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公開番号2025092238
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-19
出願番号2023207998
出願日2023-12-08
発明の名称三次元測定装置、三次元測定方法及び三次元測定プログラム
出願人株式会社キーエンス
代理人弁理士法人前田特許事務所
主分類G01B 11/25 20060101AFI20250612BHJP(測定;試験)
要約【課題】三次元スキャナによる測定対象物のスキャン作業を容易にする。
【解決手段】三次元測定装置は、テクスチャカメラと、パターン光を含む画像と三次元スキャナの位置および姿勢とに基づいて測定対象物の三次元形状データを生成する三次元データ生成手段と、表示データ生成部とを備えている。表示データ生成部は、テクスチャ画像が取得された際のテクスチャカメラの位置および姿勢から見た二次元テクスチャ画像として表示する第一表示データと、テクスチャ画像に対応する位置姿勢情報に基づいて、テクスチャ画像に含まれる測定対象物のテクスチャを三次元形状データに付与した三次元テクスチャ画像を表示する第二表示データと、を生成する。表示データ生成部により第二表示データが生成されることにより表示部に表示された三次元テクスチャ画像に対して測定指示の入力を受け付け、測定指示と三次元形状データとに基づいて、測定対象物の測定処理を実行する。
【選択図】図23
特許請求の範囲【請求項１】
測定対象物の三次元形状を測定する三次元測定装置であって、
パターン光を照射するスキャナ光源と、前記スキャナ光源により照射したパターン光を撮像して当該パターン光を含む画像を生成するスキャナ撮像部と、を有する三次元スキャナと、
測定対象物を撮像して当該測定対象物のテクスチャを含むテクスチャ画像を生成するテクスチャカメラと、
前記三次元スキャナの位置および姿勢を特定するとともに、前記テクスチャカメラの位置および姿勢を特定する位置姿勢特定部と、
前記スキャナ撮像部により生成された前記パターン光を含む画像と、前記位置姿勢特定部により特定された三次元スキャナの位置および姿勢とに基づいて測定対象物の三次元形状データを生成する三次元データ生成手段と、
テクスチャ画像の撮像指示を受け付けることにより、前記位置姿勢特定部により特定されたテクスチャカメラの位置および姿勢に基づく位置姿勢情報と前記テクスチャカメラにより生成されたテクスチャ画像と、を対応付けて取得するテクスチャ画像取得部と、
前記テクスチャ画像取得部により取得されたテクスチャ画像を、当該テクスチャ画像が取得された際の前記テクスチャカメラの位置および姿勢から見た二次元テクスチャ画像として表示する第一表示データと、前記テクスチャ画像に対応する前記位置姿勢情報に基づいて、当該テクスチャ画像に含まれる測定対象物のテクスチャを前記三次元形状データに付与した三次元テクスチャ画像を表示する第二表示データと、を生成する表示データ生成部と、
前記表示データ生成部により前記第二表示データが生成されることにより表示部に表示された前記三次元テクスチャ画像に対して測定指示の入力を受け付け、当該測定指示と前記三次元形状データとに基づいて、測定対象物の測定処理を実行する測定処理部と、を備える三次元測定装置。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
請求項１に記載の三次元測定装置において、
前記表示データ生成部は、前記第一表示データの表示中に、前記三次元形状データの表示位置を変更する三次元ビューの操作入力を受け付けることにより、前記表示部に表示させるデータを前記第二表示データに切り替える、三次元測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の三次元測定装置において、
前記表示データ生成部により生成されて前記表示部に表示された三次元形状の表示データ上でユーザ入力を受け付けることにより、当該ユーザ入力により指示された領域の三次元形状データを削除する領域削除部をさらに備え、
前記表示データ生成部は、前記領域削除部により領域が削除された三次元形状データに対応するテクスチャを抽出し、当該テクスチャを前記三次元形状データに付与した三次元テクスチャ画像を生成する、三次元測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の三次元測定装置において、
前記テクスチャ画像取得部は、前記位置姿勢特定部により特定されたテクスチャカメラの位置および姿勢に基づく前記位置姿勢情報が対応付けられた複数のテクスチャ画像を取得し、
前記表示データ生成部は、各々のテクスチャ画像に対応する前記位置姿勢情報に基づいて、当該テクスチャ画像に含まれる測定対象物のテクスチャを前記三次元形状データに付与した三次元テクスチャ画像を表示する前記第二表示データを生成する、三次元測定装置。
【請求項５】
請求項３に記載の三次元測定装置において、
前記表示データ生成部は、前記テクスチャカメラの露光量で正規化した輝度情報に基づいて、前記テクスチャ画像取得部により取得された複数のテクスチャ画像を補正し、当該テクスチャ画像に含まれる測定対象物のテクスチャを前記三次元形状データに付与した三次元テクスチャ画像を表示する前記第二表示データを生成する、三次元測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の三次元測定装置において、
測定点の位置を指し示す接触式のプローブと、
前記接触式のプローブにより指示された複数の測定点の座標を算出する座標算出部と、
前記座標算出部により算出された複数の測定点の座標に基づいて測定座標系を作成する座標系作成部と、を備える三次元測定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の三次元測定装置において、
前記三次元スキャナは、スキャナ表示部と、前記テクスチャ画像を前記表示データ生成部に送信するとともに、前記表示データ生成部により生成された表示データを受信する第一通信部と、をさらに備え、
前記スキャナ表示部は、前記座標系作成部により作成された測定座標系における測定対象物の点群データに基づく三次元形状が累積的に表示された表示データを、前記第一通信部を介して受信し、当該受信した表示データを表示する、三次元測定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の三次元測定装置において、
前記三次元スキャナの前記第一通信部から前記テクスチャ画像を受信するとともに、前記第一通信部に表示データを送信する第二通信部をさらに備え、
前記スキャナ表示部は、前記表示データ生成部により生成され、前記第二通信部および前記第一通信部を介して前記三次元スキャナに送信された表示データを表示する、三次元測定装置。
【請求項９】
請求項８に記載の三次元測定装置において、
前記表示データ生成部は、前記テクスチャ画像取得部により取得されたテクスチャ画像を、前記第一通信部および前記第二通信部を介して受信し、前記三次元データ生成手段により生成された測定対象物の三次元形状データに前記テクスチャ画像を付与した表示データを生成し、
前記スキャナ表示部は、前記表示データ生成部により生成され、前記第二通信部および前記第一通信部を介して前記三次元スキャナに送信された表示データを表示する、三次元測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の三次元測定装置において、
前記三次元スキャナは、前記スキャナ撮像部が生成した画像を処理して第一測定情報を生成するスキャナ画像処理部をさらに備え、
前記表示データ生成部は、前記第一通信部および前記第二通信部を介して受信した前記第一測定情報に基づいて測定対象物の三次元形状データを生成し、当該三次元形状データ上に、前記テクスチャ画像を付与した表示データを生成する、三次元測定装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、三次元スキャナを備えた三次元測定装置、三次元スキャナを用いた三次元測定方法及び三次元測定プログラムに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、測定対象物の所望の部分に接触させる接触部を有する接触式プローブを用いて測定対象物の三次元座標測定を行うことが開示されている。この特許文献１では、接触式プローブが有する複数のマーカを、接触式プローブから離れた所に設置された撮像ユニットによって撮像し、撮像ユニットによって生成されたマーカ画像に基づいて、接触式プローブの接触位置の三次元座標を算出することができるようになっている。
【０００３】
特許文献１の接触式プローブには、測定項目を含む設定画面を表示する表示部が設けられており、測定作業者は、表示部に表示された設定画面を見ながら、設定項目の選択操作を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－２０７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１の装置では、接触式プローブなので、プローブで接触した部分しか座標を測定できない。そこで、非接触式の三次元スキャナを用いれば、測定対象物のより広い範囲の測定、即ち広範囲のスキャンが可能になる。測定作業者が三次元スキャナによって測定対象物をスキャンする際、例えば三次元データのみを表示画面に表示した状態では、あらかじめ定められた所定の色で単調にデータを表示するため、測定したい箇所がどこであるかを表示画面上で特定することが難しい場合がある。
【０００６】
この点、特許文献１の接触式プローブには表示部が設けられているが、接触式プローブは測定対象物に接触させて測定するものであることから、表示画面上で測定対象物の測定したい箇所を特定する必要はなく、また、プローブの接触部位も測定作業者が分かっているので表示画面で確認する必要もない。よって、特許文献１の接触式プローブの場合、上述した三次元スキャナによる測定対象物のスキャン時のような課題は生じ得ないものであった。
【０００７】
本開示は、かかる点に鑑みたものであり、その目的とするところは、三次元スキャナによる測定対象物のスキャン作業を容易にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本開示の一態様は、測定対象物の三次元形状を測定する三次元測定装置を前提とすることができる。三次元測定装置は、パターン光を照射するスキャナ光源と、前記スキャナ光源により照射したパターン光を撮像して当該パターン光を含む画像を生成するスキャナ撮像部と、を有する三次元スキャナと、測定対象物を撮像して当該測定対象物のテクスチャを含むテクスチャ画像を生成するテクスチャカメラと、前記三次元スキャナの位置および姿勢を特定するとともに、前記テクスチャカメラの位置および姿勢を特定する位置姿勢特定部と、前記スキャナ撮像部により生成された前記パターン光を含む画像と、前記位置姿勢特定部により特定された三次元スキャナの位置および姿勢とに基づいて測定対象物の三次元形状データを生成する三次元データ生成手段と、テクスチャ画像の撮像指示を受け付けることにより、前記位置姿勢特定部により特定されたテクスチャカメラの位置および姿勢に基づく位置姿勢情報と前記テクスチャカメラにより生成されたテクスチャ画像と、を対応付けて取得するテクスチャ画像取得部と、前記テクスチャ画像取得部により取得されたテクスチャ画像を、当該テクスチャ画像が取得された際の前記テクスチャカメラの位置および姿勢から見た二次元テクスチャ画像として表示する第一表示データと、前記テクスチャ画像に対応する前記位置姿勢情報に基づいて、当該テクスチャ画像に含まれる測定対象物のテクスチャを前記三次元形状データに付与した三次元テクスチャ画像を表示する第二表示データと、を生成する表示データ生成部と、前記表示データ生成部により前記第二表示データが生成されることにより表示部に表示された前記三次元テクスチャ画像に対して測定指示の入力を受け付け、当該測定指示と前記三次元形状データとに基づいて、測定対象物の測定処理を実行する測定処理部と、を備えている。
【０００９】
この構成によれば、二次元テクスチャ画像および三次元テクスチャ画像の表示部への表示が可能になるので、必要に応じて二次元テクスチャ画像から三次元テクスチャ画像への切替、三次元テクスチャ画像から二次元テクスチャ画像への切替を行うことで、所望のテクスチャ画像を見ながら三次元スキャナによる測定対象物のスキャン作業を行うことが可能になる。テクスチャ画像の切替は自動で行うようにしてもよいし、ユーザが手動で行うようにしてもよい。測定対象物のスキャン作業後に、三次元テクスチャ画像に対して測定指示を入力すればよいので、測定指示をスキャンデータ上の所望の箇所に対して容易に入力できる。
【００１０】
前記表示データ生成部は、前記第一表示データの表示中に、前記三次元形状データの表示位置を変更させるドラッグ入力を受け付けることにより、前記表示部に表示させるデータを前記第二表示データに切り替えることができる。第二表示データに切り替えた状態で三次元形状データの表示位置を変更させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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