JP2016519757A - 三次元座標スキャナと操作方法 - Google Patents

Abstract

プロジェクタとカメラとを含むアセンブリがプロセッサとともに使用されて、物体表面の三次元（３Ｄ）座標を判断する。プロセッサは、収集された３Ｄ座標を、表面特徴の形状について提供された数学的表現に適合させる。プロセッサは、測定された３Ｄ座標をこの形状に適合させ、適合度が許容可能でない場合には、アセンブリの姿勢の変更、光源の照射レベルの変更、伝送パターンの変更のうち少なくとも一つを選択および実施する。現場での変更により、別のスキャンが行われて３Ｄ座標を取得する。

Description

ここに開示される主題は、三次元座標スキャナに、詳しくは多数のデータ獲得方式を有する三角測距式スキャナに関する。

物体または環境の三次元座標の獲得は知られている。例えば飛行時間または三角測距方法など、様々な技術が使用されうる。レーザトラッカ、トータルステーション、または飛行時間スキャナなどの飛行時間システムは、レーザビームなどの光線を再帰反射器ターゲットまたは物体表面上のスポットへ向ける。光がターゲットまたはスポットに達してから戻るのに要する時間長に基づいてターゲットまたはスポットまでの距離を判断するのに、絶対距離計が使用される。レーザビームまたはターゲットを物体の表面上で移動させることにより、物体の座標が確認される。飛行時間システムは、比較的高精度を有するという利点を有するが、いくつかの事例では、飛行時間システムは通常、表面上の各ポイントを個別に測定しなければならないので、他のいくつかのシステムよりも低速である。

対照的に、三次元座標を測定するのに三角測距法を使用するスキャナは、直線上の光パターン（レーザ線プローブからのレーザ線など）と、エリアを被覆する光パターン（構造化光など）のいずれかを表面に投影する。カメラとプロジェクタとを例えば共通のフレームに装着することにより、カメラがプロジェクタに固定関係で結合される。プロジェクタから放射された光は、表面で反射されてカメラにより検出される。カメラとプロジェクタとは固定関係で配置されるので、三角法の原理を使用して物体までの距離が判断されうる。触覚プローブを使用する座標測定装置と比較して、三角測距システムは広いエリアにわたって座標データを迅速に獲得できるという利点を提供する。ここで使用される際に、三角測距システムにより提供される三次元座標値の収集結果は、ポイントクラウドデータ（point cloud data）または単純にポイントクラウドと呼ばれる。

幾つかの問題点が、レーザスキャナを使用するときの高精度のポイントクラウドデータの獲得を妨げる。これらは、例えば、物体表面の反射率の変化または投影光に対する表面の入射角の変化を結果的に生じる、カメラ像面で受容される光のレベル変化、孔のエッジなどエッジ付近での低解像度、多経路干渉を含むが、これらに限定されるわけではない。いくつかの事例では、オペレータは問題に気付かないか、これを解消することができない。これらの事例では、欠損または欠陥のあるポイントクラウドデータが結果的に生じる。

したがって、既存のスキャナはその想定目的に適しているが、不適切な条件に適応してデータ点獲得を改良できるスキャナを提供するという点では特に、改良の必要性が残っている。

本発明の一態様によれば、物体の表面上の点の三次元座標を判断する方法が提供され、この方法は、第１プロジェクタと第１カメラとを含むアセンブリを提供することであって、第１プロジェクタと第１カメラとが相互に対して固定され、第１プロジェクタと第１カメラとの間に基線距離が設けられ、第１プロジェクタが光源を有し、第１カメラがレンズと感光アレイとを有することと、第１プロジェクタと第１カメラとに電気結合されるプロセッサを提供することと、表面上の特徴の形状の数学的表現を提供することと、許容適合度の値を提供することと、第１プロジェクタからの第１伝送光を物体へ送出することと、第１カメラにより第１反射光を獲得して相応の第１信号をプロセッサへ送出することであって、第１反射光が、表面から反射した第１伝送光の一部分であることと、プロセッサにより表面上の第１点の三次元（３Ｄ）座標の第１測定集合を判断することであって、第１測定集合が第１伝送光と第１信号と基線距離とに少なくとも部分的に基づくことと、プロセッサにより第１測定点部分集合を判断することであって、第１測定点部分集合が表面上の第１点の部分集合であり、第１測定点部分集合が特徴に対応する測定点であることと、プロセッサにより、第１測定点部分集合の３Ｄ座標を特徴の形状について提供された数学的表現に適合させることであって、適合が、第１測定点部分集合の３Ｄ座標を第１導出点部分集合の３Ｄ座標と比較して残余誤差の収集結果を取得することを含み、第１導出点部分集合が、特徴の形状に位置する点の収集結果であり、残余誤差の収集結果のうちの残余誤差の各々が、第１測定部分集合および第１導出部分集合の対応の３Ｄ座標の分離度測定値であり、適合がさらに、形状の位置および配向を数学的に調節して最小化規則にしたがって残余誤差の収集結果を最小化することで構成されることと、プロセッサにより、測定適合度を判断することであって、測定適合度が、残余誤差の収集結果から取得される数学的導出量であることと、プロセッサにより、測定適合度と許容適合度との比較に少なくとも部分的に基づいて第１測定点部分集合の３Ｄ座標が許容可能であるかどうかを判断することと、プロセッサにより、第１測定点部分集合の３Ｄ座標が許容可能であるかどうかに少なくとも部分的に基づいて３Ｄ座標の第１測定集合が許容可能であるかどうかを判断することと、３Ｄ座標の第１測定集合が許容可能である場合に３Ｄ座標の第１測定集合を記憶することと、３Ｄ座標の第１測定集合が許容可能でない場合に、ステップ（ａ）〜（ｅ）、つまり、（ａ）行うべき少なくとも一つの動作をプロセッサにより選択してこの動作を行うステップであって、少なくとも一つ動作が、アセンブリの姿勢の変更と、光源の照射レベルの変更と、伝送光のパターンの変更と、機械的プローブを照射してプローブ上のスポット光を第１カメラで撮像することにより特徴を測定することで構成されるグループから選択されるステップと、（ｂ）第１プロジェクタから物体へ第２伝送光を送出するか、物体との接触状態に保持される機械的プローブにスポット光を照射するステップと、（ｃ）第１カメラにより第２反射光を獲得し、相応の第２信号をプロセッサへ送出するステップであって、第２反射光が表面または機械的プローブから反射した第２伝送光の一部分であるステップと、（ｄ）プロセッサにより表面上の第２点の３Ｄ座標の第２測定集合を判断することであって、３Ｄ座標の第２測定集合が第２伝送光と第２信号と基線距離とに少なくとも部分的に基づくステップと、（ｅ）３Ｄ座標の第２測定集合を記憶するステップとを行うこととを含む。

本発明の別の態様によれば、物体の表面上の点の三次元座標を判断する方法が提供され、この方法は、第１プロジェクタと第１カメラと第２カメラとを含むアセンブリを提供することであって、第１プロジェクタと第１カメラと第２カメラとが相互に対して固定され、第１プロジェクタと第１カメラとの間に第１基線距離が設けられ、第１プロジェクタと第２カメラとの間に第２基線距離が設けられ、第１プロジェクタが光源を有し、第１カメラが第１レンズと第１感光アレイとを有し、第２カメラが第２レンズと第２感光アレイとを有することと、第１プロジェクタと第１カメラと第２カメラとに電気結合されるプロセッサを提供することと、表面上の特徴の形状の数学的表現を提供することと、許容適合度の値を提供することと、第１伝送光を第１プロジェクタから物体へ送出することと、第１カメラにより第１反射光を獲得し、相応の第１信号をプロセッサへ送出することであって、第１反射光が表面から反射した第１伝送光の一部分であることと、表面上の第１点の三次元（３Ｄ）座標の第１測定集合をプロセッサにより判断することであって、第１測定集合が第１伝送光と第１信号と第１基線距離とに少なくとも部分的に基づくことと、第１測定点部分集合をプロセッサにより判断することであって、第１測定点部分集合が表面上の第１点の部分集合であり、第１測定点部分集合が特徴に対応する測定点であることと、プロセッサにより第１測定点部分集合の３Ｄ座標を特徴の形状について提供された数学的表現に適合させることであって、適合が、第１測定点部分集合の３Ｄ座標を第１導出点部分集合と比較して残余誤差の収集結果を取得することを含み、第１導出点部分集合が特徴の形状に位置する点の収集結果であり、残余誤差の収集結果のうちの残余誤差の各々が、第１測定部分集合と第１導出部分集合との対応の３Ｄ座標の分離度測定値であり、適合がさらに、形状の位置および配向を数学的に調節して、最小化規則に従って残余誤差の収集結果を最小化することで構成されることと、測定適合度をプロセッサにより判断することであって、測定適合度が、残余誤差の収集結果から取得される数学的導出量であることと、測定適合度と許容適合度との比較に少なくとも部分的に基づいて第１測定点部分集合の３Ｄ座標が許容可能であるかどうかをプロセッサにより判断することと、第１測定点部分集合の３Ｄ座標が許容可能であるかどうかに少なくとも部分的に基づいて、３Ｄ座標の第１測定集合が許容可能であるかどうかをプロセッサにより判断することと、３Ｄ座標の第１測定集合が許容可能である場合に、３Ｄ座標の第１測定集合を記憶することと、３Ｄ座標の第１測定集合が許容可能でない場合に、ステップ（ａ）〜（ｅ）、つまり、（ａ）行うべき少なくとも一つの動作をプロセッサにより選択してこの動作を行うステップであって、アセンブリの照射視野の変更と、アセンブリの姿勢の変更と、光源の照射レベルの変更と、伝送光のパターンの変更と、機械的プローブを照射してプローブでスポット光を第１カメラにより撮像することにより特徴を測定することで構成されるグループから少なくとも一つの動作が選択される、ステップと、（ｂ）第１プロジェクタからの第２伝送光を物体へ送出するか、物体との接触状態にある機械的プローブにスポット光を照射するステップと、（ｃ）第２反射光を撮像器により獲得し、相応の第２信号をプロセッサへ送出するステップであって、第２反射光が表面または機械的プローブから反射された第２伝送光の一部分であり、少なくとも一つの動作がアセンブリの照射視野の変更を含まない場合に撮像器が第１カメラであり、少なくとも一つの動作がアセンブリの照射視野を含む場合に撮像器が第２カメラであるステップと、（ｄ）表面上の第２点の３Ｄ座標の第２測定集合をプロセッサにより判断することであって、３Ｄ座標の第２測定集合が第２伝送光と第２信号とに少なくとも部分的に基づくステップと、（ｅ）３Ｄ座標の第２測定集合を記憶するステップとを行うこととを包含する。

本発明の別の態様によれば、物体の表面上の点の三次元座標を判断するための方法が提供され、この方法は、第１プロジェクタと第１カメラと第２プロジェクタと第２カメラとを含むアセンブリを提供することであって、第１プロジェクタと第１カメラと第２プロジェクタと第２カメラとが相互に対して固定され、第１プロジェクタと第１カメラとの間に第１基線距離が設けられ、第２プロジェクタと第２カメラとの間に第２基線距離が設けられ、第１プロジェクタが第１光源を有し、第１カメラが第１レンズと第１感光アレイとを有し、第２プロジェクタが第２光源を有し、第２カメラが第２レンズと第２感光アレイとを有することと、第１プロジェクタと第１カメラと第２プロジェクタと第２カメラとに電気結合されるプロセッサを提供することと、表面上の特徴の形状の数学的表現を提供することと、許容適合度の値を提供することと、第１プロジェクタから物体へ第１伝送光を送出することと、第１カメラにより第１反射光を獲得し、相応の第１信号をプロセッサへ送出することであって、第１反射光が、表面から反射された第１伝送光の一部分であることと、表面上の第１点の三次元（３Ｄ）座標の第１測定集合をプロセッサにより判断することであって、第１測定集合が第１伝送光と第１信号と第１基線距離とに少なくとも部分的に基づくことと、プロセッサにより第１測定点部分集合を判断することであって、第１測定点部分集合が表面上の第１点の部分集合であり、第１測定点部分集合が特徴に対応する測定点であることと、プロセッサにより第１測定点部分集合の３Ｄ座標を特徴の形状について提供された数学的表現に適合させることであって、適合が、第１測定点部分集合の３Ｄ座標を第１導出点部分集合の３Ｄ座標と比較して残余誤差の収集結果を取得することを含み、第１導出点部分集合が、特徴の形状に位置する点の収集結果であり、残余誤差が、第１測定部分集合と第１導出部分集合との対応の３Ｄ座標の分離度測定値であり、適合がさらに、形状の姿勢を数学的に調節して最小化規則に従って残余誤差を最小化することで構成されることと、プロセッサにより測定適合度を判断することであって、測定適合度が残余誤差の収集結果から取得された数学的導出量であることと、測定適合度と許容適合度との比較に基づいて第１集合が許容可能であるかどうかをプロセッサにより判断することと、測定特徴の第１集合が許容可能である場合に、第１３Ｄ座標集合を記憶することと、測定特徴の第１集合が許容可能でない場合に、ステップ（ａ）〜（ｅ）、つまり、（ａ）行われるべき少なくとも一つの動作をプロセッサにより選択してこの動作を行うステップであって、アセンブリの照射視野の変更と、アセンブリの姿勢の変更と、光源の照射レベルの変更と、伝送光のパターンの変更と、機械的プローブを照射してプローブのスポット光を第１カメラで撮像することにより特徴を測定することで構成されるグループから少なくとも一つの動作が選択されるステップと、（ｂ）光伝送器からの第２伝送光を物体へ送出するか、物体との接触状態に保持される機械的プローブにスポット光を照射するステップであって、少なくとも一つの動作がアセンブリの照射視野の変更を含まない場合に第１光伝送器が第１プロジェクタであり、少なくとも一つの動作がアセンブリの照射視野の変更を含む場合に光伝送器が第２プロジェクタであるステップと、（ｃ）撮像器により第２反射光を獲得し、相応の第２信号をプロセッサへ送出することであって、第２反射光が表面または機械的プローブから反射した第２伝送光の一部分であり、少なくとも一つの動作がアセンブリの照射視野の変更を含まない場合に撮像器が第１カメラであり、少なくとも一つの動作がアセンブリの照射視野の変更を含む場合に撮像器が第２カメラであるステップと、（ｄ）表面上の第２点の３Ｄ座標の第２測定集合をプロセッサにより判断することであって、３Ｄ座標の第２測定集合が第２伝送光と第２信号とに少なくとも部分的に基づくステップと、（ｅ）３Ｄ座標の第２測定集合を記憶するステップとを行うこととを含む。

以上および他の利点および特徴は、図面とともに解釈される以下の説明からより明白になるだろう。

発明と考えられる主題が詳しく指摘され、明細書の最後の請求項で明確に請求される。本発明の以上および他の特徴および利点は、添付図面とともに解釈されると以下の詳細な説明から明白である。

本発明の実施形態によるスキャナの概略上面図である。 図１のスキャナを操作する方法を示す流れ図である。 本発明の別の実施形態によるスキャナの概略上面図である。 図３のスキャナを操作する方法を示す流れ図である。 一実施形態によるレーザスキャナの要素の概略図である。 一実施形態によるスキャナを操作する方法を示す流れ図である。 本発明の別の実施形態によるスキャナの概略上面図である。 一実施形態によるスキャナを操作する方法を示す流れ図である。 本発明の実施形態による遠隔プローブ装置とともに使用されるスキャナの斜視図である。 本発明の実施形態による遠隔プローブ装置とともに使用されるスキャナの斜視図である。 図５のスキャナを操作する方法を示す流れ図である。 一実施形態によるスキャナの概略上面図である。 図１０のスキャナを操作する方法を示す流れ図である。 一実施形態による診断方法を示す流れ図である。 三角測量スキャナにより行われる測定で発生する問題を解消するためのプロセッサにより自動的に実行される手順を示す流れ図である。

詳細な説明では、図面を参照して、本発明の実施形態を利点および特徴とともに例として説明する。

本発明の実施形態は、スキャナにより獲得されるデータポイントクラウドの三次元座標の信頼性および精度を高めるという利点を提供する。本発明の実施形態は、獲得データの異常を検出し、スキャナの操作を自動的に調節して所望の結果を得るという利点を提供する。本発明の実施形態は、獲得データの異常を検出して、付加的なデータ獲得が必要とされるエリアについてオペレータに指示を与えるという利点を提供する。本発明のまたさらなる実施形態は、獲得データの異常を検出して、付加的なデータ獲得が遠隔プローブで獲得されうる際にオペレータに指示を与えるという利点を提供する。

スキャナ装置は、物体の三次元座標データを獲得する。一実施形態において、図１に示されたスキャナ２０は、第１カメラと第２カメラとプロジェクタ２８とを含むハウジング２２を有する。プロジェクタ２８は、物体３４の表面３２へ光３０を放射する。例示的実施形態において、プロジェクタ２８は、パターン発生器を照射する可視光源を使用する。可視光源は、例えばレーザ、スーパールミネセントダイオード、白熱光、キセノンランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、または他の発光装置でありうる。一実施形態において、パターン発生器は、構造化光パターンがエッチングされたクロムオンガラスのスライドである。スライドは、必要に応じて定位置へ、また定位置から移動する単一パターンまたは多数パターンを有しうる。スライドは、手動または自動で操作位置に設置されうる。他の実施形態において、ソースパターンは、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより製造されるデジタル光プロジェクタ（ＤＬＰ）などのデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）、液晶装置（ＬＣＤ）、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）装置、反射モードではなく伝導モードで使用される類似の装置により反射または伝導される光でありうる。プロジェクタ２８はさらに、所望エリアを被覆するように射出光を変更するレンズシステム３６を含みうる。

一実施形態において、プロジェクタ２８は、構造化光をエリア３７に放射するように構成可能である。ここで使用される際に、「構造化光」は、物体上の点の座標を判断するのに使用されうる情報を伝える、物体のあるエリアに投影される光の二次元パターンを指す。一実施形態において、構造化光パターンは、エリア内に載置される少なくとも三つの非共線状パターン要素を内含する。三つの非共線状パターン要素の各々は、点座標を判断するのに使用されうる情報を伝える。別の実施形態では、エリアパターンとともに直線パターンを投影するように構成可能であるプロジェクタが設けられる。一実施形態において、プロジェクタは、二つの間で前後に切り換わるように構成されたデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）である。一実施形態において、ＤＭＤプロジェクタは、ラスタパターンで直線を掃引するか、点を掃引しうる。

概して、二つのタイプの構造化光パターン、つまり符号化光パターンと非符号化光パターンが設けられる。ここで使用される際に、符号化光パターンは、単一の像を獲得することにより物体の被照射表面の三次元座標が得られるものである。符号化光パターンでは、投影装置が物体に対して移動している間にポイントクラウドデータを取得および記録することが可能である。符号化光パターンの一つのタイプは、直線上に配置された要素の集合（幾何学的形状など）を含み、要素のうち少なくとも三つが非共線状である。このようなパターン要素はその配置のため認識可能である。

対照的に、ここで使用される非符号化構造化光パターンは、単一パターンによる測定を可能にしないパターンである。一連の非符号化光パターンが順次、投影および撮像される。この事例では、物体に対して固定されたままプロジェクタを保持することが通常は必要である。

スキャナ２０は符号化と非符号化のいずれかの構造化光パターンを使用しうることが認識されるべきである。構造化光パターンは、「ＳＰＩＥ会報」第７９３２号で発表されたＪａｓｏｎ Ｇｅｎｇによる雑誌論文「ＤＬＰベースの構造化光３Ｄ撮像技術および応用」に開示されたパターンを含みうる。加えて、以下で説明されるいくつかの実施形態において、プロジェクタ２８はパターン形成された掃引線状光または掃引点状光を伝導する。掃引される線状および点状の光は、多経路干渉など何らかのタイプの異常を特定する際にエリア状の光よりも有利である。スキャナが静止されたままで直線を自動的に掃引することも、表面点のより均一なサンプリングが得られるという点で有利である。

第１カメラ２４は、センサの視野内にエリア４８のデジタル像／表示を生成する感光センサ４４を含む。センサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）タイプのセンサ、または例えばピクセルのアレイを有する相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）タイプのセンサでありうる。第１カメラ２４はさらに、限定的ではないがレンズ４６や例えば他の光学素子など、他の構成要素を含みうる。レンズ４６は、関連の第１焦点距離を有する。センサ４４とレンズ４６とが協働して、第１視野「Ｘ」を画定する。例示的実施形態では、第１視野「Ｘ」は１６度（インチあたり０．２８インチ）である。

同様に、第２カメラ２６は、センサの視野内のエリア４０にデジタル像／表示を生成する感光センサ３８を含む。このセンサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）タイプのセンサ、または、例えばピクセルのアレイを有する相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）タイプのセンサでありうる。第２カメラ２６はさらに、限定的ではないがレンズ４２と例えば他の光学素子など、他の構成要素を含みうる。レンズ４２は関連の第２焦点距離を有し、第２焦点距離は第１焦点距離と異なる。センサ３８とレンズ４２とが協働して、第２視野「Ｙ」を画定する。例示的実施形態では、第２視野「Ｙ」は５０度（インチあたり０．８５インチ）である。第２視野Ｙは第１視野Ｘより大きい。同様に、エリア４０はエリア４８より大きい。大きな視野は、測定される物体表面３２の所与の領域の高速での獲得を可能にすることが認識されるべきであるが、感光アレイ４４，３８が同数のピクセルを有する場合には、視野が狭いほど高い解像度が得られる。

例示的実施形態では、物体３４の表面から反射した光をセンサ４４が受容しうるような角度で、プロジェクタ２８と第１カメラ２４とが固定関係で配置される。同様に、物体３４の表面３２から反射した光をセンサ３８が受容しうるような角度で、プロジェクタ２８と第２カメラ２６とが固定関係で配置される。プロジェクタ２８と第１カメラ２４と第２カメラ２６とは固定の幾何学的関係を有するので、表面上の点の距離および座標はその三角法関係により判断されうる。カメラ２４，２６の視野（ＦＯＶ）は図１では重複していないものとして示されているが、ＦＯＶは部分的に重複するか完全に重複してもよい。

プロジェクタ２８とカメラ２４，２６とは、ハウジング２２内に載置された制御装置５０に電気結合される。制御装置５０は、一つ以上のマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、メモリ、そして信号調節回路を含みうる。スキャナ２０はさらに、オペレータにより手で起動されてスキャナ２０による操作およびデータ捕捉を開始するアクチュエータ（不図示）を含みうる。一実施形態では、物体３４の表面３２を表すポイントクラウドのＸ，Ｙ，Ｚ座標データを判断する像処理が、制御装置５０により実施される。座標データは、例えば揮発性または不揮発性メモリ５４などに局所的に記憶されうる。メモリは、例えばフラッシュドライブまたはメモリカードなど、リムーバブルでありうる。他の実施形態では、スキャナ２０に遠隔処理システム５６へ座標データを送信させる通信回路５２をスキャナ２０が有する。スキャナ２０と遠隔処理システム５６との間の通信媒体５８は、有線（イーサネット（登録商標）など）でも無線（ブルートゥース、ＩＥＥＥ８０２．１１など）でもよい。一実施形態では、通信媒体５８を通してスキャナ２０により送信される獲得像に基づいて、座標データが遠隔処理システム５６により判断される。

両方向矢印４７によって指示されるように、物体表面３２とスキャナ２０との間には相対運動が可能である。このような相対運動が行われる手法にはいくつかある。一実施形態では、スキャナはハンドヘルドスキャナであり、物体３４が固定されている。相対運動は、物体表面でスキャナを移動させることにより行われる。別の実施形態では、スキャナがロボット式エンドエフェクタに装着される。ロボットが物体表面でスキャナを移動させる際に、ロボットにより相対運動が行われる。別の実施形態では、可動機械的機構、例えばガントリ座標測定機械や多関節アームＣＭＭにスキャナ２０または物体３４が装着される。物体表面でスキャナ２０を移動させる際に機械的機構を移動させることにより、相対運動が行われる。いくつかの実施形態では、オペレータの動作によって運動が行われ、他の実施形態では、コンピュータ制御下にある機構によって運動が行われる。

さて図２を参照すると、方法１２６０によるスキャナ２０の動作が説明されている。ブロック１２６２に示されているように、プロジェクタ２８は最初に、物体３４の表面３２のエリア３７へ構造化光パターンを放射する。プロジェクタ２８からの光３０は、第２カメラ２６により受容される反射光６２として表面３２から反射される。表面３２の三次元プロフィールは、第２カメラ２６内の感光アレイ３８により捕捉されるパターンの像に影響する。単数または複数のパターンの一つ以上の像から収集された情報を使用して、制御装置５０または遠隔処理システム５６は、感光アレイ３８のピクセルとプロジェクタ２８により放射される光のパターンとの間の一対一対応を判断する。この一対一対応を使用して、表面３２上の点の三次元座標を判断するのに三角法の原理が使用される。この三次元座標データ（ポイントクラウドデータ）の獲得は、ブロック１２６４に示されている。表面３２にわたってスキャナ２０を移動させることにより、物体３４の全体についてポイントクラウドが作成される。

スキャンプロセス中に、制御装置５０または遠隔処理システム５６は、ブロック１２６６に示されているようにポイントクラウドデータの望ましくない条件または問題を検出しうる。このような問題を検出する方法は、図１２に関して以下で記される。検出される問題は、例えば特定エリアでのポイントクラウドデータのエラーまたはその不在でありうる。このデータのエラーまたは不在は、このエリアから反射する光が過少であるか過多であることにより生じうる。反射光の過少または過多は、例えば物体表面３２への光３０の高いまたは可変の入射角の結果としての、あるいは低反射率（黒色や透明）の材料または光沢表面の結果としての物体表面３２での反射率の差から生じうる。物体上のある点は、グリントとして知られる非常に高輝度の正反射率を発生させるような角度を持ちうる。

ポイントクラウドデータのエラーまたは不在について考えられる別の理由は、微小な特徴、尖鋭なエッジ、または奥行の急激な変化を有する領域での解像度の欠如である。このような解像度の欠如は、例えば孔の結果でありうる。

ポイントクラウドデータのエラーまたは不在について考えられる別の理由は、多経路干渉である。通常は、プロジェクタ２８からの光線は表面３２上の点に衝突し、ある角度範囲にわたって散乱される。散乱光は、カメラ２６のレンズ４２により感光アレイ３８の小さなスポットに像形成される。同様に、散乱光は、カメラ２４のレンズ４６により感光アレイ４４の小さなスポットに像形成されうる。表面３２上の点に達した光がプロジェクタ２８からの光線であるばかりでなく、二次光が表面３２の別の部分で反射するときに、多経路干渉が発生する。このような二次光は、感光アレイ３８，４４により受容される光のパターンを乱すことにより、この点の三次元座標の正確な判断を妨げうる。多経路干渉の存在を特定するための方法は、図１２に関して本出願で説明される。

ブロック１２６６でポイントクラウドに問題がないと制御装置が判断した場合には、手順が終了する。さもなければ、スキャナが手動または自動モードで使用されるかどうかについての判断が、ブロック１２６８で行われる。モードが手動である場合、オペレータはブロック１２７０で所望の位置へスキャナを移動させるように案内される。

オペレータにより所望される移動が指示される手法は多くある。一実施形態では、スキャナ本体の表示灯が所望の移動方向を指示する。別の実施形態では、オペレータが移動すべき方向を指示する光が表面に投影される。加えて、投影光の色は、スキャナが物体に近過ぎるか遠過ぎるかどうかを指示しうる。別の実施形態では、オペレータが光を投影する領域についての指示がディスプレイで行われる。このようなディスプレイは、ポイントクラウドデータ、ＣＡＤモデル、またはその二つの組み合わせの図形表示でありうる。ディスプレイは、コンピュータモニタ、またはスキャン装置に組み込まれるディスプレイに提示されうる。

これらの実施形態のいずれかでは、スキャナの概略位置を判断する方法が望まれる。一事例では、ジョイントの角度エンコーダを使用して、端部に装着されたスキャナの位置および配向を判断する多関節アームＣＭＭにスキャナが装着されうる。別の事例で、スキャナは装置内に設けられる慣性センサを含む。慣性センサは例えば、ジャイロスコープ、加速度計、および磁力計を含みうる。スキャナの概略位置を判断する別の方法は、物体またはその周囲にマーカポイントとして設けられる写真計測ドットを照射することである。このようにして、スキャナの広角ＦＯＶカメラは、物体に対するスキャナの概略位置を判断できる。

別の実施形態において、コンピュータ画面上のＣＡＤモデルは、付加的測定が所望される領域を指示し、オペレータは、物体上の特徴をスキャナ上の特徴と整合させることによりスキャナを適宜移動させる。スキャンが行われる際に画面上でＣＡＤモデルを更新することにより、オペレータは、部品の所望の領域が測定されたかどうかについて迅速なフィードバックが得られる。

オペレータがスキャナを定位置へ移動させた後、ブロック１２７２で小型ＦＯＶカメラ２４により測定が行われる。ブロック１２７２で比較的狭い領域を視認することにより、結果的に得られる三次元座標の解像度が向上し、孔やエッジなどの特徴を明らかにする良好な能力が得られる。

狭角ＦＯＶカメラは広角ＦＯＶカメラよりも比較的狭い領域を視認するため、プロジェクタ２８は比較的狭い領域を照射しうる。光を反射させて物体へ戻すことのできる比較的少ない照射点が物体に設けられるので、これは、多経路干渉の排除には有利である。照射領域を狭くすると、検査対象の物体の所与の反射率および入射角について最適な量の光を得るように、露出の制御を容易にしうる。ブロック１２７４では、すべての点が収集された場合に、ブロック１２７６で手順が終了する。さもなければ継続する。

ブロック１２６８以降のモードが自動化される実施形態において、ブロック１２７８では、自動化機構がスキャナを所望の位置へ移動させる。いくつかの実施形態において、自動化機構は、スキャナと検査対象物体との相対位置についての情報を提供するセンサを有する。自動化機構がロボットである実施形態については、ロボットジョイント内の角変換器が、スキャナを保持するのに使用されるロボットエンドエフェクタの位置および配向についての情報を提供する。別のタイプの自動化機構により物体が移動される実施形態については、リニアエンコーダまたは他の多様なセンサが、物体とスキャナとの相対位置に関する情報を提供しうる。

自動化機構がスキャナまたは物体を定位置へ移動させた後、ブロック１２８０では小型ＦＯＶカメラにより三次元測定が行われる。すべての測定が完了してブロック１２８４で手順が終了するまで、ブロック１２８２によりこのような測定が反復される。

一実施形態において、第２カメラ２６によるデータ獲得から第１カメラ２４へスキャナが切り換わるときに、プロジェクタ２８は構造化光パターンを変化させる。別の実施形態では、同じ構造化光パターンが両方のカメラ２４，２６で使用される。また別の実施形態では、第１カメラ２４によりデータが獲得されるときに、掃引線または点により形成されるパターンをプロジェクタ２８が放射する。第１カメラ２４でデータを獲得した後に、プロセスは第２カメラ２６を使用してスキャンを継続する。このプロセスは、オペレータがこの部品の所望のエリアをスキャンしてしまうまで継続する。

図２のプロセスは線形または逐次プロセスとして示されているが、他の実施形態では、示された図の一つ以上のステップが並列して実行されうることが認識されるべきである。図２に示された方法において、この方法は、最初に物体全体を測定してから、獲得されたポイントクラウドデータの評価に従ってさらに詳細な測定を実行することを必要とする。スキャナ２０の代替的な使用は、小型ＦＯＶを有するカメラ２４を使用して詳細または臨界領域を測定することにより開始する。

スキャンシステムにおいてカメラまたはプロジェクタのＦＯＶを変更する手法としてカメラレンズまたはプロジェクタレンズを変更する手法を提供することは、既存のスキャンシステムでの一般的慣行であることも認識されるべきである。しかし、このような変更は時間を浪費し、一般的に、カメラまたはプロジェクタシステムの収差補正パラメータを判断するようにドットプレートなどの人工物がカメラまたはプロジェクタの前に置かれる付加的補正ステップを必要とする。ゆえに、図１のカメラ２４，２６など、異なるＦＯＶを有する２台のカメラが提供されるスキャンシステムは、完全自動化モードでのスキャナの測定速度および実行可能性において重大な利点を提供する。

第１座標獲得システム７６と第２座標獲得システム７８とを含むハウジング２２を有するスキャナ２０についての別の実施形態が、図３に示されている。第１座標獲得システム７６は、第１プロジェクタ８０と第１カメラ８２とを含む。図１の実施形態と同様に、プロジェクタ８０は物体３４の表面３２へ光８４を放射する。例示的実施形態において、プロジェクタ８０はパターン発生器を照射する可視光源を使用する。可視光源は、レーザ、スーパールミネセントダイオード、白熱光、発光ダイオード（ＬＥＤ）、または他の発光素子でありうる。一実施形態において、パターン発生器は、構造化光パターンがエッチングされたクロムオンガラスのスライドである。スライドは、必要に応じて定位置へまたは定位置から移動する単一パターンや多数パターンを有しうる。スライドは、手動または自動で操作位置に設置されうる。他の実施形態において、ソースパターンは、Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のデジタル光プロジェクタ（ＤＬＰ）などのデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）、液晶装置（ＬＣＤ）、液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）装置、または反射モードでなく伝導モードで使用される類似の装置により反射または伝導される光でありうる。プロジェクタ８０はさらに、所望の焦点特性を有するように射出光を変化させるレンズシステム８６を含みうる。

第１カメラ８２は、センサの視野内のエリア９０にデジタル像／表示を生成する感光アレイセンサ８８を含む。センサは、電荷結合素子（ＣＣＤ）タイプのセンサ、または例えばピクセルのアレイを有する相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）タイプのセンサでありうる。第１カメラ８２はさらに、例えば限定的ではないがレンズ９２および他の光学素子など、他の構成要素を含みうる。第１プロジェクタ８０と第１カメラ８２とは、物体３４の表面３２で反射した第１プロジェクタ８０からの光８５を第１カメラ８２が検出しうるように、固定関係の角度で配置される。第１カメラ９２と第１プロジェクタ８０とは固定関係で配置されるので、エリア９０内の表面３２上の点の座標を判断するのに、上記の三角法の原理が使用されうる。明瞭化のため、第１プロジェクタ８０の近くに第１カメラ８２を有するものとして図３が描かれているが、カメラはハウジング２２の反対側の近くに設けられてもよいことが認識されるべきである。第１カメラ８２と第１プロジェクタ８０とをさらに離間させることにより、３Ｄ測定の精度が向上することが予想される。

第２座標獲得システム７８は、第２プロジェクタ９４と第２カメラ９６とを含む。プロジェクタ９４は、レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＥＤ）、キセノンバルブ、または他の適当なタイプの光源を包含しうる光源を有する。一実施形態において、レンズ９８は、レーザ光源から受容した光を線状光１００へ集束するのに使用され、一つ以上の円柱レンズ、または他の様々な形状のレンズを包含しうる。一つ以上の個別レンズまたはレンズの集合体を含みうるため、レンズは「レンズシステム」とも呼ばれる。線状光は実質的に直線状である、つまり直線からの最大偏差は長さの約１％未満である。一実施形態により利用されうる一つのレンズタイプは、ロッドレンズである。ロッドレンズは一般的に、周面が研磨されて両端部が研削されるガラスまたはプラスチック製の全円筒体の形状である。このようなレンズはロッドの直径を通る視準光を直線に変換する。使用されうる別のタイプのレンズは円柱レンズでありうる。円柱レンズは部分円筒体の形状を有するレンズである。例えば、円筒レンズの一表面は平坦であるのに対して、反対の表面は円筒形の形である。

別の実施形態において、プロジェクタ９４は、表面３２のエリアを覆う二次元パターンの光を生成する。このとき、結果的に得られる座標獲得システム７８は、構造化光スキャナと呼ばれる。

第２カメラ９６は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）タイプのセンサであるか相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）タイプのセンサなどのセンサ１０２を含む。第２カメラ９６はさらに、例えば限定的ではないがレンズ１０４および他の光学素子など、他の構成要素を含みうる。第２プロジェクタ９４と第２カメラ９６とは、物体３４で反射した第２プロジェクタ９４からの光１０６を第２カメラ９６が検出するような角度で配置される。第２プロジェクタ９４と第２カメラ９６とは固定関係で配置されるので、上記の三角法の原理が使用されて、光１００により形成される直線上にある表面３２上の点の座標を判断することが認識されるべきである。カメラ９６とプロジェクタ９４とがハウジング２２の両側に設けられて３Ｄ測定精度を高めることも認識されるべきである。

別の実施形態において、第２座標獲得システムは、固定の線状光ばかりでなく掃引線状光、掃引点状光、（エリアを被覆する）符号化光パターン、または（エリアを被覆する）連続光パターンを含みうる様々なパターンを投影するように構成される。各タイプの投影パターンは、速度、精度、および多経路干渉に対する免除などのような異なる利点を有する。各特定測定についての性能要件を評価することにより、および／または、回収されたデータや（ＣＡＤモデルから、または収集されたスキャンデータに基づく３Ｄ復元から）予想される物体形状の特性を検討することにより、性能を最適化する投影パターンのタイプを選択することが可能である。

別の実施形態では、第２座標獲得システム７８から物体表面３２までの距離は、第１座標獲得システム７６から物体表面３２までの距離と異なっている。例えば、カメラ９６はカメラ８８よりも物体３２の近くに位置しうる。このようにして、第２座標獲得システム７８の解像度および精度は第１座標獲得システム７６のものよりも向上しうる。多くの事例では、比較的大きく滑らかな物体を低解像度システム７６により迅速にスキャンしてから、高解像度システム７８によりエッジおよび孔を含む詳細をスキャンすると有益である。

スキャナ２０は、手動モードまたは自動化モードで使用されうる。手動モードでは、使用されている獲得システムに従ってスキャナを物体表面から近くまたは遠くへ移動させるようにオペレータが促される。さらに、スキャナ２０が移動される方向をオペレータに指示する光のビームまたはパターンをスキャナ２０が投影しうる。代替的に、装置の表示灯は、スキャナが移動されるべき方向を指示しうる。自動モードでは、測定要件に従って、スキャナ２０または物体３４が自動的に相対移動されうる。

図１の実施形態と同様に、第１座標獲得システム７６と第２座標獲得システム７８とは、ハウジング２２に載置された制御装置５０に電気結合されている。制御装置５０は、一つ以上のマイクロプロセッサとデジタル信号プロセッサとメモリと信号調節回路とを含みうる。スキャナ２０はさらに、オペレータにより手で起動されてスキャナ２０による操作およびデータ捕捉を開始するアクチュエータ（不図示）を含みうる。一実施形態において、物体３４の表面３２を表すポイントクラウドのＸ，Ｙ，Ｚ座標データを判断する像処理は、制御装置５０により実施される。座標データは、例えば揮発性または不揮発性メモリ５４などに局所的に記憶されうる。例えばフラッシュドライブまたはメモリカードなど、メモリはリムーバブルでありうる。他の実施形態において、スキャナ２０は、スキャナ２０に遠隔処理システム５６へ座標データを送信させる通信回路５２を有する。スキャナ２０と遠隔処理システム５６との間の通信媒体５８は、有線（イーサネット（登録商標）など）であっても無線（ブルートゥース、ＩＥＥＥ８０２．１１など）であってもよい。一実施形態では、遠隔処理システム５６により座標データが判断され、獲得された像をスキャナ２０が通信媒体５８で送信する。

さて図４を参照して、図３のスキャナ２０を操作する方法１４００が説明される。ブロック１４０２では、スキャナ２０の第１座標獲得システム７６の第１プロジェクタ８０が、物体３４の表面３２のエリア９０へ構造化光パターンを放射する。プロジェクタ８０からの光８４が表面３２から反射され、反射光８５が第１カメラ８２により受容される。上記のように、表面３２の表面プロフィールの変化は、第１感光アレイ８８により受容される光の像形成パターンに歪みを生じる。パターンは構造化光、直線や光、または点状光により形成されるので、いくつかの例では、制御装置５０または遠隔処理システム５６が、表面３２上の点と感光アレイ８８のピクセルとの間の一対一対応を判断することが可能である。こうして上記の三角法の原理がブロック１４０４で使用されてポイントクラウドデータを取得することができ、いわば表面３２上の点のＸ，Ｙ，Ｚ座標を判断できる。スキャナ２０を表面３２に対して移動させることにより、ポイントクラウドが物体３４全体から作成されうる。

ブロック１４０６で、制御装置５０または遠隔処理システム５６は、ポイントクラウドデータが所望のデータ品質属性を備えるか、潜在的問題を有するかどうかを判断する。発生しうる問題のタイプは図２を参照して上述されており、この記載はここでは繰り返さない。ブロック１４０６でポイントクラウドが所望のデータ品質属性を有すると制御装置が判断した場合、手順は終了する。さもなければ、スキャナが手動または自動モードで使用されるかどうかについて、ブロック１４０８で判断が行われる。モードが手動である場合に、オペレータはブロック１４１０でスキャナを所望の位置へ移動させるように誘導される。

図２を参照して上述したようにオペレータにより所望の移動を指示する手法はいくつかある。その記載はここでは繰り返さない。

所望の移動を行う際にオペレータを誘導するため、スキャナの概略位置を判断する方法が必要とされる。図２を参照して説明されたように、方法は、多関節アームＣＭＭへのスキャナ２０の装着、スキャナ２０内での慣性センサの使用、写真計測ドットの照射、または表示像への特徴の整合を含みうる。

オペレータがスキャナを定位置へ移動させた後、ブロック１４１２では第２座標獲得システム７８により測定が行われる。第２座標獲得システムを使用することにより、解像度または精度が向上するか問題が解消される。ブロック１４１４では、すべての点が収集された場合に、手順はブロック１４１６で終わる。さもなければ継続する。

ブロック１４０８からの操作モードが自動化される場合には、ブロック１４１８で自動化機構がスキャナを所望の位置へ移動させる。たいていの事例では、スキャナと検査対象物体との相対位置についての情報を自動化機構がセンサに提供させる。自動化機構がロボットである事例では、ロボットジョイント内の角度変換器が、スキャナを保持するのに使用されるロボット式エンドエフェクタの位置および配向についての情報を提供する。他のタイプの自動化機構については、線形エンコーダまたは様々な他のセンサが、物体およびスキャナの相対位置についての情報を提供しうる。

自動機構がスキャナまたは物体を定位置へ移動させた後、ブロック１４２０で、第２座標獲得システム７８により三次元測定が行われる。このような測定は、すべての測定が完了するまでブロック１４２２によって反復される。手順はブロック１４２４で終了する。

図４のプロセスは線形または逐次プロセスとして示されているが、他の実施形態では、示されたステップの一つ以上が並列して実行されうることが認識されるべきである。図４に示された方法では、この方法は最初に物体全体を測定してから、獲得されたポイントクラウドデータの評価に従ってさらに詳細な測定を実行することを含む。代替的なスキャナ２０の使用は、第２座標獲得システム７８を使用して詳細または臨界領域を測定することにより始まる。

既存のスキャンシステムでカメラまたはプロジェクタのＦＯＶを変更する手法としてカメラレンズまたはプロジェクタレンズを変更する手法を提供することは、既存のスキャンシステムによく見られる慣行であることも認識されるべきである。しかし、このような変更は時間を浪費し、ドットプレートなどの人工物がカメラまたはプロジェクタの前方に置かれてカメラまたはプロジェクタシステムについての収差補正パラメータを判断するという付加的な補償ステップを一般的に必要とする。ゆえに、図３のスキャンシステム２０など異なる二つの座標獲得システムを設けるシステムは、完全自動モードについてはスキャナの測定速度と実行可能性において重大な利点を備える。

多経路干渉の結果としてスキャナ測定を行う際にはエラーが発生しうる。多経路干渉の発生源についてこれから論じ、多経路干渉を回避または低減するための第一の方法が説明される。

物体表面に衝突する光の一部がカメラへ戻る前に最初に物体の別の表面で散乱するときに、多経路干渉の事例が発生する。この散乱光を受容する物体上の点については、感光アレイへ送られる光は、プロジェクタから直接投影される光ばかりでなく、プロジェクタ上の異なる点へ送られて物体で散乱する光にも対応する。二次元（構造化）光を投影するスキャナの事例では特に、多経路干渉の結果は、プロジェクタからこの点での物体表面まで計算された距離を不正確にすることでありうる。

多経路干渉の例が図５Ａを参照して例示される。この実施形態において、スキャナ４５７０は、線状光４５２５を物体の表面４５１０Ａへ投影する。線状光４５２５は、紙の平面に対して垂直である。一実施形態では、感光アレイの横列は紙の平面に対して平行であり、縦列は紙の平面に対して垂直である。各横列は、紙の平面に対して垂直な方向での投影線４５２５上の点を表す。直線上のこの点でのプロジェクタから物体までの距離は、各横列の重心を最初に計算することにより判明する。表面点４５２６について、感光アレイ４５４１上の重心は点４５４６で表される。感光アレイ上の重心の位置４５４６は、カメラ投影中心４５４４から物体点４５２６までの距離を計算するのに使用されうる。この計算は、三角測距の原理による三角法関係に基づく。これらの計算を実施するには、カメラ投影中心４５４４からプロジェクタ投影中心４５２３までの基線距離Ｄが必要とされる。加えて、プロジェクタシステム４５２０からカメラシステム４５４０までの相対的な配向についての知識が必要とされる。

多経路干渉により生じるエラーを理解するには、点４５２７について検討する。この点から反射または散乱した光は、レンズ４５４２により感光アレイ４５４１上の点４５４８に像形成される。しかし、プロジェクタから直接的に受容されて点４５２７で散乱される光に加えて、付加的な光が、感光アレイに像形成される前に点４５２６から点４５２７へ反射される。光は予想外の位置へ散乱されて所与の横列に二つの重心が形成される可能性が非常に高い。結果的に、所与の横列での二つの重心の観察は、多経路干渉の存在を良好に示すものである。

物体表面のエリアへ投影される構造化光の事例では、４５２７などの点からの二次反射は、通常、直線へ投影される光ほど明白ではなく、ゆえに、測定による３Ｄ表面座標にエラーを生じやすい。

調節可能な照射パターンを有するプロジェクタをディスプレイ要素４５２１に使用することにより、照射パターンを変化させることが可能である。ディスプレイ要素４５２１は、デジタル光プロジェクタ（ＤＬＰ）などのデジタルマイクロメカニカルミラー（ＤＭＭ）でありうる。このような装置は、電気信号によって迅速な調節が可能で照射パターンを迅速に調節する多数の小型ミラーを内含する。電気調節式ディスプレイパターンを生成できる他の装置は、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）とＬＣＯＳ（液晶オンシリコン）ディスプレイとを含む。

エリア全体に構造化光を投影するシステムにおいて多経路干渉を検査する手法は、線状光を投影するようにディスプレイを変更することである。横列での多数の重心の存在は、多経路干渉が存在することを指示するものであろう。線状光を掃引することにより、オペレータによるプローブの移動を必要とせずに、エリアがカバーされうる。

電気調節式ディスプレイにより、線状光が所望の角度に設定されうる。投影される線状光の方向を変更することにより、多経路干渉が多くの事例で解消されうる。

反射の回避が困難である多くの折り目や急角度を有する表面については、電気調節式ディスプレイが使用されて点状光を掃引する。いくつかの事例では、単一の点状光から二次反射が発生されうるが、反射したスポット状の光のうちいずれが有効であるかを判断するのは、通常は比較的容易である。

電気調節式ディスプレイは、符号化および非符号化パターンの間を迅速に切り換えるのにも使用されうる。大抵の事例では、単一のカメラフレーム情報に基づいて３Ｄ測定を行うには符号化パターンが使用される。他方、測定による３Ｄ座標値において高精度を得るには、多数のパターン（逐次または非符号化パターン）が使用されうる。

過去には、例えば、一連のグレイスケール直線パターンの後に各々が異なる位相を有する連続の正弦波パターンが続くなど、逐次パターンの中に一連のパターンの各々を投影するのに、電気調節式ディスプレイが使用されている。

今回の進歩的方法は、多経路干渉などの問題を特定または解消するとともに、必要とされる精度を可能な限り迅速に得るのに単一ショットパターン（例えば符号化パターン）または多数ショットパターンが好適であるかどうかを指示するこれらの方法を選択する際に、以前の方法を超える利点を提供する。

ラインスキャナの事例では、多経路干渉の存在を判断する手法が存在することが多い。多経路干渉が存在しないときには、物体表面上の点により反射された光が連続ピクセルの領域へ単一の横列として像形成される。横列の二つ以上の領域が大量の光を受容する場合には、多経路干渉が指示される。このような多経路干渉条件の例と、その結果生じる感光アレイの余分な照射領域とが図５Ａに示されている。表面４５１０Ａはここで、交点４５２６の近くに大きな湾曲を有する。交点おける垂直表面は直線４５２８であり、入射角は４５３１である。反射した線状光４５２９の方向は、入射角と等しい反射角４５３２から判明する。上記のように線状光４５２９は実際には、角度範囲にわたって散乱する光の方向全体を表す。散乱光の中心は点４５２７で表面４５１０Ａに衝突し、これがレンズ４５４４により感光アレイ上の点４５４８で像形成される。点４５４８の近傍で受容される予想外に大量の光は、多経路干渉がおそらくは存在することを示す。ラインスキャナでは、多経路干渉についての主な懸念は、二つのスポット４５４６および４５２７がかなりの距離だけ分離されて別々に解析されるという図５Ａに示された事例ではなく、むしろ二つのスポットが重複するか一緒ににじむ事例である。この事例では、図１５Ｅでは点４５４６に対応する所望の点に対応する重心を判断することが可能ではない。やはり図５Ａを参照することで理解されうるように二次元エリアにわたって光を投影するスキャナの事例では、問題は悪化する。感光アレイ４５４１に像形成される光のすべてが二次元座標の判断に必要とされる場合には、点４５２７での光が、プロジェクタから直接投影される所望のパターンの光とともに、物体表面から点４５２７へ反射される不要の光にも対応することは明白である。その結果、この事例では、エリア全体に投影される光について、間違った三次元座標が点４５２７で計算される可能性がある。

投影される線状光については、多くの事例で、直線の方向を変更することにより多経路干渉を解消することが可能である。一つの可能性は、固有の二次元性能を有するプロジェクタを使用してラインスキャナを製作することで、ラインが掃引されるか、異なる方向に自動的に回転されることである。このようなプロジェクタの例は、上記のようにデジタルマイクロミラー（ＤＭＤ）を使用するものである。例えば、構造化光により取得される特定のスキャンにおいて多経路干渉が疑われる場合には、掃引による線状光を使用する測定方法に切り換わるように測定システムが自動的に設定されうる。

多経路干渉を軽減、最小化、または解消するための別の方法は、多経路干渉が指摘された領域にわたって線状光または光エリアではなく点状光を掃引することである。単一の点状光を照射することにより、二次反射で散乱した光は通常、容易に識別されうる。

電気的調節可能ディスプレイにより投影される所望のパターンの判断は、以下で図１２を参照して説明されるように、診断分析を利用して行われる。

多経路干渉を診断および補正する際の使用の他に、投影光のパターンの変更では、必要な精度および解像度を最小量の時間で得るという利点が得られる。一実施形態において、光の符号化パターンを物体へ単一ショットで投影することにより、測定が最初に実施される。表面の三次元座標は、収集データを使用して判断され、より詳細な解析を必要とする孔、エッジ、または特徴をいくつかの領域が有するかどうかを判断するため、結果が解析される。このような詳細な解析は、例えば図１の狭角ＦＯＶカメラ２４、図３の高解像度スキャナシステム７８を使用することにより実施されうる。

座標は、ターゲットまでのおおよその距離を判断するために解析され得、こうして後述するように、正弦波位相シフトした光のパターンを表面に連続的に投影する方法など、より正確な測定方法のために開始距離を提供する。符号化光パターンを使用して表面上の各点について開始距離を求めると、多数の正弦波位相シフトスキャンでピッチを変化させることでこの情報を得る必要が無くなり、こうしてかなりの時間を節約する。

さて図５Ｂを参照すると、スキャナ２０により獲得された座標データの異常を克服するか精度を向上させるための実施形態が示されている。物体３４などの物体をスキャナ２０でスキャンすることにより、プロセス２１１がブロック２１２で開始する。スキャナ２０は、例えば少なくとも一つのプロジェクタとカメラとを有する、図１，３，５および図７の実施形態で説明されたようなスキャナでありうる。この実施形態において、ブロック２１２でスキャナ２０は第１光パターンを物体へ投影する。一実施形態では、この第１光パターンは符号化および構造化された光パターンである。プロセス２１１は、ブロック２１４で三次元座標データを獲得および判断する。座標データは質問ブロック２１６で解析され、上述した多経路干渉、要素周囲の低解像度、または表面角度や表面反射率の変化によるデータの不在など、何らかの異常が存在するかどうかを判断する。異常が検出されると、プロセス２１１はブロック２１８へ進み、ここでプロジェクタにより放射される光パターンが第２光パターンに変更される。一実施形態では、第２光パターンは掃引による線状光である。

第２光パターンを投影した後に、プロセス２１１はブロック２２０へ進み、ここで異常が検出されたエリアについて三次元座標データが獲得され判断が行われる。プロセス２１１は質問ブロック２１６へループバックし、ここで異常が解決されたかどうかが判断される。それでも質問ブロック２１６が異常または欠如や精度や解像度を検出する場合には、プロセスがブロック２１８へループバックし、第３光パターンに切り換わる。一実施形態において、第３光パターンは連続正弦波位相シフトパターンである。別の実施形態において、第３光パターンは掃引による点状光である。この反復手順は、異常が解決されるまで継続する。異常のエリアからの座標データが判断されると、プロセス２１１はブロック２２２へ進み、ここで放射パターンが切り換わって第１構造化光パターンに戻り、スキャンプロセスが継続する。物体の所望エリアをオペレータがスキャンしてしまうまで、プロセス２１１が継続する。図１１の方法を使用して取得される情報のスキャンが十分でないという事象では、ここに記された触覚プローブによる測定の問題が使用されうる。

さて図６を参照すると、スキャナ２０の別の実施形態が、可動装置１２０に取り付けられた状態で示されている。表面３２上の点の三次元座標を判断するのに三角法の原理が使用されうるように、一定の幾何学的関係で配置された少なくとも一つのプロジェクタ１２２と少なくとも一つのカメラ１２４とをスキャナ２０が有する。スキャナ２０は、例えば図１または図３を参照して説明されたのと同じスキャナでありうる。一実施形態において、スキャナは、触覚プローブを有する図１０のスキャナと同じである。しかし、図６の実施形態に使用されるスキャナは、構造化光またはラインスキャナなどのスキャナ、例えば、「一体型ラインレーザスキャナを備える可搬座標測定機械」という名称で２００６年１月１８日に出願された、同じ所有者による米国特許第７，２４６，０３０号に開示されているスキャナでよい。別の実施形態では、図６の実施形態で使用されるスキャナは、物体のエリアにわたって光を投影する構造化光スキャナである。

例示的実施形態において、可動装置１２０は、旋回スイベルジョイント１３０により接続されたアームセグメント１２６，１２８による自動的移動を提供してアームセグメント１２６，１２８を移動させるロボット装置であり、結果的にスキャナ２０が（図６の点線で記されるように）第１位置から第２位置へ移動する。可動装置１２０は、例えばアームセグメント１２６，１２８に結合されてアームセグメント１２６，１２８を第１位置から第２位置へ移動させる（不図示の）モータなどのアクチュエータを含みうる。多関節アームを有する可動装置１２０は例示を目的としたものであり、請求される発明はこのように制限されるべきではないことが認識されるべきである。他の実施形態では、例えばレール、ホイール、トラック、ベルト、ケーブル、または以上の組み合わせを介してスキャナ２０を移動させる可動装置に、スキャナ２０が取り付けられうる。他の実施形態では、ロボットは異なる数のアームセグメントを有する。

一実施形態において、可動装置は、２０１０年１月２０日に出願された、同じ保有者による米国特許出願番号第１３／４９１，１７６号に記載されているような、多関節アーム座標測定機械（ＡＡＣＭＭ）である。この実施形態では、第１位置から第２位置へのスキャナ２０の移動は、アームセグメント１２６，１２８をオペレータが手で動かすことを必要とする。

自動化装置を有する実施形態については、可動装置１２０はさらに、アクチュエータに通電してアームセグメント１２６，１２８を移動させるように構成された制御装置１３２を含む。一実施形態において、制御装置１３２は制御装置１３４と通信する。以下で詳述するように、この配置は、獲得されたデータの異常に応じて制御装置１３２によりスキャナ２０を移動させることができる。制御装置１３２，１３４が単一の処理ユニットに組み込まれうるか、いくつかの処理ユニットの中で機能が分散されうることが認識されるべきである。

図１２を参照して解析を実行することにより、スキャナ２０の位置および配向を決めて所望の測定結果を得ることが可能である。いくつかの実施形態では、測定される特徴は所望の方向のスキャナを利用しうる。例えば、孔の直径の測定は、孔に対して概ね垂直となるようにスキャナカメラ１２４を配向することにより向上しうる。他の実施形態では、多経路干渉の可能性を低下させるか最小化するように、スキャナが位置決めされうる。このような解析は、診断手順の一部として利用可能なＣＡＤモデルに基づくか、装置１２０によるスキャナ２０の二次移動に先立って初期位置のスキャナにより収集されるデータに基づきうる。

さて図７を参照して、スキャナ２０および可動装置１２０の操作が説明される。プロセスは、第１位置のスキャナ２０で物体３４をスキャンするブロック１３４から始まる。ブロック１３８では、物体３４の表面３２上の点についての座標データを、スキャナ２０が獲得および判断する。可動装置１２０がスキャナ２０を移動させて所望のエリアの表面点についてのデータを獲得しうる。質問ブロック１４０では、例えば多経路干渉など、点１４２での座標データの異常が存在するかどうか、または解像度や測定精度の向上を得るため方向を変える必要性が存在するかどうかが判断される。図６の点１４２は、表面３２上の単一の点、点による線、またはエリアを表しうる。異常または精度向上の必要性が検出された場合、プロセスはブロック１４４へ続き、ここで可動装置１２０は、第１位置から第２位置など、スキャナ２０の位置を移動させ、ブロック１４６で関心エリアを再スキャンして三次元座標データを獲得する。プロセスは質問ブロック１４０へループバックし、ここで座標データにやはり異常が見られるかどうか、または測定精度の向上が望ましいかどうかが判断される。これらの事例では、スキャナ２０が再び動かされ、測定結果が所望のレベルに達するまでプロセスが継続する。座標データが得られると、プロセスは質問ブロック１４０からブロック１４８へ進み、ここで所望のエリアがスキャンされるまでスキャンプロセスが継続する。

スキャナ２０が触覚プローブ（図１０）を含む実施形態において、第１位置から第２位置へのスキャナの移動は、関心エリアを触覚プローブと接触させるように構成されうる。スキャナ、ゆえに触覚プローブの位置はアームセグメント１２６，１２８の位置および配向から判断されうるので、表面３２上の点の三次元座標が判断されうる。

いくつかの実施形態では、図８Ａ，８Ｂのスキャナ２０により取得される測定結果が多経路干渉によって妨害されうる。他の事例では、測定結果は所望の解像度または精度を提供して表面３２の特性、とりわけエッジ、孔、または複雑な特徴を正しく測定することができない。これらの事例では、オペレータが遠隔プローブ１５２を使用して表面３２上の点またはエリアに問い合わせを行うことが望ましい。図８Ａ，８Ｂに示された一実施形態において、スキャナ２０は、プロジェクタ１５６により放射された光が表面３２で反射されてカメラ１５４，１５５の一方または両方に受容されるように、プロジェクタ１５６と、プロジェクタ１５６に対して角度を持って配置されるカメラ１５４，１５５とを含む。表面３２上の点の三次元座標を判断するのに三角法の原理が使用され得るように、プロジェクタ１５６とカメラ１５４，１５６とは一定の幾何学的関係で配置される。

一実施形態において、プロジェクタ１５６は、図８Ａに示されているように物体３４の表面３２上の関心エリア１５９へ可視光１５７を放射するように構成される。照射された関心エリア１５９の三次元座標は、カメラ１５４，１５５の一方または両方で照射領域１５９の像を使用することによって確認されうる。

照射された関心領域１５９でオペレータがプローブ先端１６６を物体表面１３２と接触させうるように、スキャナ２０は遠隔プローブ１５２と協働する構成を持つ。一実施形態において、遠隔プローブ１５２は少なくとも三つの非共線状の点状光１６８を含む。点状光１６８は、発光ダイオード（ＬＥＤ）により発生される光のスポット、またはプロジェクタ１５６や、図８Ｂに描かれていない別の光源からの赤外線または可視光源により照射される光の反射性輝点でありうる。この事例の赤外線または可視光源はスキャナ２０に装着されうるか、スキャナ２０の外部に設けられうる。スポット状の光１６８の三次元座標をスキャナで判断することにより、そしてプローブ１５２の幾何学形状についての情報を使用することにより、プローブ先端１６６の位置が判断され、こうして物体表面３２の座標が判断されうる。このように使用される触覚プローブは、多経路干渉による潜在的な問題を解消し、また、孔、エッジ、および詳細な特徴の比較的正確な測定も可能にする。一実施形態において、プローブ１６６は、プローブのアクチュエータボタン（不図示）の押圧により起動されうる触覚プローブであるか、プローブ１６６は表面３２との接触により起動されるタッチトリガプローブでありうる。アクチュエータボタンまたはタッチトリガプローブにより発生される信号に応じて、通信回路（不図示）はスキャナ２０へ信号を送信する。一実施形態では、点状光１６８が幾何学的な光パターンで置き換えられ、これは直線または曲線を含みうる。

さて図９を参照すると、図８Ａ，８Ｂの静止スキャナ２０を遠隔プローブ１５２とともに使用して物体３４の表面３２上の点についての座標データを獲得するためのプロセスが示されている。プロセスはブロック１７０から始まり、物体３４の表面３２がスキャンされる。プロセスは、ブロック１７２で表面３２の三次元座標データを獲得および判断する。プロセスは次に、エリア１５９の座標データに異常があるかどうか、またはエリア１５９の精度や解像度に問題があるかどうかを質問ブロック１７４で判断する。異常は、例えば多経路干渉のため廃棄される無効データでありうる。異常は、例えば開口や孔などの特徴の周囲での表面反射率または解像度の欠如による欠損データでありうる。多経路干渉および関連の問題を検出（特定）するための診断手順が、図１２を参照して挙げられる。

エリア１５９が特定されると、スキャナ２０は、エリア１５９の座標データが遠隔プローブ１５２を介して獲得されうることをブロック１７６でオペレータに指示する。このエリア１５９は、可視光１５７を放射してエリア１５９へ照射することにより指示されうる。一実施形態において、光１５７はプロジェクタ１５６により放射される。異常または問題のタイプをオペレータに伝えるように、光１５７の色が変更されうる。例えば、多経路干渉が発生したところでは、光１５７は赤色であるのに対して、低解像度は緑色でありうる。エリアはさらに物体の図形表示（ＣＡＤモデルなど）を有するディスプレイ上で指示されうる。

プロセスはそれからブロック１７８へ進み、センサ１６６が表面３２に接触すると遠隔プローブ１５２の像を獲得する。ＬＥＤまたは反射性ターゲットでありうる点状光１６８は、例えばカメラ１５４，１５５の一つにより受容されうる。数学者には周知の最良適合技術を使用して、スキャナ２０は、ブロック１８０で物体表面３２の三次元座標が判断されるプローブ中心の三次元座標を、ブロック１８０で判断する。異常が検出されたエリア１５９内の点が獲得されると、プロセスが進んで、所望のエリアがスキャンされるまで物体３４のスキャンをブロック１８２で継続する。

さて図１０を参照すると、操作中にオペレータにより把持されるスキャナ２０の別の実施形態が示されている。この実施形態において、ハウジング２２は、操作中にオペレータがスキャナ２０を保持できるようにするハンドル１８６を含みうる。ハウジング２２は、プロジェクタにより放射された光１９２が表面３２で反射してカメラ１９０により受容されるように、相互に対して角度を成して配置されたプロジェクタ１８８およびカメラ１９０を含む。図１０のスキャナ２０は、図１および図３の実施形態と実質的に類似した手法で作動し、三角法の原理を使用して表面３２上の点の三次元座標データを獲得する。

スキャナ２０はさらに、一体型プローブ部材１８４を含む。プローブ部材１８４は、一端部にセンサ１９４を含む。センサ１９４は、オペレータによるアクチュエータボタン（不図示）の押圧に反応しうる触覚プローブであるか、例えば表面３２との接触に反応するタッチトリガプローブでありうる。後でより詳しく記されるように、プローブ部材１８４によりオペレータは、センサ１９４を表面３２と接触させることで表面３２上の点の座標を獲得できる。

プロジェクタ１８８とカメラ１９０とセンサ１９４用のアクチュエータ回路とは、ハウジング２２内に載置された制御装置５０に電気結合される。制御装置５０は、一つ以上のマイクロプロセッサとデジタル信号プロセッサとメモリと信号調節回路とを含みうる。スキャナ２０はさらに、例えば、オペレータにより手で起動されてスキャナ２０による操作およびデータ捕捉を開始しうるハンドル１８６上などのアクチュエータ（不図示）を含みうる。一実施形態において、物体３４の表面３２を表すポイントクラウドのＸ，Ｙ，Ｚ座標データを判断する像処理は、制御装置５０により実施される。座標データは、例えば揮発性または不揮発性メモリ５４などに局所的に記憶されうる。例えばフラッシュドライブやメモリカードなど、メモリはリムーバブルでありうる。他の実施形態では、スキャナ２０が座標データを遠隔処理システム５６に送信するための通信回路５２をスキャナ２０が有する。スキャナ２０と遠隔処理システム５６との間の通信媒体５８は、有線（イーサネット（登録商標）など）または無線（ブルートゥース、ＩＥＥＥ ８０２．１１など）である。一実施形態において、座標データは遠隔処理システム５６により判断され、スキャナ２０は、獲得した像を通信媒体５８で送信する。

さて図１１を参照して、図１０のスキャナ２０の動作が説明される。プロセスはブロック１９６から始まり、オペレータは、スキャナ２０を手で動かすことにより物体３４の表面３２をスキャンする。ブロック１９８で、三次元座標が判断および獲得される。質問ブロック２００では、座標データに異常が存在するかどうか、または精度向上が必要とされるかどうかが判断される。上記のように、異常は、多経路干渉、表面反射率変化、または特徴の低解像度などいくつかの理由で発生しうる。異常が存在する場合に、プロセスはブロック２０２へ進み、ここでエリア２０４がオペレータに指示される。エリア２０４は、プロジェクタ１８８で可視光１９２を表面３２へ投影することにより指示されうる。一実施形態では、検出された異常のタイプをオペレータに通知するため光１９２は有色である。

それからオペレータは、ブロック２０６でスキャナを第１位置から第２位置（点線で指示）へ移動させる。第２位置では、センサ１９４が表面３２と接触する。第２位置でのスキャナ２０の位置および配向（６自由度）は、カメラ１９０により獲得される像に基づいて、周知の最良適合方法を使用して判断されうる。センサ１９４の寸法および配置はスキャナ２０の機械的構造に関して周知であるので、エリア２０４の点の三次元座標データがブロック２０８で判断されうる。プロセスは次にブロック２１０へ進み、ここで物体のスキャンが継続する。スキャンプロセスは、所望のエリアがスキャンされてしまうまで継続する。

多経路干渉ばかりでなく、解像度および材料のタイプ、表面の性質、および幾何学的形状の影響を含む品質全般も評価するのに、一般的アプローチが使用されうる。図１２も参照すると、一実施形態において、方法４６００はコンピュータ制御下で自動的に実行されうる。ステップ４６０２は、検査対象の物体の三次元座標についての情報が利用可能であるかどうかを判断するものである。第１タイプの三次元情報はＣＡＤデータである。ＣＡＤデータは通常、検査対象物体の公称寸法を指す。第２タイプの三次元情報は、測定された三次元データ、例えばスキャナまたは他の装置により前に測定されたデータである。いくつかの事例では、ステップ４６０２は、座標測定装置、例えばレーザトラッカまたは６ＤＯＦスキャナ補助品の基準のフレームを物体の基準のフレームと整列させる、さらなるステップを含みうる。位置実施以形態において、物体の表面上の少なくとも３点をレーザトラッカで測定することにより、これが行われる。

ステップ４６０２で肯定的な判定がされ、三次元情報が利用可能であると判断する場合には、ステップ４６０４で、多経路干渉に対する物体測定の被影響性を計算するのにコンピュータまたはプロセッサが使用される。一実施形態では、スキャナプロジェクタにより放射される各光線を投影することと、各事例について角度または反射率を計算することにより、これが行われる。コンピュータまたはソフトウェアは、多経路干渉の結果としてのエラーに対する被影響性を持つ物体表面の各領域を特定する。ステップ４６０４は、検査対象物体に対する６ＤＯＦプローブの様々な位置について多経路エラーに対する被影響性の解析も実行しうる。いくつかの事例では、上述したように、検査対象の物体に対する６ＤＯＦプローブの適当な位置および配向を選択することにより、多経路干渉が回避または最小化されうる。ステップ４６０２で否定的な判定がされ、三次元情報が利用可能でないことを意味する場合に、ステップ４６０６は、適当な測定方法を使用して物体表面の三次元座標を測定する。多経路干渉の計算に続いて、予想されるスキャン品質の他の面を評価するのにステップ４６０８が実行されうる。このような品質係数の一つは、スキャンの解像度が検査対象物体の特徴に充分であるかどうかである。例えば、装置の解像度が３ｍｍであって、有効スキャンデータが望ましいミリメートル未満の特徴が存在する場合には、これら物体の領域は後の補正動作のために注目されるべきである。解像度に一部関係する別の品質係数は、物体のエッジと孔のエッジとを測定する能力である。スキャナ性能についての知識は、スキャナ解像度が所与のエッジに充分なほど良好であるかどうかの判断を可能にする。別の品質係数は、所与の特徴から、戻ると予想される光の量である。小孔の内側から、例えば視斜角から、少量の光がスキャナへ戻ることが予想される。また、少量の光は、ある種および色の材料から予想される。ある種の材料はスキャナからの光については大きな浸透深さを有し、この事例では良好な測定結果は予想されない。いくつかの事例では、自動プログラムがユーザ追加情報を求める。例えば、プロセスがＣＡＤデータに基づいてステップ４６０４，４６０８を実行している場合には、使用されている材料の種類または検査対象物体の表面特性が分かり得ない。これらの実施形態において、ステップ４６０８は、検査対象物体について材料特性を取得する別のステップを含みうる。

ステップ４６０４，４６０８の解析に続いて、ステップ４６１０は、さらなる診断手順が実行されるべきであるかどうかを判断する。可能な診断手順の第１例は、多経路干渉が観察されるかどうかを判断するためストライプを所定の角度で投影するステップ４６１２である。投影される直線ストライプについての多経路干渉の概略指示については、図５を参照して上で記した。診断ステップの別の例は、光のソースパターン、例えば図１のプロジェクタ３６からの光３０のソースパターンでのエピポーラ直線の方向に整列された直線の集合体を投影するステップ４６１４である。光のソースパターンでの線状光がエピポーラ直線と整列される事例については、感光アレイ上の像平面でこれらの直線がストレート線として現れる。エピポーララインの使用は、２０１２年４月１１日に出願された同じ所有者による米国特許出願第１３／４４３，９４６号に、さらに詳しく記されている。感光アレイのこれらのパターンがストレート線ではない場合、または直線が不鮮明であるかノイズを含む場合には、おそらくは多経路干渉の結果として問題が指摘される。

ステップ４６１６は、実施される解析および診断手順に基づいて、所定の動作の組み合わせを選択する。測定速度が係数である場合に、符号化光の２Ｄ（構造化）パターンを使用して測定するステップ４６１８が好ましい。高精度が所望される場合には、連続パターン、例えば位相およびピッチの異なる連続した正弦波パターンを使用して符号化光の２Ｄ（構造化）パターンを測定するステップ４６２０を実施してもよい。方法４６１８または４６２０が選択される場合、スキャナを再配置する、言い換えると、スキャナの位置および配向を、ステップ４６０４の解析により得られる多経路干渉と正反射〈グリント〉を軽減または最小化する位置へ調節するステップ４６２８を選択することも望ましい。このような指示は、スキャナプロジェクタからの光で問題領域を照射することにより、またはこのような領域をモニタディスプレイに表示することにより、ユーザに提供されうる。一実施形態において、プロセスにおける次のステップは、自動的に選択されうる。所望のスキャナ位置が多経路干渉およびグリントを解消しない場合は、いくつかのオプションが利用可能である。いくつかの実施形態では、スキャナが再配置され有効な測定結果が組み合わされて、測定が反復されうる。他の実施形態では、異なる測定ステップが手順に追加されるか、構造化光を使用する代わりに実施される。上記のように、光のストライプをスキャンするステップ４６２２は、多経路干渉による問題を有する可能性を低下させる、エリア全体の情報を取得する便利な手法を提供する。関心領域にわたって小さいスポット状の光を掃引するステップ４６２４は、多経路干渉による問題の可能性を低下させる。触覚プローブにより物体表面の領域を測定するステップは、多経路干渉の可能性を無くす。触覚プローブは、プローブ先端の大きさに基づく周知の解像度を提供して、検査対象物体に見られる低反射率の光または大きな光伝送深さの問題を解消する。

ステップ４６１８〜４６２８の組み合わせで収集されたデータの品質が、測定から得られて、前もって実行された解析結果と組み合わされたデータに基づいてステップ４６３０で評価されうる。ステップ４６３２で品質が受容可能であることが分かった場合、ステップ４６３４で測定が完了する。さもなければ、ステップ４６０４で解析が再開する。いくつかの事例では、３Ｄ情報は所望するほど正確ではなかった。この事例では、前のステップのいくつかを反復することが有益である。

不十分な解像度、不十分な精度、照射不良、パターン選択不良、または多経路干渉により生じる問題を特定および補正するのに使用されうる方法は、周知の幾何特性を有する表面特徴をスキャンして、その結果のスキャンデータを表面特徴に適合させることである。スキャンされた形状が幾何特性に酷似していない場合、または３Ｄ収集データを表面特徴に適合させる際の残余誤差が大きい場合には、上述した問題の一つが原因でありうる。選択されうる表面特徴の一例は、円筒孔である。スキャンデータと比較されうる幾何特徴は、直径、形状誤差、および奥行を含む。

図１３は、方法５０００に従って実施されるステップを示す。ステップ５００５では、プロジェクタとカメラとを含むアセンブリが提供され、アセンブリ要素に接続されるプロセッサも提供される。プロジェクタとカメラとは基線距離だけ分離され、物体の表面上の点の３Ｄ座標を判断可能な三角測量スキャナを、プロセッサとともに構成する。

ステップ５０１０で、特徴の形状についての数学的表現が提供される。一実施形態において、数学的表現は、円、円筒孔、突出円筒体、球体、二つの平面の交線、三つの平面の交線である。

ステップ５０１５では、許容適合度が提供される。一実施形態において、カイ二乗検定統計値が適合度の測定値として使用される。

ステップ５０２０で、プロジェクタは表面へ光を伝送し、その反射光は、カメラ内の観光アレイで像として捕捉される。感光アレイは、像に相応した電気信号をプロセッサへ提供する。プロセッサは、投影光と電気信号と基線距離とに少なくとも部分的に基づいて表面上の点の３Ｄ座標の第１集合を判断する。

ステップ５０２５で、表面上で測定された点から点部分集合が選択され、これらの点を含む点部分集合は、ステップ５０１０の数学的表現により説明される形状を有する特徴に対応する。

ステップ５０３０で、プロセッサは、点部分集合の測定３Ｄ座標を形状の数学的モデルから導出された対応の３Ｄ座標に適合させる。この適合は、一連のステップで実行される。各ステップでは、形状の位置および配向が調節され、最小化規則に従って残余誤差の収集結果を減少または最小化する。一実施形態において、最小化規則は、残余誤差の収集結果のうちから選択される各残余誤差の二乗和を減少または最小化することである。

ステップ５０３５で、測定適合度について値が計算される。一実施形態において、測定適合度は、ステップ５０３０の計算からの残余誤差を使用するカイ二乗検定統計値に基づく。

ステップ５０３５で、測定適合度の値が、ステップ５０１５からの許容適合度の値と比較される。許容適合度値により必要とされるものより適合が良好であることを測定適合度値が示す場合には、ステップ５０２０で取得された測定３Ｄ座標の第１集合が保存される。

ステップ５０４０で測定適合度が許容不能である場合には、以下の動作のうち少なくとも一つが選択されて行われる。物体表面に対するアセンブリの姿勢の変更、プロジェクタにより放射される照射の変更、プロジェクタにより放射される光のパターンの変更、および機械的プローブによる特徴の測定。

ここで使用される際に、アセンブリの姿勢は、物体に対するアセンブリの六つの自由度として定義される。言い換えると、姿勢は、アセンブリと物体との相対位置（ｘ，ｙ，ｚ等）と相対配向（ピッチ、ロール、ヨー角等）とを含む。アセンブリの姿勢は、物体を静止状態に保持しながらアセンブリを移動させることにより、またはアセンブリを静止状態に保持しながら物体を移動させることにより変更されうる。アセンブリと物体との間の相対移動は、ロボット、連接アーム座標測定機械（ＣＭＭ）、デカルトＣＭＭ、またはマシンツールのような機械的移動構造に物体およびアセンブリの一方を装着することにより得られる。一実施形態では、機械的移動構造は、アセンブリおよび物体の相対姿勢を判断する手段を含む。このような手段は、例えば、エンコーダ（スケール）、距離計、または加速度計やジャイロスコープや磁力計や仰角センサなどの慣性測定ユニットにより提供されうる。このようなインジケータは姿勢の近似値のみを提供し、より精密な測定がアセンブリおよびプロセッサに対して行われる。

物体の姿勢の変更は、３Ｄ座標の収集におけるいくつかの潜在的な誤差の原因を克服するのに有益でありうる。物体の姿勢を変更することにより克服されうる誤差のタイプの一つは、プロジェクタにより照射された光が物体上の別の点に反射して他の点がカメラに視認可能である時に生じる多経路干渉である。方向を変更することにより、物体表面への投影光の入射角が変更されることで、反射光が再誘導されて、おそらくは表面から外れ、結果的に多経路干渉を解消する。

物体の姿勢の変更は、極めて低いか極めて高い光レベルから生じる問題を克服するのにも有益でありうる。スキャナからの光が急傾斜の表面に衝突する場合、言い換えると、表面に衝突する光が大きな入射角を有する（面法線に対して大きな角度を有する）場合、表面からカメラへ反射（拡散）する光は小さくなりそうである。いくつかの例では、物体上の点についてカメラにより捕捉される光の量は、物体表面に対するアセンブリの姿勢を変更することにより劇的に増大される。物体の姿勢の変更は、物体表面からカメラへ鏡面反射する高レベルの光である閃光による問題の克服にも役立ちうる。閃光は特定角度のみで、通常は狭い領域のみで発生する。物体に対するアセンブリの姿勢を変更すると、物体は閃光を解消する。

物体の姿勢の変更は、解像度および精度の向上にも役立つ。例えば、孔の直径を測定するには、測定される比較的広い円形領域が設けられるので略直入射で孔を確認することが望ましい。他方、円筒孔の側壁（孔）（bore）の円筒度（形状誤差）を測定するには、側壁に対してわずかな角度で光を誘導する必要があり、それぞれの事例で姿勢がわずかに変更した状態でいくつかの測定値を得る。姿勢の変更は、物体特徴をカメラの焦点に合わせることにより解像度を向上させるのにも有益である。カメラが物体表面に近過ぎるかこれから遠過ぎる場合、測定特徴の変調伝達関数（ＭＴＦ）が減少することにより、解像度を低下させる。

ステップ５０５０に関してここに説明される各方法において、選択される動作は、プロセッサによる選択に基づき、操作者または観察者の側に付加的な補助は行われない。上述した各作用に対する姿勢の影響は、プロセッサにより自動的に評価されうる。スキャナの姿勢に対する物体の形状を使用して多経路干渉の可能性を予測する方法は、上に記した。基本的に、使用される方法は、（ステップ５０２０で実行される測定から）周知の表面輪郭を有する表面へプロジェクタから光線を投影することと、反射光線がカメラの視野内の位置で物体と衝突するかどうかを判断するのに幾何光学素子を使用することである。プロセッサにより多経路干渉問題が特定されると、検討対象の多数の可能な姿勢により多経路干渉の潜在性が評価される計算手順をプロセッサが実行しうる。

プロジェクタにより放射される照射を変更することは、３Ｄ座標の収集でのいくつかの潜在的な誤差原因を克服するのに有益でありうる。ここで照射は、プロジェクタにより放射される光学出力レベルに、カメラの露光時間とカメラの開口とを組み合わせたものを意味する。言い換えると、ピクセル井戸での照射レベルはピクセル井戸で発生される電子の数により判断されるのである。電子の数が比較的多いがピクセル反応の線形領域にまだある場合に、照射レベルは所望レベルに近い。物体表面上の点に達する光学出力が少な過ぎるかカメラ露光が短過ぎる場合に、カメラピクセルにより受容される光は少なく、その結果としてピクセルの信号ノイズ比が小さいことにより、測定３Ｄ座標の精度は低くなる。代替的に、物体表面上の点に達する光学出力が露光には高過ぎる場合に、カメラにより受容される光はカメラの線形領域の外側にあり、例えば、対応のピクセル井戸を過充填する。これも、測定３Ｄ座標に誤差を生じさせる。

プロジェクタにより放射される光学出力と測定表面との整合における問題は、いくつかの形で生じうる。第一の例では、測定される物体表面はいくつかの異なる材料および色で構成され、一部の材料または色は高い反射率を有し、他は低い反射率を有する。第二の例では、物体表面はいくつかの箇所で急勾配を持ち、他の箇所では低い入射角を有することにより、反射（拡散）光の量が異なるという結果が生じる。表面のいくつかの部分はエッジ、例えば孔の側面や直線エッジに隣接する側面に隣接する。このような領域はたいてい、比較的わずかな光を反射する。

不正確な照射により生じる誤差を解消または軽減する比較的簡単な手法が主に二つある。方法５０００では、行われるステップは、操作者または観察者の補助を伴わずにプロセッサによって自動的に判断される。第一の方法では、試験対象の表面領域はプロジェクタによって多数回照射され、各照射についてカメラ像が取得される。物体表面上の各点の３Ｄ座標は、一つ以上の捕捉像に基づいて判断される。所与の点について、低過ぎるか高過ぎる光レベルを有する像は処分される。特定の像を保持するか処分するかどうかの決定は、感光アレイの対応ピクセルから取得される電気示数に基づく。いくつかの事例では、プロセッサが像のうち二つ以上を選んで、物体表面上の所与の点についての３Ｄ座標を取得する。

不正確な照射により生じる誤差を解消または減少させる第二の方法では、光は物体へ一回投影されるが、光学出力レベルは投影光の領域で変化する。コード化単発パターンの投影などいくつかの事例では、この方法は実行が比較的簡単でありうる。同様に、この方法では、ストライプ光または掃引点状光で実行することが比較的容易でありうる。この方法は、連続照射の間に移相を有する空間変調光の投影など、持続的方法で実行することがより困難でありうる。しかし、これらの事例でも、照射レベルを変化させて精度を向上させる可能性が通常はいくらか存在する。プロセッサは、所望の照射レベル、所望の露出回数、所望の露出時間を判断する可能性を評価する。

プロジェクタにより放射される光のパターンの変更は、３Ｄ座標の収集におけるいくつかの潜在的な誤差原因を克服するのに有用でありうる。第一の事例では、特徴の精度が比較的高精度であると判断することが重要でありうる。この事例では、比較的低い精度を提供するコード化単発パターンである第１投影パターンから、高精度まで点単位で計算される移相パターンなどの多発持続的パターンへ切り換えることをプロセッサが決定しうる。同様に、コード化単発パターン光ではなく持続的パターン光を使用するたいていの事例では、持続的パターン光は点単位で評価されるのに対してコード化パターン光の解像度は符号化パターンの個々の要素のサイズに依存するため、高い解像度が得られる。

第二の事例では、物体の形状の歪みは多経路干渉が問題であることを表しうる。この診断は、上述したレイトレーシング手順を実行することによりプロセッサによって確認されうる。この事例で、スキャナは、エリアに投影される構造化光パターンから直線光パターンへ切り換わる。この事例で、直線光を所望の方向に投影して多経路干渉の作用を軽減または最小化することも有利でありうる。この事例で、プロセッサは、適宜姿勢を変更するようにアセンブリを誘導して、直線を所望の方向に投影する。別の実施形態で、掃引点またはスポット光が投影され、こうして多経路干渉の可能性を低下させる。

機械的（触覚）プローブでの特徴の測定は、光学スキャン方法が所望の結果を提供しない時にたいていの事例で使用されうる方法である。多くの実施形態では、このようなプローブの使用はプロセッサの誘導による操作者補助を伴う。機械的プローブは、スキャナでの視認が困難な孔、エッジ、または他の領域を測定する能力を有する。この方法は、低反射率を有するエリアと多経路干渉を受けやすいエリアとの測定を可能にする。

図８Ａ、８Ｂを参照して上述した実施形態では、スキャナ内のプロジェクタが、機械的プローブで測定される領域を照射し、この領域がプロセッサにより判断される。操作者はプローブ先端１６６を物体表面との接触状態に保持する。アセンブリ内のプロジェクタでありうる光源、または切断された光源（パターンを投影する必要はない）が使用されて、機械的プローブの反射ターゲットを照射する。別の実施形態において、機械的プローブは、照射を行うＬＥＤなどの点状光を含みうる。３Ｄ点状光は、アセンブリの二つのカメラを使用して判断される（ステレオビジョン）か、照射スポットの相対的分離規模に基づいて判断される距離に単一のカメラが使用されうる。

ステップ５０５０で、アセンブリ内のプロジェクタは、おそらくは機械的（触覚）プローブ上の周知のスポットで光を捕捉することにより、おそらくは第１光パターンと異なる第２光パターンを、おそらくは異なる姿勢のアセンブリにより、おそらくは異なる照射で伝送する。

別の実施形態において、第１カメラに加えて第２カメラがアセンブリに設けられる。この実施形態では、第１プロジェクタと第１カメラとの組み合わせは、第１プロジェクタと第２カメラとの組み合わせと異なる視野（そして異なる基線距離）を有する。この事例で、図１３のステップ５０５０は、一つの動作を追加しうるように、すなわち照射視野を変更するように修正されうる。スキャナにより測定される物体の表面領域は、投影光パターンの重複とカメラの視野角とにより判断される。通常はカメラとプロジェクタとが近接するので、相対的に狭いエリアが照射されるとともにカメラに視認され、そのため照射視野を縮小する。各々がほぼ同数のピクセルを有するが一方が他方よりはるかに小さい照射視野を有する二つのカメラを選択することにより、小さい照射視野を持つカメラが高い解像度および精度を有する可能性があり、加えて多経路干渉に遭遇する可能性が低い。

別の実施形態では、第１カメラおよび第１プロジェクタに加えて、第２プロジェクタおよび第２カメラがアセンブリに設けられる。このような配置は、二つのカメラと単一のプロジェクタとを含む実施形態に類似した利点を有する。これらの説明は、ここでは繰り返さない。

本発明の実施形態の技術的作用および利点は、光学座標測定機器により行われる測定における誤差の検出および補正を含む。

本発明の実施形態による方法、装置（システム）およびコンピュータプログラムの流れ図および／またはブロック線図を参照して、本発明の態様がここに説明される。流れ図および／またはブロック線図の各ブロックと、流れ図および／またはブロック図のブロックの組み合わせがコンピュータ可読プログラム命令により実行されうることが理解されるだろう。

これらのコンピュータ可読プログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサに提供されて、コンピュータまたは他のプログラマブルデータ処理装置のプロセッサを介して実行する命令などのマシンを生成し、流れ図および／またはブロック線図またはブロックに指定された機能／動作を実行するための手段を作成する。これらのコンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ、プログラマブルデータ処理装置、および／または他の機器に特定の方式で機能するように誘導しうるコンピュータ可読記憶媒体に記憶されるため、命令が記憶されたコンピュータ可読記憶媒体は、流れ図および／またはブロック線図の単数または複数のブロックに指定された機能／動作の態様を実行する命令を含む製品を包含する。

コンピュータ可読プログラム命令は、コンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、または他の機器にロードされて、コンピュータ、他のプログラマブル装置、または他の機器で一連の動作ステップを実施させて、コンピュータ実行プロセスを生成するため、コンピュータ、他のプログラマブル装置、または他の機器で実行される命令は、流れ図および／またはブロック線図の単数または複数のブロックに指定された機能／動作を実行する。

図の流れ図およびブロック線図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品のアーキテクチャ、機能性、および実行可能動作を図示している。この点で、流れ図またはブロック線図の各ブロックは、指定の論理的機能を実行するための一つ以上の実行可能命令を包含する命令のモジュール、セグメント、または部分を表す。いくつかの代替的実行例で、ブロックに記された機能は図に記載された順序とは別に行われうる。例えば、関係する機能性に応じて、連続して示される二つのブロックが実際には、実質的には同時に実行されうるか、時にはブロックが逆の順序で実行されてもよい。ブロック線図および／または流れ図の各ブロックとブロック線図および／または流れ図の図解のブロック組み合わせが、指定の機能または動作を実施するか、専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせを実行する専用のハードウェアベースシステムにより実行されうることにも留意されるだろう。

限定数の実施形態のみに関して発明が詳しく説明されたが、本発明がこのような開示実施形態に限定されないことが容易に理解されるべきである。むしろ、本発明は、上述していないが、発明の趣旨および範囲と適合するいくつかの変形、変更、代替例、または同等の構成を内含するように修正されてもよい。加えて、本発明の様々な実施形態が説明されたが、発明の態様は記載の実施形態のいくつかのみを含むことが理解されるはずである。したがって、本発明は上記の説明によって限定されると見なされるのではなく、添付の請求項の範囲のみにより制限される。

Claims (18)

1. 物体の表面上の点の三次元座標を判断する方法であって、
   第１プロジェクタと第１カメラとを含むアセンブリを提供することであって、前記第１プロジェクタと前記第１カメラとが相互に対して固定され、前記第１プロジェクタと前記第１カメラとの間に基線距離が設けられ、前記第１プロジェクタが光源を有し、前記第１カメラがレンズと感光アレイとを有することと、
   前記第１プロジェクタと前記第１カメラとに電気結合されるプロセッサを提供することと、
   前記表面上の特徴の形状の数学的表現を提供することと、
   許容適合度の値を提供することと、
   前記第１プロジェクタからの第１伝送光を前記物体へ送出することと、
   前記第１カメラにより第１反射光を獲得して相応の第１信号を前記プロセッサへ送出することであって、前記第１反射光が、前記表面から反射した前記第１伝送光の一部分であることと、
   前記プロセッサにより、前記表面上の第１点の三次元（３Ｄ）座標の第１測定集合を判断することであって、前記第１測定集合が前記第１伝送光と前記第１信号と前記基線距離とに少なくとも部分的に基づくことと、
   前記プロセッサにより第１測定点部分集合を判断することであって、前記第１測定点部分集合が前記表面上の前記第１点の部分集合であり、前記第１測定点部分集合が前記特徴に対応する測定点であることと、
   前記プロセッサにより、前記第１測定点部分集合の３Ｄ座標を、前記特徴の前記形状について提供された数学的表現に適合させることであって、前記適合が、前記第１測定点部分集合の前記３Ｄ座標を、第１導出点部分集合の３Ｄ座標と比較して残余誤差の収集結果を取得することを含み、前記第１導出点部分集合が前記特徴の前記形状に位置する点の収集結果であり、前記残余誤差の前記収集結果からの前記残余誤差の各々が、前記第１測定部分集合および前記第１導出部分集合からの対応の３Ｄ座標の分離度の測定値であり、前記適合がさらに、前記形状の位置および配向を数学的に調節して、最小化規則に従って残余誤差の収集結果を最小化することで構成されることと、
   前記プロセッサにより測定適合度を判断することであって、前記測定適合度が、前記残余誤差収集結果から取得された数学的導出量であることと、
   前記測定適合度と前記許容適合度との比較に少なくとも部分的に基づいて前記第１測定点部分集合の前記３Ｄ座標が許容可能であるかどうかを前記プロセッサにより判断することと、
   前記第１測定点部分集合の前記３Ｄ座標が許容可能であるかどうかに少なくとも部分的に基づいて前記３Ｄ座標の前記第１測定集合が許容可能であるかどうかを前記プロセッサにより判断することと、
   前記第１測定３Ｄ座標集合が許容可能である場合に、前記第１測定３Ｄ座標集合を記憶することと、
   前記第１測定３Ｄ座標集合が許容不能である場合に、ステップ（ａ）から（ｅ）、つまり、
   （ａ）前記プロセッサにより、行われるべき少なくとも一つの動作を選択して前記動作を行うステップであって、前記少なくとも一つの動作が、前記アセンブリの姿勢の変更と、前記光源の照射レベルの変更と、前記伝送光パターンの変更と、機械的プローブを照射して前記プローブ上のスポット光を前記第１カメラで撮像することにより前記特徴を測定することとで構成されるグループから選択されるステップと、
   （ｂ）第１プロジェクタからの第２伝送光を前記物体へ送出するか、前記物体との接触状態に保持される前記機械的プローブにスポット光を照射するステップと、
   （ｃ）前記第１カメラにより第２反射光を獲得して相応の第２信号を前記プロセッサへ送出するステップであって、前記第２反射光が、前記表面または前記機械的プローブから反射した前記第２伝送光の一部分であるステップと、
   （ｄ）前記プロセッサにより前記表面上の第２点の３Ｄ座標集合の第２測定集合を判断するステップであって、前記第２測定３Ｄ座標集合が、前記第２伝送光と前記第２信号と前記基線距離とに少なくとも部分的に基づくステップと、
   （ｅ）前記第２測定３Ｄ座標集合を記憶するステップと、
   を行うことと、
   を包含する方法。
2. 前記表面上の特徴の数学的表現を提供する前記ステップにおいて、円、円筒孔、突出円筒体、球体、二つの平面の交線、および三つの平面の交線で構成されるグループから前記特徴が選択される、請求項１の方法。
3. 前記プロセッサにより測定適合度を判断する前記ステップにおいて、前記測定適合度がカイ二乗検定統計値に基づく、請求項１の方法。
4. 前記プロセッサにより前記第１測定点部分集合の３Ｄ座標を適合させる前記ステップにおいて、前記最小化規則が、前記残余誤差の収集結果のうちの各残余誤差の二乗和を最小化することである、請求項１の方法。
5. 前記プロセッサにより少なくとも一つの動作を選択する前記ステップにおいて、前記アセンブリの姿勢の変更が前記アセンブリおよび前記物体の相対位置を変更することを含む、請求項１の方法。
6. 前記プロセッサにより少なくとも一つの動作を選択する前記ステップにおいて、前記アセンブリの前記姿勢の変更が前記アセンブリと前記物体との相対座標を変更することを含む、請求項１の方法。
7. さらに、可動構造を提供するステップを含み、前記可動構造が前記装置または前記物体への装着のために構成される、請求項１の方法。
8. 前記プロセッサにより少なくとも一つの動作を選択する前記ステップにおいて、前記光源の照射レベルの変更が、前記放射光を多数回増減して前記第１カメラで多数の像を取得することを含む、請求項１の方法。
9. 前記プロセッサにより少なくとも一つの動作を選択する前記ステップにおいて、前記多数の像が組み合わされてハイダイナミックレンジ像を取得する、請求項８の方法。
10. 前記プロセッサにより少なくとも一つの動作を選択する前記ステップにおいて、前記光源の照射レベルの変更が、投影領域にわたって前記照射レベルを不均一に変更することを含む、請求項１の方法。
11. 前記プロセッサにより少なくとも一つの動作を選択する前記ステップにおいて、前記伝送光のパターンの変更が、エリアに投影される光の構造化パターンから直線状に投影されるストライプ光へ変更することを含み、前記ストライプ光が前記基線に垂直な平面に投影される、請求項１の方法。
12. 前記プロセッサにより少なくとも一つの動作を選択する前記ステップにおいて、前記物体での前記ストライプ光の方向を変更するように前記装置の配向が変更される、請求項１１の方法。
13. 前記プロセッサにより少なくとも一つの動作を選択する前記ステップにおいて、前記伝送光のパターンの変更が、コード化された単発の構造化光パターンから非コード化の持続的構造化光パターンへ変更することを含み、前記単発構造化光パターンが、単一パターンを使用して３Ｄ座標の前記第１測定集合を可能にし、持続的光パターンが、前記プロセッサによる３Ｄ座標の第２測定集合の判断を可能にする、請求項１の方法。
14. ステップ（ａ）での前記伝送光のパターンの変更と、ステップ（ｂ）での第２伝送光の送出とにおいて、前記第２伝送光が前記物体の前記表面上で掃引されるスポット光である、請求項１の方法。
15. ステップ（ａ）で機械的プローブを照射することによる前記特徴の測定がさらに、前記第１プロジェクタでインジケータ光を伝送することを含み、前記インジケータ光が前記プローブ先端との接触状態に置かれる物体の領域を照射する、請求項１の方法。
16. 前記プロセッサにより少なくとも一つの動作を選択する前記ステップにおいて、前記アセンブリの姿勢の変更と、前記光源の照射レベルの変更と、前記伝送光のパターンの変更とを含む三つの動作が選択される、請求項１の方法。
17. 物体の表面上の点の三次元座標を判断する方法であって、
    第１プロジェクタと第１カメラと第２カメラとを含むアセンブリを提供することであって、前記第１プロジェクタと前記第１カメラと前記第２カメラとが相互に対して固定され、前記第１プロジェクタと前記第１カメラとの間に第１基線距離が設けられ、前記第１プロジェクタと前記第２カメラとの間に第２基線距離が設けられ、前記第１プロジェクタが光源を有し、前記第１カメラが第１レンズと第１感光アレイとを有し、前記第２カメラが第２レンズと第２感光アレイとを有することと、
    前記第１プロジェクタと前記第１カメラと前記第２カメラとに電気結合されるプロセッサを提供することと、
    前記表面上の特徴の形状の数学的表現を提供することと、
    許容適合度の値を提供することと、
    前記第１プロジェクタからの第１伝送光を前記物体へ送出することと、
    前記第１カメラにより第１反射光を獲得し、相応の第１信号を前記プロセッサへ送出することであって、前記第１反射光が前記表面から反射した前記第１伝送光の一部分であることと、
    前記プロセッサにより前記表面上の第１点の三次元（３Ｄ）座標の第１測定集合を判断することであって、前記第１測定集合が前記第１伝送光と前記第１信号と前記第１基線距離とに少なくとも部分的に基づくことと、
    前記プロセッサにより第１測定点部分集合を判断することであって、前記第１測定点部分集合が前記表面上の前記第１点の部分集合であり、前記第１測定点部分集合が前記特徴に対応する測定点であることと、
    前記プロセッサにより、前記第１測定点部分集合の３Ｄ座標を、前記特徴の前記形状について提供された数学的表現に適合させることであって、前記適合が、前記第１測定点部分集合の前記３Ｄ座標を前記第１導出点部分集合の３Ｄ座標と比較して残余誤差の収集結果を取得することを含み、前記第１導出点部分集合が、前記特徴の前記形状に位置する点の収集結果であり、前記残余誤差の前記収集結果からの前記残余誤差の各々が、前記第１測定部分集合および前記第１導出部分集合からの対応の３Ｄ座標の分離度測定値であり、前記適合がさらに、前記形状の位置および配向を数学的に調節して、最小規則に従って残余誤差の前記収集結果を最小化することで構成されることと、
    前記プロセッサにより測定適合度を判断することであって、前記測定適合度が、残余誤差の前記収集結果から取得される数学的導出量であることと、
    前記プロセッサにより、前記測定適合度と前記許容適合度との比較に少なくとも部分的に基づいて前記第１測定点部分集合の前記３Ｄ座標が許容可能であるかどうかを判断することと、
    前記第１測定点部分集合の前記３Ｄ座標が許容可能であるかどうかに少なくとも部分的に基づいて、前記第１測定３Ｄ座標集合が許容可能であるかどうかを判断することと、
    前記第１測定３Ｄ座標集合が許容可能である場合に、前記第１測定３Ｄ座標集合を記憶することと、
    前記第１測定３Ｄ座標集合が許容可能でない場合に、ステップ（ａ）〜（ｅ）、つまり、
    （ａ）前記プロセッサにより、行われるべき少なくとも一つの動作を選択して前記動作を行うステップであって、前記アセンブリの照射視野の変更と、前記アセンブリの姿勢の変更と、前記光源の照射レベルの変更と、前記伝送光のパターンの変更と、機械的プローブを照射して前記プローブ上のスポット光を前記第１カメラで撮像することにより前記特徴を測定することとで構成されるグループから、前記少なくとも一つの動作が選択されることと、
    （ｂ）前記第１プロジェクタからの第２伝送光を前記物体へ送出するか、前記物体との接触状態に保持された前記機械的プローブにスポット光を照射することと、
    （ｃ）撮像器により第２反射光を獲得し、相応の第２信号を前記プロセッサへ送出することであって、前記第２反射光が前記表面または前記機械的プローブから反射した前記第２伝送光の一部分であり、前記少なくとも一つの動作が前記アセンブリの照射視野の変更を含まない場合に前記撮像器が第１カメラであり、前記少なくとも一つの動作が前記アセンブリの照射視野の変更を含む場合に前記撮像器が第２カメラであることと、
    （ｄ）前記プロセッサにより前記表面上の第２点の３Ｄ座標の第２測定集合を判断することであって、前記第２測定３Ｄ座標集合が、前記第２伝送光と前記第２信号とに少なくとも部分的に基づくことと、
    （ｅ）前記第２測定３Ｄ座標集合を記憶することと、
    を行うことと、
    を包含する方法。
18. 物体の表面上の点の三次元座標を判断する方法であって、
    第１プロジェクタと第１カメラと第２プロジェクタと第２カメラとを含むアセンブリを提供することであって、前記第１プロジェクタと前記第１カメラと前記第２プロジェクタと前記第２カメラとが相互に対して固定され、前記第１プロジェクタと前記第１カメラとの間に第１基線距離が設けられ、前記第２プロジェクタと前記第２カメラとの間に第２基線距離が設けられ、前記第１プロジェクタが第１光源を有し、前記第１カメラが第１レンズと第１感光アレイとを有し、前記第２プロジェクタが第２光源を有し、前記第２カメラが第２レンズと第２感光アレイとを有することと、
    前記第１プロジェクタと前記第１カメラと前記第２プロジェクタと前記第２カメラとに電気結合されるプロセッサを提供することと、
    前記表面上の特徴の形状の数学的表現を提供することと、
    許容適合度の値を提供することと、
    前記第１プロジェクタからの第１伝送光を前記物体へ送出することと、
    前記第１カメラにより第１反射光を獲得し、相応の第１信号を前記プロセッサへ送出することであって、前記第１反射光が前記表面から反射した前記第１伝送光の一部分であることと、
    前記プロセッサにより前記表面上の第１点の三次元（３Ｄ）座標の第１測定集合を判断することであって、前記第１測定集合が、前記第１伝送光と前記第１信号と前記第１基線距離とに少なくとも部分的に基づくことと、
    前記プロセッサにより第１測定点集合を判断することであって、前記第１測定点部分集合が、前記表面上の前記第１点の部分集合であり、前記第１測定点部分集合が前記特徴に対応する測定点であることと、
    前記プロセッサにより前記第１測定点部分集合の３Ｄ座標を、前記特徴の前記形状について提供される数学的表現に適合させることであって、前記適合が、前記第１測定点部分集合の前記３Ｄ座標を第１導出点部分集合の３Ｄ座標と比較して残余誤差の収集結果を取得することを含み、前記第１導出点部分集合が、前記特徴の前記形状に位置する点の収集結果であり、前記残余誤差が、前記第１測定部分集合と前記第１導出部分集合との対応の３Ｄ座標の分離度測定値であり、前記適合がさらに、前記形状の姿勢を数学的に調節して最小化規則にしたがって前記残余誤差を最小化することで構成されることと、
    前記プロセッサにより測定適合度を判断することであって、前記測定適合度が、残余誤差の前記収集結果から取得された数学的導出量であることと、
    前記プロセッサにより、前記測定適合度と前記許容適合度との比較に基づいて前記第１集合が許容可能であるかどうかを判断することと、
    前記第１測定特徴集合が許容可能である場合に、前記第１３Ｄ座標集合を記憶することと、
    前記第１測定特徴集合が許容可能でない場合に、ステップ（ａ）〜（ｅ）、つまり、
    （ａ）前記プロセッサにより、行うべき少なくとも一つの動作を選択して前記動作を行うステップであって、前記アセンブリの照射視野の変更と、前記アセンブリの姿勢の変更と、前記光源の照射レベルの変更と、前記伝送光のパターンの変更と、機械的プローブを照射して前記プローブでのスポット光を前記第１カメラで撮像することにより前記特徴を測定することとで構成されるグループから、前記少なくとも一つの動作が選択されるステップと、
    （ｂ）光伝送器からの第２伝送光を前記物体へ送出するか、前記物体との接触状態に保持される前記機械的プローブにスポット光を照射するステップであって、前記少なくとも一つの動作が前記アセンブリの照射視野の変更を含む場合には、前記光伝送器が前記第１プロジェクタであり、前記少なくとも一つの動作が前記アセンブリの照射視野の変更を含む場合には、前記光伝送器が第２プロジェクタであるステップと、
    （ｃ）撮像器により第２反射光を獲得し、相応の第２信号を前記プロセッサへ送出するステップであって、前記第２反射光が前記表面または前記機械的プローブから反射した前記第２伝送光の一部分であり、前記少なくとも一つの動作が前記アセンブリの照射視野の変更を含まない場合には前記撮像器が前記第１カメラであり、前記少なくとも一つの動作が前記アセンブリの照射視野を含む場合には前記撮像器が前記第２カメラであるステップと、
    （ｄ）前記プロセッサにより前記表面上の第２点の第２測定３Ｄ座標集合を判断するステップであって、前記第２測定３Ｄ座標集合が前記第２伝送光と前記第２信号とに少なくとも部分的に基づくステップと、
    （ｅ）前記第２測定３Ｄ座標集合を記憶するステップと
    を行うことと、
    を包含する方法。

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