JP2019184430A - ３次元位置計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象物の全体的な３次元座標を効率的に計測することができる３次元位置計測システムを提供する。【解決手段】本発明は、計測操作装置２と、複数のカメラ１から取得した反射マーカ２２に関する撮像データに基づいて、三角測量の原理により、反射マーカ２２の３次元座標を演算する演算装置３と、を備える３次元位置計測システムにおいて、本体部２１は、計測対象物Ｂにレーザーを照射することで、非接触で計測対象物Ｂの位置を計測し、計測結果を演算装置３に送信するレーザースキャナ２１１を備え、演算装置３は、反射マーカ２２の３次元座標とレーザースキャナ２１１の計測結果に基づいて、３次元座標系におけるレーザースキャナ２１１で計測された計測対象物Ｂの３次元座標を演算する。【選択図】図１

Description

本発明は、３次元位置計測システムに関する。

３次元位置計測システムは、例えば特開２０１７−９６７３８号公報に記載されているように、複数のカメラと、複数の反射マーカを有するプローブと、カメラの撮像結果に基づいてプローブの所定点（例えば先端）の３次元座標を演算する演算装置と、を備えている。このシステムによれば、プローブの所定点と計測対象物とを接触させることで、計測対象物の当該接触点の３次元座標を得ることができる。

特開２０１７−９６７３８号公報

しかしながら、上記システムでは、計測対象物に対してポイントごとの計測に優れているが、計測対象物の面形状など、計測対象物の全体的な３次元座標の計測に関しては、手間がかかり、改良の余地がある。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、計測対象物の全体的な３次元座標を効率的に計測することができる３次元位置計測システムを提供することを目的とする。

本発明の３次元位置計測システムは、赤外線照射可能な複数のカメラと、本体部及び前記本体部に設けられた３つ以上の反射マーカを有する計測操作装置と、前記複数のカメラから取得した前記反射マーカに関する撮像データに基づいて、三角測量の原理により、所定位置を原点とした３次元座標系における前記反射マーカの３次元座標を演算する演算装置と、を備える３次元位置計測システムにおいて、前記本体部は、計測対象物にレーザーを照射することで、非接触で前記計測対象物の位置を計測し、計測結果を前記演算装置に送信するレーザースキャナを備え、前記演算装置は、前記反射マーカの前記３次元座標と前記レーザースキャナの計測結果に基づいて、前記３次元座標系における前記レーザースキャナで計測された前記計測対象物の前記３次元座標を演算する。

本発明によれば、レーザースキャナを利用するため、計測対象物を効率的に計測することができ、計測対象物の位置・形状を１つの３次元座標系上に再現することができる。本発明によれば、計測対象物の全体的な３次元座標を効率的に計測することができる。

本実施形態の３次元位置計測システムの構成図である。 本実施形態の計測操作装置の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。本実施形態の３次元位置計測システムＡは、図１及び図２に示すように、複数のカメラ１と、計測操作装置２と、演算装置３と、を備えている。カメラ１は、画像を撮像する撮像部１１と、赤外線を照射する照射部１２と、を備えている。カメラ１は、赤外線照射可能なカメラであって、例えばカメラセンサや光学式カメラである。各カメラ１は、例えば単独で移動可能なスタンド（例えば三脚）に設置されている。なお、各カメラ１は、例えば部屋の壁面（天井等）に固定されても良い。複数のカメラ１により、撮像対象スペースＳが形成されている。

計測操作装置２は、ユーザに把持されて操作される装置であって、本体部２１と、本体部２１に設けられた３つ以上の反射マーカ２２と、を備えている。本体部２１は、計測対象物Ｂにレーザーを照射することで、非接触で計測対象物Ｂの位置を計測するハンディタイプのレーザースキャナ２１１を備えている。レーザースキャナ２１１は、図２に示すようにユーザが把持して操作可能なハンディタイプに構成されており、有線又は無線により、演算装置３に計測結果を送信する。レーザースキャナ２１１は、例えば、計測対象物Ｂに照射したレーザーの計測対象物Ｂからの反射光に検知して、当該反射光に基づいて、計測対象物Ｂの位置・形状を測定する装置である。レーザースキャナ２１１の光源は、例えば、一度に照射される複数のレーザー光が線状又は面状となるように配置されている。例えばレーザー光が直線状に照射されるレーザースキャナでは、ユーザが当該直線に交差するようにレーザースキャナを移動させることで、計測対象物Ｂの面形状を計測することができる。レーザースキャナ２１１としては、公知の装置を用いることができる。反射マーカ２２は、赤外線を反射するためのものであり、例えば球状に形成されている。

演算装置３は、複数のカメラ１から取得した反射マーカ２２に関する撮像データに基づいて、三角測量の原理により、所定位置を原点とした３次元座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）における反射マーカ２２の３次元座標を演算する装置である。具体的に、演算装置３は、ＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータ３１と、当該コンピュータ３１で作動する計測ソフトウェア３２と、を備えている。計測ソフトウェア３２は、例えば市販のソフトウェア（３次元位置計測やモーションキャプチャーに関するソフトウェア）を利用することができる。コンピュータ３１は、すべてのカメラ１と通信可能に接続されている。

演算装置３は、複数のカメラ１の撮像データに基づいて、三角測量の原理により、各反射マーカ２２の３次元座標を演算する。演算装置３には、予め反射マーカ２２の位置関係（マーカピッチ）が設定されている。演算装置３は、すべての反射マーカ２２の３次元座標を算出し、そこから計測操作装置２の位置や向き（姿勢）を把握する。演算装置３は、例えば計測操作装置２に対して予め設定された特定位置を計測操作装置２の位置として認識する。例えば、本体部２１のある部分が位置特定部２１ａに設定され、位置特定部２１ａと反射マーカ２２との位置関係が演算装置３に予め設定されている。

演算装置３は、反射マーカ２２の３次元座標と本体部２１の計測結果に基づいて、３次元座標系における本体部２１で計測された計測対象物Ｂの３次元座標を演算する。演算装置３は、レーザースキャナ２１１の３次元座標系を、システムの３次元座標系（反射マーカ２２の位置を表す３次元座標系）と同期させ、１つの３次元座標系における計測対象物Ｂの測定個所の座標すなわち計測対象物Ｂの形状データ（点群データ）を演算する。例えば、位置特定部２１ａとレーザースキャナ２１１の計測基準点又は３次元座標系における原点との位置関係が予め設定されている。演算装置３は、レーザースキャナ２１１の位置及び向きの時系列データ（３次元座標時系列データ）と、レーザースキャナ２１１の計測結果の時系列データとを照合・同期することにより、計測対象物Ｂの３次元座標を算出することができる。演算装置３は、レーザースキャナ２１１に対する計測対象物Ｂの相対位置（各測定点の相対位置）を、反射マーカ２２（位置特定部２１ａ）の位置を表す３次元座標系に反映させるともいえる。

本実施形態によれば、１つの３次元座標系において、非接触で、計測対象物Ｂの形状を効率良く再現することができる。例えば、３ＤＣＡＤに基づいて製造された製品の実際の形状と、３ＤＣＡＤとを比較し、製品が設計通りに製造されているか否かを検証することができる。本実施形態によれば、３ＤＣＡＤデータと３次元位置計測システムで計測された形状とを重ねて（座標を一致させて）配置することもできる。このように、本実施形態によれば、精度の良い計測と、精度の良い検証が可能となる。また、本システムは、容易に移動可能に構成されており、例えばシステムを工場内から野外に移動させて計測することができる。また、例えば、工場のライン内にシステムが配置されることで（インラインで）、ユーザにより、又はロボットアーム等により自動的に、ライン上で計測対象物Ｂを計測することもできる。

１…カメラ、２…計測操作装置、２１…本体部、２１１…レーザースキャナ、２２…反射マーカ、３…演算装置、Ａ…３次元位置計測システム。

Claims (2)

1. 赤外線照射可能な複数のカメラと、
   本体部及び前記本体部に設けられた３つ以上の反射マーカを有する計測操作装置と、
   前記複数のカメラから取得した前記反射マーカに関する撮像データに基づいて、三角測量の原理により、所定位置を原点とした３次元座標系における前記反射マーカの３次元座標を演算する演算装置と、
   を備える３次元位置計測システムにおいて、
   前記本体部は、計測対象物にレーザーを照射することで、非接触で前記計測対象物の位置を計測し、計測結果を前記演算装置に送信するレーザースキャナを備え、
   前記演算装置は、前記反射マーカの前記３次元座標と前記レーザースキャナの計測結果に基づいて、前記３次元座標系における前記レーザースキャナで計測された前記計測対象物の前記３次元座標を演算する３次元位置計測システム。
2. 前記レーザースキャナは、ユーザが把持して操作可能なハンディタイプに構成されている請求項１に記載の３次元位置計測システム。