[1]三次元座標測定装置の基本構成および使用例
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。
プローブ200は、使用者Uにより携行される。プローブ200には、接触部211aが設けられている。使用者Uは、測定対象物Sの所望の部分にプローブ200の接触部211aを接触させる。測定対象物Sにおける接触部211aとの接触部分が測定点となる。
撮像ヘッド100は、基準スタンド10により例えば設置面としての床面上に固定される。撮像ヘッド100の内部には、可動カメラ120が設けられている。可動カメラ120によりプローブ200に設けられた後述する複数のマーカeq(図9)が撮像される。基準スタンド10は、三脚であり、固定部11および脚部12からなる。固定部11は、平坦な上面を有する。基準スタンド10は、固定部11の上面が水平な状態で固定されるように、固定部11と脚部12との間で姿勢調整が可能に構成されている。以下の説明において、固定部11の上面は水平に固定されているものとする。
また、撮像ヘッド100は、ケーブルCAを介して処理装置300に接続されている。処理装置300は、例えばパーソナルコンピュータであり、本体表示部310および本体操作部320が接続されている。処理装置300においては、可動カメラ120がプローブ200を撮像することにより得られる画像データ(以下、測定画像データと呼ぶ。)と後述する基準画像データとに基づいて測定対象物S上の測定点の座標が算出される。測定対象物Sにおける1または複数の測定点の座標が算出されることにより、それらの算出結果に基づいて測定対象物Sの物理量が測定される。
使用者Uがプローブ200を携行して移動する場合には、図1に白抜きの点線矢印で示すように、可動カメラ120の撮像視野の向きはプローブ200の移動に追従する。すなわち、可動カメラ120の向きは、プローブ200が移動するときに、プローブ200が可動カメラ120の撮像視野内に位置するように変化する。それにより、三次元座標測定装置1は、広い測定可能領域を有する。以下、三次元座標測定装置1の各部の構成について詳細を説明する。
[2]撮像ヘッド100および処理装置300の構成
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。
まず、撮像ヘッド100の構成について説明する。図2に示すように、撮像ヘッド100は、電気的な構成として基準カメラ110、可動カメラ120、マーカ駆動回路130、回転駆動回路140、ヘッド制御回路150、無線通信回路160、通信回路170、俯瞰カメラ180および参照部材190を含む。これらの構成は、図2に二点鎖線で示される固定連結部20、支持部材30および可動部材40のいずれかにより支持された状態で、図3に示すケーシング90内に収容される。
図3に示すように、ケーシング90は、下部ケーシング91および上部ケーシング92から構成される。図3および図5に示すように、下部ケーシング91は略円筒形状を有し、撮像ヘッド100の下端部から一定距離上方に延びる。下部ケーシング91の上方の位置に上部ケーシング92が設けられている。上部ケーシング92は、略釣鐘形状を有し、後述する支持部材30(図4)とともに水平面内で回転可能に設けられている。
図3に示すように、上部ケーシング92の一部には、上下方向に延びるスリット93が形成されている。スリット93は、可動カメラ120の撮像視野をケーシング90の外部へ導く。また、上部ケーシング92には、俯瞰カメラ用窓94が形成されている。俯瞰カメラ用窓94は、俯瞰カメラ180の撮像視野をケーシング90の外部へ導く。
図4および図5に示すように、固定連結部20は、下固定板21、上固定板22、複数(例えば4本)の支柱23および中空支持軸24を含む。下固定板21は、円板形状を有し、基準スタンド10の固定部11の上面上に、ねじを用いて固定されている。下固定板21の上方には、複数の支柱23を介して上固定板22が設けられている。上固定板22は、下固定板21と同様に円板形状を有する。上固定板22の中央部には、円形の開口が形成されている。上固定板22の上面上には、上固定板22の中央部の開口を取り囲むように中空支持軸24がねじを用いて固定されている。図3の下部ケーシング91は、固定連結部20を構成するいずれかの部材に取り付けられている。
固定連結部20においては、下固定板21と上固定板22との間の空間に、図2の回転駆動回路140、ヘッド制御回路150、無線通信回路160および通信回路170が実装された各種基板が設けられる。また、下固定板21上には、図5に示すように、下固定板21から上固定板22の開口を通して中空支持軸24の内部まで延びるように基準カメラ110が設けられている。この状態で、基準カメラ110の撮像視野は上方を向いている。本実施の形態では、基準カメラ110の光学系の光軸110cは、中空支持軸24の中心軸に一致している。
下固定板21上および上固定板22上には、上記の各種基板および基準カメラ110に加えて、後述する支持部材30を中空支持軸24の中心軸の周りで回転させるため(基準スタンド10の上面に平行な面内で回転させるため)の水平回転機構141が設けられている。水平回転機構141は、例えばモータおよび各種動力伝達部材を含む。
図4に示すように、固定連結部20の中空支持軸24上には、支持部材30が設けられている。支持部材30は、回転台座31および一対の支持フレーム32,33を含む。回転台座31は、中央部に開口を有し、支持部材30が中空支持軸24の中心軸の周りで回転可能となるように、クロスローラベアリングCB(図5)を介して中空支持軸24の上端部に取り付けられている。図3の上部ケーシング92は、支持部材30を構成するいずれかの部材に取り付けられている。中空支持軸24に対する支持部材30の回転時には、上部ケーシング92は支持部材30とともに下部ケーシング91に対して相対的に回転する。
一対の支持フレーム32,33は、回転台座31の一側部および他側部から互いに対向しつつ上方に延びるように形成されている。一対の支持フレーム32,33の間には、回転台座31から所定距離離間した位置に可動部材40が設けられている。
可動部材40は、一対の支持フレーム32,33の互いに対向する部分を通る回転軸30cの周りで回転可能(水平面に対してチルト可能)となるように、支持フレーム32,33により支持されている。本実施の形態では、回転軸30cは、基準カメラ110(図5)の光軸110cおよび中空支持軸24の中心軸に直交する。
一方の支持フレーム32の上端部近傍には、可動部材40とは反対側で回転軸30c上に位置する部分に俯瞰カメラ180が取り付けられている。他方の支持フレーム33の上端部近傍には、可動部材40とは反対側で回転軸30c上に位置する部分にチルト回転機構143が取り付けられている。チルト回転機構143は、例えばモータおよび各種動力伝達部材を含む。チルト回転機構143は、可動部材40を回転軸30cの周りで回転させる。なお、チルト回転機構143により可動部材40を回転可能な範囲は、例えば30°程度に制限されている。
可動部材40は、略正方形の扁平な筒状に形成され、上面41および下面42を有する。可動部材40上には、可動カメラ120およびその可動カメラ120に付随する各種基板が固定される。この状態で、可動カメラ120の光学系の光軸120c(図5)は可動部材40の上面41に平行となっている。
可動部材40の上端部には、その中央部の開口を塞ぐように図2のマーカ駆動回路130が実装された基板43が設けられている。
図5に示すように、可動部材40の内部には、複数のマーカep(図2)を有する参照部材190が設けられている。図6(a)は図5の参照部材190の模式的縦断面図であり、図6(b)は参照部材190の下面図である。
図6(a),(b)に示すように、参照部材190は、発光基板191、拡散板192、ガラス板193および拡散反射シート195を含む。発光基板191、拡散板192およびガラス板193は、この順で上方から下方に向かって並ぶように積層されている。その積層体の外周部を取り囲むように拡散反射シート195が設けられている。
発光基板191の下面には、全体に渡って複数の発光素子Lが実装されている。各発光素子Lは、例えば赤外LED(発光ダイオード)である。発光素子Lとしては、赤外LEDの代わりに他の波長の光を発するLEDが用いられてもよいし、フィラメント等の他の発光素子が用いられてもよい。マーカ駆動回路130が発光基板191上の複数の発光素子Lを駆動する。それにより、複数の発光素子Lが発光する。
拡散板192は、例えば樹脂からなる板部材であり、複数の発光素子Lから発生される光を拡散させつつ下方へ透過する。拡散反射シート195は、例えば樹脂からなる帯状のシート部材であり、複数の発光素子Lから参照部材190の側方(外方)に向かう光を拡散させつつその内方に反射する。
ガラス板193は、例えば石英ガラスまたはソーダガラスにより形成された板部材である。ガラス板193の下面には、複数の円形開口を有するマスク194が設けられている。マスク194は、例えばガラス板193の下面にスパッタ法または蒸着法により形成されるクロムマスクである。
上記の構成により、複数の発光素子Lから発生されて拡散板192および拡散反射シート195により拡散された光が、ガラス板193およびマスク194の複数の円形開口を通して参照部材190の下方に放出される。このようにして、複数の円形開口にそれぞれ対応する自発光型の複数のマーカepが形成される。
本実施の形態においては、図6(b)に示すように、複数のマーカepは、参照部材190の下面(平面)上でマトリクス状に等間隔で並んでいる。複数のマーカepのうち、中央部に位置するマーカepおよびその中央部のマーカepから所定距離離間した一のマーカepには、他のマーカepから識別するための識別マーク(本例では点)が付されている。これらの識別マークは、マスク194の一部により形成される。以下の説明では、複数のマーカepから識別マークが付された2個のマーカepを区別する場合に、識別マークを含む中央部のマーカepを第1のマーカep1と呼ぶ。また、識別マークを含む他方のマーカepを第2のマーカep2と呼ぶ。
上記の構成においては、参照部材190は、下方に向く複数のマーカepが基準カメラ110の撮像視野の範囲内に位置するように可動部材40に取り付けられている。さらに、参照部材190は、可動部材40の上面41および下面42が基準カメラ110の光軸110cの方向に対して垂直となるときに、第1のマーカep1が光軸110c上に位置するように可動部材40に取り付けられている。
支持部材30が固定連結部20上で回転する際、および可動部材40が回転軸30cの周りで回転する際には、基準カメラ110が参照部材190を撮像することにより得られる複数のマーカepの画像が変化する。
図7は、基準カメラ110が参照部材190を撮像することにより得られる複数のマーカepの画像例を示す図である。図6(b)の複数のマーカepから光が放出されることにより、撮像ヘッド100により撮像される参照部材190の画像においては、複数のマーカepに対応する画像が現れる。
例えば支持部材30および可動部材40の各々が予め定められた基準姿勢で保持されている場合に、図7(a)に示す画像110iが得られるものとする。基準姿勢においては、参照部材190の下面は、基準カメラ110の光軸110cに直交し、水平に保持される。図7(a)の画像110iにおいては、複数のマーカepにそれぞれ対応するマーカ画像iepが、図6(b)の実際の複数のマーカepと同様に、マトリクス状に並んでいる。また、基準カメラ110の視野中心に対応する画像中央部には、図6(b)の第1のマーカep1に対応するマーカ画像iep1が示される。さらに、マーカ画像iep1から所定距離離間した位置に図6(b)の第2のマーカep2に対応するマーカ画像iep2が示される。
支持部材30が基準姿勢から回転する場合には、複数のマーカepと基準カメラ110との間の距離は大きく変動しない。この回転によれば、図7(b)に示すように、複数のマーカ画像iepが画像中央部を中心として回転する。この場合、2個のマーカ画像iep1,iep2の位置関係に基づいて、支持部材30が基準姿勢からどれだけ回転しているのかを求めることができる。
可動部材40が基準姿勢から回転する場合には、複数のマーカepと基準カメラ110との間の距離がそれぞれ変化する。例えば、複数のマーカepの一部と基準カメラ110との間の距離が短くなり、複数のマーカepの他の部分と基準カメラ110との間の距離が長くなる。それにより、例えば支持部材30が図7(b)の画像110iに対応する回転位置に保持された状態で、可動部材40が基準姿勢から回転すると、図7(c)に示すように、複数のマーカ画像iepの配列状態に歪が生じる。この場合、2個のマーカ画像iep1,iep2を含む全体のマーカ画像iepの位置関係に基づいて、可動部材40が基準姿勢からどれだけ回転しているのかを求めることができる。なお、上記のように、可動部材40の回転可能な角度範囲は、30°程度であり、比較的小さい。そのため、可動部材40が回転する場合でも、2個のマーカ画像iep1,iep2の位置関係は大きく変化しない。
上記のように、可動部材40には、可動カメラ120および参照部材190が一体的に固定されている。それにより、基準カメラ110が参照部材190の複数のマーカepを撮像することにより得られる画像データ(以下、基準画像データと呼ぶ。)に基づいて、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算出することが可能である。
可動部材40と回転台座31との間には、基準カメラ110から参照部材190までの基準カメラ110の撮像視野を含む撮像空間rs(図5)を当該撮像空間rsの外部から光学的かつ空間的に遮断する蛇腹50が設けられている。
本例の蛇腹50の上端部は可動部材40の下面42に接合され、蛇腹50の下端部は回転台座31の上面に接合されている。それにより、支持部材30が水平面内で回転する際には、支持部材30とともに蛇腹50も回転する。
また、本例の蛇腹50は、略正方形の筒形状を有し、チルト回転機構143による可動部材40の回転時にその回転に追従して変形することにより撮像空間rsの光学的かつ空間的な遮断状態を維持可能に構成される。さらに、蛇腹50は、可動部材40の回転に追従して変形する際に、その蛇腹50が基準カメラ110の撮像視野に干渉しないように設けられる。
このような構成により、撮像空間rs内に、撮像空間rsの外部から光が進入することが防止される。また、撮像空間rsの周囲でモータ等が発熱する場合でも、発生された熱が撮像空間rs内に進入することが防止される。それにより、撮像空間rsの雰囲気に揺らぎが生じることが防止される。したがって、高い精度で複数のマーカepが撮像されるので、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高い精度で算出することができる。
また、上記の構成によれば、蛇腹50の内部空間が外部空間から空間的に遮断されることにより蛇腹50の内部空間の雰囲気が安定する。したがって、蛇腹50の外部に設けられる熱源に対してファン等を用いて強制空冷することも可能になる。
なお、撮像空間rsに向く蛇腹50の内面は、光の反射率が低く光を吸収するような色または素材で構成されることが好ましい。例えば、蛇腹50の内面の色は黒色であってもよい。または、蛇腹50の内面は、光を反射しない無反射素材で構成されてもよい。あるいは、蛇腹50の内面に、光を反射しない無反射素材のコーティングが施されていてもよい。それにより、複数のマーカepから放出される光が、蛇腹50の内面で乱反射することが防止される。したがって、高い精度で複数のマーカepが撮像される。
撮像ヘッド100においては、図4に示すように、可動カメラ120の重心が基準カメラ110の光軸110cと回転軸30cとの交点GCに近づくように可動カメラ120を設けることが望ましい。この場合、可動カメラ120の重心が交点GCに近いほど、光軸110cを中心とする支持部材30の回転が安定化し、回転軸30cを中心とする可動部材40の回転が安定化する。また、支持部材30および可動部材40を回転させるために必要となる駆動力を低減することができる。それにより、モータ等の駆動部に加わる負担が低減される。
俯瞰カメラ180は、図4に示すように、その撮像視野が可動カメラ120の撮像視野と同じかまたはほぼ同じ方向を向くように支持フレーム32に設けられる。俯瞰カメラ180の画角は、基準カメラ110および可動カメラ120の画角に比べて大きい。そのため、俯瞰カメラ180の撮像視野は、基準カメラ110および可動カメラ120の撮像視野に比べて大きい。なお、可動カメラ120の画角は、例えば可動カメラ120から1.5m離間した位置で直径15cm程度の円形領域をカバーできるように設定される。
後述する追跡処理において、俯瞰カメラ180は、広い範囲に渡ってプローブ200を撮像するために用いられる。この場合、例えばプローブ200が移動することにより可動カメラ120の撮像視野からプローブ200が外れる場合でも、当該プローブ200が俯瞰カメラ180で撮像されることにより、撮像により得られる画像データ(以下、俯瞰画像データと呼ぶ。)に基づいてプローブ200の大まかな位置を特定することができる。特定された位置に基づいて、可動カメラ120の撮像視野内にプローブ200が位置するように、可動カメラ120の位置および姿勢が調整される。
図2に示すように、基準カメラ110、可動カメラ120、マーカ駆動回路130、回転駆動回路140、無線通信回路160および通信回路170は、ヘッド制御回路150に接続されている。ヘッド制御回路150は、CPU(中央演算処理装置)およびメモリ、またはマイクロコンピュータを含み、基準カメラ110、可動カメラ120、マーカ駆動回路130および回転駆動回路140を制御する。
基準カメラ110、可動カメラ120および俯瞰カメラ180の各々は、撮像素子として、赤外線を検出可能なCMOS(相補性金属酸化膜半導体)イメージセンサを含む。また、基準カメラ110、可動カメラ120および俯瞰カメラ180の各々は、図示しない複数のレンズ(光学系)を含む。
上記のように、基準カメラ110、可動カメラ120および俯瞰カメラ180の各画素からは、検出量に対応するアナログの電気信号(以下、受光信号と呼ぶ)がヘッド制御回路150に出力される。
ヘッド制御回路150には、図示しないA/D変換器(アナログ/デジタル変換器)およびFIFO(First In First Out)メモリが実装されている。基準カメラ110、可動カメラ120および俯瞰カメラ180からそれぞれ出力される受光信号は、ヘッド制御回路150のA/D変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。A/D変換器から出力されるデジタル信号は、FIFOメモリに順次蓄積される。FIFOメモリに蓄積されたデジタル信号は、画素データとして順次処理装置300に転送される。
マーカ駆動回路130は、ヘッド制御回路150の制御に基づいて、図6(a)の発光基板191を駆動する。それにより、発光基板191上の複数の発光素子Lが発光し、参照部材190の複数のマーカepから光が放出される。なお、この発光タイミングと基準カメラ110の撮像タイミングとは同期される。
回転駆動回路140は、ヘッド制御回路150の制御に基づいて図4の水平回転機構141を駆動する。それにより、図4の支持部材30が固定連結部20上で回転し、可動部材40および上部ケーシング92(図3)が回転する。このとき、可動部材40が回転することにより、スリット93(図3)を通って上部ケーシング92の内部から外部に導かれる可動カメラ120の撮像視野が図1の基準スタンド10上で水平方向に回転する。
また、回転駆動回路140は、ヘッド制御回路150の制御に基づいて図4のチルト回転機構143を駆動する。それにより、図4の可動部材40が一対の支持フレーム32,33間で回転軸30cを中心として回転する。このとき、スリット93(図3)を通る可動カメラ120の撮像視野が図1の基準スタンド10上でスリット93に沿って上下方向に回転する。これらの回転駆動回路140による可動カメラ120の撮像視野の回転は、処理装置300における後述する追跡処理に基づいて行われる。
ヘッド制御回路150は、無線通信回路160を介してプローブ200との間で無線通信を行う。また、ヘッド制御回路150は、通信回路170およびケーブルCA(図1)を介して処理装置300との間で有線通信を行う。
図2に示すように、処理装置300は、通信回路301、本体制御回路302および本体メモリ303を含む。通信回路301および本体メモリ303は、本体制御回路302に接続されている。また、本体制御回路302には、本体操作部320および本体表示部310が接続されている。
本体メモリ303は、ROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)およびハードディスクを含む。本体メモリ303には、システムプログラムとともに、後述する測定対象部分設定プログラム、測定値算出プログラム、追跡処理プログラムおよび画面表示に関するプログラムが記憶される。また、本体メモリ303は、種々のデータの処理および撮像ヘッド100から与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。さらに、本体メモリ303には、使用者Uによる三次元座標測定装置1の操作に応じて本体表示部310に表示されるべき画面を示す画面データを生成するための複数種類の主画面生成用データが記憶されている。
本体制御回路302は、CPUを含む。本実施の形態においては、本体制御回路302および本体メモリ303は、パーソナルコンピュータにより実現される。本体制御回路302は、撮像ヘッド100からケーブルCA(図1)および通信回路301を介して与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。画像データは複数の画素データの集合である。
本実施の形態では、撮像ヘッド100に設けられる基準カメラ110、可動カメラ120および俯瞰カメラ180にそれぞれ対応する基準画像データ、測定画像データおよび俯瞰画像データが生成される。また、プローブ200に設けられる後述するプローブカメラ208に対応する画像データが生成される。本体制御回路302は、基準画像データおよび測定画像データに基づいて、プローブ200の接触部211a(図1)の位置を算出する。
さらに、本体制御回路302は、本体メモリ303に記憶された複数種類の主画面生成用データに基づいて、本体表示部310に表示されるべき画面を示す画面データを生成する。本体表示部310に表示される画面の詳細は後述する。
本体表示部310は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機EL(エレクトロルミネッセンス)パネルにより構成される。本体表示部310には、本体制御回路302による制御に基づいて、測定対象物S上の測定点の座標および測定対象物Sの各部の測定結果等が表示される。また、本体表示部310には、測定に関する種々の設定を行うための設定画面が表示される。
本体操作部320は、キーボードおよびポインティングデバイスを含む。ポインティングデバイスは、マウスまたはジョイスティック等を含む。本体操作部320は、使用者Uにより操作される。
[3]プローブ200の構成
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個)の目標部材290を含む。
バッテリ203は、プローブ200に設けられた他の構成要素に電力を供給する。プローブ制御部201は、CPUおよびメモリ、またはマイクロコンピュータを含み、表示灯202、マーカ駆動回路204、プローブカメラ208およびタッチパネルディスプレイ230を制御する。また、プローブ制御部201は、使用者Uによるプローブ操作部221およびタッチパネルディスプレイ230の操作に応答して、各種処理を行う。
さらに、プローブ制御部201は、後述する複数種類の副画面生成用データに基づいて、タッチパネルディスプレイ230に表示されるべき画面を示す画面データを生成する。タッチパネルディスプレイ230に表示される画面の詳細は後述する。
図8に二点鎖線で示すように、プローブ200は、上記の各構成要素を収容または支持するプローブケーシング210および把持部220を有する。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およびプローブカメラ208は、プローブケーシング210内に収容される。複数の目標部材290は、プローブケーシング210の後述する上面部210c(図9)に設けられる。プローブ操作部221は、押下操作が可能に構成されたボタンであり、把持部220に設けられる。プローブ操作部221は、例えば使用者が測定点を指示する際に使用者により押下操作される。
タッチパネルディスプレイ230は、プローブ表示部231およびタッチパネル232を含む。プローブ表示部231は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ELパネルにより構成される。
表示灯202は、例えば1または複数のLEDを含み、その発光部がプローブケーシング210の外部に露出するように設けられている。表示灯202は、プローブ制御部201の制御に基づいてプローブ200の状態に応じた発光動作を行う。
3個の目標部材290の各々は、基本的に図6(a),(b)の参照部材190と同じ構成を有する。マーカ駆動回路204は、複数の目標部材290に接続され、プローブ制御部201の制御に基づいて各目標部材290が含む複数の発光素子を駆動する。
プローブメモリ205は、不揮発性メモリまたはハードディスク等の記録媒体を含む。プローブメモリ205には、後述する画面表示に関するプログラムが記憶される。また、プローブメモリ205は、種々のデータの処理および撮像ヘッド100から与えられる画像データ等の種々のデータを保存するために用いられる。さらに、プローブメモリ205には、使用者Uによる三次元座標測定装置1の操作に応じてタッチパネルディスプレイ230に表示されるべき画面を示す画面データを生成するための複数種類の副画面生成用データが記憶されている。
モーションセンサ207は、例えば使用者Uがプローブ200を携行して移動する際に、そのプローブ200の動きを検出する。例えば、モーションセンサ207は、プローブ200の移動時に、その移動方向、加速度および姿勢等を検出する。プローブカメラ208は、例えばCCD(電荷結合素子)カメラである。
プローブ制御部201には、上記のCPUおよびメモリ、またはマイクロコンピュータに加えて、図示しないA/D変換器およびFIFOメモリが実装されている。それにより、プローブ制御部201においては、モーションセンサ207により検出されたプローブ200の動きを示す信号がデジタル信号形式のデータ(以下、動きデータと呼ぶ。)に変換される。また、プローブ制御部201においては、プローブカメラ208の各画素から出力される受光信号がデジタル信号形式の複数の画素データに変換される。プローブ制御部201は、デジタル形式の動きデータおよび複数の画素データを、無線通信回路206を通して図2の撮像ヘッド100に無線通信により送信する。この場合、動きデータおよび複数の画素データは、さらに撮像ヘッド100から処理装置300に転送される。
図9に示すように、プローブケーシング210は、一方向に延びるように形成され、前端部210a、後端部210b、上面部210cおよび底面部210dを有する。底面部210dには、把持部220が設けられている。把持部220は、プローブケーシング210に平行に延びるように形成されている。プローブ操作部221は、把持部220のうちプローブケーシング210の後端部210bに近い部分に設けられている。
プローブケーシング210の後端部210bには、タッチパネルディスプレイ230が設けられている。前端部210aには、スタイラス211が設けられている。スタイラス211は、先端部に接触部211aを有する棒状の部材である。前端部210aには、さらにプローブカメラ208が設けられている。
プローブケーシング210の上面部210cには、前端部210aから後端部210bにかけて並ぶように3個の目標部材290が設けられている。本例の3個の目標部材290のうち前端部210aに最も近い目標部材290は、3個のマーカeqを有する。残りの2個の目標部材290の各々は、2個のマーカeqを有する。各マーカepは、赤外光を放出する自発光型のマーカである。なお、これらの複数のマーカeqの発光タイミングと撮像ヘッド100の可動カメラ120の撮像タイミングとは同期される。
使用者Uは、プローブケーシング210の上面部210cが撮像ヘッド100に向くように把持部220を把持する。その上で、使用者Uは、測定対象物Sの所望の部分に接触部211aを接触させる。また、使用者Uは、タッチパネルディスプレイ230に表示される画像を視認しつつ、プローブ操作部221およびタッチパネルディスプレイ230を操作する。
[4]測定点の座標の算出方法
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。
上記のように、基準カメラ110は、参照部材190の複数のマーカepを撮像する。この場合、図2の本体制御回路302は、撮像により得られる基準画像データと、本体メモリ303に記憶されている複数のマーカepの位置関係とに基づいて、装置座標系における各マーカepの各座標を算出する。このとき、参照部材190の複数のマーカepの各々は、第1および第2のマーカep1,ep2に基づいて識別される。
その後、本体制御回路302は、算出された複数のマーカepの座標に基づいて、参照部材190上に固定された可動カメラ120の位置および姿勢を装置座標系により示す情報を第1の位置姿勢情報として生成する。
本実施の形態に係る三次元座標測定装置1においては、上記の装置座標系に加えて、可動カメラ120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、可動座標系と呼ぶ。)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、予めプローブ200における複数のマーカeqの相対的な位置関係が記憶されている。
上記のように、可動カメラ120は、プローブ200の複数のマーカeqを撮像する。この場合、図2の本体制御回路302は、撮像により得られる測定画像データと、本体メモリ303に記憶されている複数のマーカeqの位置関係とに基づいて、可動座標系における各マーカeqの各座標を算出する。
その後、本体制御回路302は、算出された複数のマーカeqの座標に基づいて、プローブ200の位置および姿勢を可動座標系により示す情報を第2の位置姿勢情報として生成する。
基準カメラ110は基準スタンド10に固定されている。そのため、測定対象物Sの測定時に装置座標系は変化しない。一方、可動カメラ120は、撮像視野がプローブ200の移動に追従するように、回転可能に設けられている。そのため、装置座標系と可動座標系との間の関係は、可動カメラ120の回転とともに変化する。
そこで、本実施の形態では、本体制御回路302は、第1および第2の位置姿勢情報に基づいて、プローブ200の位置および姿勢を装置座標系で表す第3の位置姿勢情報を生成する。すなわち、本体制御回路302は、第1の位置姿勢情報に基づいて装置座標系に対する可動座標系の相対的な関係を算出するとともに、算出された関係に基づいて第2の位置姿勢情報を装置座標系に従う情報に変換する。それにより、第3の位置姿勢情報が生成される。
その後、本体制御回路302は、生成された第3の位置姿勢情報と、プローブ200における複数のマーカeqおよび接触部211a間の位置関係とに基づいてプローブ200により指示された測定点の座標を算出する。
[5]基本的な測定例
三次元座標測定装置1による測定対象物Sの寸法の基本的な測定例について説明する。図10は、図1の本体表示部310に表示される画像の一例を示す図である。図11は、測定対象物Sの一例を示す図である。
図10には、三次元座標測定装置1により測定対象物Sの寸法測定が可能な領域を仮想的に表す画像(以下、測定領域仮想画像と呼ぶ)VIが示される。本例の三次元座標測定装置1においては、平坦かつ水平な仮想上の床面FLに平行でかつ互いに直交するように装置座標系のx軸およびy軸が設定され、床面FLに対して垂直に装置座標系のz軸が設定される。
また、床面FL上で可動カメラ120の撮像視野と予め定められた関係にある位置が装置座標系の原点Oに設定される。図10の測定領域仮想画像VIには、装置座標系の原点O、x軸、y軸およびz軸が含まれるとともに、仮想上の床面FLに対応する床面画像FLi(図10の点線部分参照)が含まれる。
図11の測定対象物Sは、直方体形状を有する。本例では、測定対象物Sの一方の側面Saと、その反対側の側面Sbとの間の距離が測定される。測定対象物Sの側面Sa,Sbは、それぞれx軸に対して垂直である。
図12~図16は、図11の測定対象物Sについての基本的な測定例を説明するための図である。図12(a)および図14(a)は、可動カメラ120、プローブ200および測定対象物Sの位置関係を示す図であり、図12(b)および図14(b)は、プローブ200および測定対象物Sの外観斜視図である。図13、図15および図16には、本体表示部310に表示される測定領域仮想画像VIの例が示される。
この測定時には、使用者Uは測定対象物Sのうち測定すべき部分(測定対象部分)の位置および形状を特定する必要がある。そこで、使用者Uは、図1の本体操作部320または図9のタッチパネルディスプレイ230を操作することにより、測定対象物Sのうち測定すべき部分の形状を示す幾何学形状の種類(以下、幾何要素と呼ぶ。)を選択する。幾何要素には、点、直線、平面、円、円筒および球等が含まれる。
例えば、使用者Uは、測定対象物Sの一方の側面Saの形状を示す幾何要素として「平面」を選択する(幾何要素の選択操作)。その後、使用者Uは、当該側面Saを特定するために、測定対象物Sの側面Sa上で3点以上の複数の測定点を指示する(測定点の指示操作)。
具体的には、使用者Uは、図12(a)および図12(b)に示すように、プローブ200の複数のマーカeqが可動カメラ120に向くように、スタイラス211の接触部211aを測定対象物Sの側面Saに接触させる。その状態で、使用者Uは、図8のプローブ操作部221を押下操作することにより、測定対象物Sと接触部211aとの接触位置を測定点M1aとして指示する。この場合、図2の本体制御回路302において測定点M1aの座標が算出され、算出結果が図2の本体メモリ303に記憶される。
同様にして、使用者Uは、測定対象物Sの側面Sa上の互いに異なる3つの部分を測定点M2a,M3a,M4aとして指示する。それにより、本体制御回路302において測定点M2a,M3a,M4aの座標が算出される。算出結果は本体メモリ303に記憶される。
続いて、使用者Uは、図2の本体操作部320または図8のタッチパネルディスプレイ230を操作することにより、測定点M1a~M4aを通る平面(以下、測定平面ML1と呼ぶ。)を、測定対象物Sの側面Saに対応する測定対象部分として設定する(測定対象部分の設定操作)。それにより、装置座標系における測定平面ML1の位置が算出され、算出結果が要素特定情報として記憶部210に記憶される。この場合、図13に示すように、測定領域仮想画像VI上に、設定された測定平面ML1を示す画像ML1iが重畳表示される。
ここで、本実施の形態では、要素特定情報は、使用者Uにより選択された幾何要素と使用者Uにより指示された測定点とに基づいて特定された測定対象物S上の測定対象部分を装置座標系で示す情報である。
続いて、使用者Uは、測定対象物Sの他方の側面Sbの形状を示す幾何要素として「平面」を選択する(幾何要素の選択操作)。その後、使用者Uは、当該側面Sbを特定するために、測定対象物Sの側面Sb上で3点以上の複数の測定点を指示する(測定点の指示操作)。
具体的には、使用者Uは、図14(a)および図14(b)に示すように、プローブ200の複数のマーカeqが可動カメラ120に向くように、スタイラス211の接触部211aを測定対象物Sの側面Sbに接触させる。その状態で、使用者Uは、図8のプローブ操作部221を押下操作することにより、測定対象物Sと接触部211aとの接触位置を測定点M1bとして指示する。この場合、図2の本体制御回路302において測定点M1bの座標が算出され、算出結果が図2の本体メモリ303に記憶される。
同様にして、使用者Uは、測定対象物Sの側面Sb上の互いに異なる3つの部分を測定点M2b,M3b,M4bとして指示する。それにより、本体制御回路302において測定点M2b,M3b,M4bの座標が算出される。算出結果は本体メモリ303に記憶される。
続いて、使用者Uは、図2の本体操作部320または図8のタッチパネルディスプレイ230を操作することにより、測定点M1b~M4bを通る平面(以下、測定平面ML2と呼ぶ。)を、測定対象物Sの側面Sbに対応する測定対象部分として設定する(測定対象部分の設定操作)。それにより、装置座標系における測定平面ML2の位置が算出され、算出結果が要素特定情報として記憶部210に記憶される。この場合、図15に示すように、測定領域仮想画像VI上に、測定平面ML1を示す画像ML1iに加えて、測定平面ML2を示す画像ML2iが重畳表示される。
使用者Uは、上記のように、測定対象物Sの測定対象部分を特定した上で、図1の本体操作部320または図8のタッチパネルディスプレイ230を操作することにより、どの測定対象部分についての何を測定すべきかを設定する必要がある。そこで、使用者Uは、図1の本体操作部320または図8のタッチパネルディスプレイ230を操作することにより、測定対象物Sについての測定項目の種類を選択するとともに(測定項目の選択操作)、当該測定項目の値を得るために必要な測定対象部分のいずれかを選択する(測定対象部分の選択操作)。なお、測定項目の種類には、距離の他、角度等の種々の物理量が含まれる。
本例では、使用者Uは、測定項目の種類として距離を選択する。また、使用者Uは、その距離がどこの距離であるのかを規定するための測定対象部分として2つの測定平面ML1,ML2を選択する。
測定項目が選択されるとともに測定対象部分が選択されることにより、本体メモリ303に記憶された要素特定情報を用いた測定項目の演算が行われる。本例では、選択された2つの測定対象部分(測定平面ML1,ML2)の間の距離が算出される。算出結果は測定結果として本体メモリ303に記憶される。
このとき、図16に示すように、測定結果が測定領域仮想画像VI上に表示される。なお、測定結果は、測定領域仮想画像VIと別個に本体表示部310に表示されてもよい。また、2つの測定平面ML1,ML2間の距離の演算方法等は、使用者Uにより適宜設定可能であってもよい。
上記の例では、4つの測定点に基づいて1つの平面が測定対象部分として設定されるが、最少で3つの測定点に基づいて、1つの平面を測定対象部分として設定することができる。一方、1つの平面を設定するために4つ以上の測定点が指示される場合には、測定対象部分として設定される平面の平面度を求めることもできる。
また、上記の例では、2つの測定平面ML1,ML2が測定対象部分として設定された後、測定項目の種類として距離が選択されるが、測定項目の種類として距離に代えて角度が選択されてもよい。この場合、測定平面ML1,ML2の間の距離に代えて測定平面ML1,ML2のなす角度が測定される。
[6]本体表示部310およびタッチパネルディスプレイ230の画面表示例
上記のように、使用者Uは、測定対象物Sの測定時に、幾何要素の選択操作、測定点の指示操作、幾何要素および測定点に基づく測定対象部分の設定操作、測定項目の選択操作、および測定対象部分の選択操作を行う。
また、本実施の形態に係る三次元座標測定装置1によれば、使用者Uは、測定対象物Sの所望の部分について、所望の幾何公差を測定することも可能である。この場合、使用者Uは、複数種類の幾何公差のうち所望の幾何公差を選択する。それにより、使用者により指示された複数の測定点から特定される測定対象部分について、選択された種類の幾何公差が算出される。幾何公差は、測定対象物S上で1または複数の測定点により特定された測定対象部分の形状が幾何学的に正しい形状からどれだけ狂っているのかを表す。すなわち、幾何公差は、正しい幾何学形状に対する測定対象部分の形状の狂いの程度を表す。このように、使用者Uは、幾何公差の測定を行う際には、幾何公差の選択操作を行う。
図17は、図2の本体メモリ303および図8のプローブメモリ205にそれぞれ記憶される主画面生成用データおよび副画面生成用データと使用者Uによる三次元座標測定装置1の操作との関係を示す図である。
図17に示すように、本体メモリ303には、複数種類の主画面生成用データとして第1~第4の主画面生成用データが記憶されている。また、プローブメモリ205には、複数種類の副画面生成用データとして第1~第4の副画面生成用データが記憶されている。第1~第4の主画面生成用データおよび第1~第4の副画面生成用データの各々は、本体表示部310またはタッチパネルディスプレイ230に表示されるべき画面の背景を示す背景画像データ、背景画像上の一部領域に予め定められたアイコンを表示させるためのデータ、背景画像上の一部領域が操作されることにより実行すべき処理を示すデータ、および背景画像上の他の領域に本体制御回路302において算出された各種測定結果を表示させるためのデータ等を含む。
第1の主画面生成用データおよび第1の副画面生成用データは、幾何要素の選択操作および測定項目の選択操作に対応付けられている。これにより、図2の本体制御回路302は、幾何要素の選択操作および測定項目の選択操作を受け付けるための待機時に、第1の主画面生成用データに基づいて本体表示部310に表示されるべき画面を示す第1の主画面データを生成する。また、図8のプローブ制御部201は、本体制御回路302の第1の主画面データの生成に同期して、第1の副画面生成用データに基づいてタッチパネルディスプレイ230に表示されるべき画面を示す第1の副画面データを生成する。以下の説明では、第1の主画面データにより本体表示部310上に表示される画面を第1の主画面と呼び、第1の副画面データによりタッチパネルディスプレイ230上に表示される画面を第1の副画面と呼ぶ。
第2の主画面生成用データおよび第2の副画面生成用データは、測定点の指示操作および測定対象部分の設定操作に対応付けられている。これにより、図2の本体制御回路302は、測定点の指示操作および測定対象部分の設定操作を受け付けるための待機時に、第2の主画面生成用データに基づいて本体表示部310に表示されるべき画面を示す第2の主画面データを生成する。また、図8のプローブ制御部201は、本体制御回路302の第2の主画面データの生成に同期して、第2の副画面生成用データに基づいてタッチパネルディスプレイ230に表示されるべき画面を示す第2の副画面データを生成する。以下の説明では、第2の主画面データにより本体表示部310上に表示される画面を第2の主画面と呼び、第2の副画面データによりタッチパネルディスプレイ230上に表示される画面を第2の副画面と呼ぶ。
第3の主画面生成用データおよび第3の副画面生成用データは、測定対象部分の選択操作に対応付けられている。これにより、図2の本体制御回路302は、測定対象部分の選択操作を受け付けるための待機時に、第3の主画面生成用データに基づいて本体表示部310に表示されるべき画面を示す第3の主画面データを生成する。また、図8のプローブ制御部201は、本体制御回路302の第3の主画面データの生成に同期して、第3の副画面生成用データに基づいてタッチパネルディスプレイ230に表示されるべき画面を示す第3の副画面データを生成する。以下の説明では、第3の主画面データにより本体表示部310上に表示される画面を第3の主画面と呼び、第3の副画面データによりタッチパネルディスプレイ230上に表示される画面を第3の副画面と呼ぶ。
第4の主画面生成用データおよび第4の副画面生成用データは、幾何公差の選択操作に対応付けられている。これにより、図2の本体制御回路302は、幾何公差の選択操作を受け付けるための待機時に、第4の主画面生成用データに基づいて本体表示部310に表示されるべき画面を示す第4の主画面データを生成する。また、図8のプローブ制御部201は、本体制御回路302の第4の主画面データの生成に同期して、第4の副画面生成用データに基づいてタッチパネルディスプレイ230に表示されるべき画面を示す第4の副画面データを生成する。以下の説明では、第4の主画面データにより本体表示部310上に表示される画面を第4の主画面と呼び、第4の副画面データによりタッチパネルディスプレイ230上に表示される画面を第4の副画面と呼ぶ。
三次元座標測定装置1においては、使用者Uは、図2の本体操作部320または図8のタッチパネルディスプレイ230を用いて、幾何要素の選択操作、測定対象部分の設定操作、測定項目の選択操作、測定対象部分の選択操作および幾何公差の選択操作を行う。また、使用者Uは、プローブ200のプローブ操作部221を用いて、測定点の指示操作を行う。
図18は、幾何要素および測定項目の選択操作時に図2の本体表示部310および図8のタッチパネルディスプレイ230に表示される第1の主画面および第1の副画面の表示例を示す図である。第1の主画面sc01および後述する第2~第4の主画面sc02~sc04(図19~図21)においては、本体表示部310の表示領域が、測定状態表示領域311、結果表示領域312および操作表示領域313に分割されている。
測定状態表示領域311は、上記の測定領域仮想画像VIを表示する領域である。測定領域仮想画像VIには、可動カメラ120を用いてプローブ200が撮像されることにより算出されるプローブ200の位置および姿勢が仮想的に重畳表示される。結果表示領域312は、主として測定結果を表示する領域である。そのため、図18(a)の第1の主画面sc01では、結果表示領域312に情報は表示されていない。操作表示領域313は、使用者により操作されるべきアイコン、ボタンおよび入力欄のうち少なくとも1つを表示する領域である。
図18(a)では、第1の主画面sc01の全体の表示例とともに、第1の主画面sc01における操作表示領域313の拡大図が示される。第1の主画面sc01の操作表示領域313には、太い点線の枠内に示されるように、予め定められた複数の測定項目にそれぞれ対応する複数(本例では2個)の項目アイコンi01が表示される。本例の2個の項目アイコンi01は、測定項目「距離」および「角度」にそれぞれ対応する。
また、第1の主画面sc01の操作表示領域313には、太い一点鎖線の枠内に示されるように、予め定められた複数の幾何要素にそれぞれ対応する複数の(本例では19個)の要素アイコンi02が表示される。複数の要素アイコンi02には、幾何要素「平面」、「直線」、「円」、「点」、「円筒」、「円錐」および「球」にそれぞれ対応する7個の要素アイコンi02が含まれる。以下の説明では、これらの7個の要素アイコンi02をそれぞれ基本要素アイコンと呼ぶ。
さらに、複数の要素アイコンi02には、幾何要素「角丸長方形」、「楕円」、「四角形」、「段差円筒」、「トーラス」、「中点」、「交点」、「接線」、「中線」、「交線」、「交円」および「中面」にそれぞれ対応する12個の要素アイコンi02が含まれる。以下の説明では、基本要素アイコンを除く他の全ての要素アイコンi02をそれぞれ特殊要素アイコンと呼ぶ。
上記の例に示されるように、特殊要素アイコンには、例えば「交線」、「交円」および「中面」のように複数の幾何要素の位置関係から特定される幾何要素が含まれる。
使用者Uは、幾何要素の選択操作として、図2の本体操作部320により複数の要素アイコンi02から所望の要素アイコンi02を選択することができる。また、使用者Uは、測定項目の選択操作として、図2の本体操作部320により複数の項目アイコンi01から所望の項目アイコンi01を選択することができる。
第1の主画面sc01の操作表示領域313には、さらに、幾何公差ボタンb01が表示されている。幾何公差ボタンb01は、幾何公差の選択操作を受け付けるように三次元座標測定装置1の状態を変更するためのボタンである。使用者Uは、本体表示部310に第1の主画面sc01が表示された状態で、幾何公差の選択操作を行いたい場合に、本体操作部320により幾何公差ボタンb01を操作することができる。
図18(b)に示すように、タッチパネルディスプレイ230の第1の副画面sc11には、図18(b)の太い点線の枠内に示されるように、複数の測定項目にそれぞれ対応する複数(本例では2個)の項目アイコンi11が表示される。本例の2個の項目アイコンi11は、第1の主画面sc01に表示される2個の項目アイコンi01と同様に、測定項目「距離」および「角度」にそれぞれ対応する。
また、第1の副画面sc11には、図18(b)の太い一点鎖線の枠内に示されるように、複数の幾何要素にそれぞれ対応する複数の(本例では7個)の要素アイコンi12が表示される。本例の7個の要素アイコンi12は、第1の主画面sc01に表示される7個の基本要素アイコンと同様に、幾何要素「平面」、「直線」、「円」、「点」、「円筒」、「円錐」および「球」にそれぞれ対応する。しかしながら、第1の副画面sc11には、第1の主画面sc01に表示される12個の特殊要素アイコンに対応する要素アイコンが表示されない。
使用者Uは、幾何要素の選択操作として、図8のタッチパネルディスプレイ230により複数の要素アイコンi12から所望の要素アイコンi12を選択することができる。また、使用者Uは、測定項目の選択操作として、図8のタッチパネルディスプレイ230により複数の項目アイコンi11から所望の項目アイコンi11を選択することができる。
第1の副画面sc11には、さらに、幾何公差ボタンb11が表示されている。第1の主画面sc01の例と同様に、使用者Uは、タッチパネルディスプレイ230に第1の副画面sc11が表示された状態で、幾何公差の選択操作を行いたい場合に、当該タッチパネルディスプレイ230上で幾何公差ボタンb11を操作することができる。
第1の主画面sc01および第1の副画面sc11に表示される複数の要素アイコンi02,i12のいずれかが選択されると、三次元座標測定装置1は、測定点の指示操作および測定対象部分の設定操作を受け付けるための待機状態となる。それにより、本体表示部310に表示される第1の主画面sc01が第2の主画面に切り替わるとともに、タッチパネルディスプレイ230に表示される第1の副画面sc11が第2の副画面に切り替わる。
図19は、測定点の指示操作時および測定対象部分の設定操作時に図2の本体表示部310および図8のタッチパネルディスプレイ230に表示される第2の主画面および第2の副画面の表示例を示す図である。本例では、測定対象部分を設定するための幾何要素として「平面」が選択されているものとする。
図19(a)では、第2の主画面sc02の全体の表示例とともに、第2の主画面sc02における操作表示領域313の拡大図が示される。第2の主画面sc02の操作表示領域313には、設定されるべき測定対象部分の名称を入力するための名称入力欄f01が表示される。第1の主画面sc01から第2の主画面sc02への切り替わり時点で、名称入力欄f01には、予め定められた方法に従って仮に決定された測定対象部分の名称が表示される。ここで、使用者Uは、名称入力欄f01に表示される名称を維持することもできるし、本体操作部320により所望の名称に変更することもできる。本例では、名称入力欄f01に「平面1」が入力されている。
また、第2の主画面sc02の操作表示領域313には、撮像ボタンb09が表示される。使用者Uは、撮像ボタンb09を操作することにより、プローブ200に設けられた図8のプローブカメラ208による撮像を行うことができる。この撮像により生成される画像データは、測定結果とともに図2の本体メモリ303に記憶される。
また、第2の主画面sc02の操作表示領域313には、測定点座標表示欄f02が表示される。測定点座標表示欄f02は、測定点の指示操作により取得される測定点の座標を順次表示するための表示欄である。本例では、測定対象物S上の特定の平面を測定対象部分として設定するために4つの測定点が指定されている。それにより、4つの測定点の座標が測定点座標表示欄f02に表示されている。
また、第2の主画面sc02の操作表示領域313には、指示された複数の測定点の座標とともに、それらの複数の測定点に基づいて得られる情報として、複数の測定点の座標から算出される平面度が表示される。
第2の主画面sc02の操作表示領域313には、さらに、戻るボタンb02、OKボタンb03およびキャンセルボタンb04が表示されている。戻るボタンb02は、測定対象部分の設定を行うことなく、幾何要素および測定項目の選択操作を受け付けるように三次元座標測定装置1の状態を戻すためのボタンである。OKボタンb03は、特定対象部分の設定を行うための全ての測定点の指定が完了したことを三次元座標測定装置1に指令するためのボタンである。OKボタンb03が操作されることにより、直前に選択された幾何要素と測定点の指示操作により取得された1または複数の測定点とに基づいて特定対象部分の設定が行われる。キャンセルボタンb04は、直前の測定点の指示操作により取得された測定点の情報を削除するためのボタンである。
図19(b)に示すように、タッチパネルディスプレイ230の第2の副画面sc12には、第2の主画面sc02に表示される撮像ボタンb09、戻るボタンb02、OKボタンb03およびキャンセルボタンb04にそれぞれ対応する撮像ボタンb19、戻るボタンb12、OKボタンb13およびキャンセルボタンb14が表示される。
なお、第2の副画面sc12には、測定対象部分の名称を入力するための名称入力欄f01は表示されない。そのため、プローブ200において測定対象部分の設定が行われる場合には、その設定ごとに、予め定められた方法に従って測定対象部分の名称が決定される。
また、第2の副画面sc12には、上記の各種ボタンに加えて、特定対象部分の設定を行うために、測定点の指示操作が開始されてから現在までに指示された測定点の点数が表示される。本例では、4番目の測定点が指示されたことが示される。さらに、第2の副画面sc12には、指示された複数の測定点の座標とともに、それらの複数の測定点に基づいて得られる情報として、複数の測定点の座標から算出される平面度が表示される。
第2の主画面sc02および第2の副画面sc12のいずれかにより特定対象部分が設定されると、本体表示部310に表示される第2の主画面sc02が第1の主画面sc01に切り替わるとともに、タッチパネルディスプレイ230に表示される第2の副画面sc12が第1の副画面sc11に切り替わる。
1または複数の特定対象部分が設定された後、図18の第1の主画面sc01および第1の副画面sc11に表示される複数の項目アイコンi01,i11のいずれかが選択されると、三次元座標測定装置1は測定対象部分の選択操作を受け付けるための待機状態となる。それにより、本体表示部310に表示される第1の主画面sc01が第3の主画面に切り替わるとともに、タッチパネルディスプレイ230に表示される第1の副画面sc11が第3の副画面に切り替わる。
図20は、測定対象部分の選択操作時に図2の本体表示部310および図8のタッチパネルディスプレイ230に表示される第3の主画面および第3の副画面の表示例を示す図である。本例では、測定項目として「距離」が選択されているものとする。また、本例では、測定対象部分として予め「平面1」および「平面2」が設定されているものとする。
図20(a)では、第3の主画面sc03の全体の表示例とともに、第3の主画面sc03における操作表示領域313の拡大図が示される。また、主測定画面sc03における結果表示領域312の一部拡大図が示される。
第3の主測定画面sc03の操作表示領域313には、プルダウンメニューm01,m02、設計値入力欄f03、上限値入力欄f04および下限値入力欄f05が表示される。
プルダウンメニューm01,m02は、測定項目として選択された「距離」を得るために必要な測定対象部分を選択するために使用者により操作される。本例では、距離を算出するための2つの測定対象部分として「平面1」および「平面2」が選択されている。
ここで、使用者Uは、「平面1」および「平面2」間の距離について、予め定められた設計値を設計値入力欄f03に入力することができる。さらに、使用者Uは、その設計値に対する公差(以下、設計公差と呼ぶ。)の上限値および下限値を上限値入力欄f04および下限値入力欄f05にそれぞれ入力することができる。これにより、設計公差が設定される。
第3の主画面sc03の操作表示領域313には、さらに、戻るボタンb05および保存ボタンb06が表示されている。戻るボタンb05は、幾何要素および測定項目の選択操作を受け付けるように三次元座標測定装置1の状態を戻すためのボタンである。保存ボタンb06は、測定対象部分が選択されることにより算出される測定項目の値(本例では距離)等を本体メモリ303に記憶させるためのボタンである。
上記のように、操作表示領域313上で測定対象部分が選択されることにより、第3の主画面sc03の結果表示領域312には、選択された測定項目および測定対象部分に基づいて算出された各種情報が測定結果として表示される。
図20(a)の第3の主画面sc03の結果表示領域312には、太い点線の枠内に示すように、プルダウンメニューm01,m02で選択された「平面1」および「平面2」間の距離に対応する測定対象物Sの測定値が表示される。また、図20(a)の太い実線の枠内に示すように、測定値が、操作表示領域313の設計値入力欄f03、上限値入力欄f04および下限値入力欄f05を用いて設定された設計公差の範囲内にあるか否かの判定結果が表示される。さらに、図20(a)の太い一点鎖線の枠内に示すように、測定された距離に関して装置座標系の3方向にそれぞれ対応する成分(長さ)が表示される。
また、結果表示領域312には、測定結果に関連する情報として、図20(a)の太い二点鎖線の枠内に示すように、選択された測定対象部分の「平面1」および「平面2」についての平面度が表示される。
図20(b)に示すように、タッチパネルディスプレイ230の第3の副画面sc13には、第3の主画面sc03に表示されるプルダウンメニューm01,m02、戻るボタンb05および保存ボタンb06にそれぞれ対応するプルダウンメニューm11,m12、戻るボタンb15および保存ボタンb16が表示される。
第3の副画面sc13においては、プルダウンメニューm11,m12による測定対象部分の選択が行われることにより、選択された測定対象部分から算出される測定対象物Sの測定値が表示される。
第3の主画面sc03および第3の副画面sc13のいずれかにより測定対象物Sの測定値が本体メモリ303に記憶されると、本体表示部310に表示される第3の主画面sc03が第1の主画面sc01に切り替わるとともに、タッチパネルディスプレイ230に表示される第3の主画面sc03が第1の副画面sc11に切り替わる。
図18の第1の主画面sc01および第1の副画面sc11に表示される幾何公差ボタンb01,b11のいずれかが操作されると、三次元座標測定装置1は、幾何公差の選択操作を受け付けるための待機状態となる。それにより、本体表示部310に表示される第1の主画面sc01が第4の主画面に切り替わるとともに、タッチパネルディスプレイ230に表示される第1の副画面sc11が第4の副画面に切り替わる。
図21は、幾何公差の選択操作時に図2の本体表示部310および図8のタッチパネルディスプレイ230に表示される第4の主画面および第4の副画面の表示例を示す図である。
図21(a)では、第4の主画面sc04の全体の表示例とともに、第4の主画面sc04における操作表示領域313の拡大図が示される。図21(a)に示すように、幾何公差の選択操作時には、第4の主画面sc04の操作表示領域313に、複数の幾何公差にそれぞれ対応する複数(本例では11個)の幾何公差アイコンi03が表示される。本例の11個の幾何公差アイコンi03は、幾何公差「平面度」、「真円度」、「真直度」、「円筒度」、「平行度」、「垂直度」、「傾斜度」、「位置度」、「同心度」、「同軸度」および「対称度」にそれぞれ対応する。使用者Uは、図2の本体操作部320を操作することにより、複数の幾何公差アイコンi03から所望の幾何公差アイコンi03を選択することができる。
第4の主画面sc04の操作表示領域313には、さらに、戻るボタンb07が表示されている。戻るボタンb07は、幾何要素および測定項目の選択操作を受け付けるように三次元座標測定装置1の状態を戻すためのボタンである。
図21(b)に示すように、タッチパネルディスプレイ230の第4の副画面sc14には、複数の幾何公差にそれぞれ対応する複数(本例では4個)の幾何公差アイコンi13が表示されるとともに、戻るボタンb17が表示される。本例の4個の幾何公差アイコンi13は、第4の主画面sc04に表示される11個の幾何公差アイコンi03のうち4個の幾何公差アイコンi03にそれぞれ対応する。また、本例の戻るボタンb17は、第4の主画面sc04に表示される戻るボタンb07に対応する。
使用者Uは、図8のタッチパネルディスプレイ230を操作することにより、複数の幾何公差アイコンi13から所望の幾何公差アイコンi13を選択することができる。
使用者Uは、幾何公差を選択すると、選択した幾何公差に対応する幾何要素の測定対象部分を設定する必要がある。したがって、第4の主画面sc04および第4の副画面sc14に表示される複数の幾何公差アイコンi03,i13のいずれかが選択されると、三次元座標測定装置1は測定対象部分の選択操作を受け付けるための待機状態となる。
それにより、本体表示部310に表示される画面が第1の主画面sc01から第2の主画面sc02に切り替わるとともに、タッチパネルディスプレイ230に表示される画面が第1の副画面sc11から第2の副画面sc12に切り替わる。この場合、選択された幾何公差に対応する測定対象部分が設定されることにより、設定された測定対象部分についての幾何公差が算出される。算出された幾何公差が、第2の主画面sc02および第2の副画面sc12にそれぞれ表示される。
例えば、幾何公差として「平面度」が選択されると、測定対象物Sにおける平面部分が測定対象部分として設定されることにより、設定された測定対象部分についての平面度が算出される。
上記のように、第1の主画面sc01によれば、使用者Uは、三次元座標測定装置1において予め定められた全ての測定項目および幾何要素から所望の測定項目および幾何要素を選択することが可能である。一方、第1の副画面sc11によれば、使用者Uは、処理装置300および本体表示部310から離間した位置で予め定められた複数の測定項目および幾何要素のうち一部の測定項目および幾何要素から所望の測定項目および幾何要素を選択することが可能である。
また、第2の主画面sc02によれば、使用者Uは、自己が指定する測定点について詳細な情報を確認しつつ測定点の指示操作を行うことができる。一方、第2の副画面sc12によれば、使用者Uは、処理装置300および本体表示部310から離間した位置でプローブ200を用いた測定点の指示操作を行うことができる。ここで、第2の副画面sc12には、使用者Uにより指示される1または複数の測定点について算出可能な物理量が代表情報として表示されることが好ましい。上記の例では、複数の測定点により算出される平面度が代表情報として表示される。この場合、使用者Uは、第2の副画面sc12に表示される代表情報に基づいて、測定点の指示操作に大きな誤りがないか否かを容易に確認することができる。
また、第3の主画面sc03によれば、使用者Uは、測定対象物Sの測定に関して、測定結果とともに当該測定により算出される多数の情報を把握することができる。一方、第3の副画面sc13によれば、使用者Uは、処理装置300から離間した位置で測定結果を把握することができる。したがって、使用者Uは、測定対象物Sの測定に関して優先的に把握したい情報に応じて測定中に視認すべき表示部(本体表示部310およびタッチパネルディスプレイ230)を使い分けることができる。
また、第4の主画面sc04によれば、使用者Uは、三次元座標測定装置1において予め定められた全ての幾何公差から所望の幾何公差を選択することが可能である。一方、第4の副画面sc14によれば、使用者Uは、処理装置300および本体表示部310から離間した位置で予め定められた複数の幾何公差のうち一部の幾何公差から所望の幾何公差を選択することが可能である。
これらの点を考慮して、使用者Uは、例えば処理装置300から大きく離間した位置に設けられた測定対象物Sの各部の寸法を測定する際に、以下に示すように三次元座標測定装置1を使用することができる。
例えば、使用者Uは、測定対象物Sの近傍位置で、タッチパネルディスプレイ230に表示される第1の副画面sc11上の所望の要素アイコンi02を操作する。また、使用者Uは、第2の副画面sc12を視認しつつ1または複数の測定点の指示を行う。それにより、測定対象物Sの各部の寸法測定に有用と考えられる複数の測定対象部分を設定する。
その後、使用者Uは、測定対象物Sの近傍位置から処理装置300の設置位置まで移動する。その上で、使用者Uは、本体表示部310に表示される第1の主画面sc01上の所望の項目アイコンi01を操作する。また、使用者Uは、第2の主画面sc02を視認しつつ測定対象部分の選択操作および設計公差の設定を行う。それにより、使用者Uは、プローブ200を手放した状態で、設定済みの複数の測定対象部分に基づいて、測定対象物Sの各部の寸法を順次測定することができる。
上記の使用方法によれば、使用者Uは、幾何要素の選択時に所望の幾何要素に対応する要素アイコンi12がタッチパネルディスプレイ230に表示されない場合にのみ、測定対象物Sと処理装置300との間の移動を行うことになる。したがって、使用者Uは、特殊要素アイコンに対応する比較的複雑な寸法測定を行う場合にのみ、本体表示部310に表示される第1の主画面sc01および第2の主画面sc02を視認しつつ本体操作部320を操作すればよい。
[7]測定対象部分設定処理および測定値算出処理
図22は、図2の本体制御回路302による測定対象部分設定処理の流れを示すフローチャートである。図21の測定対象部分設定処理は、図2の本体制御回路302のCPUが本体メモリ303に記憶された測定対象部分設定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、測定対象部分設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。
まず、本体制御回路302は、使用者Uによる図2の本体操作部320または図8のタッチパネルディスプレイ230の操作の有無に基づいて、幾何要素の選択が行われたか否かを判定する(ステップS11)。
幾何要素の選択が行われた場合、本体制御回路302は、測定点座標算出処理を行う(ステップS12)。測定点座標算出処理の詳細は後述する。この処理により、本体制御回路302は、使用者によるプローブ200の操作に基づいて、選択された幾何要素を特定するための測定点の座標を算出する。
また、本体制御回路302は、ステップS12の測定点座標算出処理により算出される測定点の座標を本体メモリ303に記憶させる(ステップS13)。
次に、本体制御回路302は、測定対象部分の設定を完了すべき指令を受けたか否かを判定する(ステップS14)。この判定は、例えば使用者Uによる本体操作部320またはタッチパネルディスプレイ230の操作の有無に基づいて行われる。上記の例では、図19のOKボタンb03,b13のいずれかが操作された場合に、測定対象部分の設定を完了すべき指令を受けたことが判定される。
測定対象部分の設定を完了すべき指令を受けない場合、本体制御回路302は、上記のステップS12の処理に戻る。一方、測定対象部分の設定を完了すべき指令を受けると、本体制御回路302は、選択された幾何要素および1または複数の測定点の座標から測定対象部分を特定し、当該測定対象部分の要素特定情報を生成する(ステップS15)。生成された要素特定情報は本体メモリ303に記憶される。その後、測定対象部分設定処理が終了する。
上記のステップS11において幾何要素の選択が行われない場合、本体制御回路302は、内蔵のタイマによる計測時間に基づいて、当該測定対象部分設定処理が開始された後予め定められた時間が経過したか否かを判定する(ステップS16)。
予め定められた時間が経過していない場合、本体制御回路302は、ステップS11の処理に戻る。一方、予め定められた時間が経過した場合、本体制御回路302は、ステップS12の処理と同様に、後述する測定点座標算出処理を行う(ステップS17)。その後、本体制御回路302は、測定対象部分設定処理を終了する。
なお、ステップS17の処理は、例えば後述する追跡処理においてプローブ200が可動カメラ120または俯瞰カメラ180の撮像視野内にあるか否かを判定するために行われる。
図23は、測定点座標算出処理の流れを示すフローチャートである。まず、本体制御回路302は、プローブ200のプローブ制御部201に対して複数のマーカeq(図9)の発光を指令するとともに、撮像ヘッド100のヘッド制御回路150に対して参照部材190の複数のマーカep(図6(b))の発光を指令する(ステップS101)。
次に、本体制御回路302は、ヘッド制御回路150により基準カメラ110を用いて参照部材190の複数のマーカepを撮像させることにより基準画像データを生成する(ステップS102)。また、本体制御回路302は、生成された基準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装置座標系により示す第1の位置姿勢情報を生成する(ステップS103)。
次に、本体制御回路302は、可動カメラ120を用いてプローブ200の複数のマーカeqを撮像することにより測定画像データを生成する(ステップS104)。また、本体制御回路302は、生成された測定画像データに基づいて、プローブ200の位置および姿勢を可動座標系により示す第2の位置姿勢情報を生成する(ステップS105)。
その後、本体制御回路302は、第1および第2の位置姿勢情報に基づいて、プローブ200の位置および姿勢を装置座標系で表す第3の位置姿勢情報を生成する(ステップS106)。また、本体制御回路302は、生成された第3の位置姿勢情報に基づいてプローブ200により指示された測定点の座標を算出する。
なお、上記のステップS102,S103の処理とステップS104,S105の処理とは、逆の順に行われてもよい。
図24は、図2の本体制御回路302による測定値算出処理の流れを示すフローチャートである。図21の測定値算出処理は、図2の本体制御回路302のCPUが本体メモリ303に記憶された測定値算出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。
まず、本体制御回路302は、使用者Uによる図2の本体操作部320または図8のタッチパネルディスプレイ230の操作の有無に基づいて、測定項目の選択が行われたか否かを判定する(ステップS21)。
測定項目の選択が行われない場合、本体制御回路302は、ステップS21の処理を繰り返す。一方、測定項目の選択が行われた場合、本体制御回路302は、現時点で設定済みの測定対象部分が本体メモリ303に記憶されているか否かを判定する(ステップS22)。
本体制御回路302は、設定済みの測定対象部分が本体メモリ303に存在しない場合に、ステップS21の処理に戻る。一方、本体制御回路302は、設定済みの測定対象部分が本体メモリ303に存在する場合に、使用者Uにより設定済みのいずれかの測定対象部分が選択されたか否かを判定する(ステップS23)。
本体制御回路302は、測定対象部分が選択されない場合、ステップS23の処理を繰り返す。一方、本体制御回路302は、測定対象部分が選択された場合、選択された測定項目と選択された測定対象部分の要素特定情報とに基づいて測定値の算出を行い(ステップS24)、測定値算出処理を終了する。
上記の測定対象部分設定処理および測定値算出処理によれば、使用者U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Sにおける所望の部分の寸法等を容易に測定することができる。
[8]追跡処理
図25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25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。
まず、本体制御回路302は、プローブ200が可動カメラ120の撮像視野内にあるか否かを判定する(ステップS31)。この判定は、測定対象部分設定処理におけるステップS12,S17の処理中に生成される測定画像データに、複数のマーカeqに対応する画像データが含まれているか否かを判定することにより行われる。
プローブ200が可動カメラ120の撮像視野内にある場合、本体制御回路302は、後述するステップS38の処理に進む。一方、プローブ200が可動カメラ120の撮像視野内にない場合、本体制御回路302は、プローブ200が俯瞰カメラ180の撮像視野内にあるか否かを判定する(ステップS32)。この判定は、上記の測定対象部分設定処理におけるステップS12,S17の処理中に生成される俯瞰画像データに、複数のマーカeqに対応する画像データが含まれているか否かを判定することにより行われる。
プローブ200が俯瞰カメラ180の撮像視野内にある場合、本体制御回路302は、後述するステップS37の処理に進む。一方、プローブ200が可動カメラ120の撮像視野内にない場合、本体制御回路302は、プローブ200から転送される動きデータに基づいてプローブ200の座標推定を行うことが可能か否かを判定する(ステップS33)。この判定は、例えば動きデータが異常な値を示しているか否かまたは動きデータの示す値が0であるか否か等に基づいて行われる。動きデータが異常な値を示す場合、または動きデータが0である場合、プローブ200の座標推定は不可能である。
プローブ200の座標推定が可能である場合、本体制御回路302は、動きデータに基づいてプローブ200の位置を推定する。また、本体制御回路302は、プローブ200が可動カメラ120の撮像視野内に位置するように、可動カメラ120の位置および姿勢の調整を指令する(ステップS34)。その後、本体制御回路302は、ステップS31の処理に戻る。
ここで、使用者Uは、図2の本体操作部320または図8のタッチパネルディスプレイ230を操作することにより、本体制御回路302にプローブ200の探索を指令することができる。
そこで、ステップS33において、プローブ200の座標推定が不可能である場合、本体制御回路302は、プローブ200の探索指令を受けたか否かを判定する(ステップS35)。プローブ200の探索指令を受けない場合、本体制御回路302は、ステップS31の処理に戻る。一方、プローブ200の探索指令を受けた場合、本体制御回路302は、撮像ヘッド100の支持部材30を回転するように、ヘッド制御回路150に指令する。このようにして、本体制御回路302は、俯瞰カメラ180によるプローブ200の探索を行う(ステップS36)。
その後、本体制御回路302は、プローブ200が俯瞰カメラ180の撮像視野内に位置することになると、俯瞰画像データに基づいてプローブ200の位置を算出する。また、本体制御回路302は、プローブ200が可動カメラ120の撮像視野内に位置するように可動カメラ120の位置および姿勢の調整をヘッド制御回路150に指令する(ステップS37)。
次に、本体制御回路302は、プローブ200が可動カメラ120の撮像視野内に位置することになると、プローブ200の複数のマーカeqの重心が可動カメラ120の撮像視野の中心に位置するように可動カメラ120の位置および姿勢の調整をヘッド制御回路150に指令する(ステップS38)。その後、本体制御回路302は、追跡処理を終了する。
上記の追跡処理によれば、プローブ200が移動する場合でも、可動カメラ120の撮像視野がプローブ200の複数のマーカeqに追従する。それにより、使用者Uは、可動カメラ120の撮像視野を手動で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象物Sの所望の測定点の座標を測定することが可能になる。
[9]プローブカメラ208の使用例
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。
プローブ200の複数のマーカeqとプローブカメラ208との位置関係、およびプローブカメラ208の特性(画角およびディストーション等)は、例えば図2の本体メモリ303に撮像情報として予め記憶される。そのため、複数のマーカeqが可動カメラ120の撮像視野内にある場合、プローブカメラ208により撮像される領域が図2の本体制御回路302により認識される。すなわち、撮像画像に対応する3次元空間が本体制御回路302により認識される。この場合、本体表示部310に撮像画像を表示させつつ、測定対象物Sの測定時に設定された幾何要素および測定項目を重畳表示させることができる。
なお、撮像画像は、プローブ200のタッチパネルディスプレイ230に表示されてもよい。例えば、ある測定対象物Sについて、測定すべき部分をプローブカメラ208で予め撮像することにより得られた撮像画像をタッチパネルディスプレイ230に表示させる。この場合、使用者Uは、当該撮像画像を視認しつつプローブ200を操作することにより、他の測定対象物Sについてもその測定すべき部分を容易に識別することが可能になる。
[10]画面表示に関する機能的な構成
図26は、三次元座標測定装置1の主として画面表示に関する機能的な構成を示すブロック図である。図26に示すように、本体制御回路302は、本体表示部310およびプローブ表示部231に表示される画面を制御するための機能的な構成として、主設定画面生成部351、主幾何公差画面生成部352、主測定画面生成部353、座標算出部354、主受付部355、測定部356および同期表示制御部357を含む。本体制御回路302のCPUが、例えば本体メモリ303に記憶された画面表示に関するプログラムを実行することにより、上記の各機能部の構成が実現される。なお、上記の構成の一部または全てが電子回路等のハードウェアにより実現されてもよい。
主設定画面生成部351は、第1の主画面生成用データに基づいて予め定められた複数の測定項目および予め定められた複数の幾何要素を含む第1の主画面sc01(図18(a))の画面データを生成し、本体表示部310に第1の主画面sc01を表示させる。また、主設定画面生成部351は、第2の主画面生成用データに基づいて第2の主画面sc02(図19(a))の画面データを生成し、本体表示部310に第2の主画面sc02を表示させる。
主幾何公差画面生成部352は、第4の主画面生成用データに基づいて予め定められた複数の幾何公差を含む第4の主画面sc04(図21(a))の画面データを生成し、本体表示部310に第4の主画面sc04を表示させる。
座標算出部354は、使用者によるプローブ200の操作に基づいて指示された測定対象物S上の測定点の座標を算出する。この処理は、図22のステップS12,S17の測定点座標算出処理に相当する。
主受付部355は、使用者による本体操作部320の操作に基づいて第1の主画面sc01において選択された幾何要素および測定項目を受け付けるとともに、第2の主画面sc02において選択された測定対象部分を受け付ける。主受付部355は、受け付けた幾何要素、測定項目および測定対象部分を本体メモリ303に記憶させることにより、幾何要素、測定項目および測定対象部分の設定を行う。
さらに、主受付部355は、使用者による本体操作部320の操作に基づいて第4の主画面sc04において選択された幾何公差を受け付ける。主受付部355は、受け付けた幾何公差を本体メモリ303に記憶させることにより、幾何公差の設定を行う。
測定部356は、幾何要素および測定項目の選択があった場合に、本体メモリ303またはプローブ200のプローブメモリ205に設定された幾何要素および測定項目と座標算出部354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、選択された測定項目の値を算出する。より具体的には、測定部356は、選択された幾何要素と測定点の座標とに基づいて1または複数の測定対象部分の設定を行う。その後、測定部356は、選択された測定項目と選択された設定済みの測定対象部分とに基づいて、選択された測定項目の値を算出する。この処理は、上記の測定値算出処理に相当する。また、測定部356は、幾何公差が選択された場合には、その幾何公差の選択後に座標算出部354により算出された1または複数の測定点の座標に基づいて当該幾何公差を算出する。
ここで、測定部356は、幾何要素の選択時および測定項目の選択時に予め定められた情報を算出してもよい。例えば、測定部356は、測定項目として「距離」が選択された場合に、測定された距離に関して装置座標系の3方向にそれぞれ対応する成分(長さ)をさらに算出してもよい。また、測定部356は、幾何要素として「平面」が選択された場合に、複数の測定点により特定される測定対象物S上の平面について平面度を算出するとともに、当該平面の法線ベクトル等を算出してもよい。
主測定画面生成部353は、第3の主画面生成用データに基づいて、測定部356によって算出された測定対象物Sについての測定結果を含む第3の主画面sc03(図20(a))の画面データを生成し、本体表示部310に第3の主画面sc03を表示させる。同期表示制御部357の機能については後述する。
プローブ制御部201は、本体表示部310およびプローブ表示部231に表示される画面を制御するための機能的な構成として、副設定画面生成部251、副幾何公差画面生成部252、副測定画面生成部253および副受付部254を含む。プローブ制御部201のCPUが、例えばプローブメモリ205に記憶された画面表示に関するプログラムを実行することにより、上記の各機能部の構成が実現される。なお、上記の構成の一部または全てが電子回路等のハードウェアにより実現されてもよい。
副設定画面生成部251は、第1の副画面生成用データに基づいて第1の主画面sc01に表示される複数の測定項目および複数の幾何要素のうち一部を含む第1の副画面sc11(図18(b))の画面データを生成する。また、副設定画面生成部251は、生成した画面データに基づいてプローブ表示部231に第1の副画面sc11を表示させる。また、副設定画面生成部251は、第2の副画面生成用データに基づいて第2の副画面sc12(図19(b))の画面データを生成し、本体表示部310に第2の副画面sc12を表示させる。
副幾何公差画面生成部252は、第4の主画面sc04に表示される複数の幾何公差のうち一部を含む第4の副画面sc14(図21(b))の画面データを生成する。また、副幾何公差画面生成部252は、生成した画面データに基づいてプローブ表示部231に第4の副画面sc14を表示させる。
副測定画面生成部253は、第3の主画面sc03に表示される1または複数の測定結果のうち少なくとも一部を含む第3の副画面sc13(図20(b))の画面データを生成する。また、副測定画面生成部253は、生成した画面データに基づいてプローブ表示部231に第3の副画面sc13を表示させる。
副受付部254は、使用者によるタッチパネル232の操作に基づいて第1の副画面sc11において選択された幾何要素および測定項目を受け付けるとともに、第2の副画面sc12において選択された測定対象部分を受け付ける。副受付部254は、受け付けた幾何要素、測定項目および測定対象部分をプローブメモリ205に記憶させることにより、幾何要素、測定項目および測定対象部分の設定を行う。
さらに、副受付部254は、使用者によるタッチパネル232の操作に基づいて第4の副画面sc14において選択された幾何公差を受け付ける。副受付部254は、受け付けた幾何公差をプローブメモリ205に記憶させることにより、幾何公差の設定を行う。
ここで、主受付部355は、副受付部254において幾何要素、測定項目および測定対象部分が受け付けられた場合に、副受付部254において受け付けられた幾何要素、測定項目および測定対象部分を受け付ける。また、副受付部254は、主受付部355において副受付部254により受付可能な幾何要素、測定項目および測定対象部分が受け付けられた場合に、主受付部355において受け付けられた幾何要素、測定項目および測定対象部分を受け付ける。これにより、主受付部355と副受付部254との間で、受け付けられる設定に相違が生じることが低減される。
上記の同期表示制御部357は、本体表示部310に第1の主画面sc01が表示されるとともにプローブ表示部231に第1の副画面sc11が表示されるように、主設定画面生成部351および副設定画面生成部251間で同期制御を行う(図18(a),(b)参照)。
また、同期表示制御部357は、本体表示部310に第2の主画面sc02が表示されるとともにプローブ表示部231に第2の副画面sc12が表示されるように、主設定画面生成部351および副設定画面生成部251間で同期制御を行う(図19(a),(b)参照)。
また、同期表示制御部357は、本体表示部310に第3の主画面sc03が表示されるとともにプローブ表示部231に第3の副画面sc13が表示されるように、主測定画面生成部353および副測定画面生成部253間で同期制御を行う(図20(a),(b)参照)。
さらに、同期表示制御部357は、本体表示部310に第4の主画面sc04が表示されるとともにプローブ表示部231に第4の副画面sc14が表示されるように、主幾何公差画面生成部352および副幾何公差画面生成部252間で同期制御を行う(図21(a),(b)参照)。
この場合、使用者Uは、本体表示部310に表示される画面およびタッチパネルディスプレイ230に表示される画面のうち一方を視認することにより、測定条件の設定作業および測定作業にそれぞれ応じた情報を適切に把握することができる。
[11]効果
上記の三次元座標測定装置1においては、本体表示部310に第1の主画面sc01が表示される。第1の主画面sc01は、予め定められた複数の測定項目および予め定められた複数の幾何要素をそれぞれ表すアイコン(項目アイコンi01および要素アイコンi02)を含む。第1の主画面sc01において選択されたアイコンに対応する幾何要素および測定項目が主受付部355により受け付けられる。
また、タッチパネルディスプレイ230に第1の副画面sc11が表示される。第1の副画面sc11は、第1の主画面sc01に含まれる複数の測定項目および複数の幾何要素のうち一部をそれぞれ表すアイコン(項目アイコンi11および要素アイコンi12)を含む。第1の副画面sc11において選択されたアイコンに対応する幾何要素および測定項目が副受付部254により受け付けられる。
主受付部355および副受付部254のうち少なくとも一方において受け付けられた幾何要素および測定項目と、プローブ200により指示されて算出される1または複数の測定点の座標とに基づいて、選択された幾何要素に関する選択された測定項目の値が算出される。
上記の構成によれば、使用者は第1の主画面sc01において予め定められた複数の幾何要素および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ができる。
一方、使用者は第1の副画面sc11において予め定められた複数の幾何要素および測定項目のうちの一部から所望の幾何要素および測定項目を選択することができる。ここで、タッチパネルディスプレイ230は、プローブ200に設けられ、使用者Uにより携行可能に構成されている。それにより、使用者Uは、第1の副画面sc11に表示される幾何要素および測定項目を選択する場合には、プローブ200による測定点の指定作業と幾何要素および測定項目の選択作業とを異なる位置で行う必要がない。したがって、測定に関する設定作業を容易かつ短時間で行うことが可能になる。
このように、使用者Uは、設定対象となる測定項目および幾何要素に応じて、測定対象物Sの測定の設定に用いる画面を第1の主画面sc01と第1の副画面sc11との間で使い分けることができる。したがって、測定条件の設定に関して高い利便性を有する三次元座標測定装置1が実現される。
[12]他の実施の形態
(1)上記実施の形態に係る三次元座標測定装置1においては、図18の例で、第1の主画面sc01に表示される項目アイコンi01の数と第1の副画面sc11に表示される項目アイコンi11の数とが一致している。上記の例に限らず、第1の副画面sc11に表示される項目アイコンi11の数は、第1の主画面sc01に表示される項目アイコンi01の数よりも少なくてもよい。この場合、第1の副画面sc11に表示される要素アイコンi12の数は、図18の例と同様に、第1の主画面sc01に表示される要素アイコンi02の数よりも少なくてもよいし、第1の主画面sc01に表示される要素アイコンi02の数に一致していてもよい。それにより、第1の副画面sc11に表示される項目アイコンi11および要素アイコンi12の数の合計は、第1の主画面sc01に表示される予め定められた複数の項目アイコンi01および複数の要素アイコンi02の合計よりも少なくなる。したがって、多数のアイコンを表示するためにタッチパネルディスプレイ230を大型化させることなく、プローブ200における最小限の設定作業が可能になる。
(2)上記実施の形態に係るプローブ200においては、タッチパネルディスプレイ230がプローブケーシング210に一体的に設けられているが、本発明はこれに限定されない。プローブ200において、タッチパネルディスプレイ230は、プローブケーシング210から着脱可能に構成されてもよい。この場合、タッチパネルディスプレイ230には、プローブ200の無線通信回路206との間で画面データ等の信号の授受を行うための通信装置が設けられる。このような構成によれば、使用者Uによるプローブ200の操作およびタッチパネルディスプレイ230の操作の自由度が向上する。
(3)上記実施の形態では、プローブ200において第1~第4の副画面sc11~sc14上で各種操作を行うために、タッチパネル232が用いられるが、本発明はこれに限定されない。プローブ200には、タッチパネル232に代えて、プローブ表示部231上に表示される画面上で各種操作を行うための他のポインティングデバイス(トラックボールまたはジョイスティック等)が設けられてもよい。
(4)上記実施の形態では、プローブ200の位置および姿勢を算出するために、プローブ200の複数のマーカeqが可動カメラ120により撮像されるとともに、参照部材190の複数のマーカepが基準カメラ110により撮像されるが、本発明はこれに限定されない。
比較的大きい画角を有する1つのカメラを基準スタンド10上に設けるとともに、当該1つのカメラによりプローブ200の複数のマーカeqを撮像し、その撮像により得られる画像データに基づいてプローブ200の位置および姿勢が算出されてもよい。
[13]請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応関係
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。
上記実施の形態においては、プローブ200の複数のマーカeqが複数の測定マーカの例であり、可動カメラ120が撮像部の例であり、本体表示部310に表示される第1の主画面sc01が主設定画面の例であり、タッチパネルディスプレイ230に表示される第1の副画面sc11が副設定画面の例であり、タッチパネルディスプレイ230のプローブ表示部231が表示部の例であり、タッチパネルディスプレイ230のタッチパネル232が操作部の例である。
また、副設定画面sc11に表示される複数の要素アイコンi12が1または複数の幾何画像の例であり、副設定画面sc11に表示される複数の項目アイコンi11が1または複数の項目画像の例であり、本体表示部310に表示される図20(a)の第3の主画面sc03が主測定結果画面の例であり、タッチパネルディスプレイ230に表示される図20(b)の第3の副画面sc13が副測定結果画面の例である。
また、本体表示部310に表示される第4の主画面sc04が主幾何公差画面の例であり、タッチパネルディスプレイ230に表示される第4の副画面sc14が副幾何公差画面の例であり、三次元座標測定装置1のうち本体表示部310および本体操作部320を除く構成が三次元座標測定装置の例であり、本体表示部310が表示機能を有する外部機器の例である。
請求項の各構成要素として、請求項に記載されている構成または機能を有する他の種々の要素を用いることもできる。
[14]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1または複数の測定点を指示するためのプローブと、プローブの複数の測定マーカを撮像する撮像部と、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マーカ画像データに基づいてプローブにより指示された1または複数の測定点の座標を算出する座標算出部と、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を主設定情報群として含む主設定画面を示す主設定画面データを生成する主設定画面生成部と、主設定画面データに基づいて表示された主設定画面において選択された幾何要素および測定項目を受け付ける主受付部と、主設定情報群の一部を副設定情報群として含む副設定画面を示す副設定画面データを生成する副設定画面生成部と、生成された副設定画面データに基づいて副設定画面を表示する表示部と、表示部に表示された副設定画面から幾何要素および測定項目を選択するために使用者により操作される操作部と、表示部に表示された副設定画面において操作部により選択された幾何要素および測定項目を受け付ける副受付部と、主受付部および副受付部のうち少なくとも一方において受け付けられた幾何要素および測定項目と座標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備え、プローブ、表示部および操作部は、使用者により携行可能に構成される。
その三次元座標測定装置においては、測定対象物上の1または複数の測定点がプローブにより指示され、プローブの有する複数の測定マーカが撮像部により撮像される。撮像により得られるマーカ画像データに基づいてプローブにより指示された1または複数の測定点の座標が算出される。
主設定情報群を含む主設定画面を示す主設定画面データが生成される。主設定画面データに基づいて表示された主設定画面において選択された幾何要素および測定項目が主受付部により受け付けられる。
副設定情報群を含む副設定画面を示す副設定画面データが生成される。副設定画面データに基づいて副設定画面が表示部に表示される。使用者による操作部の操作に基づいて、表示された副設定画面から幾何要素および測定項目が選択される。選択された幾何要素および測定項目が副受付部により受け付けられる。
主受付部および副受付部のうち少なくとも一方において受け付けられた幾何要素および測定項目と、算出された1または複数の測定点の座標とに基づいて、選択された幾何要素に関する選択された測定項目の値が算出される。
上記の構成によれば、使用者は主設定画面において予め定められた複数の幾何要素および測定項目を含む主設定情報群から所望の幾何要素および測定項目を選択することができる。
一方、使用者は副設定画面において主設定情報群の一部を含む副設定情報群から所望の幾何要素および測定項目を選択することができる。ここで、プローブ、表示部および操作部は、使用者により携行可能に構成されている。それにより、使用者は、幾何要素および測定項目について副設定情報群から選択を行う場合には、プローブによる測定点の指示作業と幾何要素および測定項目の選択作業とを異なる位置で行う必要がない。したがって、測定に関する設定作業を容易かつ短時間で行うことが可能になる。
このように、使用者は、設定対象となる測定項目および幾何要素に応じて、設定に用いる画面を主設定画面と副設定画面との間で使い分けることができる。したがって、測定条件の設定に関して高い利便性を有する三次元座標測定装置が実現される。
(2)表示部および操作部は、プローブに設けられてもよい。
この場合、表示部、操作部およびプローブが互いに分離して用いられることによる各部材の紛失が防止される。
(3)表示部および操作部は、タッチパネルディスプレイにより構成されてもよい。
この場合、使用者は、タッチパネルディスプレイを操作することにより、幾何要素および測定項目を容易に選択することができる。
(4)副設定画面は、副設定情報群の1または複数の幾何要素をそれぞれ示す1または複数の幾何画像を含み、副設定情報群の1または複数の測定項目をそれぞれ示す1または複数の項目画像を含み、操作部は、副設定画面における1または複数の幾何画像および1または複数の項目画像を選択することにより、幾何要素および測定項目の選択が可能に構成されてもよい。
この場合、使用者は、操作部を操作することにより、副設定画面において直感的に幾何要素および測定項目の選択を行うことができる。
(5)主受付部は、副受付部における副設定情報群の幾何要素および測定項目の受け付けに同期して副設定画面において選択された幾何要素および測定項目を受け付け、副受付部は、主受付部における副設定情報群の幾何要素および測定項目の受け付けに同期して主設定画面において選択された幾何要素および測定項目を受け付けてもよい。
この場合、主受付部および副受付部のうち一方の受付部で副設定情報群の幾何要素および測定項目が選択された場合には、他方の受付部においても同じ幾何要素および測定項目が受け付けられる。したがって、副設定情報群の幾何要素および測定項目の選択に関して、主受付部および副受付部間で受け付けられる設定に相違が生じることが防止される。
(6)三次元座標測定装置は、表示機能を有する外部機器に接続され、測定部による選択された測定項目の値の算出時に、算出された測定項目の値を含む主測定結果画面を示す主測定画面データを生成する主測定画面生成部と、測定部による選択された測定項目の値の算出時に、算出された測定項目の値を含む副測定結果画面を示す副測定画面データを生成する副測定画面生成部と、主設定画面データに基づく主設定画面を外部機器に表示させるとともに副設定画面データに基づく副設定画面を表示部に表示させ、主測定画面データに基づく主測定結果画面を外部機器に表示させるとともに副測定画面データに基づく副測定結果画面を表示部に表示させる同期表示制御部とをさらに備えてもよい。
この場合、主設定画面および副設定画面の外部機器および表示部への表示が同期され、主測定結果画面および副測定結果画面の外部機器および表示部への表示が同期される。したがって、使用者は、外部機器および表示部のうちいずれか一方に表示される画面を視認することにより、測定条件の設定作業および測定作業にそれぞれ応じた情報を適切に把握することができる。
(7)三次元座標測定装置は、予め定められた複数の幾何公差を含む主幾何公差画面を示す主幾何公差画面データを生成する主幾何公差画面生成部と、複数の幾何公差の一部を含む副幾何公差画面を示す副幾何公差画面データを生成する副幾何公差画面生成部とをさらに備え、主受付部は、主幾何公差画面データに基づいて表示された主幾何公差画面において選択された幾何公差を受け付け可能に構成され、副受付部は、副幾何公差画面データに基づいて表示された副幾何公差画面において選択された幾何公差を受け付け可能に構成され、測定部は、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幾何公差の値を算出可能に構成され、同期表示制御部は、主幾何公差画面データに基づく主幾何公差画面を外部機器に表示させるとともに副幾何公差画面データに基づく副幾何公差画面を表示部に表示させてもよい。
この場合、使用者は、予め定められた複数の幾何公差から、主幾何公差画面において算出されるべき所望の幾何公差を選択することができる。また、使用者は、予め定められた複数の幾何公差のうち一部から、副幾何公差画面において算出されるべき所望の幾何公差を選択することができる。
主幾何公差画面および副幾何公差画面の外部機器および表示部への表示が同期される。したがって、使用者は、外部機器および表示部のうちいずれか一方に表示される画面を視認することにより、幾何公差の設定作業に必要な情報を適切に把握することができる。