JP2004191051A

JP2004191051A - Three-dimensional shape measuring method and its apparatus

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Publication number: JP2004191051A
Application number: JP2002355403A
Authority: JP
Inventors: Teruaki Yogo; 照明與語
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-06
Also published as: JP4220768B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional shape measuring method for easily and three-dimensionally measuring even a large object. <P>SOLUTION: A partial shape of the object 1 is optically and three-dimensionally measured in a partial coordinate system by a shape measuring device 2, and at least three reference points MP1-MP3 having known three-dimensional locational relation with the partial coordinate system are provided for the shape measuring device 2. The locations of the reference points MP1-MP3 are each optically and three-dimensionally measured in a whole coordinate system by a location measuring device 14. On the basis of each of the reference points MP1-MP3 measured by the location measuring device 14, measurement values of the partial coordinate system are converted into measurement values of the whole coordinate system. The shape measuring device 2 is moved, and measurements on partial shapes of the object 1 at other parts and measurements on each of the reference points MP1-MP3 at these locations are repeated to measure the shape of the object to be measured 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の外形形状を３次元で測定する３次元形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、モアレトポグラフィに代表されるような縞を利用し、被測定物上に縞状パターンを投影し、被測定物の形状により変形した縞模様と基準の縞模様を重ね合わせ、その差周波数として生じる等高線を示すモアレ縞を解析することにより、被測定物の３次元形状を測定するものとして、例えば、特開昭５３−６８２６７号公報や特開昭６１−２６０１０７号公報にあるような装置が知られている。
【０００３】
このような装置では、被測定物上にできた縞模様をＣＣＤカメラにより撮像して、解析している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来のものでは、被測定物が小さい場合は、被測定物全体をＣＣＤカメラで撮像して解析しても、十分な測定精度が得られるが、被測定物が大きい場合、一度で被測定物全体を撮像したのでは、十分な解像度が得られない場合がある。
【０００５】
そのような場合には、被測定物の一部を撮像して３次元形状を測定し、次に、場所を変えて、被測定物の一部を撮像して３次元形状を測定し、これを繰り返して全体の３次元形状を測定しているが、分けて測定した測定値を一つの基準座標系の測定値に合成する作業が繁雑であるという問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、大きな被測定物であっても容易に３次元測定できる３次元形状測定方法及びその装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
被測定物の部分外形形状を形状測定手段により部分座標系で光学的に３次元測定すると共に、前記部分座標系との３次元位置関係が既知のターゲットを前記形状測定手段に設け、前記ターゲットを位置測定手段により全体座標系で光学的に３次元測定し、前記ターゲットの前記部分座標系での３次元位置と前記ターゲットの前記全体座標系での測定値との関係に基づいて前記被測定物の前記部分座標系での測定値を前記全体座標系の測定値に変換し、前記形状測定手段を移動させて、前記被測定物の他箇所の部分外形形状の測定と、その位置での前記ターゲットの測定とを繰り返し、前記被測定物の外形形状を測定することを特徴とする３次元形状測定方法がそれである。
【０００８】
前記ターゲットは少なくとも３つの基準点からなってもよい。また、前記基準点は発光体であってもよい。前記位置測定手段は、前記基準点の位置を三角測量で測定してもよい。また、前記位置測定手段は、一定間隔で固定された２台のカメラを備え、前記カメラにより前記基準点を撮像し、前記基準点の位置を三角測量で測定してもよい。前記ターゲットは３次元形状を有するものでもよい。あるいは、前記ターゲットは少なくとも３個の球体からなってもよい。前記位置測定手段は、前記ターゲットをモアレ縞を用いて測定してもよい。
【０００９】
また、被測定物の部分外形形状を部分座標系で光学的に３次元測定する形状測定手段に、前記部分座標系との３次元位置関係が既知のターゲットを設け、
かつ、前記ターゲットを全体座標系で光学的に３次元測定する位置測定手段と、前記形状測定手段を移動する移動手段とを設け、
また、前記ターゲットの前記部分座標系での３次元位置と前記ターゲットの前記全体座標系での測定値との関係に基づいて前記被測定物の前記部分座標系での測定値を前記全体座標系の測定値に変換する変換手段を設け、前記移動手段により前記形状測定手段を移動させて、前記被測定物の他箇所の部分外形形状の測定と、その位置での前記ターゲットの測定とを繰り返し、前記被測定物の外形形状を測定することを特徴とする３次元形状測定装置がそれである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は被測定物であり、例えば、乗用車の車体等の大型の３次元形状の外形を有するものである。この被測定物１の３次元形状を測定する形状測定器２を備え、この形状測定器２は、被測定物１の部分外形形状を光学的に測定するものである。形状測定器２は、図２に示すように、ＣＣＤカメラ４とフリンジプロジェクター６とを備えている。
【００１１】
形状測定器２は、フリンジプロジェクター６が複数の格子を被測定物１の表面に投影し、ＣＣＤカメラ４がこの被測定物１の外形形状に応じて変形した格子を撮像する。そして、形状測定器２は、この変形格子と基準格子とに基づいて、被測定物１の３次元形状を測定するものである。
【００１２】
形状測定器２は、ＣＣＤカメラ４により撮像する領域Ｓが広くなれば測定精度が粗くなり、撮像する領域Ｓが狭くなれば測定精度が精密になる。従って、必要な測定精度を得ようとすると、ＣＣＤカメラ４により撮像する領域Ｓの面積が限定され、被測定物１の部分外形形状を測定することになる。形状測定器２は、３次元の部分座標系に基づいた測定値を出力する。部分座標系は、形状測定器２が有する座標系であり、形状測定器２を移動させたときには、部分座標系も同時に移動する。
【００１３】
また、形状測定器２には、図１に示すように、ターゲットとしての３個の第１〜第３基準点ＭＰ１〜ＭＰ３が一体的に設けられている。第１〜第３基準点ＭＰ１〜ＭＰ３は発光ダイオード等を用いた発光体であってもよく、あるいは、マークであってもよい。この基準点ＭＰ１〜ＭＰ３は、予め部分座標系における３次元位置関係が測定されて、その位置（Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ３）は既知となっている。例えば、第１基準点ＭＰ１を部分座標系の原点Ｐｃ１（０，０，０）に設け、第２基準点ＭＰ２を部分座標系のＸ軸上の点Ｐｃ２（ａ，０，０）に設け、第３基準点ＭＰ３を部分座標系のＹ軸上の点Ｐｃ３（０，ｂ，０）に設けてもよい。
【００１４】
更に、本実施形態では、第１ナビゲーションカメラ１０と第２ナビゲーションカメラ１２とを備えた位置測定器１４が設けられている。第１ナビゲーションカメラ１０と第２ナビゲーションカメラ１２とにより、第１〜第３基準点ＭＰ１〜ＭＰ３を撮像することができる位置に配置されている。
【００１５】
３次元の全体座標系における第１ナビゲーションカメラ１０と第２ナビゲーションカメラ１２との位置は既知であり、第１ナビゲーションカメラ１０と第２ナビゲーションカメラ１２との間隔Ｌは予め測定されている。第１ナビゲーションカメラ１０により第１基準点ＭＰ１とのなす角度θ１が測定され、第２ナビゲーションカメラ１２により第１基準点ＭＰ１とのなす角度θ２が測定される。これらの角度θ１，θ２、間隔Ｌから、三角測量により第１基準点ＭＰ１の全体座標系における３次元位置の測定値が得られる。
【００１６】
同様にして、第２基準点ＭＰ２及び第３基準点ＭＰ３の全体座標系における３次元位置の測定値が得られる。その際、各基準点ＭＰ１〜ＭＰ３に発光体を用いた場合、順番に発光させることにより、各基準点ＭＰ１〜ＭＰ３を容易に判別できる。あるいは、各基準点ＭＰ１〜ＭＰ３の認識は、発光体を同時に発光して形状認識することにより、認識してもよい。
【００１７】
尚、位置測定器１４は、第１ナビゲーションカメラ１０と第２ナビゲーションカメラ１２との２つのカメラを用いたものに限らず、レーザ距離計を用いて、第１〜第３基準点ＭＰ１〜ＭＰ３の全体座標系における３次元位置の測定値Ｐｃ１〜Ｐｃ３を得るようにしたものでもよい。
【００１８】
図１に示すように、形状測定器２、第１ナビゲーションカメラ１０、第２ナビゲーションカメラ１２は、変換制御装置１６に接続されており、変換制御装置１６に形状測定器２からの部分座標系による形状測定値が入力されると共に、位置測定器１４とから第１〜第３基準点ＭＰ１〜ＭＰ３の全体座標系における位置測定値が入力される。
【００１９】
前述した形状測定器２は、本実施形態では、図３に示すように、多関節型のロボットを用いた移動装置１８に取り付けられている。この移動装置１８により形状測定器２を移動させて、形状測定器２により被測定物１の外形形状を測定できる。移動装置１８は、形状測定器２を平行移動させるものに限らず、形状測定器２により被測定物１の外形形状を測定できるように移動できればよい。
【００２０】
次に、変換制御装置１６で行われる測定処理について、図４のフローチャートによって説明する。
まず、測定を開始するのか否かを判断する（ステップ１００）。測定をするのであれば、次に、形状測定器２により被測定物１の部分外形形状を測定する（ステップ１１０）。形状測定器２は、図１に示すように、被測定物１の領域Ｓ１の部分外形形状を部分座標系で３次元測定する。その測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）を変換制御装置１６に出力する。添字ｎはｎ個の測定点があることを示す。
【００２１】
続いて、第１ナビゲーションカメラ１０と第２ナビゲーションカメラ１２とにより、形状測定器２がステップ１１０の処理により測定したときの第１〜第３基準点ＭＰ１〜ＭＰ３の全体座標系における３次元の位置Ｐｇ１１〜Ｐｇ３１を測定する（ステップ１２０）。第１〜第３基準点ＭＰ１〜ＭＰ３の位置を測定し、その測定値（Ｐｇ１１，Ｐｇ２１，Ｐｇ３１）を変換制御装置１６に出力する。
【００２２】
次に、ステップ１２０の測定値に基づいて、座標変換係数Ｒ１を算出する（ステップ１３０）。座標変換係数Ｒ１は、部分座標系での既知の第１〜第３基準点ＭＰ１〜ＭＰ３の位置座標（Ｐｃ１，Ｐｃ２，Ｐｃ３）と、ステップ１２０の処理により測定した第１〜第３基準点ＭＰ１〜ＭＰ３の位置座標（Ｐｇ１１，Ｐｇ２１，Ｐｇ３１）とに基づいて下記式により算出される。
【００２３】
Ｐｇ１１＝［Ｒ１］×Ｐｃ１
Ｐｇ２１＝［Ｒ１］×Ｐｃ２
Ｐｇ３１＝［Ｒ１］×Ｐｃ３
ここで、［Ｒ１］はマトリックスである。
【００２４】
続いて、被測定物１の領域Ｓ１の全体座標系における測定値Ｐ１を算出する（ステップ１４０）。全体座標系における測定値Ｐ１は、前記ステップ１１０の処理により測定した部分座標系の測定値Ｐｓ１を、ステップ１３０の処理により算出した座標変換係数Ｒ１に基づいて変換することにより下記式により算出される。
【００２５】
Ｐ１＝Ｐｓ１×［Ｒ１］
次に、測定が終了したか否かを判断し（ステップ１５０）、引き続いて測定する場合には、前記ステップ１００以下の処理を繰り返す。そして、本実施形態では、移動装置１８により、被測定物１の次の測定箇所に形状測定器２を移動する。移動の際は、平行移動でなくてもよく、第１ナビゲーションカメラ１０と第２ナビゲーションカメラ１２とにより第１〜第３基準点ＭＰ１〜ＭＰ３を撮像することができるように移動すればよい。そして、前述したと同様に、形状測定器２により被測定物１の領域Ｓ２の部分外形形状を部分座標系で測定する（ステップ１１０）。その測定値Ｐｓ２（ｓ２ｘｎ，ｓ２ｙｎ，ｓ２ｚｎ）を変換制御装置１６に出力する。
【００２６】
次に、移動後の第１〜第３基準点ＭＰ１〜ＭＰ３の全体座標系における３次元の位置（Ｐｇ１２，Ｐｇ２２，Ｐｇ３２）を測定する（ステップ１２０）。続いて、この測定値（Ｐｇ１２，Ｐｇ２２，Ｐｇ３２）に基づいて、座標変換係数Ｒ２を算出する。
【００２７】
Ｐｇ１２＝［Ｒ２］×Ｐｃ１
Ｐｇ２２＝［Ｒ２］×Ｐｃ２
Ｐｇ３２＝［Ｒ２］×Ｐｃ３
続いて、被測定物１の領域Ｓ２の全体座標系における測定値Ｐ２を算出する（ステップ１４０）。
【００２８】
Ｐ２＝Ｐｓ２×［Ｒ２］
前述した測定処理を繰り返し、ｋ回目の測定でも同様に、形状測定器２により被測定物１の領域Ｓｋの部分外形形状を部分座標系で測定する（ステップ１１０）。その測定値Ｐｓｋ（ｓｋｘｎ，ｓｋｙｎ，ｓｋｚｎ）を変換制御装置１６に出力する。
【００２９】
次に、移動後の第１〜第３基準点ＭＰ１〜ＭＰ３の全体座標系における３次元の位置（Ｐｇ１ｋ，Ｐｇ２ｋ，Ｐｇ３ｋ）を測定する（ステップ１２０）。続いて、この測定値（Ｐｇ１ｋ，Ｐｇ２ｋ，Ｐｇ３ｋ）に基づいて、座標変換係数Ｒｋを算出する。
【００３０】
Ｐｇ１ｋ＝［Ｒｋ］×Ｐｃ１
Ｐｇ２ｋ＝［Ｒｋ］×Ｐｃ２
Ｐｇ３ｋ＝［Ｒｋ］×Ｐｃ３
続いて、被測定物１の領域Ｓｋの全体座標系における測定値Ｐｋを算出する（ステップ１４０）。
【００３１】
Ｐｋ＝Ｐｓｋ×［Ｒｋ］
ステップ１４０の処理により、同じ全体座標系での測定値となり、ステップ１００以下の処理を被測定物１の全体を測定するまで繰り返し行うことにより、被測定物１の全体の外形形状を３次元で測定することができる。
【００３２】
次に前述した実施形態と異なる第２実施形態について、図５〜図７によって説明する。尚、前述した実施形態と同じ部材、処理については同一番号を付して詳細な説明を省略する。
図５に示すように、形状側定器２には、ターゲット８が一体的に設けられており、ターゲット８は、多角形状の３次元形状に形成されている。ターゲット８は、本実施形態では、立方体状に形成されており、このターゲット８の左側面８Ｌ、正面８Ｆ、右側面８Ｒは、それぞれ特徴のある形状に形成されている。例えば、図６に示すように、左側面８Ｌには、三角形状の平面８Ｌａが突出形成されており、この三角形状の平面８Ｌａから傾斜した３つの斜面８Ｌｂ，８Ｌｃ，８Ｌｄが形成されている。
【００３３】
正面８Ｆ及び右側面８Ｒについても同様に、三角形状の平面８Ｆａ，８Ｒａが突出形成されており、この三角形状の平面８Ｆａ，８Ｒａから傾斜した３つの斜面８Ｆｂ，８Ｒｂ，８Ｆｃ，８Ｒｃ，８Ｆｄ，８Ｒｄが形成されている。但し、各左側面８Ｌ、正面８Ｆ、右側面８Ｒでは三角形状の平面８Ｌａ，８Ｆａ，８Ｒａの方向がそれぞれ異なり、この形状から左側面８Ｌ、正面８Ｆ、右側面８Ｒの違いを判別できるように形成されている。
【００３４】
また、左側面８Ｌでの三角形状の平面８Ｌａの頂点である第１〜第３基準点αＬ，βＬ，γＬは予め部分座標系における３次元位置関係が測定されて、部分座標系での位置座標ＰｃαＬ，ＰｃβＬ，ＰｃγＬが既知となっている。正面８Ｆ、右側面８Ｒでの三角形状の平面８Ｆａ，８Ｒａの各頂点αＦ，αＲ，βＦ，βＲ，γＦ，γＲも予め部分座標系における３次元位置関係が測定されて、部分座標系での３次元位置座標ＰｃαＦ，ＰｃαＲ，ＰｃβＦ，ＰｃβＲ，ＰｃγＦ，ＰｃγＲが既知となっている。また、各三角形状の平面８Ｌａ，８Ｆａ，８Ｒａの形状も予め測定されて既知となっている。
【００３５】
更に、本実施形態では、ＣＣＤカメラ２０とフリンジプロジェクター２２とを備えた位置側定器２４が設けられている。ＣＣＤカメラ２０とフリンジプロジェクター２２とは、前述した形状側定器２のＣＣＤカメラ４とフリンジプロジェクター６と同様のものである。位置側定器２４は、ターゲット８を撮像することができる位置に配置され、固定されている。位置側定器２４は、全体座標系でターゲット８を撮像して、その３次元測定値を出力する。
【００３６】
図５に示すように、形状側定器２、位置側定器２４は、変換制御装置１６に接続されており、変換制御装置１６に形状側定器２からの部分座標系による形状測定値が入力されると共に、位置側定器２４からターゲット８の全体座標系における測定値が入力される。前述した形状側定器２は、本実施形態では、図３に示すように、多関節型のロボットを用いた移動装置１８に取り付けられている。
【００３７】
次に、変換制御装置１６で行われる測定処理について、図７のフローチャートによって説明する。
まず、測定を開始するのか否かを判断する（ステップ１００）。測定をするのであれば、次に、形状側定器２により被測定物１の部分外形形状を測定する（ステップ１１０）。形状側定器２は、図５に示すように、被測定物１の領域Ｓ１の部分外形形状を部分座標系で３次元測定する。その測定値Ｐｓ１（ｓ１ｘｎ，ｓ１ｙｎ，ｓ１ｚｎ）を変換制御装置１６に出力する。添字ｎはｎ個の測定点があることを示す。
【００３８】
続いて、形状側定器２がステップ１１０の処理により測定したときにおけるターゲット８を位置側定器２４により撮像する（ステップ１２０ａ）。そして、その撮像結果から、形状側定器２の姿勢を判定する（ステップ１２０ｂ）。姿勢の判定は、撮像したターゲット８の各三角形状の平面８Ｌａ，８Ｆａ，８Ｒａの形状に基づいて行われる。
【００３９】
例えば、図５に示すように、正面８Ｆの三角形状の平面８Ｆａが、位置側定器２４のほぼ正面にある場合には、位置側定器２４は、正面８Ｆの三角形状の平面８Ｆａの形状を正確に測定することができる。また、左側面８Ｌの三角形状の平面８Ｌａが、位置側定器２４のほぼ正面にある場合には、位置側定器２４は、左側面８Ｌの三角形状の平面８Ｌａの形状を正確に測定することができる。右側面８Ｒの三角形状の平面８Ｒａの場合も同様である。これにより、形状側定器２の姿勢を判定して、後述するステップの処理による基準点を抽出する三角形状の平面８Ｌａ，８Ｆａ，８Ｒａを決定する。
【００４０】
次に、ターゲット８から第１〜第３基準点α，β，γを抽出する（ステップ１２０ｃ）。抽出する第１〜第３基準点α，β，γは、ステップ１２０ｂの処理により判定された形状側定器２の姿勢から決定され、位置側定器２４からほぼ正面となるターゲット８の左側面８Ｌ、正面８Ｆ、右側面８Ｒから選ばれる。
【００４１】
選ばれた左側面８Ｌ、正面８Ｆ、右側面８Ｒの三角形状の平面８Ｌａ，８Ｆａ，８Ｒａの頂点である第１〜第３基準点α，β，γが抽出され、その３次元座標が算出される。例えば、正面８Ｆの三角形状の平面８Ｆａの頂点である第１〜第３基準点αＦ，βＦ，γＦが抽出され、全体座標系での３次元座標値ＰｇαＦ，ＰｇβＦ，ＰｇγＦが算出される。
【００４２】
次に、ステップ１２０ｃの３次元座標値ＰｇαＦ，ＰｇβＦ，ＰｇγＦに基づいて、座標変換係数Ｒ１を算出する（ステップ１３０）。座標変換係数Ｒ１は、部分座標系での既知の正面８Ｆの第１〜第３基準点αＦ，βＦ，γＦの位置座標ＰｃαＦ，ＰｃβＦ，ＰｃγＦと、ステップ１２０ｃの処理により測定した全体座標系での第１〜第３基準点αＦ，βＦ，γＦの位置座標ＰｇαＦ，ＰｇβＦ，ＰｇγＦとに基づいて下記式により算出される。
【００４３】
ＰｇαＦ＝［Ｒ１］×ＰｃαＦ
ＰｇβＦ＝［Ｒ１］×ＰｃβＦ
ＰｇγＦ＝［Ｒ１］×ＰｃγＦ
ここで、［Ｒ１］はマトリックスである。
【００４４】
続いて、被測定物１の領域Ｓ１の全体座標系における測定値Ｐ１を算出する（ステップ１４０）。全体座標系における測定値Ｐ１は、前記ステップ１１０の処理により測定した部分座標系の測定値Ｐｓ１を、ステップ１３０の処理により算出した座標変換係数Ｒ１に基づいて変換することにより下記式により算出される。
【００４５】
Ｐ１＝Ｐｓ１×［Ｒ１］
次に、測定が終了したか否かを判断し（ステップ１５０）、引き続いて測定する場合には、前記ステップ１００以下の処理を繰り返す。そして、本実施形態では、移動装置１８により、被測定物１の次の測定箇所に形状側定器２を移動する。移動の際は、平行移動でなくてもよく、位置側定器２４によりターゲット８を撮像することができるように移動すればよい。そして、前述したと同様に、形状側定器２により被測定物１の領域Ｓ２の部分外形形状を部分座標系で測定する（ステップ１１０）。その測定値Ｐｓ２（ｓ２ｘｎ，ｓ２ｙｎ，ｓ２ｚｎ）を変換制御装置１６に出力する。
【００４６】
次に、移動後のターゲット８を撮像し（ステップ１２０ａ）、その結果から位置側定器２４の姿勢を判定すると共に（ステップ１２０ｂ）、全体座標系における第１〜第３基準点α，β，γを抽出する（ステップ１２０ｃ）。例えば、図５に示すように、位置側定器２４のほぼ正面にターゲット８の左側面８Ｌがある場合、左側面８Ｌの第１〜第３基準点αＬ，βＬ，γＬを抽出する。
【００４７】
続いて、この３次元座標値ＰｇαＬ，ＰｇβＬ，ＰｇγＬに基づいて、座標変換係数Ｒ２を算出する（ステップ１３０）。
ＰｇαＬ＝［Ｒ２］×ＰｃαＬ
ＰｇβＬ＝［Ｒ２］×ＰｃβＬ
ＰｇγＬ＝［Ｒ２］×ＰｃγＬ
続いて、被測定物１の領域Ｓ２の全体座標系における測定値Ｐ２を算出する（ステップ１４０）。
【００４８】
Ｐ２＝Ｐｓ２×［Ｒ２］
前述した測定処理を繰り返し、ｋ回目の測定でも同様に、形状側定器２により被測定物１の領域Ｓｋの部分外形形状を部分座標系で測定する（ステップ１１０）。その測定値Ｐｓｋ（ｓｋｘｎ，ｓｋｙｎ，ｓｋｚｎ）を変換制御装置１６に出力する。
【００４９】
次に、移動後のターゲット８を位置側定器２４により撮像し、形状側定器２の姿勢を判定して、第１〜第３基準点α，β，γの３次元座標値Ｐｇα，Ｐｇβ，Ｐｇγを抽出する（ステップ１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ）。続いて、座標変換係数Ｒｋを算出する（ステップ１３０）。
【００５０】
Ｐｇα（Ｌ，Ｆ，Ｒ）ｋ＝［Ｒｋ］×Ｐｃα（Ｌ，Ｆ，Ｒ）
Ｐｇβ（Ｌ，Ｆ，Ｒ）ｋ＝［Ｒｋ］×Ｐｃβ（Ｌ，Ｆ，Ｒ）
Ｐｇγ（Ｌ，Ｆ，Ｒ）ｋ＝［Ｒｋ］×Ｐｃγ（Ｌ，Ｆ，Ｒ）
続いて、被測定物１の領域Ｓｋの全体座標系における測定値Ｐｋを算出する（ステップ１４０）。
【００５１】
Ｐｋ＝Ｐｓｋ×［Ｒｋ］
ステップ１４０の処理により、同じ座標系での測定値となり、ステップ１００以下の処理を被測定物１の全体を測定するまで繰り返し行うことにより、被測定物１の全体の外形形状を３次元で測定することができる。
【００５２】
次に、前述した実施形態と異なる第３実施形態について、図８によって説明する。本第３実施形態では、前述した実施形態とはターゲットが異なり、本ターゲットは、３個の球体３０，３１，３２を備えている。この球体３０，３１，３２は直径が予め測定されて既知であると共に、部分座標系での球体３０，３１，３２の中心位置座標Ｐｃα，Ｐｃβ，Ｐｃγが既知である。
【００５３】
図９に示すように、このターゲットとしての球体３０，３１，３２を位置側定器２４により撮像して（ステップ１２０ａ）、球体３０，３１，３２の中心位置の全体座標系における位置を抽出することにより、３つの基準点を抽出できる（ステップ１２０ｃ）。尚、図９では、図７の処理と同じステップについては同一番号を付して詳細な説明を省略する。これにより、前述した実施形態と同様に、被測定物１の全体の外形形状を３次元で測定することができる。
【００５４】
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の３次元形状測定方法及びその装置によると、被測定物が大きなものであっても、容易にその３次元形状を測定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての３次元形状測定装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】本実施形態の形状測定器の概略構成を示す説明図である。
【図３】本実施形態の形状測定装置を移動する移動装置の正面図である。
【図４】本実施形態の変換制御装置において行われる測定処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態としての３次元形状測定装置の概略構成を示す説明図である。
【図６】第２実施形態のターゲットの説明図である。
【図７】第２実施形態の変換制御装置において行われる測定処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】第３実施形態のターゲットの説明図である。
【図９】第３実施形態の変換制御装置において行われる測定処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…被測定物２…形状測定器
４，２０…ＣＣＤカメラ
６，２２…フリンジプロジェクター
８…ターゲット
１０…第１ナビゲーションカメラ
１２…第２ナビゲーションカメラ
１４，２４…位置測定器１６…変換制御装置
１８…移動装置３０，３１，３２…球体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional shape measuring device for measuring the external shape of a measured object in three dimensions.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a fringe pattern represented by a moire topography is used to project a fringe pattern on an object to be measured, and a fringe pattern deformed according to the shape of the object to be measured and a reference fringe pattern are superimposed on each other, and the difference frequency is obtained. As a device for measuring the three-dimensional shape of an object to be measured by analyzing moire fringes indicating contour lines generated as, for example, an apparatus as disclosed in JP-A-53-68267 and JP-A-61-260107. It has been known.
[0003]
In such an apparatus, a stripe pattern formed on an object to be measured is imaged by a CCD camera and analyzed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional device, when the object to be measured is small, sufficient measurement accuracy can be obtained even when the entire object to be measured is imaged and analyzed with a CCD camera. Sufficient resolution may not be obtained by imaging the entire DUT.
[0005]
In such a case, a part of the measured object is imaged to measure the three-dimensional shape, and then, at a different location, a part of the measured object is imaged to measure the three-dimensional shape. Is repeated to measure the entire three-dimensional shape. However, there is a problem that the work of synthesizing the separately measured values into the measured values of one reference coordinate system is complicated.
[0006]
An object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring method and a three-dimensional shape measuring method which can easily measure three-dimensionally even a large object.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object, the present invention has taken the following means to solve the object. That is,
A three-dimensional optical measurement of a partial external shape of the object to be measured is performed in a partial coordinate system by a shape measuring means, and a target having a known three-dimensional positional relationship with the partial coordinate system is provided in the shape measuring means. Position measurement means optically three-dimensionally measures in a whole coordinate system, and based on a relationship between a three-dimensional position of the target in the partial coordinate system and a measurement value of the target in the whole coordinate system, The measured value in the partial coordinate system is converted into a measured value in the overall coordinate system, and the shape measuring means is moved to measure the partial external shape of another portion of the object to be measured, and the position at the position is measured. The three-dimensional shape measuring method is characterized by repeating the measurement of the target and measuring the outer shape of the object to be measured.
[0008]
The target may consist of at least three reference points. Further, the reference point may be a light emitting body. The position measuring means may measure the position of the reference point by triangulation. Further, the position measuring means may include two cameras fixed at a fixed interval, take an image of the reference point with the camera, and measure the position of the reference point by triangulation. The target may have a three-dimensional shape. Alternatively, the target may consist of at least three spheres. The position measuring means may measure the target using moiré fringes.
[0009]
In addition, a target having a known three-dimensional positional relationship with the partial coordinate system is provided in shape measuring means for optically three-dimensionally measuring the partial external shape of the object to be measured in a partial coordinate system,
And a position measuring means for optically and three-dimensionally measuring the target in a general coordinate system; and a moving means for moving the shape measuring means.
Further, based on a relationship between a three-dimensional position of the target in the partial coordinate system and a measured value of the target in the global coordinate system, a measured value of the object to be measured in the partial coordinate system is calculated in the global coordinate system. A conversion unit for converting the measured value to the measured value is provided, and the shape measuring unit is moved by the moving unit, and the measurement of the partial external shape of another portion of the object to be measured and the measurement of the target at that position are repeated. The three-dimensional shape measuring apparatus is characterized by measuring the outer shape of the object to be measured.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, reference numeral 1 denotes an object to be measured, which has, for example, a large three-dimensional shape such as a car body of a passenger car. A shape measuring device 2 for measuring a three-dimensional shape of the DUT 1 is provided. The shape measuring device 2 optically measures a partial outer shape of the DUT 1. The shape measuring device 2 includes a CCD camera 4 and a fringe projector 6, as shown in FIG.
[0011]
In the shape measuring device 2, the fringe projector 6 projects a plurality of gratings on the surface of the device 1, and the CCD camera 4 captures an image of the grating deformed according to the external shape of the device 1. The shape measuring device 2 measures the three-dimensional shape of the DUT 1 based on the deformed grid and the reference grid.
[0012]
The measurement accuracy of the shape measuring device 2 becomes coarser when the region S imaged by the CCD camera 4 becomes wider, and becomes higher when the region S imaged becomes narrower. Therefore, in order to obtain the required measurement accuracy, the area of the region S imaged by the CCD camera 4 is limited, and the partial external shape of the DUT 1 is measured. The shape measuring device 2 outputs a measured value based on a three-dimensional partial coordinate system. The partial coordinate system is a coordinate system of the shape measuring device 2, and when the shape measuring device 2 is moved, the partial coordinate system also moves at the same time.
[0013]
In addition, as shown in FIG. 1, the shape measuring device 2 is integrally provided with three first to third reference points MP1 to MP3 as targets. Each of the first to third reference points MP1 to MP3 may be a light emitting body using a light emitting diode or the like, or may be a mark. The three-dimensional positional relationship of the reference points MP1 to MP3 in the partial coordinate system is measured in advance, and the positions (Pc1, Pc2, Pc3) are known. For example, the first reference point MP1 is provided at the origin Pc1 (0, 0, 0) of the partial coordinate system, the second reference point MP2 is provided at the point Pc2 (a, 0, 0) on the X axis of the partial coordinate system, The third reference point MP3 may be provided at a point Pc3 (0, b, 0) on the Y axis of the partial coordinate system.
[0014]
Further, in the present embodiment, a position measuring device 14 including the first navigation camera 10 and the second navigation camera 12 is provided. The first navigation camera 10 and the second navigation camera 12 are arranged at positions where the first to third reference points MP1 to MP3 can be imaged.
[0015]
The positions of the first navigation camera 10 and the second navigation camera 12 in the three-dimensional overall coordinate system are known, and the distance L between the first navigation camera 10 and the second navigation camera 12 is measured in advance. The first navigation camera 10 measures an angle θ1 with the first reference point MP1, and the second navigation camera 12 measures an angle θ2 with the first reference point MP1. From these angles θ1, θ2 and the interval L, a measured value of the three-dimensional position of the first reference point MP1 in the entire coordinate system is obtained by triangulation.
[0016]
Similarly, a measured value of the three-dimensional position of the second reference point MP2 and the third reference point MP3 in the overall coordinate system is obtained. At this time, when a light emitting body is used for each of the reference points MP1 to MP3, the reference points MP1 to MP3 can be easily determined by sequentially emitting light. Alternatively, each of the reference points MP1 to MP3 may be recognized by simultaneously illuminating the light emitters and recognizing the shape.
[0017]
In addition, the position measuring device 14 is not limited to the one using the two cameras of the first navigation camera 10 and the second navigation camera 12, but uses a laser distance meter to detect the first to third reference points MP1 to MP3. Measurements Pc1 to Pc3 of the three-dimensional position in the whole coordinate system may be obtained.
[0018]
As shown in FIG. 1, the shape measuring device 2, the first navigation camera 10, and the second navigation camera 12 are connected to the conversion control device 16, and the conversion control device 16 uses the partial coordinate system from the shape measuring device 2. While the shape measurement value is input, the position measurement value of the first to third reference points MP1 to MP3 in the entire coordinate system is input from the position measurement device 14.
[0019]
In the present embodiment, the shape measuring device 2 described above is attached to a moving device 18 using an articulated robot, as shown in FIG. By moving the shape measuring device 2 by the moving device 18, the external shape of the DUT 1 can be measured by the shape measuring device 2. The moving device 18 is not limited to the device that moves the shape measuring device 2 in parallel, and may be any device that can move the shape measuring device 2 so that the external shape of the DUT 1 can be measured.
[0020]
Next, the measurement processing performed by the conversion control device 16 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, it is determined whether or not to start the measurement (step 100). If the measurement is to be performed, next, the partial external shape of the DUT 1 is measured by the shape measuring device 2 (step 110). As shown in FIG. 1, the shape measuring device 3 three-dimensionally measures the partial external shape of the region S1 of the DUT 1 in a partial coordinate system. The measured value Ps1 (s1xn, s1yn, s1zn) is output to the conversion control device 16. The subscript n indicates that there are n measurement points.
[0021]
Subsequently, the first navigation camera 10 and the second navigation camera 12 use the three-dimensional position of the first to third reference points MP1 to MP3 in the overall coordinate system when measured by the shape measuring device 2 in step 110. Pg11 to Pg31 are measured (step 120). The positions of the first to third reference points MP1 to MP3 are measured, and the measured values (Pg11, Pg21, Pg31) are output to the conversion control device 16.
[0022]
Next, a coordinate conversion coefficient R1 is calculated based on the measured value of step 120 (step 130). The coordinate conversion coefficient R1 is obtained by calculating the position coordinates (Pc1, Pc2, Pc3) of the known first to third reference points MP1 to MP3 in the partial coordinate system, and the first to third reference points MP1 measured by the processing of step 120. It is calculated by the following equation based on the position coordinates (Pg11, Pg21, Pg31) of .about.MP3.
[0023]
Pg11 = [R1] × Pc1
Pg21 = [R1] × Pc2
Pg31 = [R1] × Pc3
Here, [R1] is a matrix.
[0024]
Subsequently, a measurement value P1 of the region S1 of the DUT 1 in the entire coordinate system is calculated (Step 140). The measured value P1 in the global coordinate system is calculated by the following equation by converting the measured value Ps1 in the partial coordinate system measured in the process in step 110 based on the coordinate conversion coefficient R1 calculated in the process in step 130. .
[0025]
P1 = Ps1 × [R1]
Next, it is determined whether or not the measurement has been completed (step 150). If the measurement is to be continued, the processing of step 100 and subsequent steps is repeated. Then, in the present embodiment, the shape measuring device 2 is moved by the moving device 18 to the next measuring point of the DUT 1. At the time of the movement, the movement need not be a parallel movement, and may be performed so that the first navigation camera 10 and the second navigation camera 12 can image the first to third reference points MP1 to MP3. Then, in the same manner as described above, the partial external shape of the region S2 of the DUT 1 is measured by the shape measuring device 2 in the partial coordinate system (step 110). The measured value Ps2 (s2xn, s2yn, s2zn) is output to the conversion control device 16.
[0026]
Next, the three-dimensional positions (Pg12, Pg22, Pg32) of the moved first to third reference points MP1 to MP3 in the overall coordinate system are measured (step 120). Subsequently, a coordinate conversion coefficient R2 is calculated based on the measured values (Pg12, Pg22, Pg32).
[0027]
Pg12 = [R2] × Pc1
Pg22 = [R2] × Pc2
Pg32 = [R2] × Pc3
Subsequently, a measured value P2 of the area S2 of the DUT 1 in the entire coordinate system is calculated (step 140).
[0028]
P2 = Ps2 × [R2]
The above-described measurement processing is repeated, and in the k-th measurement, the shape measuring device 2 similarly measures the partial external shape of the region Sk of the DUT 1 in the partial coordinate system (step 110). The measured value Psk (skxn, skyn, skzn) is output to the conversion control device 16.
[0029]
Next, three-dimensional positions (Pg1k, Pg2k, Pg3k) of the moved first to third reference points MP1 to MP3 in the overall coordinate system are measured (step 120). Subsequently, a coordinate transformation coefficient Rk is calculated based on the measured values (Pg1k, Pg2k, Pg3k).
[0030]
Pg1k = [Rk] × Pc1
Pg2k = [Rk] × Pc2
Pg3k = [Rk] × Pc3
Subsequently, a measured value Pk of the region Sk of the DUT 1 in the entire coordinate system is calculated (Step 140).
[0031]
Pk = Psk × [Rk]
The measured value in the same overall coordinate system is obtained by the processing in step 140, and the processing in step 100 and subsequent steps is repeatedly performed until the entire measured object 1 is measured, so that the overall external shape of the measured object 1 is three-dimensional. Can be measured.
[0032]
Next, a second embodiment different from the above-described embodiment will be described with reference to FIGS. Note that the same members and processes as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
As shown in FIG. 5, a target 8 is provided integrally with the shape-side fixed device 2, and the target 8 is formed in a polygonal three-dimensional shape. In the present embodiment, the target 8 is formed in a cubic shape, and the left side 8L, the front 8F, and the right side 8R of the target 8 are each formed in a characteristic shape. For example, as shown in FIG. 6, a triangular plane 8La protrudes from the left side surface 8L, and three slopes 8Lb, 8Lc, 8Ld inclined from the triangular plane 8La are formed.
[0033]
Similarly, the front face 8F and the right side face 8R are also formed with protruding triangular planes 8Fa, 8Ra, and three slopes 8Fb, 8Rb, 8Fc, 8Rc, 8Fd, 8Rd inclined from the triangular planes 8Fa, 8Ra. Is formed. However, the directions of the triangular planes 8La, 8Fa, and 8Ra are different from each other on the left side 8L, the front 8F, and the right side 8R, and are formed so that the difference between the left side 8L, the front 8F, and the right side 8R can be determined from this shape. Have been.
[0034]
The first to third reference points αL, βL, and γL, which are the vertices of the triangular plane 8La on the left side surface 8L, are measured in advance in a three-dimensional positional relationship in the partial coordinate system, and the position coordinates in the partial coordinate system are determined. PcαL, PcβL, and PcγL are known. The vertices αF, αR, βF, βR, γF, and γR of the triangular planes 8Fa and 8Ra at the front surface 8F and the right side surface 8R are also measured in advance in the three-dimensional positional relationship in the partial coordinate system. The dimensional position coordinates PcαF, PcαR, PcβF, PcβR, PcγF, and PcγR are known. Also, the shapes of the triangular planes 8La, 8Fa, 8Ra are measured in advance and are known.
[0035]
Further, in the present embodiment, a position-side fixture 24 having a CCD camera 20 and a fringe projector 22 is provided. The CCD camera 20 and the fringe projector 22 are the same as the CCD camera 4 and the fringe projector 6 of the shape-side fixture 2 described above. The position-side fixture 24 is arranged and fixed at a position where the target 8 can be imaged. The position-side determiner 24 captures an image of the target 8 in the entire coordinate system and outputs a three-dimensional measurement value.
[0036]
As shown in FIG. 5, the shape-side fixed device 2 and the position-side fixed device 24 are connected to a conversion control device 16, and the conversion control device 16 receives shape measurement values from the shape-side fixed device 2 in a partial coordinate system. At the same time, the measured value of the target 8 in the entire coordinate system is input from the position-side fixture 24. In the present embodiment, the shape-side fixture 2 described above is attached to a moving device 18 using an articulated robot, as shown in FIG.
[0037]
Next, the measurement processing performed by the conversion control device 16 will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, it is determined whether or not to start the measurement (step 100). If the measurement is to be performed, then, the partial outer shape of the DUT 1 is measured by the shape-side fixture 2 (step 110). As shown in FIG. 5, the shape-side fixed device 2 three-dimensionally measures the partial external shape of the region S1 of the DUT 1 in a partial coordinate system. The measured value Ps1 (s1xn, s1yn, s1zn) is output to the conversion control device 16. The subscript n indicates that there are n measurement points.
[0038]
Subsequently, the target 8 at the time when the shape-side fixture 2 measures by the processing of Step 110 is imaged by the position-side fixture 24 (Step 120a). Then, the posture of the shape-side fixed device 2 is determined from the imaging result (step 120b). The determination of the posture is performed based on the shape of each of the triangular planes 8La, 8Fa, and 8Ra of the captured target 8.
[0039]
For example, as shown in FIG. 5, when the triangular plane 8Fa of the front surface 8F is substantially in front of the position side setter 24, the position side setter 24 has the shape of the triangular plane 8Fa of the front side 8F. Can be accurately measured. Further, when the triangular plane 8La of the left side surface 8L is substantially in front of the position side setter 24, the position side setter 24 accurately measures the shape of the triangular plane 8La of the left side surface 8L. be able to. The same applies to the case of the triangular plane 8Ra of the right side surface 8R. Thereby, the posture of the shape-side fixed device 2 is determined, and the triangular planes 8La, 8Fa, 8Ra from which the reference points are extracted by the processing of the steps described later are determined.
[0040]
Next, the first to third reference points α, β, γ are extracted from the target 8 (step 120c). The first to third reference points α, β, and γ to be extracted are determined from the posture of the shape-side fixed device 2 determined by the processing in step 120b, and the left side surface of the target 8 substantially in front of the position-side fixed device 24. 8L, front 8F, right side 8R.
[0041]
First to third reference points α, β, γ, which are vertices of the selected triangular planes 8La, 8Fa, 8Ra of the left side 8L, the front 8F, and the right side 8R, are extracted, and their three-dimensional coordinates are calculated. You. For example, first to third reference points αF, βF, and γF, which are vertices of a triangular plane 8Fa of the front surface 8F, are extracted, and three-dimensional coordinate values PgαF, PgβF, and PgγF in the entire coordinate system are calculated.
[0042]
Next, a coordinate conversion coefficient R1 is calculated based on the three-dimensional coordinate values PgαF, PgβF, and PgγF in step 120c (step 130). The coordinate conversion coefficient R1 is obtained by calculating the position coordinates PcαF, PcβF, and PcγF of the first to third reference points αF, βF, and γF of the known front surface 8F in the partial coordinate system, and the whole coordinate system measured by the processing in step 120c. It is calculated by the following equation based on the position coordinates PgαF, PgβF, PgγF of the first to third reference points αF, βF, γF.
[0043]
PgαF = [R1] × PcαF
PgβF = [R1] × PcβF
PgγF = [R1] × PcγF
Here, [R1] is a matrix.
[0044]
Subsequently, a measurement value P1 of the region S1 of the DUT 1 in the entire coordinate system is calculated (Step 140). The measured value P1 in the global coordinate system is calculated by the following equation by converting the measured value Ps1 in the partial coordinate system measured in the process in step 110 based on the coordinate conversion coefficient R1 calculated in the process in step 130. .
[0045]
P1 = Ps1 × [R1]
Next, it is determined whether or not the measurement has been completed (step 150). If the measurement is to be continued, the processing of step 100 and subsequent steps is repeated. Then, in the present embodiment, the shape-side fixed device 2 is moved to the next measuring point of the DUT 1 by the moving device 18. At the time of movement, the target 8 may be moved so that the target 8 can be imaged by the position-side fixed unit 24 instead of the parallel movement. Then, in the same manner as described above, the partial outer shape of the region S2 of the DUT 1 is measured by the shape-side fixture 2 in the partial coordinate system (step 110). The measured value Ps2 (s2xn, s2yn, s2zn) is output to the conversion control device 16.
[0046]
Next, an image of the target 8 after the movement is taken (step 120a), the posture of the position-side fixed unit 24 is determined from the result (step 120b), and the first to third reference points α, β, γ is extracted (step 120c). For example, as shown in FIG. 5, when the left side surface 8L of the target 8 is located substantially in front of the position side setter 24, the first to third reference points αL, βL, γL of the left side surface 8L are extracted.
[0047]
Subsequently, a coordinate conversion coefficient R2 is calculated based on the three-dimensional coordinate values PgαL, PgβL, PgγL (step 130).
PgαL = [R2] × PcαL
PgβL = [R2] × PcβL
PgγL = [R2] × PcγL
Subsequently, a measured value P2 of the area S2 of the DUT 1 in the entire coordinate system is calculated (step 140).
[0048]
P2 = Ps2 × [R2]
The measurement process described above is repeated, and in the k-th measurement, similarly, the partial external shape of the region Sk of the DUT 1 is measured in the partial coordinate system by the shape-side fixture 2 (step 110). The measured value Psk (skxn, skyn, skzn) is output to the conversion control device 16.
[0049]
Next, the target 8 after the movement is imaged by the position-side fixture 24, the orientation of the shape-side fixture 2 is determined, and the three-dimensional coordinate values Pgα, Pgβ of the first to third reference points α, β, γ. , Pgγ are extracted (steps 120a, 120b, 120c). Subsequently, a coordinate conversion coefficient Rk is calculated (step 130).
[0050]
Pgα (L, F, R) k = [Rk] × Pcα (L, F, R)
Pgβ (L, F, R) k = [Rk] × Pcβ (L, F, R)
Pgγ (L, F, R) k = [Rk] × Pcγ (L, F, R)
Subsequently, a measured value Pk of the region Sk of the DUT 1 in the entire coordinate system is calculated (Step 140).
[0051]
Pk = Psk × [Rk]
The measured value in the same coordinate system is obtained by the processing in step 140, and the entire outer shape of the measured object 1 is measured three-dimensionally by repeating the processing in step 100 and subsequent steps until the entire measured object 1 is measured. can do.
[0052]
Next, a third embodiment different from the above-described embodiment will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the target is different from the above-described embodiment, and the target includes three spheres 30, 31, and 32. The diameters of the spheres 30, 31, and 32 are measured in advance and are known, and the center position coordinates Pcα, Pcβ, and Pcγ of the spheres 30, 31, and 32 in the partial coordinate system are known.
[0053]
As shown in FIG. 9, the spheres 30, 31, and 32 serving as the targets are imaged by the position-side determiner 24 (step 120a), and the positions of the center positions of the spheres 30, 31, and 32 in the overall coordinate system are extracted. Thereby, three reference points can be extracted (step 120c). In FIG. 9, the same steps as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. Thereby, similarly to the above-described embodiment, the entire external shape of the DUT 1 can be measured three-dimensionally.
[0054]
The present invention is not limited to such an embodiment at all, and can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.
[0055]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the method and the apparatus for measuring a three-dimensional shape of the present invention, even if the object to be measured is large, the three-dimensional shape can be easily measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus as one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a shape measuring instrument according to the present embodiment.
FIG. 3 is a front view of a moving device that moves the shape measuring device according to the present embodiment.
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a measurement process performed in the conversion control device according to the embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a three-dimensional shape measuring apparatus as a second embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a target according to a second embodiment.
FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a measurement process performed in the conversion control device according to the second embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram of a target according to a third embodiment.
FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a measurement process performed in the conversion control device according to the third embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Measurement object 2 ... Shape measuring device 4,20 ... CCD camera 6,22 ... Fringe projector 8 ... Target 10 ... First navigation camera 12 ... Second navigation camera 14,24 ... Position measuring device 16 ... Conversion control device 18 ... Movement device 30,31,32 ... Sphere

Claims

A three-dimensional optical measurement of a partial external shape of the object to be measured is performed in a partial coordinate system by a shape measuring means, and a target having a known three-dimensional positional relationship with the partial coordinate system is provided in the shape measuring means. Position measurement means optically three-dimensionally measures in a whole coordinate system, and based on a relationship between a three-dimensional position of the target in the partial coordinate system and a measurement value of the target in the whole coordinate system, The measured value in the partial coordinate system is converted into a measured value in the overall coordinate system, and the shape measuring means is moved to measure the partial external shape of another portion of the object to be measured, and the position at the position is measured. A three-dimensional shape measuring method, characterized by repeatedly measuring a target and measuring an outer shape of the object to be measured.

The method according to claim 1, wherein the target comprises at least three reference points.

3. The three-dimensional shape measuring method according to claim 2, wherein the reference point is a light emitter.

The three-dimensional shape measuring method according to claim 2 or 3, wherein the position measuring means measures the position of the reference point by triangulation.

The said position measuring means is provided with two cameras fixed at fixed intervals, images the reference point by the camera, and measures the position of the reference point by triangulation. Item 3. The three-dimensional shape measuring method according to Item 3.

The method according to claim 1, wherein the target has a three-dimensional shape.

The three-dimensional shape measuring method according to claim 1, wherein the target comprises at least three spheres.

The three-dimensional shape measuring method according to claim 6, wherein the position measuring unit measures the target using moiré fringes.

A shape measuring means for optically three-dimensionally measuring the partial external shape of the object to be measured in a partial coordinate system is provided with a target whose three-dimensional positional relationship with the partial coordinate system is known,
And a position measuring means for optically and three-dimensionally measuring the target in a general coordinate system; and a moving means for moving the shape measuring means.
Further, based on a relationship between a three-dimensional position of the target in the partial coordinate system and a measured value of the target in the global coordinate system, a measured value of the measured object in the partial coordinate system is calculated in the global coordinate system. A conversion unit for converting the measured value into a measured value is provided, and the shape measuring unit is moved by the moving unit, and the measurement of the partial external shape at another portion of the object to be measured and the measurement of the target at that position are repeated. A three-dimensional shape measuring apparatus for measuring an outer shape of the object to be measured.