JP7257113B2 - 三次元座標測定装置 - Google Patents
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Description
また、上記の構成によれば、基準撮像部の撮像空間内に、当該撮像空間の外部から高温の空気等が進入することが防止される。それにより、基準撮像部に入射する光が撮像空間内の雰囲気の揺らぎにより屈折することが防止される。その結果、より高い精度で第1の位置姿勢情報を生成することができる。
図1は、本発明の一実施の形態に係る三次元座標測定装置の使用例を示す模式図である。図1に示すように、本実施の形態に係る三次元座標測定装置1は、主として撮像ヘッド100、プローブ200および処理装置300から構成され、例えば大型の測定対象物Sの各部の寸法等の物理量を測定するために用いられる。図1の例では、測定対象物Sとして大型の配管が示される。測定対象物Sは、床面上に置かれている。
図2は、撮像ヘッド100および処理装置300の構成を示すブロック図である。図3は撮像ヘッド100の外観斜視図であり、図4はケーシング90が取り除かれた状態を示す撮像ヘッド100の外観斜視図であり、図5は図3の仮想面VPにおける撮像ヘッド100の模式的断面図である。
図8は、プローブ200の構成を示すブロック図である。図9はプローブ200の外観斜視図である。図8に示すように、プローブ200は、電気的な構成としてプローブ制御部201、表示灯202、バッテリ203、マーカ駆動回路204、プローブメモリ205、無線通信回路206、モーションセンサ207、プローブカメラ208、プローブ操作部221、タッチパネルディスプレイ230および複数(本例では3つ)の目標部材290を含む。
本実施の形態に係る三次元座標測定装置1においては、基準カメラ110に対して予め定められた関係を有する三次元座標系(以下、装置座標系と呼ぶ。)が予め定義されている。また、処理装置300の本体メモリ303には、予め参照部材190における複数のマーカepの相対的な位置関係が記憶されている。
図9のプローブ操作部221は、測定点の座標を算出するために使用者Uにより押下操作される。例えば、使用者Uは、測定対象物Sの所望の部分に接触部211aが接触された状態で、プローブ操作部221を押下操作する。この場合、この場合、測定対象物Sにおける接触部211aとの接触部分の座標が、測定点の座標として算出される。算出された測定点の座標は、測定結果として本体メモリ303に記憶されるとともに、プローブ表示部231および本体表示部310に表示される。
図10は、図2の本体制御回路302による測定処理の流れを示すフローチャートである。図10の測定処理は、図2の本体制御回路302のCPUが本体メモリ303に記憶された測定処理プログラムを実行することにより所定周期で繰り返して行われる。また、測定処理の開始時には、本体制御回路302に内蔵されたタイマがリセットされるとともにスタートされる。
図12は、図2の本体制御回路302による追跡処理の流れを示すフローチャートである。図12の追跡処理は、図2の本体制御回路302のCPUが本体メモリ303に記憶された追跡処理プログラムを実行することにより所定周期で繰り返して行われる。
図8のプローブカメラ208によって測定対象物Sを撮像することにより、測定対象物Sの画像を図2の本体表示部310に表示させることができる。以下、プローブカメラ208により得られる画像を撮像画像と呼ぶ。
(1)上記の三次元座標測定装置1においては、床面上に基準スタンド10が設けられる。基準カメラ110は、基準スタンド10の固定部11上に固定されることにより設置状態が安定している。したがって、基準カメラ110を用いて参照部材190のマーカepを撮像することにより、基準カメラ110に対する可動カメラ120の位置および姿勢を示す第1の位置姿勢情報を高い精度で生成することができる。
(1)上記実施の形態では、参照部材190の複数のマーカepの各々は、平面円形状を有するが、本発明はこれに限定されない。参照部材190においては、基準カメラ110の撮像により得られる画像データに基づいて可動カメラ120の位置および姿勢を算出することができればよい。
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
[12]参考形態
(1)本参考形態に係る三次元座標測定装置は、複数の測定マーカを有するとともに測定対象物上の測定点を指示するためのプローブと、設置面上に設けられる基準ベースと、基準ベースに固定された基準撮像部と、基準ベースに対して相対的に回転可能に設けられ、プローブの複数の測定マーカを撮像する可動撮像部と、基準ベースに対して可動撮像部とともに回転可能に設けられかつ基準撮像部により撮像可能に設けられた参照マーカと、基準撮像部、可動撮像部および参照マーカを収容するケーシングと、基準撮像部により撮像された参照マーカの画像を示す基準画像データに基づいて可動撮像部の位置および姿勢を示す第1の位置姿勢情報を生成し、可動撮像部により撮像された複数の測定マーカの画像を示す測定画像データに基づいて可動撮像部に対するプローブの位置および姿勢を示す第2の位置姿勢情報を生成し、生成された第1および第2の位置姿勢情報に基づいて基準撮像部に対するプローブの位置および姿勢を示す第3の位置姿勢情報を生成し、生成された第3の位置姿勢情報に基づいてプローブにより指示された測定点の座標を算出する算出部とを備える。
その三次元座標測定装置においては、接地面上に基準ベースが設けられる。基準撮像部は、基準ベースに固定されることにより設置状態が安定している。したがって、基準撮像部を用いて参照マーカを撮像することにより、高い精度で第1の位置姿勢情報を生成することができる。
可動撮像部は基準ベースに対して相対的に回転可能である。この場合、可動撮像部を回転させることにより、可動撮像部の撮像視野を拡大することなく可動撮像部による撮像可能な範囲が拡大される。したがって、可動撮像部を用いてプローブの複数の測定マーカを撮像することにより、高い精度で第2の位置姿勢情報を生成することができる。
また、上記の構成によれば、基準撮像部、可動撮像部および参照マーカがケーシング内に収容されているので、基準撮像部、可動撮像部および参照マーカを取り囲む空間に塵埃および外乱光が進入することが低減される。したがって、第1および第2の位置姿勢情報に基づいて生成される第3の位置姿勢情報の信頼性が向上する。
生成された第3の位置姿勢情報に基づいて測定対象物上の測定点の座標が算出される。これらの結果、広い範囲に渡って高い精度で信頼性の高い座標測定を行うことが可能になる。
(2)三次元座標測定装置は、基準ベースに対して相対的に回転可能に設けられ、可動撮像部が固定される可動部材をさらに含み、参照マーカは、可動撮像部および可動部材のうち少なくとも一方に設けられてもよい。
この場合、参照マーカと可動撮像部とが一体的に動くので、高い精度で第1の位置姿勢情報を生成することができる。
(3)可動部材は、可動撮像部が固定される取付部を有し、参照マーカは、取付部と反対側を向くように可動部材に設けられ、基準撮像部は、可動部材に関して可動撮像部とは反対側に載置されてもよい。
この場合、簡単な構成で第1の位置姿勢情報を生成することができる。
(4)基準撮像部は、当該基準撮像部の撮像視野が上方を向くように、基準ベースに固定され、可動部材は、基準撮像部の上方に設けられてもよい。
この場合、基準撮像部を基準ベース上で容易かつ安定に固定することができる。それにより、高い精度で第1の位置姿勢情報を生成することができる。
(5)三次元座標測定装置は、基準撮像部から参照マーカまでの基準撮像部の撮像視野を含む撮像空間を、当該撮像空間の外部から空間的に遮断する空間遮断部材をさらに備えてもよい。
この場合、基準撮像部の撮像空間内に、当該撮像空間の外部から高温の空気等が進入することが防止される。それにより、基準撮像部に入射する光が撮像空間内の雰囲気の揺らぎにより屈折することが防止される。その結果、より高い精度で第1の位置姿勢情報を生成することができる。
(6)三次元座標測定装置は、基準撮像部から参照マーカまでの基準撮像部の撮像視野を含む撮像空間を、当該撮像空間の外部から光学的に遮断する光遮断部材をさらに備えてもよい。
この場合、基準撮像部の撮像空間内に、当該撮像空間の外部から光が進入することが防止される。それにより、基準撮像部に外部からの光が入射することが防止される。その結果、より高い精度で第1の位置姿勢情報を生成することができる。
(7)基準ベースは、基準撮像部が固定される固定部と、固定部を設置面上に支持する脚部とを有してもよい。
この場合、固定部が脚部により設置面上に安定して支持される。それにより、基準撮像部の固定状態が安定する。
(8)三次元座標測定装置は、可動撮像部を基準ベースに対して相対的に回転させる回転駆動部と、複数の測定マーカが可動撮像部の撮像視野内に位置するように、回転駆動部を制御する回転制御部をさらに備えてもよい。
この場合、プローブが移動する場合でも、可動撮像部の撮像視野がプローブの複数の測定マーカに追従する。それにより、使用者は、可動撮像部の撮像視野を調整する必要がない。したがって、煩雑な調整作業を要することなく広い範囲で測定対処物の所望の測定点の座標を測定することが可能になる。
(9)三次元座標測定装置は、予め定められた複数の幾何要素および予め定められた複数の測定項目から選択された幾何要素および測定項目を受け付ける受付部と、受付部により受け付けられた幾何要素および測定項目と算出部により算出された1または複数の測定点の座標とに基づいて、測定対象物において1または複数の測定点により特定される選択された幾何要素に関する選択された測定項目の値を算出する測定部とをさらに備えてもよい。
この場合、使用者は、予め定められた複数の幾何要素および予め定められた複数の測定項目から所望の幾何要素および測定項目を選択することにより、測定対象物における所望の物理量を容易に測定することができる。
Claims (9)
- 複数の測定マーカを有するとともに測定対象物上の測定点を指示するためのプローブと、
設置面上に設けられる基準ベースと、
撮像視野が上方を向くように前記基準ベースに固定された基準撮像部と、
前記基準ベースに対して相対的に水平方向に回転可能に設けられ、前記プローブの複数の測定マーカを撮像する可動撮像部と、
前記基準ベースに対して前記可動撮像部とともに水平方向に回転可能に設けられかつ前記基準撮像部により撮像可能に設けられた参照マーカと、
前記基準ベースに対して前記可動撮像部とともに水平方向に回転可能に設けられる空間遮断部材と、
前記基準撮像部、前記可動撮像部、前記参照マーカおよび前記空間遮断部材を収容するケーシングと、
前記基準撮像部により撮像された前記参照マーカの画像を示す基準画像データに基づいて前記可動撮像部の位置および姿勢を示す第1の位置姿勢情報を生成し、前記可動撮像部により撮像された前記複数の測定マーカの画像を示す測定画像データに基づいて前記可動撮像部に対する前記プローブの位置および姿勢を示す第2の位置姿勢情報を生成し、前記生成された前記第1および第2の位置姿勢情報に基づいて前記基準撮像部に対する前記プローブの位置および姿勢を示す第3の位置姿勢情報を生成し、前記生成された前記第3の位置姿勢情報に基づいて前記プローブにより指示された測定点の座標を算出する算出部とを備え、
前記空間遮断部材は、前記ケーシングの内部で、前記基準撮像部から前記参照マーカまでの前記基準撮像部の撮像視野を含む撮像空間を当該撮像空間の外部から空間的に遮断する、三次元座標測定装置。 - 前記基準ベースに対して相対的に回転可能に設けられ、前記可動撮像部が固定される可動部材をさらに含み、
前記参照マーカは、前記可動撮像部および前記可動部材のうち少なくとも一方に設けられる、請求項1記載の三次元座標測定装置。 - 前記可動部材は、前記可動撮像部が固定される取付部を有し、
前記参照マーカは、前記取付部と反対側を向くように前記可動部材に設けられ、
前記基準撮像部は、前記可動部材に関して前記可動撮像部とは反対側に載置された、請求項2記載の三次元座標測定装置。 - 前記可動部材は、前記基準撮像部の上方に設けられた、請求項3記載の三次元座標測定装置。
- 前記可動撮像部は、さらに、水平面に対してチルト回転可能に設けられ、
前記参照マーカは、さらに、水平面に対して前記可動撮像部とともにチルト回転可能に設けられ、
前記空間遮断部材は、水平面に対する前記可動撮像部および前記参照マーカのチルト回転に追従して変化することにより前記撮像空間の遮断状態を維持する、請求項1~4のいずれか一項に記載の三次元座標測定装置。 - 前記空間遮断部材は、さらに、前記基準撮像部から前記参照マーカまでの前記基準撮像部の撮像視野を含む撮像空間を、当該撮像空間の外部から光学的に遮断する、請求項1記載の三次元座標測定装置。
- 前記基準ベースは、
前記基準撮像部が固定される固定部と、
前記固定部を前記設置面上に支持する脚部とを有する、請求項1~6のいずれか一項に記載の三次元座標測定装置。 - 前記可動撮像部を前記基準ベースに対して相対的に回転させる回転駆動部と、
前記複数の測定マーカが前記可動撮像部の撮像視野内に位置するように、前記回転駆動部を制御する回転制御部をさらに備える、請求項1~7のいずれか一項に記載の三次元座標測定装置。 - 予め定められた複数の幾何要素および予め定められた複数の測定項目から選択された幾何要素および測定項目を受け付ける受付部と、
前記受付部により受け付けられた幾何要素および測定項目と前記算出部により算出された1または複数の測定点の座標とに基づいて、前記測定対象物において前記1または複数の測定点により特定される前記選択された幾何要素に関する前記選択された測定項目の値を算出する測定部とをさらに備えた、請求項1~8のいずれか一項に記載の三次元座標測定装置。
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