JP2004526972A - 測定空間内の点の特定方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、測定空間内の点を特定する方法に関する。本発明によると、測定装置（１）は、同じ測定空間に対して較正され、ポインタは、点の座標を用いて点を指し、指された点の位置は、測定装置によって測定される。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定技術に関する。本発明は、特に、既知の対象物における既知の点の測定、または空間の所定の点における反射面の存在を確認するとともにこの反射面の正確な位置を求めるためなどに使用可能な方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術では、対象物の表面上の点を測定する種々の方法が知られている。フィンランド特許第８７９５１号には、２つのレーザポインタによって三次元空間における点を特定する方法が開示されている。一般的に、対象物の表面上の点を測定するときには、対象物をジグに正確に固定して上述の特許の明細書に記載の方法または手作業などにより測定する点を特定する。
【０００３】
フィンランド特許第７４５５６号には、二次元空間の三次元監視方法が開示されている。この方法では、上記の空間は、互いから離間されているとともに互いに対して固定された角度に設けられた少なくとも２つの画像録画装置によって監視される。これらの画像録画装置が受信した画像はデジタル化され、録画装置の画面上に目標点が設けられる。これらの目標点の画像上の座標と所定の定数を使用して、監視される三次元空間における目標点の座標が計算される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、測定空間内の点を迅速に特定かつ測定することができる新規な方法を開示することである。本発明の目的は、特に、測定空間に位置する対象物の点を特定する新規な方法を開示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、測定空間内の点が特定され、この測定空間は、パルスを発するポインタが指す点を含み、パルスの反射が測定装置によって測定され、これにより、測定空間内で反射を生じさせた点の位置が特定可能となる。
【０００６】
本発明の実施例では、フィンランド特許第７４５５６号明細書に記載の測定装置が、上記の明細書に記載の方法で三次元の測定空間に対して較正されるとともに、フィンランド特許第８７９５１号明細書に記載のレーザポインタが、同じ空間に対して較正され、これにより、レーザポインタと測定装置との間に関係、つまり数学的モデルが作成され、この関係つまりモデルは、ポインタが測定空間のある点を指すために必要なポインタ位置を計算するために使用可能である。この数学的モデルとともにポインタの制御に必要な指令および測定装置から得られたデータの処理に必要な方程式は、コンピュータにプログラムされることが好ましい。測定装置は空間内の対象物の位置を測定し、演算器は対象物の位置、ポインタと測定空間、対象物のモデル内の点の座標との関係を用いて、ポインタに送信すべき座標を計算する。この計算は、単純な座標変換を含むが、本発明では詳しい説明は省略する。この好適実施例の前提条件は、対象物のモデルがなんらかの方法で既知であることである。このモデルは、ＣＡＤモデルまたは演算器が処理可能な形態のモデルを含みうる。
【０００７】
本発明の好適実施例では、指された点とポインタとの距離は、ファゾメーターの原理に基づいて測定され、これにより、ポインタが送信した信号の反射時間が測定されるとともに、反射点とポインタとの距離が、この反射時間と（例えば自然定数ｃである）信号速度とによって計算される。測定装置に対するポインタの位置は既知であるので、上記の距離は、測定された点の座標の確認または調整に使用可能である。
【０００８】
本発明の方法では、測定空間内の所定の位置に反射面が存在しているかを迅速に確認することができる。また、ジグもしくはその同等物を使用せずに、対象物の１つまたはそれ以上の点を測定することで、その絶対位置または例えば部品の精度を測定することができる。さらに、本発明の方法では、例えばＣＡＤモデルまたはコンピュータで読取り可能な相当するモデルの使用が可能であるので、測定される対象物は、迅速に交換可能であり、測定される各々の対象物は異なっていてもよい。本発明の方法は、サイクルタイムが短い生産における品質管理に必要な要素として適用可能であり、サイクルタイム内に製造される対象物の異なる位置における複数の点が測定可能である。また、複雑な対象物の表面において等距離の複数の点を測定する場合も、対象物のモデルにおいてこれらの点を求め、その座標をポインタに適合するポインタ空間に変換することによって容易に達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
続いて、本発明の方法を示す図面を参照しながら実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１０】
図１は、２つのカメラとこれらのカメラに接続された演算器とを含む測定装置１を示している。演算器は、カメラが提供する情報の処理に必要な手段を含む。典型的には、カメラは、デジタルカメラであり、２つまたはそれ以上のカメラが含まれうる。演算器は、カメラから得た情報を処理するとともにこの情報に基づいて三次元モデルを作成するために必要なデータを含む。本発明の実施例の測定装置は、フィンランド特許第７４５５６号に開示された構成に対応しているが、本発明は、ここに開示した実施例に限定されるものではなく、測定空間の三次元監視に適した全ての測定装置が適用可能である。
【００１１】
カメラは、例えば、可視光線、赤外線、または他の電磁放射線、音や波動を録画することができる。しかし、測定装置で測定される波動は、ポインタが所定の点を指しているときに指している点から波動が反射されるか、もしくは指していることで、蛍光発光などによりこの点から波動が放射状に広がるものである。
【００１２】
測定空間に対する測定装置の較正（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）は、従来技術で周知であり、本発明では詳しく説明しない。上述の同じ演算器４と関連してポインタ２が設けられている。このポインタは、少なくとも放射源と、放射線ビームの方向角を調整して目標空間内で放射線ビームを整列させる調整手段と、を含み、放射源は好ましくはレーザである。ポインタは、赤外線、紫外線、または超音波のポインタなどのあらゆるポインタとすることができる。ポインタは、演算器にも接続されており、ポインタの位置は調整可能である。本発明では、ポインタは、測定装置に対して較正されている。較正は、測定空間内の種々の点にポインタを向けることによって行われ、これらの点の正確な位置は、既知であるかまたは測定装置によって測定される。ポインタが上述の点を指しているときに、ポインタの角度および姿勢も測定される。ポインタの姿勢および測定空間内の上述の点の位置が測定装置に知られており、かつ上述のような点が少なくとも３つある場合には、三次元の測定空間内の点を二次元のポインタ空間の点に変換する数学的な方程式を得ることができる。ポインタ空間は、ポインタを中心とする球座標系で、変数がαとβ、すなわち２つの角度のみであることが好ましく、ポインタビームは光線であり、この光線は、座標変換により放射することができる。
【００１３】
好適な一実施例では、直角座標系が使用され、換言すれば、レーザポインタから得られる座標（ｘ，ｙ）は、カメラから得られる画像上の座標と同様のものとなる。この場合には、角度の代わりに光線とポインタの前方に配置された仮想平面との交点（ｘ，ｙ）に対応する値が得られる。これにより、異なる角度のレーザポインタによって生じる光線が同じ点で交差しない場合に、状態の管理が容易になる。ミラースキャナでは、ほとんどの場合にこのようになる。測定空間とポインタ空間との間の関係が既知であるので、この関係を演算器に記憶して座標変換を自動的に行うことができる。
【００１４】
本発明の好適な一実施例では、この方法は、所定の空間部分における点を測定するために使用される。この実施例では、ポインタは、この空間部分を通るように向けられ、ポインタが発した光線がこの部分から反射したかどうかを判断するために測定装置によって測定がなされるとともに、反射光線の位置が測定される。この実施例は、例えば設置の確認のために使用可能である。本発明の第２の実施例では、測定空間は、品質管理装置の一部であり、監視される対象物は、少なくとも部分的に測定空間内にあるとともに、その正確な位置が測定装置によって求められる。その後、ポインタによって、所望の１つまたは複数の点を指して、これらの点の正確な位置を測定することができる。この前提条件は、対象物のモデルがなんらかの方法で既知であることであり、これにより、対象物の位置を求めた後で、対象物のモデルにおいて測定される点の座標が既知であれば、測定装置によって座標変換を行うことができる。
【００１５】
座標変換は、対象物のモデルの座標から測定空間に対して、続いてポインタ空間に対して行われる。対象物のモデルは、どのようなモデルでもよく、好ましくはコンピュータに記憶可能なモデルであり、この場合にはモデルが迅速に交換可能であるので、測定される対象物も異なる対象物と迅速に交換可能となる。
【００１６】
この実施例は、パターン認識と組み合わせることもできる。この場合には、対象物が認識され、この認識に基づいてモデルが選択されるとともに、対象物の所望の点がパターン認識によって選択されたモデルに基づいて測定される。本発明の好適な一実施例では、複数のポインタが使用され、これらのポインタは全て測定装置の測定空間に対して較正されている。例えば、対象物全体のイメージを測定装置によって生成するときに、これらのポインタで対象物の異なる点を同時に指すことができる。測定される対象物の公差は、一般にあまり大きくなく、ポインタが指す位置の座標は、元のモデルによって求められる座標に非常に近くなると予想されるので、測定された点の位置の計算は、このような位置の近傍から測定装置が提供するデータ部分を利用しなければ実行できない。従って、測定装置が提供するデータをコンピュータによって処理するときに、異なるポインタが指した点を容易に区別することができ、大量または余分なデータを処理する必要がなくなるとともに、処理および測定がより迅速に行われる。
【００１７】
本発明の好適な一実施例によると、ポインタが指す点さらには（例えばポインタに戻るように）測定空間の既知の位置へと至るポインタが発するパルスの通過時間が測定され、この時間と（例えば自然定数である）パルスの進行速度に基づいて、測定空間の既知の部分と点との正確な距離が求められる。この距離は、測定装置が提供するデータに基づいて計算される点の位置を確認または調整するために利用可能である。
【００１８】
本発明は、上述の実施例によって限定されるものではなく、請求項によって定められる発明の思想の範囲内であれば変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る方法の概略説明図である。

Claims (15)

1. 測定装置（１）を三次元の測定空間（３）に対して較正し、
   ポインタ（２）を同じ測定空間（３）に対して較正し、
   点（８）の座標を利用して、この点（８）を前記ポインタ（２）で指し、
   前記測定装置（１）を用いてこのように指した点（９）の位置を測定するステップをそれぞれ含むことを特徴とする測定空間（３）内の点（８）の特定方法。
2. 前記ポインタ（２）の較正は、該ポインタ（２）で前記測定空間（３）内の地点を指し、前記地点の位置を前記測定装置（１）で測定することによって行われることを特徴とする請求項１記載の特定方法。
3. 前記ポインタ（２）の較正時に、前記測定装置に対する該ポインタ（２）の位置が求められることを特徴とする請求項１または２に記載の特定方法。
4. 前記ポインタ（２）の位置データを利用して、測定空間（３）の座標系をポインタを中心とする球座標系に変換する方程式が得られることを特徴とする請求項３に記載の特定方法。
5. 前記ポインタ（２）の位置データを利用して、測定空間（３）の座標系を直角座標系に変換する方程式が得られることを特徴とする請求項３に記載の特定方法。
6. 前記点（８）は、対象物（５）に含まれており、この対象物のモデル（６）および前記測定空間（３）内の位置（７）が少なくとも部分的に既知であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の特定方法。
7. 前記対象物（５）の位置（７）は、測定装置（１）によって測定されることを特徴とする請求項６に記載の特定方法。
8. 前記測定空間（１）内の点（８）の座標は、前記測定空間（１）内の前記対象物（５）の位置（７）と該対象物（５）のモデル（６）の前記点（８）に対応する点の位置とに基づいて計算されることを特徴とする請求項７に記載の特定方法。
9. 前記対象物（５）のモデル（６）は、ＣＡＤモデルであることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の特定方法。
10. ２つまたはそれ以上のポインタ（２）が使用されることを特徴とする請求項１〜９に記載の特定方法。
11. 前記ポインタ（２）にデータを送信可能であり、かつ前記測定装置（１）からデータを受信可能であるコンピュータを使用して計算がなされることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の特定方法。
12. 前記ポインタ（２）は、白色光を使用するものであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の特定方法。
13. 前記ポインタと該ポインタが指す点との間の距離は、ファゾメーター原理に従って測定され、この情報は、前記ポインタが指す点の位置データを調整するために使用されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の特定方法。
14. 前記測定装置（１）は、光学式カメラ装置であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の特定方法。
15. 前記ポインタ（２）は、前記対象物の複数の点を同時に指すことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の特定方法。

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