配置決め精度ｄ１９に基づくことなく設定しても良い。例えば、一般的なマニピュレータの配置決め精度に基づいて適切な形状配置のズレを付与するなどしても、本発明の有用性を損なうものではない。
同様に、三次元形状に付与される歪みについても三次元デジタイザ２の測定精度ｄ１８に基づくことなく適切な歪みを設定してもよい。
また、例えば、多くの量産品の形状検査における事前のティーチング作業として配置合わせ可否判定処理を行う場合には、マニピュレータ３ａの配置決め精度ｄ１９に加えて対象物配置情報ｄ２０と実際の対象物設置時との対象物の配置ズレの公差を更に加味して、配置のズレを設定するなどしてもよい。
なお、三次元形状処理装置１００Ａ内のズレ歪み付与部１１の他に、三次元デジタイザ２およびＣＡＤシステム８がそれぞれズレ歪み付与部として機能する場合があり、この場合には、生成されたズレ歪み含有参照形状データｄ８はそれぞれ不図示のデータ線を介して形状配置調整部１２へと供給される。
以下に、ズレ歪み付与部１１の動作について、１つのズレ歪み含有参照形状データｄ８を生成する場合を例に図１７〜図２３を参照しつつ説明する。なお、複数のズレ歪み含有参照形状データｄ８を生成する場合には、１つのズレ歪み含有参照形状データｄ８を生成する場合と同様に生成すればよい。
図１７は、歪みの付与により生成されるズレ歪み含有参照形状データを例示する図である。なお、図１７においては、三次元形状に付与される歪み量を、三次元形状の大きさに対して誇張して表示している。
先ず、図１７（ａ）においては、ズレ歪み付与部１１が、円筒状の対象物についての原参照形状データｄ７ｉが表す三次元形状に対して歪みを付与することによって、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ｉを生成している。
具体的には、ズレ歪み付与部１１は、原参照形状データｄ７ｉが表す形状の中央部を構成する形状データに対して、円筒の外部から内部へと変形する方向の歪みを発生させる形状歪み変換Ｍ１ｂを付与するとともに、原参照形状データｄ７ｉが表す形状の円筒の両端部を構成する形状データに対して、円筒の内部から外部へと変形する方向の歪みを発生させる形状歪み変換Ｍ１ａおよびＭ１ｃを付与することによって、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ｉを生成する。
また、図１７（ｂ）においては、ズレ歪み付与部１１が、凹凸を持つ対象物についての原参照形状データｄ７ｊが表す三次元形状に対して歪みを付与することによって、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ｊを生成している。
具体的には、ズレ歪み付与部１１は、原参照形状データｄ７ｊが表す形状の中央部を構成する形状データに対して、局所的な歪みを発生させる形状歪み変換Ｍ１ｄを付与することによって、局所的な凸形状を表す形状データｄ８ｈｊを有するズレ歪み含有参照形状データｄ８ｊを生成する。なお、図１７（ｂ）においては、原参照形状データｄ７ｊとズレ歪み含有参照形状データｄ８ｊとを便宜上僅かにずらして表示している。
図１７（ａ）における形状歪み変換Ｍ１ａ、Ｍ１ｂおよびＭ１ｃは、これらの変換が施される原参照形状データｄ７ａの部位をそれぞれ構成する各三次元座標を変動させる変換として求めることができる。
また、図１７（ｂ）における形状歪み変換Ｍ１ｄは、この変換が施される原参照形状データｄ７ｊの部位をそれぞれ構成する各三次元座標を変動させる変換として求めることができる。
ここで、後述する形状配置のズレを付与する変換では、ズレを付与される形状データを構成する全ての各三次元座標に対して、同じアフィン変換が施されることによって、その形状データが表す三次元形状は保たれたまま、すなわち、歪みを生ずることなく、回転および平行移動することで形状配置のズレが付与されるが、例えば、図１７（ａ）に例示される歪みの付与においては、形状歪み変換Ｍ１ａおよびＭ１ｃと、形状歪み変換Ｍ１ｃとは形状データを構成する各三次元座標を変動させる方向が大きく異なっている。
また各形状歪み変換がそれぞれ付与される部位毎に、全く同じ変換がその部位を構成する各三次元座標に対して与えられてもよいし、それら各三次元座標のそれぞれに対して多少異なる変換が付与されてもよい。
図１８および図１９は、三次元形状データ処理システム３００Ａの三次元デジタイザ２がズレ歪み付与部１１として機能して、原参照形状データｄ７ａに対するズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’を三次元測定によって生成する様子を説明する図である。なお、三次元デジタイザ２をズレ歪み付与部１１として機能させる場合のマニピュレータ３ａの配置決め精度ｄ１９に求められる条件については、配置合わせ可否判定部１３Ａの説明において後述する。
図１８および図１９に示されるように、三次元デジタイザ２は、装置配置情報ｄ４ｂおよびｄ４ｂ’に基づいて配置決めされており、測定範囲ｎ２およびｎ２’によって対象物１を三次元測定している。
図１８に示される原参照形状データｄ７ａは、装置配置情報ｄ４ｂに基づいて配置された三次元デジタイザ２によって測定された形状データである。また、図１９に示されるズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’は、装置配置情報ｄ４ｂ’に基づいて配置された三次元デジタイザ２によって測定された形状データである。
このように三次元デジタイザ２をズレ歪み付与部１１として機能させることによって、装置配置情報ｄ４ｂに対する三次元デジタイザ２の配置のズレを設定し、この配置のズレに起因する形状配置のズレが原参照形状データｄ７ａに付与されたズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’を取得することができる。
三次元デジタイザ２をズレ歪み付与部１１として機能させる場合は、多くのズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’を生成するためには、三次元デジタイザ２を多くの装置配置情報に基づいて実際に配置して形状データを測定する必要があるため、所要時間が長くなるが、最初の対象物に基づくティーチングの所要時間が長くなったとしても、以降の対象物の測定においてはティーチングの結果に基づいて短時間で三次元測定を行うことができるため、本発明の有用性を損なうものではない。
次に、図１９に示された三次元測定によって得られたズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’に相当するズレ歪み含有参照形状データを演算によって生成する手法を説明する。
図２０は、図１８および図１９で説明した原参照形状データｄ７ａとズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’との関係を説明する図である。ここでΔ１およびΔ２はそれぞれ、測定範囲ｎ２およびｎ２’の相互のズレを示している。
図２０に示されるように、原参照形状データｄ７ａとズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’とは、対象物１についての略同一の部分の三次元形状を表す形状データであり、その相違部分は、測定範囲のズレΔ１およびΔ２に対応した小さな領域である。既述したように、例えば、この相違部分が基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７ａとの略同一形状部分の中の一部分であるような場合には、ＩＣＰ法などによる配置合わせにはほとんど影響を与えない。このため、原参照形状データｄ７ａを座標変換することによって、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’に相当するズレ歪み含有参照形状データを生成することが可能となる。
図２１は、図２０に示された三次元デジタイザ２についての装置配置の変動を説明する図である。
図２１に示される座標系ＸＹＺおよびＸ’Ｙ’Ｚ’は、それぞれ装置配置情報ｄ４ｂおよびｄ４ｂ’に基づいて配置された三次元デジタイザ２が測定した形状データの各三次元座標を表す当初の座標系であるローカル座標系を表わしている。
なお、本出願に係る図面においては、三次元デジタイザ２の装置配置情報に対応する箇所を示す印として各三次元デジタイザを示す図中に記載されている丸印が、各三次元デジタイザのローカル座標系の原点であり、ローカル座標系の向きと、各装置の位置および姿勢を示す装置配置情報の姿勢を表す座標系の向きとは一致しているものとする。
従って、図２１では、装置配置情報ｄ４ｂの姿勢をＺ軸まわりに角度θ１回転させた後、平行移動Ｔ１を付与することによって、装置配置情報ｄ４ｂ’が与えられる例が示されている。
図２２および図２３は、配置ズレを付与されたズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ（図２３）を演算によって生成する様子を説明する図である。
図２２に示される原参照形状データｄ７ａおよびズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’は、三次元デジタイザ２を用いた三次元測定によってそれぞれ取得された図２０に示される原参照形状データｄ７ａおよびズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’を装置配置情報ｄ４ｂおよびｄ４ｂ’の関係に基づいて１の座標系に座標変換して表示したものである。
この座標変換は、三次元測定により得られたズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’を、装置配置情報ｄ４ｂ’についてのＺ軸（図２１のＺ’軸）の周りに、角度−θ１回転させた後、−Ｔ１平行移動させることによって得ることができる。
図２３は、図２２に示される原参照形状データｄ７ａがズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’にできるだけ重なるように、原参照形状データｄ７ａに対して形状配置ずらし変換Ｍ２を施すことによって生成されたズレ歪み含有参照形状データｄ８ａを、図２２に追加して表示した様子を表している。なお、図２３の表示では、視認性を高めるためにズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’とズレ歪み含有参照形状データｄ８ａとは便宜上僅かにずらして表示されている。
ここでは、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ａを得る形状配置ずらし変換Ｍ２は、原参照形状データｄ７ａを−Ｔ１平行移動した後、Ｚ軸周りに角度−θ１回転させる変換として求められる。
この例のように、形状配置ずらし変換Ｍ２は、（１）式または（２）式の形式で表現されるアフィン変換で表現される。
Figure 0005321357
ここで、原参照形状データｄ７ａからのズレ歪み含有参照形状データｄ８ａの生成においては、原参照形状データｄ７ａの構成する全ての各三次元座標のそれぞれついて、同一のアフィン変換である形状配置ずらし変換Ｍ２を施すことによって生成することができる。
このように、元の配置からＺ軸周りに角度−θ１回転させた後、−Ｔ１平行移動させる配置のズレが与えられた三次元デジタイザ２によって、実際に三次元測定によって取得されるズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ’に相当するズレ歪み含有参照形状データｄ８ａは、元の配置にある三次元デジタイザ２によって測定されるべき原参照形状データｄ７ａを−Ｔ１平行移動した後、Ｚ軸周りに角度−θ１回転させる演算によって生成することができる。
演算によってズレ歪み含有参照形状データを生成することにより、三次元測定によってズレ歪み含有参照形状データを生成する場合に比べて数多くのズレ歪み含有参照形状データを短時間で生成することができるので、ズレ歪み含有参照形状データの個数を増やすことが容易となり、後述する配置合わせ可能形状データであると判定された原参照形状データに対応する装置配置情報に基づいて実際に取得された個別形状データの配置合わせが成功する確率を高めることができる。
以上に説明した図１８〜図２３に係る説明では、実測された原参照形状データｄ７ａに基づく演算によりズレ歪み含有参照形状データを生成する手法と、実測によってズレ歪み含有参照形状データを生成する手法とを説明したが、図１６を用いて説明したように、原参照形状データをＣＡＤデータから生成し、その原参照形状データを座標変換する演算によってズレ歪み含有参照形状データを生成してもよい。また、ズレ歪み含有参照形状データを原参照形状データに基づく座標変換ではなく、装置配置がずらされた複数の仮想三次元デジタイザを必要なズレ歪み含有参照形状データの個数に応じて想定し、ＣＡＤデータに基づいてそれぞれの仮想三次元デジタイザに対応するズレ歪み含有参照形状データを生成しても良い。
また、基準形状データ、原参照形状データおよびズレ歪み含有参照形状データに対応する判定用形状データの全てをＣＡＤデータに基づいて生成すれば、三次元デジタイザ２を一度も用いることなく、後述する配置合わせ可否判定処理を行って個別形状データを得るための装置配置情報を生成することができので、三次元測定作業を省くことができ作業コストを抑制することができる。
また、複数のズレ歪み含有参照形状データのいくつかをＣＡＤデータから生成し、残りを実測もしくは、実測した基準形状データから生成してもよい。ＣＡＤデータから生成されたズレ歪み含有参照形状データについては、その生成時間を短縮することができ、実測した原参照形状データに基づいて、または実測によってズレ歪み含有参照形状データを生成する場合には、反射率や粗さなどの対象物の表面状態が実際の三次元測定に与える影響を反映した状態で配置合わせの可否を判定できる。
また、１つのズレ歪み含有参照形状データに対して、形状配置のズレと、形状の歪みとは、それぞれ単独で付与されても良いし、両方が付与されていてもよい。
また、歪みを付与するタイミングは、全てのズレ歪み含有参照形状データに同一の歪みを付与する場合には、例えば、原参照形状データに先ず、歪みを付与してから、次に配置のズレを付与してズレ歪み含有参照形状データを生成してもよい。
以上に説明したように、ズレ歪み付与部１１は、形状データが表す三次元形状の位置および姿勢を示す形状配置のズレ、ならびに形状データが表す三次元形状の歪みの少なくとも一方である、１または相互に異なる複数のズレ歪みが、図３に示される原参照形状データｄ７が表す三次元形状である原参照三次元形状に付与された各三次元形状を、それぞれ表す１または複数のズレ歪み含有参照形状データｄ８を生成する。
◎形状配置調整部１２：
○三次元形状データ処理システム３００Ａ機能時の形状配置調整部１２：
三次元形状データ処理システム３００Ａが機能しているときは、図３に示される形状配置調整部１２は、形状データ取得部１０Ａから基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７を、ズレ歪み付与部１１からズレ歪み含有参照形状データｄ８を、制御処理部１５から装置配置情報ｄ４をそれぞれ供給されて、これらのデータに基づいて複数の配置調整済み参照形状データｄ１６を生成して、基準形状データｄ６とともに表示部５への表示に供するなどするために記憶部１４へと供給する。また、複数の配置調整済み参照形状データｄ１６を生成する過程で得られた複数の形状配置合わせ変換Ｍ３を配置合わせ可否判定部１３Ａへと供給する処理を行う。
また、既述したように、複数の配置調整済み参照形状データｄ１６のうち、配置合わせ可能であると判定された原参照形状データｄ７に対応する形状データは、基準形状データｄ６とともに新たな配置合わせ可否判定処理における判定用形状データｄ１（通常は、基準形状データｄ６として使用される）として用いられる。
以下に、形状配置調整部１２の動作について、図２４〜図２８を参照しつつ説明する。なお、図２４から図２８においては、三次元形状間の配置ずれ量を、三次元形状の大きさに対して誇張して表示している。
図２４は、基準形状データｄ６ａ、原参照形状データｄ７ａ、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ａおよびｄ８ｂが１の座標系に変換された様子を説明する図である。ここでは、これらの各データは、基準形状データｄ６ａおよび原参照形状データｄ７ａにそれぞれ対応する装置配置情報ｄ４に基づいて、形状配置調整部１２によって、１の座標系に変換されている。
ここで、基準形状データｄ６ａと、原参照形状データｄ７ａとのズレは、既述したようにマニピュレータ３ａの配置決めの誤差などに起因するものである。また、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ａおよびｄ８ｂは、ズレ歪み付与部１１において、原参照形状データｄ７ａに対してそれぞれ異なる形状配置ずらし変換Ｍ２ａおよびＭ２ｂが付与されたことによって生成されており、原参照形状データｄ７ａと、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ａおよびｄ８ｂとのズレは、形状配置ずらし変換Ｍ２ａおよびＭ２ｂによるものである。
なお、ここでの形状配置ずらし変換Ｍ２ａおよびＭ２ｂにおいては、それぞれ（１）式または（２）式における変換行列が異なったものとなる。
また、不図示の形状歪み変換がさらに付与されることによってズレ歪み含有参照形状データｄ８ａおよびｄ８ｂに形状の歪みがさらに付与されていてもよい。
図２５は、配置調整済み参照形状データｄ１６ａ、ｄ１６ｂ、およびｄ１６ｃ（図２６）が生成される過程を例示する図である。図２５では、図２４に示された原参照形状データｄ７ａ、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ａおよびｄ８ｂが１の座標系において基準形状データｄ６ａになるべく重なるように、形状配置調整部１２が、原参照形状データｄ７ａ、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ａおよびｄ８ｂに対してそれぞれ形状配置合わせ変換Ｍ３ａ、Ｍ３ｂおよびＭ３ｃを施すことによって、配置の調整を試みる様子を示している。
図２６は、配置合わせが成功した配置調整済み参照形状データｄ１６ａ、ｄ１６ｂおよびｄ１６ｃを例示する図である。配置調整済み参照形状データｄ１６ａ、ｄ１６ｂおよびｄ１６ｃは、それぞれ図２５に示される原参照形状データｄ７ａ、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ａ、およびｄ８ｂがそれぞれ形状配置合わせ変換Ｍ３ａ、Ｍ３ｂおよびＭ３ｃによって、基準形状データｄ６ａに適切に配置合わせされた形状データである。
図２７は、配置合わせが失敗した配置調整済み参照形状データｄ１６ｄ、ｄ１６ｅおよびｄ１６ｆを例示する図である。
図２７では、基準形状データｄ６ｃおよび原参照形状データｄ７ｃが凹凸の少ない円筒状の三次元形状を有している。また、原参照形状データｄ７ｃに対して形状配置ずらし変換Ｍ２ａおよびＭ２ｂがそれぞれ施されることによってズレ歪み含有参照形状データｄ８ｃおよびｄ８ｄが生成されている。
原参照形状データｄ７ｃならびにズレ歪み含有参照形状データｄ８ｃおよびｄ８ｄに対して、図２６に示された例と同様に、それぞれ形状配置合わせ変換Ｍ３ａ、Ｍ３ｂおよびＭ３ｃが施されることにより基準形状データｄ６ａへの配置合わせが試みられた結果、配置調整済み参照形状データｄ１６ｄ、ｄ１６ｅおよびｄ１６ｆがそれぞれ生成されているが、これらは基準形状データｄ６ｃに重なっていない。
すなわち、ここでは、凹凸の少ない形状間の配置合わせが試みられたため、配置合わせが失敗している。
形状配置合わせ変換Ｍ３ａ、Ｍ３ｂおよびＭ３ｃは、配置合わせの結果に関わらず、それぞれ形状配置合わせ変換Ｍ３（図３）として配置合わせ可否判定部１３Ａへと供給されて、配置合わせ可否判定処理に供せられる。また、配置調整済み参照形状データｄ１６ａ、ｄ１６ｂおよびｄ１６ｃも配置合わせの結果に関わらず、それぞれ配置調整済み参照形状データｄ１６として基準形状データｄ６とともに記憶部１４へと供給された後、表示部５に表示されて測定者の目視による配置合わせ可否の判定などに供せられる。
上述したように、原参照形状データｄ７ａを用いて複数の配置調整済み参照形状データｄ１６を生成する場合には、ズレ歪み付与部１１において、１以上のズレ歪み含有参照形状データｄ８を生成し、形状配置調整部１２において、生成された１以上のズレ歪み含有参照形状データｄ８と原参照形状データｄ７とに対して基準形状データｄ６への配置合わせを試みればよい。
次に、原参照形状データｄ７ａに対して、形状配置合わせ変換Ｍ３ａが適用されない場合、すなわち、原参照形状データｄ７ａに対して、基準形状データｄ６ａへの配置合わせが試みられない場合を説明する。
図２８は、原参照形状データｄ７ａが用いられることなく配置調整済み参照形状データｄ１６ｂおよびｄ１６ｃが生成される過程を例示する図である。図２８において、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ａおよびｄ８ｂは、原参照形状データｄ７ａに対して、それぞれ形状配置ずらし変換Ｍ２ａおよびＭ２ｂが付与されることによって生成された形状データであり、形状配置ずらし変換Ｍ２ａおよびＭ２ｂに対して形状配置合わせ変換Ｍ３ｂおよびＭ３ｃがそれぞれ施されることによって配置調整済み参照形状データｄ１６ｂおよびｄ１６ｃが生成されている。
このように、原参照形状データｄ７ａを用いることなく複数の配置調整済み参照形状データｄ１６を生成する場合には、ズレ歪み付与部１１において、複数のズレ歪み含有参照形状データｄ８を生成し、形状配置調整部１２において、生成された複数のズレ歪み含有参照形状データｄ８に対して基準形状データｄ６への配置合わせを試みればよい。
以上に説明したように、形状配置調整部１２は、図３に示される原参照形状データｄ７および、１または複数のズレ歪み含有参照形状データｄ８、あるいは、複数のズレ歪み含有参照形状データｄ８がそれぞれ表す各三次元形状についての略同一の三次元形状が、１の座標系において１以上の基準形状データｄ６が表す三次元形状になるべく重ね合わせられるように、原参照形状データｄ７と、１または複数のズレ歪み含有参照形状データｄ８とが表す各三次元形状についての複数の形状配置、あるいは複数のズレ歪み含有参照形状データｄ８が表す各三次元形状についての複数の形状配置のそれぞれを調整することによって、複数の配置調整済み参照形状データ１６を生成する。
○三次元形状測定システム５００Ａ機能時の形状配置調整部１２：
三次元形状処理装置１００Ａが、三次元形状測定システム５００Ａの機能要素となる場合には、形状配置調整部１２は、個別形状データｄ２に基づく基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７の供給を形状データ取得部１０Ａから受けて、基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７についての配置合わせを行って配置合わせ済み個別形状データｄ１７を生成し、記憶部１４へと供給する。
◎配置合わせ可否判定部１３Ａ：
図３に示される配置合わせ可否判定部１３Ａは、三次元形状データ処理システム３００Ａが機能しているときに作動する機能部である。配置合わせ可否判定部１３Ａは、ズレ歪み付与部１１および形状配置調整部１２からそれぞれ形状配置ずらし変換Ｍ２および形状配置合わせ変換Ｍ３を表す変換行列を供給されて、これらの変換行列に基づいて、形状配置調整部１２において生成された複数の配置調整済み参照形状データｄ１６についての形状配置の相互関係を表す評価値を求め、この評価値を判定用閾値ｔｈ１と比較することにより、原参照形状データｄ７が、形状データ取得部１０Ａから形状配置調整部１２へと供給された１以上の基準形状データｄ６に配置合わせされることによって、基準形状データｄ６とともに対象物についての１の全体的な三次元形状を表すように形状配置を調整することができる配置合わせ可能形状データであるか否かを判定する配置合わせ可否判定処理を行う。なお、判定用閾値ｔｈ１は、記憶部１４に記憶されており、制御処理部１５から配置合わせ可否判定部１３Ａへ供給される。
また、原参照形状データｄ７が、配置合わせ可能形状データであるか否か、すなわち原参照形状データｄ７の配置合わせが適切にできるか否かを判定した判定結果ｄ２１は、制御処理部１５へと供給されて、表示部５に表示される。
判定結果ｄ２１が表示部５に表示されることによって、測定者は、表示部５に表示された配置調整済み参照形状データｄ１６および基準形状データｄ６の表示状態を種々に変更しつつ目視による配置合わせの確認をする必要が無くなり、客観的な数値によって配置合わせの可否（成否）を判断できるので、目視による判定の誤りを防止することができるとともに、作業効率を向上させることができる。
次に、図２５に示された形状配置ずらし変換および形状配置合わせ変換を用いて、複数の配置調整済み参照形状データｄ１６についての形状配置の相互関係を表す評価値を求める手法の例を説明する。
図２５に示される形状配置合わせ変換Ｍ３ａ、形状配置ずらし変換Ｍ２ａおよび形状配置合わせ変換Ｍ３ｂ、ならびに形状配置ずらし変換Ｍ２ｂおよび形状配置合わせ変換Ｍ３ｃは、それぞれ、配置調整済み参照形状データｄ１６ａ、ｄ１６ｂおよびｄ１６ｃ（図２６）が、原参照形状データｄ７から生成される過程における、各配置調整済み参照形状データについての「形状配置の変動情報」を表わしている。
ここで、形状配置合わせ変換Ｍ３ａ、ならび形状配置ずらし変換Ｍ２ａおよび形状配置合わせ変換Ｍ３ｂの合成変換Ｍ３ｂ＊Ｍ２ａ、ならびに形状配置ずらし変換Ｍ２ｂおよび形状配置合わせ変換Ｍ３ｃの合成変換Ｍ３ｃ＊Ｍ２ｂは、それぞれ、原参照形状データｄ７ａについての形状配置を基準とした配置調整済み参照形状データｄ１６ａ、ｄ１６ｂ、およびｄ１６ｃについての相対的な形状配置、すなわち、各配置調整済み参照形状データについての形状配置の相互関係を表わしている。
なお、合成変換に使用されている記号＊は、行列と行列の積を表わしており、記号＊の左右の変換を（１）式で表わしたときの各変換を表す変換行列の積によって、合成変換を表す変換行列が求められている。
図２６に示されるように配置合わせが成功する場合は、任意の形状配置に対する配置調整済み参照形状データｄ１６ａ、ｄ１６ｂ、およびｄ１６ｃのそれぞれの相対的な形状配置は略同一となるので、変換Ｍ３ａ、合成変換Ｍ３ｂ＊Ｍ２ａ、および合成変換Ｍ３ｃ＊Ｍ２ｂ（それぞれ「相対的形状配置変換」と称する）をそれぞれ表す複数の変換行列は略同一の変換行列となる。
しかし、図２７に示されるように配置合わせが失敗した場合は、配置調整済み参照形状データｄ１６ａ、ｄ１６ｂ、およびｄ１６ｃについての相対的形状配置変換をそれぞれ表す複数の変換行列は略同一の変換行列とはならない。
従って、配置合わせ可否判定処理の原理の概要において説明したように、それぞれの相対的形状配置変換に基づいて、複数の配置調整済み参照形状データｄ１６の基準形状データｄ６に対する配置合わせが成功しているか否か、すなわち、基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７とが所定の許容範囲内の精度で前記対象物の三次元形状を再現可能か否かを判定することができるとともに、原参照形状データｄ７を得た三次元デジタイザ２の装置配置情報ｄ４についても適切であったか否かを判定することもできる。
なお、図２８に示される例のように、形状配置調整部１２において原参照形状データｄ７ａが基準形状データｄ６ａへの配置合わせを試みられなかった場合においても、図２５に示される例と同様に、合成変換Ｍ３ｂ＊Ｍ２ａおよび合成変換Ｍ３ｃ＊Ｍ２ｂとして与えられる相対的形状配置変換によって、原参照形状データｄ７ａについての形状配置を基準とした配置調整済み参照形状データｄ１６ｂおよびｄ１６ｃについての相対的な形状配置を表すことができる。
次に、相対的形状配置変換として表された、複数の配置調整済み参照形状データｄ１６についての形状配置の相互関係を評価するための評価値を求め、複数の配置調整済み参照形状データｄ１６の配置合わせが成功したか否かを判定する手法を説明する。
具体的な判定手法としてはいくつかあるが、１つ目の判定手法の例として、例えば、相対的形状配置変換をそれぞれ表す各変換行列の各対応する成分同士の偏差を配置情報の相互関係を表す評価値として求めて判定用閾値ｔｈ１と比較し、評価値が判定用閾値ｔｈ１以下であれば配置合わせが成功したと判定し、そうでなければ、配置合わせが失敗したと判定する手法を採用し得る。
また、２つ目の判定手法の例として、相対的形状配置変換をそれぞれ表す各変換行列の各対応する成分毎に最大値と最小値との差をそれぞれ配置情報の相互関係を表す評価値として求めて、判定用閾値ｔｈ１と比較し、各評価値が判定用閾値ｔｈ１以下であれば配置合わせが成功したと判定し、そうでなければ、配置合わせが失敗したと判定する手法を採用し得る。また、これらの手法の他に、１つ目と２つ目の判定手法を併用するなど各種の手法が採用され得る。
また、変換行列のうち、回転を表す要素と、平行移動を表す要素とを（２）式のように分けて、それぞれ毎に配置情報の相互関係を表す評価値を求めてもよく、また、対象物の表面状態、大きさなどの対象物の状態や、測定距離、画角などの三次元デジタイザ２の状態に応じて評価値を求める手法を変更してもよい。
また、判定用閾値ｔｈ１としては、変換行列の要素毎に判定用閾値を設定しても良いし、例えば、変換行列のうち、回転を表す要素と、平行移動を表す要素とで、異なる判定用閾値ｔｈ１を採用する手法、また、対象物に対する検査規格、対象物の表面状態および大きさなどの対象物の状態や、測定距離および画角などの三次元デジタイザ２の状態に応じて判定用閾値ｔｈ１を適宜変更するなど、判定用閾値ｔｈ１の設定については各種設定方法を取り得る。
なお、上述の説明例では、基準形状データｄ６についての形状配置を基準とした配置調整済み参照形状データｄ１６についての相対的な形状配置を例に説明したが、例えば、図２５の例では、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ｂについての形状配置を基準とすると、配置調整済み参照形状データｄ１６ａ、ｄ１６ｂ、およびｄ１６ｃについての相対的な形状配置をそれぞれ表す相対的形状配置変換は、Ｍ３ａ＊Ｍ２ｂ-1、およびＭ３ｂ＊Ｍ２ａ＊Ｍ２ｂ-1、およびＭ３ｃとなる。なお、Ｍ２ｂ-1は、Ｍ２ｂの逆変換を表す。
これらの相対的形状配置変換は、原参照形状データｄ７ａを基準とした各配置調整済み参照形状データの形状配置を与える相対的形状配置変換Ｍ２ａ、Ｍ３ｂ＊Ｍ２ａ、およびＭ３ｃ＊Ｍ２ｂのそれぞれに、ズレ歪み含有参照形状データｄ８ｂを基準とした原参照形状データｄ７ａの形状配置を与える相対的形状配置変換Ｍ２ｂ-1を合成した変換である。
このように、配置調整済み参照形状データｄ１６ａ、ｄ１６ｂおよびｄ１６ｃが原参照形状データｄ７から生成される過程における、各配置調整済み参照形状データについてのそれぞれの形状配置の変動情報である、形状配置合わせ変換Ｍ３ａ、形状配置ずらし変換Ｍ２ａおよび形状配置合わせ変換Ｍ３ｂ、ならびに形状配置ずらし変換Ｍ２ｂおよび形状配置合わせ変換Ｍ３ｃのそれぞれを用いることによって、形状配置、装置配置、その他の座標空間における任意の配置を基準とする各配置調整済み参照形状データについての相対的な形状配置を与える相対的形状配置変換を表すことができる。また、座標間の関係が既知であれば、配置調整済み参照形状データが存在している座標系とは異なる座標系における配置を基準とすることもできる。
また、座標空間における任意の配置を基準とする各配置調整済み参照形状データの形状配置間の相互関係は、原参照形状データｄ７ａを基準とする各配置調整済み参照形状データの形状配置の相互関係と等しくなる。
以上に説明したように、配置合わせ可否判定部１３Ａは、原参照形状データｄ７が、１以上の基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７とが対象物１についての１の全体的な三次元形状を表すように、原参照形状データｄ７についての形状配置を調整することができる配置合わせ可能形状データであるか否かを、原参照形状データｄ７からそれぞれ生成された複数の配置調整済み参照形状データｄ１６がそれぞれ表す複数の三次元形状についての形状配置の相互関係に基づいて判定する判定処理を行う。
該相互関係に基づいて原参照形状データｄ７についての配置合わせの可否を判定する手法を採用すれば、対象物上の測定範囲に含まれる三次元形状を表現する原参照形状データｄ７に基づいて生成された１以上の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４および基準形状データｄ６、あるいは、複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４である複数の第３形状データが、原参照形状データｄ７の測定範囲と重なる測定範囲の三次元形状を表現した基準形状データｄ６に対して配置合わせされた後の複数の配置調整済み参照形状データｄ１６についての形状配置の相互関係に基づいて、基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７とが配置合わせによって所定の許容範囲内の精度で対象物の形状を再現できるか否かを判定する。
従って、基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７との相互関係によっては、基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７とが所定の許容範囲内の精度で対象物の形状を再現できるか否かを判定できない場合であっても、配置合わせの可否を正しく判定できる確率を向上させることができる。
また、配置合わせ可否判定部１３Ａは、この相互関係を、例えば、複数の配置調整済み参照形状データｄ１６のそれぞれが原参照形状データｄ７から生成される過程における各配置調整済み参照形状データｄ１６についての形状配置の変動情報に基づいて求める手法を採用し得る。なお、各配置調整済み参照形状データｄ１６についての形状配置の変動情報については、ＩＣＰ法を用いた逐次の演算の過程において、最終的な配置の各配置調整済み参照形状データｄ１６を求める前に、この形状配置の変動情報が求められる。言い換えれば、最終的な配置の各配置調整済み参照形状データｄ１６を求めなくても、この形状配置の変動情報を求めることができ、配置合わせの可否を判定することができる。
形状配置の変動情報に基づいて相互関係を求める手法を採用すれば、生成された複数の配置調整済み参照形状データｄ１６がそれぞれ表す三次元形状間の形状配置を解析するなどして該相互関係を求める必要が無く、配置調整済み参照形状データｄ１６が生成される過程における形状配置の変動情報に基づいて該相互関係を求めることができるので、原参照形状データｄ７の形状に関わらず、正確な相互関係を求めることができ、配置合わせの可否を正しく判定できる確率を向上させることができる。
なお、生成された複数の配置調整済み参照形状データｄ１６自体を解析することによって、各配置調整済み参照形状データｄ１６についての形状配置の相互関係を求める手法としては、例えば、同一直線上にない３点以上の局所的な凹凸などの特徴部が原参照形状データｄ７にある場合には、該３点以上の特徴点にそれぞれ対応する複数の配置調整済み参照形状データｄ１６についての３点以上の特徴点によって定められる形状間の相互関係に基づいて、複数の配置調整済み参照形状データｄ１６がそれぞれ表す複数の三次元形状についての形状配置の相互関係を求める手法などを採用し得る。
この場合には、各配置調整済み参照形状データｄ１６についての形状配置の変動情報を保存していない場合であっても、各配置調整済み参照形状データｄ１６についての形状配置の相互関係を求めることができる。
また、該３点以上の特徴点は、基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７とについての測定範囲の重複部分に限られず、原参照形状データｄ７の全体において探索することができる。
ここで、三次元デジタイザ２をズレ歪み付与部１１として機能させる場合のマニピュレータ３ａの配置決め精度に求められる条件について説明する。三次元デジタイザ２をズレ歪み付与部１１として機能させる場合には、三次元デジタイザ２を配置決めする装置配置情報ｄ４に基づいて形状配置ずらし変換Ｍ２を求める必要があるため、マニピュレータ３ａの配置決め精度が悪ければ、求めた形状配置ずらし変換Ｍ２に実際の値との誤差を生じてしまうため判定結果１０が誤ったものとなるおそれがある。
従って、三次元デジタイザ２をズレ歪み付与部１１として機能させる場合には、マニピュレータ３ａの配置決め精度にのみに基づいて異なる複数の形状配置ずらし変換を模擬的に生成し、これらの形状配置ずらし変換から、生成される配置調整済み参照形状データｄ１６についての相互関係の評価値を求めたときに、この評価値が判定用閾値ｔｈ１よりも、例えば１／３以下程度に小さい必要がある。
多くの場合では、この条件が満たされるため三次元デジタイザ２をズレ歪み付与部１１として機能させることができる。また、ティーチング時の三次元測定では、量産品の形状検査時の三次元測定で実際に用いられるマニピュレータよりも配置決め精度が高いマニピュレータを用いれば、この条件は容易に満たされ得ることからも三次元デジタイザ２をズレ歪み付与部１１として機能させることができる。
上述した判定方法においては、各配置調整済み参照形状データｄ１６の形状配置の相互関係に着目して配置合わせの可否を判定したが、各配置調整済み参照形状データｄ１６に対応する各装置配置情報ｄ４に着目することによって配置合わせの可否を判定してもよい。
具体的には、例えば、各配置調整済み参照形状データｄ１６に対応する各装置配置情報、すなわち、各配置調整済み参照形状データｄ１６についての形状配置の変動情報に基づいて推定される各ズレ歪み含有参照形状データｄ８についての各装置配置情報を求め、求められた各装置配置情報のばらつきが、所定の範囲に入るか否かを判定することによって原参照形状データｄ７についての配置合わせの可否を判定してもよい。
また、推定された各ズレ歪み含有参照形状データｄ８についての各装置配置情報のそれぞれと、各ズレ歪み含有参照形状データｄ８を生成した際に設定された各装置配置情報のそれぞれとの差異が、所定の範囲に入るか否かを判定することによって原参照形状データｄ７についての配置合わせの可否を判定してもよい。
［実施形態１に係る装置およびシステムの動作フロー：］
次に、図２９から図３１に示されるフローチャートを用いて三次元形状測定システム５００Ａ、三次元形状データ処理システム３００Ａおよび三次元形状処理装置１００Ａの動作フローを説明する。
図２９は、三次元形状測定システム５００Ａによって行われる、対象物１の全体的な三次元形状を表す形状データを生成する手順ステップＳ１の概要を例示するフローチャートである。
三次元形状測定システム５００Ａは、先ず三次元形状データ処理システム３００Ａとして機能することにより、対象物１についての全体的な形状データとして配置合わせされる複数の個別形状データｄ２を三次元測定するために三次元デジタイザ２を配置する複数の第２の装置配置情報を生成する処理を行う（ステップＳ１１０）。
図３０は、三次元形状データ処理システム３００Ａによって行われる、ステップＳ１１０に記載された複数の第２の装置配置情報を生成する処理についての概要を例示するフローチャートである。
先ず、三次元形状データ処理システム３００Ａは、判定用形状データを生成するためのマニピュレータ３ａの台座部に対する三次元デジタイザ２の位置および姿勢を示す複数の第１の装置配置情報を取得する（ステップＳ２１０）。この複数の第１の装置配置情報は、マニピュレータ３ａの台座部に対する対象物の位置および姿勢を示す対象物配置情報ｄ２０に基づいて、対象物１に対して、三次元デジタイザ２を所望の相対的な配置に配置決めできるように測定者が操作部４のマウスやキーボードを用いて入力することなどによって設定される。
次に、三次元形状データ処理システム３００Ａは、複数の第１の装置配置情報（装置配置情報ｄ４）に基づいて配置された三次元デジタイザ２を用いて対象物１を三次元測定したとすれば得られるべき複数の形状データと略同一の三次元形状をそれぞれ表す複数の判定用形状データｄ１を生成する（ステップＳ２２０）。
ここでの判定用形状データｄ１の生成は、最初に配置合わせされる判定用形状データｄ１の生成であるので、通常、装置配置情報ｄ４に基づいて配置された三次元デジタイザ２が三次元測定して得た対象物１の形状データまたはＣＡＤシステム８が出力するＣＡＤデータｄ５に基づいて生成される。
生成された複数の判定用形状データｄ１は、三次元形状処理装置１００Ａの形状データ取得部１０Ａに供給され、三次元形状処理装置１００Ａによって配置合わせ可否判定処理が行われる（ステップＳ２３０）。
図３１は、三次元形状処理装置１００Ａによって行われる、配置合わせ可否判定処理（ステップＳ２３０）についての概要を例示するフローチャートである。
形状データ取得部１０Ａは、供給された複数の判定用形状データｄ１から１以上の判定用形状データｄ１を配置合わせの基準となる基準形状データｄ６として取得するとともに、これらの基準形状データｄ６が表す三次元形状の一部または全部と略同一の三次元形状を表す形状データを有する他の判定用形状データｄ１を原参照形状データｄ７として取得する（ステップＳ３１０）。
形状データ取得部１０Ａに取得された原参照形状データｄ７は、ズレ歪み付与部１１に供給されて、三次元形状についての形状配置のズレおよび三次元形状の歪みの少なくとも一方である、１または相互に異なる複数のズレ歪みが付与されることによって、１以上のズレ歪み含有参照形状データｄ８が生成される。また、形状配置のズレを付与するためにそれぞれ使用された形状配置ずらし変換Ｍ２は、配置合わせ可否判定部１３Ａへと供給される（ステップＳ３２０）。
ズレ歪み付与部１１によって生成された１以上のズレ歪み含有参照形状データｄ８は、形状配置調整部１２へと供給されるとともに、形状データ取得部１０Ａからは１以上の基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７が形状配置調整部１２へ供給される。
形状配置調整部１２は、原参照形状データｄ７および１以上のズレ歪み含有参照形状データｄ８、または複数のズレ歪み含有参照形状データｄ８が、１の座標系において１以上の基準形状データｄ６になるべく重ね合わせられるように、原参照形状データｄ７と、１以上のズレ歪み含有参照形状データｄ８とが表す各三次元形状についての複数の形状配置を調整することによって、または、複数のズレ歪み含有参照形状データｄ８が表す各三次元形状についての複数の形状配置のそれぞれを調整することによって、複数の配置調整済み参照形状データｄ１６を生成する。
また、配置調整に使用された形状配置合わせ変換Ｍ３を配置合わせ可否判定部１３Ａへと供給し、基準形状データｄ６および複数の配置調整済み参照形状データｄ１６を記憶部１４へ供給する（ステップＳ３３０）。
配置合わせ可否判定部１３Ａへ供給された形状配置ずらし変換Ｍ２と形状配置合わせ変換Ｍ３は、配置合わせ可否判定部１３Ａによって、複数の配置調整済み参照形状データｄ１６がそれぞれ表す複数の三次元形状についての形状配置の相互関係を表す評価値へと変換される（ステップＳ３４０）。
配置合わせ可否判定部１３Ａは、この評価値と、制御処理部１５から供給される判定用閾値ｔｈ１とを比較する（ステップＳ３５０）。
比較の結果、評価値が判定用閾値ｔｈ１以下であれば、複数の配置調整済み参照形状データｄ１６の配置合わせが成功した、すなわち、原参照形状データｄ７は基準形状データｄ６に対して適切に配置合わせ可能な配置合わせ可能形状データであると判定されて、この判定結果ｄ２１は制御処理部１５へと供給され（ステップＳ３６０）、処理はステップＳ２３０（図３０）へと戻される。
比較の結果、評価値が判定用閾値ｔｈ１よりも大きければ、複数の配置調整済み参照形状データｄ１６の配置合わせが失敗した、すなわち、原参照形状データｄ７は基準形状データｄ６に対して適切に配置合わせ可能な配置合わせ可能形状データではないと判定されてこの判定結果を示す判定結果ｄ２１は制御処理部１５へと供給され（ステップＳ３７０）、処理はステップＳ２３０へと戻される。
ステップＳ２３０へ戻された処理は、ステップＳ２４０へ移され、制御処理部１５は、配置合わせ可否判定部１３Ａから供給された判定結果ｄ２１を確認し、原参照形状データｄ７が配置合わせ可能形状データであるか否かを調べる。
次に、判定結果ｄ２１が、原参照形状データｄ７を配置合わせ可能形状データであると判定するものである場合には、制御処理部１５は、配置合わせされた１以上の基準形状データｄ６、および原参照形状データｄ７からなる判定用形状データｄ１に対応する第１の装置配置情報（装置配置情報ｄ４）を第２の装置配置情報として記憶部１４に記憶し（ステップＳ２６０）、処理はステップＳ２７０へ移される。
また、判定結果ｄ２１が、原参照形状データｄ７を配置合わせ可能形状データではないと判定するものである場合には、制御処理部１５が、この原参照形状データｄ７に対応する第１の装置配置情報を所定量ずらした装置配置情報を、新たな第１の装置配置情報として生成し、この新たな第１の装置配置情報に対応する判定用形状データが生成されるように、マニピュレータ３ａおよび３ｂの配置決め動作ならびに三次元デジタイザ２の三次元測定動作の制御、または、ＣＡＤシステム８および抽出部７の動作の制御を行うことによって、新たな原参照形状データｄ７となるべき判定用形状データｄ１が生成され（ステップＳ２５０）、処理は再びステップＳ２３０へと移される。
ステップＳ２７０では、適切に配置合わせされた各判定用形状データｄ１によって、形状検査の対象部位などの対象物１についての着目部分の三次元形状が漏れなく表されているか否かを、測定者が配置合わせされた各判定用形状データｄ１についての画像を表示部５で確認することなどにより、または、制御処理部１５が、部品全体のＣＡＤデータと配置合わせされた各判定用形状データｄ１とを比較することなどにより、それぞれ確認する。
各判定用形状データｄ１によって、対象物１についての着目部分の三次元形状が漏れなく表されておらず測定漏れがある場合には、他の第１の装置配置情報に対応する判定用形状データが生成されるように、制御処理部１５がマニピュレータおよび三次元デジタイザ２、ならびにＣＡＤシステム８などを制御することによって、次回の配置合わせ可否判定処理において、通常、原参照形状データｄ７となるべき新たな判定用形状データが生成される。
また、配置合わせ済みの判定用形状データｄ１の中から次回の配置合わせ可否判定処理において、１以上の基準形状データｄ６となるべき判定用形状データが生成され（ステップＳ２８０）、処理はステップＳ２３０へと移されて配置合わせ可否判定処理が繰り返される。
また、各判定用形状データｄ１によって、対象物１についての着目部分の三次元形状が漏れなく表されている場合は、処理はステップＳ１１０（図２９）へ戻される。なお、処理がステップＳ１１０へと戻されるときには、対象物１についての着目部分の三次元形状を漏れなく測定可能な三次元デジタイザ２についての装置配置情報（複数の第２の装置配置情報）が生成されている。
ステップＳ１１０へ戻された処理は、ステップＳ１２０へと移され、三次元形状測定システム５００Ａは、ステップＳ１１０において生成された複数の第２の装置配置情報のそれぞれに基づいて三次元デジタイザ２を配置し、複数の個別形状データｄ２を測定する（ステップＳ１３０）。
測定された複数の個別形状データｄ２は、三次元形状処理装置１００Ａの形状データ取得部１０Ａへと供給され、配置合わせの基準となる基準形状データｄ６または配置合わせされる原参照形状データｄ７として取得されて、形状配置調整部１２へと供給され、形状配置調整部１２において基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７との配置合わせが行われて複数の配置合わせ済み個別形状データｄ１７が生成されて記憶部１４へと供給され、表示部５での表示などに用いられる。
以上の処理によって、三次元形状測定システム５００Ａは、対象物１の全体的な三次元形状を表す形状データを生成する。
＜実施形態２について：＞
［三次元形状測定システム５００Ｂおよび三次元形状データ処理システム３００Ｂ：］
図３２は、実施形態１の変形例である実施形態２に係る三次元形状測定システム５００Ｂおよび三次元形状データ処理システム３００Ｂの構成例を示すブロック図である。
図３２に示される三次元形状処理装置１００Ｂ、三次元デジタイザ２、マニピュレータ３ａ、マニピュレータ制御部３ｂおよびＣＡＤシステム８は、三次元形状測定システム５００Ｂおよび三次元形状データ処理システム３００Ｂの主要部をなしており、三次元形状測定システム５００Ｂとして機能する場合と、三次元形状データ処理システム３００Ｂとして機能する場合とがある。
三次元形状データ処理システム３００Ｂは、マニピュレータ３ａの台座部に対する三次元デジタイザ２の位置および姿勢を示す複数の第１の装置配置情報に基づいて配置された三次元デジタイザ２が、マーカが貼付された対象物１ｂを測定範囲が重複するように複数の方向から測定したとすれば得られるべき複数の形状データと略同一の三次元形状をそれぞれ表す複数の判定用形状データを生成するとともに、それらの判定用形状データが貼付されたマーカに基づいて適正に配置合わせ可能なものであるか否かを配置合わせ可否判定処理（後述）によって判定し、配置合わせ可能であると判定された各判定用形状データにそれぞれ対応する第１の装置配置情報を複数の第２の装置配置情報として生成する。
三次元形状測定システム５００Ｂは、あらかじめ三次元形状データ処理システム３００Ｂとして機能することによって複数の第２の装置配置情報を生成した後、生成された複数の第２の装置配置情報に基づいて、マーカが貼付された対象物１ｂと三次元デジタイザ２とを相対的に配置し、対象物１ｂの三次元形状を複数の方向から測定して得られる複数の個別形状データにマーカに基づく配置合わせを適用して対象物１ｂの全体的な三次元形状を表す形状データを生成する。
本実施形態においては、三次元形状測定システム５００Ｂと三次元形状データ処理システム３００Ｂとは、同一の構成要素により構成されているが、三次元形状測定システムおよび三次元形状データ処理システムは、例えば、それぞれ同一性能の三次元デジタイザならびにマニピュレータおよびその制御装置などを備えた別個の構成要素により構成されてもよいし、例えば、三次元形状データ処理システム３００Ｂのマニピュレータおよびその制御装置については、三次元形状測定システム５００Ｂのものよりも配置決め精度が高いものを採用してもよい。
なお、同一形状の数多くの部品の形状検査などのために、三次元形状データ処理システム３００Ｂは、三次元形状データ処理システム３００Ａと同様のティーチングを行う。
三次元形状測定システム５００Ｂおよび三次元形状データ処理システム３００Ｂを構成する主要部のうち三次元デジタイザ２、マニピュレータ３ａ、マニピュレータ制御部３ｂおよびＣＡＤシステム８については、三次元形状処理装置１００Ａに替えて三次元形状処理装置１００Ｂに接続されていることを除いて、それぞれが対応する、三次元形状測定システム５００Ａを構成する主要各部と同一の構成および動作をするので説明を省略する。
また、三次元デジタイザ２およびＣＡＤシステム８については、三次元デジタイザ２およびＣＡＤシステム８がそれぞれ行う三次元測定およびＣＡＤデータの保持の対象となる対象物はマーカが貼付された対象物１ｂであることが、三次元形状測定システム５００Ａおよび三次元形状データ処理システム３００Ａにおける三次元デジタイザ２およびＣＡＤシステム８とは異なる。
また、マーカが貼付された対象物１ｂについてのＣＡＤデータｄ５（図３３）の生成については、例えば、大量生産における量産部品等の形状検査時に、各部品におけるマーカの貼付位置を予め指定する場合などに、マーカが貼付された状態の部品等の対象物１ｂのＣＡＤデータｄ５を生成することが可能である。
［実施形態２に係る配置合わせ可否判定処理の原理の概要：］
次に、三次元形状処理装置１００Ｂの説明に先立って、実施形態２に係る配置合わせ可否判定処理の原理の概要を、三次元形状測定システム５００Ｂの動作の概要と合わせて説明する。
○三次元形状測定システム５００Ｂの動作の概要：
図３４は、三次元形状測定システム５００Ｂが、マーカが貼付された直方体状の対象物１ｂの三次元形状を複数の方向から測定するときの測定範囲の設定例を説明する図である。図３４では、装置配置情報ｄ４ｃおよびｄ４ｄに基づいて配置決めされた三次元デジタイザ２が異なる複数の方向から、ｆ１からｆ５の５個のマーカが貼付された対象物１ｂの平面部位１ｓを三次元測定している。また、図３４に示された異なる三次元デジタイザ２ａおよび２ｂのように複数の三次元デジタイザを組合わせて三次元測定してもよい。
ここで、測定範囲ｎ３およびｎ４は、それぞれ装置配置情報ｄ４ｃおよび装置配置情報ｄ４ｄに対応する三次元デジタイザ２の測定範囲を示しており、測定範囲ｎ３およびｎ４にそれぞれ対応する三次元形状を表す形状データｄ２ｃおよびｄ２ｄは、複数の個別形状データｄ２（図３３）として、三次元形状処理装置１００Ｂに供給される。測定範囲ｎ３およびｎ４は対象物１ｂ上で重複する部分を有しており、その重複部分には、マーカｆ１、ｆ２およびｆ３が貼付されている。
測定範囲ｎ３およびｎ４にそれぞれ対応する個別形状データｄ２ｃおよびｄ２ｄは、三次元形状処理装置１００Ｂによって、測定範囲ｎ３およびｎ４の重複部分に貼付されたマーカに基づく配置合わせ方法を用いて配置合わせされる。このように、マーカに基づく配置合わせ方法を用いる場合には、配置合わせされる形状データを取得するための測定範囲の重複部分に、同一直線上にない３以上のマーカが存在するように、測定範囲を設定する必要がある。なお、本発明において、単に「３以上のマーカ」というときは、「同一直線上にない３以上のマーカ」を意味している。
マーカとしては、白色等の三次元デジタイザ２が測定可能な色彩が施された円形シールや、白色等の円形シールの上に所定幅の黒色のリングが描かれたものなどが採用される。
貼付されたマーカは、三次元測定時に測定される二次元画像および三次元形状データなどに基づいて、マーカ毎にマーカの位置を代表的に表すマーカ上の点の三次元座標が求められる。ここで、マーカの位置を代表的に表すマーカ上の点の三次元座標は、本発明において「三次元位置」と称する。
マーカに基づく配置合わせにおいては、測定範囲の重複部分に存在する３以上のマーカについて、各マーカの中心など、各マーカの位置を代表的に表すマーカ上の点を「識別点」として採用し、識別点の三次元座標である三次元位置の対応関係に基づいて、各測定範囲に対応する形状データの配置合わせが行われる。
マーカに基づく配置合わせ方法を採用することによって、ＩＣＰ法、スピンイメージ法などの形状対応点に基づく配置合わせ方法を適用しても正しく配置合わせがなされないような、例えば平面同士などの配置合わせを適切に行うことができる。
また、識別点としては、マーカの中心点などの他に、球状または半球状の部材を磁力や粘着力などによって対象物に取り付けて、三次元測定によって得られる該部材の形状データに該部材の既知の形状データをフィッティングするなどして求めた該部材の中心座標を採用してもよい。
このように識別点を与える部材としては、平面状のものに限られず立体形状のものでもよく、また、該部材の対象物への取り付け方法は、粘着力、磁力その他の各種手法を採用し得る。
図３５は、図３４に示される測定範囲ｎ３およびｎ４にそれぞれ対応して取得された個別形状データｄ２ｃおよびｄ２ｄを説明する図である。
個別形状データｄ２ｃにおける形状データｄ２ｃｆ１、ｄ２ｃｆ２、ｄ２ｃｆ３およびｄ２ｃｆ４は、それぞれ測定範囲ｎ３にあるマーカｆ１、ｆ２、ｆ３およびｆ４の三次元形状を表し、個別形状データｄ２ｄにおける形状データｄ２ｄｆ１、ｄ２ｄｆ２、ｄ２ｄｆ３およびｄ２ｄｆ５は、それぞれ測定範囲ｎ４にあるマーカｆ１、ｆ２、ｆ３およびｆ５の三次元形状を表している。
個別形状データｄ２ｃおよびｄ２ｄは三次元形状処理装置１００Ｂに供給されて配置合わせされるが、その際に、形状データ取得部１０Ｂ（図３３）によって、例えば、個別形状データｄ２ｃは基準形状データｄ６として、個別形状データｄ２ｄは原参照形状データｄ７としてそれぞれ取得される。
取得された基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７は、マーカ位置データ取得部１６（図３３）およびマーカ配置調整部１９（図３３）へと供給される。
ここで、本出願においては、１以上のマーカの三次元位置によって構成されるデータを「マーカ位置データ」と称し、マーカ位置データが表す三次元形状、すなわち、マーカ位置データを構成するマーカの三次元位置が表す三次元形状を「マーカ位置形状」と称する。
マーカ位置データ取得部１６は、供給された基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７のそれぞれについて、それぞれに含まれる全てのマーカの三次元位置ｂ１からｂ４およびｂ５からｂ８を求める。
次に、各形状データにおける各マーカの三次元位置ｂ１からｂ４およびｂ５からｂ８の中から、複数のマーカについてのマーカ位置形状の、各形状データ間にわたる相互関係において、マーカ位置形状が相互に最も合同関係に近い３以上のマーカの三次元位置ｂ１からｂ３およびｂ５からｂ７をそれぞれ探索する。
次に、探索されたマーカの三次元位置ｂ１からｂ３およびｂ５からｂ７を、それぞれ、基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７についての測定範囲ｎ３およびｎ４が重複する部分に貼付された３以上のマーカｆ１、ｆ２およびｆ３から成るマーカ群についての三次元位置である基準マーカ位置データｄ１１（図３３、図３５）および原参照マーカ位置データｄ１２（図３３、図３５）として生成し、対応関係取得部１７（図３３）およびマーカ配置調整部１９（図３３）へと供給する。
なお、本出願の図面では、マーカの三次元位置をその三次元座標によって定まる図面中の点として表す。
対応関係取得部１７は、取得された基準マーカ位置データｄ１１および原参照マーカ位置データｄ１２間の対応関係であるマーカデータ対応関係ｄ１３（図３３）を生成し、マーカ配置調整部１９へと供給する。
図３５の例においては、マーカデータ対応関係ｄ１３は、マーカデータ対応関係ｄ１３ａとして与えられる。具体的には、マーカデータ対応関係ｄ１３ａは、原参照形状データｄ７についての原参照マーカ位置データｄ１２における各マーカの三次元位置ｂ５、ｂ６およびｂ７をそれぞれ基準形状データｄ６についての基準マーカ位置データｄ１１における各マーカの三次元位置ｂ１、ｂ２およびｂ３に対応させる対応関係として与えられる。
マーカ配置調整部１９は、基準マーカ位置データｄ１１における各マーカの三次元位置ｂ１からｂ３のそれぞれと原参照マーカ位置データｄ１２における各マーカの三次元位置ｂ５からｂ７のそれぞれとが、マーカデータ対応関係ｄ１３（ｄ１３ａ）の対応関係に従って、できるだけ一致するような座標変換情報を求め、この座標変換情報によって基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７との配置合わせを行う。
本出願の図面では、マーカ位置データは、その表すマーカ位置形状によって表されており、図３５においては、基準マーカ位置データｄ１１および原参照マーカ位置データｄ１２は、それぞれ基準マーカ位置形状ｃ１および原参照マーカ位置形状ｃ２によって表されている。
なお、ここでの基準マーカ位置形状ｃ１および原参照マーカ位置形状ｃ２は、三次元デジタイザ２の測定誤差の影響は受けるものの、同じマーカｆ１、ｆ２およびｆ３に対するマーカ位置形状であるので略合同となる。
図３６は、個別形状データｄ２ｃおよびｄ２ｄが、図３５に示されるマーカデータ対応関係ｄ１３ａに基づいて適切に配置合わせされた様子を説明する図である。
図３６では、マーカデータ対応関係ｄ１３ａに基づいて、原参照形状データｄ７として取得された個別形状データｄ２ｄにおける各マーカｆ１、ｆ２およびｆ３それぞれについての形状データｄ２ｄｆ１、ｄ２ｄｆ２およびｄ２ｄｆ３が、それぞれ、基準形状データｄ６として取得された個別形状データｄ２ｃにおける各マーカｆ１、ｆ２およびｆ３についての形状データｄ２ｃｆ１、ｄ２ｃｆ２およびｄ２ｃｆ３にできるだけ重なって一致するような座標変換が、マーカ配置調整部１９によって求められる。
すなわち、マーカｆ１、ｆ２およびｆ３についての個別形状データｄ２ｄおよびｄ２ｃのそれぞれにおけるマーカの三次元位置ｂ１からｂ３がマーカデータ対応関係ｄ１３ａに基づいてそれぞれｂ５からｂ７にできるだけ一致するような座標変換が、マーカ配置調整部１９によって求められ、この座標変換を用いて個別形状データｄ２ｄが個別形状データｄ２ｃへと配置合わせされている。
以上に説明したように、重複した測定範囲ｎ３およびｎ４のそれぞれについての個別形状データｄ２ｃおよびｄ２ｄは、測定範囲ｎ３およびｎ４の重複部分における３以上のマーカｆ１からｆ３に基づいて三次元形状処理装置１００Ｂにおいて配置合わせされる。
○マーカに基づく配置合わせの誤りの類型：
次に、図３７から図４０は、マーカ位置形状に起因する配置合わせの誤りを説明する図である。
図３７では、図３７における測定範囲ｎ２に替えて測定範囲ｎ５が設定されており、個別形状データｄ２ｅが測定範囲ｎ５に対応している。測定範囲ｎ１およびｎ５の重複部分には、マーカｆ１、ｆ３およびｆ６が貼付されている。また、個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｅにおけるマーカｆ１、ｆ３およびｆ６についてのマーカ位置データｖ４ａおよびｖ４ｅは、それぞれマーカ位置形状ｃ４を表わしている。
図３８（ａ）は、図３７に示される測定範囲ｎ１およびｎ２の重複部分に存在するマーカｆ２、ｆ３およびｆ４についての、マーカ位置データｖ１ａおよびｖ１ｂがそれぞれ表すマーカ位置形状ｃ１の特徴を示している。ここで、図３８には、説明を簡単にするために座標軸ＸＹＺが設けられている。なお、他の図面においても適宜座標軸が設けられている。
また、図３８（ｂ）は、図３７に示される測定範囲ｎ１およびｎ５の重複部分に存在するマーカｆ１、ｆ３およびｆ６についての、マーカ位置データｖ４ａおよびｖ４ｅがそれぞれ表すマーカ位置形状ｃ４の特徴を示している。
図３８（ａ）に示されるように、マーカｆ３と、マーカｆ２およびｆ４とのＸ軸方向の距離は、長さＬ１である。また、図３８（ｂ）に示されるように、マーカｆ３と、マーカｆ１およびｆ６とのＸ軸方向の距離は、長さＬ２である。ここで、Ｌ１はＬ２の数倍程度の長さである。
図３９（ａ）は、図３７および図３７に示される個別形状データｄ２ａにおけるマーカｆ３の形状データｄ２ａｆ３近傍の形状データが表す三次元形状を示している。また、図３９（ｂ）は、図３９（ａ）に示された三次元形状を、図３９（ａ）における切断面線Ａ−Ａで切断した三次元形状を示している。
図３９（ｂ）に示されるように、個別形状データｄ２ａにおけるマーカｆ３の形状データｄ２ａｆ３が表す三次元形状は周辺部の形状よりも、＋Ｙ方向へ長さＬ３飛び出している。
図３９（ｃ）は、図３７および図３７にそれぞれ示される個別形状データｄ２ｂおよびｄ２ｅのそれぞれにおけるマーカｆ３についての形状データｄ２ｂｆ３およびｄ２ｅｆ３近傍の形状データが表す三次元形状を示している。また、図３９（ｄ）は、図３９（ｃ）に示された三次元形状を、図３９（ｃ）における切断面線Ｂ−Ｂで切断した三次元形状を示している。
図３９（ｄ）に示されるように、個別形状データｄ２ｂおよびｄ２ｅにおけるマーカｆ３の形状データｄ２ｂｆ３およびｄ２ｅｆ３がそれぞれ表す三次元形状は周辺部の形状と同一平面上にある。
なお、図３７における個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｂのそれぞれにおけるマーカｆ２およびｆ４についての形状データｄ２ａｆ２およびｄ２ａｆ４、ならびにｄ２ｂｆ２およびｄ２ｂｆ４がそれぞれ表す三次元形状もまた、それぞれ周辺部の形状と同一平面上にある。
同様に、図３７における個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｅのそれぞれにおけるマーカｆ１およびｆ６の形状データｄ２ａｆ１およびｄ２ａｆ６ならびにｄ２ｅｆ１およびｄ２ｅｆ６がそれぞれ表す三次元形状もまた、それぞれ周辺部の形状と同一平面上にある。
図４０（ａ）は、図３７の個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｂが、マーカｆ２、ｆ３およびｆ４に基づいて配置合わせされた三次元形状が図３９の切断線Ａ−Ａで切断された形状を示している。
また、図４０（ｂ）は、図３７に示された個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｅが、マーカｆ１、ｆ３およびｆ６に基づいて配置合わせされた三次元形状が図３９の切断線Ａ−Ａで切断された形状を示している。
図４０（ａ）では、個別形状データｄ２ａにおけるマーカｆ２、ｆ３およびｆ４についての形状データｄ２ａｆ２、ｄ２ａｆ３およびｄ２ａｆ４は、個別形状データｄ２ｂにおけるマーカｆ２、ｆ３およびｆ４についての形状データｄ２ｂｆ２、ｄ２ｂｆ３およびｄ２ｂｆ４とそれぞれ合わせられており、図３９（ｂ）に示された形状データｄ２ａｆ３が表す三次元形状と、その周辺の形状データが表す三次元形状とのＹ軸方向の差異である長さＬ３のために、個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｂがそれぞれ表す三次元形状には、角度θ１のズレが生じている。
また、図４０（ｂ）では、個別形状データｄ２ａにおけるマーカｆ１、ｆ３およびｆ６についての形状データｄ２ａｆ１、ｄ２ａｆ３およびｄ２ａｆ６は、個別形状データｄ２ｅにおけるマーカｆ１、ｆ３およびｆ６についての形状データｄ２ｅｆ１、ｄ２ｅｆ３およびｄ２２ｆ６とそれぞれ合わせられており、図３９（ｂ）に示された形状データｄ２ａｆ３が表す三次元形状と、その周辺の形状データが表す三次元形状とのＹ軸方向の差異である長さＬ３のために、個別形状データｄ２ａおよびｄ２ｅがそれぞれ表す三次元形状には、角度θ２のズレが生じている。
ここで、角度θ２は、角度θ１の数倍程度大きくなっている。これは、図３８（ａ）および図３８（ｂ）にそれぞれ示された長さＬ１およびＬ２の差に起因して生じている。
このように、マーカの三次元位置の検出誤差が同程度であっても、配置合わせに使用される３以上のマーカについてのマーカ位置形状の差異によっては、配置合わせ後の各形状データについてのズレは、大きく異なってくる。
ＩＣＰ法などを用いる配置合わせにおいては、１以上の基準形状データと原参照形状データにおける測定範囲の重複部分に対応するそれぞれの形状が許容限度を超えて異なっている場合には、配置合わせのズレが生ずるおそれがある。
同様に、マーカに基づいた配置合わせにおいても、１以上の基準形状データと原参照形状データにおける測定範囲の重複部分にそれぞれ存在するマーカ位置形状が、許容限度を超えて異なっている場合には、上述の例のように、正しいマーカデータ対応関係間が取得されていたとしても、配置合わせのズレが行生ずるおそれがあり、マーカに基づく配置合わせにおいては、この誤差は、配置合わせに用いられるマーカ間の位置関係によって、さらに増幅される場合がある。
ここで、これらの配置合わせの誤りを、本出願においてはマーカ位置形状に起因した配置合わせの誤りであると表現する。
なお、形状データ間の配置合わせにおいては、マーカ位置形状に起因した配置合わせの誤りも、形状検査の規格などのシステムの要求によっては許容されない。したがって、これらの誤りを正しく判定することが求められる。
○実施形態２における配置合わせ可否判定処理の原理の概要：
次に、マーカに基づく配置合わせによって、形状データ間の配置合わせを行う場合の配置合わせ可否判定処理の原理の概要を、ＩＣＰ法に基づく配置合わせとの差異と合わせて説明する。
ＩＣＰ法を用いる配置合わせにおいては、既述したように、基準形状データと原参照形状データとを近づける座標変換を求める演算毎に、各形状データにおける略同一形状部分間の対応関係を動的に求め、この対応関係に基づいて求められる座標変換を各形状データ間に施すことを繰り返し行うため、基準形状データと原参照形状データとの当初の配置関係が異なると、各形状データについての略同一形状部分間の対応関係も変動する。
従って、特に、各形状データの表す三次元形状の凹凸の少ない場合には、最終的な配置合わせ結果も各データ間の当初の配置関係によって異なる場合がある。
このため、ＩＣＰ法に基づく配置合わせにおける配置合わせ可否判定処理においては、三次元形状の位置および姿勢を示す形状配置のズレ、および三次元形状の歪みの少なくとも一方であるズレ歪みを、原参照形状データｄ７（図３）が表す三次元形状に対して付与することなどによってズレ歪み含有参照形状データｄ８（図３）を生成し、生成されたズレ歪み含有参照形状データｄ８などに対して基準形状データｄ６への配置合わせを試みる。
次に、この配置合わせによって生成された複数の配置調整済み参照形状データｄ１６（図３）についての形状配置の相互関係に基づいて複数の配置調整済み参照形状データｄ１６と基準形状データｄ６との配置合わせが成功したか否かを判定し、配置合わせが成功した複数の配置調整済み参照形状データｄ１６についての原参照形状データｄ７を配置合わせが可能であると判定する。
これに対して、マーカに基づく配置合わせにおいては、既述したように、先ず、基準形状データｄ６（図３３）と参照形状データｄ７（図３３）における各マーカの三次元位置の中から、複数のマーカについてのマーカ位置形状の、各形状データ間にわたる相互関係において、マーカ位置形状が相互に最も合同関係に近い３以上のマーカの三次元位置をそれぞれ探索する。
次に、探索されたそれぞれの３以上のマーカの三次元位置を基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７のそれぞれについての測定範囲が重複する部分に貼付された３以上のマーカから成るマーカ群についての三次元位置である基準マーカ位置データｄ１１（図３３）および原参照マーカ位置データｄ１２（図３３）として生成するとともに、基準マーカ位置データｄ１１における各マーカの三次元位置を、それぞれ原参照マーカ位置データｄ１２における各マーカの三次元位置に対応させるマーカデータ対応関係ｄ１３（図３３）を生成する。
次に、このマーカデータ対応関係ｄ１３に基づいて、基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７のそれぞれについて各マーカの三次元位置ができるだけ一致する座標変換を求め、この座標変換を適用することによって基準形状データと原参照形状データとの配置合わせを行う。
従って、マーカデータ対応関係ｄ１３は、基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７との当初の配置関係の影響をほとんど受けることなく生成され、基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７との配置合わせも、基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７との当初の配置関係の影響を受けることなく行われる。
このため、マーカに基づく配置合わせにおける配置合わせ可否判定処理においては、原参照形状データｄ７から生成された原参照マーカ位置データｄ１２が表すマーカ位置形状に対して、三次元形状の歪みを付与することによって歪み含有参照マーカ位置データｄ１４（図３３）が生成され、生成された歪み含有参照マーカ位置データｄ１４などに対して基準形状データｄ６から生成される基準マーカ位置データｄ１１への配置合わせが試みられる。
この配置合わせによって生成される複数の配置調整済みマーカ位置データの相互関係に基づいて複数の配置調整済みマーカ位置データと基準マーカ位置データｄ１１との配置合わせが成功したか否かが判定され、配置合わせが成功した複数の配置調整済みマーカ位置データについての原参照形状データｄ７が、配置合わせが可能であると判定される。
上述したように原参照マーカ位置データｄ１２に与える形状配置のズレは、配置調整済みマーカ位置データの原参照形状データｄ７に対する配置には影響を与えないので、本発明においては、原参照マーカ位置データｄ１２に対して歪みのみを付与してもよいし、歪みと共に形状配置のズレを付与してもよい。
なお、基準マーカ位置データｄ１１と複数の配置調整済みマーカ位置データのそれぞれとの相互関係ではなく、複数の配置調整済みマーカ位置データについての相互関係が採用される理由については、ＩＣＰ法、スピンイメージ法などの形状対応点に基づく配置合わせにおける配置合わせ可否判定処理において、基準形状データｄ６と複数の配置調整済み参照形状データｄ１６のそれぞれとの相互関係ではなく、複数の配置調整済み参照形状データｄ１６についての相互関係が用いられる理由と同様の理由によるものである。
つまり、基準マーカ位置データｄ１１と複数の配置調整済みマーカ位置データとが表現するマーカ位置形状が完全に合同でない限り、基準マーカ位置データｄ１１と複数の配置調整済みマーカ位置データのそれぞれとの相互関係によっては、複数の配置調整済みマーカ位置データと基準マーカ位置データｄ１１との配置合わせが成功したか否かを判定できないからである。
なお、マーカに基づく配置合わせの配置合わせ可否判定処理における判定方法の詳細については、三次元形状処理装置１００Ｂの説明において後述する。
［三次元形状処理装置１００Ｂ：］
図３３は、変形例に係る三次元形状データ処理装置１００Ｂの各機能部の構成を例示するブロック図である。図３３には、各機能部とともに、各機能部間で授受される主な情報が記載されている。また、制御信号などについての記載は省略されている。
図３３に示されるように、三次元形状処理装置１００Ｂは、操作部４、表示部５、入出力部６、抽出部７、形状データ取得部１０Ｂ、マーカ位置データ取得部１６、対応関係取得部１７、マーカ歪み付与部１８、マーカ配置調整部１９、配置合わせ可否判定部１３Ｂ、記憶部１４および制御処理部１５を主に備えて構成される。
三次元形状処理装置１００Ｂは、三次元形状データ処理システム３００Ｂの構成要素として機能する際には、供給される複数の判定用形状データｄ１が適正に配置合わせ可能なものであるか否かを判定する配置合わせ可否判定処理を行って、配置合わせ可能であると判定された判定用形状データｄ１に対応する装置配置情報を、三次元形状測定システム５００Ｂが複数の個別形状データを測定するときの装置配置情報である第２の装置配置情報として求める処理などを行う。
また、三次元形状処理装置１００Ｂが、三次元形状測定システム５００Ｂの構成要素として機能する際には、三次元デジタイザ２から供給される複数の個別形状データｄ２を、マーカに基づく配置合わせ方法を用いて配置合わせし、対象物１ｂについての全体的な三次元形状を表す形状データを生成する処理などを行う。
図３３に示される操作部４、表示部５、入出力部６、抽出部７、記憶部１４および制御処理部１５については、図３において同一の符号を付された機能要素と同一であるので説明を省略する。
なお、抽出部７、形状データ取得部１０Ｂ、マーカ位置データ取得部１６、対応関係取得部１７、マーカ歪み付与部１８、マーカ配置調整部１９、配置合わせ可否判定部１３Ｂおよび制御処理部１５は、ＣＰＵで所定の制御プログラムを実行することで実現しても良いし、専用のハードウェア回路を用いて実現しても良い。
◎形状データ取得部１０Ｂ：
○三次元形状データ処理システム３００Ｂ機能時の形状データ取得部１０Ｂ：
三次元形状データ処理システム３００Ｂが機能しているときは、形状データ取得部１０Ｂには、三次元デジタイザ２、抽出部７、および制御処理部１５から、それぞれ三次元測定された対象物１ｂの形状データ、ＣＡＤシステム８から供給される対象物１ｂについてのＣＡＤデータｄ５、および記憶部１４に記憶されている原参照形状データｄ７に対応した配置調整済み参照形状データｄ１６および基準形状データｄ６に基づいた複数の判定用形状データｄ１であって、１以上の判定用形状データと、それらの表す三次元形状の一部または全部と略同一の三次元形状であるとともに、対象物１ｂに貼付された複数のマーカのうち３以上のマーカ群の三次元形状が含まれる三次元形状を表す形状データをそれぞれ有する１以上の他の判定用形状データとを含んだ複数の判定用形状データｄ１が適宜供給される。
形状データ取得部１０Ｂは、供給された複数の判定用形状データｄ１から１以上の基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７を取得して、それらをマーカ位置データ取得部１６およびマーカ配置調整部１９へ供給する。
複数の判定用形状データの配置合わせ時に測定漏れ部分を確認するという観点からは、判定用形状データは、三次元デジタイザ２によって測定されるべき形状データとできるだけ同一の形状を有することが望ましい。
しかしながら、マーカに基づく配置合わせにおいては、基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７にそれぞれ含まれる、対象物１ｂ上の３以上のマーカからなる同一のマーカ群についての形状データに基づいて配置合わせがされるので、三次元デジタイザ２によって測定されるべき形状データと、その形状データに対応する判定用形状データとが、同じマーカについての形状データを含んでいる限り、これらの形状データがそれぞれ表す三次元形状が相互に多少異なっていたとしても本発明の有用性を損なうことはない。
図４１および図４２は、マーカが貼付された対象物１ｂについての基準形状データおよび原参照形状データの生成例を説明する図である。
図４１は、三次元デジタイザ２が判定用形状データｄ１ｃおよびｄ１ｄ（図４２）を生成するための三次元測定を行う様子を示している。対象物１ｂ上に３個のマーカｆ１、ｆ２およびｆ３が貼付されており、これらのマーカは、異なる装置配置情報に基づいて配置された三次元デジタイザ２についての２つの測定範囲ｎ３およびｎ４が重複している部分に貼付されている。
図４２は、図４１に示される測定範囲ｎ３およびｎ４にそれぞれ対応して取得された判定用形状データｄ１ｃおよびｄ１ｄが、それぞれ基準形状データｄ６ｂおよび原参照形状データｄ７ｂとして取得される様子を示している。
ここでは、判定用形状データｄ１ｃには、マーカｆ１、ｆ２およびｆ３の三次元形状を表す形状データｄ１ｃｆ１、ｄ１ｃｆ２およびｄ１ｃｆ３が含まれており、判定用形状データｄ１ｄには、マーカｆ１、ｆ２およびｆ３の三次元形状を表す形状データｄ１ｄｆ１、ｄ１ｄｆ２およびｄ１ｄｆ３が含まれている。
三次元デジタイザ２から形状データ取得部１０Ｂに供給された判定用形状データｄ１ｃおよびｄ１ｄは、形状データ取得部１０Ｂによってそれぞれ基準形状データｄ６ｂおよび原参照形状データｄ７ｂとして取得されている。また、これらの基準形状データｄ６ｂおよび原参照形状データｄ７ｂは、マーカ位置データ取得部１６およびマーカ配置調整部１９へと供給される。
なお、図４１および図４２では、２つの判定用形状データから基準形状データおよび原参照形状データが１つずつ生成されているが、実施形態２に係る基準形状データおよび原参照形状データも、図１４および図１５を用いて説明した実施形態１に係る基準形状データおよび原参照形状データと同様の種々の態様を取り得る。ただし、既述したように、１以上の基準形状データと原参照形状データとの略同一の形状部分には、３以上のマーカからなる同一のマーカ群についての形状データが含まれている必要がある。
なお、３以上のマーカについての形状データが、既に適切に配置合わせされている複数の基準形状データｄ６に渡って存在しているとともに、これから配置合わせされるべき原参照形状データｄ７にも存在していてもよい。
また、実施形態２における基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７となるべき複数の判定用形状データｄ１の供給方法などについても、実施形態１と同様である。
以上に説明したように、図３３に示される形状データ取得部１０Ｂは、複数のマーカが貼付された対象物１ｂについての複数の三次元形状をそれぞれ表す複数の判定用形状データｄ１のうち、１以上の判定用形状データｄ１を基準形状データｄ６として取得するとともに、それら１以上の基準形状データｄ６が表す三次元形状の一部または全部と略同一の三次元形状であって、対象物１ｂに貼付された複数のマーカのうち３以上のマーカから成るマーカ群の三次元形状が含まれる三次元形状を表す形状データを含んでいる他の判定用形状データを原参照形状データｄ７として取得する。
○三次元形状測定システム５００Ｂ機能時の形状データ取得部１０Ｂ：
三次元形状測定システム５００Ｂが機能するときの形状データ取得部１０Ｂは、判定用形状データｄ１に替えて個別形状データｄ２を供給されることを除き、三次元形状データ処理システム３００Ｂ機能時の形状データ取得部１０Ｂと同じ動作をする。
◎マーカ位置データ取得部１６：
○三次元形状データ処理システム３００Ｂ機能時のマーカ位置データ取得部１６：
図３３に示されるマーカ位置データ取得部１６は、三次元形状データ処理システム３００Ｂが機能するときは、供給された１以上の基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７のそれぞれについて、略同一の形状部分に存在する３以上のマーカについての形状データなどを抽出して、それらのマーカの三次元位置をそれぞれ示す１以上の基準マーカ位置データｄ１１および原参照マーカ位置データｄ１２を生成して、対応関係取得部１７およびマーカ配置調整部１９へと供給するとともに、原参照マーカ位置データｄ１２については、マーカ歪み付与部１８へも供給する。
図４３は、マーカ位置データ取得部１６および対応関係取得部１７の動作例を説明する図である。
図４３に示される基準形状データｄ６ｂおよび原参照形状データｄ７ｂは、それぞれ、図４２に示される基準形状データｄ６ｂおよび原参照形状データｄ７ｂである。
マーカ位置データ取得部１６は、基準形状データｄ６ｂおよび原参照形状データｄ７ｂなどを処理することによって、図４１に示されるマーカｆ１、ｆ２およびｆ３にそれぞれ対応する三次元位置を、基準形状データｄ６ｂについては、ｂ１、ｂ２およびｂ３として、また、原参照形状データｄ７ｂについては、ｂ４、ｂ５およびｂ６として求める。
求められたマーカの三次元位置ｂ１、ｂ２およびｂ３は、基準マーカ位置データｖ５を構成し、マーカの三次元位置ｂ４、ｂ５およびｂ６は、原参照マーカ位置データｖ６を構成する。なお、基準マーカ位置データｖ５および原参照マーカ位置データｖ６は、それぞれ図３３における基準マーカ位置データｄ１１および原参照マーカ位置データｄ１２に相当する。
具体的には、先ず、三次元測定時に得られた二次元画像からエッジ抽出処理などの画像処理によって、各マーカｆ１、ｆ２およびｆ３、ならびに図４１における測定範囲ｎ３およびｎ４の重複部分と異なる測定範囲に含まれる不図示の他のマーカの画像を抽出し、この画像から各マーカの中心に対応する画素位置をそれぞれ求める。
次に、求められた各画素位置に対応する三次元座標を基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７などの形状データから求めることなどによって各マーカｆ１、ｆ２およびｆ３ならびに不図示の他のマーカを含む全てのマーカについての三次元位置を、基準形状データｄ６ｂおよび原参照形状データｄ７ｂに対して求める。
次に、基準形状データｄ６ｂおよび原参照形状データｄ７ｂにおける求められた全てのマーカの三次元位置の中から、複数のマーカについてのマーカ位置形状の、基準形状データｄ６ｂおよび原参照形状データｄ７ｂ間にわたる相互関係において、マーカ位置形状が相互に最も合同関係に近い３以上のマーカの三次元位置を探索する。
なお、三次元デジタイザ２が取得した形状データにおいては、取得された形状データに対する三次元デジタイザ２の存在方向が判別可能であるため、通常、この探索では三次元デジタイザ２側のみから観察されるマーカ位置形状間に基づいた合同関係の探索が行われる。このため、表裏の誤認識に起因する誤った探索が防止される。
図４３の例では、基準形状データｄ６ｂにおけるマーカの三次元位置ｂ１、ｂ２およびｂ３により定められるマーカ位置形状ｃ５と、原参照形状データｄ７ｂにおけるマーカの三次元位置ｂ４、ｂ５およびｂ６により定められるマーカ位置形状ｃ６とが略合同である。
したがって、基準形状データｄ６ｂおよび原参照形状データｄ７ｂのそれぞれについてマーカの三次元位置ｂ１、ｂ２およびｂ３、ならびにｂ４、ｂ５およびｂ６が探索される。
次に、探索されたマーカの三次元位置ｂ１、ｂ２およびｂ３、ならびにｂ４、ｂ５およびｂ６を、基準形状データｄ６ｂおよび原参照形状データｄ７ｂのそれぞれについての測定範囲ｎ３およびｎ４が重複する部分に貼付された３以上のマーカｆ１、ｆ２およびｆ３から成るマーカ群についての三次元位置である基準マーカ位置データｖ５および原参照マーカ位置データｖ６として生成する。
また、マーカの三次元位置の生成について、ＣＡＤデータなどにおいては、通常、各マーカ部分は予め、独立した各部位として登録されているため、二次元画像を用いることなくマーカの三次元位置を求めることができる。
生成された、基準マーカ位置データｖ５および原参照マーカ位置データｖ６は、それぞれ図３３における基準マーカ位置データｄ１１および原参照マーカ位置データｄ１２として対応関係取得部１７およびマーカ配置調整部１９へ供給される。
以上に説明したように、マーカ位置データ取得部１６は、１以上の基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７について、これらの形状データについての測定範囲の対象物１ｂ上での重複部分に存在するマーカ群の各三次元位置をそれぞれ示す１以上の基準マーカ位置データｄ１１および原参照マーカ位置データｄ１２を求める。
○三次元形状測定システム５００Ｂ機能時のマーカ位置データ取得部１６:
三次元形状測定システム５００Ｂが機能しているときのマーカ位置データ取得部１６は、三次元形状データ処理システム３００Ｂ機能時と同じ動作によって生成した基準マーカ位置データｄ１１および原参照マーカ位置データｄ１２を対応関係取得部１７へ供給する。
◎対応関係取得部１７：
図３３に示される対応関係取得部１７は、三次元形状データ処理システム３００Ｂの機能時および三次元形状測定システム５００Ｂの機能時に、同じ動作を行う。対応関係取得部１７は、マーカ位置データ取得部１６から供給された１以上の基準マーカ位置データｄ１１および原参照マーカ位置データｄ１２間の対応関係であるマーカデータ対応関係ｄ１３を生成し、マーカ配置調整部１９へと供給する。
図４３の例においては、マーカデータ対応関係ｄ１３ｂがマーカデータ対応関係ｄ１３に相当する。マーカデータ対応関係ｄ１３ｂは、具体的には、原参照形状データｄ７ｂについての原参照マーカ位置データｖ６における各マーカの三次元位置ｂ４、ｂ５およびｂ６をそれぞれ基準形状データｄ６ｂについての基準マーカ位置データｖ５における各マーカの三次元位置ｂ１、ｂ２およびｂ３に対応させる対応関係として与えられる。
なお、マーカデータ対応関係ｄ１３ｂは、例えば、合同なマーカ位置形状ｃ５とマーカ位置形状ｃ６の各頂点の対応関係などから求めることができる。
したがって、図３３においては、マーカ位置データ取得部１６と対応関係取得部１７とは、異なる機能部であるが、同一の機能部によってマーカ位置データ取得部１６および対応関係取得部１７を実現してもよい。
◎マーカ歪み付与部１８：
図３３に示されるマーカ歪み付与部１８は、三次元形状データ処理システム３００Ａが機能しているときに作動する機能部であり、実施形態１に係るズレ歪み付与部１１に対応する機能部である。
マーカ歪み付与部１８は、マーカ位置データ取得部１６から原参照マーカ位置データｄ１２を、制御処理部１５から三次元デジタイザ２の測定精度ｄ１８を供給されて、マーカ位置データ取得部１６が表す三次元形状に１または相互に異なる複数の歪みが付与された１または複数の歪み含有参照マーカ位置形状を、それぞれ表す１または複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４を生成し、マーカ配置調整部１９へ供給する。
なお、実施形態２に係る配置合わせ可否判定処理の原理の概要の説明において、説明したようにマーカ歪み付与部１８は、実施形態１に係る形状配置調整部１２とは異なり、原参照マーカ位置形状に形状の歪みを必ず付与する。つまり、形状配置のズレは、配置合わせ可否判定処理の判定結果に影響を及ぼさないので付与しても付与しなくてもよいが、少なくとも形状の歪みは必ず付与する。
図４４は、歪み含有参照マーカ位置データｖ７およびｖ８の生成例を説明する図である。なお、図４４においては、マーカ位置形状の歪み量を、マーカ位置形状の大きさに対して誇張して表示している。
図４４において、マーカの三次元位置ｂ４、ｂ５およびｂ６によって定められる原参照マーカ位置形状ｃ６を表す原参照マーカ位置データｖ６は、マーカ位置データ取得部１６からマーカ歪み付与部１８に供給されている。
マーカ歪み付与部１８は、マーカの三次元位置ｂ４に形状歪み変換Ｍ１ｄを付与してマーカの三次元位置ｂ７を生成することによって、マーカの三次元位置ｂ５、ｂ６およびｂ７によって定められる歪み含有参照マーカ位置形状ｃ７を表す歪み含有参照マーカ位置データｖ７を生成するともに、マーカの三次元位置ｂ６に形状歪み変換Ｍ１ｅを付与してマーカの三次元位置ｂ８を生成することによってマーカの三次元位置ｂ４、ｂ５およびｂ８によって定められる歪み含有参照マーカ位置形状ｃ８を表す歪み含有参照マーカ位置データｖ８を生成している。
ここで、歪み含有参照マーカ位置データｖ７およびｖ８がそれぞれ表す歪み含有参照マーカ位置形状ｃ７およびｃ８は、原参照マーカ位置データｖ６が表す原参照マーカ位置形状ｃ６に歪みが付与されたマーカ位置形状である。
形状歪み変換Ｍ１ｄおよびＭ１ｅは、実施形態１に係るズレ歪み付与部１１が、原参照形状データｄ７に対して付与する形状歪み変換と同種の変換である。
図４４の例では、原参照マーカ位置データｖ６を構成する３つのマーカの三次元位置のうち１つの三次元位置のみに形状歪み変換が付与されて歪み含有参照マーカ位置データが生成されているが、例えば、原参照マーカ位置データｖ６を構成する３つのマーカの三次元位置をそれぞれ異なる方向に移動させるなど、原参照マーカ位置形状ｃ６に対して少なくとも形状の歪みを発生させる変換であればどのような変換であってもよい。
また、与えられる形状歪み変換は、実施形態１に係るズレ歪み付与部１１が付与する形状歪み変換と同じく、三次元デジタイザ２の測定精度ｄ１８に基づいて設定されても良いし、測定精度ｄ１８に基づくことなく適切な歪み変換を設定しても良い。
また、ズレ歪み付与部１１と同様に、マーカ歪み付与部１８は、または相互に異なる複数の歪みが付与された１または複数の歪み含有参照マーカ位置形状を生成する。なお、１つだけの歪み含有参照マーカ位置形状を生成する場合には、マーカ配置調整部１９における配置調整において、必ず原参照マーカ位置データｄ１２も配置調整の対象とされることによって、複数の配置調整済みマーカ位置データが生成される。
以上に説明したように、マーカ歪み付与部１８は、原参照マーカ位置データｄ１２を構成する各三次元位置の少なくとも１つが変更されることによって、原参照マーカ位置データｄ１２が表す三次元形状である原参照マーカ位置形状に１または相互に異なる複数の歪みが付与された１または複数の歪み含有参照マーカ位置形状を、それぞれ表す１または複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４を生成する。
◎マーカ配置調整部１９：
図３３に示されるマーカ配置調整部１９は、実施形態１に係る形状配置調整部１２に対応する機能部である。
○三次元形状データ処理システム３００Ｂ機能時のマーカ配置調整部１９：
三次元形状データ処理システム３００Ｂ機能時のマーカ配置調整部１９は、形状データ取得部１０Ｂから１以上の基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７を、マーカ位置データ取得部１６から１以上の基準マーカ位置データｄ１１および原参照マーカ位置データｄ１２を、対応関係取得部１７からマーカデータ対応関係ｄ１３を、マーカ歪み付与部１８から１または複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４を、制御処理部１５から三次元デジタイザ２についての装置配置情報ｄ４を、それぞれ供給される。
これらの各種データの供給を受けたマーカ配置調整部１９は、原参照マーカ位置データｄ１２および、１または複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４のそれぞれについての各マーカの三次元位置と、１以上の基準マーカ位置データｄ１１についてのマーカの三次元位置とが、マーカデータ対応関係ｄ１３に従って１の座標系においてそれぞれなるべく一致するように、原参照マーカ位置データｄ１２が表す原参照マーカ位置形状と、１または複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４がそれぞれ表す１または複数の歪み含有参照マーカ位置形状とのそれぞれについての位置および姿勢を示す複数の形状配置を調整することによって複数の配置調整済みマーカ位置データを生成する動作を行う。
マーカ配置調整部１９は、また、複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４のそれぞれについての各マーカの三次元位置と、１以上の基準マーカ位置データｄ１１についての各マーカの三次元位置とが、マーカデータ対応関係ｄ１３に従って１の座標系においてそれぞれなるべく一致するように、複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４がそれぞれ表す複数の歪み含有参照マーカ位置形状についての複数の形状配置を調整することによって、複数の配置調整済みマーカ位置データを生成する動作を行う。
マーカ配置調整部１９は、上述した複数の配置調整済みマーカ位置データの生成の際に用いられた複数の形状配置合わせ変換Ｍ３を配置合わせ可否判定部１３Ｂへと供給するとともに、複数の形状配置合わせ変換Ｍ３をそれぞれ、装置配置情報ｄ４に基づいて基準形状データｄ６と共通の１の座標系に変換された原参照形状データｄ７に適用することによって得られる複数の配置調整済み参照形状データｄ１６と、基準形状データｄ６とを目視による配置合わせの確認などに供するために記憶部１４へと供給する。
図４５および図４６を用いて、以下に、マーカ配置調整部１９の動作を説明する。なお、図４５および図４６においては、マーカ位置形状の歪み量およびマーカ位置形状間の配置ずれ量を、マーカ位置形状の大きさに対して誇張して表示している。
図４５は、マーカ配置調整部１９が、配置合わせが成功した配置調整済みマーカ位置データを生成する過程を説明する図であり、図４６は、マーカ配置調整部１９が、配置合わせが失敗した配置調整済みマーカ位置データを生成する過程を説明する図である。
図４５には、基準マーカ位置形状ｃ５および原参照マーカ位置形状ｃ６をそれぞれ表す基準マーカ位置データｖ５および原参照マーカ位置データｖ６が、それぞれに対応する三次元デジタイザ２の装置配置情報ｄ４に基づいて、マーカ配置調整部１９によって１の座標系に変換されている。
ここでの基準マーカ位置データｖ５と原参照マーカ位置データｖ６とのズレは、マニピュレータ３ａの配置決め誤差などに起因するものである。
また、歪み含有参照マーカ位置形状ｃ７およびｃ８によってそれぞれ表されている歪み含有参照マーカ位置データｖ７およびｖ８は、マーカ歪み付与部１８において原参照マーカ位置データｖ６から生成されたものである。
原参照マーカ位置データｖ６と、歪み含有参照マーカ位置データｖ７およびｖ８とのずれは、マーカ歪み付与部１８において原参照マーカ位置データｖ６に与えられた形状歪み変換に起因するものである。
また、原参照マーカ位置データｖ６ならびに歪み含有参照マーカ位置データｖ７およびｖ８についての各マーカの三次元位置が、マーカデータ対応関係ｄ１３に基づいて、１の座標系において原参照マーカ位置データｖ６についての各マーカの三次元位置にそれぞれなるべく一致するように、原参照マーカ位置データｖ６ならびに歪み含有参照マーカ位置データｖ７およびｖ８に対してそれぞれ形状配置合わせ変換Ｍ３ｄ、Ｍ３ｅおよびＭ３ｆを施すことによって、配置の調整が試みられる。
この結果、それぞれ配置調整済みマーカ位置形状ｃ６’、ｃ７’およびｃ８’を表す配置調整済みマーカ位置データｖ６’、ｖ７’およびｖ８’が生成されて、基準マーカ位置データｖ５に対して適切に配置合わせが成されている。
ここでそれぞれの形状配置合わせ変換Ｍ３ｄ、Ｍ３ｅおよびＭ３ｆは、配置合わせされる原参照マーカ位置データｖ６ならびに歪み含有参照マーカ位置データｖ７およびｖ８の各頂点すなわち各マーカの三次元位置を、マーカデータ対応関係ｄ１３に従って基準マーカ位置データｖ５についての各マーカの三次元位置にアフィン変換によってそれぞれ対応させる連立方程式を作成し、最小二乗法を用いて、（１）式または（２）式で表されるアフィン変換の変換行列を求めることなどによって生成される。従って、配置調整済み参照形状データｄ１６を生成する前に、これらのアフィン変換は生成される。
図４６では、図４５の例と全く同様にして配置合わせがされたが、歪み含有参照マーカ位置データｖ８の配置合わせが、失敗した例を示している。このような配置合わせの失敗は、例えば、原参照マーカ位置データｖ６についてのマーカ位置形状が、歪み付与の影響を受けやすい形状をしている場合などに、三次元空間的に発生する。
形状配置合わせ変換Ｍ３ｄ、Ｍ３ｅおよびＭ３ｆは、配置合わせの結果に関わらず、それぞれ形状配置合わせ変換Ｍ３（図３３）として配置合わせ可否判定部１３Ｂへと供給されて、配置合わせ可否判定処理に供せられる。
また、基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７とにそれぞれ対応する装置配置情報ｄ４に基づいて基準形状データｄ６と共通の１の座標系に変換された原参照形状データｄ７に対して、形状配置合わせ変換Ｍ３ｄ、Ｍ３ｅおよびＭ３ｆを適用することによって得られる複数の配置調整済み参照形状データｄ１６と、基準形状データｄ６とが、表示画像の目視による配置合わせの確認などのために記憶部１４へと供給される。
なお、実施形態２においては、基準マーカ位置データｄ１１と原参照マーカ位置データｄ１２との対応関係として求められた１つのマーカデータ対応関係ｄ１３を原参照マーカ位置データｖ６および各歪み含有参照マーカ位置データｖ７の全てに適用して複数の配置調整済みマーカ位置データをそれぞれ生成する配置合わせが行われているが、別法も採用し得る。
この別法としては、例えば、各歪み含有参照マーカ位置データｖ７が生成された後に、基準形状データｄ６に含まれる全てのマーカを対象として各歪み含有参照マーカ位置データｖ７のそれぞれと最も合同関係に近いマーカ位置形状を表す各マーカ位置データを新たに探索するとともに、歪み含有参照マーカ位置データと新たに探索されたマーカ位置データとの組合わせ毎にマーカデータ対応関係をそれぞれ取得し、これらのマーカデータ対応関係に基づいて各歪み含有参照マーカ位置データｖ７を、対応するマーカ位置形状へ配置合わせすることによって複数の配置調整済みマーカ位置データを生成する手法を採用し得る。
この別法によれば、測定誤差などに起因したマーカ位置形状の歪みによって発生する誤った配置合わせを、１つのマーカデータ対応関係ｄ１３に基づいて配置合わせを試みる場合よりも、広範な範囲にわたって模擬することができる。
尚、該別法における新たなマーカ位置データの探索については、基準形状データｄ６だけでなく過去に配置合わせ可能であると判定された原参照形状データｄ７をも対象として行ってもよい。
○三次元形状測定システム５００Ｂ機能時のマーカ配置調整部１９：
三次元形状測定システム５００Ｂ機能時のマーカ配置調整部１９は、形状データ取得部１０Ｂから複数の個別形状データに基づいた１以上の基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７を、マーカ位置データ取得部１６から１以上の基準マーカ位置データｄ１１および原参照マーカ位置データｄ１２を、対応関係取得部１７からマーカデータ対応関係ｄ１３を、制御処理部１５から三次元デジタイザ２についての装置配置情報ｄ４を、それぞれ供給される。
マーカ配置調整部１９は、三次元形状データ処理システム３００Ｂの機能時と同様に、マーカ位置データ取得部１６で求められるマーカデータ対応関係ｄ１３に従って、原参照マーカ位置データｄ１２についての各マーカの三次元位置を基準マーカ位置データｄ１１についての各マーカの三次元位置にそれぞれ、できるだけ一致させる形状配置合わせ変換を求める。
次に、マーカ配置調整部１９は、求められた形状配置合わせ変換を、基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７とにそれぞれ対応する装置配置情報ｄ４に基づいて基準形状データｄ６と共通の１の座標系に変換された原参照形状データｄ７に対して適用することによって、基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７との配置合わせを行う。
配置合わせされた基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７とは、配置合わせ済み個別形状データｄ１７として記憶部１４へ供給される。
◎配置合わせ可否判定部１３Ｂ：
図３３に示される配置合わせ可否判定部１３Ｂは、三次元形状データ処理システム３００Ｂが機能しているときに作動する機能部である。配置合わせ可否判定部１３Ｂは、マーカ配置調整部１９から形状配置合わせ変換Ｍ３を表す変換行列を供給されて、これらの変換行列に基づいて、マーカ配置調整部１９において生成された複数の配置調整済みマーカ位置データについての形状配置の相互関係を表す評価値を求める。
配置合わせ可否判定部１３Ｂは、この評価値を判定用閾値ｔｈ１と比較することにより、原参照形状データｄ７が、形状データ取得部１０Ｂからマーカ配置調整部１９へと供給された１以上の基準形状データｄ６に配置合わせされることによって、基準形状データｄ６とともに対象物についての１の全体的な三次元形状を表すように形状配置を調整することができる配置合わせ可能形状データであるか否かを判定する配置合わせ可否判定処理を行う。
なお、判定用閾値ｔｈ１は、記憶部１４に記憶されており、制御処理部１５から配置合わせ可否判定部１３Ｂへ供給される。
また、原参照形状データｄ７が、配置合わせ可能形状データであるか否か、すなわち原参照形状データｄ７の配置合わせが適切にできるか否かを判定した判定結果ｄ２１は、制御処理部１５へと供給されて、表示部５に表示される。
判定結果ｄ２１が表示部５に表示されることによって、測定者は、表示部５に表示された配置調整済み参照形状データｄ１６および基準形状データｄ６の表示状態を種々に変更しつつ目視による配置合わせの確認をする必要が無くなり、客観的な数値によって配置合わせの可否（成否）を判断できるので、目視による判定の誤りを防止することができるとともに、作業効率を向上させることができる。
次に、図４５および図４６に示された形状配置合わせ変換を用いて、複数の配置調整済みマーカ位置データについての形状配置の相互関係を表す評価値を求める手法の例を説明する。
図４５に示される形状配置合わせ変換Ｍ３ｄ、Ｍ３ｅ、およびＭ３ｆは、それぞれ、配置調整済みマーカ位置データｖ６’、ｖ７’、およびｖ８’が、原参照マーカ位置データｖ６から生成される過程における、各配置調整済みマーカ位置データについての「形状配置の変動情報」を表わしている。
ここで、原参照マーカ位置データｖ６の形状配置を基準とする各歪み含有参照マーカ位置データの形状配置の変化は、形状配置合わせ変換Ｍ３ｄ、Ｍ３ｅ、およびＭ３ｆに比べると極めて小さいので、形状配置合わせ変換Ｍ３ｄ、Ｍ３ｅ、およびＭ３ｆは、それぞれ、原参照マーカ位置データｖ６についての形状配置を基準とした配置調整済みマーカ位置データｖ６’、ｖ７’、およびｖ８’についての相対的な形状配置、すなわち、各配置調整済みマーカ位置データについての形状配置の相互関係を表わしていることになる。
図４５に示されるように各配置調整済みマーカ位置データの配置合わせが成功する場合は、任意の形状配置に対する配置調整済みマーカ位置データｖ６’、ｖ７’、およびｖ８’のそれぞれの相対的な形状配置は、検査規格などによって定められた所定範囲内のばらつきを有する略同一の形状配置となるので、形状配置合わせ変換Ｍ３ｄ、Ｍ３ｅ、およびＭ３ｆをそれぞれ表す複数の変換行列は略同一の変換行列となる。
しかし、図４６に示されるように各配置調整済みマーカ位置データについての配置合わせが失敗した場合は、配置調整済みマーカ位置データｖ６’、ｖ７’、およびｖ８についての相対的形状配置変換をそれぞれ表す複数の変換行列は略同一の変換行列とはならない。
従って、配置合わせ可否判定処理の原理の概要において説明したように、それぞれの相対的形状配置変換に基づいて、複数の配置調整済みマーカ位置データの基準マーカ位置データｖ５に対する配置合わせが成功しているか否か、すなわち、原参照形状データｄ７が、基準形状データｄ６に対して配置合わせ可能な配置合わせ可能形状データであるか否かを判定することができるとともに、配置合わせに使用されたマーカが含まれる原参照形状データｄ７を得た三次元デジタイザ２の装置配置情報ｄ４についても適切であったか否かを判定することもできる。
なお、マーカ配置調整部１９において原参照マーカ位置データｖ６が基準マーカ位置データｖ５への配置合わせを試みられなかった場合においても、図４５に示される例と同様に、形状配置合わせ変Ｍ３ｅおよびＭ３ｆとして与えられる相対的形状配置変換によって、原参照マーカ位置データｖ６についての形状配置を基準とした配置調整済みマーカ位置データｖ７’およびｖ８’についての相対的な形状配置を表すことができる。
なお、相対的形状配置変換として表された、複数の配置調整済みマーカ位置データについての形状配置の相互関係を評価するための評価値を求め、複数の配置調整済みマーカ位置データの配置合わせが成功したか否かを判定する手法に関する評価値の取得方法および判定用閾値ｔｈ１の設定方法などについは、実施形態１に係る配置合わせ可否判定部１３Ａについての説明における判定手法と同様の種々の取得方法および設定方法を採用し得る。
このように、図４５の例では、配置調整済みマーカ位置データｖ６’、ｖ７’、およびｖ８’が原参照マーカ位置データｖ６から生成される過程における、各配置調整済みマーカ位置データについてのそれぞれの形状配置の変動情報である、形状配置合わせ変換Ｍ３ｄ、Ｍ３ｅ、およびＭ３ｆのそれぞれによって、形状配置、装置配置、その他の座標空間における任意の配置を基準とする各配置調整済みマーカ位置データについての相対的な形状配置を与える相対的形状配置変換を表すことができる。また、座標間の関係が既知であれば、配置調整済み参照形状データが存在している座標系とは異なる座標系における配置を基準とすることもできる。
以上に説明したように、配置合わせ可否判定部１３Ｂは、１以上の基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７とが対象物についての１の全体的な三次元形状を表すように、原参照形状データｄ７についての形状配置をマーカデータ対応関係ｄ１３に基づいて調整することができるか否かを、複数の配置調整済みマーカ位置データがそれぞれ表す複数の三次元形状についての形状配置の相互関係に基づいて判定する判定処理を行う。
基準マーカ位置データｄ１１と原参照マーカ位置データｄ１２との相互関係によって、両者の配置合わせの可否を判定する場合には、それぞれが表すマーカ位置形状が完全な合同図形であるならば、マーカデータ対応関係ｄ１３に従って、それぞれの各マーカの三次元位置が完全に一致する状態を正しい配置合わせの状態であると判定できるが、三次元デジタイザ２の測定誤差のために、基準マーカ位置データｄ１１と原参照マーカ位置データｄ１２が表すマーカ位置形状が合同となることは、実際には、ほとんど起こりえない。
従って、基準マーカ位置データｄ１１と原参照マーカ位置データｄ１２との相互関係によっては、基準マーカ位置データｄ１１と原参照マーカ位置データｄ１２とが所定の許容範囲内の精度で対象物の形状を再現できるか否かを判定できない。
これに対して、異なるマーカ位置形状を表す複数の配置調整済みマーカ位置データについての形状配置の相互関係に基づいて原参照形状データｄ７についての配置合わせの可否を判定する本実施形態の手法を採用すれば、マーカの三次元位置によって表される複数の識別点が設けられた対象物上の測定範囲（第２領域）における３以上の着目識別点のそれぞれの位置を表現した原参照マーカ位置データｄ１２から生成された複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４、または、１以上の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４および原参照マーカ位置データｄ１２からなる複数の第３位置データが、原参照マーカ位置データｄ１２の測定範囲と重なる部分を有する測定範囲（第１領域）における３以上の着目識別点のそれぞれの位置を表現した基準マーカ位置データｄ１１に配置合わせさることによって生成された、複数の配置調整済みマーカ位置データについての形状配置の相互関係に基づいて、第１領域および第２領域についての対象物の三次元形状をそれぞれ表現した各形状データが、所定の許容範囲内の精度で対象物の三次元形状を再現可能か否かが判定される。
従って、基準マーカ位置データｄ１１と原参照マーカ位置データｄ１２とについての形状配置の相互関係によっては、第１領域および第２領域についての対象物の三次元形状をそれぞれ表現した各形状データが、所定の許容範囲内の精度で対象物の三次元形状を再現可能か否かが判定できない場合であっても、配置合わせの可否を正しく判定できる確率を向上させることができる。
また、配置合わせ可否判定部１３Ｂは、この相互関係を、例えば、複数の配置調整済みマーカ位置データのそれぞれが原参照マーカ位置データｄ１２から生成される過程における各配置調整済みマーカ位置データについての形状配置の変動情報に基づいて求める手法を採用し得る。
形状配置の変動情報に基づいてこの相互関係を求める手法を採用すれば、生成された複数の配置調整済みマーカ位置データがそれぞれ表す三次元形状間の形状配置を解析するなどして該相互関係を求める必要が無く、配置調整済みマーカ位置データが生成される過程における形状配置の変動情報に基づいて該相互関係を求めることができるので、原参照マーカ位置データｄ１２についてのマーカ位置形状に関わらず、正確な相互関係を求めることができ、配置合わせの可否を正しく判定できる確率を向上させることができる。
なお、例えば、原参照マーカ位置データｄ１２を構成する同一直線上にない３点以上のマーカの三次元位置にそれぞれ対応する複数の配置調整済みマーカ位置データの３点以上マーカの三次元位置が表すマーカ位置形状間の相互関係に基づいて、複数の配置調整済みマーカ位置データがそれぞれ表すマーカ位置形状についての形状配置の相互関係を求める手法などを採用し得る。
また、実施形態１に係る配置合わせ可否判定部１３Ａと同様に、配置合わせ可否判定部１３Ｂにおいても、各配置調整済みマーカ位置データに対応する各装置配置情報ｄ４に着目することによって配置合わせの可否を判定してもよい。
［実施形態２に係る装置およびシステムの動作フロー：］
次に、図２９、図３０および図４７に示されるフローチャートを用いて三次元形状測定システム５００Ｂ、三次元形状データ処理システム３００Ｂおよび三次元形状処理装置１００Ｂの動作フローを説明する。
図２９は、三次元形状測定システム５００Ｂによって行われる、対象物１ｂの全体的な三次元形状を表す形状データを生成する手順ステップＳ１Ｂの概要を例示するフローチャートである。
また、図３０は、三次元形状データ処理システム３００Ｂによって行われる、図２９のステップＳ１１０に記載された複数の第２の装置配置情報を生成する処理についての概要を例示するフローチャートである。
また、図４７は、三次元形状処理装置１００Ｂによって行われる、配置合わせ可否判定処理（図３０のステップＳ２３０Ｂ）についての概要を例示するフローチャートである。
実施形態１に係る図２９、図３０および図３１に記載されたフローチャートと、実施形態２に係る図２９、図３０および図４７に記載されたフローチャートとでは、実質的には、図３１および図４７に記載された配置合わせ可否判定処理（ステップＳ２３０およびＳ２３０Ｂ）のフローチャートのみが異なるものである。
従って、実施形態２に係る動作のフローとしては、以下に図４７に記載された配置合わせ可否判定処理（ステップＳ２３０Ｂ）のみを説明する。
図４７のステップＳ４１０において、形状データ取得部１０Ｂは、供給された複数のマーカが添付された対象物１ｂについての複数の判定用形状データｄ１のうち、１以上の判定用形状データｄ１を基準形状データｄ６として取得するとともに、１以上の基準形状データｄ６が表す三次元形状の一部または全部と略同一の三次元形状であって、対象物１ｂに貼付された複数のマーカのうち３以上のマーカ群の三次元形状が含まれる三次元形状を表す形状データを含んだ他の判定用形状データｄ１を原参照形状データｄ７として取得し、１以上の基準形状データｄ６と原参照形状データｄ７とをマーカ位置データ取得部１６およびマーカ配置調整部１９へと供給する。
次に、マーカ位置データ取得部１６は、供給された１以上の基準形状データｄ６および原参照形状データｄ７について、それぞれ含まれる全てのマーカの三次元位置を求め、基準形状データｄ６についての全てのマーカの三次元位置と、原参照形状データｄ７についての全てのマーカの三次元位置とから、これらの形状データ間にわたる相互関係において、マーカ位置形状が相互に最も合同関係に近い３以上のマーカの三次元位置を探索し、１以上の基準マーカ位置データｄ１１において探索された３以上のマーカの三次元位置を、１以上の基準マーカ位置データｄ１１として生成して対応関係取得部１７およびマーカ配置調整部１９へと供給する（ステップＳ４２０）。
また、原参照マーカ位置データｄ１２において探索された３以上のマーカの三次元位置を原参照マーカ位置データｄ１２として生成し、対応関係取得部１７、マーカ歪み付与部１８およびマーカ配置調整部１９へ供給する（ステップＳ４３０）。
対応関係取得部１７は、供給された１以上の基準マーカ位置データｄ１１および原参照マーカ位置データｄ１２のそれぞれが表す略合同なマーカ位置形状間の対応関係などに基づいて、各基準マーカ位置データｄ１１についての各マーカの三次元位置と原参照マーカ位置データｄ１２についての各マーカの三次元位置との対応関係を表すマーカデータ対応関係ｄ１３を生成しマーカ配置調整部１９へ供給する（ステップＳ４４０）。
マーカ歪み付与部１８は、別途制御処理部１５から供給された三次元デジタイザ２の測定精度ｄ１８などに基づいて、供給された原参照マーカ位置データｄ１２についての各マーカの三次元位置の少なくとも１つを変更することによって、原参照マーカ位置データｄ１２が表す三次元形状である原参照マーカ位置形状に１または相互に異なる複数の歪みが付与された１または複数の歪み含有参照マーカ位置形状を、それぞれ表す１または複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４を生成し、マーカ配置調整部１９へと供給する（ステップＳ４５０）。
マーカ配置調整部１９は、供給されたマーカデータ対応関係ｄ１３に基づいて、原参照マーカ位置データｄ１２および、１または複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４、あるいは複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４のそれぞれについての各マーカの三次元位置と、１以上の基準マーカ位置データについての各マーカの三次元位置とが、１の座標系においてそれぞれなるべく一致するように、原参照マーカ位置データｄ１２が表すマーカ位置形状と、１または複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４が表すマーカ位置形状とのそれぞれについての位置および姿勢を示す複数の形状配置を調整すること、または、複数の歪み含有参照マーカ位置データｄ１４が表すマーカ位置形状についての複数の形状配置を調整することによって、複数の配置調整済みマーカ位置データを生成する。
また、マーカ配置調整部１９は、複数の配置調整済みマーカ位置データの生成過程で得られた複数のアフィン変換である形状配置合わせ変換Ｍ３を配置合わせ可否判定部１３Ｂへ供給するとともに、基準形状データｄ６と、形状配置合わせ変換Ｍ３によって配置した基準形状データｄ６を配置調整済み参照形状データｄ１６として記憶部１４へ供給する（ステップＳ４６０）。
配置合わせ可否判定部１３Ｂへ供給された形状配置合わせ変換Ｍ３は、配置合わせ可否判定部１３Ｂによって、複数の配置調整済みマーカ位置データがそれぞれ表す複数の三次元形状についての形状配置の相互関係を表す評価値へと変換される（ステップＳ４７０）。
配置合わせ可否判定部１３Ｂは、この評価値と、制御処理部１５から供給される判定用閾値ｔｈ１とを比較する（ステップＳ４８０）。
比較の結果、評価値が判定用閾値ｔｈ１以下であれば、複数の配置調整済みマーカ位置データの配置合わせが成功した、すなわち、原参照形状データｄ７は基準形状データｄ６に対して適切に配置合わせ可能な配置合わせ可能形状データであると判定されてこの判定結果を示す判定結果ｄ２１は制御処理部１５へと供給され（ステップＳ４９０）、処理はステップＳ２３０Ｂ（図３０）へと戻される。
比較の結果、評価値が判定用閾値ｔｈ１よりも大きければ、複数の配置調整済みマーカ位置データの配置合わせが失敗した、すなわち、原参照形状データｄ７は基準形状データｄ６に対して適切に配置合わせ可能な配置合わせ可能形状データではないと判定されてこの判定結果を示す判定結果ｄ２１は制御処理部１５へと供給され（ステップＳ４９２）、処理はステップＳ２３０Ｂへと戻されて、配置合わせ可否判定処理の全行程が終了する。
以上に説明した三次元形状処理装置１００Ｂによる配置合わせ可否判定処理および図３０に記載された三次元形状データ処理システム３００Ｂによる複数の第２の装置配置情報を生成する処理、および図２９に記載された処理によって、三次元形状測定システム５００Ｂは、対象物１ｂの全体的な三次元形状を表す形状データを生成する。
５００Ａ，５００Ｂ 三次元形状測定システム
３００Ａ，３００Ｂ 三次元形状データ処理システム
１００Ａ，１００Ｂ 三次元形状データ処理装置
１，１ａ，１ｂ 対象物
２，２ａ，２ｂ 三次元デジタイザ
２ｉ 仮想三次元デジタイザ
３ａ マニピュレータ
３ｂ マニピュレータ制御部
４ 操作部
５ 表示部
６ 入出力部
７ 抽出部
８ ＣＡＤシステム
９ 記録媒体
１０Ａ，１０Ｂ 形状データ取得部
１１ ズレ歪み付与部
１２ 形状配置調整部
１３Ａ，１３Ｂ 配置合わせ可否判定部
１４ 記憶部
１５ 制御処理部
１６ マーカ位置データ取得部
１７ 対応関係取得部
１８ マーカ歪み付与部
１９ マーカ配置調整部
３０ 仮想カメラ視線
ｎ１，ｎ２，ｎ１’，ｎ２’，ｎ３，ｎ４ 測定範囲
ｔｈ１ 判定閾値
ｄ１，ｄ１ａ，ｄ１ｂ，ｄ１ｃ，ｄ１ｄ 判定用形状データ
ｄ２，ｄ２ａ，ｄ２ｂ，ｄ２ｃ，ｄ２ｄ 個別形状データ
ｄ３ 測定パラメータ
ｄ４，ｄ４ａ，ｄ４ｂ，ｄ４ｂ’，ｄ４ｃ，ｄ４ｄ 装置配置情報
ｄ５，ｄ５ａ，ｄ５ｂ，ｄ５ｃ，ｄ５ｄ ＣＡＤデータ
ｄ６，ｄ６ａ，ｄ６ｂ 基準形状データ
ｄ７，ｄ７ａ，ｄ７ｂ 原参照形状データ
ｄ８，ｄ８ａ，ｄ８ａ’，ｄ８ｂ ズレ歪み含有参照形状データ
ｄ１１，ｖ５ 基準マーカ位置データ
ｄ１２，ｖ６ 原参照マーカ位置データ
ｄ１３，ｄ１３ａ，ｄ１３ｂ マーカデータ対応関係
ｄ１４，ｖ７，ｖ８ 歪み含有参照マーカ位置データ
ｄ１６，ｄ１６ａ，ｄ１６ｂ，ｄ１６ｃ 配置調整済み参照形状データ
ｄ１７ 配置合わせ済み個別形状データ
ｄ１８ 測定精度
ｄ１９ 配置決め精度
ｄ２０ 対象物配置情報
ｄ２１ 判定結果
Ｍ１，Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ，Ｍ１ｃ，Ｍ１ｄ，Ｍ１ｅ 形状歪み変換
Ｍ２，Ｍ２ａ，Ｍ２ｂ 形状配置ずらし変換
Ｍ３，Ｍ３ａ，Ｍ３ｂ，Ｍ３ｃ，Ｍ３ｄ，Ｍ３ｅ，Ｍ３ｆ 形状配置合わせ変換
ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５，ｂ６ 三次元位置
ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４ マーカ位置形状
ｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ４ マーカ位置データ
ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５，ｆ６ マーカ
ｃ５ 基準マーカ位置形状
ｃ６ 原参照マーカ位置形状
ｃ７，ｃ８ 歪み含有参照マーカ位置形状
ｃ６’，ｃ７’，ｃ８’ 配置調整済みマーカ位置形状
ｖ６’，ｖ７’，ｖ８’ 配置調整済みマーカ位置データ

Claims (14)

  1. 対象物の三次元形状のうち、当該対象物上で互いに重なる部分を有する第１領域と第２領域とについて、前記第１領域の三次元形状を表現した第１形状データと、前記第２領域の三次元形状を表現した第２形状データとを取得する取得手段と、
    前記第２形状データに基づいて、互いに異なる複数の幾何学的状態を表現した複数の第３形状データを生成する派生データ生成処理を行う派生データ生成手段と、
    前記複数の第３形状データのそれぞれについて、所定の座標系において前記第１形状データへの配置合わせ処理を試みることによって、当該処理の結果として複数の第４形状データを生成する形状配置調整手段と、
    単一の座標系で前記第１形状データと前記第２形状データとの配置合わせを試みたときに、前記対象物のうち前記第１領域と前記第２領域とを包含する範囲について、所定の許容範囲内の精度で前記対象物の三次元形状を再現可能か否かを、前記複数の第４形状データについての形状配置の相互関係に基づいて判定する判定手段と、
    を備えることを特徴とする三次元形状データ処理装置。
  2. 対象物の三次元形状のうち、当該対象物上で互いに重なる部分を有する第１領域と第２領域とについて、前記第１領域の三次元形状を表現した第１形状データと、前記第２領域の三次元形状を表現した第２形状データとを取得する取得手段と、
    前記第２形状データに基づいて、互いに異なる複数の幾何学的状態を表現した複数の第３形状データを生成する派生データ生成処理を行う派生データ生成手段と、
    前記複数の第３形状データのそれぞれについて、所定の座標系において前記第１形状データへの配置合わせ処理を試みる形状配置調整手段と、
    単一の座標系で前記第１形状データと前記第２形状データとの配置合わせを試みたときに、前記対象物のうち前記第１領域と前記第２領域とを包含する範囲について、所定の許容範囲内の精度で前記対象物の三次元形状を再現可能か否かを、前記派生データ生成処理において前記複数の第３形状データが生成されるときの前記第２形状データについての複数の形状配置の変動情報と、前記配置合わせ処理における前記複数の第３形状データについての複数の形状配置の変動情報とが、それぞれ合成された複数の形状配置の変動情報の相互関係に基づいて判定する判定手段と、
    を備えることを特徴とする三次元形状データ処理装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載された三次元形状データ処理装置であって、
    前記複数の幾何学的状態は、
    （ａ）前記所定の座標系における三次元的な位置および姿勢に相当する形状配置のズレ状態と、
    （ｂ）三次元的な歪み状態と、
    のうち、少なくとも一方が互いに異なる状態であることを特徴とする三次元形状データ処理装置。
  4. 請求項１から請求項３のいずれか１つの請求項に記載された三次元形状データ処理装置であって、
    前記複数の第３形状データのうちのひとつは、前記第２形状データ自身であることを特徴とする三次元形状データ処理装置。
  5. 請求項１から請求項３のいずれか１つの請求項に記載された三次元形状データ処理装置であって、
    前記複数の第３形状データのすべては、前記第２形状データとは異なる幾何学的状態を表現していることを特徴とする三次元形状データ処理装置。
  6. 請求項１から請求項５のいずれか１つの請求項に記載された三次元形状データ処理装置と、
    前記三次元形状データ処理装置で用いる前記第１形状データと前記第２形状データとを生成する形状データ生成手段と、
    を備えることを特徴とする三次元形状データ処理システム。
  7. 請求項６に記載された三次元形状データ処理システムであって、
    前記形状データ生成手段は、前記第１形状データおよび前記第２形状データの少なくとも一方を、前記対象物の形状を設計数値的に表現した既知の形状データに基づいて生成することを特徴とする三次元形状データ処理システム。
  8. 請求項６に記載された三次元形状データ処理システムであって、
    前記形状データ生成手段は、前記第１形状データおよび前記第２形状データの少なくとも一方を、三次元形状を測定して形状データを取得する測定装置を用いて測定された前記対象物についての形状データに基づいて生成することを特徴とする三次元形状データ処理システム。
  9. 請求項６から請求項８のいずれか１つの請求項に記載された三次元形状データ処理システムであって、
    前記判定手段において前記再現の可能性を否定する判定結果が出たときには、
    （ａ）前記形状データ生成手段は、前記第１領域および前記第２領域のいずれとも異なる前記対象物上の第３領域の三次元形状を表現する第５形状データを、前記対象物の形状を設計数値的に表現した既知の形状データに基づいて生成し、
    （ｂ）前記取得手段は、前記第２形状データに替えて前記第５形状データを取得することを特徴とする三次元形状データ処理システム。
  10. 対象物の三次元形状を複数の方向から測定して得られる複数の個別形状データに基づいて前記対象物の全体的な三次元形状を表す形状データを生成する三次元形状測定システムであって、
    三次元測定を行って前記複数の個別形状データを取得する測定装置と、
    前記測定装置と前記対象物とを相対的に配置する配置手段と、
    請求項６から請求項９のいずれか１つの請求項に記載された三次元形状データ処理システムと、
    を備え、
    前記測定装置が前記複数の個別形状データを取得する際には、前記再現の可能性を肯定する判定が前記判定手段で得られたことを条件として、前記対象物のうち前記第１領域と前記第２領域とを包含する範囲については、前記第１形状データと前記第２形状データとにそれぞれ対応する、前記測定装置と前記対象物との配置関係に基づいて前記測定装置と前記対象物とを相対的に配置することを特徴とする三次元形状測定システム。
  11. 複数の識別点が設けられた対象物の三次元形状のうち、当該対象物上で互いに重なる部分に３点以上の識別点を有する第１領域と第２領域とについて、前記第１領域における前記３点以上の識別点のうち３以上の着目識別点のそれぞれの位置を表現した第１位置データと、前記第２領域における前記３以上の着目識別点のそれぞれの位置を表現した第２位置データとを取得する取得手段と、
    前記第２位置データに基づいて、前記３以上の着目識別点の分布の歪み状態が互いに異なる複数の状態をそれぞれ表現した複数の第３位置データを生成する派生データ生成処理を行う派生データ生成手段と、
    前記複数の第３位置データのそれぞれについて、所定の座標系において前記第１位置データへの配置合わせ処理を試みることによって、当該処理の結果として複数の第４位置データを生成する形状配置調整手段と、
    単一の座標系で前記第１領域および前記第２領域についての前記対象物の三次元形状をそれぞれ表現した各形状データの配置合わせを試みたときに、前記対象物のうち前記第１領域と前記第２領域とを包含する範囲について、所定の許容範囲内の精度で前記対象物の三次元形状を再現可能か否かを、前記複数の第４位置データについての形状配置の相互関係に基づいて判定する判定手段と、
    を備えることを特徴とする三次元形状データ処理装置。
  12. 複数の識別点が設けられた対象物の三次元形状のうち、当該対象物上で互いに重なる部分に３点以上の識別点を有する第１領域と第２領域とについて、前記第１領域における前記３点以上の識別点のうち３以上の着目識別点のそれぞれの位置を表現した第１位置データと、前記第２領域における前記３以上の着目識別点のそれぞれの位置を表現した第２位置データとを取得する取得手段と、
    前記第２位置データに基づいて、前記３以上の着目識別点の分布の歪み状態が互いに異なる複数の状態をそれぞれ表現した複数の第３位置データを生成する派生データ生成処理を行う派生データ生成手段と、
    前記複数の第３位置データのそれぞれについて、所定の座標系において前記第１位置データへの配置合わせ処理を試みる形状配置調整手段と、
    単一の座標系で前記第１領域および前記第２領域についての前記対象物の三次元形状をそれぞれ表現した各形状データの配置合わせを試みたときに、前記対象物のうち前記第１領域と前記第２領域とを包含する範囲について、所定の許容範囲内の精度で前記対象物の三次元形状を再現可能か否かを、前記配置合わせ処理における前記複数の第３位置データのそれぞれについての形状配置の変動情報の相互関係に基づいて判定する判定手段と、
    を備えることを特徴とする三次元形状データ処理装置。
  13. 請求項１１または請求項１２に記載された三次元形状データ処理装置と、
    前記三次元形状データ処理装置で用いる前記第１位置データと前記第２位置データとのそれぞれの生成に用いられる、前記第１領域についての前記対象物の三次元形状を表現した第１形状データと、前記第２領域についての前記対象物の三次元形状を表現した第２形状データとを生成する形状データ生成手段と、
    を備えることを特徴とする三次元形状データ処理システム。
  14. 複数の識別点が設けられた対象物の三次元形状を複数の方向から測定して得られる複数の個別形状データに基づいて前記対象物の全体的な三次元形状を表す形状データを生成する三次元形状測定システムであって、
    三次元測定を行って前記複数の個別形状データを取得する測定装置と、
    前記測定装置と前記対象物とを相対的に配置する配置手段と、
    請求項１３に記載された三次元形状データ処理システムと、
    を備え、
    前記測定装置が前記複数の個別形状データを取得する際には、前記再現の可能性を肯定する判定が前記判定手段で得られたことを条件として、前記対象物のうち前記第１領域と前記第２領域とを包含する範囲については、前記第１形状データと前記第２形状データとにそれぞれ対応する、前記測定装置と前記対象物との配置関係に基づいて前記測定装置と前記対象物とを相対的に配置することを特徴とする三次元形状測定システム。
JP2009198087A 2009-08-28 2009-08-28 三次元形状データ処理装置、三次元形状データ処理システムおよび三次元形状測定システム Expired - Fee Related JP5321357B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009198087A JP5321357B2 (ja) 2009-08-28 2009-08-28 三次元形状データ処理装置、三次元形状データ処理システムおよび三次元形状測定システム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009198087A JP5321357B2 (ja) 2009-08-28 2009-08-28 三次元形状データ処理装置、三次元形状データ処理システムおよび三次元形状測定システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011047863A JP2011047863A (ja) 2011-03-10
JP5321357B2 true JP5321357B2 (ja) 2013-10-23

Family

ID=43834333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009198087A Expired - Fee Related JP5321357B2 (ja) 2009-08-28 2009-08-28 三次元形状データ処理装置、三次元形状データ処理システムおよび三次元形状測定システム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5321357B2 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014169947A (ja) * 2013-03-05 2014-09-18 Hitachi Ltd 形状検査方法およびその装置
US9855698B2 (en) * 2013-08-07 2018-01-02 Massachusetts Institute Of Technology Automatic process control of additive manufacturing device
WO2016113861A1 (ja) * 2015-01-14 2016-07-21 株式会社ニコン 三次元形状測定装置、三次元形状測定方法、構造物製造システム、構造物製造方法、及び測定プログラム
JP5978338B1 (ja) * 2015-03-16 2016-08-24 日本碍子株式会社 製品を生産する方法及び立体形状を測定する方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69332042T2 (de) * 1992-12-18 2003-01-02 Koninklijke Philips Electronics N.V., Eindhoven Ortungszurückstellung von relativ elastisch verformten räumlichen Bildern durch übereinstimmende Flächen
JP2961264B1 (ja) * 1998-09-21 1999-10-12 工業技術院長 ３次元物体モデル生成方法及び３次元物体モデル生成プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
JP2004220510A (ja) * 2003-01-17 2004-08-05 Minolta Co Ltd 三次元形状測定装置、三次元形状測定方法及びターゲットマーク
JP2007024764A (ja) * 2005-07-20 2007-02-01 Daihatsu Motor Co Ltd 非接触三次元計測方法及びシステム
JP5835680B2 (ja) * 2007-11-05 2015-12-24 株式会社東芝 画像位置合わせ装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011047863A (ja) 2011-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8526705B2 (en) Driven scanning alignment for complex shapes
Sładek et al. The hybrid contact–optical coordinate measuring system
Mahmud et al. 3D part inspection path planning of a laser scanner with control on the uncertainty
JP4418841B2 (ja) 作業装置及びその校正方法
JP6080407B2 (ja) ３次元計測装置及びロボット装置
CN101213440B (zh) 创建用于检查凹凸图形的主数据的方法
JP2009053147A (ja) ３次元計測方法および３次元計測装置
JP2011522217A (ja) 部品の姿勢を表す点データに３次元モデルを位置合わせするシステム、プログラム製品、および関連する方法
Beraldin et al. Metrological characterization of 3D imaging systems: progress report on standards developments
JP2007333462A (ja) タイヤ型部材検査方法、タイヤ型部材検査装置、および型部材作製工程精度検査方法
JP5321357B2 (ja) 三次元形状データ処理装置、三次元形状データ処理システムおよび三次元形状測定システム
JP2018136896A (ja) 情報処理装置、システム、情報処理方法、および物品の製造方法
US20090289953A1 (en) System and method for adjusting view of a measuring report of an object
Contri et al. Quality of 3D digitised points obtained with non-contact optical sensors
CN107429997A (zh) 用于确定测量对象的尺寸特性的方法和装置
CN112106055A (zh) 利用增强现实在制造期间进行实时质量控制
Sadaoui et al. Automatic path planning for high performance measurement by laser plane sensors
JP2018522240A (ja) アーチファクトを測定するための方法
JP2005140547A (ja) ３次元計測方法、３次元計測装置、及びコンピュータプログラム
CN112161598A (zh) 一种检测设备的检测方法及检测装置
JP2001141441A (ja) 筒形状加工物の評価方法および評価装置
JP7410387B2 (ja) 付属品の取り付け位置検査方法及び取り付け位置検査装置
JP5027450B2 (ja) 形状測定方法
JP2004045231A (ja) 三次元測定機、三次元測定機の校正方法及び該方法を実行するためのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体
WO2021019616A1 (ja) 検査装置、測定方法及びコンピュータ可読媒体

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120514

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20130415

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130610

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130618

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130701

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees