JP2002310641A - 三次元形状計測機の座標系のキャリブレーション方法 - Google Patents
三次元形状計測機の座標系のキャリブレーション方法Info
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- JP2002310641A JP2002310641A JP2001120727A JP2001120727A JP2002310641A JP 2002310641 A JP2002310641 A JP 2002310641A JP 2001120727 A JP2001120727 A JP 2001120727A JP 2001120727 A JP2001120727 A JP 2001120727A JP 2002310641 A JP2002310641 A JP 2002310641A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な方法で高精度に非接触式三次元位置セ
ンサのローカル座標系の検知位置データを自動機のグロ
ーバル座標系に一致させるための三次元形状計測機の座
標系のキャリブレーション方法を提供する。 【解決手段】 所定位置に在るロボット１に対して所定
位置に配置された３個の基準球１１〜１３についてロボ
ット１のグローバル座標系によるそれぞれの三次元の球
中心座標値を求める。ロボット１及び基準球１１〜１３
の所定位置を保持した状態で、ロボット１に取付けられ
た非接触式三次元位置センサ９による３個の基準球の計
測により、こられらの基準球の中心位置に対するローカ
ル座標系による三次元の球中心座標値を求める。これら
の球中心座標値を基に３個の基準球１１〜１３の中心位
置に対する非接触三次元位置センサ９のセンサ原点の位
置を特定することにより、このセンサ原点のグローバル
座標系の座標値を求め、計測対象物の非接触式三次元位
置センサ９によるローカル座標系の三次元計測座標値に
ついて、グローバル座標系のセンサ原点の座標値に応じ
て補正する。
ンサのローカル座標系の検知位置データを自動機のグロ
ーバル座標系に一致させるための三次元形状計測機の座
標系のキャリブレーション方法を提供する。 【解決手段】 所定位置に在るロボット１に対して所定
位置に配置された３個の基準球１１〜１３についてロボ
ット１のグローバル座標系によるそれぞれの三次元の球
中心座標値を求める。ロボット１及び基準球１１〜１３
の所定位置を保持した状態で、ロボット１に取付けられ
た非接触式三次元位置センサ９による３個の基準球の計
測により、こられらの基準球の中心位置に対するローカ
ル座標系による三次元の球中心座標値を求める。これら
の球中心座標値を基に３個の基準球１１〜１３の中心位
置に対する非接触三次元位置センサ９のセンサ原点の位
置を特定することにより、このセンサ原点のグローバル
座標系の座標値を求め、計測対象物の非接触式三次元位
置センサ９によるローカル座標系の三次元計測座標値に
ついて、グローバル座標系のセンサ原点の座標値に応じ
て補正する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三次元空間内で移
動するように自動機に取付けられた非接触式三次元位置
センサの座標系を自動機の座標系に一致させるための三
次元形状計測機の座標系のキャリブレーション方法に関
するものである。
動するように自動機に取付けられた非接触式三次元位置
センサの座標系を自動機の座標系に一致させるための三
次元形状計測機の座標系のキャリブレーション方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】計測対象物の三次元形状を計測するため
に、三次元方向へ移動するロボットに三次元位置センサ
を取付けた三次元形状計測機において、三次元位置セン
サのローカル座標系の計測値をロボットのグローバル座
標系の計測値とするには、センサの取付け位置を調整し
たり、或は事前に誤差に対応した変換式を作成すること
も行われている。
に、三次元方向へ移動するロボットに三次元位置センサ
を取付けた三次元形状計測機において、三次元位置セン
サのローカル座標系の計測値をロボットのグローバル座
標系の計測値とするには、センサの取付け位置を調整し
たり、或は事前に誤差に対応した変換式を作成すること
も行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
点に鑑みて、より簡単な方法で高精度に非接触式三次元
位置センサのローカル座標系の検知位置データを自動機
のグローバル座標系に一致させるための三次元形状計測
機の座標系のキャリブレーション方法を提供することを
目的とする。
点に鑑みて、より簡単な方法で高精度に非接触式三次元
位置センサのローカル座標系の検知位置データを自動機
のグローバル座標系に一致させるための三次元形状計測
機の座標系のキャリブレーション方法を提供することを
目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するために、請求項１により、三次元空間内で移動す
るように自動機に取付けられた非接触式三次元位置セン
サのローカル座標系を自動機のグローバル座標系に一致
させるための三次元形状計測機の座標系のキャリブレー
ション方法において、所定位置に在る自動機に対して所
定位置に配置された３個の基準球について自動機のグロ
ーバル座標系によるそれぞれの三次元の球中心座標値を
求め、自動機及び基準球の所定位置を保持した状態で、
自動機に取付けられた非接触式三次元位置センサによる
３個の基準球の計測により、こられらの基準球の中心位
置に対するローカル座標系による三次元の球中心座標値
を求め、これらの球中心座標値を基に３個の基準球の中
心位置に対する非接触三次元位置センサのセンサ原点の
位置を特定することにより、このセンサ原点のグローバ
ル座標系の座標値を求め、計測対象物の非接触式三次元
位置センサによるローカル座標系の三次元計測座標値に
ついて、グローバル座標系のセンサ原点の座標値に応じ
て補正することを特徴とする。
成するために、請求項１により、三次元空間内で移動す
るように自動機に取付けられた非接触式三次元位置セン
サのローカル座標系を自動機のグローバル座標系に一致
させるための三次元形状計測機の座標系のキャリブレー
ション方法において、所定位置に在る自動機に対して所
定位置に配置された３個の基準球について自動機のグロ
ーバル座標系によるそれぞれの三次元の球中心座標値を
求め、自動機及び基準球の所定位置を保持した状態で、
自動機に取付けられた非接触式三次元位置センサによる
３個の基準球の計測により、こられらの基準球の中心位
置に対するローカル座標系による三次元の球中心座標値
を求め、これらの球中心座標値を基に３個の基準球の中
心位置に対する非接触三次元位置センサのセンサ原点の
位置を特定することにより、このセンサ原点のグローバ
ル座標系の座標値を求め、計測対象物の非接触式三次元
位置センサによるローカル座標系の三次元計測座標値に
ついて、グローバル座標系のセンサ原点の座標値に応じ
て補正することを特徴とする。
【０００５】非接触式三次元位置センサは基準球の表面
位置を計測し得ることにより、基準球の中心位置が求め
られる。また、３個の基準球の中心位置を求めることに
より、これらの中心位置に対するセンサ原点の位置を３
個の距離データから特定することができる。したがっ
て、原点が自動機原点に対してずれる可能性のある非接
触式三次元位置センサによるローカル座標系の計測値
は、ずれに対応するセンサ原点のグローバル座標系の三
次元座標値を補正値として求めることによりキャリブレ
ーションが行われる。
位置を計測し得ることにより、基準球の中心位置が求め
られる。また、３個の基準球の中心位置を求めることに
より、これらの中心位置に対するセンサ原点の位置を３
個の距離データから特定することができる。したがっ
て、原点が自動機原点に対してずれる可能性のある非接
触式三次元位置センサによるローカル座標系の計測値
は、ずれに対応するセンサ原点のグローバル座標系の三
次元座標値を補正値として求めることによりキャリブレ
ーションが行われる。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１及び図２を基に本発明の実施
の形態の一例によるロボットアームの先端部にレーザ式
三次元位置センサを取付けた三次元形状計測機におい
て、三次元位置センサのローカル座標系の計測値に対す
るキャリブレーション方法について説明する。ロボット
アーム１の先端部に設けられた三次元に角度調整可能な
回転機構２には、レーザビームの扇形走査による三角測
量の原理で三次元位置を計測するレーザ式三次元位置セ
ンサ９を取付けられている。
の形態の一例によるロボットアームの先端部にレーザ式
三次元位置センサを取付けた三次元形状計測機におい
て、三次元位置センサのローカル座標系の計測値に対す
るキャリブレーション方法について説明する。ロボット
アーム１の先端部に設けられた三次元に角度調整可能な
回転機構２には、レーザビームの扇形走査による三角測
量の原理で三次元位置を計測するレーザ式三次元位置セ
ンサ９を取付けられている。
【０００７】このようなセンサのローカル座標系の計測
値をロボットのグローバル座標系の計測値に変換するた
めに、三次元位置が互いに異なる３個の基準球１１〜１
３を備えた基準器を予め製作しておく。また、所定位置
に在るロボットアーム１に対して所定位置に配置された
３個の基準球１１〜１３について、それぞれの中心位置
のグローバル座標系の球中心座標値（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ
１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ３）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）を
事前にもしくはキャリブレーション時に求める（図２Ａ
参照）。この計測は、原点をグローバル座標系の原点Ｏ
Ｇに一致させた三次元位置センサによる等の方法も考え
られる。
値をロボットのグローバル座標系の計測値に変換するた
めに、三次元位置が互いに異なる３個の基準球１１〜１
３を備えた基準器を予め製作しておく。また、所定位置
に在るロボットアーム１に対して所定位置に配置された
３個の基準球１１〜１３について、それぞれの中心位置
のグローバル座標系の球中心座標値（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ
１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ３）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）を
事前にもしくはキャリブレーション時に求める（図２Ａ
参照）。この計測は、原点をグローバル座標系の原点Ｏ
Ｇに一致させた三次元位置センサによる等の方法も考え
られる。
【０００８】キャリブレーションに際しては、先ず回転
機構２を三次元位置センサ９の予定の計測対象物に対応
した計測方向へ設定する。その際、ロボットアーム１及
び基準球１１〜１３は前述の所定位置に固定しておく。
次いで、三次元位置センサ９のレーザビームにより、基
準球１１〜１３の表面をそれぞれ順に走査してそれぞれ
の円弧部分からの反射光による形状データからそれぞれ
のローカル座標系の球中心座標値（ｘ１、ｙ１、ｚ
１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ３）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）を
求める（図２Ａ参照）。
機構２を三次元位置センサ９の予定の計測対象物に対応
した計測方向へ設定する。その際、ロボットアーム１及
び基準球１１〜１３は前述の所定位置に固定しておく。
次いで、三次元位置センサ９のレーザビームにより、基
準球１１〜１３の表面をそれぞれ順に走査してそれぞれ
の円弧部分からの反射光による形状データからそれぞれ
のローカル座標系の球中心座標値（ｘ１、ｙ１、ｚ
１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ３）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）を
求める（図２Ａ参照）。
【０００９】続いて、これらの球中心座標値を演算処理
によりグローバル座標系の中心座標値（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ
１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ３）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）に
置換する。即ち、三次元位置センサ９のセンサ原点ＯＬ
は、グローバル座標系の原点ＯＧからずれるとしても各
基準球１１〜１３の中心位置は共通だからである。但
し、併せてセンサ原点ＯＬのずれ位置をグローバル座標
系の座標値（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）として求める（図２Ｂ
参照）。この座標値は、センサ原点ＯＬの位置からの３
個所の基準球１１〜１３の中心位置迄の距離が球中心座
標値（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ３）、
（ｘ３、ｙ３、ｚ３）を基に演算処理で求められること
により、これらの距離データに対応する三角錐の頂点位
置、即ちセンサ原点及びその姿勢角度をグローバル座標
系で特定することができる。
によりグローバル座標系の中心座標値（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ
１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ３）、（Ｘ３、Ｙ３、Ｚ３）に
置換する。即ち、三次元位置センサ９のセンサ原点ＯＬ
は、グローバル座標系の原点ＯＧからずれるとしても各
基準球１１〜１３の中心位置は共通だからである。但
し、併せてセンサ原点ＯＬのずれ位置をグローバル座標
系の座標値（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）として求める（図２Ｂ
参照）。この座標値は、センサ原点ＯＬの位置からの３
個所の基準球１１〜１３の中心位置迄の距離が球中心座
標値（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ３）、
（ｘ３、ｙ３、ｚ３）を基に演算処理で求められること
により、これらの距離データに対応する三角錐の頂点位
置、即ちセンサ原点及びその姿勢角度をグローバル座標
系で特定することができる。
【００１０】したがって、このように求めたセンサ原点
ＯＬのグローバル座標系の座標値（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）
を基に三次元位置センサ９によるローカル座標系の球中
心座標値（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ
３）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）は、グローバル系の座標値
（ｘ１−Ｘ０、ｙ１−Ｙ０、ｚ１−Ｚ０）、（ｘ２−Ｘ
０、ｙ２−Ｙ０、ｚ２−Ｚ０）及び（ｘ３−Ｘ０、ｙ３
−Ｙ０、ｚ３−Ｚ０）としてキャリブレートされる（図
２Ｃ参照）。
ＯＬのグローバル座標系の座標値（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）
を基に三次元位置センサ９によるローカル座標系の球中
心座標値（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、（ｘ２、ｙ２、ｚ
３）、（ｘ３、ｙ３、ｚ３）は、グローバル系の座標値
（ｘ１−Ｘ０、ｙ１−Ｙ０、ｚ１−Ｚ０）、（ｘ２−Ｘ
０、ｙ２−Ｙ０、ｚ２−Ｚ０）及び（ｘ３−Ｘ０、ｙ３
−Ｙ０、ｚ３−Ｚ０）としてキャリブレートされる（図
２Ｃ参照）。
【００１１】つまり、例えば点Ｐが三次元位置センサ９
によりロ−カル座標系の座標値（ｘＰ、ｙＰ、ｚＰ）と
して計測された場合、これらの座標値は、センサ原点Ｏ
Ｌの座標値（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）に対応してずれたグロ
ーバル座標系の座標座標値となる。したがって、センサ
原点ＯＬのグローバル座標系の座標値を補正値として、
座標値（ｘＰ、ｙＰ、ｚＰ）はグローバル系の座標値
（ｘＰ−Ｘ０、ｙＰ−Ｙ０、ｚＰ−Ｚ０）としてキャリ
ブレートされる。これにより、三次元位置センサ９によ
り計測されたロ−カル座標系の三次元位置データもしく
は三次元形状データは、それぞれ同様なキャリブレート
処理により、グローバル座標系の計測データに変換され
る。
によりロ−カル座標系の座標値（ｘＰ、ｙＰ、ｚＰ）と
して計測された場合、これらの座標値は、センサ原点Ｏ
Ｌの座標値（Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０）に対応してずれたグロ
ーバル座標系の座標座標値となる。したがって、センサ
原点ＯＬのグローバル座標系の座標値を補正値として、
座標値（ｘＰ、ｙＰ、ｚＰ）はグローバル系の座標値
（ｘＰ−Ｘ０、ｙＰ−Ｙ０、ｚＰ−Ｚ０）としてキャリ
ブレートされる。これにより、三次元位置センサ９によ
り計測されたロ−カル座標系の三次元位置データもしく
は三次元形状データは、それぞれ同様なキャリブレート
処理により、グローバル座標系の計測データに変換され
る。
【００１２】同様な手順で、回転機構２を複数段階に設
定して予め対応の補正テーブルを作成しておくことによ
り、別の計測対象物の計測時には、設定された回転機構
２の角度に応じて選択した補正テーブルを基にロ−カル
座標系の計測値をグローバル座標系の計測データに変換
する。
定して予め対応の補正テーブルを作成しておくことによ
り、別の計測対象物の計測時には、設定された回転機構
２の角度に応じて選択した補正テーブルを基にロ−カル
座標系の計測値をグローバル座標系の計測データに変換
する。
【００１３】本発明は、自動機としては所謂ロボットに
限らず、非接触式三次元位置センサを保持して三次元方
向へ移動する可動機械を用いる場合、非接触式三次元位
置センサとしては超音波式センサを用いる場合にも適用
される。
限らず、非接触式三次元位置センサを保持して三次元方
向へ移動する可動機械を用いる場合、非接触式三次元位
置センサとしては超音波式センサを用いる場合にも適用
される。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、３球式の基準器を用意
することにより、自動機原点に対してセンサ原点のずれ
に対応する三次元位置もしくは形状のローカル座標値の
キャリブレーションを簡単、かつセンサの精度に対応し
て高精度に行えるようになる。
することにより、自動機原点に対してセンサ原点のずれ
に対応する三次元位置もしくは形状のローカル座標値の
キャリブレーションを簡単、かつセンサの精度に対応し
て高精度に行えるようになる。
【図１】本発明の実施の形態による三次元形状計測機の
座標系のキャリブレーション方法を実施するための概略
構成を示す図である。
座標系のキャリブレーション方法を実施するための概略
構成を示す図である。
【図２】同方法の原理を説明する図である。
１ ロボットアーム ９ 三次元位置センサ １１〜１３ 基準球
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F069 AA04 AA13 AA66 DD15 FF07 GG04 GG07 HH09 3C007 AS14 KS03 KV11 KX06 LT17 LV20
Claims (1)
- 【請求項１】 三次元空間内で移動するように自動機に
取付けられた非接触式三次元位置センサのローカル座標
系を自動機のグローバル座標系に一致させるための三次
元形状計測機の座標系のキャリブレーション方法におい
て、 所定位置に在る自動機に対して所定位置に配置された３
個の基準球について自動機のグローバル座標系によるそ
れぞれの三次元の球中心座標値を求め、 前記自動機及び前記基準球の前記所定位置を保持した状
態で、前記自動機に取付けられた非接触式三次元位置セ
ンサによる３個の前記基準球の計測により、こられらの
基準球の中心位置に対する前記ローカル座標系による三
次元の球中心座標値を求め、 これらの球中心座標値を基に３個の前記基準球の中心位
置に対する前記非接触三次元位置センサのセンサ原点の
位置を特定することにより、このセンサ原点の前記グロ
ーバル座標系の座標値を求め、 計測対象物の前記非接触式三次元位置センサによる前記
ローカル座標系の三次元計測座標値について、前記グロ
ーバル座標系の前記センサ原点の座標値に応じて補正す
ることを特徴とする三次元形状計測機の座標系のキャリ
ブレーション方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001120727A JP2002310641A (ja) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | 三次元形状計測機の座標系のキャリブレーション方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001120727A JP2002310641A (ja) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | 三次元形状計測機の座標系のキャリブレーション方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002310641A true JP2002310641A (ja) | 2002-10-23 |
Family
ID=18970721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001120727A Pending JP2002310641A (ja) | 2001-04-19 | 2001-04-19 | 三次元形状計測機の座標系のキャリブレーション方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002310641A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006349547A (ja) * | 2005-06-17 | 2006-12-28 | Kanto Auto Works Ltd | 非接触式三次元形状計測方法及び計測機 |
| JP2008256692A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-23 | Mitsutoyo Corp | ステレオビジョンプローブシステムの包括的校正方法 |
| JP2013019704A (ja) * | 2011-07-07 | 2013-01-31 | Toyota Motor East Japan Inc | 三次元計測システム及び三次元計測方法 |
| KR101349541B1 (ko) * | 2013-04-15 | 2014-01-08 | 주식회사백상 | 대형 구조물의 삼차원 변위 측정 장치 및 방법 |
| CN107756408A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-03-06 | 浙江优迈德智能装备有限公司 | 一种基于主动红外双目视觉的机器人轨迹示教装置及方法 |
| CN109079774A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-12-25 | 南京航空航天大学 | 一种各向同性视觉传感立体球形靶标及标定方法 |
| CN109902442A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-06-18 | 暨南大学 | 一种纤维在三维长方体基体内随机生成的方法 |
| CN112013766A (zh) * | 2020-08-31 | 2020-12-01 | 华中科技大学 | 一种非接触式R-test结构参数无冗余标定方法 |
-
2001
- 2001-04-19 JP JP2001120727A patent/JP2002310641A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN107756408A (zh) * | 2017-11-22 | 2018-03-06 | 浙江优迈德智能装备有限公司 | 一种基于主动红外双目视觉的机器人轨迹示教装置及方法 |
| CN107756408B (zh) * | 2017-11-22 | 2020-10-23 | 浙江优迈德智能装备有限公司 | 一种基于主动红外双目视觉的机器人轨迹示教装置及方法 |
| CN109079774A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-12-25 | 南京航空航天大学 | 一种各向同性视觉传感立体球形靶标及标定方法 |
| CN109079774B (zh) * | 2018-05-04 | 2019-07-09 | 南京航空航天大学 | 一种各向同性视觉传感立体球形靶标及标定方法 |
| CN109902442A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-06-18 | 暨南大学 | 一种纤维在三维长方体基体内随机生成的方法 |
| CN109902442B (zh) * | 2019-03-28 | 2023-04-18 | 暨南大学 | 一种纤维在三维长方体基体内随机生成的方法 |
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