JP2001296124A - Method and apparatus for measurement of three- dimensional coordinates - Google Patents

Method and apparatus for measurement of three- dimensional coordinates

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JP2001296124A
JP2001296124A JP2001032602A JP2001032602A JP2001296124A JP 2001296124 A JP2001296124 A JP 2001296124A JP 2001032602 A JP2001032602 A JP 2001032602A JP 2001032602 A JP2001032602 A JP 2001032602A JP 2001296124 A JP2001296124 A JP 2001296124A
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JP
Japan
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optical axis
distance meter
measured
target
measuring
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Application number
JP2001032602A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Kawamura
努 河村
Mitsuaki Uesugi
満昭 上杉
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional coordinate measuring method, in which three-dimensional coordinates can be measured automatically in a short time with high accuracy and, even with respect to a large structure and hardly requiring human work. SOLUTION: In the three-dimensional coordinate measuring method, an electronic distance meter 1a which measure straight distances up to a plurality of target points 8a installed on the surface of an object 7 to be measured is used, an angle meter 1b which measures the angle of inclination of the optical axis of the distance meter 1a is used, and the three-dimensional coordinates of the target points 8a are measured, on the basis of measured distances and measured angles, when the optical axis of the distance meter 1a is aligned with the center of a target point 8. Each target point 8 is observed from two directions by two TV cameras 5a, 5b for automatic macrocollimation, obtained images are processed, and approximate three-dimensional coordinates with reference to the respective target points 8a are recognized. The optical axis of the distance meter 1a is aligned approximately, in such a way that one point of the recognized target points 8a is situated within microcollimation range, and the optical axis of the distance meter 1a is aligned, so as to coincide with the center of one target 8.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶、橋梁、土
木、建築等の大型構造物、並びにこれらを構成する製作
部材等の3次元座標を計測するための3次元座標計測方
法及び3次元座標計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional coordinate measuring method and a three-dimensional coordinate measuring method for measuring three-dimensional coordinates of large structures such as ships, bridges, civil engineering works, buildings, etc., as well as manufacturing members constituting these structures. It relates to a measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】船舶、橋梁、土木、建築等の大型構造物
の3次元形状を計測するには、トランシットや巻き尺、
下げ振りなどを利用した2次元的な測定装置が主に用い
られている。これに対し近年、測量の分野で発展してき
た3角測量や、光波距離計を用いた測距,測角法による
測量機を利用して、大型構造物の3次元測定が行われる
ようになっている。
2. Description of the Related Art In order to measure the three-dimensional shape of large structures such as ships, bridges, civil engineering, buildings, etc., transit, tape measure,
A two-dimensional measuring device using a down swing or the like is mainly used. On the other hand, in recent years, three-dimensional measurement of large structures has been performed using triangulation, which has been developed in the field of surveying, distance measurement using an optical distance meter, and a surveying instrument using an angle measurement method. ing.

【0003】一例として、1台の計測機で計測対象物
(測定対象物体)上の任意の点の3次元座標値を計測で
きる3次元座標計測システムが、商品名「MONMO
S」として、株式会社ソキアから市販されている。この
装置は、予め任意の2点を計測して3次元座標系を設定
したのち、各測点に設けた反射ターゲット(ターゲット
点)を視準して水平角、鉛直角、測距の3要素を同時に
計測する。そして、座標変換の解析、演算を行って3次
元座標値を求めるもので、100m離れた距離で±1mm
以下の高い精度が得られるものである。
As an example, a three-dimensional coordinate measuring system capable of measuring the three-dimensional coordinate value of an arbitrary point on a measurement object (measurement object) with one measuring instrument is known as “MONMO”.
S "is commercially available from Sokia Corporation. This apparatus measures two arbitrary points in advance, sets a three-dimensional coordinate system, collimates a reflection target (target point) provided at each measurement point, and determines three elements of a horizontal angle, a vertical angle, and a distance measurement. Are measured simultaneously. Then, the coordinate conversion is analyzed and calculated to obtain a three-dimensional coordinate value, and ± 1 mm at a distance of 100 m.
The following high accuracy can be obtained.

【0004】しかしながら、前記「MONMOS」を含
めて従来の計測機は、視準作業において望遠鏡のピント
合わせや反射ターゲットの中心と望遠鏡の十字線の中心
合わせを人間の目視によって行っていたため、作業が煩
雑で視準作業に時間を要し、また計測者の人的誤差が入
りやすい。つまり、人為的な作業を要することが、能率
の低下や計測精度の低下を招く要因となっていた。
However, the conventional measuring instruments including the above-mentioned "MONMOS" have been required to focus on the telescope or to align the center of the reflection target with the center of the crosshair of the telescope in the collimation work by human eyes. Complicated and time-consuming collimation work is required, and human error of the measurer is likely to occur. That is, the necessity of artificial work has caused a reduction in efficiency and a reduction in measurement accuracy.

【0005】このような欠点を解決するために、目視に
よる視準作業を自動化する機能を持たせたものが、ライ
カジオシステム株式会社の商品名「TCA1100」シ
リーズや株式会社ソキアの商品名「CYBER MON
MOS」として市販されている。これらは、光波距離計
の光軸と同軸にCCDカメラ等の撮像手段を備え、撮像
手段で捕らえた画像から反射ターゲットの中心位置を検
出し、撮像装置の中心位置と反射ターゲットの中心位置
のズレ量を算出し、一致していない場合は測角儀をズレ
量に対応する量だけモータにて駆動し、一致させるよう
にしたものである。
[0005] In order to solve such a drawback, those having a function of automating collimation work by visual observation are known as "TCA1100" series of Leica Geosystem Co., Ltd. and "CYBER" of Sokia Corporation. MON
MOS "is commercially available. These are provided with imaging means such as a CCD camera or the like coaxially with the optical axis of the optical distance meter, detect the center position of the reflection target from the image captured by the imaging means, and deviate the center position of the imaging device from the center position of the reflection target. The amounts are calculated, and if they do not match, the goniometer is driven by a motor by an amount corresponding to the amount of displacement to make them coincide.

【0006】この種のシステムは、反射ターゲットの位
置、測定順序の条件を初期設定した後、撮像装置で捕ら
えた反射ターゲットを画像処理装置で抽出し、反射ター
ゲットの中心と撮像装置の光軸を一致させるように撮像
装置の水平角、鉛直角をサーボモータで駆動させ自動視
準し、計測するものである。なお、自動視準をするため
には、反射ターゲットを撮像装置の視野内に入れる必要
があり、反射ターゲットの位置の座標値が既知の場合に
は作業者が設計データを基に計測器からの反射ターゲッ
トの位置の座標を直接入力し、未知の場合には手動又は
コントローラにより撮像装置を反射ターゲットに向け、
撮像装置視野内に入れる作業を繰り返してティーチング
するものである。
In this type of system, after initially setting the position of the reflection target and conditions for the measurement order, the reflection target captured by the imaging device is extracted by the image processing device, and the center of the reflection target and the optical axis of the imaging device are extracted. The horizontal angle and the vertical angle of the image pickup device are driven by a servomotor so that they coincide with each other, and are automatically collimated and measured. In order to perform automatic collimation, it is necessary to put the reflection target within the field of view of the imaging device, and when the coordinate value of the position of the reflection target is known, the operator can use the measurement data from the measuring device based on the design data. Directly input the coordinates of the position of the reflective target, and if unknown, aim the imaging device at the reflective target manually or by controller,
Teaching is performed by repeating the operation of putting the image pickup device into the field of view of the imaging device.

【0007】また、特開平8−136218号公報や特
開平9−14921号公報では、計測対象物の設計寸法
値又は3次元設計座標値を基に、解析用コンピュータに
よって、反射ターゲットの位置を計測機からの座標に変
換して視準方向を決定し、自動計測をする方法が提案さ
れている。
In JP-A-8-136218 and JP-A-9-14921, the position of a reflection target is measured by an analysis computer based on a design dimension value or a three-dimensional design coordinate value of an object to be measured. There has been proposed a method of determining a collimating direction by converting the coordinates into coordinates from a machine and performing automatic measurement.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の装置にあっては次のような問題があった。即ち、反射
ターゲットの3次元座標が未知の場合には、各測点にC
CDカメラを向けてモニタ画面に入れる作業を繰り返し
てティーチングする必要があり、複雑な人手作業を伴い
自動化のメリットが期待できない。
However, this type of apparatus has the following problems. That is, when the three-dimensional coordinates of the reflection target are unknown,
It is necessary to repeat the work of pointing the CD camera on the monitor screen and perform teaching, which involves complicated manual work and cannot expect the merit of automation.

【0009】また、3次元座標が設計寸法値や3次元座
標値から既知である場合にも、設計座標系と計測座標系
を合わせる作業を、たとえ解析用コンピュータで座標変
換を行うにしても、初期設定において少なくとも2点の
基準となる反射ターゲットを測定する必要があり、人手
作業の手間がかかるものであった。
Further, even when the three-dimensional coordinates are known from the design dimension values and the three-dimensional coordinate values, the work of matching the design coordinate system and the measurement coordinate system can be performed even if the coordinate conversion is performed by an analysis computer. In the initial setting, it is necessary to measure at least two reflection targets serving as references, which requires manual labor.

【0010】また、組立工程等の部材の位置決めに使用
する場合には、測点の位置が設計寸法値に対して、撮像
装置視野外にずれている場合が殆どであり、反射ターゲ
ット位置を設計値から算出しても、視準視野内に反射タ
ーゲットがなく、視野外に反射ターゲットの探索を行う
ために、計測時間がかかる問題があった。
Further, when the measuring point is used for positioning of members in an assembling process or the like, the position of the measuring point is often out of the field of view of the imaging device with respect to the design dimension value. Even if calculated from the values, there is no reflective target in the collimated visual field, and there is a problem that it takes a long time to search for the reflective target outside the visual field.

【0011】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、反射ターゲットの位置
の座標等が未知の場合であっても人的作業を殆ど必要と
せず、大型構造物に対してもその3次元座標を短時間
で、且つ高精度に、実質的に自動計測することのできる
3次元座標計測方法及び3次元座標計測装置を提供する
ことにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to require little human work even when the coordinates of the position of the reflection target are unknown. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional coordinate measuring method and a three-dimensional coordinate measuring device capable of substantially automatically measuring three-dimensional coordinates of a large structure in a short time and with high accuracy.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】(構成)上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。
(Structure) In order to solve the above problem, the present invention employs the following structure.

【0013】即ち本発明は、測定対象物体の表面上のタ
ーゲット点までの直線距離を測定する光波距離計と該光
波距離計の光軸の傾け角度を測定する測角計とを用い、
前記光波距離計の光軸を測定対象物体表面上のターゲッ
ト点に合わせ込んだ後の測定距離と測定角度から前記タ
ーゲット点の3次元座標を計測する3次元座標計測方法
であって、前記測定対象物体表面全体の複数のターゲッ
トを撮像手段で観察し、得られた画像を処理して前記測
定対象物体表面上の複数のターゲット点に対する概略の
3次元座標を認識する座標認識ステップと、前記座標認
識ステップにより認識されたターゲット点の1つが前記
視準範囲内に入るように前記光波距離計の光軸を概略合
わせ込むマクロ視準ステップと、前記マクロ視準ステッ
プにより概略合わせ込まれた前記光波距離計の光軸が前
記ターゲット点の1つに一致するように合わせ込むミク
ロ視準ステップと、を有することを特徴とするものであ
る。
That is, the present invention uses a lightwave distance meter for measuring a linear distance to a target point on the surface of a measurement object and a goniometer for measuring an inclination angle of an optical axis of the lightwave distance meter.
A three-dimensional coordinate measuring method for measuring three-dimensional coordinates of the target point from a measurement distance and a measurement angle after aligning an optical axis of the lightwave distance meter with a target point on the surface of the measurement target object, A coordinate recognition step of observing a plurality of targets on the entire surface of the object by imaging means, processing the obtained image, and recognizing rough three-dimensional coordinates for a plurality of target points on the surface of the measurement target object; A macro collimating step of roughly adjusting an optical axis of the optical distance meter so that one of the target points recognized in the step falls within the collimating range; and the light wave distance roughly adjusted by the macro collimating step. And a micro-collimating step of adjusting the optical axis of the meter so as to coincide with one of the target points.

【0014】また本発明は、光波距離計を用いて測定対
象物体表面上のターゲット点までの直線距離を測定する
距離計測手段と、前記光波距離計の光軸の向きを水平方
向及び鉛直方向に可変する光軸駆動手段と、前記光波距
離計の光軸の水平角度及び鉛直角度を測定する光軸角度
測定手段と、前記光波距離計の光軸を、前記光軸駆動手
段を用いて前記測定対象物体表面上の1点のターゲット
点の近傍からターゲット点に合わせ込むミクロ自動視準
手段と、前記測定対象物体表面全体の複数のターゲット
を1方向又は少なくとも2方向から観察する撮像手段
と、前記撮像手段によって得られた画像を処理して前記
測定対象物体表面上の複数のターゲット点の概略の3次
元座標を演算するマクロ位置認識手段と、前記マクロ位
置認識手段によって認識されたターゲット点の1点が前
記ミクロ自動視準手段の視準範囲内に入るように、前記
光波距離計の光軸を概略合わせ込むマクロ自動視準手段
とを備え、前記マクロ自動視準手段によって前記測定対
象物体上のある1点のターゲット点の近傍に前記光波距
離計の光軸を概略合わせ込み、次いで前記ミクロ自動視
準手段を用いて前記光波距離計の光軸を前記ターゲット
点に合わせ込み、しかるのち前記距離計測手段と前記光
軸角度測定手段を用いて前記ターゲット点の3次元座標
を測定し演算することを特徴とするものである。
Further, the present invention provides a distance measuring means for measuring a linear distance to a target point on the surface of an object to be measured by using a light wave distance meter, and the direction of the optical axis of the light wave distance meter in a horizontal direction and a vertical direction. Variable optical axis driving means, optical axis angle measuring means for measuring the horizontal angle and vertical angle of the optical axis of the optical distance meter, and measuring the optical axis of the optical distance meter using the optical axis driving means Micro automatic collimating means for adjusting the target point from the vicinity of one target point on the surface of the target object, imaging means for observing a plurality of targets on the entire surface of the measurement object from one direction or at least two directions, A macro position recognizing unit that processes an image obtained by the imaging unit and calculates approximate three-dimensional coordinates of a plurality of target points on the surface of the measurement target object; Macro automatic collimating means for approximately adjusting the optical axis of the optical distance meter so that one of the recognized target points falls within the collimation range of the micro automatic collimating means. Means for substantially aligning the optical axis of the lightwave distance meter near a certain target point on the object to be measured, and then using the micro-automatic collimating means to adjust the optical axis of the lightwave distance meter to the target point. Then, three-dimensional coordinates of the target point are measured and calculated using the distance measuring means and the optical axis angle measuring means.

【0015】さらに、上記の3次元座標計測方法におい
て、前記測定対象物体表面上の複数のターゲット点につ
き順次、前記マクロ自動視準手段と前記ミクロ自動視準
手段を用いて前記光波距離計の光軸を合わせ込んだ後、
前記距離計測手段と前記光軸角度測定手段を用いて3次
元座標を測定し演算することにより、前記測定対象物体
の全体形状を自動的に計測することを特徴とする構成と
するとよい。
Further, in the above three-dimensional coordinate measuring method, the light of the optical distance meter is sequentially used for a plurality of target points on the surface of the object to be measured by using the macro automatic collimating means and the micro automatic collimating means. After aligning the axes,
It is preferable that the distance measuring unit and the optical axis angle measuring unit measure and calculate three-dimensional coordinates to automatically measure the entire shape of the measurement target object.

【0016】また本発明は、光波距離計を用いて測定対
象物体表面上のターゲット点までの直線距離を測定する
距離計測手段と、前記光波距離計の光軸の向きを水平方
向及び鉛直方向に可変する光軸駆動手段と、前記光波距
離計の光軸の水平角度及び鉛直角度を測定する光軸角度
測定手段と、前記光波距離計の光軸を、前記光軸駆動手
段を用いて前記測定対象物体表面上の1点のターゲット
点の近傍からターゲット点に合わせ込むミクロ自動視準
手段と、前記測定対象物体表面全体の複数のターゲット
を1方向又は少なくとも2方向から観察する撮像手段
と、前記撮像手段によって得られた画像を処理して前記
測定対象物体表面上の複数のターゲット点の概略の3次
元座標を演算するマクロ位置認識手段と、前記マクロ位
置認識手段によって認識されたターゲット点の1点が前
記ミクロ自動視準手段の視準範囲内に入るように、前記
光波距離計の光軸を概略合わせ込むマクロ自動視準手段
と、前記マクロ自動視準手段によって前記測定対象物体
上のある1点のターゲット点の近傍に概略合わせ込まれ
た前記光波距離計の光軸を、前記ミクロ自動視準手段に
よって前記ターゲット点に合わせ込む視準制御手段と、
前記視準制御手段で合わせ込まれた前記ターゲット点に
ついて、前記距離計測手段と前記光軸角度測定手段を用
いて前記ターゲット点の3次元座標を測定し演算する3
次元座標測定手段と、を備えたことを特徴とするもので
ある。
Further, the present invention provides a distance measuring means for measuring a linear distance to a target point on the surface of an object to be measured by using a light wave distance meter, and the optical axis direction of the light wave distance meter in a horizontal direction and a vertical direction. Variable optical axis driving means, optical axis angle measuring means for measuring the horizontal angle and vertical angle of the optical axis of the optical distance meter, and measuring the optical axis of the optical distance meter using the optical axis driving means Micro automatic collimating means for adjusting the target point from the vicinity of one target point on the surface of the target object, imaging means for observing a plurality of targets on the entire surface of the measurement object from one direction or at least two directions, A macro position recognizing unit that processes an image obtained by the imaging unit and calculates approximate three-dimensional coordinates of a plurality of target points on the surface of the measurement target object; A macro automatic collimating means for roughly adjusting the optical axis of the optical distance meter so that one of the recognized target points falls within the collimating range of the micro automatic collimating means, and the macro automatic collimating means. Collimation control means for adjusting the optical axis of the lightwave distance meter roughly adjusted to the vicinity of a certain target point on the measurement target object by the micro-automatic collimation means,
The three-dimensional coordinates of the target point are measured and calculated using the distance measuring means and the optical axis angle measuring means for the target point adjusted by the collimation control means.
Dimensional coordinate measuring means.

【0017】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものが挙げられる。
Here, preferred embodiments of the present invention include the following.

【0018】(1) 前記測定対象物体表面上の複数のター
ゲット点につき順次、前記視準制御手段により前記光波
距離計の光軸を合わせ込み、前記3次元座標測定手段に
より前記ターゲット点の3次元座標を測定し演算するこ
とにより、前記測定対象物体の全体形状を自動的に計測
することを特徴とするものであること。
(1) The plurality of target points on the surface of the object to be measured are sequentially aligned with the optical axis of the optical distance meter by the collimation control means, and the three-dimensional coordinates of the target points are determined by the three-dimensional coordinate measuring means. The whole shape of the object to be measured is automatically measured by measuring and calculating coordinates.

【0019】(2) 前記撮像手段は、前記光軸駆動手段の
回転軸中心を基準にして垂直方向に同じ高さに固定して
設置され、前記測定対象物体表面全体の複数のターゲッ
トを1方向から観察することを特徴とするものであるこ
と。
(2) The imaging means is fixedly installed at the same height in the vertical direction with respect to the center of the rotation axis of the optical axis driving means, and a plurality of targets on the entire surface of the object to be measured are moved in one direction. It is characterized by observing from.

【0020】(3) 前記マクロ位置認識手段は、ステレオ
立体視の方法に基づいて概略の3次元座標を演算するこ
とを特徴とするものであること。
(3) The macro position recognizing means calculates rough three-dimensional coordinates based on a method of stereoscopic vision.

【0021】(4) 前記マクロ視準手段は、前記マクロ位
置認識手段でステレオ立体視の方法に基づいて計測され
た概略の前記ターゲットの3次元座標と、前記測定対象
物体表面のターゲットを観察する前記撮像手段の光軸と
前記光波距離計の光軸との位置関係とから、前記ターゲ
ットの概略方向を前記光波距離計からの方向に変換し
て、前記光波距離計の光軸を前記ターゲットの方向に向
けることを特徴とするものであること。
(4) The macro collimating means observes the approximate three-dimensional coordinates of the target measured by the macro position recognizing means based on a method of stereoscopic vision and the target on the surface of the object to be measured. From the positional relationship between the optical axis of the imaging means and the optical axis of the lightwave distance meter, the general direction of the target is converted into a direction from the lightwave distance meter, and the optical axis of the lightwave distance meter is set to the target axis. It is characterized by pointing in the direction.

【0022】(5) 前記撮像手段は、前記光軸駆動手段の
回転軸中心を基準にして、水平方向に等しい距離離し、
垂直方向には同じ高さに、1台ずつ固定して設置され、
前記測定対象物体表面全体の複数のターゲットを2方向
から観察することを特徴とするものであること。
(5) The imaging means is separated from the center of the rotation axis of the optical axis driving means by an equal distance in the horizontal direction,
In the vertical direction, they are fixedly installed one by one at the same height,
The method is characterized in that a plurality of targets on the entire surface of the object to be measured are observed from two directions.

【0023】(6) 前記撮像手段は、前記光軸駆動手段に
搭載されて、前記測定対象物体表面全体のターゲット点
を観察することを特徴とするものであること。
(6) The imaging means is mounted on the optical axis driving means and observes a target point on the entire surface of the object to be measured.

【0024】(7) 前記座標認識ステップは、2つ以上の
撮像手段を用いて、得られた2つ以上の画像を用いて、
三角測量の方法に基づいて、前記測定対象物体表面上の
複数のターゲット点に対する概略の3次元座標を認識す
ることを特徴とするものであること。
(7) In the coordinate recognizing step, using two or more images obtained by using two or more imaging means,
The method is characterized by recognizing approximate three-dimensional coordinates for a plurality of target points on the surface of the measurement object based on a triangulation method.

【0025】(8) 前記座標認識ステップにおける、三角
測量の方法はステレオ立体視を用いることを特徴とする
ものであること。
(8) The method of triangulation in the coordinate recognition step is characterized in that stereoscopic vision is used.

【0026】(作用)本発明によれば、測定対象物体表
面上の複数のターゲットを1方向又は少なくとも2方向
から撮像し、撮像して得られた画像を処理することによ
り、測定対象物体表面上の複数のターゲットのマクロ座
標を認識することができる。そして、この認識結果に基
づいて、光波距離計の光軸を各ターゲットのうちの1個
ないし複数個に向けて、ミクロ自動視準の視準範囲内に
概略合わせ込むマクロ自動視準を行い、続いて光波距離
計の光軸をターゲットの中心に合わせ込むミクロ自動視
準を行うようにしているので、ターゲット点の位置が未
知の場合であっても人的作業を殆ど要することなく自動
視準を行うことができる。従って、測定対象物体に設置
された複数のターゲット点の位置の座標及び測定対象物
体の全体形状を高速に略無人で計測することが可能とな
り、人的作業を殆ど必要とせずに大型構造物に対しても
その3次元座標を短時間で、且つ高精度に、実質的に自
動計測することが可能となる。
(Operation) According to the present invention, a plurality of targets on the surface of the object to be measured are imaged in one direction or at least two directions, and the images obtained by processing the images are processed, so that the targets on the surface of the object to be measured are processed. The macro coordinates of a plurality of targets can be recognized. Then, based on the recognition result, the optical axis of the optical distance meter is directed to one or more of the respective targets, and macro automatic collimation is performed to roughly match the collimation range of the micro automatic collimation, Subsequently, micro-collimation is performed so that the optical axis of the lightwave distance meter is aligned with the center of the target, so even if the position of the target point is unknown, automatic collimation is almost unnecessary. It can be performed. Therefore, it is possible to measure the coordinates of the positions of a plurality of target points installed on the object to be measured and the entire shape of the object to be measured at high speed with almost no human beings, and for a large structure with almost no need for human work. On the other hand, the three-dimensional coordinates can be substantially automatically measured in a short time and with high accuracy.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0028】(第1の実施形態)図1は、本発明の第1
の実施形態に係わる大型構造物の3次元座標計測装置1
4の概略構成を説明する図であり、図2は図1の3次元
座標計測装置の基本構成を示すブロック図である。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
3D coordinate measuring device 1 for large structures according to the embodiment
FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the three-dimensional coordinate measuring apparatus of FIG. 1.

【0029】図1において、1は測距測角計、2は光軸
駆動手段としての水平回転駆動モータ、3は光軸駆動手
段としての鉛直回転駆動モータ、4は後述する光波距離
計と同軸上に設置されたミクロ自動視準用TVカメラ、
5は測定対象物体7全体を視野にする撮像手段としての
マクロ位置認識用TVカメラ、6はミクロ自動視準手
段、マクロ位置認識手段、ミクロ自動視準手段、視準制
御手段、及び3次元座標測定手段としての画像処理・制
御用パーソナルコンピュータ、7は測定対象物体、8は
測定対象物体7の表面の測点に設置されたターゲット、
14は3次元座標計測装置である。
In FIG. 1, 1 is a distance measuring goniometer, 2 is a horizontal rotation driving motor as an optical axis driving means, 3 is a vertical rotation driving motor as an optical axis driving means, and 4 is a coaxial with an optical wave distance meter described later. TV camera for automatic micro-collimation installed above,
Reference numeral 5 denotes a macro camera for recognizing a macro position as an image pickup device for taking the whole of the object 7 to be measured as a field of view. A personal computer for image processing and control as a measuring means, 7 is an object to be measured, 8 is a target installed at a measurement point on the surface of the object 7 to be measured,
Reference numeral 14 denotes a three-dimensional coordinate measuring device.

【0030】図2に示すように、測距測角計1は、測定
対象物体7の表面上に設置されたターゲット点8aまで
の直線距離を計測可能な光波距離計1aと、光波距離計
1aの光軸の水平角度と鉛直角度を測定する測角計1b
で構成されている。光波距離計1aの光軸は、水平回転
駆動モータ2と鉛直回転駆動モータ3により、水平と鉛
直の2軸の任意の方向に変位可能であり、画像処理・制
御用パーソナルコンピュータ6からの角度設定により駆
動される。測定対象物体7の表面の測点に設置されたタ
ーゲット8は、反射プリズム又は反射シートであり、3
次元座標計測装置に設置された照明光源(図示せず)か
ら発射された光波を計測装置に反射する。
As shown in FIG. 2, the distance measuring goniometer 1 includes a light wave distance meter 1a capable of measuring a linear distance to a target point 8a installed on the surface of the object 7 to be measured, and a light wave distance meter 1a. Goniometer 1b for measuring the horizontal angle and vertical angle of the optical axis
It is composed of The optical axis of the lightwave distance meter 1a can be displaced in any direction of two axes, horizontal and vertical, by the horizontal rotation drive motor 2 and the vertical rotation drive motor 3, and the angle setting from the image processing / control personal computer 6 is performed. Driven by The target 8 placed at a measurement point on the surface of the measurement object 7 is a reflection prism or a reflection sheet,
Light waves emitted from an illumination light source (not shown) installed in the dimensional coordinate measuring device are reflected to the measuring device.

【0031】なお、反射プリズムや反射シートは、直径
25〜100mm(φ50mm程度が多い。)であるが、本
明細書ではターゲット点8aは反射プリズムや反射シー
トの中心点(0.5〜1.0mm程度。)を示す。また、反射プ
リズムや反射シートをターゲット8という。
The diameter of the reflecting prism or the reflecting sheet is 25 to 100 mm (often about 50 mm). In this specification, the target point 8a is the center point of the reflecting prism or the reflecting sheet (about 0.5 to 1.0 mm). ). The reflection prism and the reflection sheet are referred to as a target 8.

【0032】ミクロ自動視準用TVカメラ4は、視野内
に1個のターゲット点8aが入るような、例えば1.5
°の視野角を持ち、捕らえたターゲット点8aの画像信
号を画像処理・制御用パーソナルコンピュータ6に出力
する。画像処理・制御用パーソナルコンピュータ6で
は、ターゲット8の中心位置を画像処理によって算出
し、光波距離計1aと同軸のミクロ自動視準用TVカメ
ラ4の視野中心とターゲット8の中心とのズレが無くな
るように、モータ2,3を駆動する量を算出する。そし
て、この算出値をモータ2,3に設定して、ターゲット
8の中心が光波距離計1aの光軸と一致するように、合
わせ込むミクロ自動視準を実行する。
The micro-automatic collimating TV camera 4 has a single target point 8a within the field of view, for example, 1.5 mm.
It outputs a captured image signal of the target point 8a to the image processing / control personal computer 6 having a viewing angle of °. In the image processing / control personal computer 6, the center position of the target 8 is calculated by image processing so that the center of the field of view of the micro-automatic TV camera 4 coaxial with the optical distance meter 1a and the center of the target 8 are eliminated. Next, the amount of driving the motors 2 and 3 is calculated. Then, the calculated values are set in the motors 2 and 3 and the micro-automatic collimation is performed so that the center of the target 8 matches the optical axis of the optical distance meter 1a.

【0033】マクロ位置認識用TVカメラ5は、測定対
象物体7の表面全体の複数のターゲット8を観察できる
ように視野角が設定されており、1台のTVカメラ5で
捕らえた画像を画像処理・制御用パーソナルコンピュー
タ6に出力する。
The macro position recognition TV camera 5 has a view angle set so that a plurality of targets 8 on the entire surface of the measurement object 7 can be observed, and performs image processing on an image captured by one TV camera 5. -Output to the control personal computer 6.

【0034】画像処理・制御用パーソナルコンピュータ
6は、入力された画像に基づいて画像処理を行い、マク
ロ位置認識用TVカメラ5で捕らえた画像におけるター
ゲット点8aの位置を算出し、マクロ位置認識をする。
測定対象物体7全体を視野にするマクロ位置認識用TV
カメラ5と光波距離計1aの光軸との相対位置は、製作
時に予め求めておくことにより、マクロ位置認識用TV
カメラ5で検出されたターゲット点8aの位置を基に、
光波距離計1aからの水平角と鉛直角を算出することが
できる。また、画像処理・制御用パーソナルコンピュー
タ6では、各ターゲット点8aについて算出された水平
角と垂直角を駆動モータ2,3に設定し、光波距離計1
aをターゲット点8aの方向に向け、ミクロ視準用TV
カメラ4の視野内に1個のターゲット点8aを入れるこ
とができる。
The image processing / control personal computer 6 performs image processing based on the input image, calculates the position of the target point 8a in the image captured by the macro position recognition TV camera 5, and performs macro position recognition. I do.
Macro Position Recognition TV with Field of View of Measurement Object 7
The relative position between the camera 5 and the optical axis of the lightwave distance meter 1a is determined in advance at the time of manufacture, so that the macro position recognition TV
Based on the position of the target point 8a detected by the camera 5,
The horizontal angle and the vertical angle from the lightwave distance meter 1a can be calculated. In the image processing / control personal computer 6, the horizontal angle and the vertical angle calculated for each target point 8a are set in the drive motors 2 and 3, and the lightwave distance meter 1 is set.
a to the direction of the target point 8a, the TV for micro collimation
One target point 8a can be put in the field of view of the camera 4.

【0035】ミクロ自動視準用TVカメラ4の視野に1
個のターゲット点8aを入れた後、ミクロ自動視準を実
行して、ミクロ自動視準によりターゲット8の中心と光
波距離計1aの光軸を合わせ込み、一致した後、光波距
離計1aでターゲット点8aまでの直線距離を、測角計
1bで光波距離計1aの水平角度と鉛直角度を測定し、
ターゲット点8aの3次元位置を自動的に計測する。
In the field of view of the TV camera 4 for micro automatic collimation,
After inserting the target points 8a, the micro-auto collimation is performed, and the center of the target 8 is aligned with the optical axis of the optical distance meter 1a by the micro-auto collimation. The horizontal distance and the vertical angle of the lightwave distance meter 1a are measured with the goniometer 1b using the linear distance to the point 8a,
The three-dimensional position of the target point 8a is automatically measured.

【0036】測定対象物体7全体を視野にするマクロ位
置認識用TVカメラ5で認識したターゲット8の位置を
基に、光波距離計1aからターゲット点8aまでの水平
角度と鉛直角度を算出する方法を、図3を用いて説明す
る。ここでは、TVカメラ5の光軸は、鉛直方向には光
波距離計1aの回転軸中心に対して同じ高さで水平に設
置され、水平方向には光波距離計1aの回転軸中心に対
して距離d離れた位置に、水平回転基準軸と平行に設置
する。また、TVカメラ5は、回転駆動モータで角度を
変えられることなく、固定して設置される。
A method of calculating the horizontal angle and the vertical angle from the lightwave distance meter 1a to the target point 8a based on the position of the target 8 recognized by the macro position recognition TV camera 5 having the entire measurement object 7 as a field of view. This will be described with reference to FIG. Here, the optical axis of the TV camera 5 is installed horizontally at the same height with respect to the rotation axis center of the lightwave distance meter 1a in the vertical direction, and with respect to the rotation axis center of the lightwave distance meter 1a in the horizontal direction. It is installed at a position separated by a distance d in parallel with the horizontal rotation reference axis. Further, the TV camera 5 is fixedly installed without being able to change the angle by a rotary drive motor.

【0037】光波距離計1aからターゲット点8aヘの
鉛直角度は、鉛直高さが同じであるから、TVカメラ5
の視野におけるターゲット点8aの垂直角度そのままで
よく、水平角度のみを、TVカメラ5から検出したの
ち、変換する処理が必要となる。
The vertical angle from the optical distance meter 1a to the target point 8a has the same vertical height.
The vertical angle of the target point 8a in the field of view may be used as it is, and only the horizontal angle is detected from the TV camera 5, and a process of converting the horizontal angle is required.

【0038】図3に示すように、ターゲット点8aが、
光波距離計1aから距離L、水平方向にwの位置にある
場合は、光波距離計1aからの水平角度α、TVカメラ
5の視野内での水平角度βは、式(1)(2) で表される。
As shown in FIG. 3, the target point 8a is
When the distance is L from the lightwave distance meter 1a and the position is w in the horizontal direction, the horizontal angle α from the lightwave distance meter 1a and the horizontal angle β in the visual field of the TV camera 5 are expressed by the following equations (1) and (2). expressed.

【0039】 tanα=w/L … (1) tanβ=(w−d)/L … (2) 従って、式(1) と式(2) から、αは式(3) で算出され
る。
Tan α = w / L (1) tan β = (wd) / L (2) Accordingly, α is calculated by Expression (3) from Expressions (1) and (2).

【0040】 α=tan-1(tanβ+d/L)… (3) しかし、式(3) におけるLはTVカメラ5では計測でき
ない値であり、未知数であるため、本実施形態ではαを
決定するために、図4に示すように測定対象物体7と光
波距離計1aに最も近いターゲット点8aまでの距離L
1、最も遠いターゲット点8aまでの距離L2の中間値
L0を式(3) に代入して、式(4) のようにαを算出する
ことにした。
Α = tan −1 (tan β + d / L) (3) However, L in equation (3) is a value that cannot be measured by the TV camera 5 and is an unknown number. 4, the distance L between the object 7 to be measured and the target point 8a closest to the lightwave distance meter 1a.
1. The intermediate value L0 of the distance L2 to the farthest target point 8a is substituted into Expression (3), and α is calculated as in Expression (4).

【0041】しかし、ターゲット点8aまでの実距離は
測定対象物体7との最小距離L1から最大距離L2まで
変化するので、図4に示すように、実質的にミクロ自動
視準用TVカメラ4の視野範囲と略同程度の角度誤差1
3が生じ、ターゲット点8aの中間値L0で算出した角
度との誤差Δαは、式(5)(6) から求めた、式(7)(8)と
なる。
However, since the actual distance to the target point 8a changes from the minimum distance L1 to the measurement object 7 to the maximum distance L2, as shown in FIG. Angle error 1 about the same as the range 1
3 occurs, and the error Δα from the angle calculated by the intermediate value L0 of the target point 8a is expressed by the following equations (7) and (8) obtained from the equations (5) and (6).

【0042】 α =tan-1(tanβ+d/L0) … (4) α1=tan-1(tanβ+d/L1) … (5) α2=tan-1(tanβ+d/L2) … (6) tanα-tanα2= tan(α2+Δα2)-tanα2=d(1/L0-1/L2)…(7) tanα1-tanα= tanα1-tan(α1+Δα1)=d(1/Ll-1/L0)…(8) 測定対象物体7の大きさから、L1=10m,L2=3
0mである時、光波距離計1aとマクロ位置認識用TV
カメラ5との間隔dを150mmととれば、α,α1,α2
があらゆる角度をとった場合の誤差量の最大値がΔα1
=0.43°,Δα2=0.15°になり、ミクロ自動
視準用TVカメラ4の視野角が、例えば1.5°以下の
とき、その範囲内に誤差範囲を収めることができ、ミク
ロ自動視準を可能とする。
Α = tan −1 (tanβ + d / L0) (4) α1 = tan −1 (tanβ + d / L1) (5) α2 = tan −1 (tanβ + d / L2) (6) ) tanα-tanα2 = tan (α2 + Δα2) -tanα2 = d (1 / L0-1 / L2) ... (7) tanα1-tanα = tanα1-tan (α1 + Δα1) = d (1 / Ll-1 / L0 ) (8) From the size of the measuring object 7, L1 = 10 m, L2 = 3
When the distance is 0 m, the lightwave distance meter 1a and the macro position recognition TV
If the distance d from the camera 5 is 150 mm, α, α1, α2
Is the maximum value of the error amount when all angles are Δα1
= 0.43 °, Δα2 = 0.15 °, and when the viewing angle of the micro-automatic collimating TV camera 4 is, for example, 1.5 ° or less, the error range can be set within the range. Enables collimation.

【0043】本実施形態のように、Ll,L2,dを選
択することで、マクロ位置認識用TVカメラ5で検出し
たターゲット点8aの水平角度から、光波距離計1aか
らターゲット点8aへの水平角度を決定することがで
き、ミクロ自動視準用TVカメラ4の視野内にターゲッ
ト点8aを入れることができ、ターゲット8の中心と光
波距離計1aの光軸とを一致させることが可能となる。
As in the present embodiment, by selecting L1, L2, and d, the horizontal distance from the lightwave distance meter 1a to the target point 8a is determined from the horizontal angle of the target point 8a detected by the macro position recognition TV camera 5. The angle can be determined, the target point 8a can be put in the field of view of the micro-automated TV camera 4, and the center of the target 8 and the optical axis of the optical distance meter 1a can be matched.

【0044】図5は、本実施形態での3次元座標の計測
手順を説明するためのフローチャートである。まず、マ
クロ位置認識用TVカメラ5の視野に、測定対象物体7
の表面に設置された全てのターゲット点8aが入るよう
に、3次元座標計測装置を設置する。
FIG. 5 is a flowchart for explaining a procedure for measuring three-dimensional coordinates in this embodiment. First, the object 7 to be measured is placed in the field of view of the TV camera 5 for macro position recognition.
The three-dimensional coordinate measuring device is installed so that all the target points 8a installed on the surface of the device can be entered.

【0045】次いで、マクロ位置認識用TVカメラ5で
捕らえた全てのターゲット点8aについて、TVカメラ
5の画像からターゲット点8aの水平角度と垂直角度を
算出したのち、光波距離計1aからの水平角度と鉛直角
度に変換するマクロ位置認識を行う。そして、マクロ位
置認識された複数のターゲット点8aは、例えばマクロ
位置認識用TVカメラ5で捕らえた画像の左上から右下
への順番で、画像処理・制御用パーソナルコンピュータ
6から順次、水平角度と鉛直角度を駆動モータ2,3に
設定し、モータを駆動させて、光波距離計1aをターゲ
ット8の方向に向けて、ミクロ自動視準用TVカメラ4
の視野内にターゲット点8aを入れるようにマクロ自動
視準をする。そして、ミクロ自動視準用TVカメラ4の
視野内にあるターゲット8について、光波距離計1aの
光軸とターゲット8の中心とを合わせ込む。
Next, for all the target points 8a captured by the macro position recognition TV camera 5, the horizontal angle and the vertical angle of the target points 8a are calculated from the image of the TV camera 5, and then the horizontal angles from the lightwave distance meter 1a are calculated. And macro position conversion to convert to vertical angle. The plurality of target points 8a for which the macro position has been recognized are sequentially transmitted from the image processing / control personal computer 6 in order from the upper left to the lower right of the image captured by the macro position recognition TV camera 5, for example. The vertical angle is set to the drive motors 2 and 3, and the motor is driven so that the lightwave distance meter 1 a is directed toward the target 8, and the micro automatic collimation TV camera 4
Macro collimation is performed so that the target point 8a falls within the field of view. Then, for the target 8 within the field of view of the micro-automatic collimating TV camera 4, the optical axis of the optical distance meter 1a is aligned with the center of the target 8.

【0046】光波距離計1aの光軸とターゲット8の中
心が一致した後、光波距離計1aでターゲット点8aま
での直線距離と、測角計1bで光波距離計1aの光軸の
水平角度と鉛直角度を測定し、ターゲット点8aの3次
元座標を演算して求める。1個のターゲット点8aにつ
いて計測が完了した後、次のターゲット点8aについて
同様の作業を行い、全ターゲット点8aの計測を行い、
全体形状を計測する。
After the optical axis of the optical distance meter 1a and the center of the target 8 match, the linear distance to the target point 8a by the optical distance meter 1a and the horizontal angle of the optical axis of the optical distance meter 1a by the goniometer 1b. The vertical angle is measured, and the three-dimensional coordinates of the target point 8a are calculated and obtained. After the measurement is completed for one target point 8a, the same operation is performed for the next target point 8a, and the measurement is performed for all the target points 8a.
Measure the overall shape.

【0047】このように本実施形態によれば、測定対象
物体7の表面全体の複数のターゲット点8aに対し、マ
クロ位置認識用TVカメラ5により1方向から観察する
ことにより、ターゲット点8aのマクロ位置を認識し、
水平回転駆動モータ2と鉛直回転駆動モータ3を駆動し
て、光波距離計1aの光軸をターゲット点8aの1点な
いし複数点に向けて、ミクロ自動視準の視準範囲内に概
略合わせ込むマクロ自動視準を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, a plurality of target points 8a on the entire surface of the measurement object 7 are observed from one direction by the macro position recognizing TV camera 5, so that the macro of the target point 8a is obtained. Recognize location,
The horizontal rotation drive motor 2 and the vertical rotation drive motor 3 are driven so that the optical axis of the electro-optical distance meter 1a is directed to one or more target points 8a, and is approximately adjusted within the collimation range of the micro automatic collimation. Macro auto-collimation can be performed.

【0048】そして、マクロ自動視準を行うことができ
ることから、人為的作業を殆ど要することなく、ミクロ
自動視準で光波距離計1aの光軸をターゲット8の中心
に合わせ込むことができる。この状態で、光波距離計1
aと測角計1bによりターゲット点8aまでの距離と水
平角度と鉛直角度を測定し、ターゲット点8aの3次元
座標を演算することにより、測定対象物体7に設置され
た複数のターゲット点8aの座標及び測定対象物体7の
全体形状を、実質的に高速に無人で計測することが可能
となる。
Since the macro automatic collimation can be performed, the optical axis of the optical distance meter 1a can be aligned with the center of the target 8 by the micro automatic collimation with almost no need for any manual operation. In this state, the lightwave distance meter 1
a, the horizontal angle and the vertical angle to the target point 8a are measured by the goniometer 1b, and the three-dimensional coordinates of the target point 8a are calculated, whereby the plurality of target points 8a installed on the measurement target object 7 are measured. The coordinates and the entire shape of the measurement target object 7 can be measured at a substantially high speed by an unmanned person.

【0049】(第2の実施形態)図7は、本発明の第2
の実施形態に係わる大型構造物の3次元座標計測装置2
1の概略構成を説明する図であり、図8は図7の3次元
座標計測装置21の基本構成を示すブロック図である。
なお、前記図1及び図2と同一部分には同一符号を付し
て、その詳しい説明は省略する。
(Second Embodiment) FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention.
3D coordinate measuring device 2 for large structures according to the first embodiment
FIG. 8 is a block diagram illustrating a basic configuration of the three-dimensional coordinate measuring device 21 of FIG. 7.
1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0050】本実施形態が先に説明した第1の実施形態
と異なる点は、2台のマクロ位置認識用TVカメラ5
a,5bを設けたことにある。即ち、ミクロ自動視準用
TVカメラ4を挟んで2台のマクロ自動視準用TVカメ
ラ5a,5bが設置されている。各マクロ自動視準用T
Vカメラ5a,5bは、測定対象物体7の表面全体の複
数のターゲット8を観察できるように視野角が設定され
ており、各々のTVカメラ5a,5bで捕らえた画像を
画像処理・制御用パーソナルコンピュータ6に出力す
る。画像処理・舗御用パーソナルコンピュータ6は、入
力された2つの画像に基づいて画像処理を行い、第1の
実施形態と同様に、マクロ位置認識用TVカメラ5a,
5bで捕らえた画像におけるターゲット点8aの位置を
算出し、マクロ位置認識をする。
The present embodiment is different from the first embodiment described above in that two macro position recognition TV cameras 5
a, 5b. In other words, two macro automatic collimation TV cameras 5a and 5b are installed with the micro automatic collimation TV camera 4 interposed therebetween. T for each macro automatic collimation
The viewing angles of the V cameras 5a and 5b are set so that a plurality of targets 8 on the entire surface of the measurement target object 7 can be observed, and images captured by the respective TV cameras 5a and 5b are image processing / control personal computers. Output to the computer 6. The image processing / paving personal computer 6 performs image processing based on the two input images, and similarly to the first embodiment, the macro position recognition TV cameras 5a and 5a.
The position of the target point 8a in the image captured in 5b is calculated, and macro position recognition is performed.

【0051】測定対象物体7の全体を視野にする2台の
TVカメラ5a,5bと光波距離計1aの光軸との相対
位置は、製作時に予め求めておくことにより、2台のT
Vカメラ5a,5bで検出されたターゲット点8aの位
置を基に、光波距離計1aからの水平角と鉛直角とを算
出することができる。
The relative positions of the two TV cameras 5a and 5b, which have the field of view of the object 7 as a field of view, and the optical axis of the optical distance meter 1a are determined in advance at the time of manufacture.
The horizontal angle and the vertical angle from the lightwave distance meter 1a can be calculated based on the position of the target point 8a detected by the V cameras 5a, 5b.

【0052】ミクロ自動視準用TVカメラ4の視野に1
個のターゲット点8aを入れた後、ミクロ自動視準を実
行して、ミクロ自動視準によりターゲット8の中心と光
波距離計の光軸を合わせ込み、一致した後、光波距離計
1aでターゲット点8aまでの直線距離を、測角計1b
で光波距離計の水平角度と鉛直角度を測定し、ターゲッ
ト点8aの3次元位置を自動的に計測する。
In the field of view of the TV camera 4 for micro automatic collimation,
After the target points 8a are inserted, the micro-auto collimation is executed, the center of the target 8 is aligned with the optical axis of the optical distance meter by the micro-auto collimation, and after the coincidence, the target point is set by the optical distance meter 1a. The linear distance up to 8a is measured by the goniometer 1b.
To measure the horizontal angle and vertical angle of the lightwave distance meter, and automatically measure the three-dimensional position of the target point 8a.

【0053】測定対象物体7の全体を視野にするマクロ
位置認識用の2台のTVカメラ5a,5bで認識したタ
ーゲット8の位置から光波距離計1aからターゲット点
8aまでの水平角度と鉛直角度を算出する方法を図9、
図10で説明する。ここでは、図9は水平面内における
光波距離計1a、2台のTVカメラ5a,5b、ターゲ
ット点8aの位置関係を示している。図10は鉛直方向
における光波距離計1a、2台のTVカメラ5a,5
b、ターゲット8(ターゲット点8a)の位置関係を示
している。2台のTVカメラ5a,5bの光軸は、光波
距離計1aの光軸に対して、水平方向にはそれぞれd
1,d2離れて置かれている。また、鉛直方向には、h
離れて置かれている。ここで、2台のTVカメラ5a,
5bは、回転駆動モータ2,3で角度を変えられること
なく、固定して設置されている。2台のTVカメラ5
a,5bは、ステレオ立体視に基づき、マクロ位置認識
用TVカメラ5a,5bからターゲット点8aまでの位
置を計測し、ターゲット点8aまでの距離をLと算出す
る。
The horizontal angle and the vertical angle from the position of the target 8 recognized by the two TV cameras 5a and 5b for macro position recognition with the field of view of the whole object 7 to the field of view from the lightwave distance meter 1a to the target point 8a are determined. The calculation method is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. Here, FIG. 9 shows the positional relationship between the lightwave distance meter 1a, the two TV cameras 5a and 5b, and the target point 8a in the horizontal plane. FIG. 10 shows a lightwave distance meter 1a in the vertical direction and two TV cameras 5a, 5
b, the positional relationship between the targets 8 (target points 8a). The optical axes of the two TV cameras 5a and 5b are each horizontal with respect to the optical axis of the lightwave distance meter 1a.
1, d2 apart. In the vertical direction, h
Located away. Here, two TV cameras 5a,
5b is fixedly installed without being able to change the angle by the rotary drive motors 2 and 3. Two TV cameras 5
The positions a and 5b measure the position from the macro position recognition TV cameras 5a and 5b to the target point 8a based on the stereoscopic vision, and calculate the distance to the target point 8a as L.

【0054】したがって、距離Lが算出できたことによ
って、光波距離計1aからの水平角度α、2台のTVカ
メラ5a,5bからの視野内での水平角度β,γの関係
は、式(9)(10) で表される。
Therefore, since the distance L has been calculated, the relationship between the horizontal angle α from the lightwave distance meter 1a and the horizontal angles β and γ in the field of view from the two TV cameras 5a and 5b is given by the following equation (9). ) (10).

【0055】 L(tanα−tanβ)=d … (9) L(tanγ−tanα)=d … (10) 式(9)(10) より、αは式(11) で算出される。L (tanα−tanβ) = d 1 (9) L (tanγ−tanα) = d 2 (10) From Expressions (9) and (10), α is calculated by Expression (11).

【0056】 α=tan-1{(dtanα+dtanβ)/(d+d)}… ( 11) また、鉛直方向での光波距離計1aからのターゲット角
度θは、式(12) で算出される。
Α = tan −1 {(d 1 tan α + d 2 tan β) / (d 1 + d 2 )} (11) Further, the target angle θ from the lightwave distance meter 1 a in the vertical direction is expressed by the following equation (12). Is calculated.

【0057】 θ=tan-1(tanφ+h/L)… (12) ここで、求めた水平角度αと、鉛直角度θを、画像処理
・制御用パーソナルコンピュータ6から回転駆動モータ
2,3に設定することで、光波距離計1aをターゲット
点8aの方向に向け、1個のターゲット点8aをミクロ
視準用TVカメラ4の視野内に入れることが可能とな
る。
Θ = tan −1 (tan φ + h / L) (12) Here, the obtained horizontal angle α and vertical angle θ are set from the image processing / control personal computer 6 to the rotary drive motors 2 and 3. Thus, the lightwave distance meter 1a can be directed toward the target point 8a, and one target point 8a can be put in the field of view of the micro collimation TV camera 4.

【0058】また、マクロ位置認識用TVカメラ5a,
5bの光軸が、鉛直方向には光波距離計1aの回転軸中
心に対して同じ高さで水平に設置され、水平方向には光
波距離計1aの回転軸中心に対して左右に距離d離れた
位置に水平回転基準軸と平行に設置される場合につい
て、図11に基づいて説明する。また、2台のTVカメ
ラ5a,5bは、回転駆動モータ2,3で角度を変えら
れることなく、固定して設置されている。
Also, the macro position recognition TV camera 5a,
The optical axis 5b is horizontally installed at the same height in the vertical direction at the same height as the center of the rotation axis of the lightwave distance meter 1a, and is horizontally separated from the center of the rotation axis of the lightwave distance meter 1a by a distance d. The case where the camera is installed at a position parallel to the horizontal rotation reference axis will be described with reference to FIG. Further, the two TV cameras 5a and 5b are fixedly installed without being able to change the angle by the rotary drive motors 2 and 3.

【0059】光波距離計1aからターゲット点8aへの
鉛直角度は、鉛直高さが同じであるから、2台のTVカ
メラ5a,5bの撮像視野におけるターゲット点8aの
鉛直角度はそのままでよく、水平角度のみを2台のTV
カメラ5a,5bから検出した後、変換する処理が必要
となる。
The vertical angle from the optical distance meter 1a to the target point 8a has the same vertical height, so that the vertical angle of the target point 8a in the field of view of the two TV cameras 5a and 5b may be the same, and Two TVs with only angle
After detection from the cameras 5a and 5b, a conversion process is required.

【0060】図11に示すように、ターゲット点8a
が、光波距離計1aから距離L、水平方向にwの位置に
ある場合は、光波距離計1aからの水平角度α、2台の
TVカメラ(撮像装置)5a,5bの各々での視野内で
の水平角度β,γは、式(13)(14)(15) で示される。
As shown in FIG. 11, the target point 8a
Is located at a distance L from the lightwave distance meter 1a and at a position w in the horizontal direction, the horizontal angle α from the lightwave distance meter 1a and the field of view of each of the two TV cameras (imaging devices) 5a and 5b. Are represented by equations (13), (14), and (15).

【0061】 tanα=w/L … (13) tanβ=(w−d)/L … (14) tanγ=(w+d)/L … (15) 式(13)(14)(15) より、αはβ,γから式(16) で算出さ
れる。
Tan α = w / L (13) tan β = (wd) / L (14) tan γ = (w + d) / L (15) From equations (13), (14) and (15), α is It is calculated from Eq. (16) from β and γ.

【0062】また、鉛直方向θは、式(17) であらわさ
れる。
The vertical direction θ is expressed by the following equation (17).

【0063】 α=tan-1{(tanα+tanβ)/2}… (16) θ=φ… (17) 前記と同様に、ここで求めた水平角度αと、マクロ位置
認識用TVカメラ5a,5bで検出したターゲット点8
aの鉛直角度θ=φを、画像処理・制御用パーソナルコ
ンピュータ6から回転駆動モータ2,3に設定すること
で、光波距離計1aをターゲット点8aの方向に向け、
1つのターゲット点8aをミクロ視準用TVカメラ4の
視野内に入れることが可能となる。
Α = tan -1 {(tan α + tan β) / 2} (16) θ = φ (17) Similarly to the above, the horizontal angle α obtained here and the macro position recognition TV cameras 5a and 5b are used. Target point 8 detected
By setting the vertical angle θ = a from the image processing / control personal computer 6 to the rotary drive motors 2 and 3, the lightwave distance meter 1a is directed toward the target point 8a,
One target point 8a can be put in the field of view of the micro collimating TV camera 4.

【0064】この場合は、前記と異なり、マクロ位置認
識用TVカメラ5a,5bから計測されるターゲット点
8aまでの距離情報は必要なく、マクロ位置認識用TV
カメラ5a,5bからのターゲット点8aの方向への角
度から決定される。
In this case, unlike the above, there is no need for distance information from the macro position recognition TV cameras 5a, 5b to the target point 8a.
It is determined from the angle from the cameras 5a and 5b toward the target point 8a.

【0065】なお、ターゲット点8aをミクロ自動視準
用TVカメラ4の視野に入れるために、マクロ位置認識
用の2台のTVカメラ5a,5bでの検出角度分解能
が、ミクロ自動視準用TVカメラ4の視野角より高い必
要がある。例えば、測定対象物体7のサイズが30m
で、10mの距離から計測する際には、マクロ視準用T
Vカメラ5a,5bの画素数が横512画素×縦480
画素であれば、角度分解能が0.14°であり、ミクロ
視準用TVカメラ4の視野角が、例えば1.5°である
場合には、十分小さく、検出性能には問題ない。
In order to put the target point 8a in the field of view of the micro-automatic collimating TV camera 4, the detection angular resolution of the two macro-position recognizing TV cameras 5a and 5b is determined by the micro-automatic collimating TV camera 4. Must be higher than the viewing angle. For example, the size of the measurement target object 7 is 30 m
When measuring from a distance of 10 m, the macro collimation T
The number of pixels of the V cameras 5a and 5b is 512 horizontal pixels × 480 vertical pixels.
If it is a pixel, the angular resolution is 0.14 °, and if the viewing angle of the micro collimating TV camera 4 is, for example, 1.5 °, it is sufficiently small and there is no problem in detection performance.

【0066】このように、マクロ位置認識用TVカメラ
5a,5bを2台以上使用することによって、測定対称
物体7のサイズが大きくなり、各ターゲット点8aの設
置される距離範囲が長くなっても、ミクロ視準用TVカ
メラ4の視野内に精度良く確実に入れることが可能とな
る。
As described above, by using two or more macro position recognizing TV cameras 5a and 5b, the size of the object 7 to be measured becomes large, and even if the distance range in which each target point 8a is installed becomes long. Thus, it is possible to accurately and reliably enter the visual field of the micro collimating TV camera 4.

【0067】また、ここではマクロ位置認識をするため
のTVカメラ5a,5bは2台で、光波距離計1aの光
軸の回転軸中心と同じ高さに設置したが、高さが同じに
設置できない場合には、もう1台垂直方向に、光波距離
計1aの光軸を中心にして設置することで、垂直方向の
方位角も決定することができる。
Also, here, two TV cameras 5a and 5b for macro position recognition are installed at the same height as the center of the rotation axis of the optical axis of the lightwave distance meter 1a, but are installed at the same height. If this is not possible, another azimuth in the vertical direction can be determined by installing another one in the vertical direction with the optical axis of the lightwave distance meter 1a as the center.

【0068】図12は、本実施形態での3次元座標の計
測手段を説明するためのフローチャートである。まず、
マクロ位置認識用のTVカメラ5a,5bの視野内に、
測定対象物体7の表面に設置されたすべてのターゲット
点8aが入るように、3次元座標計測装置を設置する。
FIG. 12 is a flowchart for explaining the means for measuring three-dimensional coordinates in the present embodiment. First,
Within the field of view of the TV cameras 5a and 5b for macro position recognition,
The three-dimensional coordinate measuring device is installed so that all the target points 8a installed on the surface of the measuring object 7 are included.

【0069】次いで、マクロ位置認識用の2台のTVカ
メラ5a,5bで捕らえた全てのターゲット点8aにつ
いて、TVカメラ5a,5bの各々の画像からターゲッ
ト点8aの水平角度と垂直角度を算出したのち、光波距
離計1aからの水平角度と鉛直角度に変換するマクロ位
置認識を行う。そして、マクロ位置認識された複数のタ
ーゲット点8aは、例えば2台のTVカメラ(撮像装
置)5a,5bの左上から右下への順番で、画像処理・
制御用パーソナルコンピュータ6から順次、水平角度と
鉛直角度を駆動モータ2,3に設定し、駆動モータ2,
3を駆動させて、光波距離計1aをターゲット点8aの
方向に向けて、ミクロ自動視準用TVカメラ4の視野内
にターゲット点8aを入れるようにマクロ自動視準をす
る。そして、ミクロ自動視準用TVカメラ4の視野内に
あるターゲット点8aについて、光波距離計1aの光軸
とターゲット8の中心を合わせ込む。
Next, for all the target points 8a captured by the two TV cameras 5a and 5b for macro position recognition, the horizontal angle and the vertical angle of the target points 8a were calculated from the images of the TV cameras 5a and 5b. After that, macro position recognition for converting the horizontal angle and the vertical angle from the lightwave distance meter 1a is performed. Then, the plurality of target points 8a whose macro positions have been recognized are subjected to image processing, for example, in order from the upper left to the lower right of the two TV cameras (imaging devices) 5a and 5b.
The horizontal angle and the vertical angle are sequentially set to the drive motors 2 and 3 from the control personal computer 6.
3 is driven, the lightwave distance meter 1a is directed toward the target point 8a, and macro automatic collimation is performed so that the target point 8a is within the field of view of the micro automatic collimation TV camera 4. Then, for the target point 8a within the field of view of the micro-automatic collimating TV camera 4, the optical axis of the optical distance meter 1a is aligned with the center of the target 8.

【0070】光波距離計1aの光軸とターゲット8の中
心とが一致した後、光波距離計1aでターゲット点8a
までの直線距離と、測角計1bで光波距離計1aの光軸
の水平角度と鉛直角度を測定し、ターゲット点8aの3
次元座標を演算して求める。1個のターゲット点8aに
ついて計測が完了した後、次のターゲット点8aについ
て同様の作業を行い、全ターゲット点8aについて計測
を行い、全体形状を計測する。
After the optical axis of the lightwave distance meter 1a matches the center of the target 8, the lightwave distance meter 1a uses the target point 8a.
The horizontal angle and the vertical angle of the optical axis of the lightwave distance meter 1a are measured with the goniometer 1b, and the three points of the target point 8a are measured.
Calculate and obtain dimensional coordinates. After the measurement is completed for one target point 8a, the same operation is performed for the next target point 8a, measurement is performed for all target points 8a, and the overall shape is measured.

【0071】このように本実施形態によれば、測定対象
物体7の表面全体の複数のターゲット点8aに対し、2
台のマクロ位置認識用TVカメラ5a,5bにより2方
向から観察することにより、ターゲット点8aのマクロ
位置を認識し、水平回転駆動モータ2と鉛直回転駆動モ
ータ3を駆動して、光波距離計1aの光軸をターゲット
点8aの1点ないし複数点に向けて、ミクロ自動視準用
TVカメラ4の視準範囲内に概略合わせ込むマクロ自動
視準を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, a plurality of target points 8a on the entire surface of the measurement object 7 are
By observing the macro position of the target point 8a by observing the macro position recognition TV cameras 5a and 5b from two directions, the horizontal rotation drive motor 2 and the vertical rotation drive motor 3 are driven, and the lightwave distance meter 1a A macro-collimation can be performed in which the optical axis is pointed at one or more target points 8a, and is approximately adjusted within the collimation range of the micro-auto collimation TV camera 4.

【0072】従って、先の第1の実施形態と同様に、人
為的作業を殆ど要することなく、ミクロ自動視準用TV
カメラ4で光波距離計1aの光軸をターゲット8の中心
に合わせ込むことができ、この状態で、測距測角計1に
よりターゲット点8aを測定してその3次元座標を演算
することにより、測定対象物体7に設置された複数のタ
ーゲット点8aの座標及び測定対象物体7の全体形状
を、実質的に高速に無人で計測することが可能となる。
Therefore, as in the first embodiment, the TV for micro-automatic collimation can be used with almost no manual operation.
The optical axis of the lightwave distance meter 1a can be aligned with the center of the target 8 by the camera 4. In this state, the target point 8a is measured by the distance measuring goniometer 1 and its three-dimensional coordinates are calculated. The coordinates of the plurality of target points 8a installed on the measurement target object 7 and the entire shape of the measurement target object 7 can be measured at substantially high speed by an unmanned person.

【0073】さらに、マクロ位置認識用TVカメラ5
a,5bを2台以上使用することによって、測定対称物
体7のサイズが大きくなり、各ターゲット点8aが設置
される距離範囲が、例えば10〜30mに対して5〜5
0mに広がっても、各ターゲット点8aのマクロ位置
を、精度良く確実にミクロ視準用TVカメラ4の視野内
に入れることができる。また、ミクロ視準の精度を上げ
るために、ミクロ視準用TVカメラ4の視野を狭くした
場合にも、問題なく対応可能であるのはもちろんであ
る。
Further, a TV camera 5 for macro position recognition
By using two or more a and 5b, the size of the object 7 to be measured increases, and the distance range in which each target point 8a is installed is, for example, 5 to 5 for 10 to 30 m.
Even if the target point 8a extends to 0 m, the macro position of each target point 8a can be accurately and reliably entered within the field of view of the micro collimating TV camera 4. Further, it is needless to say that even when the field of view of the micro collimating TV camera 4 is narrowed in order to increase the precision of micro collimation, it is possible to cope with the problem without any problem.

【0074】(変形例)なお、本発明は上述した各実施
形態に限定されるものではない。上記各実施形態では、
ミクロ自動視準のために、光波距離計1aの光軸と同軸
にマクロ位置認識用のTVカメラ5,5a,5bを設置
して、マクロ位置認識用TVカメラ5,5a,5bで捕
らえた画像から画像処理をして各ターゲット8の中心の
位置を検出するようにしたが、各ターゲット8の重心位
置を検出が可能な2次元位置検出デバイスのPSDを使
用し、各ターゲット8の中心位置を検出するようにして
もよい。
(Modification) The present invention is not limited to the above embodiments. In the above embodiments,
For automatic micro collimation, TV cameras 5, 5a, 5b for macro position recognition are installed coaxially with the optical axis of the light wave distance meter 1a, and images captured by the TV cameras 5, 5a, 5b for macro position recognition. The image processing is performed to detect the position of the center of each target 8, but the PSD of a two-dimensional position detection device capable of detecting the position of the center of gravity of each target 8 is used, and the center position of each target 8 is detected. You may make it detect.

【0075】なお、マクロ位置認識用TVカメラ5,5
a,5bの視野範囲が測定対象物体7全体に対して狭
く、測定対象物体7を一度に見ることができない場合に
は、マクロ位置認識用TVカメラ5,5a,5bを、光
軸駆動手段2,3に搭載して、光軸駆動手段2,3の回
転によって、視野範囲を移動し、マクロ位置認識用TV
カメラ5,5a,5bの水平方向、あるいは、鉛直方向
の視野を広くするようにして、測定対象物体7の表面全
体の各ターゲット点8aの計測を可能とする。
The macro position recognition TV cameras 5, 5
In the case where the visual field range of a and 5b is narrow with respect to the entire measurement target object 7 and the measurement target object 7 cannot be seen at one time, the macro position recognition TV cameras 5, 5a and 5b are connected to the optical axis driving means 2. , 3 to move the visual field range by the rotation of the optical axis driving means 2, 3, and to use the macro position recognition TV.
By widening the horizontal or vertical field of view of the cameras 5, 5a, 5b, it is possible to measure each target point 8a on the entire surface of the measurement object 7.

【0076】また、上記各実施形態では、画像処理・制
御用パーソナルコンピュータ6で、光波距離計1aと同
軸に設置されたマクロ位置認識用TVカメラ(撮像装
置)5,5a,5bの画像信号の画像処理とモータ駆動
を行ったが、図6及び図13に示すように、画像処理部
を備えた自動視準が可能な測量機(トータルステーショ
ン)10を利用して、画像処理・制御用パーソナルコン
ピュータ6から、測量機10に実装された制御用CPU
12にコマンド等で指令をすることで、ミクロ自動視準
と駆動モータの制御を実現するようにしてもよい。
In each of the above embodiments, the image processing / control personal computer 6 converts the image signals of the macro position recognition TV cameras (imaging devices) 5, 5a, 5b coaxially installed with the optical distance meter 1a. Although image processing and motor driving were performed, as shown in FIGS. 6 and 13, a personal computer for image processing and control using a surveying instrument (total station) 10 having an image processing unit and capable of automatic collimation was used. From 6, the control CPU mounted on the surveying instrument 10
By giving a command to the control unit 12 by a command or the like, the micro-automatic collimation and the control of the drive motor may be realized.

【0077】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、測
定対象物体の表面上のターゲット点までの直線距離を測
定する光波距離計と該光波距離計の光軸の傾け角度を測
定する測角計とを用い、光波距離計の光軸を測定対象物
体表面上のターゲット点に合わせ込んだ時の測定距離と
測定角度からターゲット点の3次元座標を計測する3次
元座標計測方法及び3次元座標計測装置において、測定
対象物体表面全体の複数のターゲットを1方向又は少な
くとも2方向から観察する撮像手段でターゲット点のマ
クロ位置を認識し、光波距離計の光軸をターゲット点の
1点ないし複数点に向けて、ミクロ自動視準の視準範囲
内に概略合わせ込むマクロ自動視準を行い、続いて光波
距離計の光軸をターゲット点の中心に合わせ込むミクロ
視準を行うことにより、ターゲット点の位置が未知の場
合であっても自動視準を行うことができ、これにより大
型構造物に対してもその3次元座標を短時間で、且つ高
精度に実質的に自動計測することが可能となる。
As described above in detail, according to the present invention, a light wave distance meter for measuring a linear distance to a target point on the surface of a measurement object and a tilt angle of an optical axis of the light wave distance meter are measured. A three-dimensional coordinate measuring method and a three-dimensional coordinate measuring method for measuring three-dimensional coordinates of a target point from a measurement distance and a measurement angle when an optical axis of an optical distance meter is aligned with a target point on the surface of a measurement target object using a goniometer. In a three-dimensional coordinate measuring apparatus, a macro position of a target point is recognized by imaging means for observing a plurality of targets on the entire surface of a measurement target object in one direction or at least two directions, and the optical axis of the optical distance meter is set to one or more of the target points. Aiming at a plurality of points, performing macro auto-collimation to roughly match the collimation range of the micro-auto collimation, and then performing micro-collimation to align the optical axis of the optical distance meter to the center of the target point Therefore, even if the position of the target point is unknown, automatic collimation can be performed, and thus, even for a large structure, its three-dimensional coordinates can be measured automatically in a short time and with high accuracy. It is possible to do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施形態に係わる大型構造物の3次元座
標計測装置の概略構成を説明する図。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a three-dimensional coordinate measuring apparatus for a large structure according to a first embodiment.

【図2】図1の3次元座標計測装置の基本構成を示すブ
ロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a basic configuration of the three-dimensional coordinate measuring device of FIG.

【図3】マクロ自動視準用TVカメラで検出したターゲ
ット点の水平角度と光波距離計からターゲット点までの
水平角度の関係を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a horizontal angle of a target point detected by a macro automatic collimation TV camera and a horizontal angle from a light wave distance meter to the target point.

【図4】マクロ視準用TVカメラで検出したターゲット
点の水平角度と光波距離計からターゲット点までの水平
角度の誤差範囲を説明する図。
FIG. 4 is a view for explaining a horizontal angle of a target point detected by a macro collimation TV camera and an error range of a horizontal angle from the optical distance meter to the target point.

【図5】第1の実施形態での3次元座標の計測手順を説
明するためのフローチャート。
FIG. 5 is a flowchart for explaining a procedure for measuring three-dimensional coordinates in the first embodiment.

【図6】第1の実施形態でミクロ自動視準可能な測量機
を利用した時の構成を示すブロック図
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration when a surveying instrument capable of automatically collimating micros is used in the first embodiment.

【図7】第2の実施形態に係わる大型構造物の3次元座
標計測装置の概略構成を説明する図。
FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of a three-dimensional coordinate measuring apparatus for a large structure according to a second embodiment.

【図8】図7の3次元座標計測装置の基本構成を示すブ
ロック図。
FIG. 8 is a block diagram showing a basic configuration of the three-dimensional coordinate measuring device of FIG. 7;

【図9】マクロ自動視準用の2台のTVカメラで認識し
たターゲット点の位置と光波距離計からターゲット点ま
での水平角度との関係を示す図。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the position of a target point recognized by two macro cameras for automatic macro collimation and the horizontal angle from the optical distance meter to the target point.

【図10】マクロ自動視準用の2台のTVカメラで認識
したターゲット点の位置と光波距離計からターゲット点
までの鉛直角度との関係を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a position of a target point recognized by two macro cameras for automatic collimation of a macro and a vertical angle from the optical distance meter to the target point.

【図11】マクロ自動視準用の2台のTVカメラで認識
したターゲット点の位置と光波距離計からターゲット点
までの水平角度との関係を示す図。
FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between the position of a target point recognized by two TV cameras for automatic macro collimation and the horizontal angle from the optical distance meter to the target point.

【図12】第2の実施形態での3次元座標の計測手順を
説明するためのフローチャート。
FIG. 12 is a flowchart illustrating a measurement procedure of three-dimensional coordinates according to the second embodiment.

【図13】第2の実施形態でミクロ自動視準可能な測量
機を利用した時の構成を示すブロック。
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration when a surveying instrument capable of automatically performing micro-collimation is used in the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…測距測角計 1a…光波距離計(距離計測手段) 1b…測角計(光軸角度測定手段) 2…水平角回転駆動モータ(光軸駆動手段) 3…鉛直角回転駆動モータ(光軸駆動手段) 4…ミクロ自動視準用TVカメラ 5,5a,5b…マクロ自動視準用TVカメラ(撮像手
段) 6…画像処理・制御用パーソナルコンピュータ(ミクロ
自動視準手段、マクロ位置認識手段、マクロ自動視準手
段、視準制御手段、3次元座標測定手段) 7…測定対象物体 8…ターゲット 8a…ターゲット点 10…ミクロ自動視準可能な測量機(トータルステーシ
ョン、ミクロ自動視準手段、視準制御手段、3次元座標
測定手段) 12…測量機に実装される制御CPU 13…ミクロ自動視準用TVカメラの視野範囲(角度誤
差) 14,21…3次元座標計測装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Distance measuring goniometer 1a ... Lightwave distance meter (distance measuring means) 1b ... Goniometer (optical axis angle measuring means) 2 ... Horizontal angle rotation drive motor (optical axis drive means) 3 ... Vertical angle rotation drive motor ( Optical axis driving means) 4 ... Micro automatic collimation TV camera 5, 5a, 5b ... Macro automatic collimation TV camera (imaging means) 6 ... Personal computer for image processing / control (micro automatic collimation means, macro position recognition means, Macro automatic collimation means, collimation control means, three-dimensional coordinate measurement means) 7: object to be measured 8: target 8a: target point 10: surveying instrument capable of micro automatic collimation (total station, micro automatic collimation means, collimation) Control means, three-dimensional coordinate measuring means) 12: control CPU mounted on surveying instrument 13: visual field range (angle error) of micro-automatic collimating TV camera 14, 21, three-dimensional coordinate measuring device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // G01C 3/06 G01B 11/24 K ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // G01C 3/06 G01B 11/24 K

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】測定対象物体の表面上のターゲット点まで
の直線距離を測定する光波距離計と該光波距離計の光軸
の傾け角度を測定する測角計とを用い、前記光波距離計
の光軸を測定対象物体表面上のターゲット点に合わせ込
んだ後の測定距離と測定角度から前記ターゲット点の3
次元座標を計測する3次元座標計測方法であって、 前記測定対象物体表面全体の複数のターゲットを撮像手
段で観察し、得られた画像を処理して前記測定対象物体
表面上の複数のターゲット点に対する概略の3次元座標
を認識する座標認識ステップと、 前記座標認識ステップにより認識されたターゲット点の
1つが前記視準範囲内に入るように前記光波距離計の光
軸を概略合わせ込むマクロ視準ステップと、 前記マクロ視準ステップにより概略合わせ込まれた前記
光波距離計の光軸が前記ターゲット点の1つに一致する
ように合わせ込むミクロ視準ステップと、 を有することを特徴とする3次元座標計測方法。
1. A light wave distance meter for measuring a linear distance to a target point on a surface of a measurement object and a goniometer for measuring a tilt angle of an optical axis of the light wave distance meter. From the measurement distance and the measurement angle after the optical axis is aligned with the target point on the surface of the object to be measured, 3
A three-dimensional coordinate measuring method for measuring three-dimensional coordinates, wherein a plurality of targets on the entire surface of the object to be measured are observed by an imaging unit, an obtained image is processed, and a plurality of target points on the surface of the object to be measured are processed. A coordinate recognizing step of recognizing approximate three-dimensional coordinates with respect to the macro collimation, wherein the optical axis of the lightwave distance meter is approximately adjusted such that one of the target points recognized by the coordinate recognizing step falls within the collimation range. And a micro-collimating step of adjusting the optical axis of the lightwave distance meter roughly adjusted by the macro-collimating step to coincide with one of the target points. Coordinate measurement method.
【請求項2】光波距離計を用いて測定対象物体表面上の
ターゲット点までの直線距離を測定する距離計測手段
と、 前記光波距離計の光軸の向きを水平方向及び鉛直方向に
可変する光軸駆動手段と、 前記光波距離計の光軸の水平角度及び鉛直角度を測定す
る光軸角度測定手段と、 前記光波距離計の光軸を、前記光軸駆動手段を用いて前
記測定対象物体表面上の1点のターゲット点の近傍から
ターゲット点に合わせ込むミクロ自動視準手段と、 前記測定対象物体表面全体の複数のターゲットを1方向
から観察する撮像手段と、 前記撮像手段によって得られた画像を処理して前記測定
対象物体表面上の複数のターゲット点の概略の3次元座
標を演算するマクロ位置認識手段と、 前記マクロ位置認識手段によって認識されたターゲット
点の1点が前記ミクロ自動視準手段の視準範囲内に入る
ように、前記光波距離計の光軸を概略合わせ込むマクロ
自動視準手段とを備え、 前記マクロ自動視準手段によって前記測定対象物体上の
ある1点のターゲット点の近傍に前記光波距離計の光軸
を概略合わせ込み、次いで前記ミクロ自動視準手段を用
いて前記光波距離計の光軸を前記ターゲット点に合わせ
込み、しかるのち前記距離計測手段と前記光軸角度測定
手段を用いて前記ターゲット点の3次元座標を測定し演
算することを特徴とする3次元座標計測方法。
2. A distance measuring means for measuring a linear distance to a target point on a surface of an object to be measured by using a light wave distance meter, and a light for changing a direction of an optical axis of the light wave distance meter in a horizontal direction and a vertical direction. Axis driving means, an optical axis angle measuring means for measuring a horizontal angle and a vertical angle of an optical axis of the optical distance meter, and an optical axis of the optical distance meter, the surface of the object to be measured by using the optical axis driving means. Micro automatic collimating means for adjusting to a target point from the vicinity of the above one target point; imaging means for observing a plurality of targets on the entire surface of the object to be measured from one direction; images obtained by the imaging means And a macro position recognizing means for calculating approximate three-dimensional coordinates of a plurality of target points on the surface of the measurement object, and one of the target points recognized by the macro position recognizing means is Macro automatic collimating means for approximately aligning the optical axis of the optical distance meter so as to fall within the collimation range of the micro automatic collimating means. Approximately aligning the optical axis of the lightwave distance meter near one target point, and then aligning the optical axis of the lightwave distance meter with the target point using the micro-auto collimating means, and then measuring the distance And measuring and calculating three-dimensional coordinates of the target point using the optical axis angle measuring means.
【請求項3】光波距離計を用いて測定対象物体表面上の
ターゲット点までの直線距離を測定する距離計測手段
と、 前記光波距離計の光軸の向きを水平方向及び鉛直方向に
可変する光軸駆動手段と、 前記光波距離計の光軸の水平角度及び鉛直角度を測定す
る光軸角度測定手段と、 前記光波距離計の光軸を、前記光軸駆動手段を用いて前
記測定対象物体表面上の1点のターゲット点の近傍から
ターゲット点に合わせ込むミクロ自動視準手段と、 前記測定対象物体表面全体の複数のターゲットを少なく
とも2方向から観察する撮像手段と、 前記撮像手段によって得られた画像を処理して前記測定
対象物体表面上の複数のターゲット点の概略の3次元座
標を演算するマクロ位置認識手段と、 前記マクロ位置認識手段によって認識されたターゲット
点の1点が前記ミクロ自動視準手段の視準範囲内に入る
ように、前記光波距離計の光軸を概略合わせ込むマクロ
自動視準手段とを備え、 前記マクロ自動視準手段によって前記測定対象物体上の
ある1点のターゲット点の近傍に前記光波距離計の光軸
を概略合わせ込み、次いで前記ミクロ自動視準手段を用
いて前記光波距離計の光軸を前記ターゲット点に合わせ
込み、しかるのち前記距離計測手段と前記光軸角度測定
手段を用いて前記ターゲット点の3次元座標を測定し演
算することを特徴とする3次元座標計測方法。
3. A distance measuring means for measuring a linear distance to a target point on the surface of an object to be measured by using a light wave distance meter, and light for changing the direction of an optical axis of the light wave distance meter in a horizontal direction and a vertical direction. Axis driving means, an optical axis angle measuring means for measuring a horizontal angle and a vertical angle of an optical axis of the optical distance meter, and an optical axis of the optical distance meter, the surface of the object to be measured by using the optical axis driving means. Micro-collimating means for adjusting to a target point from the vicinity of the above one target point; imaging means for observing a plurality of targets on the entire surface of the object to be measured from at least two directions; obtained by the imaging means Macro position recognizing means for processing an image to calculate approximate three-dimensional coordinates of a plurality of target points on the surface of the object to be measured; and a target recognized by the macro position recognizing means. Macro-collimating means for approximately aligning the optical axis of the lightwave distance meter so that one point falls within the collimating range of the micro-auto-collimating means. The optical axis of the optical distance meter is roughly aligned with the vicinity of a certain target point on the object, and the optical axis of the optical distance meter is aligned with the target point using the micro-automatic collimating means. A three-dimensional coordinate measuring method comprising: measuring and calculating three-dimensional coordinates of the target point using the distance measuring means and the optical axis angle measuring means.
【請求項4】前記測定対象物体表面上の複数のターゲッ
ト点につき順次、前記マクロ自動視準手段と前記ミクロ
自動視準手段を用いて前記光波距離計の光軸を合わせ込
んだ後、前記距離計測手段と前記光軸角度測定手段を用
いて3次元座標を測定し演算することにより、前記測定
対象物体の全体形状を自動的に計測することを特徴とす
る請求項2又は3に記載の3次元座標計測方法。
4. The method according to claim 1, wherein said plurality of target points on the surface of the object to be measured are sequentially aligned with the optical axis of said lightwave distance meter using said macro automatic collimating means and said micro automatic collimating means. The three-dimensional coordinate system according to claim 2, wherein the entire shape of the measurement target object is automatically measured by measuring and calculating three-dimensional coordinates using a measurement unit and the optical axis angle measurement unit. Dimensional coordinate measurement method.
【請求項5】光波距離計を用いて測定対象物体表面上の
ターゲット点までの直線距離を測定する距離計測手段
と、 前記光波距離計の光軸の向きを水平方向及び鉛直方向に
可変する光軸駆動手段と、 前記光波距離計の光軸の水平角度及び鉛直角度を測定す
る光軸角度測定手段と、 前記光波距離計の光軸を、前記光軸駆動手段を用いて前
記測定対象物体表面上の1点のターゲット点の近傍から
ターゲット点に合わせ込むミクロ自動視準手段と、 前記測定対象物体表面全体の複数のターゲットを1方向
から観察する撮像手段と、 前記撮像手段によって得られた画像を処理して前記測定
対象物体表面上の複数のターゲット点の概略の3次元座
標を演算するマクロ位置認識手段と、 前記マクロ位置認識手段によって認識されたターゲット
点の1点が前記ミクロ自動視準手段の視準範囲内に入る
ように、前記光波距離計の光軸を概略合わせ込むマクロ
自動視準手段と、 前記マクロ自動視準手段によって前記測定対象物体上の
ある1点のターゲット点の近傍に概略合わせ込まれた前
記光波距離計の光軸を、前記ミクロ自動視準手段によっ
て前記ターゲット点に合わせ込む視準制御手段と、 前記視準制御手段で合わせ込まれた前記ターゲット点に
ついて、前記距離計測手段と前記光軸角度測定手段を用
いて前記ターゲット点の3次元座標を測定し演算する3
次元座標測定手段と、 を備えたことを特徴とする3次元座標計測装置。
5. A distance measuring means for measuring a linear distance to a target point on the surface of an object to be measured by using a light wave distance meter, and light for changing the direction of an optical axis of the light wave distance meter in a horizontal direction and a vertical direction. Axis driving means, an optical axis angle measuring means for measuring a horizontal angle and a vertical angle of an optical axis of the optical distance meter, and an optical axis of the optical distance meter, the surface of the object to be measured by using the optical axis driving means. Micro automatic collimating means for adjusting to a target point from the vicinity of the above one target point; imaging means for observing a plurality of targets on the entire surface of the object to be measured from one direction; images obtained by the imaging means And a macro position recognizing means for calculating approximate three-dimensional coordinates of a plurality of target points on the surface of the measurement object, and one of the target points recognized by the macro position recognizing means is Macro automatic collimating means for approximately adjusting the optical axis of the optical distance meter so as to fall within the collimating range of the micro automatic collimating means; and a certain point on the object to be measured by the macro automatic collimating means. The optical axis of the lightwave range finder roughly adjusted to the vicinity of the target point, the collimation control means for adjusting the optical axis to the target point by the micro automatic collimation means, and the collimation control means For the target point, three-dimensional coordinates of the target point are measured and calculated using the distance measuring means and the optical axis angle measuring means.
A three-dimensional coordinate measuring device comprising: a three-dimensional coordinate measuring means.
【請求項6】光波距離計を用いて測定対象物体表面上の
ターゲット点までの直線距離を測定する距離計測手段
と、 前記光波距離計の光軸の向きを水平方向及び鉛直方向に
可変する光軸駆動手段と、 前記光波距離計の光軸の水平角度及び鉛直角度を測定す
る光軸角度測定手段と、 前記光波距離計の光軸を、前記光軸駆動手段を用いて前
記測定対象物体表面上の1点のターゲット点の近傍から
ターゲット点に合わせ込むミクロ自動視準手段と、 前記測定対象物体表面全体の複数のターゲットを少なく
とも2方向から観察する撮像手段と、 前記撮像手段によって得られた画像を処理して前記測定
対象物体表面上の複数のターゲット点の概略の3次元座
標を演算するマクロ位置認識手段と、 前記マクロ位置認識手段によって認識されたターゲット
点の1点が前記ミクロ自動視準手段の視準範囲内に入る
ように、前記光波距離計の光軸を概略合わせ込むマクロ
自動視準手段と、 前記マクロ自動視準手段によって前記測定対象物体上の
ある1点のターゲット点の近傍に概略合わせ込まれた前
記光波距離計の光軸を、前記ミクロ自動視準手段によっ
て前記ターゲット点に合わせ込む視準制御手段と、 前記視準制御手段で合わせ込まれた前記ターゲット点に
ついて、前記距離計測手段と前記光軸角度測定手段を用
いて前記ターゲット点の3次元座標を測定し演算する3
次元座標測定手段と、 を備えたことを特徴とする3次元座標計測装置。
6. A distance measuring means for measuring a linear distance to a target point on the surface of an object to be measured by using a light wave distance meter, and light for changing the direction of an optical axis of the light wave distance meter in a horizontal direction and a vertical direction. Axis driving means, an optical axis angle measuring means for measuring a horizontal angle and a vertical angle of an optical axis of the optical distance meter, and an optical axis of the optical distance meter, the surface of the object to be measured by using the optical axis driving means. Micro-collimating means for adjusting to a target point from the vicinity of the above one target point; imaging means for observing a plurality of targets on the entire surface of the object to be measured from at least two directions; obtained by the imaging means Macro position recognizing means for processing an image to calculate approximate three-dimensional coordinates of a plurality of target points on the surface of the object to be measured; and a target recognized by the macro position recognizing means. Macro automatic collimating means for approximately adjusting the optical axis of the optical distance meter so that one point falls within the collimating range of the micro automatic collimating means; and Collimating control means for adjusting the optical axis of the lightwave distance meter roughly adjusted to the vicinity of a certain target point with the target point by the micro-automatic collimating means; For the entered target point, three-dimensional coordinates of the target point are measured and calculated using the distance measuring means and the optical axis angle measuring means.
A three-dimensional coordinate measuring device comprising: a three-dimensional coordinate measuring means.
【請求項7】前記測定対象物体表面上の複数のターゲッ
ト点につき順次、前記視準制御手段により前記光波距離
計の光軸を合わせ込み、前記3次元座標測定手段により
前記ターゲット点の3次元座標を測定し演算することに
より、前記測定対象物体の全体形状を自動的に計測する
ことを特徴とする請求項5又は6記載の3次元座標計測
装置。
7. A plurality of target points on the surface of the object to be measured are sequentially aligned with the optical axis of the optical distance meter by the collimation control means, and the three-dimensional coordinates of the target points are determined by the three-dimensional coordinate measurement means. The three-dimensional coordinate measuring apparatus according to claim 5, wherein the whole shape of the object to be measured is automatically measured by measuring and calculating the three-dimensional coordinate.
【請求項8】前記撮像手段は、前記光軸駆動手段の回転
軸中心を基準にして垂直方向に同じ高さに固定して設置
され、前記測定対象物体表面全体の複数のターゲットを
1方向から観察することを特徴とする請求項5記載の3
次元座標計測装置。
8. The image pickup means is installed fixedly at the same height in the vertical direction with respect to the center of the rotation axis of the optical axis drive means, and a plurality of targets on the entire surface of the object to be measured from one direction. 6. The method according to claim 5, wherein the observation is performed.
Dimensional coordinate measuring device.
【請求項9】前記マクロ位置認識手段は、ステレオ立体
視の方法に基づいて概略の3次元座標を演算することを
特徴とする請求項6記載の3次元座標計測装置。
9. The three-dimensional coordinate measuring apparatus according to claim 6, wherein said macro position recognizing means calculates approximate three-dimensional coordinates based on a method of stereoscopic vision.
【請求項10】前記マクロ視準手段は、前記マクロ位置
認識手段でステレオ立体視の方法に基づいて計測された
概略の前記ターゲットの3次元座標と、前記測定対象物
体表面のターゲットを観察する前記撮像手段の光軸と前
記光波距離計の光軸との位置関係とから、前記ターゲッ
トの概略方向を前記光波距離計からの方向に変換して、
前記光波距離計の光軸を前記ターゲットの方向に向ける
ことを特徴とする請求項6記載の3次元座標計測装置。
10. The macro collimating means for observing the approximate three-dimensional coordinates of the target measured by the macro position recognizing means based on a stereoscopic vision method and the target on the surface of the measurement object. From the positional relationship between the optical axis of the imaging means and the optical axis of the lightwave distance meter, the approximate direction of the target is converted into a direction from the lightwave distance meter,
7. The three-dimensional coordinate measuring apparatus according to claim 6, wherein an optical axis of the lightwave distance meter is directed toward the target.
【請求項11】前記撮像手段は、前記光軸駆動手段の回
転軸中心を基準にして、水平方向に等しい距離離し、垂
直方向には同じ高さに、1台ずつ固定して設置され、前
記測定対象物体表面全体の複数のターゲットを2方向か
ら観察することを特徴とする請求項6記載の3次元座標
計測装置。
11. The image pickup means is fixedly installed one by one at the same distance in the horizontal direction and at the same height in the vertical direction with respect to the center of the rotation axis of the optical axis drive means. The three-dimensional coordinate measuring apparatus according to claim 6, wherein a plurality of targets on the entire surface of the measurement target object are observed from two directions.
【請求項12】前記撮像手段は、前記光軸駆動手段に搭
載されて、前記測定対象物体表面全体のターゲット点を
観察することを特徴とする請求項5又は6記載の3次元
座標計測装置。
12. The three-dimensional coordinate measuring apparatus according to claim 5, wherein said imaging means is mounted on said optical axis driving means and observes a target point on the entire surface of said object to be measured.
【請求項13】前記座標認識ステップは、2つ以上の撮
像手段を用いて、得られた2つ以上の画像を用いて、三
角測量の方法に基づいて、前記測定対象物体表面上の複
数のターゲット点に対する概略の3次元座標を認識する
ことを特徴とする請求項1に記載の3次元座標計測方
法。
13. The coordinate recognizing step includes the steps of: using two or more image pickup means, and using two or more obtained images, based on a triangulation method, to obtain a plurality of images on the surface of the object to be measured. The three-dimensional coordinate measuring method according to claim 1, wherein the approximate three-dimensional coordinates with respect to the target point are recognized.
【請求項14】前記座標認識ステップにおける、三角測
量の方法はステレオ立体視を用いることを特徴とする請
求項13に記載の3次元座標計測方法。
14. The three-dimensional coordinate measuring method according to claim 13, wherein the method of triangulation in the coordinate recognizing step uses stereoscopic vision.
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