JP4108914B2 - コンピュータを利用したリアルタイムモニター式三次元測定システム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、コンピュータシステムと三次元座標測定機、あるいは、三次元形状測定機を組み合わせた三次元測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
三次元測定機としては、いろいろなタイプが開発されている。例えば、接触型では、直交形、多関節形、スカラ形など、非接触型では、カメラ方式、レーザ方式、磁気方式、超音波方式などがある。それぞれにコンピュータを使った自動測定や手で操作する手動測定がある。測定結果（測定箇所の座標位置（単一、複数）、座標位置から計算された図形情報）は、プリンターで紙に出力したり、フロッピーディスクなどのメディアでコンピュータに渡したり、ＲＳ２３２Ｃなどの通信でコンピュータに転送したりする。いずれの測定システムも、測定を行った後に測定結果を示すことになる。測定作業中にリアルタイムに測定状況を把握することができない。
【０００３】
測定した時点での測定結果の数値情報や、モデルデータのあらかじめ決められた位置と測定結果の距離を表示することはできる。しかし、モデルデータと測定位置との距離計算や、他の測定位置との距離計算などを自由に行うことはできず、任意の時点で測定状況を数値的に評価できない。
【０００４】
また、自動測定のタイプでは、オンラインティーチング、あるいは、オフラインティーチングを行う際に、コンピュータ表示画面上で、測定対象物の周辺を動く測定機の表示を行うシステムが存在する。測定機の表示像は動くであろう、あるいは、動いて欲しい測定パスに従って仮想的に動いている、つまり測定前にシミュレーションしているだけであり、測定動作中の測定機の動きを実際に読み取ってアニメーション表示していない。
【０００５】
最近では、測定箇所をコンピュータの表示画面上で案内するシステムが出現している。測定対象物に対応した物（モデルデータや写真イメージ）をコンピュータの表示画面上で表示し、あらかじめ登録しておいた測定すべき箇所を測定順にマーク表示する。測定を行うと次の測定箇所のマークを表示する。あらかじめ測定箇所を決めておかなくてはいけなく、そこしか測定できない。どの辺りを測定しようとしているのかなど実際の測定機の動きを見る物でなく、リアルタイムに測定状況を把握できない。測定箇所を前もって指示しているだけである。
【０００６】
さらに、測定対象物の裏側の測定や長尺で届かない場所の測定では、測定機自身を移動したり、測定対象物を移動したりする。あるいは、偶然測定機を動かしてしまうこともある。また、以前の測定の続きを測定する時もある。このように測定環境が変化した場合、従来の測定システムでは測定作業は変化前の作業と別の作業となり、測定結果は測定終了後、指標データ間の距離を最小とする数学的近似解を利用するなど、何がしかの手段で変化前と変化後の測定結果を合成する必要が生じる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の三次元測定では、測定作業中の測定状況をモニターできず、既にどこを測定したか、次にどこを測定しようとしているのか、どのように測定しようとしているかなどが把握できず、違う所を測定したり、既に測定した所を測定したり、間違った仕方で測定したりしてしまうことが多かった。さらにそのような失敗も測定後に測定結果を検討して初めて分かることが多かった。また測定結果とモデルデータとの表示上や数値上の比較も測定後にしか検討できず、測定の評価が遅れる。新しい測定を行う時の試行錯誤も測定しながら行えないため、測定方法などの検討が難しく、やり直しの測定が多くなる。測定方法を改善するにしても、測定中の測定状況を調べることができないため、測定結果でしか評価できず難しい。また測定機の移動など測定環境に変化が起きた時は、変化前と変化後の測定結果を区別無しに扱うことができず、データのずらしなど測定後の後処理が大変となる。
【０００８】
上記問題点を解決するため、本発明の目的は、測定作業中の測定状況を、測定環境の変化も含めて、多面的に把握することができる情報を測定作業者にリアルタイムに提示するリアルタイムモニター式三次元測定システムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の三次元測定システムは、以下のような特徴を持つ。三次元測定機の測定情報を測定中にリアルタイムにコンピュータの表示画面に表示し、三次元測定機の姿勢情報を測定中にリアルタイムにコンピュータの表示画面にアニメーション表示し、さらに測定対象物のコンピュータモデルデータやコンピュータメモリー内の図形データも任意の位置関係で同時に表示し、測定箇所、測定機、測定対象物の存在する実空間と一致する仮想的な測定作業状態をコンピュータ表示画面内にリアルタイムに再現し、それらの表示状態（表示三次元方向、表示倍率、表示ウインドウの数）も作業者が自由にいつでも変更でき、実空間の位置、モデル空間の位置、モデルデータ、測定結果など任意の組み合わせの計測確認（距離、角度、図形の幾何情報の計算）も自由にいつでも行え、測定機の移動など測定環境の変化前後でも矛盾無く測定作業状態をコンピュータ表示画面上にリアルタイムに再現し、その変化前後でデータ的にずれを生ぜず測定の連続性を保持する。
【００１０】
【作用】
本発明の三次元測定システムの概略説明を以下に行なう。さらに機能別の説明を順次行う。
【００１１】
コンピュータとの通信機能を備えた三次元測定機を準備する。測定機の種類は全く限定されない。幾何図形表示機能を備えたコンピュータを準備する。コンピュータの種類も全く限定されないが、通信しながら三次元表示を同時に行うだけのＣＰＵパワーを持つ必要はある。コンピュータ自身の中に測定機の制御機能を含んだ測定機とコンピューター体型でもよい。その場合通信は制御機能とＣＰＵとの通信を意味する。コンピュータの幾何図形表示プログラムを準備し起動する。測定機は情報を送り出せるように電源を入れ初期化を終了する。測定機の種類に合わせた通信プログラムをコンピュータ上に準備し起動する。測定作業者は測定機を使い実空間基準座標系を定義し、次にコンピュータのポインティングデバイスやキーボードを使いモデル空間基準座標系を定義し測定を開始する。通信プログラムにより測定機から姿勢情報や測定情報が随時読み出され、座標変換などデータ処理を経て、表示プログラムに情報が渡される。測定情報は測定コマンドにより図形データとして蓄積されながらリアルタイムにコンピュータ表示画面に表示される。測定機の姿勢情報は姿勢形状への変換を経てアニメーション表示され、測定機の動きがリアルタイムに模倣される。測定対象物に対応したモデルデータをコンピュータにあらかじめ入力して記憶しておくと、測定対象物と測定機の存在する実空間での測定作業状態が、コンピュータ表示画面内に仮想的に再現される。測定作業者がコンピュータ表示画面の表示状態を変更（測定部位を詳細に見るための表示拡大、測定部位を四方から同時に眺める表示など）したい場合は、コンピュータへの割込み操作で随時指示する。測定作業者が測定状況を数値的に確認（モデルデータとの距離、測定結果どうしの距離、測定箇所の数値計測など）したい場合は、コンピュータの計測コマンドの操作で随時実行する。測定機を移動したなど測定環境の変化が起きた時は、測定作業者は変化後の測定機を使い、変化前と同じ位置に実空間基準座標系を定義し、モデル空間基準座標系はそのまま再利用する。その変化前後でも矛盾無く測定作業状態がコンピュータ表示画面上にリアルタイムに再現され、変化前後でのデータ的なずれを生ぜず測定の連続性を保持する。以下に各項目の説明を行う。
【００１２】
通信プログラムについて以下に説明する。測定機の通信方法に合わせた通信プログラムをコンピュータ上で起動する。測定機は情報を送り出せるように電源を入れ初期化を終了しておく。測定機によっては測定開始の初期化命令をコンピュータ上の通信プログラムから送る。コンピュータのタイマーを使って一定時間毎に測定機のステータス情報を読み出す。読み出せない場合状況によっては接続エラーとする。一般的には再度読み出す。読み出したステータス内容を確認し内容に合わせて、測定機の姿勢情報や測定情報を読み出す。状況によっては何も読まずステータス読み出しのステップに戻る。測定機によってはステータス情報と姿勢情報や測定情報が同時に読み出される場合もある。測定機によっては測定を行った時点で測定情報のみが読み出される場合もある。測定機によっては読み出しの要求をまず測定機に送り出す必要がある場合もある。読み出された姿勢情報や測定情報は表示プログラムの測定機情報入力部に渡す。姿勢情報が存在しない測定機では測定情報を一部情報の欠けた姿勢情報として測定機情報入力部に渡す。そして最初のステータス読み出しステップに戻り、読み出しサイクルを繰り返す。コンピュータの能力によっては、ステータス読み出しステップに戻る際コンピュータＣＰＵパワーの独占を避けるために一定時間スリープする場合もある。
【００１３】
表示関係プログラムとアニメーション表示について以下に説明する。コンピュータ表示画面に三次元幾何図形（点、直線、円、直方体、円柱など）を表示する図形表示プログラム関数群と削除する図形削除プログラム関数群を準備する。図形表示プログラム関数は関数呼び出しされた時点での表示状態（表示三次元方向、表示倍率、表示ウインドウの数など）に従って表示を行う。表示データベースを準備し、そこに書き込む図形書込データベースプログラム関数群を準備する。表示データベースから全情報を読み出して表示画面に三次元幾何図形を表示するデータベース表示プログラムを準備する。データベース表示プログラムも関数呼び出しされた時点での表示状態に従って表示を行う。意図的に表示を削除することを行わない限り表示し続ける図形情報、つまり蓄積型表示の図形情報は図形表示プログラム関数で表示し、同時に図形書込データベースプログラム関数で表示データベースに書き込む。表示状態の変更など表示画面の再表示が必要となった時はデータベース表示プログラム関数を実行し、表示データベース内の全幾何図形を再表示する。測定結果の図形、手動で直接コンピュータに書き込まれた図形、入力されたモデルデータ図形は、蓄積型表示の図形情報として表示される。アニメーション表示は、一定時間間隔で表示画面に対して図形画像の表示と削除を繰り返す。図形画像が刻一刻と変化している場合アニメーション動画のように動くことになり、実空間での動きを再現する。アニメーション型表示の図形情報はアニメーション表示用メモリーに書き込む。一定時間後に読み出し、図形表示プログラム関数で表示する。しかし表示データベースには書き込まない。表示プログラム関数に渡した情報をアニメーション削除用メモリーにも書き込む。一定時間後削除用メモリーから読み出し、図形削除プログラム関数で削除する。この表示と削除の繰り返しをコンピュータのタイマーを使って一定時間毎に行う。一定時間の間隔はコンピュータＣＰＵパワーと人間の目の残像効果との兼ね合いで決める。測定機の姿勢形状は、アニメーション型表示の図形情報として表示される。
【００１４】
表示関係プログラムの測定機情報入力部と測定コマンドについて以下に説明する。測定機情報入力部に通信プログラムから渡された姿勢情報や測定情報は以下のように処理される。姿勢情報、測定情報ともに測定機固有座標系からコンピュータモデル空間固有座標系へ座標変換する。そして測定機の姿勢情報は、実行している測定コマンドの種類や実行の有無に無関係に、常に姿勢形状を表す幾何図形データに変換し、アニメーション型表示データとして処理する。姿勢形状を計算するには姿勢情報の内容が一部足りない場合、測定機の先端プローブの形状だけを表示する。測定機によっては測定を行った時点でのみ情報が測定機情報入力部に渡ってくる場合もある。その場合は測定機のアニメーションは測定機の動きに常時追随せず、測定のたびにその時の測定機の位置までジャンプして動くようなアニメーションとなる。測定情報はその時実行している測定コマンドや計測コマンドにより、位置結果として取り込む場合は位置マークとして点図形データに変換し、図形結果として取り込む場合は複数の測定位置情報からの計算により幾何図形（円などの平面図形、円柱などの立体図形）に変換し、それぞれ測定結果として蓄積型表示データの処理を行う。測定コマンドなど測定情報を受け止めるコマンドが何も実行されていない場合は位置結果として取り込むが、蓄積型表示データとせず、図形表示プログラムでその場限りの位置マークを表示する処理を行う。測定コマンドは、点情報（位置結果）として取り込むコマンド、直線、円、平面、円柱、自由曲線など図形結果として取り込むコマンドなど、測定作業で必要なコマンド群を準備する。図形として取り込むのでなく、距離や角度などを計測する目的で測定を行う場合は、計測コマンド群を準備する。測定コマンドで得た位置結果や図形結果を使ったり、直接測定実空間上の位置測定を使ったりして計測する。
【００１５】
表示状態の割込み操作について以下に説明する。表示状態の設定を変更する表示設定プログラムを準備する。ポインティングデバイスやキーボードの入力を割込み的に監視する監視プログラムを準備する。一定時間毎に入力状態を調べる監視プログラム、入力の発生通知を待つだけの監視プログラムなどとコンピュータのＯＳ（オペレーティングシステム）に合わせて最適な割込み監視方法を選ぶ。あらかじめユーザ操作の定義を決め、どの割込み操作でどのような機能を実行するかを決めておく。ポインティングデバイスやキーボードからの割込み操作の発生を監視プログラムが捕まえると、表示設定プログラムで割込み操作に対応した表示状態（表示三次元方向、表示倍率、表示ウインドウの数など）への変更を行う。引き続きデータベース表示プログラム関数を呼び出し、コンピュータ表示画面の再表示を行う。この一連の割込み操作はコンピュータＣＰＵパワーの一部を一時的に奪うだけで、測定作業を中断することはない。測定部位を詳細に見るため拡大表示する、測定部位を四方から同時に眺める４個の表示ウインドウにするなどが、測定中に自由に行える。
【００１６】
計測コマンドについて以下に説明する。計測コマンドとして、位置座標、２点間距離、１点と図形の距離、図形間の距離、３点間角度、２直線角度、２平面角度、図形幾何情報などが考えられる。位置や図形を指示する機器として、コンピュータのポインティングデバイスや測定機自身を使う。測定機を使う場合は、コンピュータ表示画面上のモデル空間の位置を指示するのでなく、実空間の位置を指示することになる。本発明は実空間に一致した仮想的な測定作業状態をコンピュータ表示画面内に再現する機能を持ち、測定機の指示座標をモデル空間でのポインティングデバイスによる指示座標として変換することができ、あたかも実空間に図形が存在しているかのように、測定機でモデル空間上の図形や位置を指示する機能を持つ。そして指示した情報から距離などを計算し、その計算結果を表示する。測定作業を中断せずに計測コマンドが実行でき、その計測コマンドが終われば、再び続きの測定作業に戻れる測定コマンド体系に測定システムがなっていれば、一般のコマンドとして計測プログラムを作成し、続きに戻れず測定を中断してしまう場合は、割込みコマンドとして計測プログラムを作成する。モデルデータと測定結果の距離、測定結果どうしの距離や角度関係、これから測定しようとする箇所とモデルデータの距離、測定箇所どうしの距離などが、測定中に自由に確認できる。
【００１７】
座標系定義と座標変換について以下に説明する。どこを原点としどの方向をＸ軸とするかなどが測定機毎固有に決まっている。それを測定機固有（絶対）座標系と呼ぶ。測定機を使って測定作業者が任意に座標系を定義する。例えば同一直線上にない３点を測定機で座標指示することにより、１点目を原点、１点目２点目を結ぶ直線をＸ軸、３点目の方向をＹ軸とするＸＹＺ座標系が定義される。これを実空間基準座標系と呼ぶ。コンピュータ表示画面においても表示空間の原点と座標軸の向きが決まっている。それをモデル空間固有（絶対）座標系と呼ぶ。表示画面上においてポインティングデバイスやキーボードを使って測定作業者が任意に座標系を定義する。これをモデル空間基準座標系と呼ぶ。上記の実空間基準座標系とモデル空間基準座標系を数学上同じ座標空間を定義する座標系として扱う。つまり測定機を使って得られる測定された座標値（これは測定機固有座標系での座標値）を実空間基準座標系に数学的に座標変換し、この変換された座標値をモデル空間基準座標系で数学的に逆変換しモデル空間固有座標系での座標値に変換する。測定作業者が任意に定義した基準座標系による２回の変換により、測定情報はコンピュータ表示画面の測定作業者が任意に定義した位置に表示することができる。測定機の姿勢情報も測定機固有座標系であらわされ、同じ２回の変換を経てコンピュータ表示画面に測定機の姿勢が表示される。測定機の姿勢情報と測定情報は実空間での三次元的位置関係を保持したままで、コンピュータモデル空間の任意の位置に再現できる。座標系を定義する方法は、例示した３点定義式以外にも数学的に三次元座標系が定義できればいかなる方法でもよい。例えば測定機の誤差を最小に押さえるには、多数の位置指定から最小自乗法で一平面を決め、それを３平面繰り返し、その三平面から座標系を定義するのがよい。
【００１８】
基準座標系の利用について以下に説明する。コンピュータ表示画面に測定結果と測定機アニメーションを表示するだけなら、基準座標系の定義を省略することができる。測定機固有座標系とモデル空間固有座標系だけを使い、測定機固有座標系での座標値をそのままモデル空間固有座標系での座標値として取り扱っても、測定情報と測定機の姿勢情報は実空間での三次元的位置関係を保持したままで、コンピュータモデル空間に再現できる。しかしコンピュータのメモリー上に記憶された図形データの表示像と測定結果及び測定機アニメーション表示像を作業者の意図する三次元的位置関係で表示する場合は、基準座標系の定義が必要である。実空間での基準座標系から見た測定機や測定対象物の位置関係とモデル空間での基準座標系から見た記憶された図形データ位置関係が、作業者の意図する位置関係になるように、実空間とモデル空間の基準座標系を定義する。例えば記憶された図形データが測定対象物に対応したモデルデータの場合は、実空間基準座標系を測定対象物に対してある位置に定義し、モデル空間基準座標系をモデルデータに対して同じ位置関係の所に定義する。そのことによりモデルデータ図形表示像と測定結果表示像及び測定機アニメーション表示像が、実空間での測定対象物、測定箇所、測定機の三次元的位置関係を保持した状態で、コンピュータ表示画面上に表示され、仮想的な測定作業状態を測定中にリアルタイムにコンピュータ上に再現する。
【００１９】
モデルデータ入力について以下に説明する。測定対象物に対応した三次元モデルデータが既にコンピュータのデータとなっている場合は、そのデータを測定システムのコンピュータに幾何図形として読み込む機能を準備する。読み込む三次元モデルデータの形式がコンピュータ間のやり取りの一般書式（ＩＧＥＳ、ＳＴＥＰなど）に対応している場合は、一般書式を読み込む機能を準備すればよい。三次元モデルデータが存在しない場合は、三次元モデルデータを手動で入力する機能、いわゆる三次元ＣＡＤ機能を準備する。入力された三次元モデルデータは、メモリーに蓄積され、コンピュータモデル空間固有座標系のどこかに配置されコンピュータ表示画面に表示される。測定実空間上に置かれている測定対象物も測定機固有座標系のどこかに置かれている。一般的にはそれぞれの固有座標系のどの位置に置かれているかはお互いに無関係であり、実空間上での測定機の姿勢と測定対象物の位置関係は、コンピュータモデル空間上での測定機アニメーション表示像とモデルデータ表示像の位置関係とは一致しない。そこで任意に定義できる基準座標系を使って一致させる。実空間基準座標系を測定対象物に対してある位置に定義し、モデル空間基準座標系をモデルデータに対して同じ位置関係の所に定義する。基準座標系から見て、実空間でもモデル空間でも同じ位置関係の所に測定対象物とモデルデータ、測定機と測定機アニメーションが存在することになり、実空間に一致した仮想的な測定作業状態をコンピュータ表示画面内に再現することができる。
【００２０】
測定機固有座標系の変更という測定環境の変化が起きた時について以下に説明する。測定機固有座標系は測定機自身が移動した時、あるいは途中で測定機を交換した時、あるいは測定対象物が移動し相対的に測定機が移動した時、あるいは測定機によっては測定機の電源をオフオンした時にも起きる。変更が起きた時は変更前に定義した実空間基準座標系と同じ座標系を変更した測定機で定義し、モデル空間基準座標系は変更前の定義を再利用する。実空間上の同じ位置の座標値は、変更前の測定機と変更後の測定機は異なる値を持つが、モデル空間上では同じ座標値となり、実空間上の同じ位置を測定すれば、変更の起きる前に示したモデル空間上での位置を変更の起きた後も示す。測定機アニメーション表示像の三次元的姿勢は自動的に変更後の姿勢になり、測定結果（位置、図形）の表示像との位置関係は、実空間での変更後の新しい三次元位置関係と矛盾ない姿勢となる。つまり測定環境の変化前後で矛盾無く測定作業状態をコンピュータ表示画面上にリアルタイムに再現し、変化前後でデータ的にずれの無い一連の作業として三次元測定作業を継続することができる。
【００２１】
【実施例】
本発明の実施例として、三次元測定機にＲＳ２３２Ｃ通信でコンピュータと通信する多関節形三次元測定機、幾何図形表示コンピュータシステムに三次元ＣＡＤシステムを利用した三次元測定システムを説明する。三次元測定のシステムとしては、三次元測定機として、接触型では、直交形、多関節形、スカラ形など、非接触型では、カメラ方式、レーザ方式、磁気方式、超音波方式など多種多様なものが存在するが、コンピュータとオンラインで通信さえできればいかなる測定機でも利用可能である。なおコンピュータ自身の中に測定機の制御機能を含んだ測定機とコンピューター体型でもよい。その場合通信は制御機能とＣＰＵとの通信を意味する。表示コンピュータとして、三次元測定機専用に準備したコンピュータ、ＣＡＤ、ＣＡＭ、ＣＡＥ、ＣＧなど他のアプリケーション用のコンピュータ、一般のコンピュータなど基本的にどのようなコンピュータでも良く、三次元幾何図形の表示・消去を自由にできる仕組みを構築できれば利用可能である。ただし、通信しながら三次元表示を同時に行うだけのＣＰＵパワーを持つ必要はある。
【００２２】
今回説明の実施例は、本発明を実施し易すく、発明の効果が強くあらわれる三次元測定システムのひとつであると言える。三次元幾何図形を入力し表示する機能は、三次元ＣＡＤは標準で持っている。また測定対象物のコンピュータモデルデータを入力し表示する機能も標準で持っている。さらに今回利用のＣＡＤは割込み操作による表示状態の変更や計測の実行機能を持ち、新たに機能を付加するカスタマイズ機能も標準で持ち本発明を実施し易い。また測定結果を利用した複雑な幾何計算（三次元自由曲面の計算など）機能も標準で持ち測定結果を即詳細に検討できる。今回利用の多関節形三次元測定機は手動操作の測定機であるが、先端のプローブを含め全ての関節の位置情報をいつでも読み出すことができ、アニメーション表示を行ない易い。
【００２３】
なお測定システムの基本性能である測定誤差は、利用する測定機自身の固有の能力に大きく依存しており、測定目的の精度に合わせた測定機を自由に選択すればよい。本実施例の多関節形三次元測定機に限っても、１ｍｍから０．０５ｍｍの精度の物が存在している。また現在のコンピュータによる表示の計算精度、座標系の計算精度、データ保持精度、データ通信精度などは、測定機の限界精度を十分に上回っており、コンピュータによる誤差の拡大を考慮する必要はない。そこで本発明においては、誤差の扱いを議論しない。ただし、コンピュータ表示画面上の測定結果や測定機姿勢形状の表示位置は、測定機の送り出す数値に基づいており、測定機の誤差をそのまま伝播し、誤差を無くすものではない。つまり、同じ位置を測定した時、測定機の誤差のため、測定機が異なる数値を送り出した場合は、コンピュータ表示画面上でも異なる位置に表示される。
【００２４】
実施例を以下に説明する。既存の三次元ＣＡＤシステムにカスタマイズ機能を利用して測定システムの機能を付加した。測定機機種毎に通信プログラムを用意し、測定作業者が選択できる。本実施例の通信プログラムは測定機に付属している通信ライブラリープログラムを利用しながら、ＲＳ２３２Ｃを通して通信を行う。一定時間毎にＲＳ２３２Ｃ通信ポートを監視し、ステータスと先端プローブの位置と５関節の各位置を読み出す。読み出すデータがポートに無い場合は、一定時間スリープ後繰り返す。５秒以上データが無い場合は通信エラーとして通信を止める。読み出したステータスにより、測定機で測定を行った（測定機付属のスイッチを押す）か、単に情報を読み出しただけかを区別し、それぞれ測定情報、姿勢情報として表示プログラムにデータを渡す。
【００２５】
表示プログラムの測定機情報入力部に通信プログラムから渡された姿勢情報や測定情報は以下のように処理を行う。姿勢情報、測定情報ともに測定機固有座標系からコンピュータモデル空間固有座標系へ座標変換する。姿勢情報はアニメーション表示としての処理を行う。測定情報の場合は、コンピュータのポインティングデバイスの入力イベントを擬似的に発生させ、ポインティングデバイスの入力座標として扱う。ポインティングデバイスには、ＸＹの二次元座標の情報しか持たない物が多いため、測定機のＺ座標情報はバイパス経路を作り渡す。このことによって、ポインティングデバイス（マウス装置など）からの入力として測定情報を扱うことができ、本実施例のＣＡＤに標準にある作図コマンドや計測コマンドなどが、そのまま測定コマンドとしても利用できる。また新たに作成する測定専用コマンドのプログラムにおいても、座標入力部分を測定機特別用に作成する必要がなく、作成し易い。さらに副産物として、各コマンドの座標入力の際に、ポインティングデバイス、測定機どちらを使っても入力できる。
【００２６】
基準座標系定義の方法として、実空間固有座標系からモデル空間固有座標系へそのまま（つまり固有座標系と基準座標系が同じ）、モデル空間基準座標系だけを定義、実空間基準座標系は固有座標系から平行移動しモデル空間基準座標系は任意定義、実空間基準座標系もモデル空間基準座標系も任意定義と複数選択できるようにし、即測定を開始したい場合、直交形（門形）三次元測定機を利用する場合、多関節形三次元測定機を利用する場合などいろいろな状況に最適な定義方法を選択できる。任意定義する場合でも、一点方式、平均方式、球中心方式、平面方式など精度と手間を考慮し最適な方法を選択できる。ＣＡＤ機能を使って書かれた図形や入力機能を使って取り込まれたモデルデータ図形などに対する、測定情報や測定機姿勢情報の位置関係を、この基準系の定義を使って任意に設定できる。
【００２７】
測定機のアニメーション表示は、ＣＡＤ本来の表示機能を利用して、表示と削除を０．５秒毎に繰り返し、測定機の多関節形状の表示像を点滅させ、測定作業者の測定操作により測定機の多関節腕が屈伸移動する動きをコンピュータ表示画面上にリアルタイムに再現する。
【００２８】
割込み機能が、本実施例のＣＡＤには豊富にある。例えばキーボードの８キーとＥｎｄキーを打てば、いつでもコンピュータ表示画面を４分割の表示ウインドウに分け、異なる表示三次元方向からの表示にする。またマウスの右ボタンを押しながら右方向にドラッグすると、マウスカーソルの存在した表示ウインドウを拡大表示する。さらに割込み計測コマンドもあり、例えば、測定した２点間の距離、測定した平面と１点の距離、測定点とモデルデータの誤差などが、測定作業中にいつでも確認できる。
【００２９】
測定機固有座標系が変更した時は、測定作業者は実空間基準系定義を再度行う。モデル空間基準座標系は、ＣＡＤの一般図形データと区別の付く図形データとして書き込まれており、自動的にその図形データは発見され再利用される。
【００３０】
測定情報は位置結果（点図形を記入）として取り込む場合、実施例の多関節形三次元測定機から送られてくる情報のスピードは、コンピュータの取り込み能力に比べて遅く、測定情報を逐一リアルタイムに表示しながら受け取ることができる。しかし自動測定を行うような測定機は高速に送ってくる場合が多く、高速処理用の位置取り込みコマンドを作成している。このコマンドでは測定情報の一部だけをリアルタイムに表示し、大半の情報を受け蓄えるだけにすることにより高速性を実現している。また単に位置結果を取り込むだけでなく、複数の位置情報から計算を経て図形情報にして取り込むコマンドも作成している。直線、円、平面、自由曲線、円柱、直方体などの図形結果に変換し表示する。
【００３１】
本発明の実施例を図を用いて説明する。図１は、本発明の実施例を模式的に表した図であり、測定作業中の測定機と測定対象物及びコンピュータとコンピュータ表示画面を簡易に表現している。測定機１は多関節形三次元測定機であり、手動により先端のプローブ２を測定対象物３の測定箇所に接触させて、スイッチを押し測定する。コンピュータ本体４とは、ＲＳ２３２Ｃ通信ケーブル５を介して接続されている。コンピュータ表示画面６には、測定対象物に対応したモデルデータの表示像７と測定機の姿勢形状を模したアニメーション表示像８が三次元表示されている。測定機１を動かすと、リアルタイムにアニメーション表示像８が動く。実空間で測定機を使って実空間基準座標系９を定義し、その位置に対応したモデルデータの場所にモデル空間基準座標系１０をマウス１１などを使って定義する。モデルデータ表示像７と測定機アニメーション表示像８が、実空間での測定対象物３、測定機１の三次元的位置関係を保持した状態で、コンピュータ表示画面６上に表示され、仮想的な測定作業状態を測定中にリアルタイムにコンピュータ上に再現している。ここに測定結果も書き込まれていくと、どこを測定しどこを測定していないなど測定状況が把握し易くなる。なお図１はわかり易くするため簡易的に描かれており、コンピュータ表示画面６は、実際の表示画面の三次元表示と異なり、幾何学的に正確に描かれていない。測定機１も実物の構造を正確に描いていない。
【００３２】
図２は、コンピュータ表示画面の絵である。表示状態を割込み操作を使って変更し、表示ウインドウを４個開き、それぞれのウインドウの表示三次元方向や表示倍率を変えている。表示ウインドウ１２は測定状態を上空から眺めた状態である。表示ウインドウ１３は測定状態を斜め上方向から眺めた状態である。表示ウインドウ１４は測定状態を側面から眺めた状態である。表示ウインドウ１５は測定状態を別の側面から眺め測定機のプローブの表示像１６付近を拡大表示した状態である。なお図２はわかり易くするため簡易的に描かれており、実際の表示画面の三次元表示と異なり、幾何学的に正確に描かれていない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような構成と機能を持ち、以下に記載する効果を発揮する。
【００３４】
測定結果の位置結果も図形結果も取り込んだその時点から、コンピュータ表示画面に表示されており、どこを測定したか、どこを測定していないかを明確に把握できる。測定機の動きもアニメーション表示されており、どのように測定したか、何をしようとしているかを推論することもできる。
【００３５】
実空間の測定状況をコンピュータ表示画面上に単に再現するだけではない。表示状態（表示三次元方向、表示倍率、表示ウインドウの数など）を適切に設定すると、実物の測定状況を目で眺める時には不可能な眺め、例えば、いろいろな方向からの同時の眺め、眺めることができない方向からの眺め、詳細をみるため大きく拡大しての眺めを簡単に実現できる。
【００３６】
眺めの確認だけでなく、計測の機能もあり、例えば、測定した２点間の距離、測定した平面と１点の距離、測定点とモデルデータの誤差、まだ測定していない実物空間上の２点間の距離などの数値的情報を、測定作業中にいつでも確認ができる。
【００３７】
任意のモデルデータや別の測定作業による測定結果などと、基準系の定義により任意の位置関係で、現在の測定状況と同時にコンピュータ表示画面上に表示でき、比較検討しながらの測定ができる。
【００３８】
長尺物、裏表物の測定による測定機または測定対象物の移動や不測の事態による測定機の移動など測定環境の変化前後でも、矛盾無く測定作業状態をコンピュータ表示画面上にリアルタイムに再現でき、変化前後でデータ的にずれの無い一連の作業として測定作業を継続することができ、測定後の後処理が軽減される。
【００３９】
上記効果により、熟練者でなくても測定作業ができる容易化、無駄な測定を減らす効率向上、間違った測定を減らす質的向上、試行錯誤の容易性による新しい測定への発展性をもたらすことになる。本発明は、以上のような効果を発揮するリアルタイムモニター式三次元測定システムである。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定作業中の測定機と測定対象物及びコンピュータとコンピュータ表示画面を模式的に表した簡易的な図。
【図２】コンピュータ表示画面上に４分割表示ウインドウで測定状況を表示していることを表した簡易的な図。
【符号の説明】
１ 多関節形三次元測定機
２ 測定機の先端プローブ
３ 測定対象物
４ コンピュータ本体
５ 測定機とコンピュータをつなぐＲＳ２３２Ｃ通信ケーブル
６ コンピュータ表示画面
７ 測定対象物に対応したモデルデータの表示像
８ 測定機のアニメーション表示像
９ 実空間基準座標系の定義（実際には何がしかの目印を付ける）
１０ モデル空間基準座標系の定義（実際には表示されない）
１１ ポインティングデバイスのマウス
１２ ４分割表示ウインドウの内の一つ（上からの眺め）
１３ ４分割表示ウインドウの内の一つ（斜め上からの眺め）
１４ ４分割表示ウインドウの内の一つ（側面からの眺め）
１５ ４分割表示ウインドウの内の一つ（別の側面からの眺めを拡大）
１６ 拡大された測定機アニメーション表示像の先端プローブ部分

Claims (3)

1. 三次元測定機と、コンピュータとが接続された三次元測定システムにおいて、
   前記三次元測定機は、
   自測定機の起動時または移動時に、実空間における測定対象物に対する任意の位置に基づいた座標系である実空間基準座標系を定義する手段と、
   予め自測定機固有に決められた座標系である測定機固有座標系において、自測定機の姿勢情報および前記測定対象物に対する測定結果の情報の座標値を随時読み出す手段と、
   読み出した前記測定機固有座標系における前記姿勢情報および前記測定対象物に対する測定結果の情報の座標値を、前記実空間基準座標系における座標値に座標変換する手段と、
   を備え、
   前記コンピュータは、
   予め自装置が有する表示画面固有に決められた座標系であるモデル空間固有座標系における前記測定対象物に対応したモデルデータを入力する入力手段と、
   前記三次元測定機で利用した前記測定対象物に対する任意の位置と同じ位置関係の、前記モデルデータに対する位置に基づいた座標系であるモデル空間基準座標系を定義する手段と、
   前記三次元測定機において変換された前記実空間基準座標系における前記姿勢情報および前記測定対象物に対する測定結果の情報の座標値を取得する手段と、
   取得した前記実空間基準座標系における前記姿勢情報および前記測定対象物に対する測定結果の情報の座標値を前記モデル空間基準座標系における座標値とし、このモデル空間基準座標系における座標値を前記モデル空間固有座標系における座標値に変換する手段と、
   前記モデル空間固有座標系に変換した前記姿勢情報および前記測定対象物に対する測定結果の情報の座標値に基づいて、前記三次元測定機の姿勢形状および前記三次元モデルデータに対する測定結果の情報を前記三次元モデルデータとともに前記表示画面に三次元表示し、さらに表示した前記三次元測定機の姿勢の形状の情報の表示と削除とを繰り返すことで前記三次元測定機の動きをリアルタイムに表示して、仮想的な測定作業状態を再現する表示手段と、
   を備えることを特徴とする三次元測定システム。
2. 前記コンピュータは、
   前記表示手段における三次元表示の表示方向、表示倍率、表示ウインドウの数を変更させる手段
   をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の三次元測定システム。
3. 前記コンピュータは、
   前記表示手段により表示された三次元表示の中の位置を指示する指示手段と、
   前記三次元測定機により実空間で測定された位置と前記指示手段により指示された三次元表示の中の位置と前記入力手段で入力したモデルデータの位置との中の任意の組み合わせによる距離または角度、あるいは、前記三次元測定機により実空間で測定された結果どうしの距離または角度を算出する算出手段と
   をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の三次元測定システム。

Images