JP2000097636A - 非接触３次元測定装置の測定ヘッドの位置決めのための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３次元測定装置における測定ヘッドの位置決
めを容易にする。 【解決手段】 測定装置は第１基準系ＸＹＺに従って動
作し、視覚センサ２５は第２基準系Ｘ’Ｙ’Ｚ’に従っ
て動作する。光源３３からのレーザビーム３５照射によ
り、物体上にレーザライン５０が形成される。測定ヘッ
ドのカメラ３１で撮影され、モニタ表示された画像上
で、オペレータがマウス等でポインタを動かして注目点
を指定すると、画像内でのレーザライン５０の位置に基
づき該ライン５０のＺ’方向の位置が求められ、この位
置を指定した注目点に対応する物体上の物理点のＺ’方
向に位置と近似する。画像内で求めた注目点Ｘ’，Ｙ’
座標とレーザライン５０により求めたＺ’座標とを、第
１基準系の座標に変換することにより、注目点に対応す
る物理点の第１基準系での位置を求め、第２基準系の原
点がその物理点の位置に来るように測定ヘッドを移動さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非接触３次元測定
装置の測定ヘッドの位置決めのための装置及び方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】非接触３次元測定装置においては、公知
のように、部材が該装置の第１の基準系のＸ，Ｙ，Ｚの
３座標軸について移動可能に設けられ、その部材に対し
てジョイント接続された測定ヘッドを有し、この測定ヘ
ッドには、テレビカメラやレーザビーム発生器を含む視
覚センサが支持されている。

【０００３】カメラは、３次元空間（すなわちピラミッ
ド形状の立体角領域）を撮影する。この３次元空間は、
対称光学軸を有し、この軸は、その視覚センサの第２の
基準系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’を規定するある点（基準中心
点）にて、レーザビームの対称軸と交差する。この第２
の系のＺ’軸は、カメラの光学対称軸に対して一直線上
にある。

【０００４】カメラで撮影された画像は、測定空間内に
ある物体の２次元画像を含む。この画像は、物体を横切
るレーザビームによって形成された可視的（レーザ）ラ
インを有する。この画像は、モニタにて該測定装置のオ
ペレータから観察される。

【０００５】処理装置を用いることにより、カメラで撮
影された２次元画像と、その２次元画像上におけるレー
ザビームの基準位置（簡単にはその画像の中心位置、す
なわち画像中心）に対する位置が自動的に解析され、視
覚センサの第２のＸ’，Ｙ’，Ｚ’基準系に対する物体
各点の座標が求められる。この測定結果は、その後、そ
の処理装置により、測定装置の第１のＸ，Ｙ，Ｚ基準系
に関連付けられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の測定装置の重要
な欠点は、測定ヘッドの位置決めの際、すなわち、測定
ヘッドを測定対象の物体の近傍に近づける際に起こる。
すなわち、測定ヘッドは、例えばジョイスティックのよ
うな操作デバイスを用いて、手動操作により動かされ
る。この操作デバイスは、Ｘ，Ｙ，Ｚの測定装置座標軸
に沿って測定ヘッドを移動させるための信号を発生す
る。ところが、モニタ上でオペレータが見ている画像
は、視覚センサにより撮影されたものであり、視覚セン
サのＸ’，Ｙ’，Ｚ’座標軸に対応した指向性を持って
いる。このＸ’，Ｙ’，Ｚ’座標軸系は、測定装置の
Ｘ，Ｙ，Ｚ座標軸系とは一致しない。更には、オペレー
タは、測定ヘッドを単にＸ，Ｙ，Ｚ軸に沿って動かすだ
けであり、Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’座標軸系と、Ｘ，Ｙ，Ｚ座
標軸系との関係を知らないので、オペレータが手動操作
デバイスとモニタ表示された画像とに基づいて測定ヘッ
ドを位置決めしようとすると、非常な困難にぶつかる。

【０００７】本発明の目的は、モニタ上の物体の画像を
用いて、測定ヘッドを容易に移動させ、物体に対して所
定の位置にセットすることができる測定装置を提供する
ことである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る装置は、非
接触３次元測定装置の測定ヘッドを位置決めするための
装置であって、前記測定装置（１，１０）の前記測定ヘ
ッド（１５）は３次元測定空間（Ｔ）内を移動可能とな
っており、前記測定装置（１，１０）は、当該装置固有
でありかつ互いに垂直なＸ，Ｙ，Ｚ軸によって形成され
る第１直交基準座標系で規定される第１基準系Ｘ，Ｙ，
Ｚにおいて、前記測定ヘッド（１５）の位置を算出する
ための手段を有し、前記測定装置（１，１０）は少なく
とも１つの視覚センサ（２５）を有し、前記視覚センサ
（２５）は、前記測定ヘッド（１５）に支持され、少な
くとも１つのテレビカメラ（３１）と少なくとも１つの
レーザビーム（３５）を生成するための生成手段（３
３）とを有し、前記カメラ（３１）は３次元測定空間
（Ｔ）の２次元画像（Ｉｍ）を撮影し、前記２次元画像
（Ｉｍ）は、前記視覚センサ（２５）固有の第２基準系
Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の原点に対応する少なくとも１つの基
準点（ＣＩ）を含むとともに、前記２次元画像（Ｉｍ）
により規定される平面内で互いに直交する座標軸Ｘ’，
Ｙ’を有し、該位置決めのための装置は処理制御手段
（５２，ＰＣ）を有し、この処理制御手段は、視覚化手
段（５４ａ）と協動して、オペレータに対してカメラ
（３１）で撮影された２次元画像（Ｉｍ）を表示する表
示手段（１００）と、前記２次元画像（Ｉｍ）上に指示
手段（Ｐ）を表示するためのプレゼンテーション手段
（１１０）と、前記オペレータによって操作される操作
手段であって、前記指示手段（Ｐ）を表示された前記２
次元画像（Ｉｍ）上で移動させ（１２０，１３０）、前
記２次元画像（Ｉｍ）の各部を指示するための操作手段
（５５）と、前記表示された２次元画像（Ｉｍ）上で、
前記指示手段（Ｐ）により指示された注目点（ｘｐ，ｙ
ｐ）を選択する選択手段（１４０）と、前記３次元測定
空間内で、前記第２基準系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の原点
（Ｏ’）が、前記２次元画像内の前記指示手段（Ｐ）に
より選択された注目点（ｘｐ，ｙｐ）に対応する物理点
（Ｐｆ）の位置に来るように、前記測定ヘッドを自動的
に（１５０〜２１０）移動させる（２２０）自動制御手
段（１５０〜２２０）と、を有することを特徴とする。

【０００９】また、本発明に係る方法は、非接触３次元
測定装置の測定ヘッドを位置決めするための方法であっ
て、前記測定装置（１，１０）の前記測定ヘッド（１
５）は３次元測定空間（Ｔ）内を移動可能となってお
り、前記測定装置（１，１０）は、当該装置固有であり
かつ互いに垂直なＸ，Ｙ，Ｚ軸によって形成される第１
直交基準座標系で規定される第１基準系Ｘ，Ｙ，Ｚにお
いて、前記測定ヘッド（１５）の位置を算出するための
手段を有し、前記測定装置（１，１０）は少なくとも１
つの視覚センサ（２５）を有し、前記視覚センサ（２
５）は、前記測定ヘッド（１５）に支持され、少なくと
も１つのテレビカメラ（３１）と、レーザビーム（３
５）を生成する光源（３３）とを有し、前記カメラ（３
１）は３次元測定空間（Ｔ）の２次元画像（Ｉｍ）を撮
影し、前記２次元画像（Ｉｍ）は、前記視覚センサ（２
５）固有の第２基準系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の原点に対応す
る少なくとも１つの基準点（ＣＩ）を含むとともに、前
記２次元画像（Ｉｍ）により規定される平面内で互いに
直交する座標軸Ｘ’，Ｙ’を有し、視覚化手段（５４
ａ）に前記カメラ（３１）で撮影された前記２次元画像
を表示するステップ（１００）と、前記表示された２次
元画像（Ｉｍ）上に、手動操作手段（５５）により移動
可能（１２０，１３０）な指示手段（Ｐ）を表示し、前
記２次元画像（Ｉｍ）の各部を支持するステップ（１１
０）と、前記指示手段（Ｐ）により、前記表示された２
次元画像（Ｉｍ）上に示された注目点（ｘｐ，ｙｐ）を
選択するステップ（１４０）と、前記３次元測定空間内
で、前記第２基準系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の原点（Ｏ’）
が、前記２次元画像上で選択された前記注目点（ｘｐ，
ｙｐ）に対応する物理点（Ｐｆ）の位置に来るように、
前記測定ヘッドを自動的に（１５０〜２１０）移動させ
るステップ（２２０）と、を含む。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００１１】図１の部材１は、非接触３次元測定機械の
全体を示す。この装置において、公知の、例えば可動ガ
ントリタイプの測定装置１０は、図示しないアクチュエ
ータによって３次元測定空間Ｔ内の３つの互いに垂直な
方向Ｘ，Ｙ，Ｚに移動する部材（コラム）１２を含む。

【００１２】測定装置１０は、自己に対応したＸ，Ｙ，
Ｚ基準系（装置基準系としても知られており、この基準
系のＸ，Ｙ，Ｚ軸は装置軸と呼ばれる）を有する。この
基準系は原点Ｏを有する。測定装置１０は、Ｘ，Ｙ，Ｚ
基準系の原点Ｏに対する可動部材１２のＸ，Ｙ，Ｚ位置
を求めるために、公知の電子的測定変換器（図示省略）
を備える。

【００１３】測定機械１は、さらに、可動部材１２に支
持された測定ヘッド１５を備える。より詳しく言えば、
測定ヘッド１５は、可動部材１２に固定された第１ボデ
ィ１８と、軸対称でありかつ第１ボディ１８に対して可
動の第２ボディ２０（図２、３参照）とを含む。第２ボ
ディ２０は、第１ボディの可動端部１８ａに対して回転
可能に取り付けられた第１の端部を有し、図２、３でＰ
と示された実質的な水平軸の周りを回転可能となってい
る（ピッチ角）。そして、可動端部１８ａは、可動部材
１２に対し、対称軸Ｒ周りに回転可能となっている（ロ
ール角）。ピッチ角とロール角とは離散的に変化し、そ
の数は有限である。

【００１４】測定ヘッド１５は、ピッチ方向回転とロー
ル方向回転によって規定される２つの「自由度」を有す
る。

【００１５】ボディ２０は、接続部材２２（図式的に示
す）を備えた第２の端部を有し、この接続部材２２に視
覚センサ２５が取り付けられる（図式的に示す）。

【００１６】図４を参照すると、視覚センサ２５は、外
部ケース２８を備える。この外部ケース２８は、接続部
材２２に対して適合し、テレビカメラ３１（図式的に示
す）とレーザビーム３５の光源３３とを収容する。カメ
ラ３１は、図４に示された３次元空間３８を撮影する。
この３次元空間３８は、カメラ３１のレンズ（図示省
略）の位置を頂点としたピラミッド状の立体角で形成さ
れる。立体角３８は、光学軸４１（一点鎖線で示す）を
有し、４つの平面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４により規定さ
れる。これら４平面は互いに交差して、立体角３８の４
つの稜Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ（直線で示される）を形成する。

【００１７】レーザビーム３５は、対称軸４４（一点鎖
線で示す）を有する。この対称軸は、３次元空間３８と
交差する。軸４４と軸４１とが交わる点は、ＣＲ（基準
中心：reference center）と表されている。レーザビー
ム３５と立体角３８との交わりは、測定可能空間４７を
規定する。この測定可能空間４７は、平面Ｐ１，Ｐ２，
Ｐ３，Ｐ４の一部と、軸４１に垂直な矩形の底面Ｐ５，
Ｐ６とによって形成される截頭ピラミッドの形状をな
す。例えば、平面Ｐ５は、平面Ｐ１と交わるビーム３５
によって規定される直線の稜ＬＭを有し、平面Ｐ６は、
平面Ｐ１の向かいの平面Ｐ３と交わるビーム３５によっ
て規定される直線の稜ＲＭを有する。

【００１８】図５，６，７は、視覚センサ２５の動作原
理を説明するための図面である。図５及び７は、それぞ
れ、平面Ｐ５、Ｐ６と同一平面上にある平坦な物体（例
えば金属板など。図示は省略）に関してカメラ３１で撮
影した画像を示す。そして、これら各画像は、その物体
を横切るビーム３５によって形成されたライン（レーザ
ライン）５０が含まれる。

【００１９】レーザライン５０は、図５の画像では水平
方向左端に位置し、図７の画像では水平方向右端に位置
する。点ＣＲ（基準中心）を通り軸４１に垂直な面と同
一平面上にある平坦物体の場合は、レーザライン５０は
画像の中間点に位置する（図６）。

【００２０】測定空間４７内で物体が移動すると、検出
画像内のレーザライン５０も移動する。画像内の固定の
基準点に対するレーザラインの移動量、すなわちレーザ
ライン５０と画像中心ＣＩとの距離Ｄは、当該物体の軸
４１に沿った位置、すなわちカメラ３１から物体までの
距離、に関係する。この例では画像は矩形であり、画像
中心ＣＩは、矩形外周の内角の二等分線同士が交わる点
と一致する。そして、距離Ｄは、矩形画像の長辺に平行
な方向について求められる。

【００２１】カメラ３１によって撮影された画像の中の
距離Ｄを測定することにより、公知の三角法の計算によ
り、物体とカメラとの間の実際の距離を求めることがで
きる。

【００２２】視覚センサ２５は、内部的なＸ’，Ｙ’，
Ｚ’基準系を有する。その基準系の原点Ｏ’は基準中心
ＣＲに位置し、Ｚ’軸は軸４１と同一直線上にある（図
４）。

【００２３】カメラ３１により撮影された矩形２次元画
像において、軸Ｘ’，Ｙ’は画像平面と同一面上に配置
することができ、このとき原点Ｏ’は画像中心ＣＩに位
置する（図５〜７）。そして、Ｚ’軸の位置（これは画
像内で直接的に求めることができない）は、前述のレー
ザライン５０の助けにより求めることができる。

【００２４】装置１（図１）は中央処理装置５２（図
１）を有する。中央処理装置５２は、例えばＶＡＸマイ
クロコンピュータであり、測定装置１０と通信し（部材
１２の位置測定結果を受信し）、視覚センサ２５と通信
する。センサ２５は、画像処理のためにパーソナルコン
ピュータＰＣ（例えばＰＣ４８６）に接続され、このＰ
ＣはＤＥＣＮＥＴネットワーク５３を介して中央処理装
置５２に接続され、中央処理装置５２に測定空間４７の
３次元情報を供給する。

【００２５】ビデオ端末５４が、測定装置とのインタフ
ェースのために中央処理装置５２に接続されている。ビ
デオ端末（モニタ）５４ａは、画像を表示し、各種のセ
ンサパラメータを入力するために、ＰＣに接続されてい
る。

【００２６】装置１は、動作するために、多数のいわゆ
る内部校正パラメータ及び外部校正パラメータを必要と
する。

【００２７】内部パラメータは、視覚センサ２５の内部
的な性能を規定し、視覚センサ２５自体に固有のもので
ある。

【００２８】カメラ３１は、画素の矩形行列（例えば５
００×５８２）によって規定される２次元画像（図５〜
７）を供給する。そして、Ｚ’軸についての物体の位置
（すなわち距離）に関する情報が、前述のようにレーザ
ライン５０と画像中心ＣＩとの距離Ｄの値を測定し演算
処理することにより、間接的に求められる。

【００２９】物体の（Ｘ’，Ｙ’に沿った）実際の座標
は、画像の中の対応座標を求め、適切なスケールファク
タを用いて変換することにより、直接的に求めることが
できる。

【００３０】したがって、カメラによって撮影された画
像の中の各画素は、実際の座標に（ミリメータ単位で）
対応し、この実際の座標は、カメラ３１から物体までの
距離の関数である。すなわち、物体の（Ｘ’、Ｙ’軸に
沿った）実際の座標は、画像内での座標にスケールファ
クタをかけたものに対応し、このスケールファクタは
Ｚ’軸に沿った距離の関数である。すなわち、

【数１】 実際の座標（ｍｍ単位）＝画素座標＊ｆ（Ｚ’） ここで、ｆ（Ｚ’）は内部パラメータの組で規定され
る。

【００３１】一方、外部パラメータは、視覚センサ２５
を測定装置１０の測定体積（空間）に関連付けるための
ものである。

【００３２】すなわち、視覚センサ２５は、測定空間内
のＸ’，Ｙ’，Ｚ’基準系での測定結果を生成し、これ
らは外部パラメータにより装置１０のＸ，Ｙ，Ｚ基準系
に対応づけられる。

【００３３】特に装置１は、Ｘ，Ｙ，Ｚ基準系から
Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’基準系への回転行列ＲＯＴ−ＭＡＸに
よって規定される外部パラメータの第１のセットと、Ｃ
Ｔ−ＣＲ（ここでＣＲはＸ’，Ｙ’，Ｚ’基準系の原点
であり、ＣＴは可動部材１２（図４）の中心である）、
すなわちいわゆるオフセット、のベクトルを記述する外
部パラメータの第２のセットと、を用いる。

【００３４】上記外部パラメータは、測定ヘッド１５の
とりうるそれぞれの向きについて計算される。

【００３５】図８は２つの基準系の関係を示し、これに
より測定装置１の動作と、測定のために内部及び外部パ
ラメータがどのように用いられるかを説明する。

【００３６】図８は、測定装置１０のＸ，Ｙ，Ｚ直交基
準系と、視覚センサ２５のＸ’，Ｙ’，Ｚ’基準系と、
Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’基準系の原点Ｏ’と測定ヘッド中心Ｃ
Ｔとの間を結ぶオフセット（ＯＦＦＳＥＴ）ベクトル
と、Ｘ，Ｙ，Ｚ基準系の原点Ｏとヘッド中心ＣＴとの間
を結ぶベクトルＣＴＰＯＳと、Ｘ，Ｙ，Ｚ基準系の原点
ＯとＸ’，Ｙ’，Ｚ’座標系の原点Ｏ’とを結ぶベクト
ルＶとを示す。

【００３７】空間内の任意の点Ｐについて、視覚センサ
２５はベクトルｍ’で示される測定結果を提供する。こ
のベクトルｍ’は、Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’直交基準系に対し
て求められており、Ｘ，Ｙ，Ｚ基準系に関連を有するは
ずである。

【００３８】視覚センサ２５で求められたベクトルｍ’
は、回転行列ＲＯＴ−ＭＡＸを用いて、公式ｍ＝ＲＯＴ
−ＭＡＸ ｘ（ｍ’）に従って装置１で（公知の方法
で）変換され、Ｘ，Ｙ，Ｚ基準系で表現されたベクトル
ｍが生成される。

【００３９】ベクトルｍには、点Ｐの測定結果をＸ，
Ｙ，Ｚ基準系に関連付けるためにベクトルＶが加えられ
る。そして、Ｘ，Ｙ，Ｚ基準系における点Ｐの測定結果
Ｍ、すなわちＭ＝ｍ＋Ｖが求められる。

【００４０】ベクトルＶは、ベクトルＣＴＰＯＳとＯＦ
ＦＳＥＴベクトルとを加えることに求められる。より詳
しく言うと、ベクトルＣＴＰＯＳは装置１０の３つの軸
にそれぞれ沿って設けられた変換器（図示省略）によっ
て求められる（ベクトルＣＴＰＯＳは、可動部材１２の
ヘッド中心ＣＴのＸ，Ｙ，Ｚ基準系における位置を示
す）。一方、ＯＦＦＳＥＴベクトルは、既に説明したよ
うに、外部パラメータの一つである。

【００４１】校正パラメータ（内部、外部パラメータ）
は、例えばイタリア特許出願ＴＯ９５Ａ−０００３８８
に示されるような、公知の手法で計算される。したがっ
て、ここでは簡単のため説明を省略する。

【００４２】図９は、本発明に係る位置決め機構によっ
て実行される処理動作を示すフローチャートである。位
置決め機構は、中央演算装置５２及び／又はパーソナル
コンピュータＰＣに組み込まれた電子回路によって形成
される。ただし、当然ながら、測定装置１０と通信する
多数の個別の電子回路を含むことも可能である。

【００４３】まず初めに、ブロック１００では、カメラ
３１により、測定空間４７内に位置するものの画像Ｉｍ
が撮影される。画像Ｉｍは、前述のように、点（画素）
の行列Ｐ（ｘ，ｙ）で規定される。これらは、それぞれ
当該点Ｐ（ｘ，ｙ）の輝度に応じた整数によって表され
る。この画像Ｉｍは、一時的に記憶され、ビデオ端末５
４ａに表示される。オペレータは、この表示により、視
覚センサ２５が「見ている」ものを観察することができ
る。

【００４４】ビデオ端末５４ａに表示される画像Ｉｍの
一例を図１０に示す。この図では、画像Ｉｍは、穴Ｈを
持つ平板Ｂ（図１）に関するものであり、したがって実
質的に一定の輝度の背景ＢＫ（平板Ｂの画像を表す）
と、背景ＢＫよりも暗い円形部分ＣＩＲ（穴Ｈの画像を
表す）とを含んでいる。

【００４５】画像Ｉｍには、好適には、画像Ｉｍの中心
ＣＩに位置する原点Ｏ’と、Ｙ’，Ｘ’軸とを表示する
（だだしこれに限定するものではない）。

【００４６】Ｙ’，Ｘ’軸は、互いに垂直であり、検出
した２次元画像Ｉｍにより規定される平面内にある。

【００４７】ブロック１００の次は、ブロック１１０
で、画像Ｉｍ上にポインタＰを表示する。ポインタＰ
は、例えば矢印によって示される（ただしこれに限定す
るものではない）。

【００４８】ポインタＰは（通常の処理装置の動作によ
り）、パーソナルコンピュータＰＣに接続された操作デ
バイス５５（マウス）により手動操作で動かすことがで
き、これによりオペレータ（図示省略）は、ポインタＰ
を手動操作で画像Ｉｍ中の任意の点まで動かすことがで
きる。

【００４９】このため、ブロック１１０の後のブロック
１２０では、ポインタＰを動かすための（マウス５５を
用いた）手動操作のコマンドを待ち、手動操作コマンド
が検出されると、ブロック１２０からブロック１３０に
進み、マウス５５で生成された電気信号を、パーソナル
コンピュータＰＣの処理信号に変換し、画像Ｉｍ上で要
求に応じてポインタＰを動かす。

【００５０】ブロック１３０の次のブロック１４０で
は、更なる手動操作コマンドの入力を待つ。このコマン
ドは、例えばマウス５５の２つのボタンＴＳのうちの一
方を押下することによって生成され、ポインタＰが所定
の位置に達したことを示す。その更なるコマンドが来る
までは、ブロック１４０はブロック１２０に戻り、ポイ
ンタＰは画像Ｉｍ上を更に動くことができる。そして、
その更なるコマンドが検出されると、ブロック１４０か
らブロック１５０に進む。

【００５１】明らかなように、上記の各ブロックの動作
と同時に、他のプロセスや動作が実行されることもあ
る。

【００５２】すなわち、ブロック１５０が、所定位置に
到達したポインタに関して選択され、画像ＩｍのＸ’，
Ｙ’，Ｚ’基準系に関するポインタＰのｘｐびｙｐ座標
が求められる。ｘｐ座標は、画像中心ＣＩからポインタ
Ｐまでの画像中の画素数を、画像Ｉｍの短辺（画像Ｉｍ
は矩形である）に平行な向きについてに数えた値として
表される。ｙｐ座標は、画像中心ＣＩからポインタＰま
での画像中の画素数を、矩形画像Ｉｍの長辺に平行な向
きについてに数えた値として表される。

【００５３】ポインタＰの位置は２次元画像Ｉｍにおけ
る注目点Ｐ（ｘｐ，ｙｐ）を示し、これは、３次元測定
空間４７内の物体上の物理的な点Ｐｆ（図１）に対応す
る。図１と図１０に示された例では、物理的な点Ｐｆは
穴Ｈの中心に対応する。

【００５４】ブロック１５０の次のブロック１６０で
は、画像上のレーザライン５０と画像中心ＣＩとの距離
ｄｐ（画像Ｉｍ内での画素数で求められる）を算出す
る。

【００５５】ブロック１６０の次のブロック１７０で
は、２次元画像Ｉｍ上で計測された画素距離ｄｐを、視
覚センサ２５のＸ’，Ｙ’，Ｚ’基準系に関するミリメ
ートル単位の距離ｄｍに変換する。距離ｄｍは、レーザ
ライン５０から原点Ｏ’までの、Ｚ’軸方向について測
った距離を表す。

【００５６】前述のように、それら変換は、上記内部パ
ラメータを用いて（公知の方法で）行われる。したがっ
て、ここでは詳細には述べない。

【００５７】ブロック１７０の次のブロック１８０で
は、既に計算した距離ｄｍを物理点Ｐｆに割り当てる。
すなわち、画像Ｉｍ上でポインタＰによって規定された
物理点ＰｆのＺ’軸に沿った距離が、Ｚ’軸に沿って測
られたレーザライン５０の距離にほぼ等しいと近似され
る。すなわち、次式である。

【００５８】

【数２】ｐｚ＝ｄｍ ここでｐｚは物理点ＰｆのＺ’軸に沿った距離を示す。

【００５９】この近似は、物理点Ｐｆとレーザライン５
０とが光学軸４１（図４）に対して垂直な同一平面（図
示省略）上に実質的に位置するならば、妥当なものであ
る。

【００６０】ブロック１８０の次のブロック１９０で
は、ブロック１５０で求めたｘｐ，ｙｐ座標が呼び出さ
れる。ｘｐ，ｙｐ座標（画像Ｉｍ内の画素数で測られて
いる）は、（ブロック１９０の下流のブロック２００
で）視覚センサ２５のＸ’，Ｙ’，Ｚ’基準系における
ミリメートル単位の距離ｘｍ，ｙｍに変換される。この
場合も、変換は、前述の内部パラメータを用いて（公知
の手法で）なされるので、詳しい説明は省く。

【００６１】従って、ブロック２００は、ｘｍ，ｙｍの
座標ペアを生成する。この座標ペアは、ポインタＰで選
択された注目点に対応する物理点ＰｆのＸ’及びＹ’軸
方向についての位置を示す。

【００６２】ブロック２００の次のブロック２１０で
は、これまでに求めたｘｍ，ｙｍ及びｄｍ座標（これら
は視覚センサ２５のＸ’，Ｙ’，Ｚ’デカルト基準系に
関する物理点Ｐｆの座標を表す）を、装置１０のＸ，
Ｙ，Ｚ軸に関する物理点Ｐｆの位置を表す座標Ｘｍ，Ｙ
ｍ，Ｄｍを生成する。

【００６３】ブロック２１０の次のブロック２２０で
は、測定ヘッド１５を動かし、Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’基準系
の原点Ｏ’を、座標Ｘｍ，Ｙｍ，Ｄｍで規定される位置
にセットする。

【００６４】Ｘ，Ｙ，Ｚ系に関する物理点Ｐｆの座標は
上述の処理により求められ、Ｘ，Ｙ，Ｚ系に関するＯ’
の座標も装置１０に分かる。この装置１０は、Ｘ，Ｙ，
Ｚ基準系の原点ＯからＸ’，Ｙ’，Ｚ’基準系の原点
Ｏ’まで延びるベクトルＶ（図８）の大きさ及び向きを
知っている。

【００６５】従って、測定ヘッド１５は、自動的に移動
し、第２のＸ’，Ｙ’，Ｚ’基準系の原点Ｏ’が、２次
元画像Ｉｍ内の選択された注目点に対応する３次元空間
内の点（物理点Ｐｆ）の位置に来るように、３次元空間
内で位置決めされる。そして、画像中心ＣＩ（この点
は、原点Ｏ’すなわち画像Ｉｍ内に見える点ＣＲに対応
する）が、ポインタＰ（図１１）により既に規定されて
いる注目点に対応づけられる。

【００６６】ブロック２２０の後のブロック２３０で
は、手動操作によるサイクル終了コマンドを待ち、この
コマンドを受け取ると上記の処理を終了する。逆の場合
は、ブロック２３０はブロック１００に戻り、視覚セン
サ２５によって検出した画像Ｉｍをビデオに表示する。
表示された新たな画像では、ブロック２２０による測定
ヘッド１５の移動の後なので、注目点を示すポインタＰ
が画像中心ＣＩを指している。すなわち、この時点で
は、画像中心ＣＩは、以前の位置からポインタＰで指定
された位置に「シフト」している。

【００６７】上記自動位置決め処理の最後では、レーザ
ライン５０が画像の中心まで移動し、Ｚ’軸に沿って正
しい位置関係なったことを示している。

【００６８】実際の使用では、オペレータは、測定装置
１、中央演算装置５２、パーソナルコンピュータＰＣに
電源を入れた後、カメラ３１で撮影された画像をビデオ
端末上で観察する。ポインタＰを用いることにより、オ
ペレータは、画像の中心決めのための画像Ｉｍ上での注
目点を選択する。そして、ポインタＰを注目点にセット
すると、確認信号を与えるためにマウス５５のボタンを
押下する。すると、ブロック１５０〜２２０に示した処
理が自動的に起動され、測定ヘッドが自動的に動き、新
たな検出画像（すなわち測定ヘッド移動後の撮影画像）
の中心が、ポインタで選択された点の位置に来るように
位置決めされる。

【００６９】モニタに表示された物体の画像は、測定ヘ
ッド１５の動きを要求に従って制御し、測定ヘッド１５
を所定の位置にセットするために、ポインタＰと共に利
用される。

【００７０】明らかなように、本発明の範囲から逸脱す
ることなく、ここに示した装置、方法に変更を加えるこ
とができる。

【００７１】例えば、図１２に示した装置は、２つのレ
ーザビームを用いた視覚センサ２５ａを採用している。
図４の例と同様に、視覚センサ２５ａは、外部ケース２
８を含む。この外部ケース２８は、接続部材２２に対し
て接続可能であり、カメラ３１（図式的に示す）とレー
ザビーム３５ａの第１の光源３３ａとを収容する。

【００７２】カメラ３１は、３次元空間３８を撮影す
る。図１２に示すように、この３次元空間３８は、カメ
ラ３１のレンズ（図示省略）の位置を頂点としたピラミ
ッド状の立体角で形成される。立体角３８は、光学軸４
１（一点鎖線で示す）を有し、４つの平面Ｐ１，Ｐ２，
Ｐ３，Ｐ４により規定される。これら４平面は互いに交
差して、立体角３８の４つの稜Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ（直線で
示される）を形成する。

【００７３】レーザビーム３５ａは、対称軸４４ａ（一
点鎖線で示す）を有する。この対称軸は、３次元空間３
８と交差する。

【００７４】視覚センサ２５ａは、レーザビーム３５ｂ
のための第２の光源３３ｂを有する。このビーム３５ｂ
も、３次元空間３８と交差する対称軸４４ｂ（一点鎖線
で示す）を有する。

【００７５】軸４４ａ，４４ｂ及び４１が交わる点は、
ＣＲ（基準中心）と表されている。視覚センサ２５ａ
は、内部的なＸ’，Ｙ’，Ｚ’基準系を有し、この系の
原点Ｏ’は基準中心ＣＲの位置に置かれる。そして、そ
の系のＺ’軸は、軸４１と同一直線上にある。

【００７６】レーザビーム３５ａと立体角３８との交わ
りは、測定可能空間４７を規定する。この測定可能空間
４７は、平面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の一部と、軸４１
に垂直な矩形の底面Ｐ５，Ｐ６とによって形成される截
頭ピラミッドの形状をなす。

【００７７】例えば、平面Ｐ５は、平面Ｐ１と交わるビ
ーム３５ａによって規定される直線の稜ＫＮを有し、平
面Ｐ６は、平面Ｐ１の向かいの平面Ｐ３と交わるビーム
３５ａによって規定される直線の稜ＬＭを有する。

【００７８】同様に、平面Ｐ５は、平面Ｐ２と交わるビ
ーム３５ｂによって規定される直線の稜ＫＬを有し、平
面Ｐ６は、平面４と交わるビーム３５ｂによって規定さ
れる直線の稜ＮＭを有する。

【００７９】図１３，１４，１５および１６は、視覚セ
ンサ２５ａの動作原理を説明するための図面である。

【００８０】図１３は、軸４１に垂直な平面と同一平面
状の面を持ち、基準中心を通る平坦な物体（例えば金属
板など。図示は省略）を、カメラ３１で撮影した画像を
示す。画像は、ビーム３５ａにより形成され物体を横切
る第１レーザライン５０ａと、ビーム３５ｂにより形成
され物体を横切る第２レーザライン５０ｂとを含んでい
る。レーザライン５０ａ及び５０ｂは互いに垂直であ
り、基準中心ＣＲに対応した画像中心ＣＩにて交わって
いる。

【００８１】カメラ３１で撮影された矩形２次元画像に
おいて、Ｘ’，Ｙ’軸は画像平面と同一平面上にあり、
原点Ｏ’が画像中心ＣＩに置かれる（図１３）。

【００８２】前述のように、測定空間４７内における軸
４１に対して垂直な物体の移動は、検出画像内のレーザ
ライン５０ａ，５０ｂの移動を引き起こす。画像中の固
定の基準点に対する各レーザラインの移動距離、すなわ
ちレーザライン５０ａ，５０ｂと画像中心ＣＩとの間の
距離Ｄａ，Ｄｂは、軸４１に沿っての物体の位置に関係
し、ひいては物体のカメラ３１からの距離に関係する。

【００８３】図１３に示した例では、画像は矩形であ
り、画像中心ＣＩは画像の矩形外周の各内角の２等分線
が交わる点と一致し、距離Ｄａは矩形画像の長辺に平行
に測られ、距離Ｄｂは矩形画像の短辺に平行に測られ
る。

【００８４】Ｚ’軸の位置は、画像から直接的に求める
ことはできないが、前述のようにレーザライン５０ａ，
５０ｂの助けにより求めることができる。

【００８５】平坦物体の稜ＫＮ，ＬＭに平行な軸周りの
回転は、レーザライン５０ａを傾斜させることはなく、
ライン５０ａは画像の長辺に垂直なままである（図１
４）。しかし、この回転は、レーザライン５０ｂをレー
ザライン５０ａに対して傾かせる。

【００８６】同様に、平坦物体の稜ＫＬ，ＮＭに平行な
軸周りの回転は、レーザライン５０ｂを傾かせることは
なく、レーザライン５０ｂは画像の短辺に垂直なままで
ある（図１５）。しかし、この回転は、レーザライン５
０ａをレーザライン５０ｂに対して傾かせる。

【００８７】平坦物体についての、稜ＫＮ，ＬＭに平行
な軸周りの回転と稜ＫＬ，ＮＭに平行な軸周りの回転と
が組み合わさった回転の場合、レーザライン５０ａ及び
５０ｂが共に傾斜し、Ｘ’軸，Ｙ’軸に対してそれぞれ
角度α，βをなす。

【００８８】図１２の変形例における位置決め装置の処
理動作は、図９のブロック１００〜１５０，１９０，２
００，２１０及び２２０を参照して説明したものと類似
のものである。主たる違いは、距離ｄｍの計算（ブロッ
ク１６０，１７０，１８０）にある。この距離ｄｍは、
前述の実施形態（図９）では１つのレーザライン（５
０）によって求められていた。

【００８９】距離ｄｍを求めるために、２つのレーザラ
イン５０ａ，５０ｂを用いて以下の処理が行われる（図
１６）。

【００９０】−画像Ｉｍ上で、第１レーザライン５０ａ
上の点Ｌ１と画像中心ＣＩとの距離ｄｐ１が画素単位で
求められる。点Ｌ１はポインタＰのＸ’座標ｘｐと同じ
Ｘ’座標値を有する。したがって、Ｘ’軸と点Ｌ１との
間の距離ｄｐ１が測定されることになる。

【００９１】−距離ｄｐ１を、内部パラメータを用い
て、Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’基準系に対応づけ、ミリメートル
単位の距離に変換して第１の長さＺ１を求める。

【００９２】−点Ｌ１を通り、Ｘ’軸に平行な第１補助
軸Ｘ”を計算する。

【００９３】−第１補助軸Ｘ”と第２レーザライン５０
ｂとが交わる点Ｌ２０を求める。

【００９４】−点Ｌ２０を通り、Ｙ’軸に平行な第２補
助軸Ｙ”を計算する。

【００９５】−画像Ｉｍ上で、第２レーザライン５０ｂ
上の点Ｌ２と軸Ｙ”との距離が測定される。点Ｌ２は、
ポインタＰのＹ’座標ｙｐと同じＹ’（すなわちＹ”）
座標値を有する。

【００９６】−距離ｄｐ２を、内部パラメータを用い
て、Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’基準系に対応づけ、ミリメートル
単位の距離に変換して第２の長さＺ２を求める。

【００９７】−第２の長さＺ２を第１の長さＺ１に加え
て、距離ｄｍを求める。すなわち、

【数３】ｄｍ＝Ｚ１＋Ｚ２ ここで述べた距離ｄｍの計算は、図９を参照して説明し
た計算よりも正確である。なぜなら、軸４１に対する物
体の傾斜を考慮しているからである。ただし、いくつか
の状況では、ブロック１８０で用いた近似で十分な場合
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る非接触３次元測定装置を示す図
である。

【図２】 図１の装置の測定ヘッドを拡大して示す図で
ある。

【図３】 図２の測定ヘッドが別の動作位置にある状況
を示す図である。

【図４】 測定ヘッドの視覚センサの処理原理を説明す
るための図である。

【図５】 視覚センサで撮影された画像の例を示す図で
ある。

【図６】 視覚センサで撮影された画像の例を示す図で
ある。

【図７】 視覚センサで撮影された画像の例を示す図で
ある。

【図８】 本発明に係る測定装置で用いられている２つ
の異なる基準系の関係を示す図である。

【図９】 本発明に係る測定装置で実行される処理の手
順を示す図である。

【図１０】 本発明に係る測定装置により処理される第
１の画像を示す図である。

【図１１】 本発明に係る測定装置により処理される第
２の画像を示す図である。

【図１２】 本発明に係る測定装置の変形例を説明する
ための図である。

【図１３】 図９の装置の視覚センサにより撮影された
画像の例を示す図である。

【図１４】 図９の装置の視覚センサにより撮影された
画像の例を示す図である。

【図１５】 図９の装置の視覚センサにより撮影された
画像の例を示す図である。

【図１６】 図９の装置の視覚センサにより撮影された
画像の例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 測定装置、１２ 可動部材、１５ 測定ヘッド、
１８ 第１ボディ、１８ａ 可動端部、２０ 第２ボデ
ィ、２２ 接続部材、２５ 視覚センサ、２８外部ケー
ス、３１ テレビカメラ、３３ 光源、３５，３５ａ，
３５ｂ レーザビーム、３８ ３次元空間、４１ 光学
軸、４４ 対称軸、４７ 測定可能空間、５０ レーザ
ライン、５２ 中央処理装置、５３ ネットワーク、５
４，５４ａ ビデオ端末、５５ 操作デバイス（マウ
ス）。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非接触３次元測定装置の測定ヘッドを位
   置決めするための装置であって、 前記測定装置（１，１０）の前記測定ヘッド（１５）は
   ３次元測定空間（Ｔ）内を移動可能となっており、 前記測定装置（１，１０）は、当該装置固有でありかつ
   互いに垂直なＸ，Ｙ，Ｚ軸によって形成される第１直交
   基準座標系で規定される第１基準系Ｘ，Ｙ，Ｚにおい
   て、前記測定ヘッド（１５）の位置を算出するための手
   段を有し、 前記測定装置（１，１０）は少なくとも１つの視覚セン
   サ（２５）を有し、前記視覚センサ（２５）は、前記測
   定ヘッド（１５）に支持され、少なくとも１つのテレビ
   カメラ（３１）と少なくとも１つのレーザビーム（３
   ５）を生成するための生成手段（３３）とを有し、 前記カメラ（３１）は３次元測定空間（Ｔ）の２次元画
   像（Ｉｍ）を撮影し、前記２次元画像（Ｉｍ）は、前記
   視覚センサ（２５）固有の第２基準系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’
   の原点に対応する少なくとも１つの基準点（ＣＩ）を含
   むとともに、前記２次元画像（Ｉｍ）により規定される
   平面内で互いに直交する座標軸Ｘ’，Ｙ’を有し、 該位置決めのための装置は処理制御手段（５２，ＰＣ）
   を有し、この処理制御手段は、 視覚化手段（５４ａ）と協動して、オペレータに対して
   カメラ（３１）で撮影された２次元画像（Ｉｍ）を表示
   する表示手段（１００）と、 前記２次元画像（Ｉｍ）上に指示手段（Ｐ）を表示する
   ためのプレゼンテーション手段（１１０）と、 前記オペレータによって操作される操作手段であって、
   前記指示手段（Ｐ）を表示された前記２次元画像（Ｉ
   ｍ）上で移動させ（１２０，１３０）、前記２次元画像
   （Ｉｍ）の各部を指示するための操作手段（５５）と、 前記表示された２次元画像（Ｉｍ）上で、前記指示手段
   （Ｐ）により指示された注目点（ｘｐ，ｙｐ）を選択す
   る選択手段（１４０）と、 前記３次元測定空間内で、前記第２基準系Ｘ’，Ｙ’，
   Ｚ’の原点（Ｏ’）が、前記２次元画像内の前記指示手
   段（Ｐ）により選択された注目点（ｘｐ，ｙｐ）に対応
   する物理点（Ｐｆ）の位置に来るように、前記測定ヘッ
   ドを自動的に（１５０〜２１０）移動させる（２２０）
   自動制御手段（１５０〜２２０）と、 を有することを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置であって、前記自動
   制御手段（１５０〜２２０）が、 前記２次元画像（Ｉｍ）にて選択（１４０）された注目
   点の座標（ｘｐ，ｙｐ，ｄｐ）を求める検出手段（１５
   ０，１６０）と、 前記２次元画像（Ｉｍ）にて求められた座標（ｘｐ，ｙ
   ｐ，ｄｐ）を、前記第２基準系における３次元座標（ｘ
   ｍ，ｙｍ，ｚｍ）に変換する変換手段（１７０，２０
   ０）と、 前記第２基準系における３次元座標（ｘｍ，ｙｍ，ｚ
   ｍ）を、前記第１基準系における３次元座標（Ｘｍ，Ｙ
   ｍ，Ｄｍ）に変換し、再配置位置を表す座標（Ｘｍ，Ｙ
   ｍ，Ｄｍ）を生成する第２変換手段（２１０）と、 前記第２基準系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の原点（Ｏ’）が、前
   記再配置位置を表す座標（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｄｍ）の示す位
   置に来るように前記測定ヘッドを移動させる制御手段
   （２２０）と、 を有することを特徴とする装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の装置であって、前記レー
   ザビームは、前記３次元空間内の測定対象の物体に照射
   され、当該物体上に少なくとも１本のレーザライン（５
   ０）を形成し、前記検出手段（１５０，１６０）は、 前記２次元画像（Ｉｍ）の基準点（ＣＩ）に関する前記
   レーザライン（５０）の位置（ｄｐ）を算出するための
   第１検出手段（１６０）、 を有し、 前記変換手段（１７０，２００）は、算出された前記レ
   ーザライン（５０）の位置（ｄｐ）を第２基準系Ｘ’，
   Ｙ’，Ｚ’のＺ’軸に沿った距離に変換し、前記第２基
   準系での第１の３次元座標（ｚｍ）を求める第１変換手
   段（１７０）を有することを特徴とする装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の装置であって、 前記レーザラインにより求められた前記第１の３次元座
   標（ｚｍ）を、前記２次元画像上で前記指示手段（Ｐ）
   により選択された注目点（ｘｐ，ｙｐ）に対応する前記
   物理点（Ｐｆ）に対して割り当てる割り当て手段（１８
   ０）を含むことを特徴とする装置。
5. 【請求項５】 請求項３記載の装置であって、更なるレ
   ーザビーム（３５ｂ）を生成するための更なる生成手段
   （３３ｂ）を有し、 前記レーザビーム（３５ａ）は、前記３次元空間内の測
   定対象の物体に照射され、当該物体上に第１のレーザラ
   イン（５０ａ）を形成し、更なるレーザビーム（３５
   ｂ）は、当該物体に照射され、当該物体上に第２のレー
   ザライン（５０ｂ）を形成し、 前記検出手段（１５０，１６０）は、前記２次元画像の
   基準点（ＣＩ）に対する前記第１のレーザライン（５０
   ａ）及び第２のレーザライン（５０ｂ）の位置を算出し
   て、Ｚ’軸に沿った前記物理点の第１の３次元座標（ｚ
   ｍ）を求めることを特徴とする装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の装置であって、前記検出
   手段は、 前記２次元画像上にて、第２基準系の第１軸（Ｘ’）に
   関して、前記指示手段（Ｐ）によって示された注目点の
   第１座標（ｘｐ）と等しい座標を有する第１レーザライ
   ン（５０ａ）上の第１の点（Ｌ１）と、前記基準点（Ｃ
   Ｉ）との第１の距離（ｄｐ１）を測定し、 前記２次元画像上で求められた第１の距離（ｄｐ１）
   を、第２基準系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’における距離に変換し
   て第１の長さ（Ｚ１）を求め、 前記第１の点（Ｌ１）を通り前記第２基準系の第１軸
   （Ｘ’）に平行な第１補助軸（Ｘ”）を計算し、 第１補助軸（Ｘ”）と前記第２レーザライン（５０ｂ）
   との交点（Ｌ２０）を計算し、 前記交点（Ｌ２０）を通り前記第２基準系Ｘ’，Ｙ’，
   Ｚ’の第２軸（Ｙ’）に平行な第２補助軸（Ｙ”）を計
   算し、 前記２次元画像上で、第２基準系の第２軸（Ｙ’）に関
   して、前記指示手段（Ｐ）によって示された注目点の第
   ２座標（ｙｐ）と等しい座標を有する第２レーザライン
   （５０ｂ）上の第２の点（Ｌ２）と、前記第２補助軸
   （Ｙ”）との第２の距離（ｄｐ２）を測定し、 前記２次元画像上で求められた第２の距離（ｄｐ２）
   を、第２基準系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’における距離に変換し
   て第２の長さ（Ｚ２）を求め、 前記第１の長さ（Ｚ１）と前記第２の長さ（Ｚ２）とを
   組み合わせ、Ｚ’軸に沿った物理点Ｐｆの前記第１の３
   次元座標（ｚｍ）を求めることを特徴とする装置。
7. 【請求項７】 請求項２〜６のいずれかに記載の装置で
   あって、前記検出手段（１５０）が、 前記２次元画像（Ｉｍ）の２つの座標軸に沿って、当該
   画像の前記基準点に対する前記指示手段（Ｐ）の位置
   （ｘｐ，ｙｐ）を求めるための第２の検出手段（１５
   ０）、 を有し、 前記変換手段（１７０，２００）は、求められた位置
   （ｘｐ，ｙｐ）を、前記第２基準系のＸ’及びＹ’軸の
   各々に沿って測った距離に変換し、前記第２基準系にお
   ける第２及び第３の３次元座標（ｘｍ，ｙｍ）を求める
   第２の変換手段（２００）を有することを特徴とする装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の装置で
   あって、 カメラ（３１）は、光学軸（４１）を有する立体角の形
   をとる３次元空間（３８）を撮影し、 前記少なくとも１つのレーザビーム（３５）は、前記３
   次元空間（３８）と交差する対称軸（４４，４４ａ，４
   ４ｂ）を各々有し、 前記光学軸（４１）と前記対称軸（４４）とが交わる点
   が、前記第２基準系の第２直交基準座標系（Ｘ’，
   Ｙ’，Ｚ’）の原点となり、 前記第２直交基準座標系の原点が、前記２次元画像上の
   前記基準点（ＣＩ）に対応し、 前記第２直交基準座標系は、Ｚ’軸が前記光学軸（４
   １）と同じ方向を向いた、互いに直交するＸ’，Ｙ’，
   Ｚ’座標により規定されることを特徴とする装置。
9. 【請求項９】 非接触３次元測定装置の測定ヘッドを位
   置決めするための方法であって、 前記測定装置（１，１０）の前記測定ヘッド（１５）は
   ３次元測定空間（Ｔ）内を移動可能となっており、 前記測定装置（１，１０）は、当該装置固有でありかつ
   互いに垂直なＸ，Ｙ，Ｚ軸によって形成される第１直交
   基準座標系で規定される第１基準系Ｘ，Ｙ，Ｚにおい
   て、前記測定ヘッド（１５）の位置を算出するための手
   段を有し、 前記測定装置（１，１０）は少なくとも１つの視覚セン
   サ（２５）を有し、前記視覚センサ（２５）は、前記測
   定ヘッド（１５）に支持され、少なくとも１つのテレビ
   カメラ（３１）と、レーザビーム（３５）を生成する光
   源（３３）とを有し、 前記カメラ（３１）は３次元測定空間（Ｔ）の２次元画
   像（Ｉｍ）を撮影し、前記２次元画像（Ｉｍ）は、前記
   視覚センサ（２５）固有の第２基準系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’
   の原点に対応する少なくとも１つの基準点（ＣＩ）を含
   むとともに、前記２次元画像（Ｉｍ）により規定される
   平面内で互いに直交する座標軸Ｘ’，Ｙ’を有し、 視覚化手段（５４ａ）に前記カメラ（３１）で撮影され
   た前記２次元画像を表示するステップ（１００）と、 前記表示された２次元画像（Ｉｍ）上に、手動操作手段
   （５５）により移動可能（１２０，１３０）な指示手段
   （Ｐ）を表示し、前記２次元画像（Ｉｍ）の各部を支持
   するステップ（１１０）と、 前記指示手段（Ｐ）により、前記表示された２次元画像
   （Ｉｍ）上に示された注目点（ｘｐ，ｙｐ）を選択する
   ステップ（１４０）と、 前記３次元測定空間内で、前記第２基準系Ｘ’，Ｙ’，
   Ｚ’の原点（Ｏ’）が、前記２次元画像上で選択された
   前記注目点（ｘｐ，ｙｐ）に対応する物理点（Ｐｆ）の
   位置に来るように、前記測定ヘッドを自動的に（１５０
   〜２１０）移動させるステップ（２２０）と、 を含む方法。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の方法であって、前記測
    定ヘッドを自動的に（１５０〜２１０）移動させるステ
    ップ（２２０）は、 前記２次元画像（Ｉｍ）にて選択（１４０）された注目
    点の座標（ｘｐ，ｙｐ，ｄｐ）を求めるステップ（１５
    ０）と、 前記２次元画像（Ｉｍ）にて求められた座標（ｘｐ，ｙ
    ｐ，ｄｐ）を、前記第２基準系における３次元座標（ｘ
    ｍ，ｙｍ，ｚｍ）に変換するステップ（１７０，２０
    ０）と、 前記第２基準系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’における３次元座標
    （ｘｍ，ｙｍ，ｚｍ）を、前記第１基準系Ｘ，Ｙ，Ｚに
    おける３次元座標（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｄｍ）に変換し、再配
    置位置を求めるステップ（２１０）と、 前記第２基準系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の原点（Ｏ’）が、前
    記再配置位置を表す座標（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｄｍ）の示す位
    置に来るように前記測定ヘッドを移動させるステップ
    （２２０）と、 を含むことを特徴とする方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の方法であって、前記
    ２次元画像（Ｉｍ）にて選択（１４０）された注目点の
    座標（ｘｐ，ｙｐ，ｄｐ）を求めるステップ（１５０）
    が、 前記レーザビームを前記３次元空間内の測定対象の物体
    に照射し、前記物体上にレーザライン（５０）を生成す
    るステップと、 前記２次元画像（Ｉｍ）の基準点に関する前記レーザラ
    イン（５０）の位置（ｄｐ）を算出するステップ（１６
    ０）と、 算出された前記レーザラインの位置（ｄｐ）を第２基準
    系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’のＺ’軸に沿った距離に変換し、前
    記第２基準系での第１の３次元座標（ｚｍ）を求めるス
    テップ（１７０）と、 を含むことを特徴とする方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の方法であって、 前記レーザラインにより求められた前記第１の３次元座
    標（ｚｍ）を、前記２次元画像上で前記指示手段（Ｐ）
    により選択された注目点（ｘｐ，ｙｐ）に対応する前記
    物理点（Ｐｆ）に対して割り当てるステップ（１８０）
    を含むことを特徴とする方法。
13. 【請求項１３】 請求項１１記載の方法であって、前記
    ２次元画像（Ｉｍ）にて選択（１４０）された注目点の
    座標（ｘｐ，ｙｐ，ｄｐ）を求めるステップ（１５０）
    が、 第１のレーザビーム（３５ａ）を生成し、この第１のレ
    ーザビーム（３５ａ）を物体に照射して、前記２次元画
    像上に見える第１のレーザライン（５０ａ）を形成する
    ステップと、 第２のレーザビーム（３５ｂ）を生成し、この第１のレ
    ーザビーム（３５ｂ）を前記物体に照射して、前記２次
    元画像上に見える第１のレーザライン（５０ｂ）を形成
    するステップと、 前記２次元画像の基準点（ＣＩ）に対する前記第１のレ
    ーザライン（５０ａ）及び第２のレーザライン（５０
    ｂ）の位置を算出して、Ｚ’軸に沿った前記物理点（Ｐ
    ｆ）の第１の３次元座標（ｚｍ）を求めるステップと、 を含むことを特徴とする方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載の方法であって、前記
    第１の３次元座標（ｚｍ）を求めるステップが、 前記２次元画像上にて、第２基準系の第１軸（Ｘ’）に
    関して、前記指示手段（Ｐ）によって示された注目点の
    第１座標（ｘｐ）と等しい座標を有する第１レーザライ
    ン（５０ａ）上の第１の点（Ｌ１）と、前記基準点（Ｃ
    Ｉ）との第１の距離（ｄｐ１）を測定するステップと、 前記２次元画像上で求められた第１の距離（ｄｐ１）
    を、第２基準系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’における距離に変換し
    て第１の長さ（Ｚ１）を求めるステップと、 前記第１の点（Ｌ１）を通り前記第２基準系の第１軸
    （Ｘ’）に平行な第１補助軸（Ｘ”）を計算するステッ
    プと、 第１補助軸（Ｘ”）と前記第２レーザライン（５０ｂ）
    との交点（Ｌ２０）を計算するステップと、 前記交点（Ｌ２０）を通り前記第２基準系Ｘ’，Ｙ’，
    Ｚ’の第２軸（Ｙ’）に平行な第２補助軸（Ｙ”）を計
    算するステップと、 前記２次元画像上で、第２基準系の第２軸（Ｙ’）に関
    して、前記指示手段（Ｐ）によって示された注目点の第
    ２座標（ｙｐ）と等しい座標を有する第２レーザライン
    （５０ｂ）上の第２の点（Ｌ２）と、前記第２補助軸
    （Ｙ”）との第２の距離（ｄｐ２）を測定するステップ
    と、 前記２次元画像上で求められた第２の距離（ｄｐ２）
    を、第２基準系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’における距離に変換し
    て第２の長さ（Ｚ２）を求めるステップと、 前記第１の長さ（Ｚ１）と前記第２の長さ（Ｚ２）とを
    組み合わせ、Ｚ’軸に沿った物理点Ｐｆの前記第１の３
    次元座標（ｚｍ）を求めるステップと、 とを含むことを特徴とする方法。
15. 【請求項１５】 請求項１１〜１４のいずれかに記載の
    方法であって、前記２次元画像（Ｉｍ）にて選択（１４
    ０）された注目点の座標（ｘｐ，ｙｐ，ｄｐ）を求める
    ステップ（１５０）が、 前記２次元画像（Ｉｍ）の２つの座標軸に沿って、当該
    画像の前記基準点に対する前記指示手段（Ｐ）の位置
    （ｘｐ，ｙｐ）を求めるステップ（１５０）と、 求められた位置（ｘｐ，ｙｐ）を、前記第２基準系の
    Ｘ’及びＹ’軸の各々に沿って測った距離に変換し、前
    記第２基準系における第２及び第３の３次元座標（ｘ
    ｍ，ｙｍ）を求めるステップと、 を含むことを特徴とする方法。
16. 【請求項１６】 請求項９〜１５のいずれかに記載の方
    法であって、 前記カメラ（３１）は、光学軸（４１）を有する立体角
    の形をとる３次元空間（３８）を撮影し、 前記レーザビーム（３５）は、前記３次元空間（３８）
    と交差する対称軸（４４）を有し、 前記光学軸（４１）と前記対称軸（４４）とが交わる点
    が、前記第２基準系の第２直交基準座標系Ｘ’，Ｙ’，
    Ｚ’の原点となり、 前記第２直交基準座標系の原点が、前記２次元画像上の
    前記基準点に対応し、 前記第２直交基準座標系は、Ｚ’軸が前記光学軸（４
    １）と同じ方向を向いた、互いに直交するＸ’，Ｙ’，
    Ｚ’座標により規定されることを特徴とする方法。