JP2000509139A - 対象物の形状のレーザ測定装置、システム及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 対象物すなわち足Ｆの形状をレーザ測定する装置は、ベース１６、ターンテーブル１５、線形スライド１３および線形スライド１３上を摺動するレーザカメラ４０を有している。ターンテーブル１５はベース１６に取り付けられている。線形スライド１３はターンテーブル１５に取り付けられ、ターンテーブル１５から延びている。線形スライド１３はターンテーブル１５の回転とともに移動する。レーザカメラ４０は対象物、すなわち、足Ｆの三次元輪郭を形成するために対象物Ｆの第１の側及び第２の側に沿って移動し測定する。装置は、さらにロボット制御器およびコンピュータを有している。装置は対象物、すなわち、足Ｆの輪郭を提供する。方法はまた、本発明によって形成された輪郭に基づく靴の寸法の選択を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 対象物の形状のレーザ測定装置、システム及び方法 技術分野 本発明は、一般的には、不規則な形をした対象物の形状を測定するための装置 、システム及び方法に関するものである。特に、本発明は、足のレーザ測定装置 、システム及び方法に関するものである。本発明はまた、足のレーザ測定に基づ いて靴の寸法を選択する方法に関するものである。 発明の背景 履物産業は大きな専門の競争環境になってきた。履物産業は長く確立した作業 方法を有しており、この作業方法のうちの１つは、足の長さ及び幅に基づいて靴 の寸法を決定することである。靴の寸法毎の足型が靴の製造に使用される。従っ て、正しく寸法決めされた足型が、上出来の靴の輪郭にとって必須である。正し く合う靴は、常に、消費者にとって重要であるが、合い具合は、種々の地形の上 で、比較的長時間にわたって、種々の天候状態において、比較的堅いゴルフシュ ーズを使用するゴルファーのような消費者にとって、特に重要となりうる。ゴル ファーは、しばしば、合っていないゴルフシューズにより引き起こされるふくれ のような問題を経験する。従って、このような問題を最小にするために、最も良 く合うシューズを得ることが望ましい。 機械的な手段を使用して足の寸法を得るための種々の技術が、従来、提案され ている。例えば、ほとんどの靴屋は、一般に、ブランノック装置（Brannock dev ice）として知られている足測定スケールを使用しており、このブランノック装 置は、ニューヨーク州シラキューズ（Syracuse）市のブランノック・デバイス・ カンパニー（Branock Device Company）によって製造されている。このブランノ ック装置は、幾つかのスライディングスケールを有する金属のベースプレートか らなる。このブランノック装置は、足の長さ及び幅を測定して、適当な靴の寸法 を決定する。 ブラノック装置と関連した１つの問題は、足の測定が、事実上、二次元だけで あ り、ヒールから爪先までの絶対長さと幅とを測定することにある。この方法は、 ヒールのタイプ、たとえば、骨ばっているか肉づきがよいか、爪先の形状、たと えば、四角であるかテーパになっているか、靴の中底の弧、及び、他の特徴のよ うな要因を考慮しそこねている。この装置は又、腱膜瘤（バニオン）のような医 学的な問題と関連した特徴を測定しそこねており、腱膜瘤（バニオン）は、足の 異常さに順応するために、より大きい靴の寸法を必要とする。 もっと最近のシステムは、足の特徴を決定するためにレーザビーム測定の使用 を提案している。米国特許第４，７４５，２９０号は、足に焦点を合わせたレー ザビームを使用して、注文の足型を作る装置および方法を開示する。この装置は 足の上に固定して位置決めされ、足の前方部分又は足の前側についてのデータを 記録するだけである。この引用文献において利用される靴の寸法を決定する方法 は、足の長さ及び幅を使用する周知技術を用いる。 米国特許第５，１６４，７９３号も又、レーザ測定システムを用いる。この装 置は、足の上に固定して位置決めされたレーザカメラを用いる。この装置では、 足のヒールを停止ブロックに対して正確な場所に位置決めしなければならない。 三次元の走査が、使用者の足の前側の三次元の輪郭を創り出すために行われる。 足の前側の輪郭と足のヒールの既知位置とに基づいて、足の長さ及び幅を測定し て、適当な靴の寸法を決定する。この技術についての１つの問題は、この技術が ヒール領域における足の寸法を測定しないことである。ヒール領域は足の測定の 重要な部分になることがある。合っていないヒールにより、ヒール領域で靴を足 にこすらせ、ふくれを引き起こすことがある。ヒール領域の形状についての研究 は、履物産業によってほとんど行われていなかった。 足の底の特徴を測定するためにレーザを使用する他の装置が知られている（米 国特許第５，２３７，５２０号）。走査技術のこのタイプについての最も明白な な問題は、足の上方寸法が得られないことにある。従って、足の形状における異 常を検出することはできない。さらに、米国特許第５，２３７，５２０号で説明 されている靴の寸法を決定するための手段は、足の長さ及び幅に基づいた在来の 決定を用いる。 米国特許第５，０９４，５３８号は、ベースに固定して位置決めされた一対の レーザカメラを用いる。光ビームが、表面上で回転する、足型のような不規則な 形をした対象物に向かって差し向けられる。レーザカメラは、足型が回転すると きに、足型から読取りを行う。このタイプの装置についての問題は、このタイプ の装置が人間の足を測定することができないということにある。対象物を置くプ ラットホームが回転するから、単一の足をプラットホーム上に配置して、単一の 足を測定することはできない。たとえ両足を測定のために回転表面上に配置した としても、足の回転の少なくとも一部分の間、測定していない足が他の足の測定 を妨げるであろう。 いかに足の裏が靴にぴったり合うかを顧客に示すために足を測定し、履き物に 関連して足の輪郭を表示することが提案されてきた。将来の靴型生産のために足 の測定データを蓄積することも提案されてきた。米国特許第５，２０６，８０４ 号は、コンピュータ化された履き物カタログに関連して履き物測定装置を説明し ている。顧客データが、集められ、蓄積され、足の裏の視覚的表示が作られ、提 案される履き物の選択枝が顧客の選択のために表示される。 発明の概要 本発明は、レーザビーム測定を用いて、足などの身体部分、あるいは、同様の 不規則な形状をもつ対象物を測定することの改良に関するものである。足を正確 に測定することができると、注文にあわせた靴型を作ることができ、あるいは、 最適な靴の寸法を決定することができる。さらに、招来、新しい靴型を作る際に 使用するデータベースに測定データを蓄積することができる。 本発明は、足の三次元寸法形状を測定するための装置およびシステムを提供す るものである。足を測定する従来の方法にあっては、足の幅および長さを既存の 靴型の寸法形状と比較していたのに対し、本発明は、足全体の三次元画像を生成 し、この全体の三次元画像を用いて、足を正しい靴の寸法によりよく合わせるた めに、画像をポイントごとに既存の靴型と比較することによって靴の寸法を決定 するものである。 本発明はまた、測定された足のデータから新しい靴型を作るためのデータを提 供する。単一の対象物から得られたデータを用いて、注文にあわせた靴型を作る ことができる。別の例として、多数の対象物の測定された足のデータを蓄積し、 使用して、靴の大量生産に使用される靴型の寸法形状をアップデートすることが できる。 これらの利点を得るために、足を特定の方法で走査し、得られたデータを処理 して、対象物の三次元的体積輪郭を生成する。本発明は、足の爪先、母指球、く びれ、土踏まずおよび踵を含む足全体を走査することができる。対象物の測定が 完了すると、三次元的体積輪郭を既存の靴型などの既知の体積輪郭と比較して、 正しい靴の寸法を決定することができ、あるいは、体積輪郭を用いて注文にあわ せた靴型を作ることができる。 本発明の特徴は、レーザヘッド走査の選択されたパターンを用いて、走査をお こなうことである。レーザ測定のためのシステムのさらに別の特徴は、複数の二 次元的に離間した輪郭を用いて、測定される対象物を特定する三次元的体積輪郭 を生成することである。 本発明の一つの態様によれば、対象物の形状をレーザ測定するための装置が、 ベースと、回転可能な部材と、線形スライドと、レーザカメラとを備えている。 回転可能な部材は、ベースに取り付けられており、第１の角度から第２の角度に 回転する。線形スライドは、第１および第２の端部を有している。第１の端部に おいて、線形スライドは回転可能な部材に取り付けられており、かつ、この回転 可能な部材から延びている。線形スライドは、回転可能な部材が回転されるとき に、第１の位置から第２の位置に移動する。レーザカメラは、線形スライドに結 合されており、線形スライドに沿って移動する。 作動中、回転可能な部材は線形スライドを第１の位置に回転させ、レーザカメ ラは線形スライドに沿って摺動して対象物を測定する。次いで、回転可能な部材 は第２の位置に回転し、レーザカメラは線形スライドに沿って移動して、第２の 位置で対象物を測定する。各位置での測定は、複数の場所で行われる。レーザカ メラは、回転可能な部材が回転している間に、線形スライドに沿って、移動する のがよい。しかしながら、レーザカメラは、線形スライドが第１の位置または第 ２の位置にあるときにだけ、測定のために線形スライド上を移動することが好ま しい。 本発明の装置は、好ましくは、対象物である足をその上に載せるスタンドを備 えている。この表面は、ベースの一部であってもよい。ベースはまた、好ましく は、ベース上に配置された回転取り付け具を備えている。回転可能な部材は、回 転取り付け具上を回転する。回転取り付け具の回転軸線は、長手基準軸線を形成 し、線形スライドは、長手基準軸線に平行な方向に移動する。レーザカメラも同 様に、長手基準軸線に平行な方向に、線形スライドに沿って移動する。測定され る対象物は、好ましくは、対象物の長さ方向が長手基準軸線と一致するように、 位置決めされる。 線形スライドは、アングルブラケットにより、回転可能な部材に取り付けるよ うにしてもよい。線形スライドは、好ましくは、第１の端部と第２の端部の間に 配置された少なくとも１つのトラックを備えている。レーザカメラは、線形スラ イド上を摺動するため、トラックに結合されてもよい。レーザカメラは、好まし くは、線形スライドの第２の端部から第１の端部の方向に摺動している間に、対 象物である足を測定する。 レーザカメラは、好ましくは、レーザヘッドおよびレーザヘッドに取り付けら れたアームを備えている。アームは、線形スライドに摺動可能に結合されてもよ く、さらに、スライド上のトラック内で往復運動するものでもよい。レーザヘッ ドは、対象物を測定するために対象物に向けて、レーザビームを発し、さらに、 レーザビーム送信器およびＣＣＤ受光素子を備えたレーザビーム受信器を備えて いる。 本発明の装置はまた、ロボット用コントローラ及びプログラムされたコンピュ ータを備えるものであってもよい。ロボット用コントローラは、レーザカメラ及 び回転可能な部材の動作を制御する。コンピュータは、レーザカメラに信号を送 って移動させ、さらに、レーザビームを断続的に発せさせるために利用される。 コンピュータは、測定データの記録も行う。本発明の装置は、さらに、第１及び 第２の位置での測定値からのデータをディジタル的に結合して、対象物の形状の ３次元輪郭を生成する手段を備えている。 本発明の別の態様において、本発明の対象物の形状をレーザ測定する方法は、 測定のために、足などの対象物を位置決めする工程と、対象物に向ってレーザビ ームを発する工程と、反射したレーザビームを受光する工程と、得られたデータ を処理する工程とを有している。レーザビームは、対象物の少なくとも一方の側 に沿ってレーザカメラを動かすことにより、対象物に断続的に発せられる。 反射したレーザビームの放射は、レーザビームが発せられた位置における対象物 の寸法と形状を表すデータとして対象物から受光される。データを処理すること により、対象物の形状の３次元輪郭が生成される。 レーザビームの断続的放出は、好ましくは、一定の間隔でなされる。この一定 の間隔は、１／１６インチから５／８インチまで離間している範囲である。好ま しい間隔は、３／８インチである。レーザカメラの動作は、好ましくは、予め設 定された一定速度で行われる。対象物は、対象物の長軸線が長手基準軸線と一致 するように、測定のために位置決めされる。レーザビーム放出中のレーザカメラ の動きは、好ましくは、長手基準軸線に平行である。 対象物のレーザ測定方法は、第１の位置で、レーザカメラを位置決めし、長手 基準軸線に平行な線に沿って、レーザカメラを通過させる工程を含んでいてもよ い。その後、長手基準軸線に平行な別の線に沿って、対象物の第２の側部がレー ザカメラを通過する。反射したレーザビームは、レーザビーム放射から受光され て、データとして記録される。 レーザビーム放射は、好ましくは、一定間隔毎に、光の鉛直面の形で、なされ る。複数のデータポイントは、レーザ光の各鉛直面の長さに沿って、受光され、 記録される。各鉛直面は、長手基準軸線に垂直に配置される。レーザカメラから のレーザビームの放射は、長手基準軸線に平行な線に沿って生じる。レーザカメ ラの移動ラインは、長手基準軸線の少なくとも一方の側の上方で且つオフセット されている。 レーザカメラは、各測定移動中、長手基準軸線に平行な線に沿って移動するの が好ましい。レーザカメラは、対象物が置かれる平面の上方約３０°乃至６０° に位置決めされる。第１の移動中の各レーザビームの放射の位置は、第２の移動 中の各放射の位置と整合されるのが好ましい。データの収集は、対象物の各側に おける同じ方向の移動においてなされるのが好ましい。 本発明の方法はまた、足の靴寸法を選択するため、測定データを既知の靴型寸 法形状と比較することを含んでいる。靴寸法は、測定データを既知の靴型寸法形 状と比較することによって決定される。靴寸法を選択することは、各鉛直面デー タを複数の靴型寸法形状と比較することを含んでいる。これを実行する１つの方 法は、最も小さな靴型から始め、寸法を少しづつ、最も大きな靴型まで上げてい くことである。各鉛直面のデータを、２つ未満の鉛直面上の２つ未満のポイント が靴型寸法形状を越える靴型が見い出されるまで、各靴型寸法形状と比較する。 ２つ未満の鉛直面上の２つ未満の点が足型に合うことが見いだされたときには、 この足型がお薦めの靴寸法として選択される。 鉛直データ面を複数の足型寸法形状と比較する別の方法は、最も大きな寸法の 靴型から始め、少しづつ最も小さな寸法の靴型まで小さくして行くことである。 データの各鉛直面を、２以上の鉛直面上の２以上のデータポイントが足型寸法形 状を越える足型に達するまで、各足型寸法形状と比較する。この場合には、次い で、次に大きい足型がお薦めの靴寸法として選択される。 足の靴寸法を選択するため、測定データを既知の足型寸法形状と比較するさら に別の方法は、足の三次元的輪郭から足の長さ及び幅を測定し、在来のブランノ ックスケール（Ｂｒａｎｎｏｃｋ ｓｃａｌｅ）を用いて靴寸法を算出すること である。足の長さは、輪郭上において、踵の後部から最も遠くに延びる爪先の先 端まで測定される。足の幅は、輪郭の最も幅の広い部分を横切って測定される。 本発明のさらなる目的、利点および新規な特徴の一部は、以下の記載から、ま た、一部は、以下の記載を検討することにより、当業者には明らかになるであろ うし、あるいは、本発明を実施することにより、当業者は理解するであろう。本 発明の目的と利点は、添付の請求の範囲において、特に指摘された手段および組 合せによって実現され、達成される。 図面の簡単な説明 図１は、本発明による装置の側面図である。 図２は、図１の装置の斜視図である。 図３は、足の踵の後ろからの装置の移動の端面図である。 図４は、足及び装置の測定平面の側面図である。 図５は、靴型内の足の垂直方向データ平面の断面図である。 図５Ａは、垂直方向平面のデータ用の未処理データの断面図である。 図５Ｂは、データを部分的に処理した後の図５Ａの垂直平面の断面図である。 図６Ａは、装置によって作りだされた足の三次元的輪郭である。 図６Ｂは、装置によって作りだされた足の三次元的輪郭である。 図７は、進歩的なシステムの概略図である。 図８は、システムを作動させるためのフローチャートである。 好ましい実施態様の詳細な説明 本発明は、足を測定するとともに、大量生産に用いられる標準的な靴型の寸法 形状をアップデートするためのデータベースを生成するために用いることのでき る測定手法を提供するものでをある。本発明は、測定装置内の足の踵を含んだ測 定手法を提供する。 図１および図２は、本発明の装置１０の好ましい実施態様を示している。装置 １０は、固定ユニット３０とレーザカメラユニット４０を備えている。足Ｆは、 測定のため、その長手軸線が長手基準軸線５０を形成するように、固定ユニット ３０の前の表面１０上に置かれる。図１は、レーザカメラユニット４０が測定さ れる足の前方に位置する初期位置における装置１０を示している。図２は、レー ザカメラユニット４０が足Ｆの側部に沿って移動している初期位置の装置１０の 上面図を示している。 固定ユニット３０は、ベースユニット１６と、回転取り付け具１７と、ターン テーブル１５と、アングルブラケット１４と、線形スライド１３を備えている。 回転取り付け具１７は、ベースユニット１６内に配置されている。ターンテーブ ル１５は、回転取り付け具１７に取り付けられ、回転取り付け具１７まわりに回 転する。ターンテーブル１５は、通常のステップモータ（図示せず）によって、 回転される。アングルブラケット１４は、ターンテーブル１５に連結され、線形 スライド１３に連結されて、線形スライド１３をターンテーブル１５上に支持し ている。ターンテーブル１５が回転取り付け具１７上を回転すると、図２におい て、矢印Ｚで示されるように、線形スライド１３は、ターンテーブル１５ととも に、足Ｆの一方の側から他方の側に回転される。線形スライド１３は、その長さ 方向に沿って、少なくとも一つのトラック１９を有している。線形スライド１３ 上のトラック１９は、長手基準軸線５０と平行である。線形スライド１３および 回転取り付け具１７は、ニューヨーク州、ニューハイドパークのＤＳＧカンパニ ーの一部門であるテクノコーポレーション(Tecno Corp.)によって製造されてい る。 レーザカメラユニット４０はレーザヘッド１１とアーム１２を有している。レ ーザヘッド１１は、アーム１２に取り付けられている。アーム１２は、摺動のた め、線形スライド１３に取り付けられている。好ましくは、アーム１２は、線形 スライド１３上のトラック１９内に配置される。アーム１２は、トラック１９内 を往復運動し、図１および図２において、矢印Ｘで示されるように、レーザカメ ラユニット４０を足Ｆの側部に沿って、前後に移動させる。足Ｆの側部に沿った アーム１２の運動は、長手基準軸線５０と平行である。 作動時には、レーザヘッド１１は、元の位置、すなわち、足の前の位置から踵 の後部に移動し、元の位置、すなわち、足の前の位置に戻る。したがって、本発 明の特徴は、レーザヘッドが長手基準軸線５０と平行な方向および長手基準軸線 ５０に垂直な方向に移動することができる点にある。 好ましくは、足Ｆを測定するため、足Ｆの前部が装置１０に面している。足Ｆ は、適切に測定されるために、正確な位置に置かれる必要はなく、好ましくは、 足Ｆの長手基準軸線５０が、回転取り付け具１７の軸線に一致される。足は、ス タンドないし表面１８上で置かれていればよい。本発明においては、必ずしも必 要とはされないが、ベースユニット１６をスタンドないし表面１８に取り付ける ことができる。 図３は、足Ｆの測定中における回転取り付け具１７およびレーザカメラユニッ ト４０の動きを示すものである。足Ｆは、測定のため、足Ｆの前部が装置１０に 面するように置かれる。作動に際し、ターンテーブル１５は、鉛直線Ｖから角度 ｃをなす位置Ａにおいて、スタートする。角度ｃは、約３５度ないし４５度の範 囲内にあればよく、好ましくは４０度である。また、位置ＡおよびＢの場所は、 足Ｆが置かれるスタンド１８の表面からの回転角度ｅ、ｆによって、画定されれ ばよい。この角度ｅは、好ましくは、約３０度ないし６０度であり、最も好まし くは、５０度である。矢印Ｚで示されるように、ターンテーブル１５が回転する と、レーザカメラユニット４０および線形スライド１３は、足から離れるように 傾き、レーザヘッド１１の底部は、レーザヘッド１１の頂部よりも足Ｆに近くな る。測定中に、それを通じて、レーザビームが発せられる開口がレーザヘッド１ １の底部に位置しているので、レーザヘッドが傾くと、レーザビームは、足に向 けて、直接、発せられるようになる。 ターンテーブル１５の位置Ａへ回転する結果、アーム１２およびレーザヘッド １１は、人の脚に邪魔されなくなり、測定対象人の脚が、足の側部に沿ったレー ザカメラユニット４０の動きに干渉しなくなる。 位置Ａにあるレーザカメラユニット４０とともに、アーム１２は、レーザヘッ ド１１を退避した元の位置から、足Ｆの踵を通って、急速に動かす。アーム１２ は、次いで、往復運動をして、退避した元の位置に戻る。 レーザヘッドは、カナダ、ケベック州のブーシェヴィル（Boucherville）のサ ーボロボット(Servo Robot)により製造されたＭ−Spot Miniature Laser Range Cameraであることが好ましい。踵から爪先へのレーザヘッドは、好ましくは、足 が約３／８インチ（１cm）のインターバルで測定されるように選択された一定の 速度で動かされる。レーザカメラユニットの移動速度は、レーザヘッドの動作を 制御するコンピュータであるレーザコントローラの能力によって決定される。足 を３／８インチ（１cm）のインターバルで走査するためのＭ−Spot−280レーザ ヘッドの移動速度は、好ましくは、３／４インチ（２cm）／秒である。このＭ− Spot−280は、２０cm／秒の速度で移動可能である。しかしながら、速度の範囲 は、カメラユニットのタイプおよび装置の全体的な構成によって変化することに なる。 アーム１２が退避している間、レーザヘッド１１はレーザビームを足Ｆの側面 に対して断続的に放射する。レーザビームを、測定する対象物に対する光の鉛直 平面を形成する同一平面上の一連の光の点として放射するのが好ましい。 レーザヘッドが足の一方の側面に沿って移動してこれを測定した後、脚によっ て邪魔されることがないまま、ターンテーブル１５が回転し、鉛直位置Ｖを越え て、角度ｂの位置Ｂまで回転する。続いて、同じ手順が、足Ｆの第２の側面に沿 って行われる。先ず、アーム１２が、レーザヘッド１１を足Ｆの踵を通り越した 位置まで移動させる。アーム１２が、一定の速度で、原位置まで退避する間、レ ーザヘッド１１が、光のビームを、足Ｆの側面に対して断続的に照射する。足Ｆ の第２の側面を測定した後、退避位置にあるアーム１２は、次の測定手順のため に、スタート位置Ａに戻る。 レーザヘッド１１が足Ｆを測定している間、レーザヘッド１１は、足の長さに 沿って一定の間隔で、光のレーザビームを放射する。光は、反射してレーザヘッ ドに戻り、レーザヘッドが反射光を受ける。 足の側面の測定順序は、本発明のシステムにとって、本質的ではないことに留 意されたい。図３の位置ＡおよびＢは、反対であってもよい。さらに、踵から爪 先への足の測定は、本発明のシステムにとって、本質的ではないことに留意され たい。爪先から踵への足の測定も、同じように有利な結果を提供することなる。 足全体を測定するなら、開始位置および停止位置は何処でもよい。さらに又、上 記説明では、２つの測定位置が述べられているが、３以上の測定位置を用いても よいことに留意されたい。 図４は、足Ｆの長さに沿った一定間隔を示す。レーザヘッドは、点Ｐ１で読み 取りを開始し、点Ｐｎで足の爪先に到達する。測定のための一定間隔は、１／１ ６インチ（約１．５８７５ｍｍ）から５／８インチ（約１５．８７５ｍｍ）の範 囲であるのが好ましく、３／８インチ（１ｃｍ）であるのが最も好ましい。この 一定の間隔は、足の表面のかなり形状を検出するのに十分な数のデータ平面を提 供することになる。３／８インチ（１ｃｍ）の間隔は、３／８インチ（１ｃｍ） またはこれより大きな表面形状を検出することになる。 測定中にレーザヘッド１１から放射されたレーザビームは、図１に示されてい る長手基準軸線５０と直交する平面内に光の鉛直平面を形成する同一平面上の一 連の点として、放射される。このようにして放射された光の鉛直平面の鉛直方向 のスパンは、足の全高をカバーするように、少なくとも２．５インチ（約６３． ５ｍｍ）である。レーザビームのスパンは、４ないし５インチ（約１０１．６な いし１２７ｍｍ）であるのが好ましい。このスパンは、レーザヘッド１１が足Ｆ から離れて位置決めされている距離に応じて、そして、足以外の対象物を測定す る場合には測定する対象物の全体の寸法に応じて、これより小さく又は大きくす ることができる。 Ｍ−スポット−２８０（Ｍ−ＳＰＯＴ−２８０）型レーザヘッド１１は、ユニ ットの基部内の開口を通して、足の側面に、光の鉛直平面を放射する。次いで、 レーザ光は反射してレーザヘッドに戻り、そこで、ＣＣＤが反射光を受ける。こ のタイプのレーザヘッドは、放射された各レーザビーム毎に、２５６のデータ点 を記録する。各データ点は、光の鉛直平面内の点を表している。 図５は、データが処理された後の最後のもの２０内のデータ２１の鉛直平面を 示している。図５Ａは、１つの鉛直平面のデータ２１に対する未処理形態の測定 データを示している。見やすくするために、本発明の装置によって得られた５１ ２点の全ては示していない。示されている点は、例示のためだけに、提供されて いる。図５Ｂは、部分的に処理された形態の図５Ａのデータを示している。 足の測定中に得られたデータは、足の第１及び第２の側を表す２つの部分にあ る。例示を目的とする図５Ａに示すように、一方の側のデータを黒ポイント５１ で表し、他方の側のデータを白ポイント５２で表す。各組のデータは２５６ポイ ントを含んでいる。２つの組は結合つまり合成されて、５１２ポイントからなる 垂直面を作る。原５１２ポイントの組は、床５８と、足又は床を表すものではな い不適ポイント５５と一緒に足を表わす。床５８を表すポイントを除去するため に、また、足の全断面を測定するのに十分な大きさの領域を維持しつつ可能な限 り数多くの不適ポイント５５を除去するために、サーチ領域５３、５４が各側の データとして選択される。サーチ領域５３、５４は、足の大きさを表す全てのポ イントを維持するように決められる。このサーチ領域の外側にある全てのポイン トは廃棄される。 図５Ｂは、サーチ領域の外側にあるポイントを廃棄した後のデータを示す。理 解できるように、この技術は、床及び不適ポイントに加えて、足を表すものの２ つの側で相互にオーバーラップするポイントを除去するのに役立つ。図５Ｂに示 すように、足のプロフィールはこの段階で形を得る。残る不適ポイント５５は、 不適ポイントと大多数のポイントとの間の距離を測定することによって認識され る。不適ポイント５５と足ポイント５７との間の距離は、足ポイント５７個々の 間の距離よりも遥かに大きいので、コンピュータはこの距離を認識して不適ポイ ント５５を廃棄する。データを一層処理し易くするために、図５に示すように、 ポイントの数は、好ましくは約２５（２１）に減じられる。データの列５７の全 長に沿って可能な限り均一な間隔でポイントを選択することによって、図５Ｂの 足ポイント５７から最終的に２５のポイントが選択される。残存するデータプロ フィール２０は、足Ｆの断面を表す。 図６A及び図６Ｂは、本発明によって得られた足の２つの三次元プロフィール を示す。図６Aに示すプロフィールは、低い土踏まずの米国サイズ「１２フィー ト」を示す。図6Bは、高い土踏まずの米国サイズ「９フィート」を示す。この両 方のプロフィールは、内側から足Ｆを示しているが、これらプロフィールを、足 Ｆの別の図を示すために、実際の使用では回転させてもよい。 図６A及び図６Ｂに示すように、足の全体の特徴は本発明にから得られる。こ の三次元プロフィールは、足の前側３１及び後側３２の規定を含む。足の前側の プロフィールは、爪先２３、母指球２４、くびれ２５、土踏まず２６を含む。土 踏まず２６は、足の前側３１と後側３２とを分けている。足の後側３２は、土踏 まず２６から踵後部２８まで延びて、踵の内側２７及び踵の外側２９を含む。 本発明の装置のシステムを図７のフローチャートによって示す。本発明のシス テムは、コンピュータと、レーザ制御ユニットと、ロボット制御ユニットとを含 む。装置１０のレーザヘッド１１は、レーザ制御ユニットによって制御され、こ のレーザ制御ユニットは、コンピュータによって制御される。装置１０の線形ス ライド１３及びターンテーブル１５は、ロボット制御ユニットによって制御され 、このロボット制御ユニットは、コンピュータによって制御される。コンピュー タは、マッキントッシュのQuadra 950であるのが好ましいが、このことは重要な ことではなく、他の様々なモデルを使用してもよい。レーザ制御ユニット及びロ ボット制御ユニットは、共に、コンピュータに支配される。 ロボット制御ユニットは、固定ユニット３０及びレーザカメラユニット４０の 足Ｆを中心とした動きを制御する。ロボット制御ユニットは、コネチカット州の Warner Electric of Bristol社によって製造されている。作動において、コンピ ュータは、ターンテーブル１５を第１位置Aに移動させるように、ロボット制御 ユニットに信号を送る。次いで、コンピュータは、足Ｆを越えてスライドするよ うに線形スライド１３上のレーザカメラユニット４０に信号を送ると、レーザヘ ッド１１が足Ｆの踵後部２８を通り過ぎて配置される。次いで、ロボット制御ユ ニットが、レーザカメラユニット４０に、その退却位置まで一定の速度で戻るよ うに信号を送る。コンピュータは、次いで、足の他の側の第２位置（Ｂ）までタ ーンテーブル１５を回転させるようにロボット制御ユニットに信号を送る。次い で、コンピュータは、踵の後側２８を通り過ぎた位置までアーム１２を移動させ るようにロボット制御ユニットに信号を送る。アーム１２がその退却位置まで戻 る際、アーム１２は足Ｆの全長に沿って移動し終わるまで一定の速度で動く。各 移動軌跡中の足Ｆの側部に沿ったこの動きは、長手方向の基準軸５０と平行であ る。 また、コンピュータは、レーザヘッド１１をレーザ制御ユニットを介して、制 御する。コンピュータがマスターであり、レーザ制御ユニットがマスター・コン ピュータに対するスレーブ・コンピュータである。マスター・コンピュータは、 レーザ制御ユニットを介して、足（Ｆ）に対するレーザビームの照射を制御する 。レーザ制御ユニットは、カナダ国ケベック州バウチャービルに所在するサーボ ロボット社(Servo Robot，Inc.)から、モデル番号ＣＳＲ４０００として入手可 能である。 作動中、アーム１２が後方踵から爪先２３の先端まで移動するとき、コンピュ ータはレーザ制御ユニットに信号を送り、また、レーザ制御ユニットは、光の鉛 直面を足Ｆの側部に対して一定間隔で照射するように、レーザヘッド１１に信号 を送る。レーザヘッド１２内のＣＣＤ受光素子は、反射されたレーザ光を受光す る。レーザ制御ユニットは、反射されたレーザ光を足の各側における各鉛直面で 記録する。次いで、データの各鉛直面はマスター・コンピュータに転送される。 マスター・コンピュータは、足の各側からデータを取り、それらを結合して、一 定間隔のそれぞれにおける足の鉛直面またはスライスを形成する。マスター・コ ンピュータは、データの鉛直面を取り、さらに、それらを結合して、図６Ａおよ び図６Ｂに示されるように、足の三次元輪郭を形成するようにプラグラムされて いる。 図８は、本発明にかかるシステムを利用して足の靴寸法を決定するための方法 を示している。まず、システムは、レーザ及びロボットシステムのパラメータを 初期化し、対象物の足の測定値と比較されるスタンダード靴型情報をコンピュー タに入力することに使用される。 靴型は、装置及び本発明のシステムを使用し、足よりもむしろ靴型を測定する ことにより、デジタル化することができる。靴型は、コンピュータに、靴型の断 面に対応する一組の幾何学的領域として記憶される。マッキントッシユQuadra 9 50システムグラフィックスは、スクリーンにウインドウ形状を画定する目的のた めに、領域構造を画定する。また、マッキントッシュは、ポイントが領域内にあ るか否かを決定することを含む領域における多くの操作を規定する。マッキント ッシュシステムルーチンは、（図５に示されるように、）靴型断面２０を領域と して、また、足の断面２１を共面のポイントとして画定する。したがって、すべ ての足のポイントが靴型の幾何学的領域内にあれば、鉛直面２１は全体的に靴型 ２０に適合する。すべての足の断面がすべての靴型部分内に適合すれば、足全体 が靴型に適合する。 次いで、氏名、年齢、性別等の対象物情報を入力する。この情報は、足の形態 学の研究における後の使用のために、足測定データと共に記憶される。 対象物の右足を、足の一方の側に沿って第１のパスを、また、足の他方の側に 沿って第２のパスをつくることによって測定する。この工程中、データが収集さ れ、また、例えば、記録されたすべてのポイントが所定の範囲の外であるかなど の質のチェックを行う。マスター・コンピュータは、対象物が動いたり、あるい は、ソックスと対象物の足との間の空間があるなどの不整合性について、データ をチェックするようにプログラムされている。 次いで、対象物の左足を、足の一方の側に沿って第１のパスを、また、足の他 方の側に沿って第２のパスをつくることによって測定する。データを生成し、再 び、データの質をチェックする。もし、動きが検知され、または、同様な誤りが 起因して、データの質が悪いために、それが使用不能な場合には、システムのオ ペレータは、足を再度測定するように指示される。 一方の特定の足を他方よりも先に測定する必要がないときは、上記工程の順番 は逆であっても差し支えない。 各パスの間に生成されたデータは、一連の工程を介して、足の三次元輪郭に変 換される。第一に、共通の基準フレームを得るために、すべてのポイントを回転 変換する。第二に、データを、ａ）どのポイントが足を載せる面の上にあるか、 ｂ）どのポイントがノイズであるか、ｃ）どのポイントが足の面を表しているか 、また、ｄ）どのポイントが、足の第１の側の測定および第２の側の測定と重な り合うかを決定するようにチェックする。結果として得られたポイントは足の表 面を表すが、実務上の目的のためには多過ぎる（全体の足のイメージに対して、 通常２０，０００ポイント以上である）。したがって、図５、図５Ａ及び図５Ｂ に示されように、適合工程において使用するため、約２５ポイントをデータの各 鉛直面から選択する。２５ポイントは、足の断面の回りにできるだけ等間隔で選 択されたポイントである。足の三次元輪郭が、データの各鉛直面を結合すること によって生成される。 次の工程は、対象となる人の足に適合する靴を選択するために、足の測定値を 特定の靴のスタイル或いは種々の靴のスタイルのための靴型のデータベースと比 較することである。次いで、この比較結果を各足の対象者に報告するのがよい。 この工程では、好ましい比較技術は、対象の右足の各鉛直データ面をコンピュ ータに記憶された型データと比較することである。型データは、幾何学的領域と してコンピュータに記憶され、一方対象の足データは、データポイントの鉛直面 として記憶される。最も小さい右足の型から始めて、各鉛直面のデータポイント を複数の型の大きさのための幾何学的領域と比較する。データの各鉛直面は、足 の断面を表し、２５のポイントを有する。各鉛直面のための２５のポイントの各 々を幾何学的領域と比較して、幾何学的面によって設定されるように、データポ イントが型の境界を越えて延びるかどうかを決定する。２５ポイントのうち、２ より多いポイントが、幾何学的面の境界を越えると、データの鉛直面は適合しな い。かくして、２５ポイントのうち１つだけが境界を越えるなら、データの鉛直 面は「適合する」と考えられる。鉛直面が適合しないとわかれば、次いで次に大 きな型を足データと比較する。この比較はデータの鉛直面の２未満が、型の幾何 学的面を越えるまで続く。１以上の鉛直面が幾何学的面の境界を越えるなら、選 択工程は２未満の鉛直面が適合しないまで続く。いったんデータの２未満の鉛直 面が型の境界を越えるとわかったら、最新の型を対象にとって推薦される靴の大 きさとして選択する。この工程を左足について繰り返す。 幾何学的領域としてではなく、一連のデータポイントとして型データを又記憶 してもよいことに留意すべきである。しかしながら、昨今は幾何学的領域が好ま しい。さらに、上述の比較技術を反対の方向で行い、最大の型から始めて最小の 型へ下って進めてもよいことに留意すべきである。この技術では、２より多い鉛 直面上で２より多いポイントが幾何学的面を越えたら、型は拒絶される。 変形比較技術は、本装置と組み合わせてブラノック測定方法を利用する。この 技術は、各足のために本装置によって創出された３次元プロファイルから足の長 さ及び幅を測定することを伴う。長さを踵２８の後ろから最も遠くに延びる爪先 まで測定する。幅を足の最も幅の広い部分で測定する。次いで、在来のブラノッ クスケールを利用して各足のための靴の大きさを決定することができる。 上で構成された方法によれば、注文靴の型を各対象のために決定することがで きる。変形例として、足の形態の後の研究のために、コンピュータによって足測 定から得たデータを記憶し、後の研究でこのデータを用いて大量生産用に新しい 靴型のモデルを作り出してもよい。 レーザでない他の測定装置を本装置に用いることが意図されることにさらに留 意すべきである。これらは、超音波スキャニング、ビデオカメラを用いたパター ンライトスキャニング、ＭＲＩスキャニング及びＣＡＴスキャンテクノロジイス キャニングを含む。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＥＥ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，Ｋ Ｒ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｚ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．対象物のレーザ測定装置であって、 ベースと、 前記ベースに取り付けられて回転軸線を中心に回転可能な回転部材と、 第１端部と第２端部を有する線形スライドであって、前記第１端部が前記回 転部材に取り付けられ、前記回転部材から延びており、前記回転部材が前記線 形スライドを少なくとも第１位置から第２位置へ回転可能に構成された線形ス ライドと、 前記線形スライドに摺動可能に連結され、前記線形スライドに沿った複数の 位置で対象物の測定を行うために線形スライドに沿って移動するレーザカメラ とを有し、 前記回転部材が前記線形スライドを第１位置と第２位置の間で回転させ、前 記線形スライドの前記両方の位置で対象物の測定を行うことを特徴とする対象 物のレーザ測定装置。 ２．前記装置がさらに、その上に対象物を載せるためのスタンドを有する請求の 範囲第１項に記載の対象物のレーザ測定装置。 ３．前記ベースが、その上に対象物を載せるための外面を有する請求の範囲第１ 項に記載の対象物のレーザ測定装置。 ４．前記ベースがさらに、その上に配置された回転固定部を有し、前記回転部材 は前記回転固定部の上で前記回転軸線を中心に回転し、前記回転軸線は長手基 準軸線を形成し、前記回転部材が回転するとき、前記線形スライドが前記長手 基準軸線と平行な方向に移動し、レーザカメラが前記長手基準軸線と平行な線 上にある前記線形スライドに沿って移動する請求の範囲第１項に記載の対象物 のレーザ測定装置。 ５．前記線形スライドが、アングルブラケットによって前記回転部材に取り付け られ、前記第１端部及び第２端部の間に配置された少なくとも一つのトラック を有する請求の範囲第１項に記載の対象物のレーザ測定装置。 ６．前記レーザカメラは、前記線形スライドが第１位置又は第２位置にあるとき のみ測定のために前記線形スライドに沿って移動し、前記レーザカメラが前記 線形スライドの第１端部から第２端部へ摺動する間に測定を行う請求の範囲第 １項に記載の対象物のレーザ測定装置。 ７．前記レーザカメラが、 レーザヘッドおよび 前記レーザヘッドに取り付けられ、前記線形スライドに摺動可能に取り付け られて前記線形スライドに沿って移動するアーム を有する請求の範囲第１項に記載の対象物のレーザ測定装置。 ８．前記アームは、前記線形スライドの第１端部と第２端部の間に配置された少 なくとも一個のトラック内で往復運動し、また前記レーザヘッドが対象物を測 定するために対象物の方向にレーザビームを放射する請求の範囲第７項に記載 の対象物のレーザ測定装置。 ９．前記レーザヘッドが、 レーザビームトランスミッタ、及び 電荷結合素子（ＣＣＤ）受け要素を持ったレーザビームレシーバ を有する請求の範囲第７項に記載の対象物のレーザ測定装置。 10、前記装置がさらに、 前記レーザカメラ及び回転部材の移動を制御するロボット制御器と、 レーザビームを移動させ、断続的に放射させるため、及び測定データを記録 するために、前記レーザカメラに信号を送るコンピュータと、さらに 対象物の形状の輪郭を形成するために測定データをデジタル的に結合する手 段とを有する請求の範囲第１項に記載の対象物のレーザ測定装置。 11．長さを画定する対象物の形状の一次元によって対象物の形状をレーザ測定す るための方法であって、 対象物を測定のために位置決めする工程、 レーザカメラが対象物の第１の側の長さに沿って移動するとき、レーザカメ ラからレーザビームを断続的に放射する工程、 前記レーザカメラを対象物の第２の側へ転動させる工程、 レーザカメラが対象物の第２の側の長さに沿って移動するとき、レーザカメ ラからレーザビームを断続的に放射する工程、 レーザビームが放射された位置における対象物の寸法及び形状を表すデータ として対象物からの反射レーザビーム放射を受ける工程および 対象物の三次元輪郭を得るために前記データを処理する工程 を有する対象物形状のレーザ測定方法。 12．前記レーザビームの放射が、対象物の長さに沿って一定の間隔をおいて行わ れ、前記レーザカメラ手基準軸線とほぼ整列し、また前記レーザカメラが測定 中予め選択した一定速度で移動する請求の範囲第１１項に記載の対象物形状の レーザ測定方法。 13．前記一定の間隔が、約１．５８７５ミリメートル（約１／１６インチ）と約 １５．８７５ミリメートル（約５／８インチ）との間離れており、レーザビー ムの放射が光の垂直な面であることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の 方法。 14．レーザカメラを対象物の第１の側に位置決めする工程と、 レーザカメラを長手基準軸線と平行な線に沿って対象物の第１の側のそばを 通す工程と、 レーザカメラを対象物の第２の側に位置決めする工程と、 レーザカメラを長手基準軸線と平行な線に沿って対象物の第２の側のそばを 通す工程と、 をさらに含むことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の方法。 15．レーザビーム放射が、各一定の間隔で光の垂直な面を構成し、各垂直な面が 長手基準軸線と平行に整列され、複数のデータポイントが各垂直な面に沿って 受け入れられかつ記録されることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の方 法。 16．各測定パスの間、レーザカメラが、対象物を載せる面の上で約４５°から約 ５５°である前記長手基準軸線と平行な線に沿って移動することを特徴とする 請求の範囲第１４項に記載の方法。 17．第１パスの間の各レーザビーム放射の位置が、第２パスの間の各レーザビー ム放射の位置と同等であり、データの前記受入れが、対象物の両側で同じ方向 で起こることを特徴とする請求の範囲第１４項に記載の方法。 18．レーザビーム放射中のレーザカメラの移動が長手基準軸線と平行であり、レ ーザビーム放射が長手基準軸線と平行な線に沿って起こり、少なくとも１つの 線が、長手基準軸線の少なくとも１つの側より上で、長手基準軸線の少なくと も１つの側から片寄っていることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の方 法。 19．対象物が足であることを特徴とする請求の範囲第１５項に記載の方法。 20．処理されたデータを知られている足型の寸法と比較して、データの各垂直な 面と複数の足型の寸法と比較と比較することによって、前記足についての靴の 寸法を選択する工程と、最も小さい足型で開始し、最も大きい足型まで寸法の 大きい方へ動かす工程と、垂直な面のうちの２より少ない垂直な面上の２より 少ないポイントが足型の寸法を超えるまで、データの前記各垂直な面を各足型 の寸法と比較する工程と、次いで、前記足型を推奨される靴の寸法として選択 する工程とを更に含むことを特徴とする請求の範囲第１９項に記載の方法。 21．処理されたデータを知られている足型の寸法と比較して、データの各垂直な 面と複数の足型の寸法と比較と比較することによって、前記足についての靴の 寸法を選択する工程と、最も大きい足型で開始し、最も小さい足型まで寸法の 小さい方へ動かす工程と、垂直な面のうちの２以上の垂直な面上の２以上のデ ータポイントが足型の寸法を超えるまで、前記各垂直な面を各足型の寸法と比 較する工程と、次いで、次に大きい足型を、推奨される靴の寸法として選択す る工程とを更に含むことを特徴とする請求の範囲第１９項に記載の方法。 22．処理されたデータを知られている足型の寸法と比較して、前記足についての 靴の寸法を選択する工程と、足の三次元の輪郭から足の長さおよび幅を測定し て、在来のブランノックスケール（Brannock scale）を用いて靴の寸法を計算 することによって、前記足についての靴の寸法を選択する工程と、足の長さを 踵の後部からいちばん遠くに延びる爪先の先端部まで測定し、足の幅を足の最 も広い部分を横切って測定する工程とを更に含むことを特徴とする請求の範囲 第１９項に記載の方法。