JP3370049B2 - 形状測定装置 - Google Patents
形状測定装置Info
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- JP3370049B2 JP3370049B2 JP2000112983A JP2000112983A JP3370049B2 JP 3370049 B2 JP3370049 B2 JP 3370049B2 JP 2000112983 A JP2000112983 A JP 2000112983A JP 2000112983 A JP2000112983 A JP 2000112983A JP 3370049 B2 JP3370049 B2 JP 3370049B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、使用者が測定ヘッ
ドを自由に動かして被測定物の３次元的形状を測定する
形状測定装置に関し、特に、足の形を測定するのに適し
た形状測定装置に関する。
ドを自由に動かして被測定物の３次元的形状を測定する
形状測定装置に関し、特に、足の形を測定するのに適し
た形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、靴のサイズは通常かかとから指
先までの長さで表現されるが、人の足形状は、長さだけ
でなく、甲の高さ、足の幅など、個人により様々であ
る。一人一人の足形状に応じた靴を作ろうとする場合、
足の3次元形状を測定することが必要となるが、現状で
は、メジャーを使って足長、足幅、足位（足周り）等の
限られた部位の大きさを測定するにとどまっている。
先までの長さで表現されるが、人の足形状は、長さだけ
でなく、甲の高さ、足の幅など、個人により様々であ
る。一人一人の足形状に応じた靴を作ろうとする場合、
足の3次元形状を測定することが必要となるが、現状で
は、メジャーを使って足長、足幅、足位（足周り）等の
限られた部位の大きさを測定するにとどまっている。
【０００３】一方、スポット光またはスリット光を被測
定物に照射し、表面に観察される光像の位置から３次元
形状を復元する能動ステレオ型の形状測定装置が知られ
ている。この形状測定装置は、被測定物の表面形状を測
定するために、スポット光またはスリット光を回転ミラ
ーによって走査させるものであり、雑誌「計測と制御」
（1999 Vol.38 No.4 P285-P288）には、このような形状
測定装置を用いて、足形状を測定するシステムが記載さ
れている。
定物に照射し、表面に観察される光像の位置から３次元
形状を復元する能動ステレオ型の形状測定装置が知られ
ている。この形状測定装置は、被測定物の表面形状を測
定するために、スポット光またはスリット光を回転ミラ
ーによって走査させるものであり、雑誌「計測と制御」
（1999 Vol.38 No.4 P285-P288）には、このような形状
測定装置を用いて、足形状を測定するシステムが記載さ
れている。
【０００４】このシステムにおいては、１個の形状測定
装置では、装置から観察される部分の形状のみ測定可能
であり、その反対側などの隠れている部分の形状を測定
することができないため、１２個の形状測定装置を足の
周囲に配置し、これら１２個の形状測定装置による測定
結果をコンピュータ上で合成することにより足全体の形
状を測定している。
装置では、装置から観察される部分の形状のみ測定可能
であり、その反対側などの隠れている部分の形状を測定
することができないため、１２個の形状測定装置を足の
周囲に配置し、これら１２個の形状測定装置による測定
結果をコンピュータ上で合成することにより足全体の形
状を測定している。
【０００５】しかしながら、このシステムでは、複数の
形状測定装置を足の周囲に配置するため、システムが大
型化し、且つ高価となるだけでなく、複数の形状測定装
置による測定結果を精度良く合成することが困難になる
という問題がある。
形状測定装置を足の周囲に配置するため、システムが大
型化し、且つ高価となるだけでなく、複数の形状測定装
置による測定結果を精度良く合成することが困難になる
という問題がある。
【０００６】これに対し、測定者が測定ヘッドを把持
し、被測定物の周りで測定ヘッドを動かして測定を行う
ことにより、被測定物全体の形状を測定する形状測定装
置が提案されている。この形状測定装置では、測定ヘッ
ドに取り付けられた複数のマーカを２台のカメラにて上
方から撮像することにより、測定ヘッドの位置及び向き
を測定している。
し、被測定物の周りで測定ヘッドを動かして測定を行う
ことにより、被測定物全体の形状を測定する形状測定装
置が提案されている。この形状測定装置では、測定ヘッ
ドに取り付けられた複数のマーカを２台のカメラにて上
方から撮像することにより、測定ヘッドの位置及び向き
を測定している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この提案では、測定ヘ
ッドの移動範囲全てを２台の上方カメラから撮影出来る
必要があるため、カメラの共通視野を広くとるために測
定対象から離れた位置に２台のカメラを設置することと
なり結果的に大きな設置スペースが必要となる。また、
測定ヘッドのマーカの一部が２台のカメラの共通視野か
ら外れたり、被測定物や測定ヘッドを把持する測定者の
手により隠れてしまったりした場合、被測定物の形状測
定が出来なくなるため、測定者は、常時、２台のカメラ
にて測定ヘッドのマーカが撮像されるように注意を払わ
なければならないという煩わしさがあった。
ッドの移動範囲全てを２台の上方カメラから撮影出来る
必要があるため、カメラの共通視野を広くとるために測
定対象から離れた位置に２台のカメラを設置することと
なり結果的に大きな設置スペースが必要となる。また、
測定ヘッドのマーカの一部が２台のカメラの共通視野か
ら外れたり、被測定物や測定ヘッドを把持する測定者の
手により隠れてしまったりした場合、被測定物の形状測
定が出来なくなるため、測定者は、常時、２台のカメラ
にて測定ヘッドのマーカが撮像されるように注意を払わ
なければならないという煩わしさがあった。
【０００８】そこで、本発明はこのような課題に鑑みて
なされたものであって、コンパクトな装置構成で、使用
者がカメラの視野を意識することなく被測定物の形状測
定を行うことができ、使用感を向上させた形状測定装置
を提供することを目的とする。
なされたものであって、コンパクトな装置構成で、使用
者がカメラの視野を意識することなく被測定物の形状測
定を行うことができ、使用感を向上させた形状測定装置
を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の形状測定装置
は、ガイドレールに沿って移動せしめられる測定ヘッド
と、その測定ヘッドのガイドレール上における位置を検
出する位置検出手段と、その位置検出手段にて得られた
測定ヘッドのガイドレール上における位置と事前に測定
されたワールド座標系での測定ヘッドの位置に関する情
報とを対応付けたデータを格納するデータ格納手段とを
備え、位置検出手段にて検出された測定ヘッドのガイド
レール上における位置からデータ格納手段を参照して得
られるワールド座標系での測定ヘッドの位置に関する情
報に基づいて、測定ヘッドにて測定された測定ヘッド中
心の座標系における被測定物上の測定点の座標をワール
ド座標系の座標に変換することを特徴とする。
は、ガイドレールに沿って移動せしめられる測定ヘッド
と、その測定ヘッドのガイドレール上における位置を検
出する位置検出手段と、その位置検出手段にて得られた
測定ヘッドのガイドレール上における位置と事前に測定
されたワールド座標系での測定ヘッドの位置に関する情
報とを対応付けたデータを格納するデータ格納手段とを
備え、位置検出手段にて検出された測定ヘッドのガイド
レール上における位置からデータ格納手段を参照して得
られるワールド座標系での測定ヘッドの位置に関する情
報に基づいて、測定ヘッドにて測定された測定ヘッド中
心の座標系における被測定物上の測定点の座標をワール
ド座標系の座標に変換することを特徴とする。
【００１０】このように測定ヘッドの移動をガイドレー
ル上の軌道に制限すると、ガイドレール上における測定
ヘッドの位置と、測定ヘッドのワールド座標系での位置
に関する情報とが一義的に対応付けられる。このため、
予め測定ヘッドのワールド座標系での位置に関する情報
を求め、そのときの測定ヘッドのガイドレール上におけ
る位置と対応付けてデータ格納手段に格納しておけば、
形状測定の際には、測定ヘッドのガイドレール上の位置
に対応する測定ヘッドのワールド座標系での位置に関す
る情報をデータ格納手段から読み出して、この情報に基
づいて、測定ヘッドを用いて得られた測定点の測定ヘッ
ド中心の座標系における座標がワールド座標に変換され
る。そして、測定ヘッドを、ガイドレールに沿って１周
させることにより、被測定物の形状が測定される。
ル上の軌道に制限すると、ガイドレール上における測定
ヘッドの位置と、測定ヘッドのワールド座標系での位置
に関する情報とが一義的に対応付けられる。このため、
予め測定ヘッドのワールド座標系での位置に関する情報
を求め、そのときの測定ヘッドのガイドレール上におけ
る位置と対応付けてデータ格納手段に格納しておけば、
形状測定の際には、測定ヘッドのガイドレール上の位置
に対応する測定ヘッドのワールド座標系での位置に関す
る情報をデータ格納手段から読み出して、この情報に基
づいて、測定ヘッドを用いて得られた測定点の測定ヘッ
ド中心の座標系における座標がワールド座標に変換され
る。そして、測定ヘッドを、ガイドレールに沿って１周
させることにより、被測定物の形状が測定される。
【００１１】また、所定の位置から測定ヘッドを撮像す
る測定ヘッド撮像手段を備え、その測定ヘッド撮像手段
の撮像画像に基づいて、データ格納手段に格納されるワ
ールド座標系での測定ヘッドの位置に関する情報が求め
られることを特徴とする。
る測定ヘッド撮像手段を備え、その測定ヘッド撮像手段
の撮像画像に基づいて、データ格納手段に格納されるワ
ールド座標系での測定ヘッドの位置に関する情報が求め
られることを特徴とする。
【００１２】このような構成とすることにより、測定ヘ
ッド撮像手段にて撮像された測定ヘッドの画像に基づい
てワールド座標系での測定ヘッドの位置に関する情報が
求められ、そのときの測定ヘッドのガイドレール上の位
置と対応付けられてデータ格納手段に格納される。これ
を、ガイドレール全体について行うことにより、データ
格納手段に格納すべきデータが得られる。
ッド撮像手段にて撮像された測定ヘッドの画像に基づい
てワールド座標系での測定ヘッドの位置に関する情報が
求められ、そのときの測定ヘッドのガイドレール上の位
置と対応付けられてデータ格納手段に格納される。これ
を、ガイドレール全体について行うことにより、データ
格納手段に格納すべきデータが得られる。
【００１３】さらに、測定ヘッド撮像手段にて測定ヘッ
ドのワールド座標系での位置を計測するため、ガイドレ
ールの形状を直線や円など単純な形状に限ることなく自
由な形状に構成可能となる。
ドのワールド座標系での位置を計測するため、ガイドレ
ールの形状を直線や円など単純な形状に限ることなく自
由な形状に構成可能となる。
【００１４】また、測定ヘッド撮像手段は、形状測定装
置本体に対して着脱可能に構成されていることを特徴と
する。
置本体に対して着脱可能に構成されていることを特徴と
する。
【００１５】このような構成とすることにより、データ
格納手段へのデータ登録の際には測定ヘッド撮像手段を
形状測定装置本体に取り付けられ、また、被測定物の形
状測定の際には測定ヘッド撮像手段を形状測定装置本体
から取り外される。
格納手段へのデータ登録の際には測定ヘッド撮像手段を
形状測定装置本体に取り付けられ、また、被測定物の形
状測定の際には測定ヘッド撮像手段を形状測定装置本体
から取り外される。
【００１６】また、測定ヘッドは、ガイドレールに沿っ
て移動するための駆動手段を備えていることを特徴とす
る。
て移動するための駆動手段を備えていることを特徴とす
る。
【００１７】このような構成とすることにより、測定ヘ
ッドがガイドレールに沿って自走し、自動的に被測定物
の形状測定が行われる。
ッドがガイドレールに沿って自走し、自動的に被測定物
の形状測定が行われる。
【００１８】また、ガイドレールは、被測定物との距離
が略一定となる形状をなしていることを特徴とする。
が略一定となる形状をなしていることを特徴とする。
【００１９】このような構成とすることにより、被測定
物との間隔を略一定に保ちながら測定ヘッドが移動する
ため、被測定物と測定ヘッドとの間の距離に依存する測
定誤差が均一化される。
物との間隔を略一定に保ちながら測定ヘッドが移動する
ため、被測定物と測定ヘッドとの間の距離に依存する測
定誤差が均一化される。
【００２０】具体的に、被測定物が足であり、ガイドレ
ールが足の踵からつま先に至る方向に長軸を有する長円
形状をなしていることを特徴とする。
ールが足の踵からつま先に至る方向に長軸を有する長円
形状をなしていることを特徴とする。
【００２１】このような構成とすることにより、足との
間隔を略一定に保ちながら測定ヘッドが移動するため、
被測定物としての足と測定ヘッドとの間の距離に依存す
る測定誤差が均一化される。
間隔を略一定に保ちながら測定ヘッドが移動するため、
被測定物としての足と測定ヘッドとの間の距離に依存す
る測定誤差が均一化される。
【００２２】また、ガイドレールが、足のつま先から踵
に向かって先細りする形状をなしていることを特徴とす
る。
に向かって先細りする形状をなしていることを特徴とす
る。
【００２３】このような構成とすることにより、つま先
から踵に向かって先細りする足の形状に沿って測定ヘッ
ドが移動するため、被測定物と測定ヘッドとの間に依存
する測定誤差が更に均一化される。
から踵に向かって先細りする足の形状に沿って測定ヘッ
ドが移動するため、被測定物と測定ヘッドとの間に依存
する測定誤差が更に均一化される。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて説明する。
いて説明する。
【００２５】図１は、本発明の一実施の形態における形
状測定装置の概略構成を示している。台２０１には、長
円形状のガイドレール２０４が固定されており、そのガ
イドレール２０４で囲まれる領域に被測定物としての足
１００が載せられている。また、台２０１には、台２０
１に対して脱着可能な支柱２０２が取り付けられてお
り、その上部には、水平バー２０３が取り付けられてい
る。
状測定装置の概略構成を示している。台２０１には、長
円形状のガイドレール２０４が固定されており、そのガ
イドレール２０４で囲まれる領域に被測定物としての足
１００が載せられている。また、台２０１には、台２０
１に対して脱着可能な支柱２０２が取り付けられてお
り、その上部には、水平バー２０３が取り付けられてい
る。
【００２６】形状測定装置は、測定者によってガイドレ
ール２０４上を移動せしめられる測定ヘッド１０と、水
平バー２０３の両端部に取り付けられたステレオカメラ
２１、２２と、それらの制御、各種演算等を行うパーソ
ナルコンピュータからなる制御装置３０とを備えてい
る。各ステレオカメラ２１、２２の撮像レンズには、図
２に示すマーカ１４が放つ光の周波数帯を選択的に透過
するバンドパスフィルタ２３が取り付けられている。
ール２０４上を移動せしめられる測定ヘッド１０と、水
平バー２０３の両端部に取り付けられたステレオカメラ
２１、２２と、それらの制御、各種演算等を行うパーソ
ナルコンピュータからなる制御装置３０とを備えてい
る。各ステレオカメラ２１、２２の撮像レンズには、図
２に示すマーカ１４が放つ光の周波数帯を選択的に透過
するバンドパスフィルタ２３が取り付けられている。
【００２７】図２及び図３は、測定ヘッド１０の概略構
成を示している。
成を示している。
【００２８】測定ヘッド１０は、直方体状で前方開口の
ケーシング１１と、ケーシング１１内に収納された１台
のＣＣＤカメラ１２及びスリット光源１３と、ケーシン
グ１１の上面に設けられた６つのＬＥＤ光源１４ａ〜１
４ｆからなるマーカ１４とを備えている。スリット光源
１３としては、半導体レーザが用いられている。
ケーシング１１と、ケーシング１１内に収納された１台
のＣＣＤカメラ１２及びスリット光源１３と、ケーシン
グ１１の上面に設けられた６つのＬＥＤ光源１４ａ〜１
４ｆからなるマーカ１４とを備えている。スリット光源
１３としては、半導体レーザが用いられている。
【００２９】マーカ１４を構成する６つのＬＥＤ光源１
４ａ〜１４ｆは、測定ヘッド１０の方向を特定するため
に、点対称な配置とせず、測定ヘッド１０の中心線に対
し線対称な配置となっている。ここでは、ケーシング１
１の上面にＬＥＤ光源１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１
ｅ、１１ｆの５点が長方形をなすように配置され、それ
ら５点の重心にＬＥＤ光源１１ａが配置される。なお、
３次元空間中での測定ヘッド１０の位置及び方向を測定
するためには、マーカとして少なくとも３個のＬＥＤ光
源があれば十分であるが、４個以上のＬＥＤ光源を用い
ることにより、測定ヘッド１０の位置及び方向の測定精
度が最小２乗的に向上する。
４ａ〜１４ｆは、測定ヘッド１０の方向を特定するため
に、点対称な配置とせず、測定ヘッド１０の中心線に対
し線対称な配置となっている。ここでは、ケーシング１
１の上面にＬＥＤ光源１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１
ｅ、１１ｆの５点が長方形をなすように配置され、それ
ら５点の重心にＬＥＤ光源１１ａが配置される。なお、
３次元空間中での測定ヘッド１０の位置及び方向を測定
するためには、マーカとして少なくとも３個のＬＥＤ光
源があれば十分であるが、４個以上のＬＥＤ光源を用い
ることにより、測定ヘッド１０の位置及び方向の測定精
度が最小２乗的に向上する。
【００３０】また、形状測定装置１０は、エンコーダ
（図示省略）を備えており、ガイドレール２０４上にお
ける位置に応じた信号が制御装置３０に入力される。
（図示省略）を備えており、ガイドレール２０４上にお
ける位置に応じた信号が制御装置３０に入力される。
【００３１】図４は、形状測定装置の測定原理を示して
いる。
いる。
【００３２】測定者によってガイドレール２０４上を移
動せしめられる測定ヘッド１０を用いてある測定点Ａの
座標を測定する。測定された座標を測定ヘッド中心の座
標系における座標（ｘ，ｙ，ｚ）で表す。この座標系
は、測定ヘッド１０の移動とともに移動する座標系であ
る。
動せしめられる測定ヘッド１０を用いてある測定点Ａの
座標を測定する。測定された座標を測定ヘッド中心の座
標系における座標（ｘ，ｙ，ｚ）で表す。この座標系
は、測定ヘッド１０の移動とともに移動する座標系であ
る。
【００３３】一方、被測定物１００の形状は、固定した
座標系で表され、この座標系をワールド座標と呼ぶ。測
定ヘッド１０によって測定された測定点のワールド座標
系における座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とする。被測定物１０
０の形状はワールド座標系で記述する必要があるため、
測定ヘッド１０によって測定された測定点Ａの測定ヘッ
ド中心の座標系における座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、ワール
ド座標系に変換する。この変換は、測定ヘッド１０の移
動を表す回転行列Ｒと並進ベクトルｔとを用いて、次の
数式１に基づいて行われる。
座標系で表され、この座標系をワールド座標と呼ぶ。測
定ヘッド１０によって測定された測定点のワールド座標
系における座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とする。被測定物１０
０の形状はワールド座標系で記述する必要があるため、
測定ヘッド１０によって測定された測定点Ａの測定ヘッ
ド中心の座標系における座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、ワール
ド座標系に変換する。この変換は、測定ヘッド１０の移
動を表す回転行列Ｒと並進ベクトルｔとを用いて、次の
数式１に基づいて行われる。
【００３４】
【数１】
【００３５】したがって、ワールド座標系における測定
ヘッド１０の位置及び方向を、回転行列Ｒと並進ベクト
ルｔとして求めることで、測定ヘッド中心の座標系にお
ける座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、ワールド座標系に変換する
ことができる。
ヘッド１０の位置及び方向を、回転行列Ｒと並進ベクト
ルｔとして求めることで、測定ヘッド中心の座標系にお
ける座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、ワールド座標系に変換する
ことができる。
【００３６】本実施の形態における形状測定装置による
形状測定は、次のような処理手順によって実行される。
形状測定は、次のような処理手順によって実行される。
【００３７】まず、実際の測定を行う前に、事前処理を
行う。
行う。
【００３８】第１ステップ：ワールド座標系での測定ヘ
ッド１０の位置に関する情報、すなわち、ワールド座標
系での測定ヘッド１０の移動を表す回転行列Ｒと並進ベ
クトルｔとを、測定ヘッド１０上に設けられたマーカ１
４についてステレオカメラ２１、２２によりステレオ画
像計測することにより求め、制御装置３０に搭載された
メモリ（図示省略）に、その測定位置における測定ヘッ
ド１０のエンコーダ出力値と対応付けて格納する。
ッド１０の位置に関する情報、すなわち、ワールド座標
系での測定ヘッド１０の移動を表す回転行列Ｒと並進ベ
クトルｔとを、測定ヘッド１０上に設けられたマーカ１
４についてステレオカメラ２１、２２によりステレオ画
像計測することにより求め、制御装置３０に搭載された
メモリ（図示省略）に、その測定位置における測定ヘッ
ド１０のエンコーダ出力値と対応付けて格納する。
【００３９】具体的には、測定ヘッド１０に設けられた
各ＬＥＤ光源１４のワールド座標系における座標が、ス
テレオカメラ２１、２２によって測定される。この位置
測定方法は、ステレオ法としてよく知られているため、
その説明を省略する。
各ＬＥＤ光源１４のワールド座標系における座標が、ス
テレオカメラ２１、２２によって測定される。この位置
測定方法は、ステレオ法としてよく知られているため、
その説明を省略する。
【００４０】次に、既知の各ＬＥＤ光源１４ａ〜１４ｆ
の測定ヘッド中心の座標をそれぞれ（ｘｉ，ｙｉ，ｚ
ｉ）とし、また、ステレオカメラ２１、２２によって測
定された各ＬＥＤ光源１４ａ〜１４ｆのワールド座標系
における座標をそれぞれ（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）とする。
但し、ｉは、１、２…６である。測定ヘッド１０の移動
を表す回転行列Ｒと並進ベクトルｔは、次の数式２を満
足する行列Ｒとベクトルｔとして求められる。
の測定ヘッド中心の座標をそれぞれ（ｘｉ，ｙｉ，ｚ
ｉ）とし、また、ステレオカメラ２１、２２によって測
定された各ＬＥＤ光源１４ａ〜１４ｆのワールド座標系
における座標をそれぞれ（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）とする。
但し、ｉは、１、２…６である。測定ヘッド１０の移動
を表す回転行列Ｒと並進ベクトルｔは、次の数式２を満
足する行列Ｒとベクトルｔとして求められる。
【００４１】
【数２】
【００４２】そして、測定ヘッド１０をガイドレール２
０４に沿って移動させ、ガイドレール２０４上における
全ての位置について上述した処理を行い、回転行列Ｒ及
び並進ベクトルｔにその位置におけるエンコーダ出力値
を対応付けたテーブルデータを求め、制御装置３０のメ
モリに格納する。
０４に沿って移動させ、ガイドレール２０４上における
全ての位置について上述した処理を行い、回転行列Ｒ及
び並進ベクトルｔにその位置におけるエンコーダ出力値
を対応付けたテーブルデータを求め、制御装置３０のメ
モリに格納する。
【００４３】第２ステップ：ステレオカメラ２１、２２
を支持する支柱２０２を台２０１から取り外す。
を支持する支柱２０２を台２０１から取り外す。
【００４４】そして、このようにして事前処理が完了し
た後、実際に測定を行う。ここでは、被測定物として、
足１００を用いる。
た後、実際に測定を行う。ここでは、被測定物として、
足１００を用いる。
【００４５】第３ステップ：測定ヘッド１０を用いて、
測定ヘッド１０を用いて、測定ヘッド中心の座標系にお
ける被測定物としての足１００上の測定点の座標を求め
る。
測定ヘッド１０を用いて、測定ヘッド中心の座標系にお
ける被測定物としての足１００上の測定点の座標を求め
る。
【００４６】図５は、測定ヘッド１０による測定点の位
置測定方法を示している。
置測定方法を示している。
【００４７】測定ヘッド中心の座標系とは、ＣＣＤカメ
ラ１２の光学中心を原点とし、光軸方向をｚ軸、ＣＣＤ
カメラ１２の水平方向をｘ軸、ＣＣＤカメラ１２の垂直
方向をｙ軸とする座標系である。ＣＣＤカメラ１２の画
像面Ｓは、原点から焦点距離ｆの位置に存在する。つま
り、画像面Ｓは、ｘ−ｙ平面に平行でかつｚ＝ｆである
平面である。
ラ１２の光学中心を原点とし、光軸方向をｚ軸、ＣＣＤ
カメラ１２の水平方向をｘ軸、ＣＣＤカメラ１２の垂直
方向をｙ軸とする座標系である。ＣＣＤカメラ１２の画
像面Ｓは、原点から焦点距離ｆの位置に存在する。つま
り、画像面Ｓは、ｘ−ｙ平面に平行でかつｚ＝ｆである
平面である。
【００４８】測定ヘッド１０による位置計測方法自体
は、光切断法と呼ばれる公知の測定方法である。被測定
物１００の表面上におけるスリット光源１３からのスリ
ット光が照射されている線上の所定の点を測定点Ａとす
る。
は、光切断法と呼ばれる公知の測定方法である。被測定
物１００の表面上におけるスリット光源１３からのスリ
ット光が照射されている線上の所定の点を測定点Ａとす
る。
【００４９】この測定点Ａの測定ヘッド中心の座標を
（ｘ，ｙ，ｚ）とし、画像面Ｓ上での測定点Ａに対応す
る観察点Ａ´の座標を（ｘｓ，ｙｓ，ｆ）とし、スリッ
ト光を表す平面の方程式をａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０と
する。観察点Ａ´の座標（ｘｓ，ｙｓ，ｆ）におけるｆ
は、ＣＣＤカメラ１２の焦点距離として既知であり、
（ｘｓ，ｙｓ）は画像面で観察されるスリット光の画素
位置から求められる。
（ｘ，ｙ，ｚ）とし、画像面Ｓ上での測定点Ａに対応す
る観察点Ａ´の座標を（ｘｓ，ｙｓ，ｆ）とし、スリッ
ト光を表す平面の方程式をａｘ＋ｂｙ＋ｃｚ＋ｄ＝０と
する。観察点Ａ´の座標（ｘｓ，ｙｓ，ｆ）におけるｆ
は、ＣＣＤカメラ１２の焦点距離として既知であり、
（ｘｓ，ｙｓ）は画像面で観察されるスリット光の画素
位置から求められる。
【００５０】スリット光を表す平面の方程式は測定ヘッ
ド１０の校正によって求められている。したがって、
ｘ，ｙ，ｚ，αを未知数とする次の数式３で表される連
立方程式を解くことにより、（ｘ，ｙ，ｚ）が求められ
る。
ド１０の校正によって求められている。したがって、
ｘ，ｙ，ｚ，αを未知数とする次の数式３で表される連
立方程式を解くことにより、（ｘ，ｙ，ｚ）が求められ
る。
【００５１】
【数３】
【００５２】これらの処理は、ＣＣＤカメラ１２の出力
に基づいて、制御装置３０によって行われる 第４ステップ：制御装置３０において、メモリのデータ
テーブルを参照して、測定ヘッド１０のエンコーダ出力
値に対応するワールド座標系での測定ヘッド１０の移動
を表す回転行列Ｒと並進ベクトルｔを求める。
に基づいて、制御装置３０によって行われる 第４ステップ：制御装置３０において、メモリのデータ
テーブルを参照して、測定ヘッド１０のエンコーダ出力
値に対応するワールド座標系での測定ヘッド１０の移動
を表す回転行列Ｒと並進ベクトルｔを求める。
【００５３】第５ステップ：第２ステップで得られた回
転行列Ｒと並進ベクトルｔとに基づいて、第１ステップ
で求めた測定ヘッド中心の座標系における被測定物とし
ての足１００上の測定点の座標を、ワールド座標系の座
標に変換する。
転行列Ｒと並進ベクトルｔとに基づいて、第１ステップ
で求めた測定ヘッド中心の座標系における被測定物とし
ての足１００上の測定点の座標を、ワールド座標系の座
標に変換する。
【００５４】そして、測定ヘッド１０をガイドレール２
０４に沿って移動させ、ガイドレール２０４上における
全ての位置について第３〜第５ステップの処理を行い、
その都度得られる測定点のワールド座標系における座標
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の集合として、被測定物としての足１０
０の形状が記述される。
０４に沿って移動させ、ガイドレール２０４上における
全ての位置について第３〜第５ステップの処理を行い、
その都度得られる測定点のワールド座標系における座標
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の集合として、被測定物としての足１０
０の形状が記述される。
【００５５】このように、本実施の形態によれば、測定
ヘッド１０のガイドレール２０４上における位置とその
位置における回転行列Ｒ及び並進ベクトルｔとを対応付
けたテーブルデータを用いて、測定ヘッド１０を用いて
得られた測定点の測定ヘッド中心の座標系における座標
がワールド座標系における座標に変換されるため、形状
測定にあたってステレオカメラ２１、２２が不用とな
り、コンパクトな構成で、且つ、使用者がカメラの視野
やコードの絡みを意識することなく被測定物の形状測定
を行うことができ、より高い使用感を提供することが可
能となる。
ヘッド１０のガイドレール２０４上における位置とその
位置における回転行列Ｒ及び並進ベクトルｔとを対応付
けたテーブルデータを用いて、測定ヘッド１０を用いて
得られた測定点の測定ヘッド中心の座標系における座標
がワールド座標系における座標に変換されるため、形状
測定にあたってステレオカメラ２１、２２が不用とな
り、コンパクトな構成で、且つ、使用者がカメラの視野
やコードの絡みを意識することなく被測定物の形状測定
を行うことができ、より高い使用感を提供することが可
能となる。
【００５６】また、本実施の形態によれば、事前にガイ
ドレール２０４上の測定ヘッド１０の位置をステレオカ
メラ２１、２２にて測定するため、ガイドレール２０４
の形状は、直線や円などの単純な形状に限られることな
く、被測定物の形状に応じて長円形状をはじめ任意の曲
線形状に構成することが可能となる。
ドレール２０４上の測定ヘッド１０の位置をステレオカ
メラ２１、２２にて測定するため、ガイドレール２０４
の形状は、直線や円などの単純な形状に限られることな
く、被測定物の形状に応じて長円形状をはじめ任意の曲
線形状に構成することが可能となる。
【００５７】また、本実施の形態によれば、ガイドレー
ル２０４を長円形状に構成しているため、被測定物１０
０として人の足を用いる場合には、その足との間隔を略
一定に保ちながら測定ヘッド１０が移動する。これによ
り、足と測定ヘッドとの間の距離に依存する測定誤差が
均一化され、測定により得られる足の形状データ全体に
ついて、一定以上の精度を保つことができる。
ル２０４を長円形状に構成しているため、被測定物１０
０として人の足を用いる場合には、その足との間隔を略
一定に保ちながら測定ヘッド１０が移動する。これによ
り、足と測定ヘッドとの間の距離に依存する測定誤差が
均一化され、測定により得られる足の形状データ全体に
ついて、一定以上の精度を保つことができる。
【００５８】更に、長円形状のガイドレール２０４にお
いて曲率の大きな部分につま先部分と踵部分が位置する
ことになるため、足の側部と比較して、つま先部分と踵
部分の測定データをより詳細に取得することができる。
つま先部分には外反母趾による変形が現れていたり、踵
部分にはタコによる変形が現れていたりして、足の形状
を測定する上では、この部分の形状が特に重要となるた
め、このつま先部分と踵部分の形状データが詳細に取得
できれば、精度の高い足の形状測定を行うことができ
る。
いて曲率の大きな部分につま先部分と踵部分が位置する
ことになるため、足の側部と比較して、つま先部分と踵
部分の測定データをより詳細に取得することができる。
つま先部分には外反母趾による変形が現れていたり、踵
部分にはタコによる変形が現れていたりして、足の形状
を測定する上では、この部分の形状が特に重要となるた
め、このつま先部分と踵部分の形状データが詳細に取得
できれば、精度の高い足の形状測定を行うことができ
る。
【００５９】また、台２０１に対してステレオカメラ２
１、２２が取り外し可能に構成されているため、装置の
設置や移動に伴ってガイドレール２０４の軌道が変化し
た場合には、ステレオカメラ２１、２２を取り付けてテ
ーブルデータの登録もしくは更新を行うことにより、精
度を保つことができ、より高い信頼性を提供することが
可能となる。
１、２２が取り外し可能に構成されているため、装置の
設置や移動に伴ってガイドレール２０４の軌道が変化し
た場合には、ステレオカメラ２１、２２を取り付けてテ
ーブルデータの登録もしくは更新を行うことにより、精
度を保つことができ、より高い信頼性を提供することが
可能となる。
【００６０】なお、本実施の形態においては、測定ヘッ
ド１０を手動で移動させる構成としたが、モータを用い
て自動的に移動させるように構成してもよい。この場
合、使用者は、測定ヘッド１０に触れることなく自動的
に被測定物の測定が行われるため、更なる使用感の向上
を図ることが可能となる。
ド１０を手動で移動させる構成としたが、モータを用い
て自動的に移動させるように構成してもよい。この場
合、使用者は、測定ヘッド１０に触れることなく自動的
に被測定物の測定が行われるため、更なる使用感の向上
を図ることが可能となる。
【００６１】また、本実施の形態においては、ステレオ
カメラ２１、２２の出力を用いてワールド座標系での測
定ヘッドの位置に関する情報、すなわち回転行列Ｒ及び
並進ベクトルｔを求めたが、台２０１に対するガイドレ
ール２０４の軌道が特定されていれば、ステレオカメラ
２１、２２を用いることなく回転行列Ｒ及び並進ベクト
ルｔが求められる。
カメラ２１、２２の出力を用いてワールド座標系での測
定ヘッドの位置に関する情報、すなわち回転行列Ｒ及び
並進ベクトルｔを求めたが、台２０１に対するガイドレ
ール２０４の軌道が特定されていれば、ステレオカメラ
２１、２２を用いることなく回転行列Ｒ及び並進ベクト
ルｔが求められる。
【００６２】また、測定ヘッド１０としては、能動的な
ステレオ計測方法によって被測定物上の測定点の位置を
測定するものであれば、上述した実施の形態と異なるも
のであってもよい。例えば、スリット光源１３の代わり
にスポット光源を用いてもよい。
ステレオ計測方法によって被測定物上の測定点の位置を
測定するものであれば、上述した実施の形態と異なるも
のであってもよい。例えば、スリット光源１３の代わり
にスポット光源を用いてもよい。
【００６３】また、マーカ１４としては、ＬＥＤ光源１
４ａ〜１４ｆに限定されることなく、ステレオカメラに
て抽出可能なものであればよい。例えば、ＬＥＤ光源１
４ａ〜１４ｆの代わりに反射率の高いシールを用いても
よい。また、マーカ１４の個数は、３個以上であればよ
い。
４ａ〜１４ｆに限定されることなく、ステレオカメラに
て抽出可能なものであればよい。例えば、ＬＥＤ光源１
４ａ〜１４ｆの代わりに反射率の高いシールを用いても
よい。また、マーカ１４の個数は、３個以上であればよ
い。
【００６４】また、本実施の形態においては、足の形状
を測定するためにガイドレール２０４の軌道を長円形状
としたが、これに限定されることなく、足の踵部分から
つま先部分に向かう方向に長手方向を有する形状であれ
ばよい。例えば、円を４つに分割しコーナーを曲線で結
んだような形状や、瓢箪のようにくびれがある形状でも
よい。
を測定するためにガイドレール２０４の軌道を長円形状
としたが、これに限定されることなく、足の踵部分から
つま先部分に向かう方向に長手方向を有する形状であれ
ばよい。例えば、円を４つに分割しコーナーを曲線で結
んだような形状や、瓢箪のようにくびれがある形状でも
よい。
【００６５】また、通常、足の形状は、つま先部分より
踵部分の方が幅狭の形状をなしているため、ガイドレー
ル２０４の軌道を、図６に示すように、つま先部分から
踵部分に向かって先細りする長円形状にしてもよい。こ
の場合、被測定物と測定ヘッドとの間に依存する測定誤
差が更に均一化されるため、測定により得られる足の形
状データ全体について、一定以上の精度を保つことがで
きる。
踵部分の方が幅狭の形状をなしているため、ガイドレー
ル２０４の軌道を、図６に示すように、つま先部分から
踵部分に向かって先細りする長円形状にしてもよい。こ
の場合、被測定物と測定ヘッドとの間に依存する測定誤
差が更に均一化されるため、測定により得られる足の形
状データ全体について、一定以上の精度を保つことがで
きる。
【００６６】
【発明の効果】本発明によれば、測定ヘッドのガイドレ
ール上における位置とワールド座標系での測定ヘッドの
位置に関する情報とを対応付けたテーブルデータを用い
て、測定ヘッドを用いて得られた測定点の測定ヘッド中
心の座標系おける座標がワールド座標系に変換されるた
め、形状測定にあたって、ステレオカメラなどのヘッド
位置測定手段が不用となり、コンパクトな構成で、且
つ、使用者がカメラの視野やコードの絡みを意識するこ
となく被測定物の形状測定を行うことができ、より高い
使用感を提供することが可能となる。
ール上における位置とワールド座標系での測定ヘッドの
位置に関する情報とを対応付けたテーブルデータを用い
て、測定ヘッドを用いて得られた測定点の測定ヘッド中
心の座標系おける座標がワールド座標系に変換されるた
め、形状測定にあたって、ステレオカメラなどのヘッド
位置測定手段が不用となり、コンパクトな構成で、且
つ、使用者がカメラの視野やコードの絡みを意識するこ
となく被測定物の形状測定を行うことができ、より高い
使用感を提供することが可能となる。
【図１】 本発明の一実施の形態における形状測定装置
の構成を表す模式図である。
の構成を表す模式図である。
【図２】 測定ヘッドの構成を示す正面図である。
【図３】 測定ヘッドの構成を示す平面図である。
【図４】 測定原理を説明する説明図である。
【図５】 測定ヘッドによる測定点の位置測定方法を説
明する説明図である。
明する説明図である。
【図６】 ガイドレールの別の形状を示す平面図であ
る。
る。
１０ ：測定ヘッド
１２ ：ＣＣＤカメラ
１３ ：スリット光源
１４ ：マーカ
２１ ：ステレオカメラ
２２ ：ステレオカメラ
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−101032（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−101623（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−128549（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−14930（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−186025（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−206909（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−197710（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−83452（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−132373（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01B 11/24
Claims (5)
- 【請求項１】 ガイドレールに沿って移動せしめられる
測定ヘッドと、該測定ヘッドのガイドレール上における
位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段にて前
記測定ヘッドのガイドレール上における位置と事前に測
定されたワールド座標系での測定ヘッドの位置に関する
情報とを対応付けたデータを格納するデータ格納手段と
を備え、 前記位置検出手段にて検出された前記測定ヘッドのガイ
ドレール上における位置から前記データ格納手段を参照
して得られるワールド座標系での測定ヘッドの位置に関
する情報に基づいて、前記測定ヘッドにて測定された測
定ヘッド中心の座標系における被測定物上の測定点の座
標をワールド座標系の座標に変換する形状測定装置であ
って、前記被測定物が足であり、前記ガイドレールは前
記足の踵からつま先に至る方向に長軸を有し、前記被測
定物との距離が略一定となる長円形状をなしていること
を特徴とする形状測定装置。 - 【請求項２】 所定の位置から前記測定ヘッドを撮像す
る測定ヘッド撮像手段を備え、 該測定ヘッド撮像手段の撮像画像に基づいて、前記デー
タ格納手段に格納されるワールド座標系での測定ヘッド
の位置に関する情報が求められることを特徴とする請求
項１記載の形状測定装置。 - 【請求項３】 前記測定ヘッド撮像手段は、形状測定装
置本体に対して着脱可能に構成されていることを特徴と
する請求項２記載の形状測定装置。 - 【請求項４】 前記測定ヘッドは、前記ガイドレールに
沿って移動するための駆動手段を備えていることを特徴
とする請求項１ないし３のいずれかに記載の形状測定装
置。 - 【請求項５】 前記ガイドレールが、前記足のつま先か
ら踵に向かって先細りする形状をなしていることを特徴
とする請求項１ないし４記載の形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000112983A JP3370049B2 (ja) | 1999-05-26 | 2000-04-14 | 形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14690499 | 1999-05-26 | ||
| JP11-146904 | 1999-05-26 | ||
| JP2000112983A JP3370049B2 (ja) | 1999-05-26 | 2000-04-14 | 形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001041723A JP2001041723A (ja) | 2001-02-16 |
| JP3370049B2 true JP3370049B2 (ja) | 2003-01-27 |
Family
ID=26477600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000112983A Expired - Fee Related JP3370049B2 (ja) | 1999-05-26 | 2000-04-14 | 形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3370049B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
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|---|---|---|---|---|
| ITTO20010432A1 (it) * | 2001-05-08 | 2002-11-08 | Newlast Automation Srl | Dispositivo e metodo per la rilevazione di forme, in particolare modelli di calzatura. |
| US20040184040A1 (en) * | 2001-07-17 | 2004-09-23 | Hideto Fujita | Shape measuring device |
| JP5509645B2 (ja) * | 2009-03-25 | 2014-06-04 | 富士ゼロックス株式会社 | 位置・姿勢認識方法、部品把持方法、部品配置方法、部品組立方法、位置・姿勢認識装置、部品把持装置、部品配置装置、および部品組立装置 |
| CN102927911A (zh) * | 2012-11-20 | 2013-02-13 | 昆山允可精密工业技术有限公司 | 刀具测量系统 |
| JP6325877B2 (ja) * | 2014-04-18 | 2018-05-16 | 株式会社キーエンス | 光学式座標測定装置 |
-
2000
- 2000-04-14 JP JP2000112983A patent/JP3370049B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001041723A (ja) | 2001-02-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081115 Year of fee payment: 6 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |