JPH08510835A - 幾何学的配列の測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 永久的取付けの光源、投影された光点、照射された反射器、或いは取り付けられた光源又は反射器を有するプローブ用具と組み合わせた、光電式センサーに基礎をおいた１台又は複数台のカメラにより、多数の点、或いは平面、線、穴、円柱又は球のような幾何学的な対象物、或いはロボットのアームその他の工業生産装置のようなこれらの組み合わせられた対象物の相対的な位置及び／又は方向を判定するための方法並びに装置である。多数のカメラ位置においてカメラセンサー（４）上の光点の投影を測定するようにカメラ（１）が配列され、測定は、各光源又は光の反射（１８、１４、１５、１６）が２箇所以上のカメラ位置（１、８）から観察され、かつ観測値がカメラに固定された座標システムに関する像の座標として記録されることにより行われる。光源（１４、１５、１６）又は測定用具の反射点の観察像に基づき、測定用具の接触点に対応した像の座標がカメラに固定された座標システムにおいて計算される。測定点の中に、正確な長さの尺度の決定のために使用される既知の相互分離距離にある最少２個の点がある。任意の座標システムに関する個々の点の位置は最小自乗法により計算され、この場合、計算方法にはカメラレンズの歪み誤差を補償するためのカメラの光学的特性の数学的モデル化も含まれ、更に幾何学的な対象物の数学的記述は対象物上の多数の点の解析による。

Description

【発明の詳細な説明】 幾何学的配列の測定方法及び装置 本発明は、固定取付けの光源、投影された光点、照射された反射器、或いは取 り付けられた光源又は反射器を有するプローブ用具と組み合わせた、光電式セン サーに基礎をおいた１台又は複数台のカメラにより、多数の点、或いは平面、線 、穴、円柱又は球のような幾何学的な対象物、或いはロボットのアームその他の 工業生産装置のようなこれらの組み合わせられた対象物の相対的な位置及び／又 は方向を判定するための方法及び装置に関する。 本出願は、ノルウェー国特許第１６５０４６号、第１６４９４６号、及び第１ ６９７９９号、並びに特願第９１３９９４号の発明者により説明された諸発明の 更なる発展を説明する。 ノルウェー国特許第１６５０４６号は、角度測定用に校正された２台の高解像 度電子光学カメラによるシステム、この校正の方法、このカメラに基づいた幾何 学的配列の測定用システム、並びにこのシステムの応用を説明する。 ノルウェー国特許第１６４９４６号は、面上に光点のパターンを投影し、かつ 光電式センサーの使用によりこれら光点の座標を測定することにより面上の点を 測定するシステムを説明する。 ノルウェー国特許第１６９７９９号は、電気光学式カメラの使用により測定さ れる表面上の点を作るための器具を説明する。 ノルウェー国特願第９１３９９４号は、１台の電気光学式カメラ、並びに光源 又は反射点の取り付けられた器具の使用により空間座標を測定するシステムを説 明する。 ノルウェー国特許第１６５０４６号に説明されたシステムでは、個別の各点を 同時に２台のカメラで記録することに関する限定がある。このため、両方のカメ ラへの方向における自由な同時観察の必要がある。更に、このシステムは、座標 測定の開始以前におけるそれぞれ手順に従ったカメラの位置の測定値を基礎とす る。システムの精度は、基本的にはセンサーの解像度により決定される。このこ とは、精度が大きく限定されることを意味する。 ノルウェー国特願第９１３９９４号に説明されたシステムは、本質的に空間的 な方向が高精度で決定される経緯儀として作用する。更に、測定器までの距離は 中位の精度で測定される。これは、独立システムであるために、距離測定の精度 を限定し、これは可能な応用の数が限られることを意味する。 本願は、 −カメラの台数、 −カメラが方向測定用に校正されているか否か、 −測定点にマークするために使用される方法、 −測定経過中、カメラを置く場所とその数、 −選定された座標システムへの測定に関して使用される方法 の諸項目に関して完全な融通性を与える座標測定用の方法及び手段の更なる発展 を説明する。 問題の測定作業、並びに所要精度のような問題、及び視界の制限のような外部 的制限に関してシステム及び方法を最適にするための完全な融通性の更なる発展 が達成される。 このシステムは、応用に関して、経緯儀及び通常の写真測量法のよう な現在の技術、並びに機械的な座標測定機と競合する。 座標測定機は持ち運びができずかつ測定体積が限定されるため、極めて限られ た機能しかない。大型の機械は非常に高価であり、精度が低く、更に安定性及び 温度管理を要するため専用の部屋が必要である。 経緯儀は、オペレーター依存性（通常の装置ではオペレーターが経緯儀の視準 用望遠鏡を通して測定点に狙いをつける）、時間の多くかかる測定、及び測定点 と装置との間の自由視野に対する余りにも強い要求に関係する大きな制限がある 。更に、経緯儀は正確に水平を出さなければならない。 通常の写真測量法は、フィルム式カメラの使用に限定される。測定点は、標的 と呼ばれる反射する測定要素を対象物に取り付けることによりマーク付けされる 。この方法は、標的の使用によるマーク付けなしでは、穴、平面、球、線などの ような幾何学的な対象物の測定ができない。 経緯儀測定又は通常の写真測量に基づく空間座標の測定は反復法により行われ る。両測定方法とも２次元的であり、即ち、これらは測定点に向かう方向を与え るだけである。反復計算に対する初期値として、多数の測定点についての推定空 間座標が必要である。ノルウェー国特願第９１３９９４号に説明されたシステム は、現在の方法及びシステムに関する同様な計算のための十分に正確な初期値を 与える空間座標を与える。 図１はカメラ及びカメラのセンサー上の光点の像を示す。 図２は２台のカメラの共通点の像からの座標決定の原理を示す。 図３は全測定システムの形状を示す。 ノルウェー国特許第１６５０４６号は、ＣＣＤカメラによる完全に自動化され かつ正確に校正された角度センサーを説明する。かかるカメラ １は、図１に示されるように、カメラハウス２、レンズユニット３、及び２次元 のセンサーマトリックス４を備える。レンズユニットは標準の球面光学系を有す る対物レンズである。角度センサーは、点灯光源である点又は点灯光源により照 射された点に向かう方向を測定するために開発された。これは、測定点の確実な 認識を与え、従って完全自動使用を可能とし、同時に極めて大きな信号対雑音比 を与える。更に、角度センサーの校正の正確な手順の使用により高い精度が確保 される。これはノルウェー国特許第１６５０４６号に説明される。 測定原理が図２に示される。多数の点５の座標が空間座標システムＸ、Ｙ、Ｚ に関して決定されるであろう。これは、２台以上のカメラ４を同じ座標システム に関して任意かつ既知の位置及び方向に置くことによりなされる。点５に対する 空間座標は、図１Ｂに示されたようなレンズユニットの投影中心７を通るその投 影６を記録することにより決定される。この投影は、図２に示されるように、カ メラに固定された座標システムに関する点の像の座標ｘ，ｙとして記録される。 未知の空間座標の計算は、カメラの数に対する投影の方程式の設定に基づく。こ の計算は、カメラの位置及び方向の決定を含むこともでき、同時に有り得るレン ズの歪みの修正のためのパラメーターを含むこともできる。このことは、未校正 カメラでも使用し得ることを意味する。２×ｎ個の観測値が計算に含まれるため （ｎはカメラ位置の数である）、計算に導入された追加の各点は同時に決定すべ き３個の追加の未知座標Ｘ、Ｙ、Ｚを与える。方程式のシステムに正確な尺度情 報を与えるために、この計算には、２個の点の間の少なくも１個の既知の距離が 必要である。 計算方法は冗長情報が使用される最小誤差法（最小二乗（least quar es）法）による。必要な数学的基盤はエッチ・エム・カラマ（H.M.Karama）著、 ノントポグラフィック・フォトグラメトリイ（Non-topographic photogrammetry ）２版、１９８７、ページ３７−５５に見いだされる。 一般に、未知パラメーターの数が増加すると、追加の点又は追加のカメラ／カ メラ位置のような同様に増加した観測数が必要である。 図３は、１台又は複数台のカメラ１、８、並びにデータプロセッサー１０、カ メラ制御ユニット１１及び光源制御ユニット１２を備えたシステム制御ユニット ９による空間的な幾何学的配列の測定用システムを示す。このシステムは、点を 作るための別々の光源に以下のものを取り付けることができる。 −既知の分離距離の多数の発光ダイオードを備えた基準バー１４。 −ライトペン１５。これはノルウェー国特許第１６９７９９号に説明されたよう な交換式の器具を持つことのできるスウェーデン国特許第４５６４５４号に説明 されたプローブ用具である。 −発光ダイオード及び／又はレーザー１６。発光ダイオードは複数のカメラ位置 により撮像される測定野の中に永久的に取り付けられる。レーザーは測定対象物 上に固定光点を投影するために使用される。発光ダイオード／レーザーは接続ユ ニット１７を経てシステムに接続される。 −ランプ１９により照射される反射点１８。 光源の駆動と制御とは制御ユニット１２によりなされ、最適の信号対雑音比を 確保しかつカメラ制御ユニット１１を経て複数のカメラを同期させる。 システムのデータプロセッサー１０はカメラからの測定データの解析 を行う。データ処理は、主として次のものよりなる。 −信号対雑音比を最適にするための撮像時間と露光時間の制御、 −個々の光源、即ちその光源に対応した像内の点の同定、 −像の情報からの個々の各光源への空間的方向の計算、 −プローブ用具（ライトペン）に対する空間座標の計算。 使用者はオペレーター端末１３を経てシステムと情報交換をする。 計算方法は、カメラからの観察に加えて、計算された空間座標に正確な尺度を 与えるために１個以上の既知の距離を必要とする。これは、空間的にデザインさ れた基準バー１４の使用により、又は既知の空間距離を有する複数の点の測定に より達成することができる。基準バーの長さ又は既知の距離は、端末１３におい て操作者によりこれを入力することができる。 本発明は、 −測定体の寸法、 −測定体への接近性、 −座標システムの定義、 −要求精度、 −測定のための使用可能時間、 −繰返し制御の周波数、 −異なった形式のカメラ及び方向測定用装置の組合せ に関する種々の測定上の問題を解決する高度の融通性を得るために、１種以上の 光源又は照射された反射点と組み合わせて１台以上のカメラを使用することを提 案する。 本発明の特徴は特許請求項、及び付属図面を参照した本発明の非限定 的な使用例についての以下の説明において説明される。 図４はプローブ用具「ライトペン」使用の更に発展した原理を示す。 図５は補助基準点のネットワークの確立方法と測定方法を示す。 図６は多数の補助基準点に基づく多数の幾何学的な対象物の測定を示す。 図７は可搬式の基準構造／パレットによる応用を示す。 図８は基準構造に基づく永久的測定ステーションを示す。 上述されかつ図２に示された計算方法は、多数の異なったカメラ位置から同一 点を見る可能性に基づく。一般に、発光ダイオードからの直接光により作られた 光源、或いは反射材料又は投影されたレーザー光点からの反射のような間接的に 作られた光源は、「一方の側」からだけ見ることができる。観察方向が均一に分 布されれば、計算方法における最適な精度が達成される。これはライトペンによ り達成される。 ノルウェー特願第９１３９９４号より知られたライトペン１５は、本文におい ては、ライトペンの接触点への方向だけが記録されて座標決定に使用されるよう な異なった使用方法で使われる。ライトペンの使用原理は図４に示される。ライ トペンは、発光ダイオード５に対応した多数の像の点６としてセンサーに記録さ れる。ライトペンへの方向は接触点２０と関連付けられるべきである。これはセ ンサーの像の点２１に対応する。センサーは光源の像だけを記録し、これが事実 上の像の点となるであろう。像の点２１の像座標は、各光源に対する記録された 画像座標、並びにプローブに固定されたローカル座標システムにおける光源５と 接触点２０との相互位置の知識から計算されるであろう。計算方法はノルウェー 国特許第９１３９９４号にさらに説明されている。 もしライトペンの接触点が一定位置に保たれるならば、ライトペン自体を、問 題の種々のカメラ位置に狙いを付けるように回転させることができる。従って、 これは計算方法のための所要の幾何学的配列を与える。ライトペンが多数の発光 ダイオードを有するという事実により、１個の発光ダイオードの場合より良好な 精度で接触点の投影を判定する。 図５は、対象物２２の幾何学的配列を判定するための本システムの使用を示す 。図５に大文字Ａ−Ｃで示された多数の点の位置又は幾何学的な対象物（穴、平 面、円柱など）の位置は、カメラの解像度、測定体の大きさ、その接近可能性な どに関連して高精度に決定される。この方法は、測定体の総てに多数の補助基準 点（図において小文字ａ−ｕの添字で示される）を分布させることに依存する。 これらは、発光ダイオード、投影されたレーザー光点、反射点又はライトペンで 接触し得るマーク点とすることができる。種々のカメラ位置に対してカメラセン サーにこれらの点の投影を記録することにより、図２を参照して上述されたよう に、全部の点の相互位置を計算するためのデータが得られる。計算は、 −カメラ又はカメラ位置の数、 −各カメラ位置において観察される点の数（決定すべきカメラパラメーターの数 に応じた最少数が必要である）、 −個別の点の各についての観測数、 に関して融通性がある。 一般に、各カメラ位置における観測（点）の数を増加でき、またカメラ位置の 数を増加できれば精度が改良される。１台のカメラ又は複数台のカメラを使用す ることができる。もしカメラがレンズの撮像特性に関して校正されない場合は、 できるだけ少数台の別々のカメラを使用する ことが有利である。 これに反して、測定を迅速に行うことが必要である場合は、データの取得は、 一定位置における校正済みカメラの多数台の使用及びできるだけ少数の位置と点 の使用により効率的にすることがでる。 対象物に固定された座標システムに関連して、１個以上の座標軸に沿った幾つ かの座標値が既知であることにより、又は計算された位置に決められた値を最も よく適合させることによりその座標システムを定めている前記幾つかの点が必要 である。 図６は対象物に固定された座標システムに関して既知の多数の点からの出発、 及びこれに続く１台以上のカメラによる対象物の内側又は外側の追加の点を測定 する方法を示す。もし、文字ａ−ｕで示されたような点のネットワークを利用で きるならば、２台のカメラ１、８だけを使用し、対象領域以内を見るようにこれ らを置くことが可能である。まず、対象物に固定された座標システムに関するカ メラの位置及び方向が、既知の点ａ、ｂ、ｃの投影の記録により決定される。座 標システムＸ、Ｙに関するこれらの点の座標は、図５を参照して上述された測定 から知られる。この方法は、高精度の迅速な測定を与える。 この方法の応用が図７ａ、ｂに示され、例として、図８ａ、ｂに示されたよう な車体の生産ラインにおける溶接ステーションを説明する。車体の下方部品はジ グ２４に取り付けられ、車体の側方部品はジグ２３により定位置に保持される。 ジグへの車体の取付けはステアリングピンとクランプ機構２７の使用により行わ れる。これらは、溶接工程中、種々の構成要素の各の位置を制御しかつ組み立て られた車体の正しい形状を確保するために正確な位置になければならない。個別 対象物の各の制御 は、ステーション全体の上方に多数の固定補助基準点を分布させることにより、 上述の方法（図６）によって効率的に行われる。別の状況が図７ａに示され、こ の場合は、補助基準点ａ−ｕは、測定が行われるときにステーション内に動き得 る可搬式のジグ２４に取り付けられる。このような事例においては、このジグの 位置は、固定ステーション内にジグを保持するステーションの主基準点２５、２ ６（例えばステアリングピン）により管理される。対象物に固定された座標シス テムに関する２台のカメラ１、８の位置及び方向は、既知の点ａ−ｕに向かう方 向の記録によりまず決定される。この方法の利点は、全生産ライン内の各個別ス テーションが一定かつ既知の幾何学的配列の１個のジグによることであり、この ため、特殊で正確な幾何学的配列が総て生産ラインに沿って確保される。従って 、生産ラインを通しての失敗の伝搬は最小に保たれる。更に、個々のステーショ ンの各において点の広範囲なネットワークを持つことは必要でない。 図９は同じ原理の別な利用を示す。この事例では、基準の点は永久的に構造２ ８に取り付けられ、一方、測定すべき対象物２９はこの構造内に送り込まれる。 例えば、この方法は、溶接ステーション内に構成要素を輸送するための輸送可能 なジグに基礎をおいた生産ラインにおいて適用することができる。通常、これら のジグの管理は固定の測定ステーションにおいて行うことができる。 図１０はこの例を示し、これでは、対象物３０は、基準点が床の上又は周囲の ジグにある測定ステーションに持ち込まれた航空機である。 図３に示されたようなそれ自体公知のシステムは、これが上述の方法を行うた めには、これをデータプロセッサー１０、カメラ制御ユニット １１及び光源制御ユニット１２に関して拡張しなければならない。本明細書にお いては、これらのユニットは、 −異なった形式及び台数のカメラ、 −異なった形式及び台数の光源及び補助具、 −使用されるカメラ及び光源の形状及び計算に含まれるべき既知情報の形式（局 部座標システム内の定められた座標値又は点間の所与の距離）に依存した異なっ た計算方法、 を考えことが必要である。 幾つかの応用例が以上説明された。しかし、同じ方法及び同じシステムで多く の別の異なった対象物を測定できるので、これらは例示だけのものと考えるべき である。これは、自動車、飛行機又はその他の機械工業における大型及び小型の 対象物を含む。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９４年１０月１７日 【補正内容】 請求の範囲 １．永久的に取り付けられた光源、照射された反射器、或いはプローブ用具の接 触点に関して既知の位置に取り付けられた光源又は反射器を有するプローブ用具 と組み合わせた、光電式センサーに基礎をおいた１台以上のカメラを使用した光 学的測定により、固定、可動、又は置換可能な多数の点、或いは限定された測定 体内の平面、線、穴、円柱又は球のような幾何学的な対象物の相対的又は絶対的 な位置及び／又は方向を制御する方法にして、 −点灯光源、反射点、又は前記プローブ用具を使用して測定される点、並びに物 理的な点に関連付けできる位置にある幾何学的な対象上の固定点のような追加測 定点よりなる補助基準点のネットワークが、前記補助基準点の十分な密度を達成 し、これにより総ての点の位置及び方向の計算の精度を改良すること、又は最終 の調製及び制御の過程を単純化すること、 −最初に前記ネットワーク内の総ての点の位置の測定が行われ、前記測定は、 −測定体の全部又は一部分が１台以上のカメラの視野内にあるように多数の カメラ位置において１台以上のカメラを位置決めし、以下の記録が各カメラ位置 についてなされる、 −永久的に取り付けられた光源及び光の反射点の位置が前記カメラのセ ンサー上の像により記録され、これによりカメラに固定された座標システムに関 する座標として像の位置が与えられ、 −固定点又は物理的な点に関連付け得る幾何学的な対象物の位 置が、前記プローブ用具とこの点との接触を保つことにより記録され、かつカメ ラのセンサー上の接触点の像が光源の像又はプローブ用具の反射点の観察像から 計算され、 −総ての点が最少２箇所のカメラ位置において記録されるように多数のカメ ラ位置でこれを繰り返し、 −関連の測定点の中で正確な長さの尺度の決定に使用し得る相互分離距離が 既知である少なくも２個の点があり、 −任意の空間座標システムに関する各点の位置を最小自乗（bundle adjusme nt）法により計算し、この計算方法はカメラレンズにより生ずる像の歪みを補償 するために使用されるカメラの光学的特性の数学的モデル化も含み、かつ前記位 置を後での使用のためにデータベースに記憶する ことにより行われ、そして −その後、追加の固定又は可動の点及び幾何学的な対象物の位置及び方向は、 −既知位置の最小３個の点又は幾何学的な対象物、並びに位置及び／又は方 向を決定すべき１個以上の点又は幾何学的な対象物がこれらカメラの視野内にあ るように最少２台のカメラを置き、 −上述の方法により関連のカメラ位置におけるカメラのセンサー上の前記点 の像を記録し、その後の最小自乗法の使用により位置及び方向を計算するするこ とにより、既知の点の位置からカメラの位置及び方向を決定し、 −測定すべき点又は幾何学的な対象物の形式に応じて以下の方法により既知 の点のネットワークに関するカメラの既知の位置及び方 向に基づいて連続点及び幾何学的な対象物の未知の位置及び方向を決定し、 −永久的に取り付けられ、又は可動の光源又は光の反射点をカメラのセ ンサー上のこれらの像により記録し、これによりカメラに固定された座標システ ムに関する座標として像の点が与えられ、かつ既知の点に関するこれらの空間的 な位置が像の点及びカメラの位置及び方向に基づき最小自乗法により決定され、 −選定された点の位置が前記プローブ用具と点との接触を保持すること により決定され、そして前記プローブ用具の光源又は反射点がカメラセンサーに より記録され、これにより像の点がカメラに固定された座標システムに関する座 標として与えられ、更にこれにより像の点及びカメラの位置及び方向、並びにプ ローブ用具の光源又は反射点に関する接触点の位置情報に基づき、既知の点の位 置に関する接触点の空間的な位置が最小自乗法により決定され、 −幾何学的な対象物の位置及び方向が対象物上の多数の点、並びに関連 の幾何学的な対象物の数学的記述から計算されること、 −必要ならば、調整過程中及びその後で関連の点又は幾何学的な対象物の位 置及び方向の測定する管理された方法で測定値と称呼値との間の偏差が許容限度 内になるまで関連の点又は幾何学的な対象物を調整する ことを特徴とする方法。 ２．請求項１に請求された多数の固定され又は可動の点、或いは限定された測定 体内の平面、線、穴、円柱又は球のような幾何学的な対象物の相対的又は絶対的 な位置及び／又は方向を制御する方法にして、 −多数の固定点又は幾何学的な対象物が、補助基準点を含んだ総ての点及び幾何 学的な対象物の位置及び方向が座標情報により座標システムに関して決定される ように対象物に固定された座標システムを定めている ことを特徴とする方法。 ３．請求項１に請求された多数の固定され又は可動の点、或いは限定された測定 体内の平面、線、穴、円柱又は球のような幾何学的な対象物の相対的又は絶対的 な位置及び／又は方向を制御する方法にして、 −位置の計算に必要な尺度情報が測定体内に１個以上の基準バーを配列すること により達成され、前記基準バーは、既知の相互分離距離にあってかつ前記プロー ブ用具の使用により測定し得る最少２個の光源、反射点又は固定点を備える ことを特徴とする方法。 ４．請求項１に請求された多数の固定され又は可動の点、或いは限定された測定 体内の平面、線、穴、円柱又は球のような幾何学的な対象物の相対的又は絶対的 な位置及び／又は方向を制御する方法にして、 −追加の固定、可動又は置換可能な点、或いは幾何学的な対象物の制御及び調整 が以下の方法で直接行えるように、多数の補助基準点、固定点又は幾何学的な対 象物の位置がデータベースに記憶されること −最少２台のカメラを、既知位置の最少３個の点又は幾何学的な対象物、並 びに位置及び／又は方向を決定すべき１個以上の点又は 幾何学的対象物がこれらカメラの視野内にあるように置き、 −上述の方法により関連のカメラ位置におけるカメラのセンサー上の前記点の像 を記録し、その後の最小自乗法の使用により位置及び方向を計算するすることに より既知の点の位置からカメラの位置及び方向を決定し、 −測定すべき点又は幾何学的な対象物の形式に応じて以下の方法により既知の点 のネットワークに関するカメラの既知の位置及び方向に基づいて連続点及び幾何 学的な対象物の未知の位置及び方向を決定し、 −永久的に取り付けられ又は可動の光源又は光の反射点をカメラのセンサー 上のこれらの像により記録し、これによりカメラに固定された座標システムに関 する座標として像の点が与えられ、かつ既知の点の位置に関するこれらの空間的 位置が像の点及びカメラの位置及び方向に基づき最小自乗法により決定され、 −選定された点の位置が前記プローブ用具を点と接触して保持することによ り決定され、そして前記プローブ用具の光源又は反射点がカメラセンサーにより 記録され、これにより像の点がカメラに固定された座標システムに関する座標と して与えられ、更にこれにより既知の点の位置に関する接触点の空間的位置が、 像の点及びカメラの位置及び方向、並びにプローブ用具の光源又は反射点に関す る接触点の位置の情報に基づき、最小自乗法により決定され、 −幾何学的な対象物の位置及び方向が対象物上の多数の点の位 置並びに関連の幾何学的な対象物の数学的記述から計算される ことを特徴とする方法。 ５．請求項１−４にに請求された多数の固定され又は可動の点、或いは限定され た測定体内の平面、線、穴、円柱又は球のような幾何学的な対象物の相対的又は 絶対的な位置及び／又は方向を制御する方法にして、 −点及び幾何学的配な対象物の制御を行う測定体に持ち込み得る可動の対象物に 前記補助基準点が取り付けられ、かつこれらの位置及び／又は方向が補助基準点 の既知位置の使用により直接決定される ことを特徴とする方法。 ６．請求項５に請求された多数の固定され又は可動の点、或いは限定された測定 体内の平面、線、穴、円柱又は球のような幾何学的な対象物の相対的又は絶対的 な位置及び／又は方向を制御する方法にして、 −前記点又は幾何学的な対象物が、生産ラインの異なったステーションにおける 位置決め及び保持用の装置であり、補助基準点が取り付けられた前記対象物はス テーションからステーションに動くことができ、総てのステーションが既知の点 の同じ組により制御されかつ調整される ことを特徴とする方法。 ７．請求項１−４に請求された多数の固定され又は可動の点、或いは限定された 測定体内の平面、線、穴、円柱又は球のような幾何学的な対象物の相対的又は絶 対的な位置及び／又は方向を制御する方法にして、 −前記基準点が測定体内に永久的に置かれ、制御及び調整をすべき点及び幾何学 的な対象物が前記測定体に持ち込み得る対象物に取り付けら れ、それらの位置及び／又は方向が補助基準点の既知位置から特設決定できる ことを特徴とする方法。 ８．請求項７に請求された多数の固定され又は可動の点、或いは限定された測定 体内の平面、線、穴、円柱又は球のような幾何学的な対象物の相対的又は絶対的 な位置及び／又は方向を制御する方法にして、 −前記点又は対象物が乗用車、貨物車、飛行機、列車など、又はこれらの部品又 は組立体のような生産部品上の制御点であり、補助基準点が永久的に取り付けら れた前記測定体がカメラ位置の迅速な決定のため、従って関係の制御点の速やか な制御のために使用される ことを特徴とする方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】 に関する個々の点の位置は最小自乗法により計算され、 この場合、計算方法にはカメラレンズの歪み誤差を補償 するためのカメラの光学的特性の数学的モデル化も含ま れ、更に幾何学的な対象物の数学的記述は対象物上の多 数の点の解析による。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．永久的取付けの光源、投影された光点、照射された反射器、或いは取り付け られた光源又は反射器を有するプローブ用具と組み合わせた、光電式センサーに 基礎をおいた１台又は複数台のカメラにより、多数の点、或いは平面、線、穴、 円柱又は球のような幾何学的な対象物、或いはロボットのアームその他の工業生 産装置のようなこれらの組み合わせられた対象物の相対的な位置及び／又は方向 を判定するための方法にして、 −多数のカメラ位置においてカメラセンサー上の光点の投影を測定するために前 記カメラが取り付けられること、 −各光源又は光の反射が２箇所以上のカメラ位置から観察されるように測定が行 われること、及びカメラに固定された座標システムに関する像の座標として観測 値が記録されること、 −カメラに固定された座標システムにおける測定用具の接触点の像の像座標の計 算が、光源又は測定用具の反射点の対応した観察像に基づくこと、 −関連測定点の中に、正確な長さ尺度の決定に使用される既知の相互分離距離に ある少なくも２個の点があること、 −任意の空間座標システムに関する個々の点の位置が最小自乗法で計算され、こ のとき、計算方法はカメラレンズの歪み誤差を補償するためのカメラの光学的特 性の数学的モデル化も含むこと、及び −幾何学的な対象物の数学的記述が対象物の多数の点の解析に基づくこと を特徴とする方法。 ２．定められた座標システムに関して、請求項１に請求されたような多数の点、 或いは平面、線、穴、円柱又は球などのような幾何学的な対象物の位置及び／又 は方向を決定するための方法にして、 −最少６個の座標値が既知でありかつこれらの値は１個の座標軸に関し、２個は 第２の軸に関し、そして１個は第３の軸に関して定められるように、最少３個の 点が前記座標システムに関して既知の１個以上の座標値を有すること、及び −この座標システムに関する総てのその他の点及び幾何学的な対象物の位置及び 方向を計算するために、これら既知の座標値が使用されること を特徴とする方法。 ３．定められた座標システムに関して、請求項１又は２に請求されたような多数 の点、或いは平面、線、穴、円柱又は球などのような幾何学的な対象物の相対位 置及び／又は方向を判定するための方法にして、 −個々の光点が２台以上のカメラにより同時に記録され、従って測定中の光点の 運動及び／又は迅速なデータの獲得を許すこと を特徴とする方法。 ４．定められた座標システムに関して、請求項１−３に請求されたような多数の 点、或いは平面、線、穴、円柱又は球などのような幾何学的な対象物の相対位置 及び／又は方向を判定するための方法にして、 −点灯光源、反射点であり、或いは取り付けられた光源又は反射点を有する測定 用具の使用により測定される多数の測定点が、点の数を増加させ従って総ての点 の位置及び方向の計算の精度を向上させるように補助基準点として配列されるこ と を特徴とする方法。 ５．定められた座標システムに関して、請求項１−３に請求されたような多数の 点、或いは平面、線、穴、円柱又は球などのような幾何学的な対象物の相対位置 及び／又は方向を判定するための方法にして、 −基準構造が測定体の内部に配列されること、及び適切に定められた座標システ ムにおいて既知の座標を有する多数の点灯光源、反射点、或いは取り付けられた 光源又は反射点を有する測定用具の使用により測定される点が前記基準構造に取 り付けられること、及び −追加点に対する座標の測定及び計算が、これら追加点と共に前記基準構造上に おいて選定された点の測定によること を特徴とする方法。 ６．定められた座標システムに関して、請求項１−３に請求されたような多数の 点、或いは平面、線、穴、円柱又は球などのような幾何学的な対象物の相対位置 及び／又は方向を判定するための方法にして、 −適切に定められた座標システムにおける既知の座標を有する多数の点灯光源、 反射点、或いは多数の点灯光源、反射点、或いは取り付けられた光源又は反射点 を有する測定用具の使用により測定される点の取り付けられた基準構造により測 定体が囲まれること、及び −実際の対象物上の点の座標の測定及び計算は、対象物が前記基準構造内の位置 にあることとこれら追加点と共に前記基準構造において選定された点を測定する こととに基づくこと を特徴とする方法。 ７．永久的取付けの光源、投影された光点、照射された反射器、或いは取り付け られた光源又は反射器を有するプローブ用具と組み合わせた、 光電式センサーに基礎をおいた１台又は複数台のカメラにより、多数の点、或い は平面、線、穴、円柱又は球のような幾何学的な対象物、或いはロボットのアー ムその他の工業生産装置のようなこれらの組み合わせられた対象物の相対的な位 置及び／又は方向を判定するための装置にして、 −多数のカメラ位置においてカメラセンサー上の光点の投影を測定するための前 記カメラの取付けを許す融通性のあるデータ取得用手段であって、各光源又は光 の反射が２箇所以上のカメラ位置から観測されかつ観測値がカメラに固定された 座標システムに関する像の座標として記録されるようにしてデータ取得が行われ る前記データ取得用手段、 −カメラに固定された座標システムにおける測定用具の接触点の像の像座標の計 算手段であって、測定用具の光点又は反射点に対応した観察像に基礎をおく前記 計算手段、 −システムに尺度情報を与える手段であって、既知の相互分離距離にある最少２ 個の光源、反射点、或いは前記測定用具の使用により測定される点の取り付けら れたバーである前記手段、 −任意の空間座標に関する個々の点の位置を最小自乗法で計算する手段であって 、計算方法がカメラレンズの歪み誤差を補償するためのカメラの光学的特性も含 む前記計算手段、 −対象物上の多数の点に基づいて幾何学的な対象物の数学的記述を行う手段 を特徴とするシステム。 ８．定められた座標システムに関して、請求項７に請求されたような多数の点、 或いは平面、線、穴、円柱又は球などのような幾何学的な対象 物の位置及び／又は方向を判定するためのシステムにして、 −最少６個の座標値が既知であり、かつこれらの値は１個の座標軸に関し、２個 は第２の軸に関し、そして１個は第３の軸に関して定められるように、前記座標 システムに関して既知の１個以上の座標値を有する最小３個の点に基づいた手段 であって、この座標システムに関する総てのその他の点及び幾何学的な対象物の 位置及び方向を計算するためにこれら既知の座標値を使用する手段、 を特徴とするシステム。 ９．定められた座標システムに関して、請求項７又は８に請求されたような多数 の点、或いは平面、線、穴、円柱又は球などのような幾何学的な対象物の相対位 置及び／又は方向を判定するためのシステムにして、 −個々の光点の点灯及び２台以上のカメラによる記録を同期させて、測定中に光 点の動くこと及び／又は迅速なデータの獲得を許す手段 を特徴とするシステム。