JP2001264062A

JP2001264062A - 外部座標系に対して非接触ゲージングセンサを較正する方法および装置

Info

Publication number: JP2001264062A
Application number: JP2000306207A
Authority: JP
Inventors: Dale R Greer; アールグリーアデール
Original assignee: Perceptron Inc
Current assignee: Perceptron Inc
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2001-09-26
Also published as: EP1091186A2; EP1091186A3; CA2322367A1

Abstract

(57)【要約】【課題】効率的で、容易に遂行できかつ高価なマスター
部品に頼る必要のないセンサ較正システムを提供するこ
とにある。【解決手段】製造現場のゲージングステーション（２０
０）に関連する外部基準フレームに対してセンサ（２４
０）を較正する較正システムを提供する。ターゲット較
正デバイス（６００）が都合の良い位置に配置され、外
部基準フレームに対するターゲット較正デバイスの基準
フレームの検出および較正を行う。少なくとも３つの非
共面反射面を備えた基準ターゲット（４００、４０１、
４０３）が、センサ（２４０）から出る構造光により照
射される。これにより、較正システムは、センサ（２４
０）に対する基準ターゲット（４００、４０１、４０
３）の空間位置および方向を決定できる。本発明の較正
システムは更に、ターゲット較正デバイス（６００）お
よび特徴センサ（２４０）から測定データを座標化する
座標変換システム（２５０）を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広くは非接触ゲー
ジングシステムに関し、より詳しくは、非接触ゲージン
グシステムの較正（キャリブレーション）を行う装置シ
ステムおよび方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高品質に対する要望は、自動車等の大量
生産製品の製造業者が、組立てラインによる製造が最初
に考えられたときには聞かれなかった自動化された製造
技術を採用するように強いてきた。今日では、従来可能
であったよりも非常に高度の品質および精度で、製品を
組み立て、溶接し、仕上げ、測定しかつ試験するのにロ
ボットが使用されている。コンピュータ支援製造（ＣＡ
Ｍ）技術は、設計者がコンピュータワークステーション
で新製品をグラフィック的に概念化しかつ設計すること
を可能にし、かつ自動化された製造方法は、設計が仕様
に従って中実にかつ正確に行われることを確実にする。
マシンビジョンは今日の製造環境の重要な部分である。
マシンビジョンシステムは、ロボットシステムおよびコ
ンピュータ支援設計（ＣＡＤ）システムに使用され、最
低実用コストで高品質が達成されることを確実にしてい
る。

【０００３】高品質に製造される部品を得るには、高精
度で厳格に較正されたマシンビジョンセンサを必要とす
る。センサは、製品の対象特徴を識別できる適当な解像
度をもたなければならないだけでなく、対象特徴がワー
クの他の特徴に関連するように既知の基準フレームに正
確に較正されなくてはならない。正確な較正が行われな
いと、最も高感度で高解像度のセンサでも高品質の結果
を得ることはできない。

【０００４】一般的な製造環境では、光センサのような
複数の異なる非接触センサが、ワーク、製造ステーショ
ン、ゲージングステーションまたは試験ステーション内
の所定位置に配置される。ワークは、ステーション内の
所定の固定位置に置かれて、ワークの種々の所定の特徴
がセンサにより試験される。好ましくは、全てのセンサ
は、ワークまたはワークステーションでの共通基準フレ
ームのような何らかの固定の共通基準フレームに対して
入念に較正される。

【０００５】センサを適正に位置決めされかつ較正され
た状態に維持することに幾つかの挑戦がなされてきた。
一般的な製造環境では、センサおよび該センサに関連す
る取付け構造が何かに当たったり振動することによって
センサの整合がずれることがある。また、センサはとき
どき交換する必要があり、ほぼ確実に方向変更および再
較正を必要とする。非常に簡単なことであるが、センサ
の位置決め、整合および較正は、一般的な製造プラント
での入念な注意を必要とする。

【０００６】センサの適正な位置決め、整合および較正
には、多大な時間的および労力的条件を必要とする。所
与の部品または組立体については、全製造組立てライン
を停止させかつワークステーションを空にする必要があ
り、このため、センサが位置決めされ、整合されかつ再
較正される。或る場合には、これは、必然的に部品また
は組立体の高精度で非常に高価なフルスケールモデルを
ワークステーションに配置することを必要とする。この
独立して測定される部品は、ときどきマスター部品と呼
ばれている。マスター部品は、ワークステーションの外
部座標系と入念に整合した状態に置かれ、次に、各セン
サがその割当てられた特徴（例えば孔または縁部）に照
準が合わされる。ひとたび位置決めされたならば、セン
サが当該位置にロックされかつ較正され、かつマスター
部品が除去される。これにより初めて、組立てラインが
オンライン状態に戻される。

【０００７】マスター部品を使用すること以外に、ター
ゲットをセンサに取り付け、かつセンサにより作られる
構造光（structured light）の平面を用いてターゲット
を照射することにより、ゲージングセンサを較正するこ
とができる。セオドライトのような１対の光学照準装置
が、作業領域内の見通しのきく異なる位置に配置され
る。セオドライトは、照射されたターゲットに三角測量
を行って、ターゲットの位置の独立した読取りを行う。
セオドライトは、外部基準フレームに対して入念に定め
られた位置に置かれる。構造光をターゲットに投影する
ゲージングセンサを使用して、セオドライトは、照射さ
れたターゲットに手作業により照準が定められかつ読取
りがなされる。セオドライトおよびゲージングセンサの
それぞれの読みは、調和されかつ変換され、外部基準フ
レームに対してセンサを較正する。これは試行錯誤的方
法である。しばしば当てはまることであるが、センサの
方向変更をすべき場合には、各センサ位置の調節をした
後に、セオドライトが手作業でターゲット上に再び照準
が定められる。この較正技術についてのこれ以上の情報
は、Dewar等の米国特許第4,841,460号を参照されたい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記両較正技術は首尾
良く機能するけれども、より効率的で、容易に遂行でき
かつ高価なマスター部品に頼る必要のない較正技術に大
きな関心が寄せられている。このため、本発明は、数時
間ではなく数分で使用できかつ正確に製造されたマスタ
ー部品を必要としない較正システムを提供する。本発明
の主な長所の１つは、長時間ラインを停止させる必要な
くして、センサの較正をチェックしまたはラインシフト
間の再整合ができることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の較正システム
は、製造または組立てゾーンまたはゲージングステーシ
ョンの外部基準フレームに対して固定関係に配置される
基準表示を使用する。ターゲット較正デバイスは、基準
表示がターゲット較正デバイスの視界内にあるように、
都合の良い位置（一般にはゲージングステーションの上
方）に配置される。ターゲット較正デバイスは、ゲージ
ングステーション内での可搬基準ターゲットの空間位置
および方向を決定すべく作動する。一例として、ターゲ
ット較正デバイスには写真測量システム、セオドライト
システムまたはレーザ追跡システムを設けることができ
るが、これらに限定されるものではない。

【００１０】較正システムは更に、ターゲット較正デバ
イスの観察フィールド内および特徴センサ（feature se
nsor）の検出ゾーン内に配置される可搬基準ターゲット
を使用している。本発明の好ましい可搬基準ターゲット
は、特徴センサから出る構造光（structured light）に
より照射される少なくとも３つの非共面反射構造（例え
ば、直線縁部）を形成する３次元フレーム構造である。
本発明の一部として、特徴センサは構造光三角測量セン
サを有しているが、これに限定されるものではない。非
共面反射構造は、特徴センサに、可搬基準ターゲットの
位置および方向を測定する空間データを供給するが、本
発明は、ターゲットが可視ドットパターンまたは感光撮
像配列デバイス（例えばＣＣＤ）を支持できるようにす
ることにより、測定データの精度を改善する。この態様
で、可搬基準ターゲットは、その空間位置および方向を
測定するための明確な空間データを与える。

【００１１】較正システムは更に、ターゲット較正デバ
イスおよび特徴センサからの測定データを座標化する座
標変換システムを有している。より詳しくは、較正シス
テムは、ターゲット較正デバイスおよび特徴センサから
データを収集できる。変換システムは、ターゲット較正
デバイスの基準フレームと外部基準フレームとの間に第
１関係を確立する。変換システムはまた、ターゲット較
正デバイスの基準フレームと特徴センサの基準フレーム
との間に第２関係を確立する。最後に変換システムは、
特徴センサの基準フレームと外部基準フレームとの間に
第３関係を決定し、これにより特徴センサが外部基準フ
レームに対して較正される。

【００１２】本発明のシステムおよび技術は、特徴セン
サの較正を簡単化できる。ターゲット較正デバイスは、
基準表示を介して、外部基準フレームに対し最初に較正
される。次に、可搬基準ターゲットが、ターゲット較正
デバイスおよび特徴センサの視界内に配置される。可搬
基準ターゲットは、ターゲット較正デバイスの基準フレ
ームに対して較正される。次に、特徴センサからの構造
光を可搬基準ターゲット上に投影することにより、特徴
センサが較正される。構造光はターゲットと交差して、
ターゲットの縁部に反射光パターンを形成し、該反射光
パターンは、次に特徴センサにより読み取られる。座標
変換システムは、同時に、構造光がドットパターンまた
はターゲットに関連する感光撮像配列デバイスに当たる
場所に関する測定データを受ける。次に、座標変換シス
テムは、適当な座標変換を行って、特徴センサのデータ
を外部基準フレームに戻してマッピングする。全較正シ
ーケンスが、非常に迅速に遂行される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明、その目的および長所をよ
り完全に理解できるようにするため、添付図面を参照し
て本発明の実施形態を以下に説明する。

【００１４】図１には、自動車の他の部品を組み付ける
前に、或るキーポイントのゲージングを必要とする一般
的な自動車のボディが示されている。図１のワーク１０
０上のこのような種々の対象点が、点１１０−１〜１１
０−ｎとして示されている。車両ボディの左側１００Ｌ
および右側１００Ｒは、便宜上「展開」図で示されてい
る。点の一般的な使用または点が選択される態様は、例
えば、ワーク１００に対して行なわれる以後の組立て方
法により定められる。例えば、車両の前方のフードキャ
ビティ上には、未だフードが組み付けられていないと仮
定する。この場合には、点１１０−６、１１０―７、１
１０−８および１１０−９等のフードキャビティの周囲
の測定は、車両ボディへのフードリッドの以後の組付け
が、組み付けるべき部品間の許容嵌合いで遂行できるか
否かを決定すべく行われる。

【００１５】本件出願人の所有に係るDewar等の米国特
許第4,645,348号に開示された光学的構成のような多く
のセンサ構成が知られているが、これらのセンサ構成
は、任意の所望の外部基準フレームに関し、大形のワー
クについて全ての所望対象点でのセンサ読みを較正する
ことは時間を要する作業であった。本発明は、高速較正
に対する要望に対処するものである。

【００１６】図１に示したような自動車部品用の一般的
なゲージングステーションは、図２に示す形態にするこ
とができる。ゲージングステーション２００で測定すべ
きワークは搬送パレット２２０上に載置され、該搬送パ
レット２２０は、このガイドチャンネル２３１を通るパ
レットガイド２３０を介して組立てラインに沿って移動
される。ゲージングステーション２００では、センサ取
付けフレーム２１０（図２にはその１／２のみが示され
ている）が、測定すべきワーク１００を包囲しておりか
つ一連の光学ゲージングセンサすなわち非接触特徴セン
サ２４０−１〜２４０−ｎ（各センサは、例えば米国特
許第4,645,348号の開示に従って設計されている）のた
めの複数の取付け位置を提供している。センサ２４０
は、通信ケーブル（明瞭化のため、図２には特に示さな
い）によりマシンビジョンコンピュータ２５０に接続さ
れており、該マシンビジョンコンピュータ２５０はＣＲ
Ｔすなわち陰極線管ディスプレイ２５１を有している。
一般的なマシンビジョンコンピュータにおけるようにプ
リンタ２６０を設けることは任意である。本発明の装置
および方法は、例えば測定すべきワーク１００に関連す
る所定の外部座標系すなわち基準フレームに対して、ま
たはゲージングステーション自体に関連する外部基準フ
レームに対して各非接触センサ２４０の較正を行うのに
使用される。

【００１７】図３には、本発明の較正システムと組み合
わされるゲージングステーション２００が示されてい
る。図面の簡明化のため、特徴センサ２４０は１つだけ
が示されている。本発明の一部を構成するものとして、
特徴センサ２４０は構造光三角測量センサ（structured
light triangulation sensor）を含むが、これに限定
されるものではない。特徴センサ２４０は参照番号２７
０で示す箇所でゲージングステーションフレームに対し
て調節可能に固定され、従って、特徴センサ２４０の位
置を調節し、次に、ひとたび特徴センサ２４０が、ワー
クの対象特徴が位置する空間（ｘ、ｙ、ｚ）内の点に適
正に照準が定められかつ正しい姿勢（ピッチ、ヨーおよ
びロール）に適正に配向されたならば、特徴センサ２４
０を所定位置に緊締しかつロックすることができる。非
接触特徴センサ２４０は、検出ゾーンと、関連するセン
サ基準フレームおよび座標系とを有している。

【００１８】本発明の較正システムはまた、可搬基準タ
ーゲット４００を有している。可搬基準ターゲット４０
０は、較正作業のためにターゲット４００を特徴センサ
２４０の前方に配置することを可能にする任意の適当な
固定具上に取り付けることができる。この例では、可搬
基準ターゲット４００は、片持ちアーム４０４を備えた
簡単な三脚スタンド４０２に取り付けられた状態が示さ
れている。本発明の範囲内で他の支持構造を考えること
ができる。可搬基準ターゲット４００は、特徴センサ２
４０から出る構造光により照射される少なくとも３つの
非共面反射部材４０６を形成する３次元フレーム構造と
して構成される。非共面反射部材４０６は、特徴センサ
２４０に、可搬基準ターゲット４００の位置および方向
を測定するための空間データを供給するが、測定データ
の精度は、可搬基準ターゲット４００が感光撮像配列デ
バイスすなわち受動ドットを支持できるようにすること
により改善される。

【００１９】図４に示すように、可搬基準ターゲット４
００の１つの形式は、平らなベース４０８に連結された
少なくとも３つの直立角部材４０６からなる。各部材４
０６の外側角縁部は、特徴センサ２４０からの構造光平
面のための反射面として機能する。感光電荷結合デバイ
ス（ＣＣＤ）または他の感光撮像配列デバイスが、各部
材４０６の外側角縁部４０５に沿って整合されている。
この態様では、ＣＣＤは、非接触センサ２４０からの構
造光が可搬基準ターゲット４００の各角部材４０６に衝
突する位置に関する位置データを供給する。ＣＣＤは、
１×Ｎ（リニア）デバイス（ここで、Ｎは適当な解像度
（例えば４０９６ピクセル）を得るように選択される）
を考えることができる。このような論議から、当業者な
らば、少なくとも３つの非共面反射面を形成する他の幾
何学的形状を可搬基準ターゲットとして使用することを
容易に考えることができよう。

【００２０】再び図３に戻って説明すると、較正システ
ムは更に、ゲージングステーション２００内でワークが
占拠する空間の上方のような都合の良い便利な位置に配
置されるターゲット較正デバイス６００を有している。
或いは、ターゲット較正デバイス６００は、ゲージング
ステーションから吊り下げることにより固定位置に一時
的に配置するか、可動スタンドに取り付けることにより
製造設備の全体に亘ってあちこちに移動できるように配
置することができる。

【００２１】本発明の一態様によれば、写真測量システ
ム６００をターゲット較正デバイスとして使用すること
ができる。写真測量システムは、写真測量ターゲットと
して光のドットすなわち点を使用する良く知られた原理
で作動する。一般に、３次元座標フレーム内で写真測量
ターゲットを測定するのに、１対として較正される少な
くとも２つのカメラ６０４、６０５が使用される。写真
測量システム６００は、可搬基準ターゲット４００に取
り付けられる既知の座標を用いて、少なくとも３つの非
共線点からなるＸＹＺ座標を測定でき、かくして、特徴
センサ２４０と写真測量システム６００との間に全６自
由度リンクを創出する。商業的に入手可能な幾つかの写
真測量システムは、センサのリアルタイム位置フィード
バックを行うのに充分な速度の応答時間が得られること
に留意すべきである。写真測量カメラの一例として、Qu
alisys AB of Savedalen社（スウェーデン）の製造に係
るProReflex Motion Capture SystemまたはMetronor AS
A of Nesbru社（ノルウェー）の製造に係るMetronor Sy
stemがある。

【００２２】２つの写真測量カメラ６０４、６０５は、
ゲージングステーション２００においてワークにより占
拠される空間の上方および／または該空間に隣接する都
合の良い便利な位置に配置される。複数の非共線写真測
量ターゲット（特に図示されてはいない）も可搬基準タ
ーゲット４００のベースに組み込まれる。本発明の好ま
しい実施形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）が写真測
量ターゲットとして機能する。簡単なスイッチ形ＬＥＤ
デバイスは実施が容易で、従って本発明に好ましいもの
であるが、他の形式の能動または受動写真測量ターゲッ
ト（例えばドット、孔または再帰反射器）を本発明に使
用することもできる。また、可搬基準ターゲットの直立
部材上で整合する一連のドット（後述）は、写真測量タ
ーゲットとしても機能する。可搬基準ターゲット４００
が写真測量カメラ６０４、６０５の視界内にある限り、
写真測量カメラは可搬基準ターゲット４００の位置を正
確に決定する。より詳しくは、３つ以上の非共線写真測
量ターゲットの測定により、可搬基準ターゲットターゲ
ット４００の６自由度の位置および方向が得られるであ
ろう。

【００２３】本発明の原理を図示するため、特徴センサ
２４０は静止ゲージングステーション２００と関連する
基準の外部フレームに対して較正すべきであると仮定す
る。この点に関し、外部基準フレームＲ_Ｅが図３に図式
的に示されている。複数の非共線基準表示２８０ａ、２
８０ｂ、２８０ｃが、ゲージングステーション２００の
構造に組み込まれる。

【００２４】図６に示すように、可搬基準ターゲット４
０１の好ましい第２実施形態は、各感光撮像配列デバイ
スの代わりに一連のドット４１４を使用している。可搬
基準ターゲット４０３は、一般に、少なくとも３つの非
共面反射面を形成する３次元フレーム構造である。より
詳しくは、このフレーム構造は、平らなベース４１２に
連結された少なくとも３つの直立部材４１０からなる。
一連の可視ドット４１４は、各直立部材４１０の表面に
沿って垂直方向に整合している。可視ドット４１４は、
能動手段（例えば、発光ダイオード）または受動手段
（ドット、孔または再帰反射器）で形成できる。

【００２５】図６には、可搬基準ターゲット４０３の好
ましい第３実施形態が示されている。この実施形態で
も、可搬基準ターゲット本体４０３は、各感光撮像配列
デバイスの代わりに一連の可視ドット４１４を使用して
いる。可搬基準ターゲット４０３も、少なくとも３つの
非共面反射面を形成する３次元フレーム構造である。こ
の場合には、フレーム構造は、中実Ｔ形本体４１１に形
成された少なくとも３つの直立面４１０を有している。
一連の可視ドット４１４は、各直立面４１０に沿って垂
直方向に整合されている。可視ドット４１４は、白地に
黒の受動ドットが好ましい。しかしながら、可視ドット
４１４は、孔または再帰反射器を含む他の形式の受動形
状にすることもできる。ターゲット較正デバイスがレー
ザ追跡器である限り、再帰反射器８０２はＴ形本体の頂
面に取り付けることができる。しかしながら、再帰反射
器８０２は可搬基準ターゲット４０１の他の位置に取り
付けることもできる。

【００２６】作動に際し、可搬基準ターゲット４０１、
４０３は、非接触特徴センサ２４０から出る構造光によ
り照射される。受動可視ドットまたは孔の場合には、補
助光を用いてレーザラインの上下の可視ドット４１４ま
たは孔を照射することができる。特徴センサ２４０を作
動させる較正システムは、可搬基準ターゲット４０１、
４０３の可視ドット４１４の空間位置に基いて特徴セン
サ２４０を較正できる。センサから出る構造光は、直立
部材４１０上の２つのドット４１４の間の領域に当た
る。１つの形式の非接触特徴センサ２４０は構造光平面
内の測定のみを遂行するように設計されており、従って
この場合には補正が必要となる。ドット４１４がセンサ
２４０の測定平面内になくても、ドットは図７に示す平
面内に現れる。この場合には、３次元空間内に簡単な幾
何学的投影が行われて可視ドット４１４の物理的位置を
決定し、従って、特徴センサ２４０に対する可搬基準タ
ーゲット４０１、４０３の位置を決定する。

【００２７】図８を参照して、本発明の較正技術を説明
する。先ず、ターゲット較正デバイス６００が外部基準
フレームに対して較正され、これにより、外部基準フレ
ーム内のターゲット較正デバイスの正確な位置を知るこ
とができる。次に、この位置がメモリに記憶される。こ
の段階で、ターゲット較正デバイスに接続される座標変
換システムを使用できる。座標変換システムは、図２の
マシンビジョンコンピュータ２５０の一部を形成するプ
ロセッサが好ましい。段階７０１では、可搬基準ターゲ
ット４００がターゲット較正デバイスの較正フィールド
内に置かれる。次に、ターゲット較正デバイス６００
が、可搬基準ターゲット４０１とターゲット較正デバイ
ス６００の基準フレームとの間の関係を確立する。

【００２８】次に段階７０２において、特徴センサ２４
０は、構造光を可搬基準ターゲット４００上に投影しか
つ該可搬基準ターゲット４００からの反射光データを収
集する。前述のように、直立面の位置が確認され、該直
立面の位置は、非接触特徴センサ２４０の基準フレーム
内に可搬基準ターゲット４００の空間位置を描くのに使
用される。可搬基準ターゲット４００の方向を決定する
ため、本発明の較正システムは、非接触特徴センサ２４
０およびターゲット較正デバイス６００からデータを同
時に収集する。基準ターゲットの第１実施形態の場合に
は、較正システムは基準ターゲットの撮像配列デバイス
からデータを収集する。段階７０３では、測定データが
組み合わされて、外部基準フレームに対して非接触セン
サ２４０を位置決めしかつ較正する。ひとたびこのデー
タが収集されたならば、特徴センサ２４０は、固定され
た基準フレームＲ_Ｅに対して部分的に較正される。外部
基準フレームおよび座標系に対して非接触特徴センサ２
４０の完全な位置および方向を決定するには、センサの
視界内の好ましくは４つの異なる位置でこの測定を反復
させる必要がある。非接触特徴センサ２４０の完全な位
置および方向を決定する上記段階は、座標変換システム
を実行するプロセッサにより遂行できる。

【００２９】上記例では、第１にターゲット較正デバイ
ス６００が較正され、第２に可搬基準ターゲット４０１
の位置が較正され、かつ第３に非接触特徴センサ２４０
が較正された。これらの作業は、異なる順序で遂行して
も同じ最終結果を達成できると考えられる。

【００３０】本発明の較正システムには、写真測量シス
テムに加えて他の較正デバイスを組み合わせて使用する
こともできる。別の実施形態では、サーボ駆動形レーザ
追跡器が、ターゲット較正デバイスとして機能する。図
９に示すように、サーボ駆動形レーザ追跡器８００は、
ワークが占拠する空間より上方の位置のように、ゲージ
ングステーションでの都合の良い便利な位置に配置でき
る。或いは、レーザ追跡器は、これをゲージングステー
ションから吊り下げるか、可動スタンドに取り付けるこ
とにより、ゲージングステーション内の位置に一時的に
配置できる。

【００３１】サーボ駆動形レーザ追跡器８００は、出て
いくレーザビームを放射しかつ入ってくるレーザビーム
を検出する。レーザ追跡器８００は、再帰反射器８０２
により反射されたときに、レーザ追跡器８００を、入っ
てくるビームの方向に指向させる閉ループコントローラ
を備えたサーボ駆動機構を有している。レーザ追跡器が
再帰反射器の４５〜６０°の視界内にある限り、レーザ
追跡器８００は再帰反射器８０２の位置に正確に従動す
なわち再帰反射器の位置を追跡する。本発明では、再帰
反射器は、基準ターゲット４０３の頂面に取り付けるの
が好ましい。かくして、再帰反射器がゲージングステー
ション内で動き回るときでも、レーザ追跡システムは、
いつでも再帰反射器の中心を正確に追跡できる。

【００３２】作動に際し、サーボシステムおよびレーザ
追跡器の閉ループコントローラは、再帰反射器の中心を
通る視線を表す信号を出力し、また適当な干渉計を使用
して再帰反射器の中心とレーザ追跡器との間の距離を正
確に確認できる。しかしながら、レーザ追跡器は、外部
基準フレームに対して部分的にリンクするに過ぎない。
レーザ追跡器は、再帰反射器のＸ、Ｙ、Ｚ位置を発生す
る。６自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ並びにロール、ピッチ、ヨ
ー）の全てを得るため、基準ターゲットは、データ獲得
の間に３つ以上の位置に移動される。好ましくは、４つ
以上の非共線位置にある点が使用される。ひとたびこれ
が行われると、データは、６自由度位置および基準ター
ゲットの方向に関する三角測量を行うのに使用できる。

【００３３】他の好ましい実施形態では、セオドライト
システム９００はターゲット較正デバイスとして機能す
る。セオドライトシステム９００は、トランシットの原
理と同様にして水平方向および垂直方向の角度を測定す
る、商業的に入手可能な測量機器システムである。セオ
ドライトの基本的な数学的作動原理は三角測量に基いて
おり、このため、セオドライトは、選択されたターゲッ
トに対する水平方向および垂直方向の両角度を測定でき
る。本発明に使用できるセオドライトシステムの一例と
して、Axyzソフトウェアを実行するＰＣによりサポート
される、Leica社から市販されているT105 Theodoliteヘ
ッドがある。

【００３４】図１０に示すように、少なくとも２つのセ
オドライトデバイス９０２、９０４は、ゲージングステ
ーション２００においてワークが占拠する空間内の都合
の良い便利な位置に配置される。特に図示しないが、非
共線上の観察可能な複数のセオドライトターゲットは、
可搬基準ターゲット４０１のベースに組み込まれる。観
察可能なこれらのセオドライトターゲットとして、けが
きマーク、貼着ドット、機械的に形成された孔または他
の良く知られた形式の観察可能なセオドライトターゲッ
トがある。この場合も、基準ターゲット４０１がセオド
ライトデバイス９０２、９０４の視界内にある限り、基
準ターゲット４０１の位置の正確な決定がセオドライト
システム９００により与えられる。可搬基準ターゲット
４０１の６自由度の位置および方向を決定するには、２
つのセオドライトデバイス９０２、９０４の使用によ
り、観察可能な少なくとも３つ以上の非共線セオドライ
トターゲット測定を行わなくてはならない。さもなく
ば、本発明の較正システムは、これらの他の実施形態に
よるターゲット較正デバイスについて前述した実施形態
に従って作動する。

【００３５】上記ターゲット較正デバイスは本発明の好
ましい形態であるが、これは本発明のより広い態様の制
限を意図するものではない。一方、ターゲット較正デバ
イスとして商業的に入手可能な可搬測定アームを使用す
ることもできる。この場合には、基準ターゲットはアー
ムのエンドエフェクタに連結される。アームは６自由度
の測定工具であるので、較正システムは、測定アームに
より位置決めされるときにセンサの実際の位置を推測で
きる。測定アームの一例として、Romer of carlsbad社
（カリフォルニア州）の製造に係るものがある。

【００３６】以上、本発明の好ましい実施形態について
説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載の本発明の
精神から逸脱することなく変更できることを理解すべき
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】自動車のボディの平面図と側面図とを同時に示
す図面であり、ゲージングステーションで複数の非接触
特徴センサの視界内に置かれる一般的な対象点を示すも
のである。

【図２】本発明の原理に従って較正される複数の非接触
特徴センサを備えた自動車組立てラインでの一般的なゲ
ージングステーションを示す斜視図である。

【図３】本発明の教示に従う較正システムを示す側面図
である。

【図４】撮像配列ＣＣＤデバイスを用いた本発明の一実
施形態による可搬基準ターゲット本体を示す斜視図であ
る。

【図５】本発明による可搬基準ターゲット本体の第２実
施形態を示す斜視図である。

【図６】本発明による可搬基準ターゲット本体の第３実
施形態を示す斜視図である。

【図７】本発明による特徴センサにより基準ターゲット
上の可視ドットの位置を決定する方法を示す模式図であ
る。

【図８】本発明の較正方法を示すフローチャートであ
る。

【図９】ターゲット較正装置としてのレーザ追跡システ
ムを用いた本発明の好ましい一実施形態を示す斜視図で
ある。

【図１０】ターゲット較正装置としてのセオドライトシ
ステムを用いた本発明の他の好ましい実施形態を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１００ワーク２００ゲージングステーション２１０センサ取付けフレーム２４０非接触特徴センサ２５０マシンビジョンコンピュータ４００、４０１可搬基準ターゲット４０６非共面反射部材４１４可視ドット６００ターゲット較正デバイス（写真測量システム）８００サーボ駆動形レーザ追跡器９００セオドライトシステム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センサ基準フレームに関連する検出ゾーン
を備えた形式の非接触センサを、外部基準フレームに対
して較正するセンサ較正システムにおいて、較正デバイス基準フレームに関連する観察較正フィール
ドを備えたターゲット較正デバイスと、前記ターゲット較正デバイスの観察フィールド内および
前記特徴センサの検出ゾーン内に配置される基準ターゲ
ットとを有し、該基準ターゲットが少なくとも３つの非
共面反射面を備えていることを特徴とするセンサ較正シ
ステム。
【請求項２】基準ターゲットの各反射面が、撮像配列を
支持できることを特徴とする請求項１記載のセンサ較正
システム。
【請求項３】特徴センサは構造光を出す能動光センサで
あり、較正撮像配列は、特徴センサからの構造光を検出
して特徴センサに対する基準ターゲットの位置を決定す
べく作動することを特徴とする請求項２記載のセンサ較
正システム。
【請求項４】各反射面部材は、基準面に沿って整合され
た一連の可視ドットを有していることを特徴とする請求
項１記載のセンサ較正システム。
【請求項５】特徴センサは、該特徴センサが、各反射面
上の少なくとも１つの可視ドットの位置を決定し、これ
により特徴センサに対する基準ターゲットの位置を決定
すべく作動するように構造光を出しかつ反射光を検出す
る能動光センサであることを特徴とする請求項４記載の
センサ較正システム。
【請求項６】前記外部基準フレームに対して固定関係を
なして配置された基準表示を有し、ターゲット較正デバ
イスは、基準表示が較正フィールド内にある都合の良い
位置に配置でき、前記基準表示からデータを収集しかつ較正デバイス基準
フレームと外部基準フレームとの間に第１関係を確立す
るターゲット較正デバイスに連結できる座標変換システ
ムを更に有し、該座標変換システムは更に、基準ターゲットからデータ
を収集しかつ較正デバイス基準フレームと特徴センサ基
準フレームとの間に第２関係を確立するために前記ター
ゲットキャリブレーションデバイスおよび特徴センサに
接続でき、前記座標変換システムは、外部基準フレームと特徴セン
サ基準フレームとの間に第３関係を決定し、これにより
特徴センサが外部基準フレームに対して較正されること
を特徴とする請求項１記載のセンサ較正システム。
【請求項７】前記ターゲット較正デバイスは更に、レー
ザ追跡器として形成されることを特徴とする請求項６記
載のセンサ較正システム。
【請求項８】前記基準ターゲットは更に、該基準ターゲ
ットに取り付けられた再帰反射器を有していることを特
徴とする請求項７記載のセンサ較正システム。
【請求項９】前記レーザ追跡器は、少なくともつの非共
線位置において前記再帰反射器の中心位置を追跡し、こ
れにより較正デバイス基準フレームと特徴センサ基準フ
レームとの間に前記第２関係を確立することを特徴とす
る請求項８記載のセンサ較正システム。
【請求項１０】前記ターゲット較正デバイスは更に、前
記基準表示が較正フィールド内にあるように２つ以上の
都合の良い位置に位置決めできる少なくとも２つの写真
測量カメラとして形成されることを特徴とする請求項６
記載のセンサ較正システム。
【請求項１１】前記ターゲットは更に複数の写真測量タ
ーゲットを有していることを特徴とする請求項１０記載
のセンサ較正システム。
【請求項１２】前記写真測量カメラは、少なくとも２つ
の非共線位置において前記基準ターゲットの位置を測定
し、これにより較正デバイス基準フレームと特徴センサ
基準フレームとの間に前記第２関係を確立することを特
徴とする請求項１１記載のセンサ較正システム。
【請求項１３】前記ターゲット較正デバイスは更に、前
記基準表示が較正フィールド内にあるように２つ以上の
都合の良い位置に位置決めできる少なくとも２つのセオ
ドライトデバイスとして形成されることを特徴とする請
求項６記載のセンサ較正システム。
【請求項１４】前記基準ターゲットは更に複数のセオド
ライトターゲットを有していることを特徴とする請求項
１３記載のセンサ較正システム。
【請求項１５】前記セオドライトデバイスは、少なくと
も３つの位置で基準ターゲットの位置を測定し、これに
より較正デバイス基準フレームと特徴センサ基準フレー
ムとの間に前記第２関係を確立することを特徴とする請
求項１４記載のセンサ較正システム。
【請求項１６】ワークを測定するゲージングステーショ
ンを更に有し、前記特徴センサはゲージングステーショ
ンに固定的に連結されて、ワーク上の位置を決定するこ
とを特徴とする請求項１記載のセンサ較正システム。
【請求項１７】前記ワークは自動車であることを特徴と
する請求項１４記載のセンサ較正システム。
【請求項１８】前記較正システムは自動車製造システム
内で作動することを特徴とする請求項１記載のセンサ較
正システム。