JP2004012278A - 形状及び位置計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物の形状を容易に測定することができる形状計測システムを提供する。
【解決手段】本発明は、測定対象物（Ｓ）の表面形状を計測する形状計測システム（１）であって、ターゲット手段（４）を備え、測定対象物の表面上を任意の方向に自走可能な走行ユニット（２）と、ターゲット手段に光を照射し、ターゲット手段によって反射された反射光を受光することによってターゲット手段の位置を計測する位置測定手段（６）と、を有することを特徴としている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形状計測システム及び位置計測システムに係わり、特に、光を反射するターゲットに光を照射し、ターゲットからの反射光を受光することによってターゲットの位置を測定する位置計測システム、及び、測定対象物上の多数の点の位置を測定することによって測定対象物の形状を計測する形状計測システムに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
現在、トータルステーションと呼ばれる三次元座標計測器が広く使用されている。このトータルステーションは、座標を計測したい点に、ターゲットと呼ばれる反射プリズムを置き、このターゲットに光を照射する。次に、照射した光と、ターゲットから反射された光の位相差を測定することにより、トータルステーションとターゲットとの間の距離を測定することができる。また、同時に、トータルステーションからターゲットに向けて光を照射した角度を計測することによって、トータルステーションとターゲットとの相対位置関係を測定することができる。
【０００３】
また、トータルステーションの中には、ターゲットを自動的に視準してターゲットの存在する角度を測定し、ターゲットの座標を計測するものもある。さらに、ターゲットが移動する場合にも、ターゲットを時々刻々追尾して、自動的にターゲットの座標を計測することができるトータルステーションもある。
【０００４】
形状を測定すべき測定対象物の各所にターゲットを配置し、トータルステーションを使用してそれらのターゲットの位置を多数計測することによって、測定対象物の形状を計測することができる。また、ターゲットの位置を追尾することができるトータルステーションを使用することによって、移動するターゲットの位置を時々刻々計測することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トータルステーションを使用して、測定対象物の形状を計測する場合、多数のターゲットを測定対象物上に配置するか、又は、ターゲットの位置を測定対象物上で何度も移動させながら測定を繰り返す必要があり、多数の点を計測するには、非常に長い時間を要するという問題がある。また、この方法では、ターゲットを測定対象物の縁に配置するのが難しく、測定対象物の縁の形状を測定するのが困難であるという問題がある。
【０００６】
また、トータルステーションを使用して、移動するターゲットの位置を計測する場合、トータルステーションから照射された光が常にターゲットに直接到達しなければならないので、トータルステーションとターゲットとの間に障害物があるような環境では、ターゲットの位置を計測することができないという問題がある。
【０００７】
従って、本発明は、測定対象物の形状を容易に測定することができる形状計測システムを提供することを目的としている。また、本発明は、測定対象物の縁の形状を容易に計測することができる形状計測システムを提供することを目的としている。
さらに、本発明は、障害物の多い環境においても使用することができる位置計測システムを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、測定対象物の表面形状を計測する形状計測システムであって、ターゲット手段を備え、測定対象物の表面上を任意の方向に自走可能な走行ユニットと、ターゲット手段に光を照射し、ターゲット手段によって反射された反射光を受光することによってターゲット手段の位置を計測する位置測定手段と、を有することを特徴としている。
【０００９】
このように構成された本発明においては、測定対象物の表面上に、ターゲット手段を備えた走行ユニットを置いて、測定対象物の表面上で走行ユニットを走行させる。位置測定手段は、測定対象物の表面上を走行する走行ユニットに光を照射し、ターゲット手段によって反射される光によって走行ユニットの位置を随時測定する。測定対象物上の多数の位置を測定することによって、測定対象物の形状を測定することができる。
このように構成された本発明によれば、測定対象物の形状を容易に測定することができる。
【００１０】
また、走行ユニットは、ターゲット手段を備えたボディー部と、このボディー部に、任意の方向に回転可能に保持された球体と、この球体を互いに直交する２本の軸線を中心に回転させるための２つの駆動手段と、を有するように構成することができる。
このように構成された本発明においては、ターゲット手段を測定対象物上で自由に移動させることができる。
【００１１】
或いは、走行ユニットは、ターゲット手段を備えたボディー部と、このボディー部に回転可能に取付けられ、中心軸線が同一平面内で互いに９０゜の角度をなして放射状に延びるように配置された４本の車軸と、これら４本の車軸に夫々取付けられた車輪と、これら各車輪の円周上に配列され、任意の方向に回転可能に保持された多数の球体と、各車軸を回転駆動する駆動手段と、を有するように構成することができる。
【００１２】
さらに、本発明は、板状の測定対象物の周縁の形状を計測する形状計測システムであって、ターゲット手段を備え、板状の測定対象物の周縁に沿って自走可能な走行ユニットと、ターゲット手段に光を照射し、ターゲット手段によって反射された反射光を受光することによってターゲット手段の位置を計測する位置測定手段と、を有することを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明においては、ターゲット手段を備えた走行ユニットが、板状の測定対象物の周縁に沿って走行する。位置測定手段は、測定対象物の周縁を走行する走行ユニットに光を照射し、ターゲット手段によって反射される光によって走行ユニットの位置を随時測定する。測定対象物の周縁の多数の位置を測定することによって、測定対象物の周縁の形状を測定することができる。このように構成された本発明によれば、位置測定手段によって測定することが難しい、測定対象物の周縁の形状を容易に測定することができる。
【００１４】
また、走行ユニットは、互いに回動可能に連結された少なくとも２台の台車を有し、これらの台車が、板状の測定対象物を間に挟むことによって台車を板状の測定対象物に保持し、台車が板状の測定対象物に対して移動できるように、台車に回転可能に取付けられた一対の保持手段と、台車が板状の測定対象物の側面に沿って移動するように、板状の測定対象物の側面に当接しながら回転するガイド手段と、保持手段又は前記ガイド手段を回転駆動する駆動手段と、を有するように構成することができる。
【００１５】
このように構成された本発明においては、周縁に沿って走行する走行ユニットが、測定対象物のコーナー部に差し掛かると、先頭の台車が、測定対象物のコーナー部に沿って回動するので、走行ユニットはコーナー部に沿って移動することができる。
【００１６】
さらに、走行ユニットは、予めプログラムされた走行経路に従って走行するのが良い。
このように構成された本発明においては、測定対象物の各点の位置を自動的に計測することができる。
【００１７】
また、走行ユニットは、遠隔操作により指示された経路を走行するように構成することもできる。
このように構成された本発明においては、測定対象物の形状に関するデータがない場合にも、形状を計測することができる。
【００１８】
さらに、本発明は、形状を計測すべき測定対象物上を走行する走行ユニットであって、ターゲット手段を備えたボディー部と、このボディー部に、任意の方向に回転可能に保持された球体と、この球体を互いに直交する２つの軸線を中心に回転させるための２つの駆動手段と、を有することを特徴としている。
【００１９】
また、本発明は、形状を計測すべき測定対象物上を走行する走行ユニットであって、ターゲット手段を備えたボディー部と、このボディー部に回転可能に取付けられ、同一平面内で互いに９０゜の角度をなして、放射状に向けられた４本の車軸と、これら４本の車軸に夫々取付けられた車輪と、これら各車輪の円周上に配列され、任意の方向に回転可能に保持された多数の球体と、各車軸を回転駆動する駆動手段と、を有することを特徴としている。
【００２０】
或いは、本発明は、形状を計測すべき板状の測定対象物の縁に沿って走行する走行ユニットであって、互いに回動可能に連結された少なくとも２台の台車と、板状の測定対象物を間に挟むことによって台車を板状の測定対象物に保持し、台車が板状の測定対象物に対して移動できるように、台車に回転可能に取付けられた一対の保持手段と、台車が板状の測定対象物の側面に沿って移動するように、板状の測定対象物の側面に当接しながら回転するガイド手段と、保持手段又はガイド手段を回転駆動する駆動手段と、を有することを特徴としている。
【００２１】
また、本発明は、移動体の位置を計測する位置計測システムであって、移動体に取付けられたターゲット手段と、このターゲット手段に光を照射し、ターゲット手段によって反射された反射光を受光することによってターゲット手段の位置を計測する複数の位置測定手段と、この複数の位置測定手段によって計測された位置データに基づいて、ターゲット手段の位置を決定する位置決定手段と、を有することを特徴としている。
【００２２】
このように構成された本発明においては、ターゲット手段が移動体に取付けられて移動する。複数の位置測定手段は、夫々、移動するターゲット手段に光を照射して、照射した光の反射光を受光することによってターゲット手段の位置を計測する。位置決定手段は、各位置計測手段によって計測されたターゲット手段の位置に基づいて、ターゲット手段の位置を決定する。
【００２３】
このように構成された本発明によれば、ターゲット手段が移動して、或る位置測定手段からは位置を測定できない領域に入った場合にも、他の位置測定手段によって位置を測定することができるので、例えば、位置測定手段が照射した光を遮る障害物が多い環境においても、移動するターゲット手段の位置を測定することができる。
【００２４】
さらに、本発明の位置計測システムは、移動制御手段を更に有し、この移動制御手段が、位置決定手段によって求められたターゲット手段の位置に基づいて、移動体の移動を制御するように構成しても良い。
【００２５】
また、本発明は、移動体の位置を計測する位置計測システムであって、所定の位置に配置された複数のターゲット手段と、移動体に備えられ、ターゲット手段に光を照射し、光を照射したターゲット手段からの反射光を受光して移動体の位置を計測する位置測定手段と、この位置測定手段から光を直接照射することができるターゲット手段を、複数のターゲット手段の中から選択し、選択されたターゲット手段に光を照射させる位置決定手段と、を有することを特徴としている。
【００２６】
このように構成された本発明においては、移動体に備えられた位置測定手段が、所定の位置に配置された複数のターゲット手段のうちの何れかに光を照射して、移動体の位置を計測しながら移動する。位置測定手段が光を照射していた或るターゲット手段に光を照射することができない位置に移動体が移動したならば、位置決定手段は、光を照射することができる別のターゲット手段を選択して、移動体の位置を計測する。
このように構成された本発明によれば、１つの位置測定手段によって、広い範囲で位置を計測することができる。
【００２７】
さらに、本発明の位置計測システムは、更に移動制御手段が移動体に備えられ、移動制御手段が、位置測定手段によって計測された移動体の位置に基づいて、移動体の移動を制御するように構成することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、図１乃至図４を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態による形状計測システムの全体構成を示す図である。本実施形態による形状計測システム１は、ターゲット手段である反射プリズム４を備え、板状の測定対象物Ｓの縁に沿って走行する走行ユニット２と、反射プリズム４に光を照射して反射プリズム４の位置を測定する位置測定手段であるトータルステーション６と、を有する。
【００２９】
図２は、測定対象物Ｓの縁に沿って走行する走行ユニット２の拡大斜視図であり、図３は、走行ユニット２の構造を示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図２及び図３に示すように、走行ユニット２は、測定対象物Ｓを挟む概略コの字形断面を有するの３台の台車８ａ、８ｂ、８ｃと、この台車８を回動可能に連結する連結部材１０と、台車８の内部に回転自在に保持され、測定対象物Ｓを間に挟むように配置された保持手段である一対の球体１２と、この２つの球体１２を、板状の測定対象物Ｓの両面に押付ける２本のスプリング１４と、板状の測定対象物Ｓの側面上を転がるように配置された、ガイド手段である駆動ローラー１６と、この駆動ローラー１６を回転駆動する駆動手段であるモーター１８と、を有する。
【００３０】
図２に示すように、３つの台車８の夫々は、板状の測定対象物Ｓを受け入れる溝部又は凹部９を有する断面コの字形に形作られ、台車８の両側側面に取付けられた連結部材１０によって互いに回動可能に連結されている。また、連結部材１０には、連結部材１０によって連結される隣接した台車８によって構成される角度を変化させるためのアクチュエータ（図示せず）と、予め設定されたプログラムに従ってモーター１８及びアクチュエータ（図示せず）を作動させるための制御手段（図示せず）が備えられている。さらに、中央の台車８ｂには、反射プリズム４が取付けられている。
【００３１】
また、図３に示すように、台車８の両側部には、球体１２を挿入し、保持するための概略円筒形の貫通穴２０が設けられている。この貫通穴２０の直径は、球体１２の直径よりも僅かに大きく、貫通穴２０の内方端、即ち、先端は、球面状に形作られコの字形断面の内側面に開口している。また、貫通穴２０には、先端に球面状の凹部を有するキャップ２２が台車８の側部外方から挿入されるようになっている。従って、貫通穴２０の先端部とキャップ２２の先端部によって球形のキャビティ２０ａが形成され、球体１２は、球形のキャビティ２０ａ内で回転自在に保持される。さらに、キャップ２２の内部には、スプリング１４を受け入れるための円筒形の凹部２２ａが形成され、球体１２は、この凹部２２ａに受け入れられたスプリング１４によって台車８の内方に向けて付勢され、測定対象物Ｓに押付けられる。これにより、台車８が測定対象物Ｓに保持される。
【００３２】
さらに、図３における台車８の凹部９の上部には、円筒形の駆動ローラー１６が回転可能に取付けられており、この駆動ローラー１６は、モーター１８によって回転駆動されるようになっている。円筒形の駆動ローラー１６の周面は、測定対象物Ｓの外端面に当接し、駆動ローラー１６が回転することによって、台車８が測定対象物Ｓの縁に沿って走行するように構成されている。
【００３３】
トータルステーション６は、走行ユニット２に備えられている反射プリズム４に測定用の光を照射し、照射した光と反射プリズム４によって反射された反射光との位相差を測定することによって、トータルステーション６と反射プリズム４との間の距離を計測するように構成されている。また、トータルステーション６は、反射プリズム４を視準する方向を同時に測定するように構成されており、トータルステーション６と反射プリズム４との間の距離、及び、反射プリズム４を視準する方向によって、反射プリズム４の位置を計測するように構成されている。また、トータルステーション６は、追尾用の光を照射し、反射プリズム４の移動を追尾しながら、常に反射プリズム４を視準するように構成されている。
【００３４】
次に、本発明の第１実施形態による形状計測システムの作用を説明する。まず、縁の形状を計測すべき板状の測定対象物Ｓをセットする。次に、測定対象物Ｓの大まかな形状を走行ユニット２の制御手段（図示せず）にプログラムし、測定対象物Ｓの縁を、走行ユニット２の凹部９に挟むように、走行ユニット２をセットする。次いで、トータルステーション６によって、走行ユニット２に取付られた反射プリズム４を視準する。次に、走行ユニット２の制御手段（図示せず）を作動させると、モーター１８が駆動ローラー１６を回転させ、走行ユニット２が測定対象物Ｓの縁に沿って走行する。トータルステーション６は、走行する走行ユニット２の反射プリズム４を追尾しながら視準し、反射プリズム４の位置を所定の時間間隔で計測する。
【００３５】
図４は、走行ユニット２が測定対象物Ｓのコーナー部に差し掛かった際の作用を示す斜視図である。図４（ａ）に示すように、走行ユニット２が測定対象物Ｓの縁に沿って走行し、先頭の台車８ａが、測定対象物Ｓのコーナー部を通り過ぎ、測定対象物Ｓの縁から外れると、制御手段（図示せず）は、先頭の台車８ａが再び測定対象物Ｓを挟み込むように、台車８ａと台車８ｂを連結する連結部材１０に備えられたアクチュエータ（図示せず）によって台車８ａを回動させる。次いで、図４（ｂ）に示すように、先頭の台車８ａが再び測定対象物Ｓの縁と係合すると、後続の２台の台車８ｂ、８ｃも続いて測定対象物Ｓのコーナーに沿って前進する。さらに、図４（ｃ）に示すように、先頭の２台の台車８ａ、８ｂが測定対象物Ｓのコーナー部を通り過ぎると、制御手段（図示せず）は、台車８ｂと台車８ｃとを連結する連結部材１０に備えられたアクチュエータ（図示せず）によって台車８ｃを回動させ、台車８ａ、８ｂと同一の方向に向ける。
【００３６】
走行ユニット２が測定対象物Ｓの縁に沿って測定対象物Ｓの周囲を一周し、走行ユニット２に取付けられた反射プリズム４の移動を、トータルステーション６が追尾すると測定対象物Ｓの縁の形状計測が完了する。計測結果はトータルステーションの表示部（図示せず）に表示される。
【００３７】
本発明の第１実施形態の形状計測システムによれば、走行ユニットが測定対象物の縁に沿って走行し、その軌跡をトータルステーションが追尾して位置を計測するので、測定対象物の縁の形状を容易に計測することができる。
【００３８】
また、本実施形態においては、走行ユニットの移動は、予め入力されたプログラムによって制御されているが、測定者が走行ユニットの走行状況を見ながら、有線又は無線の遠隔操作によって走行ユニットを移動させるように構成することもできる。また、本実施形態においては、走行ユニットが３台の台車によって構成されているが、２台又は４台以上の台車を連結して走行ユニットを構成しても良い。
【００３９】
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態による形状計測システムを説明する。本発明の第２実施形態は、走行ユニットの駆動機構が第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、第１実施形態と異なる点のみを説明し、第１実施形態と同様の構成、作用、効果については説明を省略する。
【００４０】
図５は、本発明の第２実施形態による形状計測システムの走行ユニットの断面図を示す。図５に示すように、本発明の第２実施形態で使用される走行ユニット３０は、３台の台車（１台のみ図示）３２と、台車３２に取付けられた反射プリズム４と、各台車３２を連結する連結部材１０と、台車３２の内部に回転自在に支持され、測定対象物Ｓを間に挟むように配置された保持手段である一対の保持ローラー３４ａ、３４ｂと、板状の測定対象物Ｓの側面上を転がるように配置されたガイド手段である駆動ローラー３６と、駆動ローラー３６及び保持ローラー３４を駆動するモーター１８と、モーター１８の動力を駆動ローラー３６及び保持ローラー３４に伝達する２つのギアボックス３８ａ、３８ｂと、を有する。
【００４１】
図５に示すように、台車３２は概略コの字形断面を有し、コの字形の凹部に測定対象物Ｓを受け入れるように構成されている。一対の保持ローラー３４は、概ね円柱形であり、夫々台車３２のコの字形断面の内側側面で測定対象物Ｓを間に挟んで保持するように配置されている。駆動ローラー３６は、概ね円筒形であり、台車３２のコの字形断面の凹部の底に回転可能に取付けられている。この駆動ローラー３６は、その側面が測定対象物Ｓの側面と当接するように配置され、駆動ローラー３６が回転することによって、台車３２が測定対象物Ｓの縁に沿って走行するように構成されている。
【００４２】
モーター１８は、一方のギアボックス３８ａを介して保持ローラー３４ａを回転駆動する。また、モーター１８の回転は、ギアボックス３８ａによって駆動ローラー３６の軸にも伝達され、駆動ローラー３６が駆動される。さらに、駆動ローラー３６の軸の回転は、ギアボックス３８ｂによって、もう一方の保持ローラー３４ｂの軸に伝達され、保持ローラー３４ｂが駆動される。
【００４３】
本発明の第２実施形態による形状計測システムの作用は、走行ユニット３０が、駆動ローラー３６及び２つの保持ローラー３４ａ、３４ｂによって駆動されることを除き、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４４】
本発明の第２実施形態によれば、走行ユニットを、より強固に測定対象物に保持することができる。
本発明の第２実施形態においては、駆動ローラー及び２つの保持ローラーが全て回転駆動されていたが、駆動ローラーのみ、又は保持ローラーのみをモーターによって回転駆動するように構成しても良い。
【００４５】
次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態による形状計測システムを説明する。本発明の第３実施形態は、走行ユニットが、測定対象物の表面上を走行する点が第１、第２実施形態とは異なる。従って、ここでは、第３実施形態の第１実施形態と異なる点のみを説明し、第１実施形態と同様の構成、作用、効果については説明を省略する。
【００４６】
図６は、本発明の第３実施形態による形状計測システムに使用される走行ユニットの斜視図である。図６に示すように、走行ユニット４０は、反射プリズム４を備えたボディー部４２と、このボディー部４２の中に回転自在に保持された駆動用球体４４と、駆動用球体４４を回転させる駆動手段である２つの駆動ローラー４６ａ、４６ｂと、各駆動ローラーを回転させる２つのモーター４８ａ、４８ｂと、各モーターの駆動を制御する制御手段（図示せず）と、ボディー部４２を水平に維持するための３つの補助球体４９と、を有する。
【００４７】
図６に示すように、ボディー部４２は、概略円筒形で、その上方端部は閉鎖されており、ボディー部４２の上面には反射プリズム４が取付けられている。円筒状のボディー部４２の内径は、駆動用球体４４の直径よりも僅かに大きく、駆動用球体４４を、ボディー部４２の中に受け入れている。
【００４８】
ボディー部４２の内側には、概略円柱形の２つの駆動ローラー４６ａ、４６ｂが互いに直角に、夫々、駆動用球体４４と当接するように配置されている。各駆動ローラー４６ａ、４６ｂの回転軸には２つのモーター４８ａ、４８ｂが、夫々連結され、各駆動ローラーを回転駆動するように構成されている。
【００４９】
また、ボディー部４２の底部には、ボディー部４２を水平に維持するための３つの補助球体４９が回転自在に保持されている。３つの補助球体４９は、ボディー部４２の中心軸に対して互いに１２０゜ずつ間隔を隔てて配置され、ボディー部４２の底部に形成された３つのキャビティ４２ａの中に回転自在に保持されている。
【００５０】
次に、本発明の第３実施形態による形状計測システムの作用を説明する。まず、測定対象物Ｓをセットし、形状を計測すべき測定対象物Ｓの表面に走行ユニット４０を配置する。次に、トータルステーションによって、走行ユニット４０のボディー部４２に取付けられた反射プリズム４を視準する。
【００５１】
次いで、走行ユニット４０を起動すると、制御手段（図示せず）は、所定のプログラムに従って２つのモーター４８ａ、４８ｂを作動させる。モーター４８ａを作動させると、モーターに連結された駆動ローラー４６ａが回転され、駆動ローラー４６ａと当接している駆動用球体４４が摩擦力により回転する。これにより、ボディー部４２が、駆動ローラー４６ａの中心軸と直交する方向に走行する。同様に、モーター４８ｂを作動させると、ボディー部４２が、駆動ローラー４６ｂの中心軸と直交する方向に走行する。モーター４８ａ及び４８ｂを同時に、任意の方向に、任意の回転数で回転させることによって、ボディー部４２を任意の方向に移動させることができる。
【００５２】
トータルステーションは、走行ユニット４０のボディー部４２に取付けられている反射プリズム４を追尾し、測定対象物Ｓの表面の各点の位置を計測する。走行ユニット４０が、予め設定されたプログラムに従って測定対象物Ｓ上の所定の経路を走行し、トータルステーションが所定の位置データを取得すると形状計測を終了する。
【００５３】
本発明の第３実施形態の形状計測システムによれば、測定対象物の表面の任意の位置を計測することができる。また、本実施形態の走行ユニットは、任意の方向に移動することができるので、形状を計測する経路を自由に設定することができる。
【００５４】
また、本実施形態においては、走行ユニットの移動は、予め入力されたプログラムによって制御されているが、測定者が走行ユニットの走行状況を見ながら、有線又は無線の遠隔操作によって走行ユニットを移動させるように構成することもできる。
【００５５】
次に、図７を参照して、本発明の第４実施形態による形状計測システムを説明する。本発明の第４実施形態は、走行ユニットを走行させる機構が、第３実施形態とは異なる。従って、ここでは、第４実施形態の第３実施形態と異なる点のみを説明し、第３実施形態と同様の構成、作用、効果については説明を省略する。
【００５６】
図７に示すように、本発明の第４実施形態による形状計測システムの走行ユニット５０は、互いに９０゜の角度を為して放射状に延びる４本の車軸５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄと、各車軸の先端に取付けられた車輪５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄと、各車輪５４の周囲に、回転自在に保持された複数の球体５６と、各車軸５２を夫々回転駆動する駆動手段である４つのモーター５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄと、以上の機構全体を包囲し、反射プリズムが取付けられたボディー部（図示せず）と、を有する。なお、図７においては、図面を簡単にするため、ボディー部及びそれに取付けられた反射プリズムは図示していない。
【００５７】
４本の車軸５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは、その中心軸線が同一水平面内にあり、互いに９０゜の角度をなして放射状に延びるように配置されている。各モーター５８ａ乃至５８ｄは、各車軸５２ａ乃至５２ｄを回転駆動するように構成されている。各車輪５４ａ乃至５４ｄは、各車軸５２ａ乃至５２ｄの先端に取付けられている。各車輪５４ａ乃至５４ｄの周縁部には、球体５６を回転自在に保持するための凹部が各々１４個ずつ等間隔に並べて形成されており、その中に球体５６が夫々保持されている。
【００５８】
次に、本発明の第４実施形態による形状計測システムの走行ユニット５０を走行させる作用について説明する。まず、モーター５８ｂ及び５８ｄを停止させておき、モーター５８ａ及び５８ｃを同一の方向に回転させると、走行ユニット５０は、図７の矢印Ａ方向に移動する。また、この際、車輪５４ｂ及び５４ｄは、回転していないが、車輪５４ｂ及び５４ｄに保持された球体５６が、凹部の中で円滑に回転するので、車輪５４ａ及び５４ｃによる矢印Ａ方向の駆動の妨げになることはない。同様に、モーター５８ａ及び５８ｃを停止させておき、モーター５８ｂ及び５８ｄを同一の方向に回転させると、走行ユニット５０は、図７の矢印Ａ方向と直交する方向に移動する。さらに、モーター５８ａ乃至５８ｄを同時に回転させると、各車軸の回転速度、回転方向に応じて、走行ユニット５０を任意の方向に移動させることができる。また、対向する車軸を各々反対方向に回転させることによって、走行ユニット５０を自転させることもできる。
【００５９】
走行ユニット５０を使用して測定対象物の形状を計測する手順は、第３実施形態と同様であるので、説明を省略する。
本実施形態における走行ユニットは、運動の自由度が高く、車軸の交点を中心に自転させることもできる。
【００６０】
次に、図８を参照して、本発明の第５実施形態による位置計測システムを説明する。本実施形態は、上述した第１乃至第４実施形態のようにトータルステーションを形状計測に使用するものではなく、トータルステーションを位置計測に使用した位置計測システムである。
【００６１】
図８は、本発明の第５実施形態による位置計測システムの全体構成を示す斜視図である。図８に示すように、本発明の第５実施形態による位置計測システム６０は、ターゲット手段である反射プリズム４を備えた移動体である走行ユニット６２と、反射プリズム４に光を照射し、その反射光を受光することによって反射プリズム４の位置を計測する位置測定手段である２つのトータルステーション６ａ、６ｂと、２つのトータルステーション６による位置測定結果に基づいて反射プリズム４の位置を決定する位置決定手段６４と、位置決定手段６４によって決定された反射プリズムの位置に基づいて、走行ユニット６２の移動を制御する移動制御手段６６と、を有する。
【００６２】
走行ユニット６２は、反射プリズム４を備え、移動制御手段６６から送信される指令を受信し、その指令に基づいて種々の方向に移動できるように構成されている。２つのトータルステーション６ａ、６ｂは、移動する反射プリズム４を追尾しながら視準し、反射プリズム４の位置を測定するように構成されている。
【００６３】
位置決定手段６４は、２つのトータルステーション６ａ、６ｂによって測定された反射プリズム４の位置データを、各トータルステーション６ａ、６ｂから取得し、反射プリズム４の現在位置を決定する。例えば、図８に示すように、走行ユニット６２が、障害物Ｂの陰に隠れ、トータルステーション６ｂからは視準できない場合には、位置決定手段６４は、トータルステーション６ａから取得された位置データを反射プリズム４の位置として決定するように構成されている。また、反射プリズム４の位置が、２つのトータルステーション６ａ、６ｂ両方から測定できる場合には、それらの位置データの平均を取って、測定精度を向上させるように構成することもできる。
【００６４】
また、移動制御手段６６は、位置決定手段６４によって決定された走行ユニット６２の現在位置と、予め設定された走行ユニット６２を走行させるべき経路に基づいて、走行ユニット６２に、走行すべき方向、速度等を無線で指令するように構成されている。具体的には、位置決定手段６４及び移動制御手段６６は、コンピュータ及びそれを作動させるソフトウェア、無線送信機等で構成することができる。
【００６５】
次に、図８を参照して、本発明の第５実施形態による位置計測システムの作用を説明する。ここでは、本実施形態による位置計測システムを、工場内の無人搬送車に適用する場合について説明する。従って、本実施形態の走行ユニット６２は、無人搬送車として作用する。
【００６６】
まず、走行ユニット６２を走行させるべき工場内の経路を、移動制御手段６６に記憶させておく。また、２つのトータルステーション６ａ、６ｂは、移動制御手段６６に記憶させた経路上の各位置が、少なくとも一方のトータルステーションから視準できるような位置に配置する。次に、走行ユニット６２を、２つのトータルステーション６ａ、６ｂ両方から視準できる位置に配置し、走行ユニット６２に取付けられた反射プリズム４の位置を、２つのトータルステーション６ａ、６ｂで測定する。これにより、２つのトータルステーション６ａ、６ｂの相対的な位置関係を認識することが可能になる。
【００６７】
次に、走行ユニット６２を、搬送経路の始点に配置し、搬送を開始する。走行ユニット６２は、移動制御手段６６から送信された指令を受信し、移動を開始する。走行ユニット６２に取付けられた反射プリズム４は、トータルステーション６ａ、６ｂによって追尾され、反射プリズム４の位置が、時々刻々測定される。各トータルステーション６によって測定された位置データは、位置決定手段６４に入力される。位置決定手段６４は、各トータルステーション６から入力された位置データを平均して、その値を走行ユニット６２の位置として決定し、移動制御手段６６に出力する。移動制御手段６６は、位置決定手段６４から入力された位置データと、予め設定されている搬送経路とを比較し、走行ユニット６２に指令すべき移動速度、移動方向等を決定する。決定された指令は、移動制御手段６６から走行ユニット６２に送信され、走行ユニット６２は、指令に従って走行する。
【００６８】
走行ユニット６２が、例えば、トータルステーション６ｂから反射プリズム４を視準できない位置に移動した場合には、トータルステーション６ｂからの位置データがなくなるので、移動制御手段６６は、トータルステーション６ａから送られた位置データを走行ユニット６２の位置として決定し、移動制御手段６６に送る。また、トータルステーション６ａによって測定された位置データは、反射プリズム４を視準できないトータルステーション６ｂにも送られ、トータルステーション６ｂは、送られた位置データの方向に向けられる。このため、走行ユニット６２が、障害物等の陰からトータルステーション６ｂによって視準できる位置に移動した際には、トータルステーション６ｂは、速やかに走行ユニット６２の反射プリズム４を視準する。
【００６９】
本発明の第５実施形態の位置計測システムによれば、２つのトータルステーションによる位置測定データを平均するので、精度良く走行ユニットの位置を測定することができる。また、２つのトータルステーションによって位置を測定しているので、工場内等の障害物の多い場所においても、走行ユニットの位置を計測することができる。さらに、従来、工場内の無人搬送システムで使用されていたような、床に誘導用のテープを貼って無人搬送車を走行させるシステムに比べ、搬送経路を容易に変更することができ、また、誘導用テープの汚れや、剥がれ等によるトラブルを回避することができる。
【００７０】
本実施形態では、２つのトータルステーションを使用して走行ユニットの位置を計測しているが、３台以上のトータルステーションを使用することもできる。また、本実施形態においては、各トータルステーションによる位置測定データを有線で位置決定手段に送り、走行ユニットに対する指令を無線で走行ユニットに送信しているが、有線、無線を問わず任意の手段によって情報を送信することができる。さらに、本実施形態による位置計測システムは、無人搬送車以外のシステムに適用することもできる。
【００７１】
次に、図９を参照して、本発明の第６実施形態による位置計測システムを説明する。本実施形態は、トータルステーションを走行ユニットに搭載し、複数の反射プリズムを所定の位置に配置する点が、第５実施形態とは異なる。従って、ここでは、第５実施形態と異なる点のみを説明し、同様の構成、作用、効果については説明を省略する。
【００７２】
図９は、本発明の第６実施形態による位置計測システムの全体構成を示す図である。図９に示すように、本実施形態による位置計測システム７０は、走行ユニット７２と、工場の天井等、所定の位置に配置された複数の反射プリズム７４ａ乃至７４ｆと、走行ユニット７２に搭載されたトータルステーション７６と、走行ユニット７２に搭載され、トータルステーション７６が視準すべき反射プリズムを選択し、走行ユニット７２の位置を測定する位置決定手段７８と、走行ユニット７２に搭載され、位置決定手段７８によって求められた位置に基づいて走行ユニット７２の移動を制御する移動制御手段７９と、を有する。
【００７３】
トータルステーション７６は、所定の位置に配置された複数の反射プリズムのうちの１つを追尾し、トータルステーション７６が搭載されている走行ユニット７２の位置を測定するように構成されている。位置決定手段７８は、トータルステーション７６が追尾していた反射プリズム７４が、障害物の陰に隠れて視準できなくなった場合、視準することができる他の反射プリズムを探して、新たにその反射プリズムの位置を基に走行ユニット７２の位置を測定するように構成されている。移動制御手段７９は、予め設定された走行ユニット７２の移動経路と、位置決定手段７８によって決定された走行ユニット７２の位置に基づいて、走行ユニット７２を走行させる方向、速度等を制御するように構成されている。
【００７４】
次に、図９を参照して、本発明の第６実施形態による位置計測システムの作用を説明する。ここでは、本実施形態による位置計測システムを、工場内の無人搬送車に適用する場合について説明する。従って、本実施形態の走行ユニット６２は、無人搬送車として作用する。
【００７５】
まず、走行ユニット７２を走行させるべき工場内の経路を、移動制御手段７９に記憶させておく。また、６つの反射プリズム７４ａ乃至７４ｆを、工場の天井の所定の位置に取付ける。各反射プリズム７４を取り付ける位置は、移動制御手段７９に記憶させた経路上の各位置から、少なくとも１つの反射プリズム７４が視準できるような位置に配置する。さらに、各反射プリズム７４を配置した位置は位置決定手段７８に記憶させておく。
【００７６】
次に、走行ユニット７２を搬送経路の始点に配置し、この位置からトータルステーション７６によって、工場の天井に配置された何れかの反射プリズム、例えば、７４ａを視準し、搬送を開始する。走行ユニット７２は、移動制御手段７９の出力する指令によって移動を開始する。工場の天井に取付けられた反射プリズム７４ａは、トータルステーション７６によって追尾され、反射プリズム７４ａとトータルステーション７６との相対的な位置が、時々刻々測定される。位置決定手段７８は、測定された相対的な位置と、予め記憶されている反射プリズム７４ａの位置から、走行ユニット７２の絶対的な位置を決定する。位置決定手段７８によって決定された位置は、移動制御手段７９に出力される。移動制御手段７９は、位置決定手段７８から入力された位置データと、予め設定されている搬送経路とを比較し、走行ユニット７２に指令すべき移動速度、移動方向等を決定して走行ユニット７２を走行させる。
【００７７】
走行ユニット７２が、トータルステーション７６によって反射プリズム７４ａを視準できない位置に移動した場合には、位置を測定できなくなるので、位置決定手段７８は所定の信号を移動制御手段７９に発して、走行ユニット７２を停止させる。さらに、位置決定手段７８は、走行ユニット７２の現在位置と、予め記憶されている反射プリズム７４ａ以外の反射プリズム、例えば、７４ｄの存在する方向を特定し、トータルステーション７６をその方向に向ける。トータルステーション７６が反射プリズム７４ｄを視準することができたならば、位置決定手段７８は、トータルステーション７６に反射プリズム７４ｄを追尾させながら、走行ユニット７２を走行させる。トータルステーション７６が反射プリズム７４ｄを視準することができない場合には、トータルステーション７６をまた別の反射プリズムに向けて同様の操作を繰り返す。
【００７８】
本発明の第６実施形態の位置計測システムによれば、障害物の多い場所においても、単一のトータルステーションによって広い範囲で走行ユニットの位置を計測することができる。
【００７９】
また、本実施形態おいては、６つの反射プリズムを天井に配置していたが、任意の数の反射プリズムを、任意の位置に配置することができる。さらに、本実施形態による位置計測システムは、無人搬送車以外のシステムに適用することもできる。
【００８０】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に、種々の変更を加えることができる。特に、位置測定手段として、トータルステーション以外の、ターゲット手段からの反射光を利用する任意の測定手段を使用することができる。また、位置測定手段から照射された光を反射するターゲット手段は、反射プリズム以外の任意のターゲットを使用することができ、光を反射するターゲットとして作用する要素であれば、如何なる構成のものでも良い。
【００８１】
【発明の効果】
本発明の形状計測システムによれば、測定対象物の形状を容易に測定することができ、また、測定対象物の縁の形状を容易に計測することができる。
さらに、本発明の位置計測システムによれば、障害物の多い環境においても容易に位置を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による形状計測システムの全体構成を示す図である。
【図２】測定対象物の縁に沿って走行する、第１実施形態による形状計測システムの走行ユニットの拡大斜視図である。
【図３】図２に示す走行ユニットのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】測定対象物のコーナー部を曲る走行ユニットの作用を示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態による形状計測システムの走行ユニットを示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態による形状計測システムの走行ユニットを示す斜視図である。
【図７】本発明の第４実施形態による形状計測システムの走行ユニットを示す斜視図である。
【図８】本発明の第５実施形態による位置計測システムの全体構成を示す図である。
【図９】本発明の第６実施形態による位置計測システムの全体構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｂ　　　障害物
Ｓ　　　測定対象物
１　　　本発明の第１実施形態による形状計測システム
２　　　走行ユニット
４　　　反射プリズム
６　　　トータルステーション
８　　　台車
１０　　連結部材
１２　　球体
１４　　スプリング
１６　　駆動ローラー
１８　　モーター
２０　　貫通穴
２２　　キャップ
３０　　本発明の第２実施形態による形状計測システムの走行ユニット
３２　　台車
３４　　保持ローラー
３６　　駆動ローラー
３８　　ギアボックス
４０　　本発明の第３実施形態による形状計測システムの走行ユニット
４２　　ボディー部
４４　　駆動用球体
４６　　駆動ローラー
４８　　モーター
４９　　補助球体
５０　　本発明の第４実施形態による形状計測システムの走行ユニット
５２　　車軸
５４　　車輪
５６　　球体
５８　　モータ
６０　　本発明の第５実施形態による位置計測システム
６２　　走行ユニット
６４　　位置決定手段
６６　　移動制御手段
７０　　本発明の第６実施形態による位置計測システム
７２　　走行ユニット
７４　　反射プリズム
７６　　トータルステーション
７８　　位置決定手段
７９　　移動制御手段

Claims (14)

1. 測定対象物の表面形状を計測する形状計測システムであって、
   ターゲット手段を備え、前記測定対象物の表面上を任意の方向に自走可能な走行ユニットと、
   前記ターゲット手段に光を照射し、前記ターゲット手段によって反射された反射光を受光することによって前記ターゲット手段の位置を計測する位置測定手段と、
   を有することを特徴とする形状計測システム。
2. 前記走行ユニットが、前記ターゲット手段を備えたボディー部と、
   このボディー部に、任意の方向に回転可能に保持された球体と、
   この球体を互いに直交する２本の軸線を中心に回転させるための２つの駆動手段と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の形状計測システム。
3. 前記走行ユニットが、前記ターゲット手段を備えたボディー部と、
   このボディー部に回転可能に取付けられ、中心軸線が同一平面内で互いに９０゜の角度をなして放射状に延びるように配置された４本の車軸と、
   これら４本の車軸に夫々取付けられた車輪と、
   これら各車輪の円周上に配列され、任意の方向に回転可能に保持された多数の球体と、
   前記各車軸を回転駆動する駆動手段と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の形状計測システム。
4. 板状の測定対象物の周縁の形状を計測する形状計測システムであって、
   ターゲット手段を備え、前記板状の測定対象物の周縁に沿って自走可能な走行ユニットと、
   前記ターゲット手段に光を照射し、前記ターゲット手段によって反射された反射光を受光することによって前記ターゲット手段の位置を計測する位置測定手段と、
   を有することを特徴とする形状計測システム。
5. 前記走行ユニットが、互いに回動可能に連結された少なくとも２台の台車を有し、
   これらの台車が、
   前記板状の測定対象物を間に挟むことによって前記台車を前記板状の測定対象物に保持し、前記台車が前記板状の測定対象物に対して移動できるように、前記台車に回転可能に取付けられた一対の保持手段と、
   前記台車が前記板状の測定対象物の側面に沿って移動するように、前記板状の測定対象物の側面に当接しながら回転するガイド手段と、
   前記保持手段又は前記ガイド手段を回転駆動する駆動手段と、
   を有することを特徴とする請求項４記載の形状計測システム。
6. 前記走行ユニットが予めプログラムされた走行経路に従って走行することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の形状計測システム。
7. 前記走行ユニットが遠隔操作により指示された経路を走行することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の形状計測システム。
8. 形状を計測すべき測定対象物上を走行する走行ユニットであって、
   ターゲット手段を備えたボディー部と、
   このボディー部に、任意の方向に回転可能に保持された球体と、
   この球体を互いに直交する２つの軸線を中心に回転させるための２つの駆動手段と、
   を有することを特徴とする走行ユニット。
9. 形状を計測すべき測定対象物上を走行する走行ユニットであって、
   ターゲット手段を備えたボディー部と、
   このボディー部に回転可能に取付けられ、同一平面内で互いに９０゜の角度をなして、放射状に延びる４本の車軸と、
   これら４本の車軸に夫々取付けられた車輪と、
   これら各車輪の円周上に配列され、任意の方向に回転可能に保持された多数の球体と、
   前記各車軸を回転駆動する駆動手段と、
   を有することを特徴とする走行ユニット。
10. 形状を計測すべき板状の測定対象物の縁に沿って走行する走行ユニットであって、
    互いに回動可能に連結された少なくとも２台の台車と、
    前記板状の測定対象物を間に挟むことによって前記台車を前記板状の測定対象物に保持し、前記台車が前記板状の測定対象物に対して移動できるように、前記台車に回転可能に取付けられた一対の保持手段と、
    前記台車が前記板状の測定対象物の側面に沿って移動するように、前記板状の測定対象物の側面に当接しながら回転するガイド手段と、
    前記保持手段又は前記ガイド手段を回転駆動する駆動手段と、
    を有することを特徴とする走行ユニット。
11. 移動体の位置を計測する位置計測システムであって、
    前記移動体に取付けられたターゲット手段と、
    このターゲット手段に光を照射し、前記ターゲット手段によって反射された反射光を受光することによって前記ターゲット手段の位置を計測する複数の位置測定手段と、
    この複数の位置測定手段によって計測された位置データに基づいて、前記ターゲット手段の位置を決定する位置決定手段と、
    を有することを特徴とする位置計測システム。
12. さらに、移動制御手段を有し、
    この移動制御手段が、前記位置決定手段によって求められた前記ターゲット手段の位置に基づいて、前記移動体の移動を制御する請求項１１記載の位置計測システム。
13. 移動体の位置を計測する位置計測システムであって、
    所定の位置に配置された複数のターゲット手段と、
    前記移動体に備えられ、前記ターゲット手段に光を照射し、光を照射した前記ターゲット手段からの反射光を受光して前記移動体の位置を計測する位置測定手段と、
    この位置測定手段から光を直接照射することができる前記ターゲット手段を、前記複数のターゲット手段の中から選択し、選択された前記ターゲット手段に光を照射させる位置決定手段と、
    を有することを特徴とする位置計測システム。
14. さらに、移動制御手段が前記移動体に備えられ、
    前記移動制御手段が、前記位置測定手段によって計測された前記移動体の位置に基づいて、前記移動体の移動を制御する請求項１３記載の位置計測システム。

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