JP5260175B2 - 非接触で対象表面の座標を測定する測定方法および測定システム - Google Patents
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Description
2 対象表面
3 3次元画像記録装置
4a,4b 測定装置
Claims (19)
- それぞれ深さ情報の成分を有する複数の第一の画素(i1)を含む第一の3次元画像(P1)を測定する素子を、単一のハウジング内に備える単一の装置である3次元画像記録装置(3)を使用して、対象物体(1)の対象表面(2)を対象物体座標系(O)について計測する、非接触による座標の測定方法であって、
上記対象表面(2)の第一の区域(S1)の上記第一の3次元画像(P1)を、第一の位置(x1, y1, z1)と方向(ψ1,ω1,κ1)について、上記3次元画像記録装置(3)によって電子的に測定し、
上記3次元画像記録装置(3)の画像座標系(B)における第一の3次元画像座標(u1i, v1i, w1i)のデータを、上記第一の画素(i1)に当てはめ、
上記対象物体座標系(O)における上記3次元画像記録装置(3)の上記第一の位置(x1, y1, z1)と方向(ψ1,ω1,κ1)を、上記対象物体座標系(O)に関係付けられた測定装置(4a,4b)により測定し、
上記対象物体座標系(O)における上記第一の3次元対象物体座標(xli, yli, zli)を、上記第一の3次元画像座標(u1i, v1i, w1i)および上記3次元画像記録装置(3)の上記第一の位置(x1, y1, z1)と方向(ψ1,ω1,κ1)のデータに基づいて、上記第一の画素(i1)に当てはめ、
上記3次元画像記録装置(3)を、上記第一の位置(x1, y1, z1)と方向(ψ1,ω1,κ1)から、少なくとも一つの他の位置(x2, y2, z2)と方向(ψ2,ω2,κ2)に移動させ、
上記対象表面(2)の少なくとも一つの他の区域(S2)の少なくとも一つの他の3次元画像(P2)を、上記他の位置(x2, y2, z2)と方向(ψ2,ω2,κ2)に置かれた上記3次元画像記録装置(3)によって電子的に測定し、
上記対象物体座標系(O)における上記3次元画像記録装置(3)の上記他の位置(x2, y2, z2)と方向(ψ2,ω2,κ2)を、上記測定装置(4a,4b)により測定し、
上記対象物体座標系(O)における他の3次元対象物体座標(x2i, y2i, z2i)を、上記他の3次元画像(P2)の上記他の3次元画像座標(u2i, v2i, w2i)および上記3次元画像記録装置(3)の上記他の位置(x2, y2, z2)と方向(ψ2,ω2,κ2)のデータに基づいて、上記他の3次元画像(P2)の他の画素(i2)に当てはめて、上記対象物体座標系(O)における対象物体(1)の対象表面(2)の座標を得るようにしており、
上記測定装置は、調整可能な機械関節式の3次元座標測定アーム(4a)の形態で構成され、上記測定装置は、
上記対象物体座標系(O)に関連付けらている一端(6)と、
上記一端(6)と反対側の可動測定端(7)と、
上記一端(6)と上記可動測定端(7)との間に配置され、上記可動測定端(7)が第1の空間部分(R1)内で移動自在になるように、複数のピボットジョイント(8)によって回転可能に互いに結合されている複数のアーム部(9)と、
上記ピボットジョイント(8)のそれぞれの角度位置(α)を測定するために、上記ピボットジョイント(8)に備えられた角度計測器(10)と、
を有し、
上記可動測定端(7)は上記3次元画像記録装置(3)に規定されるように連結され、
上記対象物体座標系(O)における上記3次元画像記録装置(3)の上記第一の位置(x 1 , y 1 , z 1 )と方向(ψ 1 ,ω 1 ,κ 1 )および上記他の位置(x 2 , y 2 , z 2 )と方向(ψ 2 ,ω 2 ,κ 2 )は、上記ピボットジョイント(8)の上記角度位置(α)と上記アーム部(9)の長さ(a)の情報とから決定され、
上記3次元座標測定アーム(4a)上の規定点が測定され、これにより、上記対象物体座標系(O)に関連付けられている上記一端(6)の現在の位置が規定されるとともに基準にされる、
ことを特徴とする非接触による座標の測定方法。 - 上記対象表面(2)の上記第一の区域(S1)および上記少なくとも一つの他の区域(S2)を、部分的に重ね、
上記第一の3次元対象物体座標(xli, yli, zli)を有する上記第一の3次元画像(P1)と、上記他の3次元対象物体座標(x2i, y2i, z2i)を有する上記少なくとも一つの他の3次元画像(P2)とを、結合3次元画像(P1+2)を与えるように結び付ける
ことを特徴する請求項1記載の測定方法。 - 上記測定装置(4a,4b)が、上記3次元画像記録装置(3)を保持する保持力から分離されていることを特徴とする請求項1あるいは2記載の測定方法。
- 上記3次元画像記録装置(3)が、画像を測定している間、上記保持力を緩衝する保持装置(11)により保持されていることを特徴とする請求項3記載の測定方法。
- 上記3次元画像記録装置(3)に連結された上記可動測定端(7)が、6自由度で移動自在であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の測定方法。
- 上記対象物体座標系(O)における上記一端(6)を、
上記第1の空間区域(R1)内で上記第一の位置(x1, y1, z1)と方向(ψ1,ω1,κ1)が測定されるような上記3次元画像記録装置(3)によって、上記第1の区域(S1)の上記第1の3次元画像(P1)を測定するために、第1の地点(A1)に位置決めをし、そして
上記第2の空間区域(R2)内で上記少なくとも一つの他の位置(x2, y2, z2)と方向(ψ2,ω2,κ2)にある上記3次元画像記録装置(3)によって、上記少なくとも一つの他の区域(S2)の上記少なくとも一つの3次元画像(P2)を測定するために、第2の地点(A2)に位置決めをする
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の測定方法。 - 上記第1の地点(A1)を、上記対象物体座標系(O)を基準にして、連結された上記一端(6)が固定された第1の基礎アンカー(12)により規定し、
上記第2の地点(A2)を、上記対象物体座標系(O)を基準にして、連結された上記一端(6)が固定された第2の基礎アンカー(13)により規定し、
関節連結された上記3次元座標測定アーム(4a)を、上記第1の位置(x1, y1, z1)と方向(ψ1,ω1,κ1)を規定する上記第1の基礎アンカー(12)と、上記少なくとも一つの他の位置(x2, y2, z2)と方向(ψ2,ω2,κ2)を規定する上記第2の基礎アンカー(13)とによって、上記対象物体座標系(O)に関連付ける
ことを特徴とする請求項6記載の測定方法。 - 上記第1の地点(A1)および上記第2の地点(A2)を、上記対象物体座標系(O)を基準にした光学基準レーザー測定装置(14)によって光学的に測定し、
上記第1の位置(x1, y1, z1)と方向(ψ1,ω1,κ1)を測定するため、そして、上記少なくとも一つの他の位置(x2, y2, z2)と方向(ψ2,ω2,κ2)を測定するため、上記光学基準レーザー測定装置(14)によって、関節連結された上記3次元座標測定アーム(4a)を上記対象物体座標系(O)に関連付ける
ことを特徴とする請求項6記載の測定方法。 - 上記測定装置が、上記対象物体座標系(O)に関連付けられた光学レーザー装置(4b)、特にレーザー追跡装置で形成され、
上記対象物体座標系(O)における3次元画像記録装置(3)の第1の位置(x1, y1, z1)と方向(ψ1,ω1,κ1)を、上記3次元画像記録装置(3)の間接あるいは直接の観測によって、上記レーザー測定装置(4b)により非接触で測定する
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項記載の方法。 - 上記3次元画像記録装置(3)が、3次元画像(P1)を生成するために、少なくとも二つの異なる測定角度からの第1の区域(S1)を測定する少なくとも二つの電子カメラ(3a,3b,3c)を備えていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項記載の方法。
- 上記少なくとも二つの電子カメラ(3a,3b,3c)が、3次元画像記録装置(3)の単一のハウジング内に互いに連結されて固定され、互いに固定された相対的光学的方向と距離とを有していることを特徴とする請求項10記載の方法。
- 対象物体座標系(O)について測量される対象物体(1)の対象表面(2)を非接触で座標を計測するための測定システムであって、
それぞれ深さ情報の成分を含む複数の第1の画素(i1)を有するよう構成され、そして、上記対象表面(2)の第1の区域(S1)にある第1の3次元画像(P1)を電子的に測定し、画像座標系(B)の上記第1の画素(i1)に対応する上記第1の3次元画像座標(u1i, v1i, w1i)を電子的に出力し、上記第1の3次元画像(P1)を測定する素子を備え、単一のハウジング内に納められた、単一の装置である3次元画像記録装置(3)と、
上記対象物体座標系(O)に関連付けられ、上記対象物体座標系(O)について上記3次元画像記録装置(3)の第1の位置(x1, y1, z1)と方向(ψ1,ω1,κ1)を測定するよう構成された測定装置(4a,4b)と、
を備えており、
上記測定装置は、調整可能な機械関節式の3次元座標測定アーム(4a)の形態で構成され、上記測定装置は、
上記対象物体座標系(O)に関連付けられている一端(6)と、
上記一端(6)と反対側の可動測定端(7)と、
上記一端(6)と上記可動測定端(7)との間に配置され、上記可動測定端(7)が第1の空間部分(R1)内で移動自在になるように、複数のピボットジョイント(8)によって回転可能に互いに結合されている複数のアーム部(9)と、
上記ピボットジョイント(8)のそれぞれの角度位置(α)を測定するために、上記ピボットジョイント(8)に備えられた角度計測器(10)と、
を有し、
上記可動測定端(7)は上記3次元画像記録装置(3)に規定されるように連結され、
上記対象物体座標系(O)における上記3次元画像記録装置(3)の上記第一の位置(x 1 , y 1 , z 1 )と方向(ψ 1 ,ω 1 ,κ 1 )および上記他の位置(x 2 , y 2 , z 2 )と方向(ψ 2 ,ω 2 ,κ 2 )は、上記ピボットジョイント(8)の上記角度位置(α)と上記アーム部(9)の長さ(a)の情報とから決定され、
上記3次元座標測定アーム(4a)は、上記対象物体座標系(O)に関連付けらている上記一端(6)の現在の位置を規定するとともに基準にするために測定される規定点を有し、
上記第1の3次元画像座標(u1i, v1i, w1i)を上記3次元画像記録装置(3)から導出し、上記第1の位置(x1, y1, z1)と方向(ψ1,ω1,κ1)を上記測定装置(4a,4b)から導出し、上記対象物体座標系(O)における第1の3次元対象物体座標(xli, yli, zli)を、上記第1の3次元画像座標(u1i, v1i, w1i)および上記3次元画像記録装置(3)の上記第1の位置(x1, y1, z1)と方向(ψ1,ω1,κ1)の情報から、第1の画素(i1)に当てはめるように構成し、上記第1の画素(i1)と関連付けられた上記3次元対象物体座標(xli, yli, zli)を含む信号を出力する、データ処理装置と、
を備えていることを特徴とする測定システム。 - 上記測定装置(4a,4b)が、上記3次元画像記録装置(3)を保持している間に作用する保持力から分離されていることを特徴とする請求項12記載の測定システム。
- 上記画像を測定中に上記3次元画像記録装置(3)を保持している間に作用する保持力を緩衝する保持装置(11)を備えていることを特徴とする請求項13記載の測定システム。
- 上記3次元画像記録装置(3)に連結された上記可動測定端(7)が、6自由度で移動自在であるよう構成されていることを特徴とする請求項12〜14のいずれか1項記載の測定システム。
- 上記対象物体座標系(O)を基準にし、そして、機械関節式の上記3次元座標測定アーム(4a)を上記対象物体座標系(O)に関連付けるためのデータ処理装置(15)への信号リンクを有する光学基準レーザー測定装置(14)を備えていることを特徴とする請求項12〜15のいずれか1項記載の測定システム。
- 上記測定装置が、レーザー追跡装置のような、上記対象物体座標系(O)に関連付けられた光学レーザー測定装置(4b)として構成されており、
上記光学レーザー測定装置(4b)が、上記対象物体座標系(O)における上記3次元画像記録装置(3)の上記第1の位置(x1, y1, z1)と方向(ψ1,ω1,κ1)を、上記3次元画像記録装置(3)の間接あるいは直接の観測によって、非接触で測定し、データ処理装置(15)に送信するように構成されている
ことを特徴とする請求項12〜16のいずれか1項記載の測定システム。 - 上記3次元画像記録装置(3)が、上記3次元画像(P1)を生成するために、少なくとも二つの異なる測定角度からの上記第1の区域(S1)を測定する少なくとも二つの電子カメラ(3a,3b,3c)を備えていることを特徴とする請求項12〜17のいずれか1項記載の測定システム。
- 上記少なくとも二つの電子カメラ(3a,3b,3c)が、上記3次元画像記録装置(3)の単一のハウジング内に互いに連結されて固定され、互いに固定された相対的な光学方向および距離を有していることを特徴とする請求項18記載の測定システム。
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