DE102020130877A1 - Messvorrichtung für dreidimensionale geometrien und messverfahren für dreidimensionale geometrien - Google Patents

Abstract

Eine Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien, die Folgendes enthält: einen vorbereitenden Messabschnitt 412, der mehrere Stücke vorbereitender Messdaten erstellt, die dreidimensionale Koordinaten eines Bezugspunkts auf einem Bezugsmittel angeben; einen Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43, der Bezugsdaten erstellt; ein Berechnungsabschnitt 44, der einen Korrekturwert auf der Grundlage der Bezugsdaten und der vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, berechnet; einen Zielmessabschnitt 411, der Zielmessdaten erstellt, die Ergebnisse des Messens eines Messpunkts des zu messenden Objekts angeben; einen Korrekturabschnitt 45, der die Zielmessdaten im Messsystem, das den vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, entspricht, auf der Grundlage des Korrekturwerts korrigiert; und einen Geometrieidentifizierungsabschnitt 46, der eine Geometrie des zu messenden Objekts unter Verwendung der korrigierten Zielmessdaten identifiziert.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf eine Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien und ein Messverfahren für dreidimensionale Geometrien zum Messen einer dreidimensionalen Geometrie eines zu messenden Objekts.
• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Ein Lichtmusterprojektionsverfahren verwendet das Prinzip der Triangulation und führt eine Messung einer dreidimensionalen Geometrie (3D-Geometrie) durch Projizieren eines Streifenmusters von einem Projektor auf ein zu messendes Objekt und durch anschließendes Aufnehmen des Musters, das sich entlang der Geometrie des zu messenden Objekts ändert, mit einer optischen Einrichtung wie z. B. einer Kamera durch. Die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2019-516983 beschreibt das Aufnehmen eines Musters, das auf ein zu messendes Objekt projiziert wird, unter Verwendung mehrerer optischer Einrichtungen im Lichtmusterprojektionsverfahren.
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
• In dem Verfahren, das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2019-516983 beschrieben wird, bestand das Problem, dass Messergebnisse zwischen dem Fall, in dem eine Geometrie des zu messenden Objekts unter Verwendung einer der mehreren optischen Einrichtungen gemessen wird, und dem Fall, in dem die Geometrie des zu messenden Objekts unter Verwendung der weiteren optischen Einrichtung gemessen wird, verschieden sind.
• Diese Offenbarung ist auf diesen Punkt gerichtet und eine Aufgabe der Offenbarung ist, eine Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien (3D-Geometrien) und ein Messverfahren für dreidimensionale Geometrien (3D-Geometrien) zu schaffen, die ein Auftreten einer Inkonsistenz von Messergebnissen verhindern können, wenn eine Geometrie eines zu messenden Objekts unter Verwendung verschiedener optischer Einrichtungen gemessen wird.
• MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
• Eine 3D-Geometriemessvorrichtung des ersten Aspekts zum Messen einer dreidimensionalen Geometrie eines zu messenden Objekts auf der Grundlage eines aufgenommenen Bilds, das durch Aufnehmen des zu messenden Objekts erhalten wird, wobei die Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien Folgendes enthält: mehrere optische Einrichtungen; einen vorbereitenden Messabschnitt, der mehrere Stücke vorbereitender Messdaten, die dreidimensionale Koordinaten eines Bezugspunkts auf einem Bezugsmittel angeben, durch Aufnehmen des Bezugsmittels in mehreren Messsystemen, die Kombinationen verschiedener optischer Einrichtungen unter den mehreren optischen Einrichtungen entsprechen, erstellt; einen Bezugsdatenerstellungsabschnitt, der Bezugsdaten auf der Grundlage eines oder mehrerer der mehreren Stücke vorbereitender Messdaten erstellt; einen Berechnungsabschnitt, der einen Korrekturwert auf der Grundlage der Bezugsdaten und der vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, unter den mehreren Stücken vorbereitender Messdaten berechnet; einen Zielmessabschnitt, der mehrere Stücke von Zielmessdaten, die Ergebnisse des Messens eines Messpunkts des zu messenden Objekts mit den mehreren Messsystemen angeben, erstellt; einen Korrekturabschnitt, der die Zielmessdaten im Messsystem, das den vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, entspricht, auf der Grundlage des Korrekturwerts korrigiert; und einen Geometrieidentifizierungsabschnitt, der eine Geometrie des zu messenden Objekts unter Verwendung der korrigierten Zielmessdaten, die mit dem Korrekturabschnitt korrigiert wurden, identifiziert.
• Der vorbereitende Messabschnitt kann die vorbereitenden Messdaten, die die dreidimensionalen Koordinaten des Bezugspunkts des Bezugsmittels bei mehreren Installationspositionen angeben, durch Aufnehmen des Bezugsmittels, das bei den mehreren Installationspositionen installiert ist, erstellen und der Berechnungsabschnitt kann den Korrekturwert, der dem Bezugspunkt entspricht, bei den mehreren Installationspositionen berechnen. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt kann die Bezugsdaten durch Berechnen einer statistischen Größe der dreidimensionale Koordinaten des Bezugspunkts, die durch mehrere Stücke der vorbereitenden Messdaten, die den mehreren Messsystemen entsprechen, angegeben werden, erstellen.
• Die Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien kann ferner einen Erfassungsabschnitt enthalten, der Relativpositionsinformationen erfasst, die eine Positionsbeziehung von mehreren der Bezugspunkte, die im Bezugsmittel enthalten sind, angeben, wobei der vorbereitende Messabschnitt die vorbereitenden Messdaten, die dreidimensionale Koordinaten der mehreren Bezugspunkte angeben, erstellen kann und der Bezugsdatenerstellungsabschnitt die Bezugsdaten durch Wählen der vorbereitenden Messdaten, die die dreidimensionalen Koordinaten der mehreren Bezugspunkte angeben, auf der Grundlage eines Fehlers erstellen kann, wobei die Positionsbeziehung durch die Relativpositionsinformationen angegeben wird.
• Der vorbereitende Messabschnitt kann die vorbereitenden Messdaten, die dreidimensionale Koordinaten von mehreren Bezugspunkten auf dem Bezugsmittel angeben, erstellen und der Bezugsdatenerstellungsabschnitt kann für jeden Bezugspunkt ein bestimmtes Stück Bezugsdaten durch Wählen eines der mehreren Stücke vorbereitender Messdaten, die den mehreren Messsystemen entsprechen, erstellen.
• Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt kann aus den mehreren Stücken der vorbereitenden Messdaten, die den mehreren Messsystemen entsprechen, die vorbereitenden Messdaten wählen, die Kombinationen der optischen Einrichtungen entsprechen, mit denen die Triangulierungsgenauigkeit für den Bezugspunkt am besten wird. Der vorbereitende Messabschnitt kann ein Projektionsbild, das ein Muster zum Identifizieren des Bezugspunkts enthält, auf das Bezugsmittel projizieren. Der Berechnungsabschnitt kann eine Funktion zum Berechnen des Korrekturwerts, der den dreidimensionalen Koordinaten des Messpunkts entspricht, die durch das Messsystem, das den vorbereitenden Messdaten entspricht, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, gemessen wurden, identifizieren und den Korrekturwert unter Verwendung der identifizierten Funktion berechnen. Der Berechnungsabschnitt kann ferner einen Speicherabschnitt enthalten, der eine Tabelle speichert, in der (i) dreidimensionale Koordinaten von einzelnen Rasterpunkten eines Messraums der mehreren Messsysteme, wobei der Messraum durch kubische Raster in gleichen Intervallen unterteilt ist, (ii) mehrere Korrekturwerte und (iii) ein Index zum Identifizieren jedes Messsystems einander zugeordnet sind, wobei der Korrekturabschnitt den Korrekturwert, der den dreidimensionalen Koordinaten des Rasterpunkts zugeordnet ist, der am nächsten bei den dreidimensionalen Koordinaten liegt, die durch die Zielmessdaten angegeben werden, und den Index, der das Messsystem, das diesem Rasterpunkt entspricht, angibt, aus dem Speicherabschnitt lesen kann und die vorbereitenden Messdaten auf der Grundlage des gelesenen Korrekturwerts korrigiert.
• Ein Messverfahren für dreidimensionale Geometrien des zweiten Aspekts der Ausführungsform zum Messen einer dreidimensionalen Geometrie eines zu messenden Objekts auf der Grundlage eines aufgenommenen Bilds, das durch Aufnehmen eines zu messenden Objekts erhalten wird, wobei das Messverfahren für dreidimensionale Geometrien die folgenden Schritte umfasst: Erstellen mehrerer Stücke vorbereitender Messdaten, die dreidimensionale Koordinaten eines Bezugspunkts auf einem Bezugsmittel angeben, durch Aufnehmen des Bezugsmittels mit mehreren Messsystemen, die Kombinationen verschiedener optischer Einrichtungen unter mehreren optischen Einrichtungen entsprechen; Erstellen von Bezugsdaten auf der Grundlage eines oder mehrerer der mehreren Stücke vorbereitender Messdaten; Berechnen eines Korrekturwerts auf der Grundlage der Bezugsdaten und der vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, unter den mehreren Stücken vorbereitender Messdaten; Erstellen mehrerer Stücke von Zielmessdaten, die Ergebnisse des Messens eines Messpunkts des zu messenden Objekts mit den mehreren Messsystemen angeben; Korrigieren der Zielmessdaten im Messsystem, das den vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, entspricht, auf der Grundlage des Korrekturwerts und Identifizieren einer Geometrie des zu messenden Objekts unter Verwendung der korrigierten Zielmessdaten.
• WIRKUNG DER ERFINDUNG
• Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Wirkung des Verhinderns eines Auftretens von Inkonsistenzen in Messergebnissen, wenn eine Geometrie eines zu messenden Objekts unter Verwendung verschiedener optischer Einrichtungen gemessen wird, erreicht.
• Figurenliste
• 1A und 1B veranschaulichen einen Überblick einer 3D-Geometriemessvorrichtung gemäß der Ausführungsform.
• 2 zeigt eine Konfiguration der 3D-Geometriemessvorrichtung.
• 3A bis 3F zeigen jeweils Beispiele von Typen von Projektionsbildern, die Binärstreifenmuster enthalten, die auf ein zu messendes Objekt projiziert werden.
• 4 zeigt Beispiele von Gray-Codes, die den Binärstreifenmustern, die in 3C bis 3F gezeigt sind, entsprechen.
• 5A bis 5D zeigen jeweils Beispiele von Abstufungsstreifenmustern, die sinusförmige Leuchtdichteverteilungen besitzen.
• 6 zeigt eine Beziehung zwischen absoluten Projektionskoordinaten und relativen Projektionskoordinaten.
• 7 zeigt ein Beispiel einer Epipolarlinie eines zweiten aufgenommenen Bilds, das einem ersten aufgenommenen Pixel entspricht.
• 8A und 8B zeigen jeweils ein Beispiel eines Bezugsmittels.
• 9 zeigt, wie das Bezugsmittel gemessen wird.
• 10 ist ein Ablaufplan, der eine Verarbeitungsprozedur des Berechnens eines Korrekturwerts durch die 3D-Geometriemessvorrichtung zeigt.
• 11 ist ein Ablaufplan, der eine Verarbeitungsprozedur des Identifizierens einer 3D-Geometrie des zu messenden Objekts, die durch die 3D-Geometriemessvorrichtung durchgeführt wird, zeigt.
• 12A und 12B zeigen jeweils, wie ein Messsystem beim Erstellen von Bezugsdaten durch einen Bezugsdatenerstellungsabschnitt gewählt wird.
• GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• [Überblick einer Messvorrichtung 100für dreidimensionale Geometrien (3D-Geometrien)]
• 1A und 1B veranschaulichen einen Überblick einer 3D-Geometriemessvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform. 1A zeigt die Konfiguration der 3D-Geometriemessvorrichtung 100. Die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 enthält als optische Einrichtungen einen ersten Aufnahmeabschnitt 1, einen zweiten Aufnahmeabschnitt 2 und einen Projektionsabschnitt 3. Die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 enthält einen Steuerabschnitt 4, der verschiedene Operationen der optischen Einrichtungen steuert.
• Der Projektionsabschnitt 3 ist eine Projektionsvorrichtung, die eine Lichtquelle wie z. B. eine Leuchtdiode, einen Laser oder dergleichen besitzt. Der Projektionsabschnitt 3 projiziert ein Projektionsbild, das Muster zum Identifizieren von Projektionskoordinaten enthält, auf eine Messoberfläche des zu messenden Objekts. Die Projektionskoordinaten geben Positionen von Projektionspixeln, die ein Projektionsbild, das den Projektionsabschnitt 3 projiziert, bilden, an. Die Projektionskoordinaten können eine eindimensionale Koordinate, die entweder eine vertikale oder eine horizontale Position des Projektionsbilds angibt, oder zweidimensionale Koordinaten, die sowohl die vertikale als auch die horizontale Position des Projektionsbilds angeben, sein. Die Muster sind z. B. Streifenmuster. Die Anzahl von Projektionsabschnitten 3 ist nicht auf eins beschränkt und die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 kann eine beliebige Anzahl von Projektionsabschnitten enthalten.
• Der erste Aufnahmeabschnitt 1 enthält eine Linse 11 und ein Bilderzeugungselement 12. Der erste Aufnahmeabschnitt 1 erzeugt ein erstes aufgenommenes Bild durch Aufnehmen des Projektionsbilds, das auf das zu messende Objekt projiziert wird, in Reaktion darauf, dass der Projektionsabschnitt 3 das Projektionsbild auf das zu messende Objekt projiziert. Der erste Aufnahmeabschnitt 1 wird derart angeordnet, dass die optische Achse des ersten Aufnahmeabschnitts 1 einen vorgegebenen Winkel mit der optischen Achse des Projektionsabschnitts 3 bildet.
• Der zweite Aufnahmeabschnitt 2 besitzt eine Linse 21 und ein Bilderzeugungselement 22. Der zweite Aufnahmeabschnitt 2 erzeugt ein zweites aufgenommenes Bild durch Aufnehmen des Projektionsbilds, das auf das zu messende Objekt projiziert wird, in Reaktion darauf, dass der Projektionsabschnitt 3 das Projektionsbild auf das zu messende Objekt projiziert. Der zweite Aufnahmeabschnitt 2 wird derart angeordnet, dass die optische Achse des zweiten Aufnahmeabschnitts 2 einen vorgegebenen Winkel mit der optischen Achse des Projektionsabschnitts 3 bildet. Die optische Achse des zweiten Aufnahmeabschnitts 2 kann in derselben Ebene liegen wie die optische Achse des ersten Aufnahmeabschnitts 1 und die optische Achse des Projektionsabschnitts 3, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Steuerabschnitt 4 wird z. B. durch einen Computer implementiert. Der Steuerabschnitt 4 misst eine 3D-Geometrie des zu messenden Objekts auf der Grundlage mehrerer aufgenommener Bilder, die durch den ersten Aufnahmeabschnitt 1 und den zweiten Aufnahmeabschnitt 2 erzeugt werden. Ferner ist die Anzahl von Aufnahmeabschnitten nicht auf zwei beschränkt und die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 kann mit einer beliebigen Anzahl von Aufnahmeabschnitten versehen sein.
• 1B veranschaulicht einen Fehler in eine Geometriemessung des zu messenden Objekts durch mehrere Messsysteme der 3D-Geometriemessvorrichtung 100. Die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 misst die 3D-Geometrie unter Verwendung der mehreren Messsysteme (eines ersten Messsystems und eines zweiten Messsystems), die Kombinationen verschiedener optischer Einrichtungen entsprechen.
• Die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 misst 3D-Koordinaten eines Messpunkts P unter Verwendung des Projektionsabschnitts 3 und des ersten Aufnahmeabschnitts 1, wenn das erste Messsystem verwendet wird. Wie in 1B gezeigt ist, identifiziert die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 unter den Projektionspixeln, die im Projektionsbild, das den Projektionsabschnitt 3 projiziert, enthalten sind, welches Projektionspixel von Licht den Messpunkt P bestrahlt. Im Beispiel, das in 1B gezeigt ist, ist der Messpunkt P auf einem Lichtpfad L3 vorhanden, durch den Licht der identifizierten Projektionspixel verläuft.
• Die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 identifiziert, in welchem zuerst aufgenommenen Pixel, das im ersten aufgenommenen Bild, das durch den ersten Aufnahmeabschnitt 1 in der Messung der 3D-Koordinaten des Messpunkts P aufgenommen wird, enthalten ist, sich der Messpunkt P widerspiegelt. Das erste aufgenommene Pixel ist die kleinste Einheit, die im ersten aufgenommenen Bild enthalten ist. Im Beispiel, das in 1B gezeigt ist, ist der Messpunkt P auf einem Lichtpfad L1 vorhanden, der dem identifizierten ersten aufgenommenen Pixel entspricht. Die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 misst, unter Verwendung von Triangulation, die 3D-Koordinaten des Messpunkts P durch Erhalten einer Position eines Schnittpunkts des Lichtpfads L3 und des Lichtpfads L1.
• Andererseits misst die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 die 3D-Koordinaten des Messpunkts P unter Verwendung des Projektionsabschnitts 3 und des zweiten Aufnahmeabschnitts 2, wenn das zweite Messsystem verwendet wird. Die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 identifiziert, in welchem zweiten aufgenommenen Pixel, das im zweiten aufgenommenen Bild, das durch den zweiten Aufnahmeabschnitt 2 in der Messung der 3D-Koordinaten des Messpunkts P aufgenommen wurde, enthalten ist, sich der Messpunkt P widerspiegelt. Das zweite aufgenommene Pixel ist die kleinste Einheit, die im zweiten aufgenommenen Bild enthalten ist. Im Beispiel, das in 1B gezeigt ist, ist der Messpunkt P auf einem Lichtpfad L2 vorhanden, der dem identifizierten zweiten aufgenommenen Pixel entspricht. Wie oben beschrieben ist, misst, da der Messpunkt P auf dem Lichtpfad L3 vorhanden ist, die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 die 3D-Koordinaten des Messpunkts P durch Erhalten einer Position eines Schnittpunkts des Lichtpfads L2 und des Lichtpfads L3.
• Wenn kein Fehler im ersten Messsystem und im zweiten Messsystem vorhanden ist, werden sich, da sowohl (i) ein Schnittpunkt zwischen dem Lichtpfad L1 und dem Lichtpfad L2 als auch (ii) der Schnittpunkt zwischen dem Lichtpfad L1 und dem Lichtpfad L3 etwa mit dem Messpunkt P übereinstimmt, wie in 1B gezeigt ist, Messergebnisse der 3D-Koordinaten nicht ändern, ungeachtet davon, mit welchem Messsystem der Messpunkt P gemessen wird. Deshalb kann die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 die Messgenauigkeit unter Verwendung z. B. eines Mittelwerts der Messergebnisse mehrerer Messsysteme verbessern.
• Wenn allerdings ein Fehler aufgrund von Verzerrungen oder dergleichen einer Linse (die nicht gezeigt ist) in einem Lichtpfad, durch den Licht des Projektionspixels des Projektionsabschnitts 3 verläuft, vorliegt, identifiziert die 3D-Geometriemessvorrichtung 100, dass der Messpunkt P auf einem Lichtpfad L3' vorhanden ist, der durch die gestrichelte Linie in 1B angegeben ist. Das heißt, die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 misst fehlerhaft 3D-Koordinaten des Schnittpunkts P1 des Lichtpfads L1 und des Lichtpfads L3' als die 3D-Koordinaten des Messpunkts P, wenn der Messpunkt P durch das erste Messsystem, das den Projektionsabschnitt 3 und den ersten Aufnahmeabschnitt 1 enthält, gemessen wird.
• Ferner würde die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 in einem Messen von 3D-Koordinaten des Schnittpunkts P2 des Lichtpfads L2 und des Lichtpfads L3' als die 3D-Koordinaten des Messpunkts P resultieren, wenn der Messpunkt P durch das zweite Messsystem, das den Projektionsabschnitt 3 und den zweiten Aufnahmeabschnitt 2 enthält, gemessen wird. Wenn eine Differenz zwischen dem Messpunkt P1 und dem Messpunkt P2 groß ist, wird ein Fehler im Messergebnis der 3D-Geometriemessvorrichtung 100 groß.
• Die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 korrigiert die Fehler der jeweiligen Messsysteme, um eine derartige Verringerung der Messgenauigkeit der 3D-Koordinaten zu verhindern. Insbesondere erstellt die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 Bezugsdaten, die die Anforderungen für Messdaten in den mehreren Messsystemen angeben, durch Messen eines vorgegebenen Bezugsmittels im Voraus.
• Unter Verwendung dieser Bezugsdaten berechnet die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 einen Korrekturwert zum Korrigieren der Messdaten von jedem der mehreren Messsysteme und korrigiert die Messdaten im Messsystem, das dem Korrekturwert entspricht, unter Verwendung der berechneten Korrekturwerte. Auf diese Weise verbessert die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 die Messgenauigkeit der 3D-Koordinaten des Messpunkts P und verhindert, dass Messergebnisse für verschiedene Messsysteme verschieden werden.
• [Konfiguration der 3D-Geometriemessvorrichtung]
• 2 zeigt eine innere Konfiguration der 3D-Geometriemessvorrichtung 100. Die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 enthält einen Speicherabschnitt 5 zusätzlich zum ersten Aufnahmeabschnitt 1, zum zweiten Aufnahmeabschnitt 2, zum Projektionsabschnitt 3 und zum Steuerabschnitt 4, der in 1 gezeigt ist.
• Der Speicherabschnitt 5 enthält ein Speichermedium, das einen Festwertspeicher (ROM), einen Schreib-/Lese-Speicher (RAM), eine Festplatte und dergleichen enthält. Der Speicherabschnitt 5 speichert Programme, die durch den Steuerabschnitt 4 ausgeführt werden sollen. Der Steuerabschnitt 4 ist z. B. eine Zentraleinheit (CPU). Durch Ausführen der Programme, die im Speicherabschnitt 5 gespeichert sind, wirkt der Steuerabschnitt 4 als ein Messabschnitt 41, ein Erfassungsabschnitt 42, ein Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43, ein Berechnungsabschnitt 44, ein Korrekturabschnitt 45 und ein Geometrieidentifizierungsabschnitt 46.
• Der Messabschnitt 41 projiziert ein Projektionsbild, das ein vorgegebenes Lichtmuster enthält, mit dem Projektionsabschnitt 3auf das zu messende Objekt oder dergleichen. Der Messabschnitt 41 erzeugt aufgenommene Bilder, die durch den ersten Aufnahmeabschnitt 1 und den zweiten Aufnahmeabschnitt 2 aufgenommen werden, durch Aufnehmen des Projektionsbilds, das auf das zu messende Objekt oder dergleichen projiziert wird. Der Messabschnitt 41 erzeugt ein aufgenommene Bild durch Aufnehmen eines vorgegebenen Bezugsmittels. Der Messabschnitt 41 enthält einen Zielmessabschnitt 411 und einen vorbereitenden Messabschnitt 412.
• Der Zielmessabschnitt 411 erstellt mehrere Stücke von Zielmessdaten, die Messergebnisse angeben, durch Messen eines Messpunkts des zu messenden Objekts mit mehreren Messsystemen. Die mehreren Messsysteme sind z. B. die folgenden ersten bis vierten Messsysteme.
• Das erste Messsystem: Der erste Aufnahmeabschnitt 1 und der Projektionsabschnitt 3
• Das zweite Messsystem: der zweite Aufnahmeabschnitt 2 und der Projektionsabschnitt 3
• Das dritte Messsystem: der erste Aufnahmeabschnitt 1, der zweite Aufnahmeabschnitt 2 und der Projektionsabschnitt 3
• Das vierte Messsystem: der erste Aufnahmeabschnitt 1 und der zweite Aufnahmeabschnitt 2
• [Messung durch das erste Messsystem]
• Mit dem ersten Messsystem misst der Zielmessabschnitt 411 einen Messpunkt eines zu messenden Objekts durch Kombinieren eines Aufnahmeabschnitts und eines Projektionsabschnitts. Der Zielmessabschnitt 411 projiziert durch den Projektionsabschnitt 3 ein Projektionsbild, das ein vorgegebenes Lichtmuster enthält, auf das zu messende Objekt. 3A bis 3F zeigen jeweils Beispiele von Typen von Projektionsbildern, die Binärstreifenmuster enthalten, die der Zielmessabschnitt 411 projiziert. Die schwarzen Bereiche in 3A bis 3F repräsentieren Nichtprojektionsbereiche, in denen der Projektionsabschnitt 3 kein Licht projiziert, und die weißen Bereiche repräsentieren Lichtprojektionsbereiche, in denen der Projektionsabschnitt 3 Licht projiziert.
• 3A zeigt ein Normmuster, mit dem auf jegliche Teile des zu messenden Objekts kein Licht projiziert wird (d. h. ein vollständig schwarzes Muster). 3B zeigt ein Normmuster, mit dem auf das gesamte zu messende Objekt Licht projiziert wird (d. h. ein vollständig weißes Muster). 3C bis
  3F zeigen Binärstreifenmuster, die aus Lichtprojektionsbereichen und Nichtprojektionsbereichen zusammengesetzt sind und in denen die Streifen, die eine verschiedene Breite für jedes Projektionsbild besitzen, in derselben Richtung angeordnet sind.
• Die Streifenmuster, die in 3C bis 3F gezeigt sind, entsprechen Gray-Codes und werden verwendet, um Projektionskoordinaten zu identifizieren, die Positionen von Projektionspixeln des Projektionsbilds angeben, die ersten aufgenommenen Pixeln im aufgenommene Bild entsprechen. 4 zeigt Beispiele von Gray-Codes, die den Binärstreifenmustern, die in 3C bis 3F gezeigt sind, entsprechen. Die Binärstreifenmuster, die in 3C bis 3F gezeigt sind, werden durch Zuordnen von 0-en in den Gray-Codes zu den Nichtprojektionsbereichen und 1-en zu den Lichtprojektionsbereichen erzeugt.
• Jede Position in der x-Richtung in 3A bis 3F und 4 wird durch einen Codewert repräsentiert, der die Kombination der Zahlen 0 oder 1 bei den entsprechenden Positionen in den Gray-Codes ist. Position 0 in 4 entspricht dem Codewert „0000“, Position 1 entspricht dem Codewert „0001“ und Position 15 entspricht dem Codewert „1000“.
• Der Zielmessabschnitt 411 projiziert Projektionsbilder, die Abstufungsstreifenmuster, die sinusförmige Leuchtdichteverteilungen besitzen, enthalten, auf das zu messende Objekt. 5A bis 5D zeigen jeweils Beispiele von Abstufungsstreifenmustern, die sinusförmige Leuchtdichteverteilungen besitzen. Während die Binärstreifenmuster, die in
  3C bis 3F gezeigt sind, Binärbilder sind, die aus den schwarzen Bereichen und den weißen Bereichen zusammengesetzt sind, ändert sich in den Abstufungsstreifenmustern, die in 5A bis 5D gezeigt sind, der Farbton in einer sinusförmigen Weise vom weißen Bereich zum schwarzen Bereich in der Breitenrichtung der Streifen. Intervalle zwischen den Streifen in den Abstufungsstreifenmustern von 5A bis 5D sind konstant und die Ortsfrequenz der Streifen in den Abstufungsstreifenmustern ist z. B. das Vierfache der Ortsfrequenz der Binärstreifenmuster von 3F.
• Die Abstufungsstreifenmuster von 5A bis 5D sind in dem Punkt voneinander verschieden, dass die Phasen der Sinusschwingungen, die die Leuchtdichteverteilung angeben, sich um 90 Grad voneinander unterscheiden und ihre Leuchtdichteverteilungen sonst gleich sind. Der Zielmessabschnitt 411 projiziert insgesamt zehn Stücke der Projektionsbilder: zwei Normmuster, die in 3A und 3B gezeigt sind, vier Binärstreifenmuster, die in 3C bis 3F gezeigt sind, und vier Abstufungsstreifenmuster, die in 5A bis 5D gezeigt sind. Die Abstufungsstreifenmuster, die in 5A bis 5D gezeigt sind, gemeinsam mit den Streifenmustern, die in 3A bis 3F gezeigt sind, werden zum Identifizieren der Projektionskoordinaten verwendet.
• Der Zielmessabschnitt 411 erzeugt mit dem ersten Messsystem ein erstes aufgenommenes Bild, in dem das Projektionsbild, das auf das zu messende Objekt projiziert wird, durch den ersten Aufnahmeabschnitt 1 aufgenommen wird. Der Zielmessabschnitt 411 identifiziert Projektionskoordinaten, die dem ersten aufgenommenen Pixel des ersten aufgenommenen Bilds entsprechen, auf der Grundlage der Muster, die im ersten aufgenommenen Bild enthalten sind. Zum Beispiel analysiert der Zielmessabschnitt 411 eine Änderung des Farbtons in den Mustern, die im ersten aufgenommenen Bild enthalten sind, wodurch die Projektionskoordinaten identifiziert werden, die eine Position des Projektionspixels angeben, das dem ersten aufgenommenen Pixel, das im ersten aufgenommenen Bild enthalten ist, entspricht.
• Der Zielmessabschnitt 411 berechnet für jedes Pixel einen Durchschnitt eines Leuchtdichtewerts, wenn das vollständig schwarze Muster, das in 3A gezeigt ist, projiziert wird, und eines Leuchtdichtewerts, wenn das vollständig weiße Muster, das in 3B gezeigt ist, projiziert wird, als einen Median. Entsprechend identifiziert der Zielmessabschnitt 411 hinsichtlich der ersten aufgenommenen Bilder, die aufgenommen wurden, während die Binärstreifenmuster von 3C bis 3F auf das zu messende Objekt projiziert werden, die Codewerte der jeweiligen ersten aufgenommenen Pixel durch Vergleichen der Leuchtdichtewerte der jeweiligen ersten aufgenommenen Pixel in vier ersten aufgenommenen Bildern mit entsprechenden Medianwerten. Durch Identifizieren der Codewerte kann der Zielmessabschnitt 411 identifizieren, welcher Binärstreifen bei jeder Pixelposition des ersten aufgenommenen Pixels in den Binärstreifen, die zu verschiedenen Positionen projiziert werden, reflektiert wird. Der Zielmessabschnitt 411 identifiziert die Position von Position 1 bis Position 15, die in 4 gezeigt sind, bei der jedes erste aufgenommene Pixel, das im ersten aufgenommenen Bild enthalten ist, enthalten ist.
• Ferner identifiziert der Zielmessabschnitt 411 eine Phase einer Sinusschwingung, die dem ersten aufgenommenen Pixel im ersten aufgenommenen Bild entspricht, wenn die Abstufungsstreifenmuster, die sinusförmige Leuchtdichteverteilungen besitzen, auf das zu messende Objekt projiziert werden, und identifiziert Projektionskoordinaten auf der Grundlage der identifizierten Phase. Weil die Abstufungsstreifenmuster des Projektionsbilds eine Periodizität aufweisen, besitzen mehrere Projektionspixel im Projektionsbild dieselben Projektionskoordinaten. Im Folgenden werden die Projektionskoordinaten mit Periodizität im Projektionsbild auch als relative Projektionskoordinaten bezeichnet. Darüber hinaus werden die Projektionskoordinaten, die im Projektionsbild eindeutig bestimmt sind, auch als absolute Projektionskoordinaten bezeichnet.
• 6 zeigt eine Beziehung zwischen den absoluten Projektionskoordinaten und den relativen Projektionskoordinaten. Die vertikale Achse von 6 gibt die Projektionskoordinate an. Die horizontale Achse von 6 gibt die Positionen des Projektionspixels in der Breitenrichtung der Streifen, die im Projektionsbild enthalten sind, an. Die Breitenrichtung ist eine Richtung senkrecht zu einer Richtung, in der die Streifen verlaufen. Wie die durchgezogene Linie in 6 zeigt, weisen die relativen Projektionskoordinaten eine Periodizität auf. Die relativen Projektionskoordinaten zeigen für jeden Arbeitszyklus einer Wiederholung der Abstufungsstreifenmuster, die sinusförmige Leuchtdichteverteilungen besitzen, denselben Wert. Andererseits sind, wie eine diagonal verlaufende gestrichelte Linie in 6 zeigt, die absoluten Projektionskoordinaten im Projektionsbild eindeutig bestimmt.
• Der Zielmessabschnitt 411 identifiziert die relativen Projektionskoordinaten, die dem ersten aufgenommenen Pixel entsprechen, durch Analysieren des Farbtons der Abstufungsstreifenmuster. Der Zielmessabschnitt 411 identifiziert auf der Grundlage von Gray-Codes, die durch die Binärstreifenmuster angegeben werden, die Position von Position 0 bis Position 15, der das erste aufgenommene Pixel entspricht. Der Zielmessabschnitt 411 identifiziert die absoluten Projektionskoordinaten, die dem ersten aufgenommenen Pixel entsprechen, auf der Grundlage einer relativen Position, die durch die relativen Projektionskoordinaten an der Position, die durch Gray-Codes identifiziert wird, angegeben wird. Der Zielmessabschnitt 411 verwendet (i) zweidimensionale Koordinaten des ersten aufgenommenen Pixels und (ii) die identifizierte eindimensionale absolute Projektionskoordinate, um 3D-Koordinaten des Messpunkts am zu messenden Objekt, der dem ersten aufgenommenen Pixel entspricht, unter Verwendung des Prinzips der Triangulation zu identifizieren.
• Der Zielmessabschnitt 411 kann mehrere Projektionsbilder, zwischen denen sich die Richtungen der Streifen (d. h. die Richtungen, in denen die Streifen verlaufen) unterscheiden, projizieren und die Projektionskoordinaten, die dem ersten aufgenommenen Pixel entsprechen, für jedes der Projektionsbilder, zwischen denen sich die Richtungen der Streifen unterscheiden, identifizieren. Der Zielmessabschnitt 411 kann die mehreren Projektionsbilder, zwischen denen sich die Richtungen der Streifen unterscheiden, auf das zu messende Objekt projizieren und die Projektionskoordinaten, die dem ersten aufgenommenen Pixel entsprechen, für jedes der Projektionsbilder, zwischen denen sich die Richtungen der Streifen unterscheiden, identifizieren.
• [Messung durch das zweite Messsystem]
• Im zweiten Messsystem misst der Zielmessabschnitt 4113D-Koordinaten eines Messpunkts eines zu messenden Objekts durch Kombinieren des zweiten Aufnahmeabschnitts 2 und des Projektionsabschnitts 3 auf ähnliche Weise wie im ersten Messsystem.
• [Messung durch das dritte Messsystem]
• Im dritten Messsystem misst der Zielmessabschnitt 411 einen Messpunkt eines zu messenden Objekts durch Kombinieren des ersten Aufnahmeabschnitts 1, des zweiten Aufnahmeabschnitts 2 und des Projektionsabschnitts 3. Der Zielmessabschnitt 411 identifiziert die Projektionskoordinaten, die die Position des Projektionspixels, das dem ersten aufgenommenen Pixel, das im ersten aufgenommenen Bild enthalten ist, entspricht, angeben, auf ähnliche Weise wie im ersten Messsystem. Der Zielmessabschnitt 411 identifiziert Projektionskoordinaten, die eine Position des Projektionspixels angeben, das dem zweiten aufgenommenen Pixel, das im zweiten aufgenommenen Bild enthalten ist, entspricht.
• 7 zeigt ein Beispiel einer Epipolarlinie E_BA des zweiten aufgenommene Bilds, das einem ersten aufgenommenen Pixel A entspricht. Es sei angenommen, dass ein Brennpunkt der Linse 11 des ersten Aufnahmeabschnitts 101 ist. Ein Lichtpfad, der dem ersten aufgenommenen Pixel A entspricht, ist eine Gerade, die vom Brennpunkt 01 zu einem Messpunkt MP verläuft, und eine Gerade, die diesen Lichtpfad angibt und auf eine Bildebene des zweiten Aufnahmeabschnitts 2 auf der linken Seite von 7 projiziert ist, ist die Epipolarlinie E_BA. Ein zweites aufgenommenes Pixel B in der Bildebene des zweiten Aufnahmeabschnitts 2 links von 7, das demselben Messpunkt MP wie das erste aufgenommene Pixel A entspricht, liegt aufgrund der Natur der geometrischen Beschränkung bei einer beliebigen Position auf der Epipolarlinie E_BA. Der Zielmessabschnitt 411 liest Anordnungsinformationen, die eine Anordnung des ersten Aufnahmeabschnitts 1 und des zweiten Aufnahmeabschnitts 2 angeben und im Voraus im Speicherabschnitt 5 gespeichert werden, und identifiziert die Epipolarlinie E_BA des zweiten aufgenommene Bilds, das dem ersten aufgenommenen Pixel A entspricht, auf der Grundlage der gelesenen Anordnungsinformationen. Die Anordnungsinformationen sind Informationen, die z. B. die Brennweite, die Position und die Orientierung angeben.
• Wie in 7 gezeigt ist, wählt der Zielmessabschnitt 411 das zweite aufgenommene Pixel B, das denselben absoluten Projektionskoordinaten wie das erste aufgenommene Pixel A entspricht, aus den zweiten aufgenommenen Pixeln, die sich auf der identifizierten Epipolarlinie E_BA befinden. Der Zielmessabschnitt 411 misst 3D-Koordinaten eines gemeinsamen Messpunkts MP, der dem ersten aufgenommenen Pixel A und dem gewählten zweiten aufgenommenen Pixel B entspricht, unter Verwendung des Prinzips der Triangulation im ersten aufgenommene Pixel A und im gewählten zweiten aufgenommenen Pixel B.
• [Messung durch das vierte Messsystem]
• Im vierten Messsystem identifiziert der Zielmessabschnitt 411 eine Entsprechung zwischen dem ersten aufgenommenen Pixel des ersten aufgenommenen Bilds und dem zweiten aufgenommenen Pixel des zweiten aufgenommene Bilds. Der Zielmessabschnitt 411 misst 3D-Koordinaten eines Merkmalspunkts wie z. B. einer Textur, einer Kante oder dergleichen, ohne ein Projektionsbild auf ein zu messendes Objekt zu projizieren, wenn das zu messende Objekt den Merkmalspunkt aufweist.
• Der Zielmessabschnitt 411 identifiziert das erste aufgenommene Pixel, das dem Merkmalspunkt des zu messenden Objekts entspricht. Ferner identifiziert der Zielmessabschnitt 411 das zweite aufgenommene Pixel, das demselben Merkmalspunkt entspricht. Der Zielmessabschnitt 411 verwendet (i) das erste aufgenommene Pixel, das dem Merkmalspunkt entspricht, und (ii) das zweite aufgenommene Pixel, das demselben Merkmalspunkt entspricht, um die 3D-Koordinaten dieses Merkmalspunkts unter Verwendung des Prinzips der Triangulation zu messen.
• [Streifenmuster in zwei Richtungen]
• Es ist festzuhalten, dass der Zielmessabschnitt 411 nicht auf das Beispiel des Erstellens der Zielmessdaten unter Verwendung lediglich des Projektionsbilds, das die Streifenmuster, die in einer Richtung verlaufen, enthält, beschränkt ist. Zum Beispiel kann der Zielmessabschnitt 411 die Zielmessdaten durch Projizieren eines Projektionsbilds, das Streifenmuster enthält, die in einer Horizontalrichtung verlaufen, zusätzlich zu einem Projektionsbild, das Streifenmuster enthält, die in einer Vertikalrichtung verlaufen, auf das zu messende Objekt erstellen. Der Zielmessabschnitt 411 identifiziert sowohl die vertikale Projektionskoordinate als auch die horizontale Projektionskoordinate, die dem aufgenommene Pixel entspricht, durch Projizieren des Projektionsbilds, das die Streifenmuster enthält, die in der Horizontalrichtung verlaufen, auf das zu messende Objekt. In diesem Fall identifiziert der Zielmessabschnitt 411 eindeutig das Projektionspixel, das dem aufgenommene Pixel entspricht, ohne Verwendung einer Epipolarlinie.
• [Messung eines Bezugsmittels]
• Der vorbereitende Messabschnitt 412 erstellt mehrere Stücke vorbereitender Messdaten, die 3D-Koordinaten eines Bezugspunkts auf einem Bezugsmittel durch Aufnehmen eines vorgegebenen Bezugsmittels in die mehreren Messsysteme, die den Kombinationen verschiedener optischer Einrichtungen unter den mehreren optischen Einrichtungen entsprechen, angeben. Mehrere Bezugspunkte sind auf dem Bezugsmittel angeordnet. Zum Beispiel misst der vorbereitende Messabschnitt 412 die 3D-Koordinaten des Bezugspunkts mit jedem vom ersten Messsystem bis vierten Messsystem unter Verwendung desselben Verfahrens wie mit dem Zielmessabschnitt 411.
• 8A und 8B zeigen jeweils ein Beispiel des Bezugsmittels. 8A und 8B zeigen jeweils das Bezugsmittel von oben gesehen. 8A zeigt ein Bezugsmittel, in dem mehrere schwarze Kreise in der Längs- und Querrichtung in einem geordneten Zustand angeordnet sind. 8B zeigt ein kariertes Bezugsmittel. Wenn das Bezugsmittel, das in 8A gezeigt ist, verwendet wird, bestimmt der vorbereitende Messabschnitt 412 das Zentrum des schwarzen Kreises als einen Bezugspunkt und erstellt die vorbereitenden Messdaten, die die 3D-Koordinaten dieses Bezugspunkts angeben. Wenn das Bezugsmittel verwendet wird, das in 8B gezeigt ist, bestimmt der vorbereitende Messabschnitt 412 jeden Scheitelpunkt der weißen Quadrate und der schwarzen Quadrate, die das Schachbrettmuster bilden, als einen Bezugspunkt und erstellt die vorbereitenden Messdaten, die die 3D-Koordinaten des bestimmten Bezugspunkts angeben. Die vorbereitenden Messdaten enthalten Informationen, die die 3D-Koordinaten von mehreren Bezugspunkten auf dem Bezugsmittel angeben.
• 9 zeigt, wie ein Bezugsmittel 51 gemessen wird. In einem Beispiel von 9 ist das Bezugsmittel 51 ein flaches plattenförmiges Element, jedoch ist es nicht darauf beschränkt und jede Form kann als das Bezugsmittel verwendet werden. Der vorbereitende Messabschnitt 412 nimmt das Bezugsmittel 51 mehr als einmal auf. In der Messung wird das Bezugsmittel 51 der Reihe nach bei mehreren Installationspositionen installiert, deren Koordinaten sich in einer Tiefenrichtung, die durch einen Pfeil in 9 gezeigt ist, unterscheiden. Die Installationspositionen des Bezugsmittels 51 müssen nicht genau bestimmt werden und können schematisch sein. Außerdem müssen die 3D-Koordinaten der Installationspositionen des Bezugsmittels 51 nicht im Voraus gemessen werden und das Bezugsmittel 51 kann bei einer beliebigen Installationsposition installiert werden. Deshalb kann die Messung des Bezugsmittels 51 in der 3D-Geometriemessvorrichtung 100 bei niedrigen Kosten einfach ausgeführt werden, da kein Bedarf besteht, ein Mittel zum Positionieren des Bezugsmittels 51, ein weiteres Messmittel oder dergleichen anzufertigen.
• Der vorbereitende Messabschnitt 412 nimmt das Bezugsmittel 51 in einem Zustand auf, in dem das Bezugsmittel 51 bei den jeweiligen Installationspositionen angeordnet ist. Der vorbereitende Messabschnitt 412 erstellt vorbereitende Messdaten, die die 3D-Koordinaten des Bezugspunkts des Bezugsmittels 51 bei den mehreren Installationspositionen auf der Grundlage der aufgenommene Bilder des Bezugsmittels 51, das bei den mehreren Installationspositionen installiert ist, angeben. Außerdem können die mehreren Installationspositionen durch Ändern einer Lage des Bezugsmittels 51 derart, dass die 3D-Koordinaten sich voneinander unterscheiden, eingestellt werden, ohne auf das Beispiel beschränkt zu sein, in dem die mehreren Installationspositionen durch paralleles Bewegen des Bezugsmittels 51 derart, dass sich die Koordinaten in der Tiefenrichtung voneinander unterscheiden, eingestellt werden.
• Außerdem ist der vorbereitende Messabschnitt 412 nicht auf das Beispiel des Messens der 3D-Koordinaten der Bezugspunkte, die im Voraus auf dem Bezugsmittel 51 angeordnet werden, beschränkt. Zum Beispiel kann der vorbereitende Messabschnitt 412 ein Projektionsbild, das eine Markierung für eine bestimmte Position, die als der Bezugspunkt verwendet werden soll, enthält, mit dem Projektionsabschnitt 3 auf das Bezugsmittel 51 projizieren. Der vorbereitende Messabschnitt 412 kann die Position, bei der die Markierung projiziert wird, als den Bezugspunkt bestimmen und die 3D-Koordinaten dieses Bezugspunkts messen.
• Außerdem kann der vorbereitende Messabschnitt 412 ein Projektionsbild projizieren, das ein Muster zum Identifizieren eines Bezugspunkts auf dem Bezugsmittel 51 enthält. Das Projektionsbild, das das Muster zum Identifizieren des Bezugspunkts enthält, ist z. B. ein Projektionsbild, das Streifenmuster enthält, die in einer Richtung verlaufen. Der vorbereitende Messabschnitt 412 kann das erste aufgenommene Bild und das zweite aufgenommene Bild, die durch Aufnehmen des Projektionsbilds, das auf das Bezugsmittel 51 projiziert wird, erfasst werden, erfassen. In diesem Fall identifiziert der vorbereitende Messabschnitt 412 die Projektionskoordinaten, die dem ersten aufgenommenen Pixel entsprechen, und die Projektionskoordinaten, die dem zweiten aufgenommenen Pixel entsprechen, auf ähnliche Weise wie beim Zielmessabschnitt 411 und misst 3D-Koordinaten der bestimmte Position auf dem Bezugsmittel 51 unter Verwendung der Entsprechung zwischen dem ersten aufgenommenen Pixel, dem zweiten aufgenommenen Pixel und dem Projektionsbild. Der vorbereitende Messabschnitt 412 kann diese bestimmte Position als den Bezugspunkt verwenden. Mit anderen Worten kann der vorbereitende Messabschnitt 412 die Streifenmuster auch auf das Bezugsmittel 51 projizieren und als den Bezugspunkt eine bestimmte Position verwenden, die mit den mehreren Messsystemen üblicherweise gemessen wird.
• Ferner kann der vorbereitende Messabschnitt 412 die Projektionskoordinaten, die dem ersten aufgenommenen Bild entsprechen, und die Projektionskoordinaten, die dem zweiten aufgenommenen Pixel entsprechen, durch Projizieren des Projektionsbilds, das die Streifenmuster enthält, die in der Vertikalrichtung verlaufen, und des Projektionsbilds, das die Streifenmuster enthält, die in der Horizontalrichtung verlaufen, auf das zu messende Objekt projizieren. In diesem Fall kann der vorbereitende Messabschnitt 412 die Entsprechung zwischen dem ersten aufgenommenen Pixel und dem zweiten aufgenommenen Pixel unter Verwendung des Projektionsbilds, das die Streifenmuster, die in der Vertikalrichtung verlaufen, enthält, und des Projektionsbilds, das die Streifenmuster, die in der Horizontalrichtung verlaufen, enthält, ohne Verwendung der Epipolarlinie erhalten. Deshalb kann der vorbereitende Messabschnitt 412 das Risiko des Absinkens der Messgenauigkeit aufgrund eines Fehlers, der beim Identifizieren der Epipolarlinie auftreten kann, verringern.
• Der Erfassungsabschnitt 42 erfasst aus dem Speicherabschnitt 5 Relativpositionsinformationen, die eine Positionsbeziehung zwischen den mehreren Bezugspunkten, die im Bezugsmittel 51 enthalten sind, angeben. Es wird angenommen, dass die Positionsbeziehung zwischen den mehreren Bezugspunkten mit einem weiteren Messmittel im Voraus gemessen wird. Die Positionsbeziehung der mehreren Bezugspunkte ist z. B. als zweidimensionale Koordinaten eines Bezugspunkts außer dem Ursprung gegeben, wenn einer der Bezugspunkte des Bezugsmittels 51 als der Ursprung angenommen wird.
• [Erstellung der Bezugsdaten]
• Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 erstellt die Bezugsdaten auf der Grundlage eines oder mehrerer von mehreren Stücken vorbereitender Messdaten, die den mehreren Messsystemen entsprechen. Die Bezugsdaten sind Daten zum Abgleichen sämtlicher Messdaten der mehreren Messsysteme mit den Messdaten von den weiteren Messsystemen.
• Zum Beispiel sei angenommen, dass gezeigt wird, dass eine Entfernung vom Projektionsabschnitt 3 zu einer Position eines bestimmten Bezugspunkts im ersten Messsystem 199 Millimeter ist, eine Entfernung vom Projektionsabschnitt 3 zur Position desselben Bezugspunkts im zweiten Messsystem 201 Millimeter ist und eine Entfernung vom Projektionsabschnitt 3 zur Position desselben Bezugspunkts im dritten Messsystem 200 Millimeter ist. In diesem Fall gleicht z. B. der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 die Messdaten jedes Messsystems durch Bestimmen von 199 Millimetern, die mit dem ersten Messsystem gemessen werden, als die Bezugsdaten, Durchführen einer Korrektur des Subtrahierens von 2 Millimetern von den Daten, die mit dem zweiten Messsystem gemessen wurden, und Durchführen einer Korrektur des Subtrahierens von 1 Millimeter von den Daten, die mit dem dritten Messsystem gemessen wurden, ab. Ein Verfahren des Korrigierens der Entfernung wurde als ein Beispiel beschrieben, jedoch ist es in der Praxis wünschenswert, die 3D-Koordinaten zu korrigieren.
• Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 berechnet z. B. eine statistische Größe wie z. B. einen Mittelwert, einen Medianwert oder dergleichen der 3D-Koordinaten desselben Bezugspunkts, die in den mehreren Stücken vorbereitender Messdaten, die verschiedenen Messsystemen entsprechen, enthalten sind. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 kann Bezugsdaten erstellen, wobei die berechnete statistische Größe die 3D-Koordinaten des Bezugspunkts sind. Zum Beispiel berechnet der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 den Mittelwert der 3D-Koordinaten desselben Bezugspunkts, die mit dem ersten Messsystem, dem zweiten Messsystem und dem dritten Messsystem gemessen wurden. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 erstellt die Bezugsdaten, die den berechneten Mittelwert besitzen, als die 3D-Koordinaten des Bezugspunkts.
• Durch Bezugnahme auf die Relativpositionsinformationen, die der Erfassungsabschnitt 42 erfasst, kann der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 einen Fehler zwischen der Positionsbeziehung, die durch die Relativpositionsinformationen angegeben wird, und der Positionsbeziehung der mehreren Bezugspunkte, die durch die vorbereitenden Messdaten angegeben wird, erhalten und eines der Stücke vorbereitender Messdaten auf Grundlage des erhaltenen Fehlers wählen.
• Zum Beispiel erhält dann, wenn einer der Bezugspunkte des Bezugsmittels 51 der Ursprung ist, der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 (i) die relativen Koordinaten der Bezugspunkte außer dem Ursprung in den Relativpositionsinformationen und (ii) die relativen Koordinaten der Bezugspunkte außer dem Ursprung in den vorbereitenden Messdaten. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 erhält für jeden Bezugspunkt einen Fehler zwischen den relativen Koordinaten der Bezugspunkte außer dem Ursprung in den Relativpositionsinformationen und den entsprechenden Bezugspunkten in den vorbereitenden Messdaten. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 erhält für jedes Messsystem eine statistische Größe eines Fehlers wie z. B. die Summe von Fehlern oder eine Standardabweichung bei den mehreren Bezugspunkten des Bezugsmittels 51 und wählt die vorbereitenden Messdaten des Messsystems, wobei die statistische Größe wie z. B. der Durchschnitt der erhaltenen Fehler die kleinste zwischen den mehreren Messsystemen ist. Statt der relative Koordinaten vom Ursprung kann eine relative Entfernung vom Ursprung verwendet werden.
• Zusätzlich identifiziert dann, wenn die mehreren Bezugspunkte in einer einzelnen Ebene im Bezugsmittel 51 angeordnet sind, der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 unter Verwendung eines Verfahrens der kleinsten Quadrate oder dergleichen eine virtuelle Ebene derart, dass die Summe der Entfernungen von der virtuellen Ebene und den mehreren Bezugspunkten auf dem Bezugsmittel 51, die durch die vorbereitenden Messdaten angegeben werden, am kleinsten ist. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 identifiziert eine derartige Ebene für die mehreren Stücke vorbereitender Messdaten, die den verschiedenen Messsystemen entsprechen. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 berechnet für jedes Messsystem die Summe der Entfernungen zwischen (i) der identifizierten Ebene und (ii) den mehreren Bezugspunkten auf dem Bezugsmittel 51 in den vorbereitenden Messdaten des Messsystems, das der identifizierten Ebene entspricht. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 kann die vorbereitenden Messdaten des Messsystems, in dem die berechnete Summe der Entfernungen am kleinsten ist, wählen.
• Mit einer derartigen Konfiguration kann der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 die vorbereitenden Messdaten des Messsystems, das die Ebene am genauesten wiedergibt, verwenden, wobei die mehreren Bezugspunkte auf dem Bezugsmittel 51 angeordnet sind. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 erstellt Bezugsdaten auf der Grundlage der gewählten vorbereitenden Messdaten. Zum Beispiel verwendet der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 die gewählten vorbereitenden Messdaten als Bezugsdaten.
• Wenn eine Abweichung zwischen den mehreren Stücken vorbereitender Messdaten, die den mehreren Messsystemen entsprechen, gleich oder größer als ein vorgegebener Wert ist, muss der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 keine Bezugsdaten erstellen und kann einen Fehler, der angibt, dass die Abweichung zwischen den vorbereitenden Messdaten groß ist, auf einem Anzeigeabschnitt (der nicht gezeigt ist) anzeigen. Auf diese Weise kann der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 die Verringerung der Messgenauigkeit von der 3D-Geometrie aufgrund von Fehlern wie z. B. einer Abweichung einer Orientierung der optische Einrichtung verhindern.
• [Berechnung des Korrekturwerts]
• Der Berechnungsabschnitt 44 berechnet der Korrekturwert auf der Grundlage (i) der vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, und (ii) der Bezugsdaten, die durch den Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 erstellt werden. Die vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, sind z. B. vorbereitende Messdaten, die durch ein Messsystem, das von dem Messsystem, das den Bezugsdaten entspricht, verschieden ist, gemessen werden, wenn der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 vorbereitende Messdaten, die einem einzelnen Messsystem entsprechen, als die Bezugsdaten verwendet.
• Der Berechnungsabschnitt 44 nimmt an, dass der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 die vorbereitenden Messdaten, die durch das dritte Messsystem gemessen werden, als die Bezugsdaten verwendet. Der Berechnungsabschnitt 44 identifiziert die 3D-Koordinaten, die einen vorgegebenen Bezugspunkt im ersten Messsystem, das vom dritten Messsystem verschieden ist, angegeben und identifiziert die 3D-Koordinaten, die denselben Bezugspunkt in den Bezugsdaten angeben. Der Berechnungsabschnitt 44 erhält eine Differenz ΔC(x_1,i,j, y_1,i, z_1,i,j) zwischen den zwei 3D-Koordinaten unter Verwendung der folgenden Gleichung 1. $$\Delta \text{C}\left({\text{x}}_{\text{1}\text{,i}\text{,j}}{\text{, y}}_{\text{1}\text{,i}\text{,j}}{\text{, z}}_{\text{1}\text{,i}\text{,j}}\right)=\left[{\text{x}}_{\text{1}\text{,i}\text{,j}}{\text{, y}}_{\text{1}\text{,i}\text{,j}}{\text{, z}}_{\text{1}\text{,i}\text{,j}}\right]-\left[{\text{x}}_{\text{r}\text{,i}\text{,j}}{\text{, y}}_{\text{r}\text{,i}\text{,j}}{\text{, z}}_{\text{r}\text{,i}\text{,j}}\right]$$

  
• In Gleichung 1 ist „1“ in „x_1,i,j‟ein Index, der das erste Messsystem angibt, ist „i“ ein Index zum Identifizieren des Bezugspunkts (i = 1, 2 usw.) und ist „j“ ein Index zum Identifizieren der Installationsposition des Bezugsmittels 51 (j = 1, 2 usw.). [x_1,i,j, y_1,i,j, z_1,i,j] sind die 3D-Koordinaten, die durch die vorbereitenden Messdaten, die durch das erste Messsystem gemessen werden, angegeben werden. [x_r,i,j, y_r,i,j, z_r,i,j] sind die 3D-Koordinaten, die durch die Bezugsdaten angegeben werden.
• Der Berechnungsabschnitt 44 berechnet einen Korrekturwert zum Korrigieren der Zielmessdaten, die durch das erste Messsystem gemessen werden, auf der Grundlage der erhaltenen Differenz ΔC(x_1,i,j, y_1,i,j, z_1,i,j). Als ein Beispiel verwendet der Berechnungsabschnitt 44 die Differenz ΔC(x_1,i,j, y_1,i,j, z_1,i,j) als den Korrekturwert, jedoch kann der Korrekturwert unter Verwendung eines bekannten Verfahrens auf der Grundlage der Differenz ΔC(x_1,i,j, y_1,i,j, z_1,i,j) berechnet werden.
• Wenn der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 die Bezugsdaten durch Mitteln der 3D-Koordinaten der Bezugspunkte, die durch die mehreren Stücke vorbereitender Messdaten, die den verschiedenen Messsystemen entsprechen, angegeben werden, oder dergleichen erstellt, müssen die vorbereitenden Messdaten, die zum Erstellen der Bezugsdaten verwendet werden, nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen. Deshalb kann der Berechnungsabschnitt 44 den Korrekturwert auf der Grundlage einer Differenz zwischen (i) den 3D-Koordinaten des Bezugspunkts, die durch die vorbereitenden Messdaten, die zum Erstellen der Bezugsdaten verwendet werden, angegeben werden, und (ii) den 3D-Koordinaten desselben Bezugspunkts, die durch die Bezugsdaten angegeben werden, wenn die Bezugsdaten durch Mitteln der 3D-Koordinaten der Bezugspunkte, die durch die mehreren Stücke vorbereitender Messdaten angegeben werden, erstellt werden, oder dergleichen berechnen.
• Der Berechnungsabschnitt 44 berechnet Korrekturwerte, die Bezugspunkten des Bezugsmittels 51, das bei den mehreren Installationspositionen installiert ist, entsprechen. Zum Beispiel wenn der vorbereitende Messabschnitt 412 drei Stücke vorbereitender Messdaten erstellt, die drei Installationspositionen, deren Koordinaten in der Tiefenrichtung verschieden sind, entsprechen, erstellt der Berechnungsabschnitt 44 einen Korrekturwert, der jedem der drei Stücke vorbereitender Messdaten entspricht. Der Berechnungsabschnitt 44 verknüpft (i) den Index der Installationspositionen des Bezugsmittels 51, (ii) den Index zum Identifizieren des Messsystems, mit dem die Messung des Bezugsmittels 51 durchgeführt wird, (iii) den Index zum Identifizieren des Bezugspunkts und (iv) die Korrekturwerte miteinander und speichert sie im Speicherabschnitt 5.
• Ferner kann der Berechnungsabschnitt 44 eine Funktion zum Berechnen eines Korrekturwert identifizieren, der den 3D-Koordinaten des Messpunkts entspricht, die durch das Messsystem gemessen werden, das den vorbereitenden Messdaten entspricht, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen. Zum Beispiel kann der Berechnungsabschnitt 44 eine Polynomfunktion zum Umwandeln der Zielmessdaten, die durch das erste Messsystem gemessen werden, in einen Korrekturwert, der Zielmessdaten entspricht, unter Verwendung einer bekannten Technik wie z. B. des Verfahrens der kleinsten Quadrate durch Bezugnahme auf eine Beziehung zwischen den vorbereitenden Messdaten, die durch das erste Messsystem gemessen werden, und dem entsprechenden Korrekturwert identifizieren. In diesem Fall wird die Funktion im Voraus als ein Teil von Programmen oder dergleichen im Speicherabschnitt 5 gespeichert und identifiziert der Berechnungsabschnitt 44 mehrere Koeffizienten der Funktion, die im Speicherabschnitt 5 gespeichert ist. Die Funktion zum Umwandeln der Zielmessdaten zum Korrekturwert [Δc_m,x Δc_m,y Δc_m,z] kann durch die folgende Gleichung 2 ausgedrückt werden. In Gleichung 2 sind (x_m, y_m, z_m) die 3D-Koordinaten des Messpunkts. In der Funktion von Gleichung 2 wird der Korrekturwert berechnet, der jeder Komponente der 3D-Koordinaten entspricht. $$\left[\Delta {\text{c}}_{\text{m}\text{,x}},\Delta {\text{c}}_{\text{m}\text{,y}},\Delta {\text{c}}_{\text{m}\text{,z}}\right]=\left[{\text{f}}_{\text{x}}\left({\text{x}}_{\text{m}}{\text{,y}}_{\text{m}}{\text{,z}}_{\text{m}}\right){\text{f}}_{\text{y}}\left({\text{x}}_{\text{m}}{\text{,y}}_{\text{m}}{\text{,z}}_{\text{m}}\right){\text{f}}_{\text{z}}\left({\text{x}}_{\text{m}}{\text{,y}}_{\text{m}}{\text{,z}}_{\text{m}}\right)\right].$$

  

  Mehr als eine derartige Funktion kann z. B. durch ihr Teilen in einer Z-Richtung (einer Tiefenrichtung) angefertigt werden. Dadurch kann der Berechnungsabschnitt 44 den Korrekturwert unter Verwendung der Funktionen mit höherer Genauigkeit als einzelne Polynomfunktionen berechnen, weshalb Korrekturergebnisse mit höherer Genauigkeit erhalten werden.
• Das Beispiel, in dem der Berechnungsabschnitt 44 die Korrekturwerte erstellt, die den Bezugspunkten entsprechen, wurde beschrieben. Der Berechnungsabschnitt 44 kann einen Korrekturwert, der einer Position außer dem Bezugspunkt, bei der die vorbereitenden Messdaten erfasst werden, entspricht, durch Interpolieren auf der Grundlage mehrerer Korrekturwerte, die den mehreren Bezugspunkten entsprechen, berechnen. Der Berechnungsabschnitt 44 kann einen Messraum jedes Messsystems mit kubischen Rastern in gleiche Intervalle unterteilen, Korrekturwerte, die einzelnen Rasterpunkten entsprechen, durch Interpolieren auf der Grundlage der mehreren Korrekturwerte, die den mehreren Bezugspunkten entsprechen, berechnen und im Speicherabschnitt 5 eine Tabelle speichern, in der die 3D-Koordinaten der Rasterpunkte, der Index zum Identifizieren des Messsystems und die berechneten Korrekturwerte verknüpft werden. Durch Berechnen der Korrekturwerte für jeden Rasterpunkt kann der Berechnungsabschnitt 44 die Korrektur unter Verwendung des Korrekturwerts des Rasterpunkts, der am nächsten beim gemessen Koordinatenwert liegt, durchführen, wenn die Messergebnisse der 3D-Koordinaten des zu messenden Objekts korrigiert werden.
• [Korrektur der Zielmessdaten]
• Der Korrekturabschnitt 45 korrigiert die Zielmessdaten des Messsystems, das den vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, entspricht, auf der Grundlage des Korrekturwerts. Als ein Beispiel korrigiert der Korrekturabschnitt 45 die Zielmessdaten des ersten Messsystems, das vom dritten Messsystem verschieden ist, wenn der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 die Bezugsdaten durch Wählen der vorbereitenden Messdaten, die durch das dritte Messsystem gemessen werden, erstellt. Der Korrekturabschnitt 45 liest aus dem Speicherabschnitt 5 einen Korrekturwert, der (i) dem Index der Installationsposition, bei der eine Differenz zwischen den Koordinaten in der Tiefenrichtung, die durch die Zielmessdaten angegeben werden, und den Koordinaten in der Tiefenrichtung des Bezugspunkts minimal ist, (ii) dem Index, der angibt, dass es das erste Messsystem ist, und (iii) dem Index, der den Bezugspunkt angibt, der die 3D-Koordinaten besitzt, die am nächsten bei den 3D-Koordinaten liegen, die durch die Zielmessdaten angegeben werden, zugeordnet ist. Der Korrekturabschnitt 45 korrigiert auf der Grundlage des gelesene Korrekturwerts die Zielmessdaten, die durch das erste Messsystem gemessen werden.
• Der Korrekturabschnitt 45 kann einen Korrekturwert, der den 3D-Koordinaten des Rasterpunkts, der am nächsten bei den 3D-Koordinaten liegt, die durch die Zielmessdaten angegeben werden, zugeordnet ist, und den Index, der das Messsystem, das dem oben erwähnten Rasterpunkt entspricht, angibt, aus dem Speicherabschnitt 5 lesen und die Zielmessdaten auf der Grundlage des gelesenen Korrekturwerts korrigieren. Der Korrekturabschnitt 45 kann aus dem Speicherabschnitt 5 Korrekturwerte lesen, die den 3D-Koordinaten der mehreren Rasterpunkte, die relativ nahe bei den 3D-Koordinaten, die durch die Zielmessdaten angegeben werden, liegen, zugeordnet sind, und die Korrekturwerte, die den Zielmessdaten entsprechen, durch eine Interpolationsverarbeitung unter Verwendung der gelesenen Mehreren Korrekturwerte erhalten. Außerdem kann der Korrekturabschnitt 45 dann, wenn die Funktion zum Umwandeln der Zielmessdaten in die Korrekturwerte erhalten wird, diese Funktion verwenden, um die Zielmessdaten in die Korrekturwerte umzuwandeln und die Zielmessdaten auf der Grundlage der umgewandelten Korrekturwerte zu korrigieren.
• Der Geometrieidentifizierungsabschnitt 46 verwendet die Zielmessdaten, die durch den Korrekturabschnitt 45 korrigiert wurden, um eine Geometrie des zu messenden Objekts zu identifizieren. Der Geometrieidentifizierungsabschnitt 46 identifiziert die 3D-Geometrie des zu messenden Objekts durch Verbinden der 3D-Koordinaten der Messpunkte, die durch die mehreren Stücke korrigierter Zielmessdaten angegeben werden. Der Geometrieidentifizierungsabschnitt 46 kann die Geometrie des zu messenden Objekts durch Verbinden der 3D-Koordinaten, die durch die mehreren Stücke der Zielmessdaten, die den verschieden Messsysteme entsprechen, angegeben werden, identifizieren.
• Es kann ein Fall vorliegen, in dem der Korrekturabschnitt 45 die Zielmessdaten des Messsystems, das den Bezugsdaten entspricht, nicht korrigiert. Deshalb wird dann, wenn die Zielmessdaten, die den Bezugsdaten entsprechen, verwendet werden, angenommen, dass der Geometrieidentifizierungsabschnitt 46 die Geometrie des zu messenden Objekts unter Verwendung der Zielmessdaten, die durch den Korrekturabschnitt 45 nicht korrigiert wurden, identifizieren kann. Der Geometrieidentifizierungsabschnitt 46 kann die Geometrie des zu messenden Objekts durch Verbinden (i) der 3D-Koordinaten des Messpunkts, die durch nicht korrigierte Zielmessdaten, die Bezugsdaten entsprechen, angegeben werden und (ii) der 3D-Koordinaten des Messpunkts, die durch die korrigierten Zielmessdaten angegeben werden, identifizieren.
• [Verarbeitungsprozedur des Berechnens des Korrekturwerts]
• 10 ist ein Ablaufplan, der eine Verarbeitungsprozedur des Berechnens des Korrekturwerts durch die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 zeigt. Diese Verarbeitungsprozedur startet, wenn ein Operationsempfangsabschnitt (der nicht gezeigt ist) der 3D-Geometriemessvorrichtung 100 eine Anwenderbetätigung des Befehlens einer Kalibrierung jedes Messsystems empfängt.
• Zunächst der vorbereitende Messabschnitt 412 erzeugt aufgenommene Bilder, in denen ein vorgegebenes Bezugsmittel 51 aufgenommen mit mehreren Messsystemen (S101) wird. Der vorbereitende Messabschnitt 412 misst 3D-Koordinaten eines Bezugspunkts und erstellt vorbereitende Messdaten, die die gemessenen 3D-Koordinaten (S102) angeben. Es wird angenommen, dass der vorbereitende Messabschnitt 412 in S102 mehrere Stücke vorbereitender Messdaten, die den mehreren Messsystemen entsprechen, erstellt. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 erstellt Bezugsdaten auf der Grundlage eines oder mehrerer Elemente der erstellten mehreren vorbereitenden Messdaten (S103).
• Der Berechnungsabschnitt 44 berechnet eine Differenz zwischen (i) den vorbereitenden Messdaten eines Messsystems, das nicht mit dem Messsystem der Bezugsdaten unter den mehreren Messsystemen übereinstimmt, und (ii) den Bezugsdaten, die durch den Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 erstellt werden. Der Berechnungsabschnitt 44 berechnet auf der Grundlage der Differenz einen Korrekturwert zum Korrigieren der Zielmessdaten, die durch das Messsystem gemessen werden, das den vorbereitenden Messdaten entspricht, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen (S104), und schließt die Verarbeitung ab.
• [Verarbeitungsprozedur des Identifizierens der dreidimensionalen Geometrie]
• 11 ist ein Ablaufplan, der eine Verarbeitungsprozedur des Identifizierens der 3D-Geometrie des zu messenden Objekts, die durch die 3D-Geometriemessvorrichtung 100 durchgeführt wird, zeigt. Diese Verarbeitungsprozedur startet, wenn der Operationsempfangsabschnitt der 3D-Geometriemessvorrichtung 100 eine Betätigung eines Anwenders zum Anweisen des Startens des Messens einer 3D-Geometrie empfängt.
• Zunächst projiziert der Zielmessabschnitt 411 mit dem Projektionsabschnitt 3 ein Projektionsbild, das ein vorgegebenes Lichtmuster enthält, auf ein zu messendes Objekt oder dergleichen (S201). Der Zielmessabschnitt 411 erzeugt ein erstes aufgenommenes Bild, das durch den ersten Aufnahmeabschnitt 1 aufgenommen wird, durch Aufnehmen des Projektionsbilds, das auf das zu messende Objekt projiziert wird (S202). Der Zielmessabschnitt 411 erstellt Zielmessdaten, die Messergebnisse angeben, durch Messen eines Messpunkts des zu messenden Objekts (S203). Der Korrekturabschnitt 45 korrigiert die Zielmessdaten auf der Grundlage eines Korrekturwerts (S204). Der Geometrieidentifizierungsabschnitt 46 identifiziert eine Geometrie des zu messenden Objekts auf der Grundlage der Zielmessdaten, die durch den Korrekturabschnitt 45 korrigiert wurden (S205).
• [Wirkung der 3D-Geometriemessvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform]
• Gemäß der vorliegenden Ausführungsform korrigiert der Korrekturabschnitt 45 die Zielmessdaten für die mehreren Messsysteme unter Verwendung der Bezugsdaten. Deshalb kann der Korrekturabschnitt 45 die Verringerung der Messgenauigkeit, die durch einen Fehler in den Messsystemen verursacht wird, verhindern.
• Da der Geometrieidentifizierungsabschnitt 46 die Messung durch Verbinden mit hoher Genauigkeit der Zielmessdaten der mehreren Messsysteme durchführen kann, selbst wenn ein Abschnitt vorhanden ist, in dem die Zielmessdaten durch ein bestimmtes Messsystem aufgrund des Farbtons, der Sättigung usw. nicht erhalten werden können, kann die Geometrie des zu messenden Objekts unter Verwendung der Zielmessdaten eines weiteren Messsystems identifiziert werden. Aus diesem Grund kann der Geometrieidentifizierungsabschnitt 46 die Geometrie des zu messenden Objekts effizienter und genauer identifizieren.
• [Variantenbeispiel]
• In der vorliegenden Ausführungsform wurde das Beispiel des Falls beschrieben, in dem der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 die Bezugsdaten, die die 3D-Koordinaten der mehreren Bezugspunkte enthalten, unter Verwendung der vorbereitenden Messdaten, die einem einzelnen Messsystem entsprechen, erstellt. Die vorliegende Offenbarung ist allerdings nicht darauf beschränkt. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 kann ein bestimmtes Stück von Bezugsdaten durch Wählen eines der mehreren Stücke vorbereitender Messdaten, die den verschiedenen Messsystemen entsprechen, für jeden Bezugspunkt erstellen. Zum Beispiel kann der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 aus den mehreren Stücken vorbereitender Messdaten, die den verschiedenen Messsystemen entsprechen, vorbereitende Messdaten wählen, die dem Messsystem entsprechen, das z. B. einer Kombination optischer Einrichtungen entspricht, mit denen eine Parallaxe am größten wird, derart, dass die Genauigkeit der Triangulation für den Bezugspunkt am höchsten ist.
• 12A und 12B zeigen jeweils, wie ein Messsystem bei einer Erstellung von Bezugsdaten durch den Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 gewählt wird. 12A und 12B zeigen jeweils das Bezugsmittel 51 von oben gesehen. In den Beispielen von 12A und 12B enthält die 3D-Geometriemessvorrichtung einen dritten Aufnahmeabschnitt 300 zusätzlich zum ersten Aufnahmeabschnitt 1 und zum zweiten Aufnahmeabschnitt 2. In den Beispielen von 12A und 12B ist der Projektionsabschnitt 3 ausgelassen. Zum Beispiel kann, wenn der Bezugspunkt auf dem Bezugsmittel 51 verwendet wird, der vorbereitende Messabschnitt 412 vorbereitende Messdaten mit den folgenden vierten bis sechsten Messsystemen erstellen.
• Das vierte Messsystem: der erste Aufnahmeabschnitt 1 und der zweite Aufnahmeabschnitt 2
• Das fünfte Messsystem: der erste Aufnahmeabschnitt 1 und der dritte Aufnahmeabschnitt 300
• Das sechste Messsystem: der zweite Aufnahmeabschnitt 2 und der dritte Aufnahmeabschnitt 300
• 12A zeigt, wie das Messsystem, das dem Bezugspunkt am rechten Ende der untersten Säule des Bezugsmittels 51 entspricht, gewählt wird. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 wählt das Messsystem, das den Kombinationen optischer Einrichtungen entspricht, mit denen eine Parallaxe für den Bezugspunkt am größten wird. Wenn der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 das vierte Messsystem wählt, ist die Parallaxe, die durch den ersten Aufnahmeabschnitt 1 und den zweiten Aufnahmeabschnitt 2 gebildet wird, für den Bezugspunkt am rechten Ende der untersten Säule α1. Andererseits ist dann, wenn der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 das fünfte Messsystem wählt, eine Parallaxe, die durch den ersten Aufnahmeabschnitt 1 und den dritten Aufnahmeabschnitt 300 gebildet wird, für den Bezugspunkt am rechten Ende der untersten Säule α2 und diese Parallaxe ist im vierten bis sechsten Messsystem maximal. Deshalb wählt der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 die vorbereitenden Messdaten, die durch das fünfte Messsystem gemessen wurden, beim Erstellen der Bezugsdaten, die dem Bezugspunkt am rechten Ende der untersten Säule entsprechen.
• 12B zeigt, wie das Messsystem, das dem Bezugspunkt am linken Ende der obersten Säule des Bezugsmittels 51 entspricht, gewählt wird. Wenn der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 das vierte Messsystem wählt, ist die Parallaxe, die durch den ersten Aufnahmeabschnitt 1 und den zweiten Aufnahmeabschnitt 2 gebildet wird, für den Bezugspunkt am linken Ende der obersten Säule β1. Andererseits ist dann, wenn der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 das sechste Messsystem wählt, die Parallaxe, die durch den zweiten Aufnahmeabschnitt 2 und den dritten Aufnahmeabschnitt 300 gebildet wird, für den Bezugspunkt am linken Ende der obersten Säule β2 und diese Parallaxe ist im vierten bis sechsten Messsystem maximal. Deshalb wählt der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 die vorbereitenden Messdaten, die durch das sechste Messsystem gemessen wurden, beim Erstellen der Bezugsdaten, die dem Bezugspunkt am linken Ende der obersten Säule entsprechen. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 erstellt ein einzelnes Stück Bezugsdaten durch Kombinieren der vorbereitenden Messdaten, die für jeden Bezugspunkt des Bezugsmittels 51 gewählt wurden.
• Mit einer derartigen Konfiguration erstellt der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 die Bezugsdaten unter Verwendung der vorbereitenden Messdaten, die durch das Messsystem gemessen wurden, in dem eine Parallaxe für jeden Bezugspunkt maximal ist, und deshalb ist es möglich, die Messgenauigkeit der 3D-Koordinaten unter Verwendung von Triangulation zu verbessern.
• Wenn der Bezugspunkt, der durch ein oder mehrere Projektionsabschnitte zum Bezugsmittel 51 projiziert wird, verwendet wird, ist der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 nicht auf das Beispiel des Wählens für jeden Bezugspunkt der vorbereitenden Messdaten, die durch das Messsystem gemessen werden, in dem Parallaxe, die durch ein Paar von zwei Aufnahmeabschnitten gebildet wird, maximal ist, beschränkt. Zum Beispiel kann der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 eine Parallaxe, die durch ein Paar von zwei Aufnahmeabschnitten gebildet wird, und eine Parallaxe, die durch ein Paar eines Projektionsabschnitts oder eines Aufnahmeabschnitt gebildet wird, betrachten, um für jeden Bezugspunkt die vorbereitenden Messdaten zu wählen, die durch das Messsystem, das das Paar enthält, in dem die Parallaxe maximal ist, gemessen wurden.
• Wenn Spezifikationen der Aufnahmeabschnitte sich voneinander unterscheiden oder die Entfernungen von den Aufnahmeabschnitte zum Bezugspunkt sich voneinander unterscheiden, kann ein Fall vorliegen, in dem das Messsystem mit der maximalen Parallaxe nicht mit dem Messsystem übereinstimmt, das die beste Messgenauigkeit besitzt. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 kann aus dem Speicherabschnitt 5 eine Tabelle lesen, in der ein genäherter Wert der 3D-Koordinaten des Bezugspunkts dem Messsystem, das die beste Messgenauigkeit besitzt, zugeordnet ist, und die vorbereitenden Messdaten des Messsystems, das die beste Messgenauigkeit besitzt, durch Bezugnahme auf diese Tabelle wählen.
• Ferner kann der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 auf der Grundlage einer relative Entfernung vom Ursprung zum Bezugspunkt die vorbereitenden Messdaten des Messsystems wählen, das die beste Messgenauigkeit besitzt. Zum Beispiel bestimmt der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 dann, wenn das Bezugsmittel 51 gemessen wird, einen Bezugspunkt auf dem Bezugsmittel 51 als den Ursprung. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 misst eine Entfernung vom identifizierten Ursprung zu einem Bezugspunkt C, der ein Bezugspunkt außer dem Ursprung ist. Andererseits liest der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 aus dem Speicherabschnitt 5 einen Wert, der im Voraus gespeichert wurde, als die Entfernung vom Ursprung zum Bezugspunkt C. Der Bezugsdatenerstellungsabschnitt 43 kann die vorbereitenden Messdaten des Messsystems, in dem eine Differenz zwischen der gemessenen Entfernung und der Entfernung, die aus dem Speicherabschnitt 5 gelesen wurde, am kleinsten ist, als die vorbereitenden Messdaten mit der besten Messgenauigkeit des Bezugspunkts C wählen.
• Die vorliegende Offenbarung wird auf der Grundlage der Beispielausführungsformen erläutert. Der technische Umfang der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf den Umfang, der in der oben beschriebenen Ausführungsformen erläutert wird, beschränkt und es ist möglich, verschiedene Änderungen und Modifikationen im Umfang der Offenbarung vorzunehmen. Zum Beispiel sind die bestimmten Ausführungsformen der Aufteilung und der Integration der Vorrichtung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und alles oder ein Teil davon kann mit einer beliebigen Einheit konfiguriert sein, die funktionell oder physisch aufgeteilt oder integriert ist. Ferner sind neue Beispielausführungsformen, die durch ihre beliebigen Kombinationen erzeugt werden, in den Beispielausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthalten. Ferner weisen Wirkungen der neuen Beispielausführungsformen, die durch die Kombinationen hervorgebracht werden, auch die Wirkungen der ursprünglichen Beispielausführungsformen.
• Bezugszeichenliste

1

Erster Aufnahmeabschnitt

2

Zweiter Aufnahmeabschnitt

3

Projektionsabschnitt

4

Steuerabschnitt

5

Speicherabschnitt

11

Linse

12

Bilderzeugungselement

21

Linse

22

Bilderzeugungselement

41

Messabschnitt

42

Erfassungsabschnitt

43

Bezugsdatenerstellungsabschnitt

44

Berechnungsabschnitt

45

Korrekturabschnitt

46

Geometrieidentifizierungsabschnitt

100

Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien

300

Dritter Aufnahmeabschnitt

411

Zielmessabschnitt

412

Vorbereitender Messabschnitt

Claims (10)

1. Messvorrichtung (100) für dreidimensionale Geometrien zum Messen einer dreidimensionalen Geometrie eines zu messenden Objekts auf der Grundlage eines aufgenommenen Bilds, das durch Aufnehmen des zu messenden Objekts erhalten wird, wobei die Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien Folgendes umfasst: mehrere optische Einrichtungen; einen vorbereitenden Messabschnitt (412), der mehrere Stücke vorbereitender Messdaten, die dreidimensionale Koordinaten eines Bezugspunkts auf einem Bezugsmittel (51) angeben, durch Aufnehmen des Bezugsmittels in mehreren Messsystemen, die Kombinationen verschiedener optischer Einrichtungen unter den mehreren optischen Einrichtungen entsprechen, erstellt; einen Bezugsdatenerstellungsabschnitt (43), der Bezugsdaten auf der Grundlage eines oder mehrerer der mehreren Stücke vorbereitender Messdaten erstellt; einen Berechnungsabschnitt (44), der einen Korrekturwert auf der Grundlage der Bezugsdaten und der vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, unter den mehreren Stücken vorbereitender Messdaten berechnet; einen Zielmessabschnitt (411), der mehrere Stücke von Zielmessdaten, die Ergebnisse des Messens eines Messpunkts des zu messenden Objekts mit den mehreren Messsystemen angeben, erstellt; einen Korrekturabschnitt (45), der die Zielmessdaten im Messsystem, das den vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, entspricht, auf der Grundlage des Korrekturwerts korrigiert; und einen Geometrieidentifizierungsabschnitt (46), der eine Geometrie des zu messenden Objekts unter Verwendung der korrigierten Zielmessdaten, die mit dem Korrekturabschnitt korrigiert wurden, identifiziert.
2. Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien nach Anspruch 1, wobei der vorbereitende Messabschnitt die vorbereitenden Messdaten, die die dreidimensionalen Koordinaten des Bezugspunkts des Bezugsmittels bei mehreren Installationspositionen angeben, durch Aufnehmen des Bezugsmittels, das bei den mehreren Installationspositionen installiert ist, erstellt und der Berechnungsabschnitt den Korrekturwert, der dem Bezugspunkt entspricht, bei den mehreren Installationspositionen berechnet.
3. Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bezugsdatenerstellungsabschnitt die Bezugsdaten durch Berechnen einer statistischen Größe der dreidimensionale Koordinaten des Bezugspunkts, die durch mehrere Stücke der vorbereitenden Messdaten, die den mehreren Messsystemen entsprechen, angegeben werden, erstellt.
4. Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner Folgendes umfasst: einen Erfassungsabschnitt (42), der Relativpositionsinformationen erfasst, die eine Positionsbeziehung von mehreren der Bezugspunkte, die im Bezugsmittel enthalten sind, angeben, wobei der vorbereitende Messabschnitt die vorbereitenden Messdaten, die dreidimensionale Koordinaten der mehreren Bezugspunkte angeben, erstellt und der Bezugsdatenerstellungsabschnitt die Bezugsdaten durch Wählen der vorbereitenden Messdaten, die die dreidimensionalen Koordinaten der mehreren Bezugspunkte angeben, auf der Grundlage eines Fehlers erstellt, wobei die Positionsbeziehung durch die Relativpositionsinformationen angegeben wird.
5. Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der vorbereitende Messabschnitt die vorbereitenden Messdaten, die dreidimensionale Koordinaten von mehreren der Bezugspunkte auf dem Bezugsmittel angeben, erstellt und der Bezugsdatenerstellungsabschnitt, für jeden Bezugspunkt ein bestimmtes Stück Bezugsdaten durch Wählen eines der mehreren Stücke vorbereitender Messdaten, die den mehreren Messsystemen entsprechen, erstellt.
6. Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien nach Anspruch 5, wobei der Bezugsdatenerstellungsabschnitt aus den mehreren Stücken der vorbereitenden Messdaten, die den mehreren Messsystemen entsprechen, die vorbereitenden Messdaten wählt, die Kombinationen der optischen Einrichtungen entsprechen, mit denen die Triangulierungsgenauigkeit für den Bezugspunkt am besten wird.
7. Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der vorbereitende Messabschnitt ein Projektionsbild, das ein Muster zum Identifizieren des Bezugspunkts enthält, auf das Bezugsmittel projiziert.
8. Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Berechnungsabschnitt eine Funktion zum Berechnen des Korrekturwerts, der den dreidimensionalen Koordinaten des Messpunkts entspricht, die durch das Messsystem gemessen wurden, das den vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, entspricht, identifiziert und den Korrekturwert unter Verwendung der identifizierten Funktion berechnet.
9. Messvorrichtung für dreidimensionale Geometrien nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Berechnungsabschnitt ferner einen Speicherabschnitt (5) enthält, der eine Tabelle speichert, in der (i) dreidimensionale Koordinaten von einzelnen Rasterpunkten eines Messraums der mehreren Messsysteme, wobei der Messraum durch kubische Raster in gleichen Intervallen unterteilt ist, (ii) mehrere Korrekturwerte und (iii) ein Index zum Identifizieren jedes Messsystems einander zugeordnet sind, wobei der Korrekturabschnitt den Korrekturwert, der den dreidimensionalen Koordinaten des Rasterpunkts, der am nächsten bei den dreidimensionalen Koordinaten, die durch die Zielmessdaten angegeben werden, liegt, zugeordnet ist, und den Index, der das Messsystem, das diesem Rasterpunkt entspricht, angibt, aus dem Speicherabschnitt liest und die vorbereitenden Messdaten auf der Grundlage des gelesenen Korrekturwerts korrigiert.
10. Messverfahren für dreidimensionale Geometrien zum Messen einer dreidimensionalen Geometrie eines zu messenden Objekts auf der Grundlage eines aufgenommenen Bilds, das durch Aufnehmen eines zu messenden Objekts erhalten wird, wobei das Messverfahren für dreidimensionale Geometrien die folgenden Schritte umfasst: Erstellen mehrerer Stücke vorbereitender Messdaten, die dreidimensionale Koordinaten eines Bezugspunkts auf einem Bezugsmittel (51) angeben, durch Aufnehmen des Bezugsmittels mit mehreren Messsystemen, die Kombinationen verschiedener optischer Einrichtungen unter mehreren optischen Einrichtungen entsprechen; Erstellen von Bezugsdaten auf der Grundlage eines oder mehrerer der mehreren Stücke vorbereitender Messdaten; Berechnen eines Korrekturwerts auf der Grundlage der Bezugsdaten und der vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, unter den mehreren Stücken vorbereitender Messdaten; Erstellen mehrerer Stücke von Zielmessdaten, die Ergebnisse des Messens eines Messpunkts des zu messenden Objekts mit den mehreren Messsystemen angeben; Korrigieren der Zielmessdaten im Messsystem, das den vorbereitenden Messdaten, die nicht mit den Bezugsdaten übereinstimmen, entspricht, auf der Grundlage des Korrekturwerts; und Identifizieren einer Geometrie des zu messenden Objekts unter Verwendung der korrigierten Zielmessdaten.

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