JP7124424B2 - 3次元形状計測システム及び計測時間設定方法 - Google Patents
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Description
前記制御信号に同期して、被計測対象に接触せずに、該被計測対象の3次元形状を計測する非接触3次元形状計測センサと、
前記非接触3次元形状計測センサを有し、前記3次元形状の計測時に、前記被計測対象に対して、前記非接触3次元形状計測センサが該被計測対象の形状を計測し得る位置となるように保持されるプローブと、
前記プローブに配置され、前記制御信号に同期して、発光する複数のマーカと、
撮像に係る露光時間及び撮像の回数を設定する計測設定部と、
前記複数のマーカを含む撮像対象からの光を前記露光時間にわたって受けることによって該複数のマーカを含む画像を撮像する撮像部であって、前記非接触3次元形状計測センサによる前記被計測対象の3次元形状の計測時に、前記露光時間で、前記制御信号に同期して、前記複数のマーカを含む前記画像を前記回数撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された複数の前記画像から前記複数のマーカの位置を抽出し、該複数のマーカの位置関係に関する情報に基づいて前記プローブの世界座標系における位置姿勢を計測する処理部と、
前記非接触3次元形状計測センサによって計測された、前記プローブに対して定義されるプローブ座標系における前記被計測対象の3次元形状を、前記非接触3次元形状計測センサによる3次元形状の計測時の前記プローブの位置姿勢に基づいて前記世界座標系における前記被計測対象の3次元形状に変換し、世界座標系における該被計測対象の3次元形状を表現する情報を生成する3次元形状変換処理部と、
を備えた3次元形状計測システムであって、
前記計測設定部は、
前記露光時間及び前記撮像の回数のいずれかを変更し、変更したときの前記撮像及び前記プローブの位置姿勢の計測の結果に基づいた前記プローブの位置計測誤差を算出し、
該位置計測誤差の算出を、複数種類の露光時間及び撮像の回数に対して行い、
得られた複数の位置計測誤差の中から、位置計測誤差が小さくなったときの露光時間及び撮像の回数を設定することを特徴とする3次元形状計測システムである。
ここで、保持されたプローブの位置ずれによる誤差には、実際にユーザがプローブを把持することによる手振れにより生じる誤差を含むが、プローブを保持する保持手段の位置ずれにより生じる誤差も含む。一方、プローブの位置ずれにかかわらず生じる誤差は、仮に、プローブを手振れ等の位置ずれが生じないように固定した状態のような、位置ずれの影響を無視し得る状態において生じる誤差である。また、プローブの保持の態様には、上述のように、ユーザによる把持に限らず、ロボットアームや保持具のような保持手段による保持も含まれる。また、露光時間とは、撮像部を構成する撮像素子が撮像対象からの光を受ける時間であり、露光時間は、機械式又は電子式のシャッタによって調整することができるが、露光時間の調整方法はこれに限らない。
前記処理部は、前記領域の画像データから、前記プローブの位置姿勢を計測するようにしてもよい。
前記撮像部によって撮像した画像のうち、過去の時点における前記プローブの位置情報に基づき、撮像時に前記マーカが存在しうる領域を推定し、該領域の画像データを得る処
理は、撮像部において実施してもよいし、処理部において実施してもよい。
前記処理部は、データ量が削減された前記画像データから、前記プローブの位置姿勢を計測するようにしてもよい。
前記撮像部によって撮像した画像データのデータ量を削減する処理は、撮像部において実施してもよいし、処理部において実施してもよい。
前記複数のマーカを、前記プローブの姿勢が一意に決まり、かつ、該マーカ同士が同一平面上にないように配置していることを特徴とするプローブである。
前記撮像部、前記処理部及び前記計測設定部を備えることを特徴とする撮像装置である。
前記処理部、前記3次元形状変換処理部及び前記タイミング制御部を備えることを特徴とするコンピュータ装置である。
ここで、コンピュータ装置は、少なくとも、CPU,RAM,ROM及びHD等の記憶装置を含み、CPUがROM等から読みだされたプログラムを実行する装置であるが、単一のコンピュータ装置に限られず、機能を分担して協働する複数のコンピュータ装置を含んでもよい。
前記撮像部の露光時間を設定する第1ステップと、
前記プローブの位置姿勢を複数回数計測する第2ステップと、
複数パターンの前記回数での、前記プローブの位置ずれによる誤差及び位置ずれにかかわらず発生する誤差を含む位置計測誤差を算出する第3ステップと、
前記回数による前記プローブの前記計測時間と、前記プローブの前記位置計測誤差との対応関係を算出する第4ステップと、
設定候補すべての露光時間について、前記第1、第2、第3及び第4ステップを繰り返すステップと、
前記露光時間と、前記回数による前記プローブの前記計測時間と、前記プローブの前記位置計測誤差との対応関係とに基づいて、前記プローブの前記位置計測誤差が小さくなったときの前記露光時間及び前記回数を設定するステップとを含むことを特徴とする計測時間設定方法である。
固定手段としては、プローブの保持による位置ずれが無視し得る状態で、移動しないよ
うに固定する手段であればよい。
ここで、ユーザがプローブを保持する場合には、ユーザが直接プローブを把持する場合と、ユーザが保持手段を介して保持する場合を含む。
所定の露光時間に設定された前記撮像部で前記プローブの位置姿勢を複数回数計測するステップと、
複数パターンの前記回数での前記プローブの位置ずれによる誤差及び位置ずれにかかわらず発生する誤差を含む位置計測誤差を算出するステップと、
前記回数による前記プローブの前記計測時間と、前記プローブの前記位置計測誤差との対応関係を算出するステップと、
前記回数による前記プローブの前記計測時間と、前記プローブの前記位置計測誤差との対応関係とに基づいて、前記プローブの前記位置計測誤差が小さくなったときの前記回数を設定するステップとを含むことを特徴とする計測時間設定方法である。
前記露光時間を設定する際に、前記マーカの画像の画素値が飽和しないように設定した露光時間で、前記撮像装置で前記マーカを含む画像を撮像し、撮像した該マーカの画像の画素値の最大値が、画素値の階調の80~100%になるように前記露光時間を設定するようにしてもよい。
以下、本発明の適用例について、図面を参照しつつ説明する。本発明は例えば、図1に示すような3次元形状計測システム1に適用される。
、3次元形状計測の精度が低下することとなる。また、プローブ2の位置姿勢を計測する場合には上述のような位置ずれにかかわらない、撮像装置3内部のノイズや撮像素子のばらつき等による誤差(測位誤差)も発生する。
以下では、本発明の実施例に係る3次元形状計測システム1について、図面を用いて、より詳細に説明する。
図1は、本実施例に係る3次元形状計測システム1の全体構成の概略を示す図である。図2は、3次元形状計測システムの機能ブロック図である。
次に、図2に示す各機能ブロックについて説明する。
3次元形状計測システム1は、主として、非接触3次元形状計測センサ7、非接触プローブ測位センサ8、3次元形状変換処理部9、タイミング制御部10、出力部11を含む。そして、非接触プローブ測位センサ8は、発光する複数のマーカ12,…12、撮像部13、処理部14及び計測設定部15を含む。非接触3次元形状計測センサ7は、被計測対象6に接触せずにその3次元形状を計測する。非接触3次元形状計測センサ7は、例えば、被計測対象6に向けて光を照射し、被計測対象6の表面で反射された光を受信するまでの光の飛行時間を用いて、被計測対象6との距離を計測することにより、被計測対象6の3次元形状を計測する。具体的には、非接触3次元形状計測センサ7は、マーカ12,…12とともにプローブ2に含まれる。撮像部13は複数のマーカ12,…12を含む画像を撮像し、具体的には撮像装置3に含まれる。タイミング制御部10は、非接触3次元形状計測センサ7、マーカ12,…12、撮像部13及び3次元形状変換処理部9にタイミング制御信号を出力する。非接触3次元形状計測センサ7は、このタイミング制御信号に合せて、被計測対象6の3次元形状を計測する。また、複数のマーカ12,…12は、このタイミング制御信号に合せて発光し、撮像部13は、このタイミング制御信号に合せて発光した複数のマーカ12,…12を含む画像を撮像する。3次元形状変換処理部9は、タイミング制御部10からの信号に合せて非接触プローブ測位センサ8と非接触3次元形状計測センサ7から受信したデータを変換、結合処理し、3次元形状データを算出する。処理部14は、撮像部13によって撮像された複数のマーカ12,…12を含む画像を処理して、マーカ12,…12の位置を抽出し、マーカ12,…12の位置関係に関する情報を算出する。複数のマーカ12,…12はプローブ2の所定位置に配置されているの
で、予め分かっている複数のマーカ12,…12の位置関係と、撮像部13によって撮像された画像から抽出された複数のマーカ12,…12の位置関係とから、撮像部13に定義される世界座標系におけるプローブ2の位置姿勢を算出する。非接触3次元形状計測センサ7に計測される被計測対象6の3次元形状は、非接触3次元形状計測センサ7を有するプローブ2に定義されるプローブ座標系におけるものである。上述のように、非接触3次元形状計測センサによる被計測対象6の3次元形状の計測と、撮像部13による複数のマーカ12,…12を含む画像の撮像とは、タイミング制御信号に同期して行われているので、被計測対象6の3次元形状計測時のプローブの位置姿勢が分かっている。すなわち、プローブ座標系における被計測対象6の3次元形状と、このときのプローブ2の世界座標系における位置姿勢とは、タイミング制御信号を介して関連付けられている。従って、3次元形状変換処理部9において、非接触3次元形状計測センサ7によって計測された、プローブ座標系における被計測対象6の3次元形状を世界座標系における3次元形状に変換することができ、世界座標系において、直前までの計測で取得されて隣接又は重なる領域の3次元形状を表現する情報と結合して、被計測対象6の3次元形状を表現する情報を生成する。そして、具体的には、CPU、RAM、ROM及びHD等の記憶装置から構成されるPC4は、処理部14と、3次元形状変換処理部9と、タイミング制御部10とを含む。また、出力部11は、具体的にはディスプレイ5に含まれる。また、撮像装置3が、撮像部13と処理部14を含むように構成してもよい。
また、計測設定部15は後述するように、撮像部の露光時間や平均回数をスイープさせてプローブ2の位置姿勢を計測し、位置計測誤差が最も小さくなるように計測時間を設定する。なお、図2では、計測設定部15は、処理部14とは別に設けられているが、処理部14内に含まれていてもよい。
まず、タイミング制御部10から計測するタイミングを制御するタイミング制御信号が出力される(ステップ1)。このタイミング制御信号に合せて、プローブ2の位置姿勢が計測される(ステップ2)とともに、被計測対象6の3次元形状を計測する(ステップ3)。このとき、ステップ3として、非接触3次元形状計測センサ7の視野の範囲内の被計測対象6の3次元形状が計測される。ステップ2では、この3次元形状の計測に同期して、複数のマーカ12,…12が発光し、これらのマーカ12,…12を含む画像から、プローブ2の位置姿勢が計測される。そして、これらの情報に基づいて3次元形状変換処理を行う(ステップ4)。このとき、プローブ2の位置が計測されているので、プローブ2に定義されたプローブ座標系における被計測対象6の3次元形状である、非接触3次元形状計測センサ7によって計測された被計測対象6の3次元形状を世界座標系における3次元形状に変換することができる。このように、世界座標系における3次元形状に変換され
た被計測対象6の3次元形状を結合することにより、世界座標系における被計測対象6の3次元形状を表現する情報が得られる。そして、3次元形状変換処理によって算出された3次元形状を表現する情報を画像として、ディスプレイ5等に出力する(ステップ5)
まず、設定候補である露光時間のうち、一つの露光時間に設定(ステップ11)し、複数回、プローブの位置姿勢計測を行う(ステップ12)。そして、計測したプローブ位置について、複数パターンの平均回数での測位誤差を算出する(ステップ13)。このとき、プローブ2は、固定されているので、位置計測誤差として算出されるのは測位誤差のみである。ここで、例えば、計測時間は、計測時間=(露光時間+(撮像部(カメラ)13の画素データの)転送時間)×平均回数によって表される。そして、測位誤差を算出した全てのパターンについて、露光時間と平均回数から計測時間を算出する(ステップ14)。次に、計測時間と算出した測位誤差との対応表を算出する(ステップ15)。図5(a)に計測時間と測位誤差との対応関係を示す対応表の例を示す。製造時に実施する場合には、上述のように固定して保持されたプローブ2の位置は予め分かっているので、予め分かっている位置からの誤差として測位誤差を算出することができる。そして、図5(b)に示すような計測時間と手振れ誤差との対応関係を示す対応表を事前に取得しておく。計測時間と手振れ誤差との対応表は、実際に行った実験データを用いてもよいし、シミュレーションに基づくものであってもよい。計測時間と測位誤差との対応表と、計測時間と手振れ誤差との対応表を用いて、図5(c)に示すような、設定した露光時間での、計測時間と、手振れ誤差及び測位誤差を含む位置計測誤差の対応表を算出する(ステップ16)。ここで、手振れ誤差と測位誤差の両者を含む誤差である位置計測誤差は、手振れ誤差と測位誤差によって決まるが、これらの単純な加算のみに限られない。図5(c)に示すように、位置計測誤差e1は、手振れ誤差ve1と測位誤差pe1とから算出式EによりE(ve1,pe1)として算出される。算出式として、単純な加算の他には、二乗和平方根(SRSS)や二乗平均平方根(RMS)を用いることができる。そして、設定候補の全ての露光時間に対して、ステップ11~16を繰り返して、計測時間と、手振れ誤差及び測位誤差を含む位置計測誤差との対応表を算出する(ステップ17)。そして、その中から、手振れ誤差及び測位誤差を含む位置計測誤差が最小となる露光時間と平均回数を設定する(ステップ18)。
ことによって、ステップ18で手振れ誤差及び測位誤差を含む位置測定誤差が最小となる露光時間と平均回数を設定することができる。
本実施例では、計測時間設定モードのような特別のモードを設けることにより、ユーザが使用時に実施する計測時間設定について、図7に示すフローチャートに基づいて説明する。ここでは、ユーザがプローブ2を静止して計測した被計測対象6の3次元形状を結合する場合(スタンプ式等)について説明する。なお、初期設定として、実施例1で説明した製造時の設定を実施しておくことが望ましい。
まず、計測時間設定モードを開始し、ユーザはプローブ2を保持し、実際の計測時と同様に静止させる。その上で、処理部14では、設定候補である露光時間のうち、一つを露光時間に設定する(ステップ21)。そして、ユーザがプローブ2を把持し、静止させた状態でプローブ位置姿勢を複数回計測する(ステップ22)。計測したプローブ位置について、複数パターンの平均回数での位置計測誤差を算出する(ステップ23)。この場合に、算出される位置計測誤差は、実施例1のように、手振れ誤差と、測位誤差に分離することはできないが、概念的には、保持されたプローブ2の位置ずれ(手振れ等)に基づく手振れ誤差と、プローブ2が静止していても生じる測位誤差を含むものである。次に、位置計測誤差を算出した全てのパターンについて、露光時間と平均回数から計測時間を算出する(ステップ24)。そして、計測時間と、算出した位置計測誤差の対応表を算出する(ステップ25)。そして、設定候補の全ての露光時間に対して、ステップ21~25を繰り返して、計測時間と位置計測誤差の対応表を算出する(ステップ26)。そして、その中から、手振れ誤差及び測位誤差を含む位置計測誤差が最小となる露光時間と平均回数を設定する(ステップ27)。
本実施例では、実施例2と同様に、計測時間設定モードのような特別のモードを設けることにより、ユーザが使用時に実施する計測時間設定について、図8に示すフローチャートに基づいて説明する。ただし、本実施例では、プローブ2を動かして被計測対象6の3次元形状を計測する場合について説明する。ここでも、初期設定として、実施例1で説明した製造時の設定を実施しておくことが望ましい。
まず、計測時間設定モードを開始し、ユーザはプローブ2を保持し、実際の測定時と同様に等速で動かす。その上で、処理部14では、設定候補である露光時間のうち、一つを露光時間に設定する(ステップ31)。そして、ユーザがプローブ2を把持し、等速で動かした状態でプローブ位置姿勢を複数回計測する(ステップ32)。計測したプローブ位置について、複数パターンの平均回数での位置計測誤差を算出する(ステップ33)。この場合に、算出される位置計測誤差は、実施例1のように、手振れ誤差と、測位誤差に分離することはできないが、概念的には、保持されたプローブ2の位置ずれ(手振れ等)に基づく手振れ誤差と、プローブ2が位置ずれしていなくても生じる測位誤差を含むものである。次に、位置計測誤差を算出した全てのパターンについて、露光時間と平均回数から計測時間を算出する(ステップ34)。そして、計測時間と、算出した位置計測誤差の対応表を算出する(ステップ35)。そして、設定候補の全ての露光時間に対して、ステップ31~35を繰り返して、計測時間と位置計測誤差の対応表を算出する(ステップ36)。そして、その中から、位置計測誤差が最小となる露光時間と平均回数を設定する(ステップ37)。
本実施例では、測位精度、すなわち位置計測の精度が最も良くなる最適な露光条件が既知の場合に、非接触プローブ測位センサ8の計測時間設定において実施例1~3のように露光時間をスイープさせるのではなく、計測時間設定の初めに画像を用いて最適な露光条件に設定する方法について説明する。
本実施例に係る露光時間設定方法を図9に示すフローチャートに基づいて説明する。
まず、非接触プローブ測位センサ8の計測時間設定の開始直後に、撮像部の露光時間を初期露光時間に設定し(ステップ41)、プローブ2のマーカ12を発光させ、撮像する(ステップ42)。そして、撮像された画像内のマーカ12の画素値が飽和しているか否かを判断する(ステップ43)。ステップ43において、撮像された画像内のマーカ12の画素値が飽和している場合には、露光時間を短くして、ステップ41~43を繰り返す。ステップ43において、撮像された画像内のマーカ12の画素値が飽和していない場合には、マーカ画素値の最大値が最適な画素値になるように露光時間を設定する(ステップ44)。ここでは、最適な画素値として、階調の80~100%になるように露光時間を設定する。
まず、複数回プローブ2の位置姿勢計測を行う(ステップ51)。そして、計測したプローブ位置について、平均回数での測位誤差を算出する(ステップ52)。そして、測位誤差を算出した全てのパターンについて、露光時間と平均回数から計測時間を算出する(ステップ53)。次に、計測時間と算出した測位誤差との対応表を算出する(ステップ54)。そして、事前に取得しておいた、計測時間と手振れ誤差との対応表を用いて、設定した露光時間での、計測時間と、手振れ誤差及び測位誤差を含む位置計測誤差との対応表を算出する(ステップ55)。そして、その対応表から、位置計測誤差が最小となる平均回数を設定する(ステップ56)。
まず、計測時間設定モードを開始し、ユーザはプローブ2を把持し、実際の測定時と同様の状態にさせる、すなわち静止又は等速移動させる。その上で、ユーザがプローブ2を保持し、実際の測定時と同様の状態でプローブ位置姿勢を複数回計測する(ステップ61)。計測したプローブ位置について、複数パターンの平均回数での位置計測誤差を算出する(ステップ62)。ここでも、算出される位置計測誤差は、実施例1のように、手振れ誤差と、測位誤差に分離することはできないが、概念的には、保持されたプローブの位置ずれ(手振れ等)に基づく手振れ誤差と、プローブ2が静止していても生じる測位誤差を含むものである。次に、位置計測誤差を算出した全てのパターンについて、露光時間と平均回数から計測時間を算出する(ステップ63)。そして、計測時間と、算出した位置計測誤差の対応表を算出する(ステップ64)。そして、その対応表から、位置計測誤差が最小となる平均回数を設定する(ステップ65)。
本実施例は、3次元形状計測システムの非接触プローブ測位センサ8のマーカ12,…12に関する。
図12(a)に示すように、z方向に配置された撮像素子が、複数のマーカ12,…12を撮像する場合に、3次元位置姿勢推定では、射影によって失ったz方向の位置情報を、x方向又はy方向に生じる視差から推定するため、x方向又はy方向の推定誤差に比べてz方向の推定誤差が大きく生じる。このため、図12(a)に示すように長方形の4つの頂点と長辺に平行な対称軸上の2点という同一平面上の位置に複数のマーカ12,…12が配置されている場合に、マーカ12,…12の位置推定誤差範囲は、ハッチング部分となる。これに対して、中央の2つのマーカを、他のマーカが配置された平面と同一平面上ではない位置に配置する。このようにマーカ12,…12をプローブ上に立体的に配置することでz方向に幾何拘束が起こり、図12(b)のハッチング部分で示すように、マーカ12,…12の3次元位置姿勢の推定誤差を小さくすることができる。すなわち、プローブ2の位置姿勢の推定誤差を小さくすることができ、高精度での被計測対象の3次元
形状計測が可能となる。
本実施例は、撮像部13から処理部14に転送する、マーカ12を撮像した画像データに関する。
撮像部13では、マーカ12を含む視野全体の画像を撮像している。このうち、過去のマーカ12の位置情報に基づいて、マーカ12が存在する領域の画素データのみを処理部14に転送すれば、転送されるデータ量を削減することができる。このように転送されるデータ量が削減できれば、データを転送する時間やデータの処理に要する時間を低減することができ、処理の高速化により測位精度を向上させることができる。
具体的には、図13に示すように、Δt間の撮像画像上での最大マーカ変化量Δxを事前に把握しておき、時刻tに撮像した画像において、時刻(t-Δt)に撮像した画像から抽出したマーカ像(網掛けの円で示す。)の座標に対して、半径がΔx以下の領域(破線で示す。)の画素データのみを処理部に転送する。このようにすれば、時刻tに撮像されるマーカ像(黒く塗りつぶされた円で示す。)は、破線で示される転送領域に存在し得るので、処理部14では、転送されたデータから、時刻tにおけるマーカ12の座標を抽出することができる。
なお、上述した画像データの削減処理は、撮像部13において実施しているが、これに限られない。すなわち、具体的な構成としては、撮像装置3又はこれに接続されるPC4のいずれにおいて実施されてもよい。
本実施例は、撮像部13から処理部14に転送する、マーカ12を撮像した画像データに関する。
本実施例では、撮像部13において撮像した画像の画素値のデータ量を削減することにより、処理部14へ転送されるデータ量を削減する。このように転送されるデータ量が削減できれば、データを転送する時間やデータの処理に要する時間を低減することができ、処理の高速化により測位精度を向上させることができる。
具体的には、図14に示すように、撮像された画像データの画素値が8bitで表現されていた場合に、予め設定しておいた閾値によって、8bitから2bitに変換する。ここでの閾値としては、プローブの測位精度を担保できる程度の値を予め求めておく。このようにすれば、撮像された画像の階調が低下することで転送されるデータ量を削減することができ、処理の高速化による測位精度を向上させることができる。
上述のように、画素値に対して閾値を設定する場合に限られず、画素値の空間的又は時間的な変化量に対して閾値を設けてもよい。
なお、上述した画像データの削減処理は、撮像部13において実施しているが、これに限られない。すなわち、具体的な構成としては、撮像装置3又はこれに接続されるPC4のいずれにおいて実施されてもよい。
<発明1>
同期のための制御信号を出力するタイミング制御部(10)と、
前記制御信号に同期して、被計測対象に接触せずに、該被計測対象の3次元形状を計測する非接触3次元形状計測センサ(7)と、
前記非接触3次元形状計測センサ(7)を有し、前記3次元形状の計測時に、前記被計測対象(6)に対して、前記非接触3次元形状計測センサ(7)が該被計測対象(6)の形状を計測し得る位置となるように保持されるプローブ(2)と、
前記プローブ(2)に配置され、前記制御信号に同期して、発光する複数のマーカ(12,…12)と、
撮像に係る露光時間及び撮像の回数を設定する計測設定部(15)と、
前記複数のマーカ(12,…12)を含む撮像対象からの光を前記露光時間にわたって受けることによって該複数のマーカ(12,…12)を含む画像を撮像する撮像部(13)であって、前記非接触3次元形状計測センサ(7)による前記被計測対象(6)の3次元形状の計測時に、所定の前記露光時間で、前記制御信号に同期して、前記複数のマーカ(12,…12)を含む前記画像を前記回数撮像する撮像部(13)と、
前記撮像部(13)によって撮像された複数の前記画像から前記複数のマーカ(12,…12)の位置を抽出し、該複数のマーカ(12,…12)の位置関係に関する情報に基づいて前記プローブ(2)の世界座標系における位置姿勢を計測する処理部(14)と、
前記非接触3次元形状計測センサ(7)によって計測された、前記プローブ(2)に対
して定義されるプローブ座標系における前記被計測対象(6)の3次元形状を、前記非接触3次元形状計測センサ(7)による3次元形状の計測時の前記プローブ(2)の位置姿勢に基づいて前記世界座標系における前記被計測対象(6)の3次元形状に変換し、前記世界座標系における該被計測対象(6)の3次元形状を表現する情報を生成する3次元形状変換処理部(9)と、
を備えた3次元形状計測システム(1)であって、
前記計測設定部(15)は、
前記露光時間及び前記撮像の回数のいずれかを変更し、変更したときの前記撮像及び前記プローブの位置姿勢の計測の結果に基づいた前記プローブの位置計測誤差を算出し、
該位置計測誤差の算出を、複数種類の露光時間及び撮像の回数に対して行い、
得られた複数の位置計測誤差の中から、位置計測誤差が小さくなったときの露光時間及び撮像の回数を設定することを特徴とする3次元形状計測システム(1)。
<発明2>
前記露光時間を設定する際、前記撮像部(13)によって撮像された前記複数のマーカ(12,…12)の画像の画素値に基づいて該露光時間を設定することを特徴とする請求項1に記載の3次元形状計測システム(1)。
<発明3>
前記露光時間を設定する際に、前記複数のマーカ(12,…12)を含む画像の画素値が飽和しないように設定した露光時間で、前記撮像部で前記複数のマーカ(12,…12)を含む画像を撮像し、撮像した該マーカ(12,…12)の画像の画素値の最大値が、画素値の階調の80~100%になるように前記露光時間を設定することを特徴とする請求項2に記載の3次元形状計測システム(1)。
<発明4>
前記撮像部(13)は、撮像した画像のうち、過去の時点における前記プローブ(2)の位置に基づき、撮像時に前記マーカ(12)が存在しうる領域を推定して前記処理部(14)に出力し、
前記処理部(14)は、前記領域の画像データから、前記プローブ(2)の位置姿勢を計測することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の3次元形状計測システム(1)。
<発明5>
前記撮像部(13)は、撮像した画像データのデータ量を削減して前記処理部(14)に出力し、
前記処理部(14)は、データ量が削減された前記画像データから、前記プローブ(2)の位置姿勢を計測することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の3次元形状計測システム(1)。
<発明6>
前記複数のマーカ(12,…12)を、前記プローブ(2)の姿勢が一意に決まり、かつ、該マーカ(12,…12)同士が同一平面上にないように配置していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の3次元形状計測システム(1)。
<発明7>
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の3次元形状計測システム(1)に用いられる前記プローブ(2)であって、
前記複数のマーカ(12,…12)を、前記プローブ(2)の姿勢が一意に決まり、かつ、該マーカ(12,…12)同士が同一平面上にないように配置していることを特徴とするプローブ(2)。
<発明8>
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の3次元形状計測システム(1)に用いられる撮像装置(3)であって、
前記撮像部(13)、前記処理部(14)及び前記計測設定部(15)を備えることを特徴とする撮像装置(3)。
<発明9>
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の3次元形状計測システム(1)に用いられるコンピュータ装置(4)であって、
前記処理部(14)、前記3次元形状変換処理部(9)及び前記タイミング制御部(10)を備えることを特徴とするコンピュータ装置(4)。
<発明10>
制御信号に同期して、被計測対象(6)の3次元形状を計測するプローブ(2)と、撮像対象からの光を露光時間にわたって受けることにより撮像する撮像部(13)であって、前記プローブ(2)に設置され、前記制御信号に同期して発光する複数のマーカ(12,…12)を含む画像を、前記制御信号に同期して撮像する撮像部(13)によって撮像された前記画像に基づいて前記プローブ(2)の位置姿勢を計測する際に、所定の前記露光時間で、所定の回数、撮像された前記画像を用いて、前記プローブ(2)の位置姿勢を計測する処理を平均化する非接触プローブ測位センサ(8)と、含む3次元形状計測システム(1)において、前記露光時間と前記回数を含む前記プローブ(2)の位置姿勢を計測する際の計測時間を設定する計測時間設定方法であって、
前記撮像部(13)の露光時間を設定する第1ステップ(S11)と、
前記プローブ(2)の位置姿勢を複数回数計測する第2ステップ(S12)と、
複数パターンの前記回数での、前記プローブ(2)の位置ずれによる誤差及び位置ずれにかかわらず発生する誤差を含む位置計測誤差を算出する第3ステップ(S13)と、
前記回数による前記プローブの前記計測時間と、前記プローブ(2)の前記位置計測誤差との対応関係を算出する第4ステップ(S16)と、
設定候補すべての露光時間について、前記第1、第2、第3及び第4ステップを繰り返すステップ(S17)と、
前記露光時間と、前記回数による前記プローブの前記計測時間と、前記プローブの前記位置計測誤差との対応関係とに基づいて、前記プローブの前記位置計測誤差が小さくなったときの前記露光時間及び前記回数を設定するステップ(S18)とを含むことを特徴とする計測時間設定方法。
<発明11>
前記第2ステップは、前記プローブを固定手段に固定した状態で、前記プローブの位置姿勢を計測する(S12)ことを特徴とする請求項10に記載の計測時間設定方法。
<発明12>
前記第2ステップは、ユーザが前記プローブ(2)を保持した状態で、前記プローブの位置姿勢を計測する(S22、S32)ことを特徴とする請求項10に記載の計測時間設定方法。
<発明13>
制御信号に同期して、被計測対象(6)の3次元形状を計測するプローブ(2)と、撮像対象からの光を露光時間にわたって受けることにより撮像する撮像部であって、前記プローブ(2)に設置され、前記制御信号に同期して発光する複数のマーカ(12)を含む画像を、前記制御信号に同期して、撮像する撮像部(13)によって撮像された前記画像に基づいて前記プローブ(2)の位置姿勢を計測する際に、所定の前記露光時間で、所定の回数、撮像された前記画像を用いて、前記プローブ(2)の位置姿勢を計測する処理を平均化する非接触プローブ測位センサ(8)と、含む3次元形状計測システム(1)において、前記露光時間と前記回数を含む前記プローブ(2)の位置姿勢を計測する際の計測時間を設定する計測時間設定方法であって、
所定の露光時間に設定された前記撮像部(13)で前記プローブ(2)の位置姿勢を複数回数計測するステップ(S51)と、
複数パターンの前記回数での前記プローブ(2)の位置ずれによる誤差及び位置ずれにかかわらず発生する誤差を含む位置計測誤差を算出するステップ(S52)と、
前記回数による前記プローブ(2)の前記計測時間と、前記プローブ(2)の前記位置計測誤差との対応関係を算出するステップ(S55)と、
前記回数による前記プローブ(2)の前記計測時間と、前記プローブ(2)の位置計測誤差との対応関係とに基づいて、前記プローブ(2)の位置計測誤差が小さくなったときの前記回数を設定するステップ(S56)とを含むことを特徴とする計測時間設定方法。<発明14>
前記所定の露光時間は、前記撮像部(13)によって撮像された画像内の前記複数のマーカ(12,…12)の画素値に応じて設定する(S41~S44)ことを特徴とする請求項13に記載の計測時間設定方法。
2:プローブ
6:被計測対象
7:非接触3次元形状計測センサ
8:非接触プローブ測位センサ
9:3次元形状変換処理部
10:タイミング制御部
12:マーカ
13:撮像部
14:処理部
15:計測設定部
Claims (14)
- 同期のための制御信号を出力するタイミング制御部と、
前記制御信号に同期して、被計測対象に接触せずに、該被計測対象の3次元形状を計測する非接触3次元形状計測センサと、
前記非接触3次元形状計測センサを有し、前記3次元形状の計測時に、前記被計測対象に対して、前記非接触3次元形状計測センサが該被計測対象の形状を計測し得る位置となるように保持されるプローブと、
前記プローブに配置され、前記制御信号に同期して、発光する複数のマーカと、
撮像に係る露光時間及び撮像の回数を設定する計測設定部と、
前記複数のマーカを含む撮像対象からの光を前記露光時間にわたって受けることによって該複数のマーカを含む画像を撮像する撮像部であって、前記非接触3次元形状計測センサによる前記被計測対象の3次元形状の計測時に、前記露光時間で、前記制御信号に同期して、前記複数のマーカを含む前記画像を前記回数撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された複数の前記画像から前記複数のマーカの位置を抽出し、該複数のマーカの位置関係に関する情報に基づいて前記プローブの世界座標系における位置姿勢を計測する処理部と、
前記非接触3次元形状計測センサによって計測された、前記プローブに対して定義されるプローブ座標系における前記被計測対象の3次元形状を、前記非接触3次元形状計測センサによる3次元形状の計測時の前記プローブの位置姿勢に基づいて前記世界座標系における前記被計測対象の3次元形状に変換し、前記世界座標系における該被計測対象の3次元形状を表現する情報を生成する3次元形状変換処理部と、
を備えた3次元形状計測システムであって、
前記計測設定部は、
前記露光時間及び前記撮像の回数のいずれかを変更し、変更したときの前記撮像及び前記プローブの位置姿勢の計測の結果に基づいた前記プローブの位置計測誤差を算出し、
該位置計測誤差の算出を、複数種類の露光時間及び撮像の回数に対して行い、
得られた複数の位置計測誤差の中から、位置計測誤差が小さくなったときの露光時間及び撮像の回数を設定することを特徴とする3次元形状計測システム。 - 前記露光時間を設定する際、前記撮像部によって撮像された前記複数のマーカを含む画像の画素値に基づいて該露光時間を設定することを特徴とする請求項1に記載の3次元形
状計測システム。 - 前記露光時間を設定する際に、前記複数のマーカを含む画像の画素値が飽和しないように設定した露光時間で、前記撮像部で前記複数のマーカを含む画像を撮像し、撮像した該複数のマーカを含む画像の画素値の最大値が、画素値の階調の80~100%になるように前記露光時間を設定することを特徴とする請求項2に記載の3次元形状計測システム。
- 前記撮像部は、撮像した画像のうち、過去の時点における前記プローブの位置に基づき、撮像時に前記マーカが存在しうる領域を推定して前記処理部に出力し、
前記処理部は、前記領域の画像データから、前記プローブの位置姿勢を計測することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の3次元形状計測システム。 - 前記撮像部は、撮像した画像データのデータ量を削減して前記処理部に出力し、
前記処理部は、データ量が削減された前記画像データから、前記プローブの位置姿勢を計測することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の3次元形状計測システム。 - 前記複数のマーカを、前記プローブの姿勢が一意に決まり、かつ、該マーカ同士が同一平面上にないように配置していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の3次元形状計測システム。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の3次元形状計測システムに用いられる前記プローブであって、
前記複数のマーカを、前記プローブの姿勢が一意に決まり、かつ、該マーカ同士が同一平面上にないように配置していることを特徴とするプローブ。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の3次元形状計測システムに用いられる撮像装置であって、
前記撮像部、前記処理部及び前記計測設定部を備えることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の3次元形状計測システムに用いられるコンピュータ装置であって、
前記処理部、前記3次元形状変換処理部及び前記タイミング制御部を備えることを特徴とするコンピュータ装置。 - 制御信号に同期して、被計測対象の3次元形状を計測するプローブと、撮像対象からの光を露光時間にわたって受けることにより撮像する撮像部であって、前記プローブに設置され、前記制御信号に同期して発光する複数のマーカを含む画像を、前記制御信号に同期して撮像する撮像部によって撮像された前記画像に基づいて前記プローブの位置姿勢を計測する際に、所定の前記露光時間で、所定の回数、撮像された前記画像を用いて、前記プローブの位置姿勢を計測する処理を平均化する非接触プローブ測位センサと、を含む3次元形状計測システムにおいて、前記露光時間と前記回数を含む前記プローブの位置姿勢を計測する際の計測時間を設定する計測時間設定方法であって、
前記撮像部の露光時間を設定する第1ステップと、
前記プローブの位置姿勢を複数回数計測する第2ステップと、
複数パターンの前記回数での、前記プローブの位置ずれによる誤差及び位置ずれにかかわらず発生する誤差を含む位置計測誤差を算出する第3ステップと、
前記回数による前記プローブの前記計測時間と、前記プローブの前記位置計測誤差との対応関係を算出する第4ステップと、
設定候補すべての露光時間について、前記第1、第2、第3及び第4ステップを繰り返
すステップと、
前記露光時間と、前記回数による前記プローブの前記計測時間と、前記プローブの前記位置計測誤差との対応関係とに基づいて、前記プローブの前記位置計測誤差が小さくなったときの前記露光時間及び前記回数を設定するステップとを含むことを特徴とする計測時間設定方法。 - 前記第2ステップは、前記プローブを固定手段に固定した状態で、前記プローブの位置姿勢を計測することを特徴とする請求項10に記載の計測時間設定方法。
- 前記第2ステップは、ユーザが前記プローブを保持した状態で、前記プローブの位置姿勢を計測することを特徴とする請求項10に記載の計測時間設定方法。
- 制御信号に同期して、被計測対象の3次元形状を計測するプローブと、撮像対象からの光を露光時間にわたって受けることにより撮像する撮像部であって、前記プローブに設置され、前記制御信号に同期して発光する複数のマーカを含む画像を、前記制御信号に同期して撮像する撮像部によって撮像された前記画像に基づいて前記プローブの位置姿勢を計測する際に、所定の前記露光時間で、所定の回数、撮像された前記画像を用いて、前記プローブの位置姿勢を計測する処理を平均化する非接触プローブ測位センサと、含む3次元形状計測システムにおいて、前記露光時間と前記回数を含む前記プローブの位置姿勢を計測する際の計測時間を設定する計測時間設定方法であって、
所定の露光時間に設定された前記撮像部で前記プローブの位置姿勢を複数回数計測するステップと、
複数パターンの前記回数での前記プローブの位置ずれによる誤差及び位置ずれにかかわらず発生する誤差を含む位置計測誤差を算出するステップと、
前記回数による前記プローブの前記計測時間と、前記プローブの前記位置計測誤差との対応関係を算出するステップと、
前記回数による前記プローブの前記計測時間と、前記プローブの前記位置計測誤差との対応関係とに基づいて、前記プローブの前記位置計測誤差が小さくなったときの前記回数を設定するステップとを含むことを特徴とする計測時間設定方法。 - 前記所定の露光時間は、前記撮像部によって撮像された画像内の前記複数のマーカの画素値に応じて設定することを特徴とする請求項13に記載の計測時間設定方法。
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