JP2021521460A - 大型測定対象物の寸法特徴及び形状特徴の少なくとも一方を決定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

複数の写真測量ターゲット（２２）を測定対象物（１８）上に位置決めする。写真測量ターゲット（２２）を伴う測定対象物（１８）を示す複数の第１の画像を用いて、写真測量ターゲット（２２）の各ターゲット位置を決定する。各ターゲット位置は参照系を規定する。３Ｄ測定デバイス（１６）を用いて、複数の部分３Ｄ測定データを決定する。各ターゲット位置を用いて、部分３Ｄ測定データを位置合わせして合成する。位置合わせ３Ｄ測定データに基づき、測定対象物（１８）の寸法特徴及び／又は形状特徴を決定する。一態様によれば、部分３Ｄ測定データは、写真測量ターゲット（２２）が測定対象物（１８）上に位置決めされている際の第１の３Ｄ測定ランと、写真測量ターゲット（２２）を測定対象物（１８）から除去した後の第２の３Ｄ測定ランとで決定する。

Description

本発明は、測定容積を規定する３Ｄ測定デバイスを用いて測定対象物の寸法特徴及び形状特徴の少なくとも一方を決定する方法であって、測定対象物は測定容積よりも大きく、当該方法は、
測定対象物上に複数の写真測量ターゲットを位置決めするするステップと、
複数の写真測量ターゲットを測定対象物上に位置決めしたまま測定対象物の複数の第１の画像を撮影するステップと、
複数の第１の画像に基づき複数の写真測量ターゲットの各ターゲット位置を決定するステップと、
測定対象物上の複数の部分測定領域を規定するステップと、
３Ｄ測定デバイスを用いて複数の部分測定領域を表す各部分３Ｄ測定データを決定するステップと、
測定対象物の位置合わせ３Ｄ測定データを決定するために各部分３Ｄ測定データ及び各ターゲット位置を一致させるステップと、
位置合わせ３Ｄ測定データに基づき寸法特徴及び形状特徴の少なくとも一方を決定するステップと
を含む方法に関する。

本発明はさらに、測定対象物の寸法特徴及び形状特徴の少なくとも一方を決定する測定装置であって、測定対象物上に位置決めされるよう構成された複数の写真測量ターゲットと、複数の写真測量ターゲットを測定対象物上に位置決めしたまま測定対象物の複数の第１の画像を撮影する第１のカメラと、測定容積を規定し、且つ測定容積よりも大きな測定対象物の複数の部分測定領域を表す各部分３Ｄ測定データを決定するよう構成された３Ｄ測定デバイスと、複数の第１の画像に基づき複数の写真測量ターゲットの各ターゲット位置を決定するよう構成され、測定対象物の位置合わせ３Ｄ測定データを決定するために各部分３Ｄ測定データ及び各ターゲット位置を一致させるよう構成され、且つ位置合わせ３Ｄ測定データに基づき寸法特徴及び形状特徴の少なくとも一方を決定するよう構成された処理ユニットとを備えた測定装置に関する。

このタイプの方法及び装置は、例えば、インターネット上で公開された１組のプレゼンテーションスライドである非特許文献１から既知である。

大型測定対象物の３Ｄ特徴の決定は、組み立てプロセス中及び／又は組み立てプロセス後の車体の形状及び／又は寸法の測定が望まれる場合に現代の自動車製造工場で行われることが多い測定作業である。とはいえ、このような測定法及び測定装置には、車体測定以外の用途がある。したがって、以下に開示する方法及び装置は、いかなる種類の大型対象物、例として飛行機、鉄道車両、風車タービンブレード、建造物、又はそのコンポーネント及び部品等の測定に用いられ得ることが有利である。本開示に関する大型対象物とは、大型対象物をカバーするために複数の部分３Ｄ測定が必要であるような、３Ｄ測定装置の測定容積よりも大きな任意の対象物である。

大型対象物の測定に関する一般的な問題は、大きな測定領域にわたって高い測定分解能及び高い測定精度を達成するのが困難であることから起こる。高い測定分解能及び高い測定精度を達成するために、通常は大型測定対象物をより小さな部分測定領域に細分し、それらを順次測定する。続いて部分測定結果を適切に合成しなければならない。これは、写真測量ターゲットに基づく第２の測定手法を用いて容易にすることができる。

したがって、上述の方法及び装置は、大型測定対象物について所望の精度を達成するために２つの異なる測定手法を用いる。第１の測定手法は、写真測量ターゲット、すなわち測定対象物上に取り付けられた、又は光投影等の他の方法で位置決めされた所定の人工マーキング要素を用いる。大型測定対象物の周囲の複数の異なるカメラ位置から複数の第１の画像を撮影すると、測定対象物全体又は少なくともその主要部分を表す画像データが得られる。種々の視点から撮影した写真測量ターゲットの画像を用いることで、明確なターゲット位置のグリッドを規定することができる。等距離にないことが好ましいターゲット位置のグリッドは、大型測定対象物上に仮想的に置かれ得るある種の基準座標系又は参照系を確定する。残念ながら、写真測量ターゲットは、大型測定対象物の「フル」３Ｄデータを高分解能で提供しない。正確には、写真測量ターゲットは、選択された位置の、すなわち写真測量ターゲットが配置されている場所の３Ｄデータしか提供しない。

したがって、高分解能３Ｄ測定データは、選択された部分測定領域に関して別個の３Ｄ測定デバイスを用いて決定される。多くの場合、３Ｄ測定デバイスは、上記プレゼンテーションスライドから既知のように光学３Ｄ縞投影センサを含む。しかしながら、概して、他の３Ｄ高分解能測定手法を用いてもよい。写真測量手法からの参照系を利用することにより、部分測定結果を位置合わせして合成することができる。両方の測定手法を組み合わせることにより、大型測定対象物の高分解能３Ｄデータを決定することが可能である。

残念ながら、既知の方法及び装置では、非常に多数の写真測量ターゲットを複数のターゲット位置に位置決めする必要がある。さらに、各写真測量ターゲットが選択位置で測定対象物をカバーするので、ターゲット位置の計画を徹底しなければならない。既知の方法及び装置では、適切なターゲット位置を計画して測定対象物上の事前計画位置にターゲットを慎重に位置決めするには非常に時間がかかる。例として、組み立て済みの車体（ホワイトボディと称する場合がある）の測定には最大数百個の写真測量ターゲットが必要であり得る。このような多数の写真測量ターゲットを位置決めするための出費を抑えるために、上記プレゼンテーションスライドでは、ライトプロジェクタにより写真測量ターゲットを測定対象物に投影することを提案している。この手法の１つの問題は、第１の画像でのターゲットの見え方が測定対象物の表面特徴に応じて変わり得ることである。さらに、ターゲットの投影用のライトプロジェクタが必要であり、この手法について確実なデータ処理は今のところ達成されていない。最後に、写真測量ターゲットの投影には、プロジェクタと測定対象物の間に自由視線が必要であり、これは、特に車体の外側及び内側の測定が望まれる場合には必ずしも達成可能でない。

特許文献１も、大型測定対象物の３Ｄデータを決定する方法及び装置であって、測定対象物上に位置決めされた基準対象物を用いて部分測定データを合成する方法及び装置を開示している。

特許文献２は、部分３Ｄ測定データを決定する３Ｄ測定センサを開示している。３Ｄ測定センサはリファレンスカメラに接続され、リファレンスカメラは第１の画像の撮影に用いられる。

特許文献３及び特許文献４によれば、基準マークが測定対象物の周囲に配置される。これは実施が難しく、大型又は超大型の測定対象物ではかなりの費用がかかる。

特許文献５では、計測室が空のうちに計測室内に配置されたリファレンスマークの位置を決定するための最初の計測の実行が提案されている。計測対象物は、リファレンスマークの位置の決定後に計測室内に位置決めされる。この手法は、大型対象物を収容できる規定の計測室を必要とする。このような計測室は利用可能であるとは限らない。さらに、測定対象物を室内に入れる際にいくつかのマーカが図らずも移動するリスクがある。

特許文献６は、参照体上に配置された基準マークを用いて３Ｄ測定システムを較正する方法を開示している。特許文献７は、第１の測定パターン及び第２の測定パターンを投影するパターンプロジェクタを用いた３Ｄ測定システムであって、第２の測定パターンで測定を増加、削除、又は変更する３Ｄ測定システムを開示している。

特許文献８は、測定方法及び光学３Ｄ測定デバイスと産業用ロボットの可動アームに配置された付加的なカメラとを備えた測定装置を開示している。ロボットは、異なる方向に配置された少なくとも２つのリニアガイドに沿って動かすことができる。

米国特許出願公開第２００３／０１１２４４８号明細書 米国特許出願公開第２０１３／０２７１５７３号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０００７３２６号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００９ ０３２ ７７１号明細書 米国特許出願公開第２０１３／００５０４１０号明細書 米国特許出願公開第２００５／０１５４５４８号明細書 米国特許出願公開第２００７／００９１１７４号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１４ １０６ ６４１号明細書

Murat Urun他、「大容量測定対象物取得のための投影基準点の安定確認」"Stabilitatsprufung projizierter Referenzpunkte fur die Erfassung grosvolumiger Messobjekte"、［２０１８年６月２０日検索］、インターネット＜URL: https://iapg.jade-hs.de/3dtage/default_018.html＞

上記に鑑みて、本発明の目的は、測定を実行する手間を減らすことができる上記タイプの方法及び装置を提供することである。

この目的に対処するために、冒頭で述べたタイプの方法であって、各部分３Ｄ測定データを決定するステップは、複数の部分測定領域を表す第１の部分３Ｄ測定データを決定する第１の３Ｄ測定ラン（measurement run）を含み、且つ複数の部分測定領域を表す第２の部分３Ｄ測定データを決定する第２の３Ｄ測定ランをさらに含み、複数の写真測量ターゲットを測定対象物上に位置決めしたまま第１の３Ｄ測定ランを実行し、複数の写真測量ターゲットを測定対象物から除去した後に第２の３Ｄ測定ランを実行し、大型測定対象物の位置合わせ３Ｄ測定データを決定するために第１の部分３Ｄ測定データ及び各ターゲット位置に基づき第２の部分３Ｄ測定データを位置合わせする方法が提供される。

別の目的によれば、冒頭で述べたタイプの測定装置であって、処理ユニットは、第１の３Ｄ測定ラン中に第１の部分３Ｄ測定データを決定するよう構成され、第２の３Ｄ測定ラン中に第２の部分３Ｄ測定データを決定するよう構成され、且つ位置合わせ３Ｄ測定データを決定するために第１の部分３Ｄ測定データ及び各ターゲット位置に基づき第２の部分３Ｄ測定データを位置合わせするよう構成され、第１の部分３Ｄ測定データは、測定対象物上に写真測量ターゲットが位置決めされたものを表し、第２の部分３Ｄ測定データは、測定対象物上に写真測量ターゲットが位置決めされていないものを表す測定装置が提供される。

第１のカメラと、測定対象物上の複数の部分測定領域を表す各部分３Ｄ測定データを提供するよう構成された３Ｄ測定デバイスとに接続されたコンピューティングデバイスで実行されると、上記方法を実行するよう構成されたプログラムコードを含むコンピュータプログラムも提供される。

新規方法及び装置は、３Ｄ測定プロセスを少なくとも第１及び第２の測定ランに細分する。第１の測定ランの前及び間に、写真測量ターゲットを測定対象物上に位置決めする。これにより、各部分３Ｄ測定データ及び各ターゲット位置を一致させることが有利である。ターゲット位置は、基準点のリスト又は基準点リスト（a list of reference points or reference point list）として提供され得る。すでに上述したように、ターゲット位置は、大型測定対象物について個々の対象物特定基準座標系を規定する。部分３Ｄ測定データは、ターゲット位置を用いて位置合わせされ合成されることが有利である。写真測量ターゲットを測定対象物上に位置決めしたまま第１の測定ランで部分３Ｄ測定データを決定するので、第１の測定ランの部分３Ｄ測定データを基準グリッドに又は基準点のリストに一致させることが容易になる。従来の方法及び装置とは対照的に、新規方法及び装置はここで終わらない。正確には、写真測量ターゲットを測定対象物から除去した後に第２の３Ｄ測定ランを実行する。したがって、第２の測定ランは、写真測量ターゲットを伴わない測定対象物を表す３Ｄ測定データを提供する。したがって、第２の測定ランは、写真測量ターゲットによる妨害も歪みもない３Ｄ測定データを提供する。結果として、第２の測定ランは、測定対象物のカバレッジを改善させる。

写真測量ターゲットが測定対象物上に位置決めされていない状態で第２の部分３Ｄ測定データが得られるにも関わらず、新規方法及び装置では、第１の測定ランからの測定結果を利用することにより第２の３Ｄ測定データを効率的に合成することができる。例えば、第１及び第２の３Ｄ測定データを一致させることにより、第２の部分測定データを位置合わせして合成するようにすることが可能である。

したがって、新規方法及び装置は、第１の測定ラン及び第２の測定ランからの部分３Ｄ測定データを合成するのが有利である。第１の測定ランからの３Ｄ測定データは、写真測量ターゲットの基準位置との関係により参照系全体を提供することができる。第２の測定ランからの３Ｄ測定データは、特に第１の測定ラン中に写真測量ターゲット位置決めされた場所の第１の３Ｄ測定データを補完することができる。

第２の部分３Ｄ測定データは「クリーンな」測定対象物上で決定されるので、新規方法及び装置は、写真測量ターゲットの計画的な所定の分布への依存がはるかに少ない。結果として、写真測量ターゲットは、従来技術のように測定対象物上により自在に位置決めされ得る。これにより、個々の測定対象物での測定をより迅速且つ容易に計画し実行することができる。特に、適当なターゲット位置を計画してそれらの計画的なターゲット位置に写真測量ターゲットを正確に置くことに多大な労力を費やす代わりに、部分３Ｄ測定ステップを２回実行する方がはるかに効率的であることが分かった。したがって、新規方法及び装置では、測定結果を悪化させることなく時間及び費用を節約することができる。これに対して、対象物全体の完全な３Ｄ測定データ（写真測量ターゲットを置く位置におけるデータを含む）を得ることができる。したがって、上記目的が達成される。

新規方法及び装置の好ましい具体的態様（refinement）によれば、第１の部分３Ｄ測定データを各ターゲット位置に一致させ、位置合わせ３Ｄ測定データを決定するために第２の部分３Ｄ測定データを第１の部分３Ｄ測定データと位置合わせし、位置合わせ３Ｄ測定データは、測定対象物の寸法及び／又は形状特徴の決定に用いられる。第１及び第２の部分３Ｄ測定データを位置合わせするステップの実行には、キャリアシステム（例えばロボット）の再現性が十分に正確であるとすれば第１及び第２の部分３Ｄ測定データの両方で全く同じ変換を用いてもよく、十分な幾何学的構造が利用可能である場合は反復最近接点（ＩＣＰ）アルゴリズム等の表面マッチングを用いてもよく、表面マッチング及び画像間マッチングの組み合わせを用いてもよく、又はそれらの手法のいずれかの組み合わせを用いてもよい。

この具体的態様によれば、２つの別個の位置合わせ実行を実行する。第１の位置合わせ実行は、写真測量からのターゲット位置を用いて第１の部分３Ｄ測定データを位置合わせする。第２の位置合わせ実行は、位置合わせ済みの第１の部分３Ｄ測定データを用いて第２の部分３Ｄ測定データを位置合わせする。代替として、第２の部分３Ｄ測定データは、第１の部分３Ｄ測定データ及び写真測量ターゲットのターゲット位置の両方を複合ラン（combined run）で用いて合成され位置合わせされ得る。好ましい具体的態様の利点として、第１の部分３Ｄ測定データの合成及び位置合わせと第２の部分３Ｄ測定データの合成及び位置合わせとに既存のアルゴリズム及び手順を用いることができる。第２の位置合わせステップは、任意の利用可能なベストフィット手法を用いることが有利であり得る。したがって、好ましい具体的態様は、費用効果の高い方法で新規方法装置の効率的な実施を可能にする。

さらに別の具体的態様では、複数の写真測量ターゲットを測定対象物上に自在に位置決めする。

この具体的態様は、第２の３Ｄ測定ランを有効活用する。測定対象物上の写真測量ターゲットの位置決めについて特に指示は必要ない。写真測量ターゲットは、測定対象物の表面上にある程度無作為に位置決めすることができる。さらに、複数の写真測量ターゲットの位置決めは、測定対象物の同じタイプの試料（specimen）毎に異なり得る。この具体的態様は、ターゲット位置を事前に完璧に計画する多大な労力を回避し、したがって個々の測定対象物上に写真測量ターゲットを置くための出費を減らす。

さらに別の具体的態様では、３Ｄ測定デバイスは、低分解能測定モード及び高分解能測定モードを選択的に提供し、第１の３Ｄ測定ランは低分解能測定モードを用いて実行される。好ましくは、第２の測定ランは高分解能測定モードを用いて実行される。低分解能測定モードが、より時間がかかる高分解能測定モードと比べて高速測定モードであることも好ましい。

この具体的態様が特に有利なのは、縞投影測定デバイス又は任意の他のカメラベースの測定デバイス等の光学３Ｄ測定デバイスが用いられる場合である。この具体的態様は、第１の３Ｄ測定データを決定するステップを低分解能モードでより迅速且つ効率的に実行できるので、完全な３Ｄ測定を実行する時間をさらに短縮することができる。低分解能モードでは、生成される３Ｄ測定データが少なくなり、これによりデータ処理時間の短縮が容易になる。他方では、第２の測定ランが高分解能測定モードを用いて実行される場合、最終３Ｄ測定データが第２の測定ランに基づくので、高い測定精度及び分解能が維持される。

さらに別の具体的態様では、大型測定対象物の公称特徴を表すＣＡＤデータを提供し、ＣＡＤデータに基づき３Ｄ測定デバイスを操作するための測定計画を決定する。

３Ｄ測定デバイスは大型測定対象物の部分測定データを決定するので、測定対象物の広域又は全域カバレッジには、測定対象物に対して種々の場所で３Ｄ測定デバイスを用いて通常は順に複数の測定ステップが必要である。いくつかの例示的な実施形態では、３Ｄ測定デバイスを産業用ロボットに配置することができ、測定計画は、測定対象物に対する３Ｄ測定デバイスの移動を規定する。他の例示的な実施形態では、３Ｄ測定対象物を固定フレームに配置することができ、測定対象物をフレームに対して移動させる。いずれにせよ、測定計画は、３Ｄ測定デバイスに対する測定対象物の移動パラメータを規定し得る。測定対象物及び３Ｄ測定デバイスの両方が可動であり、測定計画が各移動パラメータ及び測定位置を規定することも可能である。公称対象物特徴を表すＣＡＤデータの使用により、相対移動及び／又は測定時間の最小化に関して測定計画を効率的に策定することができる。測定対象物の部分測定領域の多重カバレッジを回避又は最小化できるのが有利である。これは、測定時間の短縮及び測定効率の向上にも役立つ。

さらに別の具体的態様では、予備３Ｄ測定ラン中に基準測定対象物で予備部分３Ｄ測定データを決定し、予備部分３Ｄ測定データをＣＡＤデータに一致させる。

この具体的態様は、測定計画の最適化に役立つと共に、第１及び第２の測定ランの効率的な自動実行を容易にするのに役立つ。

さらに別の具体的態様では、測定計画の決定のために基準測定対象物上に複数の写真測量ターゲットを位置決めする。

この具体的態様も、測定計画の最適化に役立ち、特に新規方法及び装置の段取り中の予備部分３Ｄ測定データの適切な位置合わせ及び合成を容易にする。

さらに別の具体的態様では、写真測量ターゲットを基準測定対象物上に位置決めせずに予備部分３Ｄ測定データを決定する。

写真測量ターゲットが測定計画の策定プロセスで用いられ得るとは言っても、この具体的態様によれば、写真測量ターゲットを基準測定対象物上に位置決めせずに予備部分３Ｄ測定データが決定される。この具体的態様は、予備部分３Ｄ測定データをＣＡＤデータに一致させるステップを容易にする。とはいえ、基準測定対象物上の写真測量ターゲットは、どのようにして複数の第１の画像をできる限り効率的に撮影するかを計画するのに用いることができるのが有利である。したがって、測定計画は、複数の第１の画像の撮影に第１のカメラをどのように用いるかをさらに含むのが有利である。

さらに別の具体的態様では、測定計画を第１の３Ｄ測定ラン及び第２の３Ｄ測定ランの両方に用いる。

この具体的態様によれば、３Ｄ測定デバイス及び測定対象物の相対移動に関する限り、測定計画は２回実行される。代替として、いくつかの他の例示的な実施形態では、第２測定ランは異なる測定計画に従って実行され得る。好ましい具体的態様は、新規方法及び装置の効率の向上に役立ち、第１及び第２の部分測定データの適切な一致を容易にする。

さらに別の具体的態様では、写真測量ターゲットは、細長い好ましくは可撓性の支持構造体と、支持構造体上に配置された複数の規定マーカとを含む。

いくつかの例示的な実施形態では、支持構造体は、支持構造体を測定対象物に取り付けるための磁石及び／又は吸盤を含み得る。支持構造体は、測定対象物上に配置することができるコード、ベルト、ネット、又はマットを含むことができ、規定マーカがコード、ベルト、ネット、又はマットに取り付けられるか又は組み込まれる（embodied）。支持構造体は、繊維材料、織物、革、ゴム、又は他の可撓性材料から作られ得る。さらに他の例示的な実施形態では、支持構造体は、折り畳み式の棒、ストライプ、又は１つ又は複数の可変ジョイントで相互に可動に接続される他の剛性要素を含み得る。このような支持構造体上での写真測量ターゲットの使用は、当該支持構造体が通常は測定対象物の一部領域を覆い、そこを第１の測定ランで測定できないので、一見すると不利であるように思われる。しかしながら、第２の測定ランにより、支持構造体による測定対象物の大きな被覆が容易に克服される。したがって、このような支持構造体を用いて複数の写真測量ターゲットを測定対象物上に容易且つ迅速に置くことができるので、この具体的態様は新規方法及び装置を有効活用するものであり、その効率を高めさえする。支持構造体が可撓性であれば、これにより複数の規定マーカを車体のドアフレームの周囲等の測定対象物の縁の周囲に配置できるので特に好ましい。写真測量ターゲットが所定の永続的な関係で支持構造体上に配置されれば、これにより隣接ターゲット間の所定の関係の維持が容易になるのでさらに好ましい。この具体的態様は、例えば、車体又は相互に向き合わない種々の表面を有する他の複雑な測定対象物の内面及び外面の両方のフルカバレッジ測定を容易にする。

言うまでもなく、上述の特徴及び以下で説明する特徴は、各組み合わせだけでなく、本発明の範囲から逸脱することなく他の組み合わせで又は単独で用いることができる。

例示的な実施形態を図面に示し、以下の説明でより詳細に説明する。

新規測定装置の実施形態の簡易図を示す。 図１の測定装置に教示するステップを示す簡易フローチャートを示す。 新規方法の例示的な実施形態を示す簡易フローチャートを示す。

図１において、新規装置の例示的な実施形態を全体として参照符号１０で示す。装置１０は、種々の方向及び向きに可動であるアーム１３を有するロボット１２を備える。第１カメラ１４及び３Ｄ測定センサ１６が、アーム１３の自由端に複合的に配置される。例示的な測定対象物を参照符号１８で示す。例として、測定対象物は車体、特にホワイトボディである。しかしながら、さらに上記したように、新規方法及び装置は車体の個々の特徴の決定に適しているだけではない。正確には、新規方法及び装置は任意の大型測定対象物の３Ｄ特徴の決定に適している。

参照符号２０で示すように、第１のカメラ１４は、測定対象物１８の大部分を示す第１の画像を撮影できるようにかなり広い視野を有する。特に、視野２０は、測定対象物１８の画像を撮影するよう構成され、これらの画像は、測定対象物１８上に配置された複数の写真測量ターゲット２２を含む。例として、写真測量ターゲットは、それらをカメラ画像内で相互に識別及び区別できるように１つ又は複数の個別の印又はマーカ２３をそれぞれが含む。

いくつかの例示的な実施形態では、写真測量ターゲットは、１つ又は複数の外面（ファセット）上に適当なマーカを有する小さな立方体又は他の多面体である。ターゲット本体は、プラスチック又は発泡体から作ることができ、磁石及び／又は吸盤（簡単のためにここでは図示しない）を介して測定対象物に取り付けることができる。いくつかの好ましい例示的な実施形態では、複数の写真測量ターゲットが共通の支持構造体２４上に配置される。支持構造体２４は、複数のターゲット２２の相互の相対位置及び向きが明確で固定されているようにこれらを接続し得る。例えば、支持構造体２４は、適当なジョイントで可動に接続された剛性のバーを含み得る。他の例示的な実施形態では、支持構造体２４は、革ベルト、繊維ベルト、可撓性のゴムストリップ等の可撓性要素を含み得る。さらに他の例示的な実施形態では、支持構造体２４は、適当なターゲット２２が取り付けられる繊維マット又はネットを含み得る。ターゲットは、支持構造体２４に物理的に取り付けられてもよく、又は支持構造体の表面材料に印刷されてもよい。さらに他の例示的な実施形態では、複数のターゲット２２が測定対象物１８上に自由に配置され得る。冒頭で述べたプレゼンテーションスライドで提案されているように、適当な写真測量ターゲット２２が測定対象物１８に投影されることも可能である。

３Ｄ測定センサ１６は、この例示的な実施形態では縞プロジェクタ２６及びさらなるカメラ２８を含む。１台のプロジェクタ、２台の３Ｄカメラ、及び１台の写真測量カメラを有する他の構成も可能である。当業者には既知のように、プロジェクタ２６及びカメラ２８は、合わせて光学３Ｄ縞投影測定センサを形成する。例として、３Ｄ測定センサ１６は、独国ノイボイエルン所在のCarl Zeiss Optotechnik GmbHにより商標名Ｚｅｉｓｓ Ｃｏｍｅｔとして販売されているような光学３Ｄ縞投影センサであり得る。しかしながら、新規方法及び装置は、この特定の種類の３Ｄ測定センサに限定されない。

図１から分かるように、カメラ２８の視野３０は、第１のカメラ１４の視野２０と比べてかなり狭い。したがって、３Ｄ測定センサ１６は、通常は測定対象物１８の部分領域のみの３Ｄ測定データの決定を可能にする。例として、参照符号３２は、プロジェクタ２６が測定対象物１８上に生成した光パターンを示し、当該光パターンが部分測定領域を規定する。当業者には既知のように、光パターン３２がカメラ２８により撮影され、部分測定領域の３Ｄ座標が三角測量に基づき決定される。プロジェクタ２６により生成された縞パターンのサイズとカメラ２８の視野３０とは、１つの測定ステップで３Ｄセンサ１６が３Ｄ測定データを決定できる測定領域を制限する。

参照符号３４は、コンピューティングデバイスを示し、これは種々の供給業者から市販されているような汎用パーソナルコンピュータであってもよく、又はカメラ１４及び３Ｄセンサ１６からの画像データを処理する専用コンピュータであってもよい。したがって、コンピューティングデバイス３４は、カメラ１４からの第１の画像及びカメラ２８からのカメラ画像を受け取るために第１のカメラ１４及び３Ｄ測定センサ１６に接続される。コンピューティングデバイス３４は、測定装置１０の中央制御・評価ユニットとして動作するためにロボット１２又はロボットコントローラ（簡単のためにここでは図示しない）にも接続され得る。

図２は、図１からの測定装置１０の設定及び教示の方法ステップを示す簡易フローチャートを示す。ステップ４０によれば、３Ｄ測定センサ１６の適当な３Ｄ測定ポーズを決定する。各ポーズは、測定対象物１８に対する測定センサ１６の位置及び向きを規定する。測定対象物１８の公称特徴を表すＣＡＤデータ４２を適当な測定ポーズの決定に用いるのが有利である。大型測定対象物１８の３Ｄ測定データの決定には、複数の適当な測定ポーズが通常は必要である。

ステップ４４によれば、所望の測定領域全部がカバーされるような第１のカメラ１８による測定対象物１８の第１の画像の撮影を可能にするように、第１のカメラ１４の複数のカメラポーズを決定する。ＣＡＤデータ４２がステップ４４でも用いられ得るのが有利である。ステップ４０及び４４が任意の順序で順次に又は並行して実行され得ることを理解されたい。したがって、図２に示す一連のステップ４０、４４は限定的なものではない。

ステップ４６によれば、ステップ４０による３Ｄ測定ポーズの決定から得られる測定プログラムを測定対象物１８の基準試料に対して実行する。ステップ４８によれば、ステップ４６で決定された３Ｄ測定データを任意の既知のベストフィットアルゴリズムを用いてＣＡＤデータに一致させる。したがって、ステップ４８により、ステップ４０で決定された測定ポーズが測定対象物１８の任意の所望の領域の３Ｄ測定データを決定するために適当か否かを調べることができる。必要であれば、選択された測定ポーズの変更及び／又は測定ポーズの追加若しくは削除のためにステップ４０を繰り返してもよい。最後に、ステップ４８では、特に関心のある測定対象物１８の領域毎の３Ｄ測定データを決定させる３Ｄ測定プログラムを得ることが意図される。

ステップ５０によれば、続いて写真測量ターゲット２２を測定対象物１８の基準試料上に位置決めする。好ましい実施形態では、ターゲット２２は、ターゲット２２の位置及び向きに関して特に指示なく基準試料に自在に位置決めされる。ステップ５２によれば、測定対象物１８の基準試料の複数の第１の画像を撮影するために写真測量プログラムを実行する。写真測量の経験のある当業者には既知のように、撮影画像に基づき、写真測量プログラムは複数の写真測量ターゲット２２の各ターゲット位置を決定する。各ターゲット位置から、測定対象物１８（の試料）上の基準点のリストが得られる。したがって、基準点リストは、測定される測定対象物１８を表す基準座標系又は参照系を規定する。必要に応じて、第１のカメラポーズの最適化及び／又は適当なカメラポーズの追加若しくは削除のためにステップ４４を繰り返してもよい。この場合も、一連のステップ４０〜５２が図２に示す一連のステップに限定されないことを理解されたい。ステップ４４、５０、及び５２を順次に実行する必要があるが、３Ｄセンサ１６を用いた３Ｄ測定データの決定及びＣＡＤデータへの上記３Ｄ測定データの一致は、ステップ５２による基準点リストの決定前又は後に実行され得る。

ステップ５４によれば、３Ｄセンサ１６を用いて決定された３Ｄ測定データを、ステップ５２からの基準点リストを用いて位置合わせして合成する。換言すれば、複数の基準点を用いて部分３Ｄ測定データを位置合わせして合成し、基準点リストからの各基準点は各ターゲット位置を表す。

ステップ５６によれば、既存の基準点リストが所望の３Ｄ測定データ全てを位置合わせして合成するのに十分且つ適当であるか否かを調べる。必要に応じて、追加のターゲットを測定対象物１８（の試料）上に置くことができ、ステップ５２及び５４を繰り返すことができる。ステップ４６で決定された３Ｄ測定データの適当な位置合わせ及び合成が達成されたら、ティーチイン・プログラミングプロセスを終了することができ、ステップ５８に従ってターゲットを試料測定対象物から除去することができる。

図２から分かるように、ティーチイン・プログラミングプロセス中の３Ｄ測定データの決定は、写真測量ターゲット２２を測定対象物１８の試料上に位置決めせずに行うことが好ましい。しかしながら、概して、写真測量ターゲットを測定対象物１８の試料上に位置決めしたまま３Ｄ測定データを決定することが可能であり、ターゲット位置を表す３Ｄデータは、ステップ５４で用いることができる。

図３は、新規方法の例示的な実施形態を示す簡易フローチャートを示す。ステップ６０によれば、写真測量ターゲット２２を測定しようとする個々の測定対象物１８上に位置決めする。ステップ６２によれば、図２に従って決定され得るような写真測量プログラムを実行する。当業者には理解されるように、第１のカメラ１４を用いて複数の第１の画像を撮影し、測定対象物１８上に位置決めされた写真測量ターゲット２２のターゲット位置をそれにより決定する。ステップ６２の結果として、複数のターゲット２２の各ターゲット位置を表す基準点リストが提供される。

ステップ６４によれば、３Ｄ測定センサ１６を用いて３Ｄ測定プログラムを実行する。当業者には理解されるように、縞プロジェクタ２６及びカメラ２８を用いて、第１の３Ｄ測定データが測定対象物１８上の複数の部分測定領域について決定され得る。上述のように、他の３Ｄ測定センサ、例えば、触覚３Ｄ測定、レーザベース３Ｄ測定、又はＲａｄａｒ若しくはＬｉｄａｒのように電磁波及び／又はＳｏｎａｒのように音波を含む任意の他の３Ｄ測定を、ここでは用いることができる。

ステップ６６によれば、第１の部分３Ｄ測定データを位置合わせして合成するために、ステップ６４からの第１の３Ｄ測定データをステップ６２からの基準点リストに一致させる。好ましい例示的な実施形態では、データ処理負荷を減らすために、３Ｄ測定センサ１６はステップ６４において低分解能モードで動作し得る。

ステップ６８によれば、写真測量ターゲット２２を測定対象物１８から除去する。ステップ７０によれば、測定プログラムを再度実行し、第１の３Ｄ測定ラン６４で測定済みの測定対象物１８の同じ部分領域について第２の部分３Ｄ測定データを決定する。特にいずれの写真測量ターゲットも関連する測定点を遮蔽（occluded）していない場合、第２の３Ｄ測定ランで選択された位置のみを再走査することが可能であり、可能であるとすれば好ましい。したがって、この測定ポーズに立ち返る必要はない。

ステップ７２によれば、任意の適当なベストフィットアルゴリズムを用いて且つ／又は移動体のメカニクス（mover mechanics）の再現性が十分であるとして同じ変換を用いて、ステップ６４からの第１の部分３Ｄ測定データ及びステップ７０からの第２の部分３Ｄ測定データを位置合わせする。ステップ７２の結果として、測定対象物１８の全測定領域を表す位置合わせされて合成された３Ｄ測定データが得られる。第２の部分３Ｄ測定データは、第１の部分３Ｄ測定データと入れ替わってもよく、又は第１の測定ランにおいて写真測量ターゲットが遮蔽した測定点が第２の測定ランからの各データで置き換えられるように第１の部分３Ｄ測定データと合成されてもよい。

ステップ７４によれば、測定対象物１８の寸法及び／又は形状特徴を位置合わせされて合成された３Ｄ測定データに基づき決定する。例えば、ボアの直径等の測定対象物１８の選択特徴部の寸法、選択特徴部の位置、２つ以上の選択特徴部の相互間距離、及び／又は選択領域の物体形状等を、位置合わせされて合成された３Ｄ測定データを用いて決定することができる。

Claims (12)

1. 測定容積を規定する３Ｄ測定デバイス（１６）を用いて測定対象物（１８）の寸法特徴及び形状特徴の少なくとも一方を決定する方法であって、前記測定対象物（１８）は前記測定容積よりも大きく、該方法は、
   前記測定対象物（１８）上に複数の写真測量ターゲット（２２）を位置決めするするステップと、
   前記複数の写真測量ターゲット（２２）を前記測定対象物（１８）上に位置決めしたまま前記測定対象物（１８）の複数の第１の画像を撮影するステップと、
   前記複数の第１の画像に基づき前記複数の写真測量ターゲット（２２）の各ターゲット位置を決定するステップと、
   前記測定対象物（１８）上の複数の部分測定領域を規定するステップと、
   前記３Ｄ測定デバイス（１６）を用いて前記複数の部分測定領域を表す各部分３Ｄ測定データを決定するステップと、
   前記測定対象物（１８）の位置合わせ３Ｄ測定データを決定するために前記各部分３Ｄ測定データ及び前記各ターゲット位置を一致させるステップと、
   前記位置合わせ３Ｄ測定データに基づき前記寸法特徴及び前記形状特徴の少なくとも一方を決定するステップと
   を含む方法において、
   前記各部分３Ｄ測定データを決定するステップは、前記複数の部分測定領域を表す第１の部分３Ｄ測定データを決定する第１の３Ｄ測定ラン（６４）を含み、且つ前記複数の部分測定領域を表す第２の部分３Ｄ測定データを決定する第２の３Ｄ測定ラン（７０）をさらに含み、前記複数の写真測量ターゲットを前記測定対象物（１８）上に位置決めしたまま前記第１の３Ｄ測定ラン（６４）を実行し、前記複数の写真測量ターゲットを測定対象物（１８）から除去した後に前記第２の３Ｄ測定ラン（７０）を実行し、前記大型測定対象物（１８）の前記位置合わせ３Ｄ測定データを決定するために前記第１の部分３Ｄ測定データ及び前記各ターゲット位置に基づき前記第２の部分３Ｄ測定データを位置合わせすることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記第１の部分３Ｄ測定データを前記各ターゲット位置に一致させ、前記位置合わせ３Ｄ測定データを決定するために前記第２の部分３Ｄ測定データを前記第１の部分３Ｄ測定データと位置合わせする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、前記複数の写真測量ターゲット（２２）を前記測定対象物（１８）上に自在に位置決めする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法において、前記３Ｄ測定デバイス（１６）は、低分解能測定モード及び高分解能測定モードを選択的に提供し、前記第１の３Ｄ測定ランは、前記低分解能測定モードを用いて実行される方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、前記測定対象物（１８）の公称特徴を表すＣＡＤデータ（４２）を提供するステップをさらに含み、且つ前記ＣＡＤデータ（４２）に基づき前記３Ｄ測定デバイスを操作するための測定計画を決定するステップを含む方法。
6. 請求項５に記載の方法において、予備３Ｄ測定ラン中に基準測定対象物で予備部分３Ｄ測定データを決定するステップ（４６）をさらに含み、且つ前記予備部分３Ｄ測定データを前記ＣＡＤデータに一致させるステップ（４８）を含む方法。
7. 請求項６に記載の方法において、前記測定計画の決定のために前記基準測定対象物（１８）上に前記複数の写真測量ターゲット（２２）を位置決めするステップをさらに含む方法。
8. 請求項６又は７に記載の方法において、前記写真測量ターゲット（２２）を前記基準測定対象物上に位置決めせずに前記予備部分３Ｄ測定データを決定する方法。
9. 請求項５〜８のいずれか１項に記載の方法において、前記測定計画を前記第１の３Ｄ測定ラン（６４）及び前記第２の３Ｄ測定ラン（７０）の両方に用いる方法。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法において、前記写真測量ターゲット（２２）は、細長い支持構造体（２４）と該細長い支持構造体（２４）上に配置された複数の規定マーカ（２３）とを含む方法。
11. 測定対象物（１８）の寸法特徴及び形状特徴の少なくとも一方を決定する測定装置であって、
    前記測定対象物（１８）上に位置決めされるよう構成された複数の写真測量ターゲット（２２）と、
    前記複数の写真測量ターゲット（２２）を前記測定対象物（１８）上に位置決めしたまま該測定対象物（１８）の複数の第１の画像を撮影する第１のカメラ（１４）と、
    測定容積を規定し、且つ該測定容積よりも大きな前記測定対象物（１８）上の複数の部分測定領域（３２）を表す各部分３Ｄ測定データを決定するよう構成された３Ｄ測定デバイス（１６）と、
    前記複数の第１の画像に基づき前記複数の写真測量ターゲット（２２）の各ターゲット位置を決定するよう構成され、前記測定対象物の位置合わせ３Ｄ測定データを決定するために前記各部分３Ｄ測定データ及び前記各ターゲット位置を一致させるよう構成され、且つ前記位置合わせ３Ｄ測定データに基づき前記寸法特徴及び前記形状特徴の少なくとも一方を決定するよう構成された処理ユニット（３６）と
    を備えた測定装置において、前記処理ユニット（３６）は、第１の３Ｄ測定ラン（６４）中に第１の部分３Ｄ測定データを決定するよう構成され、第２の３Ｄ測定ラン（７０）中に第２の部分３Ｄ測定データを決定するよう構成され、且つ前記位置合わせ３Ｄ測定データを決定するために前記第１の部分３Ｄ測定データ及び前記各ターゲット位置に基づき前記第２の部分３Ｄ測定データを位置合わせするよう構成され、前記第１の部分３Ｄ測定データは、前記測定対象物（１８）上に前記写真測量ターゲット（２２）が位置決めされたものを表し、前記第２の部分３Ｄ測定データは、前記測定対象物（１８）上に前記写真測量ターゲット（２２）が位置決めされていないものを表すことを特徴とする測定装置。
12. 複数の写真測量ターゲット（２２）を測定対象物（１８）上に位置決めしたまま該測定対象物（１８）の複数の第１の画像を撮影するよう構成された第１のカメラ（１４）に接続され、且つ前記測定対象物（１８）上の複数の部分測定領域を表す各部分３Ｄ測定データを提供するよう構成された３Ｄ測定デバイス（１６）に接続されたコンピューティングデバイス（３６）で実行されると、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法を実行するよう構成されたプログラムコードを含むコンピュータプログラム。

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