JP2003530561A - 測定装置及び方法 - Google Patents

測定装置及び方法

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JP2003530561A
JP2003530561A JP2001574825A JP2001574825A JP2003530561A JP 2003530561 A JP2003530561 A JP 2003530561A JP 2001574825 A JP2001574825 A JP 2001574825A JP 2001574825 A JP2001574825 A JP 2001574825A JP 2003530561 A JP2003530561 A JP 2003530561A
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JP2001574825A
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グーチ、リチャード・マイケル
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BAE Systems PLC
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
    • G01B11/2545—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object with one projection direction and several detection directions, e.g. stereo

Abstract

(57)【要約】 この発明は計算機支援の製造（ＣＡＭ）または検査（ＣＡＩ）で使用するための測定装置に係り、この測定装置はベース測定装置（４，５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂ）とセンサ手段（２）とを備え、センサ手段はベース測定装置とは独立して移動可能であって、しかもセンサ手段と選ばれた点との間の距離を決めるようにされており、基本測定装置はベース測定装置に対するセンサ手段の位置を決めるようになっていて、測定装置はプロセッサ手段（４）を備えていて、それがベース測定装置とセンサ手段とにより生成された情報を受領するようになっていて、またプロセッサ手段はさらにベース測定装置に対する選ばれた点に関する位置情報を求めるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は測定データを収集する方法に係り、それに限定するわけではないが
とくに、測定用装置から隠れている対象物（オブジェクト）についての密度の濃
い（dense）三次元測定データの収集用方法に関する。
【０００２】 製造プロセスの制御と検査はしばしば三次元測定が製造された目的物（オブジ
ェクト）もしくは目的物の製造で使用されるツールの操作に関係して行なわれる
ことが必要とされている。
【０００３】
【従来の技術】
このような形式の測定を実行するために各種の装置が現在利用可能とされてい
る。こういった中には、アーム（腕）をジョイント（取付けた）した可搬形の座
標測定機械や、写真測定法装置（photogrammetry apparatus）や、レーザトラッ
カを含んでいる。しかしながら、こういった装置は各々が目的物へのアクセスに
ついての問題をかかえている。言い換えると、測定対象物は測定を必要としてい
る点（ポイント）を持っていて、それが光学測定系の直接的な視線からは隠れて
いたり、あるいは接触に基づいた測定装置の測定範囲外であったり、邪魔された
ものとなっていたりする。
【０００４】 さらに、もし密度の濃い測定データが必要とされると、単一点（一点限り）の
装置で必要とされる測定を実行するという課題（タスク）は遅いものとなり、労
力が大きなものとなる。加えて、もし密度の濃い測定が必要とされると、こうい
った技術の各々で使用されるプローブの形式は、有用な測定データが得られるよ
うにするには、物理的に大きくなりすぎてしまう。
【０００５】 この問題に対する一つの解はFaroアームとModelmakerとの組合せであり、これ
はＵＦＭ社（416〜418 London Road,Isleworth,Middlesex TW7 5AE,United King
dom）から入手できるものである。このFaroアームは可搬形の座標測定用アーム
であり、正確な角度のエンコーダを組込んでいて、これが六つの自由度で測定用
アームのリスト（手関節，手首と訳出する）についての位置情報を出力できる。
Modelmakerはレーザストライプスキャナであって、Faroアームに取付けることが
できるものである。Modelmakerから出力された測定値はFaroアームから出力され
た位置情報と組合されて、そこからは、走査された表面が六自由度で表現される
ようになる。この座標測定用アームのもつ動きの自由度が、レーザストライプス
キャナの非接触の、密度の濃い測定能力と一緒になると、隠れていたり、密度が
濃すぎたりする、生成されることになる測定データが通常の測定装置を用いて容
易に測定されるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように、Faroアームは満足できる位置情報を生ずるため
に正確なエンコーダに頼っている。加えて、これが給電されておらず（無パワー
で）、作動のためには人手であるオペレータに依存している。したがって、Faro
アームのような座標測定用アームは、このアームがレーザストライパを運ぶため
に必要であるだけでなく、製造用ツールを運ぶためにも必要であるという場合の
応用にてきしていない。ツールの質量はアームにある程度のコンプライアンス（
たわみ性）を生じさせるので、角度エンコーダにより出力された位置はレーザス
トライパとアームにマウントされたツールの実際の位置からずれたものとなる。
【０００７】 したがって、従来の技術の不利益のいくつかを克服して密度の濃い測定データ
を収集する方法が求められている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の第一の特徴によると、計算機支援の製造（ＣＡＭ）または検査（Ｃ
ＡＩ）で使用するための測定装置が提供されていて、基本測定装置４，５ａ，５
ｂ，７ａ，７ｂとセンサ手段２とを備え、該センサ手段は該基本測定装置とは独
立して移動可能であり、かつ該センサ手段と選ばれた点との間の距離を判断する
ようにされていて、該測定装置は該センサ手段の該基本測定装置に対する位置を
判断するようにされていて、該測定装置は該基本測定装置と該センサ手段とによ
り生成された情報を受領するようにされているプロセッサ手段４を備え、該プロ
セッサ手段はさらに該基本測定装置に対する選ばれた点に関する位置情報を求め
るようにされている。
【０００９】 好都合なのは、この発明のセンサが基本測定装置と独立に移動可能となるよう
にすることによって、この発明は、コンプライアンスとか剛性の欠如とかが基本
測定装置にあって、そこから生ずる測定の不正確さの影響を受けないようにし、
これにより、ドリルや、溶接ツールや、デバイスのマーク付け（ここにはパンチ
、スクライブ、インク付け装置等を含む）のような製造用ツールがセンサと関係
付けがされて使用され、連続する測定の不正確さを生ずることがないようにして
いる。
【００１０】 さらに、この発明の基本測定装置がセンサの位置を判断する精度は、センサを
位置決めするために使用される何れかの装置の本来的な位置決め精度には依存し
ていない。したがって、測定アームとかロボットについての必要性が排除されて
いる。この必要性は高価でしかも正確な角度についてのエンコーダを使用するの
で位置精度について高度な操作をセンサにもたらすことになる。こうして、この
発明はシステムハードウェアによって著しい節約の機会を与えている。
【００１１】 センサ手段は非接触距離測定装置であってよく、例えばレーザストライプスキ
ャナであり、これが密度の濃い測定データをすぐに得られるようにしている。代
って、センサ手段は超音波距離測定用装置であってよい。
【００１２】 オプションとして、基本測定装置は少くとも一つの作像装置を備えるものとす
る。便利なのは、少くとも一つの作像装置が測定用カメラであって、これがセン
サと関係している特徴（フィーチャ）もしくはターゲットを使用してセンサの位
置を判断するようにされていてよい。好都合なのは、測定用カメラが、レーザス
トライパが正確に使用されるところよりももっと大きな距離にわたって、正確に
機能することである。したがって、測定用カメラをセンサの位置の判断用にあて
、またレーザストライパは表面の検査用にあてる組合せは、基本測定システムの
基準フレーム内で正確に、その表面についての密度の濃い測定データを設定でき
るようにしていて、しかも測定された表面は基本測定装置から、及び／又は基本
測定装置から、隠れている大きな距離のところにあってもよいとしている。この
ようにして、センサは作業空間（ボリューム）内の位置間で自由に動くことがで
きて、この空間はModelmakerとFaroアームの組合せにあっては、Faroアームの基
礎（ベース）のような基本測定装置の再位置決めと再校正とを必要としていると
ころである。したがって、この発明は操作時間によって著しい節約の機会を与え
ており、基本測定装置を設定したり再構成するといったプロセスを回避できるこ
とが理由となっている。
【００１３】 さらに、センサの位置と配向とが判断される精度は測定用作像装置の精度によ
ってのみ限定される。したがって、例えば、センサと関係しているツールの位置
と配向との位置決めがされる精度は、測定用作像装置の精度及びセンサが操作さ
れるところの分解能の精度よりも小さいというように制限を受ける。言い換える
と、このセンサが移動してもよいとされる一番小さな差の点ということになる。
【００１４】 オプションとしてセンサ手段が、例えば、光源及び／又は逆反射器である、少
くとも一つの位置表示手段を備えている。
【００１５】 基本測定装置が少くとも１つのレーザトラッカを備えていると便利である。
【００１６】 オプションとして、この装置（システム）はさらに、プロセッサ手段と関係し
ているメモリ手段を備え、該メモリ手段はセンサ手段に関するＣＡＤデータ及び
／又はセンサ手段上での少くとも一つの位置表示手段の位置に関するデータを記
憶している。さらに、このＣＡＤデータはいくつかの位置表示手段に関するコー
ドデータを備えていてよい。
【００１７】 この装置（システム）はさらに処理（ハンドリング）手段を備えていて、それ
がセンサ手段を取扱う（マニピュレート）するようにされていて、これが例えば
ロボットとか座標測定用機械となっている。オプションとして、処理手段はプロ
セッサ手段により生成された信号に応答してセンサ手段を取扱うようにされてい
る。好都合なのは、処理手段がさらに、例えばドリルや溶接装置のような、ツー
ルをサポートするようにされていることである。オプションとして、処理手段は
プロセッサ手段により生成された信号に応答して動くようにされている。
【００１８】 オプションとして、選ばれた点が検査もしくは製造の対象となっているアイテ
ムの表面上にあり、これが航空機とか船舶とかそういったものの部品を集めて組
立てたサブアッセンブリのようなものが対象となる。
【００１９】 この発明の第二の特徴（アスペクト）によると、 計算機支援の製造（ＣＡＭ）または検査（ＣＡＩ）における位置情報を測定す
る方法が提供されていて、該方法は： 測定される点に関して第一の測定装置を位置決めする段階と； 該点に関する距離情報を該第一の測定装置で生成する段階と； 該第一の測定装置とは独立して位置決めされている第二の測定装置で該第一の測
定装置に対する位置情報を生成する段階と； 該距離情報と該位置情報とで、該第二の測定装置の位置に対して測定された点
の位置に関する別な位置情報を判断する段階とから成る。
【００２０】 オプションとして該第一の測定装置に対する位置情報を生成する段階は：さら
に、第二の測定装置に関して第一の測定装置の配向に関する配向（オリエンテー
ション）情報を生成することを含む。位置情報を判断する段階は、さらに配向情
報を判断することを含み、このさらなる配向情報は第二の測定装置に対する測定
した点の配向に関するものとなっている。
【００２１】 該第一の測定装置に対する位置情報を生成する段階はさらに次の段階を含んで
いてよい。すなわち、該第一の測定装置もしくは該第一の測定装置と関係してい
る構造物の少くとも一部を該第二の測定装置と共に作像する段階と； 該第二の測定装置と該第一の測定装置もしくは構造物上の既知の点との間を通る
少くとも一つのベクトルを計算する段階とを含んでいる。オプションとして、こ
の方法は、さらに、該計算したベクトルを別のベクトルと比較して、該既知点の
三次元位置を判断するようにする段階を備えている。
【００２２】 便利なのは、判断されたこの三次元位置を第一の測定装置もしくは関係する構
造物に関するＣＡＤモデル内の対応点となる属性を与える段階を含むことである
。さらに、この方法は第一の測定装置もしくは構造物についての作像された部分
の既知の点と関係しているコードを識別し、またこの識別したコードをＣＡＤモ
デルと関係している複数のコードと比較する段階とを含んでいることである。オ
プションとして、この方法はさらに複数の既知の点について既知点の三次元位置
を判断する段階を繰返して、第一の測定装置に関するＣＡＤモデル内で対応点を
求めるために最もよく適合するアルゴリズムを実行する段階を含んでいる。
【００２３】 オプションとして、第一の測定装置の位置決めをする段階が、オペレータ入力
コマンドを受領して、処理装置（ハンドリングデバイス）にこの入力コマンドに
応答して制御信号を送る段階を備え、処理装置は制御信号に応答して第一の測定
装置を位置決めするようにされている。好都合なのは、この方法がさらに第二の
測定装置で、第一の測定装置に関する別な位置情報を生成して、この別な位置情
報を入力コマンドと比較して、処理装置に向けて修正された制御信号を送る段階
を備えていることである。
【００２４】 測定されるべき点は製造もしくは検査される部品上に置かれるようにしてよい
。この部品は、例えば翼とか胴体アッセンブリィといった航空機構造物であって
よい。
【００２５】 オプションとして、第一の測定装置は非接触距離測定装置であって、例えばレ
ーザストライプスキャナである。第二の測定装置は少くとも一つの測定用カメラ
である。
【００２６】 この発明はまたこの発明の装置または方法によって作られた航空機用の部品ま
たは構造物に拡張される。さらに、この発明はまた計算機プログラムと計算機プ
ログラム製品とに拡張され、これらがこの発明のシステム、装置、及び方法を実
施するようにされていて、またこの発明の装置または方法を用いて作られたＣＡ
ＤモデルとＣＡＤデータファイルと測定値としても拡張される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
この発明の特定の実施例を添付の図面を参照して、例示としての目的で記述し
て行く。
【００２８】 図１を参照すると、第一実施例の測定装置が示されている。この実施例の測定
装置は遠隔センサと基本測定装置とで成る。遠隔センサはレーザストライパ２で
あり、これが従来形の産業用ロボット１の手首（リスト）１ａに通常のやり方で
しっかりとマウントされている。適当とされる市販のレーザストライパが使用さ
れ、例えばModelmakerのようなものとなっている。
【００２９】 レーザストライパ２の出力は適当なコネクタ３（例えば同軸ケーブル）を経由
してプロセッサ４に接続され、これが適切にプログラムされた汎用計算機であっ
てよく、その機能は後述する。
【００３０】 レーザストライパ２の位置と配向とは、プロセッサ４からロボット１に向けて
命令を送ることにより検査課題を実行するように制御される。ロボット１により
所有される動きの自由度の必要数は実行されている検査課題の要件により指定さ
れる。しかしながら、この実施例はエンドエフェクタで最大６の自由度を備えて
いるものと一緒にロボットを使用することができ、この条件としてロボット１の
手首（リスト）１ａとアーム（腕）１ｂとの間と、アーム１ｂと本体（ボディ）
との間の関節動が備わっているものとしている。
【００３１】 基本測定装置は二つの従来形の写真測定法カメラ５ａ，５ｂを固定位置におい
て構成され、その各々は視野として、空間（ボリューム）を有していて、この空
間内で遠隔センサが移動できるようにされている。各カメラ５ａ，５ｂと関係し
て、照明光源（図示せず）があり、これがカメラ５ａ，５ｂの近傍か同じ配向で
置かれている。
【００３２】 遠隔センサと関係して、多数の逆反射ターゲット６が使用されて遠隔センサの
位置と配向とを判断するのにあてられている。ターゲット６はコード化されてお
り、通常のコーデング方法が用いられていて、それにより各ターゲットはユニー
クに識別される。適当とされるコード化したターゲットはLeica Geosystem Ltd
（Davy Avenue, Knowhill, Milton Keyenes, MK5 8LB, U.K.）から入手できる。
ターゲット６はレーザストライパ２と固定した関係で取付けられていて、測定さ
れた位置と配向と、実際の位置と配向との間でレーザストライパ２について開き
（ダイバージェンス）を最小とするようにしている。したがって、ターゲット６
はレーザストライパ２の上に置かれてよいし、あるいはレーザストライパ２がロ
ボット１の手首にしっかりと取付けられているので、ターゲット６は図１に示す
ようにロボットの手首１ａの上にあってもよい。実際に、ターゲット６はレーザ
ストライパ２としっかりと関係付けされている他の何らかのオブジェクト上に置
かれてもよい。
【００３３】 カメラ５ａ，５ｂの各々の出力は、同軸ケーブルのような適当なコネクタ７ａ
，７ｂを経てプロセッサ４に接続されている。以下にさらに述べるがこの実施例
ではカメラ５ａと５ｂとの出力はプロセッサによって動作中に解析されて、レー
ザストライパ２に関する瞬時の六自由度位置と配向を用意するようにしている。
【００３４】 この装置の動作に先立って、基本測定装置についての測定空間の基準となるフ
レームすなわちワークセル（作業素）が通常技法で判断される。これをすること
によって、遠隔センサのカメラ５ａ，５ｂにより行なわれた位置測定が基本測定
装置の基準座標フレームと関係付けされるか、実際には測定用空間の別の基準座
標フレームもしくはワークセルと関係付けされる。
【００３５】 このプロセスは一般にオフラインで行なわれ、これをするにはいくつかの既知
の方法がある。このような方法の一つは、制御ターゲットの測定をすることに依
存しており、制御ターゲットはいろいろな作像位置からの既知の座標フレーム内
で予め特定された場所に位置決めされている。測定値は次に数学的に最適化され
て、各カメラ５ａ，５ｂ間の関係を記述している変換を求めるようにする。基本
測定装置座標フレームが一旦求められると、それが使われて遠隔センサ上に置か
れたターゲット６の後の測定値を変換するのに使用されて、遠隔センサの位置と
配向とが設定されるようにでき、その条件として遠隔センサが作像カメラ５ａ，
５ｂに関して未知の位置と配向で置かれているときにこれが行なわれる。
【００３６】 動作中に、各カメラ５ａ，５ｂはそれぞれの照明光源（図示せず）により放出
され、カメラ５ａ，５ｂとそれと関係する照明光源と直線の視線をもっているタ
ーゲット６により反射される光を受取る。既知の技術が示すように、逆反射性タ
ーゲットはこの反射器に入った光を入射光の光路の方向に反射する。したがって
、このようなターゲットとの位置は二つ以上のカメラ／照明光源対を用い、以下
に説明するように通常の写真測定方法を用いて設定される。
【００３７】 カメラ５ａと５ｂとは各々がアナログもしくはディジタルビデオ信号を接続（
コネクタ）７ａ，７ｂを経てプロセッサ４に向けて出力する。この二つの信号は
カメラ５ａ，５ｂのそれぞれの視野内にあるターゲット６の瞬時の二次元画像に
対応している。
【００３８】 各ビデオ信号は定期的にサンプルされて、プロセッサと関係しているフレーム
グラバ（図示せず、映像フレームの捕捉をする）によってディジタイズされて、
プロセッサ４と関係しているメモリ（図示せず）内にビットマップとして記憶さ
れる。各記憶されたビットマップはビットマップ対を形成するために対応してい
るビットマップと関係付けがされている。言い換えると、カメラ５ａによって眺
められたターゲット６の各画像は、カメラ５ｂによって同じ瞬間時間で眺められ
た対応している画像と関係付けがされている。
【００３９】 メモリ内に記憶された各ビットマップはピクセル光強度値の二次元アレイであ
り、大きな強度値は画像が発生されたカメラ５ａまたは５ｂの遠近法画像（パー
スペクティブ）から見たターゲット６の位置に対応している。
【００４０】 プロセッサ４はビットマップ値を継続的に（シーケンスとして）、実時間に順
に解析して、それにより基本測定装置に対する遠隔センサの位置と配向とが実時
間で連続して判断できるようにする。
【００４１】 プロセッサ４は当業者間で知られている通常の計算を実行して、三次元空間内
での各ターゲット画像についてのベクトルをそれぞれのカメラ５ａ，５ｂの焦点
距離特性を用いて算出する。このようにして、各ターゲット６であって両方のカ
メラ５ａ，５ｂにとって見ることができたターゲットについて、対の一つのビッ
トマップ内のその画像が、そのビットマップ対の他のビットマップ内の対応して
いる画像をもつようになり、それについてはそれぞれ算出したベクトルが交差し
ている。このベクトルの交差点は三次元内にあり、各々がカメラ５ａと５ｂの遠
近法画像から見たようなターゲット６の位置に対応している。すなわち基本測定
装置でみると基準座標フレームである。
【００４２】 所与のビットマップ対の中のターゲット６の位置が基本測定装置の基準座標フ
レームに関して一旦求められると、ターゲットの位置は基本測定装置の基準座標
フレーム内の遠隔センサの位置と配向を定義するために使用される。これは各種
の既知技術の一つを用いて達成される。
【００４３】 この実施例では、レーザストライパ２とロボットの手首（リスト）１ａとの組
合せについての三次元の幾何学的構成が正確に知られている。これが計算機支援
設計（ＣＡＤ）データ、もしくはＣＡＤモデルとしてメモリ（図示せず）でプロ
セッサ４と関係しているものの中に記憶されている。実際には、ＣＡＤモデルは
ハードディスクドライブ（あるいは他のパーマネント記憶媒体）でパーソナルコ
ンピュータにあるものの中に記憶されていてよく、プロセッサ４の機能を完結さ
せている。パーソナルコンピュータは適当とされる市販のＣＡＤソフトウェア（
例えばCATIATM。これはIBM Engineering Solutions, IBM UK Ltd, PO Box41, No
rth Harbour, Portsmouth, Hampshire, P06 3AU, UK.から入手可能）であり、こ
れが記憶されたＣＡＤデータを読んで処理する。パーソナルコンピュータはまた
ソフトウェアでプログラムされていて、これがさらにカメラ５ａ，５ｂによって
眺めたターゲット位置がＣＡＤソフトウェア内に輸入（移転）されることができ
るように求められていてよい。
【００４４】 この実施例では、ＣＡＤモデルはまた位置を定義し、この位置では各ターゲッ
トが、レーザストライパ２とロボットの手首１ａの上にあって、各ターゲットに
ついての関係するコードと一緒に置かれている。レーザストライパ２とロボット
の手首１ａとの組合せのＣＡＤモデル上の最小数である三つの既知点の三次元位
置を定義することによって、レーザストライパ２の位置と配光とがユニークに定
義される。したがって、三つ以上のターゲット６の三次元位置は、カメラ５ａ，
５ｂにより作像されて、プロセッサ４によって計算されたところにより、遠隔セ
ンサの位置と配向とを基本測定装置の基準座標フレームによって判断される。
【００４５】 解析されたビットマップ対からプロセッサ４により識別されたターゲットであ
って、その三次元位置が計算されたものは、ＣＡＤモデル上のターゲット位置と
整合がとれている。これが達成されるのはカメラ５ａと５ｂとによって作像され
た各ターゲット上のコードから、ターゲットの識別子が識別されることによるの
であり、またこういったターゲットがそのそれぞれのＣＡＤモデル上の位置と整
合するのは、ＣＡＤデータ内に記憶されているターゲットコードデータを用いる
ことによっている。このことが完了されたときは、識別されたターゲットと整合
がとれているＣＡＤモデル内のターゲット位置が対応しているターゲットについ
て測定された三次元位置に設定される。このことがＣＡＤモデル上の三つのター
ゲット位置について行なわれたときには、レーザストライパ２の位置と配向とが
ユニークに定義される。
【００４６】 熟達している読者は、この発明がコード化されていないターゲットを用いても
代って実施できることを評価されると思う。この場合には通常の最良の適合（ベ
ストフィット）アルゴリズムがプロセッサ４によって実施されて、ＣＡＤデータ
内に記憶された既知の位置と、測定されたターゲットの三次元位置との整合をと
るようにする。さらに別な代替として、このようなベストフィットアルゴリズム
が使用されて遠隔センサの位置と配向とを判断するが、この際にはターゲットと
してコード化されていないし遠隔センサに対して既知の位置に置かれてもいない
ものが使用される。しかしながら、このような実施例では最小六つの非直線的に
間隔をあけた非平面状のターゲットが両カメラ５ａ，５ｂにとって同時に目視可
能となっていて、縮退していない（重なっていない）解が得られるようにするこ
とを要する。
【００４７】 この発明の実施では、基本測定装置の機能が六自由度のプローブもしくはレー
ザトラッカを用いて用意できることも理解できよう。レーザトラッカの場合には
、各レーザトラッカはセンサと関係している所与の逆反射器の位置を追跡（トラ
ック）するようにされていて、センサに関して六自由度の位置情報を与えている
。これに代って、もしこれより少い数の自由度が求められているのであれば、対
応する少い数のレーザトラッカ／逆反射器対が採用されるようにできる。
【００４８】 もしロボットの手首１ａが自由に動けて、あるターゲット６が一方もしくは他
方のカメラ５ａ，５ｂの直接の視線から外れてしまうようであると、その場合に
は別のターゲット６もしくは遠隔センサ５関して異なる位置に置かれた別のカメ
ラ５が使用されて、適切なターゲット６が動作中常時適切なカメラにとって見え
るようになっていることを確実にするようにしている。
【００４９】 動作の際に、プロセッサ４は、繰返し、また瞬時的に遠隔センサの正確な位置
と配向とを基本測定装置との関係で上述のように計算する。したがって、レーザ
ストライパ２から受取りプロセッサ４に入力される信号は、基本測定装置の基準
フレームに関係しているか、作業用空間内の別の基準フレームを通常の変換を用
いて関係付けされていてよい。
【００５０】 このようにして、レーザストライパ２（レーザストライパ２に関してある表面
上の離散的な点の大きさのＸ，Ｙ位置か、あるいは距離と配向かを定義している
ものであるが）の出力は基本測定装置の基準装置の基準座標フレームによって、
あるいは作業空間内の別の基準フレームによって、六自由度で定義された一連の
点測定値に変換される。遠隔センサの位置と配向とは、例えばキーボードもしく
はジョイスティック（図示せず）を用いて、プロセッサ４に向けて制御エントリ
ィをオペレータが入力することによって制御できる。このやり方では、オペレー
タが現在の実施例の装置を使って部品もしくは構造物を検査することができて、
この場合にオペレータも基本測定装置も直接の視線を部品または構造物にもって
いなくてもよい。さらにこのような部品の位置と配向とはこの実施例の装置を用
いて正確に測定できる。こういった測定はＣＡＤファイルの形式でプロセッサと
関係しているメモリ内に記憶できて、このファイルが検査対象部品の表面を規定
している。
【００５１】 制御エントリィはロボットの手首１ａもしくは遠隔センサの絶対的な位置と配
向を特定しているか、あるいはそれに代って現在の位置と配向とに関してインク
レメンタルな位置と配向とを特定するかのいずれかであってよい。これに対して
プロセッサ４は制御信号をロボット１に向けて送って、そのエンドエフェクタを
検査対象の部品またはアッセンブリィに関する所望の場所と配向とに操縦するよ
うにしている。制御信号はプロセッサ４によって、制御理論での通常の姿で、基
本測定装置によって検出された、更新された位置と配向とに依存した形として後
に調節される。
【００５２】 この発明の第二の実施例では、ロボット１はレーザストライパ２に加えて製造
用のツールについても支持（サポート）を与えている。
【００５３】 第二の実施例のシステムは、第一実施例について記述したのと同じ機能を達成
し、また同じ装置を採用している。したがって、同じような機能と装置について
はここでは詳細を記述しないこととする。しかし、第一の実施例の機能に加えて
、この第二の実施例の装置は計算機支援の製造（ＣＡＭ）プロセスが実行される
ようにしている。
【００５４】 図２を参照すると、ロボット１の手首１ａが示されている。図から分るように
、レーザストライパ２がロボット１の手首１ａにマウントされていることは前に
記述した通りである。この実施例では、ドリルビット（刃）８ａを保持している
ドリル８もまた手首１ａにマウントされている。レーザストライパ２とドリル８
との配向はロボットの手首１ａに対して同じとなっている。このことが加工対象
部品に対してレーザストライパ２の座標軸の内部で、ドリル８の位置決めをする
のに役立っている。ドリルビット８ａとレーザストライパ２が同じ方向でロボッ
トの手首１ａ上にマウントされているので、ドリルビット８ａとレーザストライ
パ２との間の幾何学的な関係はＸ，Ｙ，Ｚ軸により定義できるオフセット（ずれ
）となる。
【００５５】 したがって、この実施例の装置を用いると、製造プロセスのオペレータもしく
は計算機支援製造（ＣＡＭ）プログラムがすぐに正確な位置を位置決めして、部
品、部品群アッセンブリィ上の点でそこにドリルで孔あけをするようにすること
を、レーザストライパ２の出力を用いて、できるようにしている。レーザストラ
イパ２の出力は、第一の実施例を参照して述べたように、基本測定装置の座標測
定フレームに変換される。
【００５６】 このような場所がレーザストライパ２の位置に関して一旦識別されると、プロ
セッサ４はすぐに識別された場所とドリルビット８ａのチップとの相対的な位置
を計算する。こうしてロボットの手首１ａが単純に操縦されて、前に記述したよ
うに、プロセッサ４の制御の下で、問題となっている部品もしくはアッセンブリ
ィ上の位置決めされたドリル点についてドリルビット８ａを正しく位置決めする
ようにしている。
【００５７】 以上のことから明らかになることとして、上述の実施例はこの発明がどのよう
にして実効あるものになるかの例にすぎない。多くの他の代替がこの発明の範囲
内で存在することは、賢明な当該技術分野の読者にとって明らかであろう。
【００５８】 例えば、上述の実施例では、基本測定装置が通常の写真測定法装置であるとし
て記述されたが、他の装置であって遠隔センサについて六つの自由度位置を生じ
させるために使用できるものは代って使用されてよい。例えば、三台のレーザト
ラッカであり、その各々が遠隔センサもしくは等価のシステム上にマウントされ
た別体の逆反射器を追跡するようにしたものがあげられる。代って、基本測定装
置は２以上のカメラで構成できて、これらのカメラが遠隔センサの画像を画像認
識ソフトウェアでプログラムされた計算機に向けて出力するようにする。このよ
うな実施例では、ソフトウェアは遠隔センサの特定の認識可能な特徴（フィーチ
ャ）を認識するように訓練されていて、カメラに関して遠隔センサの位置と配向
とを判断するのにあてられている。
【００５９】 この発明はまた、遠隔センサが六自由度よりも低い自由度で自由に移動できる
装置にも応用できることが理解されよう。例えば、この発明の実施例がワーク片
に関してドリルビット一つを位置決めするだけに使用されるとすると、ドリルビ
ットの対称性に起因して、ドリルビットの長手方向軸の周りの回転の自由度はこ
の実施例を実行するのに不必要となることは理解できる。別な例としては、この
発明の実施形態がＸ，Ｙ，Ｚ軸に沿った二つまたは三つの並進自由度が測定され
るように実施される場合である。残っている自由度は使用されないか、他の手段
によって判断される。さらにまた二つもしくは三つの回転自由度が測定されると
いう似たような実施形態もまた実施可能であることが理解されよう。
【００６０】 ロボット１の特別な詳細については触れなかったが、KukaTM産業用ロボットの
ような、十分な動きの分解能と十分な動きの自由度とを所与のタスクに対して備
えているロボットであればいずれのものでもこの発明を実施するために使用可能
である。しかしながら、ロボット本体は移動可能であってよく、言い換えると、
ロボット本体は固定位置に位置決められる必要はない。例えば、レール（軌条）
上にマウントされていて、それにより航空機胴体といった大形アッセンブリィの
大きな部分とか全体までもにアクセスができるものとなる。このような実施形態
では、ロボットがそのエンドエフェクタの位置と配向とを基本測定装置の測定値
から求めることができるので、ロボットにとってはその本体の場所を規定する精
密位置制御装置を持たなければならないという必要性を排除できる。
【００６１】 さらに、この発明のプロセッサはロボットアームの関節動作（articulation）
もしくは動きを、基本測定装置から求めた位置情報を用いて、制御するようにプ
ログラムされているだけでなく、この情報を用いて移動可能なロボットの本体の
位置も制御するようにプログラムされていてよい。実際に、この発明の装置は自
働化された検査と製造上のタスクであって、記述したようにロボットによって実
行されるものを、適切にプログラムされたプロセッサの制御の下で実施するよう
に使用できる。
【００６２】 もし、遠隔センサを支持するのに使用されるロボットが、位置エンコーダを有
していて、それが十分な精度を有しており、またロボットのリンケージが十分に
堅牢なものであって必要とされている装置の位置許容差を越えてたわむことがな
いようなものであるとすると、そのときは遠隔センサに取付けられたターゲット
が部分的もしくは全体的にロボットの部品に取付けるようにできるが、このロボ
ットの部品は遠隔センサからはロボットアーム上のいくつかの関節点によって分
離されているとする。
【００６３】 上述の実施形態は遠隔センサとしてレーザストライパを使用したが、他のセン
サもしくはトランスジューサ、例えば超音波距離測定用デバイスもこの発明にお
ける長所をもたらすものとして使用されてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第一の実施例の装置の模式的な斜視図。
【図２】 この発明の第二の実施例のロボットの手首（リスト）の部分的な平面図。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０１Ｂ 11/00 Ｇ０１Ｂ 11/00 Ｈ 21/22 21/22 // Ｇ０１Ｂ 11/26 11/26 Ｈ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA06 AA31 BB27 FF04 FF11 GG04 JJ03 JJ05 JJ19 JJ26 MM04 PP25 QQ31 2F069 AA04 AA71 GG04 GG07 GG09 HH09 HH30 3C029 EE20

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 計算機支援の製造（ＣＡＭ）または検査（ＣＡＩ）で使用す
    るための測定装置であって、基本測定装置（４，５ａ，５ｂ，７ａ，７ｂ）とセ
    ンサ手段（２）とを備え、該センサ手段は該基本測定装置とは独立して移動可能
    であり、かつ該センサ手段と選ばれた点との間の距離を判断するようにされてい
    て、 該基本測定装置は該センサ手段の該基本測定装置に対する位置を判断するよう
    にされていて、 該測定装置は該基本測定装置と該センサ手段とにより生成された情報を受領す
    るようにされているプロセッサ手段（４）を備え、該プロセッサ手段はさらに該
    基本測定装置に対する選ばれた点に関する位置情報を求めるようにされている測
    定装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の装置であって、該基本測定装置が、さらに基
    本測定装置に対する該センサ手段の配向を判断するようにされている装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載の装置であって、該プロセッサ手段が
    該センサ手段によって測定された該基本測定装置に対する特徴の配向を求めるよ
    うにされている装置。
  4. 【請求項４】 センサ手段がレーザストライプスキャナである請求項１ない
    し３のいずれか１項に記載の装置。
  5. 【請求項５】 基本測定装置が少くとも一つの作像装置か少くとも１つのレ
    ーザトラッカかあるいはその両方を備えている請求項１ないし４のいずれか１項
    に記載の装置。
  6. 【請求項６】 センサ手段が光源と逆反射器とを有する少くとも一つの位置
    表示手段を備えている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
  7. 【請求項７】 さらにプロセッサ手段と関係しているメモリ手段を備え、該
    メモリ手段はセンサ手段に関するＣＡＤデータを記憶している請求項１ないし６
    のいずれか１項記載の装置。
  8. 【請求項８】 さらにセンサ手段を操作するようにされたハンドリング手段
    と、該ハンドリング手段上にマウントされたツールとを備えている請求項１ない
    し７のいずれか１項記載の装置。
  9. 【請求項９】 計算機支援の製造（ＣＡＭ）または検査（ＣＡＩ）における
    位置情報を測定する方法であって、該方法は： 測定される点に関して第一の測定装置を位置決めする段階と； 該点に関する距離情報を該第一の測定装置で生成する段階と； 該第一の測定装置とは独立して位置決めされている第二の測定装置で該第一の測
    定装置に対する位置情報を生成する段階と； 該距離情報と該位置情報とで、該第二の測定装置の位置に対して測定された点
    の位置に関する別な位置情報を判断する段階とから成る方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９記載の方法であって、該第一の測定装置に対する
    位置情報を生成する段階は：さらに、 該第一の測定装置の少なくとも一部分もしくは該第一の測定装置と関係している
    構造物の少くとも一部あるいはその両者を該第二の測定装置と共に作像する段階
    と； 該第二の測定装置と該第一の測定装置もしくは構造物上の既知の点との間を通る
    少くとも一つのベクトルを計算する段階とを含んでいる方法。
  11. 【請求項１１】 請求項９または１０記載の方法を含んで製造される部品も
    しくは構造物。
  12. 【請求項１２】 請求項９または１０記載の方法を含んで製造される航空機
    。
  13. 【請求項１３】 計算機プログラムであって、該プログラムは適合している
    測定装置と関係付けされた計算機または他の処理手段上で実行されるときには、
    請求項９または１０記載の方法の段階を実行するためのプログラムコードミーン
    ズを備えている計算機プログラム。
  14. 【請求項１４】 計算機プログラム製品であって、該プログラムが適合して
    いる測定装置と関係付けされた計算機または他の処理手段上で実行されるときに
    は、請求項９または１０記載の方法の段階を実行するための計算機が読取り可能
    な媒体上に記憶されているプログラムコードミーンズを備えている計算機プログ
    ラム製品。
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