JPH09257461A

JPH09257461A - ３次元座標測定装置

Info

Publication number: JPH09257461A
Application number: JP8087129A
Authority: JP
Inventors: Takao Inoue; 隆夫井上; Yasuhiro Sato; 康弘佐藤; Mitsuru Shingyouchi; 充新行内
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】３次元測定装置は被測定物の大きさに応じて大
きくする必要があり可搬性が悪かった。そこで、３次元
測定装置の構成を簡単にして可搬性を良くする。【解決手段】プローブ１の取込指示部４が３個の加速度
センサ５が検出した指針座標系のＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方
向及びＺｓ軸方向の加速度及び３個のジャイロ６が検出
したＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周り及びＺｓ軸周りの角速度の
取り込みを指令すると、通信部９は検出したか速度及び
各速度を演算装置２に送る。演算装置２はプローブ１か
ら受けた加速度及び角速度を基に重力座標系におけるプ
ローブの３次元の移動方向及び移動距離を演算し、被測
定物の測定開始箇所を基準とした重力座標系における３
次元座標を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は３次元座標測定装
置、特に装置の小型化及び可搬性の向上に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】３次元物の形状の測定には重力加速度方
向に伸びる軸をＺｇ軸にした重力座標系の３軸方向にリ
ニアスケールを持つ３次元測定装置が用いられていた。
これらのスケールがたわむと正確な測定ができないた
め、３次元測定装置の筐体を堅牢にする必要があった。

【０００３】また、例えば特開平５-340709号公報に掲
載された３次元形状測定装置では可撓性を有する膜を被
測定物に密着し、可撓性を有する膜上にマトリックス状
に配列されたコイルに３軸方向の交流磁界をそれぞれ与
えることで、磁界発生点からコイルまでの距離を電磁結
合を基にして算出し被測定物の３次元形状を測定してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記３
次元測定装置及び３次元形状測定装置は被測定物の大き
さに応じて大きくする必要があり可搬性が悪い。

【０００５】また、建物等の場合には被測定物が大きい
ため、上記３次元測定装置及び３次元形状測定装置では
測定できず、主に三角測量法による測量が用いられてい
る。設計の３次元化が進んでいる中で３次元測定データ
の直接入力の要求が高まってきて、どこでも簡単に３次
元データを収集できる装置に対する要求が高まってきて
いる。

【０００６】この発明はかかる要求を満足するためにな
されたものであり、可搬性に優れた３次元座標測定装置
を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る３次元座
標測定装置は、プローブと演算装置を有し、プローブは
測定箇所指針部と３個の加速度センサと３個のジャイロ
と取込指示部と通信部を備え、測定箇所指針部は先端部
で被測定物の測定箇所を指し示し、３個の加速度センサ
はそれぞれ測定箇所指針部の軸をＺｓ軸とした指針座標
系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及び
Ｚｓ軸方向の加速度を検出し、３個のジャイロはそれぞ
れＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周り及びＺｓ軸周りの角速度を検
出し、取込指示部は３個の加速度センサが検出した加速
度及び３個のジャイロが検出した角速度の取り込みを指
令し、通信部は取込指示部が被測定物の測定データの取
り込みを指令すると、測定データを演算装置に送り、演
算装置はプローブから受けた加速度及び角速度を基に重
力加速度方向に伸びる軸をＺｇ軸にした重力座標系（Ｘ
ｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるプローブの３次元の移動方向
及び移動距離を演算し被測定物の測定開始箇所を基準と
した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における３次元座
標を算出して、装置構成を小型化する。

【０００８】また、３次元座標測定装置は、測定箇所指
針部と３個の加速度センサと３個のジャイロと取込指示
部と座標演算部と通信部を備え、測定箇所指針部は先端
部で被測定物の測定箇所を指し示し、３個の加速度セン
サはそれぞれ測定箇所指針部の軸をＺｓ軸とした指針座
標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及
びＺｓ軸方向の加速度を検出し、３個のジャイロはそれ
ぞれＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周り及びＺｓ軸周りの角速度を
検出し、座標演算部は３個の加速度センサが検出した加
速度及び３個のジャイロが検出した角速度を基に重力加
速度方向に伸びる軸をＺｇ軸にした重力座標系（Ｘｇ，
Ｙｇ，Ｚｇ）におけるプローブの３次元の移動方向及び
移動距離を演算して被測定物の測定開始箇所を基準とし
た重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における３次元座標
を算出し、取込指示部は被測定物の測定箇所の３次元座
標の取り込みを指令し、通信部は取込指示部が測定デー
タの取り込みを指令すると測定データを外部装置に送
り、小型の装置で被測定物の３次元座標を測定し外部装
置に送る。

【０００９】さらに、通信部は取込指示部が測定データ
の取り込みを指令すると、測定データをワイアレス通信
で送り、プローブの可搬性を良くする。

【００１０】さらに、取込指示部は被測定物から測定箇
所指針部に加わる力を検出する力検出部を備え、力検出
部が被測定物から測定箇所指針部に加わる力を検出する
と測定データの取り込みを指令して、操作を簡単にす
る。

【００１１】また、取込指示部は測定箇所指針部が被測
定物に接触したときの衝撃を検出する接触検出部を備
え、接触検出部が測定箇所指針部が被測定物に接触した
ときの衝撃を検出すると測定データの取り込みを指令し
て、装置構成をさらに小型化する。

【００１２】さらに、測定箇所指針部は先端部に可視光
を発光する光源部と光源部からの可視光を絞り被測定物
にスポット光を照射するレンズユニットを備えることに
より、目標点と測定箇所指針部の先端部の当接点とのず
れの発生を少なくする。

【００１３】また、測定箇所指針部は光源部とレンズユ
ニットと光角度測定部と位置算出部を備え、光源部は測
定箇所指針部の先端部で可視光を発光し、レンズユニッ
トは光源部からの可視光を絞り被測定物の被測定位置に
スポット光を照射し、光角度測定部は被測定物に照射し
たスポット光の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）のＸｓ
軸およびＹｓ軸に対する角度を測定し、位置算出部は予
め入力した測定箇所指針部と被測定物の基準位置との距
離と光角度測定部が測定したスポット光の照射角度を基
に被測定物の基準位置からの被測定箇所の距離を算出し
て、非接触で被測定物の２次元座標を検出する。

【００１４】また、測定箇所指針部は光源部とレンズユ
ニットと光読取部と距離測定部を備え、光源部は測定箇
所指針部の先端部で可視光を発光し、レンズユニットは
光源部からの光を絞り被測定物にスポット光を照射し、
光読取部は被測定物からの反射光を入射して電気信号に
変換し、距離測定部は光読取部が変換した電気信号を基
に被測定物までの距離を測定して、距離測定部が測定し
た被測定物までの距離、３個の加速度センサが検出した
加速度及び３個のジャイロが検出した角速度を基に被測
定物の測定開始箇所を基準とした重力座標系（Ｘｇ，Ｙ
ｇ，Ｚｇ）における３次元座標を算出し、目標点と測定
箇所指針部の先端部の当接点とのずれの発生を少なくす
ると共に、非接触で被測定物を測定する。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明の３次元座標測定装置
は、被測定物の３次元形状測定をするもので、装置の小
型化及び可搬性の向上に関するものである。

【００１６】３次元座標測定装置は、プローブと演算装
置を有する。プローブは、例えば測定箇所指針部と３個
の加速度センサと３個のジャイロと取込指示部と測定デ
ータ記憶部と通信部を有する。測定箇所指針部は先端部
で被測定物の測定箇所を指し示す。３個の加速度センサ
はそれぞれ測定箇所指針部の軸をＺｓ軸とした指針座標
系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及び
Ｚｓ軸方向の加速度を検出する。３個のジャイロはそれ
ぞれＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周り及びＺｓ軸周りの角速度を
検出する。取込指示部は、例えばボタンスイッチを備
え、３個の加速度センサが検出した加速度と３個のジャ
イロが検出した回転角速度の取り込みを指令する。

【００１７】測定データ記憶部は３個の加速度センサが
検出した加速度と３個のジャイロが検出した回転角速度
を記憶する。通信部は取込指示部が被測定物の測定デー
タの取込指令をすると、測定データ記憶部に記憶した３
個の加速度センサが検出した加速度と３個のジャイロが
検出した回転角速度をワイアレス通信で演算装置に転送
する。ここで、ワイアレス通信としては、例えば無線通
信及び光による通信等がある。

【００１８】演算装置はプローブから受信した加速度及
び回転角速度を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺｇ軸
にした重力座標系における測定箇所指針部の先端部の移
動方向及び移動距離を演算するもので、例えば初期回転
角演算部と回転角変化演算部と測定中回転角演算部と座
標変換演算部と移動量演算部を備える。初期回転角演算
部は３個の加速度センサが検出した指針座標系の加速度
を基に測定箇所指針部の回転角の初期値を演算する。回
転角変化演算部は測定中に３個のジャイロが検出した角
速度を積分して非検査物の形状測定中の測定箇所指針部
の回転角の変化を算出する。

【００１９】測定中回転角演算部は初期回転角演算部が
演算した測定箇所指針部の回転角の初期値と回転角変化
演算部が演算した測定箇所指針部の回転角の変化を基
に、測定中の測定箇所指針部の回転角を求める。座標変
換演算部は測定中回転角演算部が検出した測定中の測定
箇所指針部の回転角と加速度センサが検出した測定箇所
指針部先端の指針座標系の加速度を基に測定箇所指針部
の重力座標系の加速度を算出する。移動量演算部は座標
変換演算部が変換した加速度を２回積分して測定箇所指
針部先端の重力座標系での移動方向及び移動距離を算出
して、被測定物の測定箇所の座標を演算する。ここで、
演算装置が算出する被測定物の測定箇所の座標は測定開
始した位置を基準とした相対座標である。

【００２０】なお、上取込指示部にボタンスイッチを用
いる代わりに、測定箇所指針部に加わる被測定物からの
力の有無を検出したり、測定箇所指針部が被測定物に接
触したときの衝撃を検出したりして３次元被測定物の測
定中か否かの判断をしても良い。これにより、操作を簡
単にして操作間違いなどを防止できる。

【００２１】さらに、測定箇所指針部は測定箇所指針部
の先端部に可視光を発光する光源部と光源部からの可視
光を絞り被測定物にスポット光を照射するレンズユニッ
トを備えて、被測定物の目標点に可視光による目印を付
けることにより、目標点と測定箇所指針部の先端部の当
接点とのずれの発生を少なくしても良い。

【００２２】また、測定箇所指針部は光源部とレンズユ
ニットと光角度測定部と位置算出部を備えるようにして
も良い。光源部は測定箇所指針部の先端部で可視光を発
光し、レンズユニットは光源部からの可視光を絞り被測
定物の被測定位置にスポット光を照射する。光角度測定
部は被測定物に照射したスポット光の重力座標系（Ｘ
ｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＸｓ軸およびＹｓ軸に対する
角度を測定する。位置算出部は予め入力した測定箇所指
針部と被測定物の基準位置との距離と光角度測定部が測
定した光の角度を基に被測定物の基準位置からの被測定
箇所の位置を３次元オイラ角を用いて算出して、遠距離
の被測定物の２次元座標を検出する。ここで、光源部
は、例えばレーザ光を発光する。

【００２３】また、測定箇所指針部は光源部とレンズユ
ニットと光読取部と距離測定部を備えるようにしても良
い。光源部は測定箇所指針部の先端部で可視光を発光す
る。レンズユニットは光源部からの可視光を絞り被測定
物にスポット光を照射する。光読取部は被測定物からの
反射光を入射して電気信号に変換する。距離測定部は光
読取部が変換した電気信号を基に被測定物までの距離を
測定する。ここで、光読取部が変換した電気信号を基に
被測定物までの距離を測定するには、例えば三角法を用
いる。演算部装置は距離測定部が測定した被測定物まで
の距離、３個の加速度センサが検出した加速度及び３個
のジャイロが検出した角速度を基に重力座標系（Ｘｇ，
Ｙｇ，Ｚｇ）における測定箇所指針部の先端部の移動方
向及び移動距離を演算して、目標点と測定箇所指針部の
先端部の当接点とのずれの発生を少なくすると共に、非
接触で被測定物を測定する。

【００２４】

【実施例】図１はこの発明の一実施例の３次元座標測定
装置の構成図である。図に示すように、３次元座標測定
装置はプローブ１と演算装置２を有する。プローブ１は
測定箇所指針部３、取込指示部４、加速度センサ５ａ，
５ｂ，５ｃ、ジャイロ６ａ，６ｂ，６ｃ、測定データ記
憶部８、通信部９及び電源部１０を備える。測定箇所指
針部３はユーザの操作により、先端部３１で被測定物の
測定位置を指し示す。取込指示部４は、例えば押しボタ
ンスイッチを有し、被測定物の基準点と測定箇所指針部
３の先端部３１が接触したときにユーザが上記押しボタ
ンスイッチを押すことにより、被測定物の測定データの
取り込み指令を入力する。加速度センサ５ａ，５ｂ，５
ｃは、それぞれ測定箇所指針部３の軸をＺｓ軸とした場
合のＺｓ軸と直交するＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及びＺｓ
軸方向に向けて設けられ、測定箇所指針部３の先端部３
１におけるＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及びＺｓ軸方向の加
速度Ａxs，Ａys，Ａzsを検出する。ここで、加速度セン
サ５ａ，５ｂ，５ｃは、ピエゾ抵抗方式のものでも静電
容量方式のものでも良い。ジャイロ６ａ，６ｂ，６ｃは
それぞれＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周り及びＺｓ軸周りの角速
度Ｐ，Ｑ，Ｒを検出する。以下の説明では、特に断わら
ない限り測定箇所指針部３の軸をＺｓ軸とした座標系を
指針座標系といい、Ｚｓ軸と直交する２軸をＸｓ軸及び
Ｙｓ軸として説明する。また、重力加速度方向に伸びる
軸をＺｇ軸とする座標系を重力座標系といい、Ｚｇ軸と
直交する２軸をＸｇ軸及びＹｇ軸という。

【００２５】測定データ記憶部８は加速度センサ５ａ，
５ｂ，５ｃが検出した加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及びジャ
イロ６ａ，６ｂ，６ｃが検出した角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを記
憶する。通信部９は、演算装置２とワイアレス通信を行
い、取込指示部４が加速度センサ５ａ，５ｂ，５ｃが検
出した加速度Ａxs，Ａys，Ａzs及びジャイロ６ａ，６
ｂ，６ｃが検出した角速度Ｐ，Ｑ，Ｒの取り込みを指令
すると、測定データ記憶部８に記憶した加速度Ａxs，Ａ
ys，Ａzs及びジャイロ６ａ，６ｂ，６ｃが検出した角速
度Ｐ，Ｑ，Ｒを演算装置に送信する。ここで、通信部９
は演算装置２と無線通信をするようにしても、光通信を
するようにしても良い。

【００２６】演算装置２は、例えば図２に示すように受
信部２１、初期回転角演算部２３、回転角変化演算部２
４、測定中回転角演算部２５、座標変換演算部２６及び
移動量演算部２７を備える。受信装置２１はプローブ１
から加速度センサ５ａ，５ｂ，５ｃが検出した加速度及
びジャイロ６ａ，６ｂ，６ｃが検出した回転角速度を受
信する。初期回転角演算部７３は３個の加速度センサ５
ａ，５ｂ，５ｃが検出した指針座標系での加速度Ａxs，
Ａys，Ａzsを基に測定箇所指針部３の回転角の初期値θ
0，φ0及びΨ0を演算する。回転角変化演算部２４は被
測定物の表面座標測定中の３個のジャイロ６ａ，６ｂ，
６ｃが検出した回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを積分して測定箇
所指針部３の回転角の変化Δθ，Δφ及びΔΨを算出す
る。測定中回転角演算部２５は初期回転角演算部２３が
演算した測定箇所指針部３の回転角の初期値θ0，φ0及
びΨ0と回転角変化演算部２４が演算した測定箇所指針
部３の回転角の変化Δθ，Δφ及びΔΨを基に、測定中
の測定箇所指針部３の回転角θ，φ及びΨを求める。こ
こで、測定中回転角演算部２５はΨ0＝０として測定中
の測定箇所指針部３の回転角θ，φ及びΨを求める。

【００２７】座標変換演算部２６は測定中回転角演算部
２５が検出した測定中の測定箇所指針部３の回転角θ，
φ，Ψと加速度センサ５ａ，５ｂ，５ｃが検出した指針
座標系による加速度Ａxs，Ａys，Ａzsを基に重力座標系
による加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgを算出する。移動量演算
部２７は座標変換演算部２６が変換した重力座標系によ
る加速度Ａxg，Ａyg，Ａzgを２回積分して測定箇所指針
部３の先端部３１の移動方向及び移動距離を算出して、
被測定物の測定箇所の座標を演算する。

【００２８】次に、３次元座標測定装置の動作を説明す
る前に、上記重力座標系による加速度Ａxg，Ａyg，Ａzg
を求める方法について説明する。

【００２９】指針座標系の各軸Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ周りの
回転角速度と測定箇所指針部３の回転角の変化Δθ，Δ
φ，ΔΨは次式で表わすことができる。

【００３０】

【数１】

【００３１】測定中の測定箇所指針部３の回転角θ，
φ，Ψは測定箇所指針部３の回転角の初期値θ0，φ0，
Ψ0及び回転角の変化Δθ，Δφ，ΔΨを基に次式で求
めることができる。

【００３２】

【数２】

【００３３】また、重力座標系から指針座標系への変換
は次式により行うことができる。

【００３４】

【数３】

【００３５】上記式を指針座標系から重力座標系への変
換式の変形する。

【００３６】

【数４】

【００３７】座標変換演算部２６は上記座標変換式を一
次的な近似式で近似して、下記の式を用いて指針座標系
による加速度Ａxs，Ａys，Ａzsを重力座標系による加速
度Ａxg，Ａyg，Ａzgに変換する。

【００３８】

【数５】

【００３９】ここで、ｌｘ，ｌｙ，ｌｚは測定箇所指針
部３の先端部３１から各加速度センサ５ａ，５ｂ，５ｃ
までの距離であり、Ｇは重力加速度である。また、
〔Ｆ〕は３次元座標測定装置の回転による加速度センサ
５ａ，５ｂ，５ｃが検出する加速度に対する影響を示す
項である。

【００４０】上記構成の３次元座標測定装置の動作を、
図３のフローチャートを参照して説明する。

【００４１】加速度センサ５ａ，５ｂ，５ｃはそれぞれ
Ｘｓ方向，Ｙｓ方向，Ｚｓ方向の加速度Ａxs，Ａys，Ａ
zsを検出し、ジャイロ６ａ，６ｂ，６ｃはそれぞれＸｓ
軸周り，Ｙｓ軸周り，Ｚｓ軸周りの回転角速度Ｐ，Ｑ，
Ｒを検出する。ユーザが測定箇所指針部３の先端部３１
を被測定物の測定基準箇所まで移動し、取込指示部４の
スイッチを押下して、測定開始を指示する（ステップＳ
１）。測定開始の指示を入力すると、プローブ１は測定
データ記憶部８に記憶した加速度５ａ，５ｂ，５ｃ及び
回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを消去した後に（ステップＳ
２）、加速度センサ５ａ，５ｂ，５ｃが検出したＸｓ軸
方向，Ｙｓ軸方向，Ｚｓ軸方向の加速度及びジャイロ６
ａ，６ｂ，６ｃが検出したＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周り，Ｚ
ｓ軸周りの回転角速度を測定データ記憶部８に記憶する
（ステップＳ３）。ユーザが再度取込指示部３を押下す
ると（ステップＳ４）、通信部９は演算装置２を呼び出
して測定データ記憶部８に記憶した測定データを送信す
る（ステップＳ５）。３次元測定装置は被測定物の３次
元形状を調べるため、測定箇所指針部３の上下だけでは
測定の開始を検出することができないが、このように、
取込指示部４から測定開始を指令することにより、正確
に測定データの収集をすることができる。

【００４２】演算装置２の初期回転角演算部２３はプロ
ーブ１から加速度センサ５ａ，５ｂ，５ｃが検出したＸ
ｓ軸方向，Ｙｓ軸方向，Ｚｓ軸方向の加速度及びジャイ
ロ６ａ，６ｂ，６ｃが検出したＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周
り，Ｚｓ軸周りの回転角速度を受信すると（ステップＳ
６）、加速度センサ５ａ，５ｂ，５ｃが検出したＸｓ軸
方向，Ｙｓ軸方向，Ｚｓ軸方向の加速度を基に測定箇所
指針部３の回転角の初期値θ0，φ0及びΨ0を算出する
（ステップＳ７）。

【００４３】回転角変化演算部２４は、３個のジャイロ
６ａ，６ｂ，６ｃが検出した回転角速度を積分して測定
箇所指針部２の回転角の変化Δθ，Δφ及びΔΨを演算
する（ステップＳ８）。測定中回転角演算部２５は、初
期回転角演算部２３が演算した測定箇所指針部３の回転
角の初期値θ0，φ0，Ψ0と回転角変化演算部２４が演
算した測定箇所指針部３の回転角の変化Δθ，Δφ，Δ
Ψを基に、測定中の測定箇所指針部３の回転角θ，φ，
Ψを求める（ステップＳ９）。座標変換演算部２６は測
定中回転角演算部２５が検出した測定中の回転角と加速
度センサ５ａ，５ｂ，５ｃが検出した指針座標系の加速
度Ａxs，Ａys，Ａzsを基に重力座標系による加速度Ａx
g，Ａyg，Ａzgを算出する（ステップＳ１０）。移動量
演算部２７は座標変換演算部２６が変換した測定箇所指
針部３の先端部３１の加速度を基に測定箇所指針部３の
先端部３１の移動方向及び移動距離を算出する（ステッ
プＳ１１）。このように、小型の３次元座標装置で被測
定物の３次元形状を測定し、ワイアレス通信で測定した
データを送信することにより、装置の可搬性を高め、ど
こでも容易に被測定物の３次元形状を測定できる。

【００４４】また、プローブ１に、図４に示すように、
座標演算部７を設け、プローブ１内で被測定物の座標を
演算し、外部装置２ｂに送信するようにしても良い。座
標演算部７はＡ／Ｄ変換器７１ａ〜７１ｆ、ローパスフ
ィルタ７２ａ〜７２ｆ、初期回転角演算部２３、回転角
変化演算部２４、測定中回転角演算部２５、座標変換演
算部２６及び移動量演算部２７を備える。Ａ／Ｄ変換器
７１ａ〜７１ｆは、それぞれ加速度センサ５ａ，５ｂ，
５ｃ及びジャイロ６ａ，６ｂ，６ｃからのアナログ信号
をデジタル信号に変換する。ローパスフィルタ７２ａ〜
７２ｆは測定箇所指針部３と被測定物表面との摩擦力に
より生じる加速度センサ５ａ，５ｂ，５ｃ及びジャイロ
６ａ，６ｂ，６ｃからの信号の高周波成分を遮断する。

【００４５】座標演算部７を設けた場合のプローブ１ｂ
の動作について、図５のフローチャートを参照して説明
する。

【００４６】ユーザが測定箇所指針部３の先端部３１を
被測定物の測定基準箇所まで移動し、取込指示部４のス
イッチを押下して測定開始を指示すると（ステップＳ２
１）、プローブ１ｂは測定データ記憶部８に記憶した加
速度５ａ，５ｂ，５ｃ及び回転角速度Ｐ，Ｑ，Ｒを消去
する（ステップＳ２２）。初期回転各演算部２３は加速
度センサ５ａ，５ｂ，５ｃが検出したＸｓ軸方向，Ｙｓ
軸方向，Ｚｓ軸方向の加速度及びジャイロ６ａ，６ｂ，
６ｃが検出したＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周り，Ｚｓ軸周りの
回転角速度を基に測定箇所指針部３の回転角の初期値θ
0，φ0及びΨ0を算出する（ステップＳ２３）。

【００４７】回転角変化演算部２４は、３個のジャイロ
６ａ，６ｂ，６ｃが検出した回転角速度を積分して測定
箇所指針部２の回転角の変化Δθ，Δφ及びΔΨを演算
する（ステップＳ２４）。測定中回転角演算部２５は、
初期回転角演算部２３が演算した測定箇所指針部３の回
転角の初期値θ0，φ0，Ψ0と回転角変化演算部２４が
演算した測定箇所指針部３の回転角の変化Δθ，Δφ，
ΔΨを基に、測定中の測定箇所指針部３の回転角θ，
φ，Ψを求める（ステップＳ２５）。座標変換演算部２
６は測定中回転角演算部２５が検出した測定中の回転角
と加速度センサ５ａ，５ｂ，５ｃが検出した指針座標系
の加速度Ａxs，Ａys，Ａzsを基に重力座標系による加速
度Ａxg，Ａyg，Ａzgを算出する（ステップＳ２６）。移
動量演算部２７は座標変換演算部２６が変換した測定箇
所指針部３の先端部３１の加速度を基に測定箇所指針部
３の先端部３１の移動方向及び移動距離を算出し（ステ
ップＳ２７）、測定データ記憶部８に記憶する（ステッ
プＳ２８）。プローブ１ｂはユーザがさらに取込指示部
４のスイッチを押下して測定データの送信を指示するま
で上記動作（ステップＳ２４〜Ｓ２８）を繰り返す（ス
テップＳ２９）。プローブ１ｂの通信部９はユーザが測
定データの送信を指示すると、測定データ記憶部８に記
憶した測定箇所指針部３の先端部３１の移動方向及び移
動距離を外部装置２ｂに送信する（ステップＳ３０）。
これにより、装置構成を簡単にできるとともに、いろい
ろな装置に測定データを送信することができる。

【００４８】さらに、取込指示部４を設ける代わりに、
図６に示すように被測定物から測定箇所指針部３に加わ
る力を検出する力検出部４１を設けても良い。力測定部
４１は、例えば応力センサを備え、ユーザが測定箇所指
針部３の先端部３１を被測定物の測定点に当接すると、
被測定物から測定箇所指針部３に、例えば図７に示すよ
うな応力が加わる。プローブ１は上記応力が予め定めた
閾値以上になると、測定箇所指針部３の先端部３１が被
測定物に接触していると判断し測定を開始する。ここ
で、上記閾値は被測定物の表面弾性率に応じて設定す
る。例えば、被測定物が軟らかい場合には閾値を低く
し、被測定物が固い場合には閾値を高くする。これによ
り、装置構成を簡単にすることができる。

【００４９】また、座標演算部７ａは、図８に示すよう
に測定箇所指針部３の先端部３１が被測定物に接触した
ときの衝撃を検出する接触検出部７８を備え、接触検出
部７８が測定箇所指針部３が被測定物に接触したことを
検出すると、３個の加速度センサ５ａ，５ｂ，５ｃが検
出した加速度及び３個のジャイロ６ａ，６ｂ，６ｃが検
出した回転角速度を基に測定箇所指針部３の先端部３１
の移動方向及び移動距離を演算するようにしても良い。
測定箇所指針部３の先端部３１が被測定物に接触する
と、加速度センサ５ａ，５ｂ，５ｃが検出した加速度
は、例えば図９に示すように変化するので、接触検出部
７８はこの変化を検出することにより、測定箇所指針部
３が被測定物に接触したことを検出できる。

【００５０】また、測定箇所指針部３の先端部３１が被
測定物に接触しているか否かを、例えばハイパスフィル
タを用いて検出しても良い。加速度センサ５ａ，５ｂ，
５ｃ等からの信号の高周波数成分は測定箇所指針部３の
先端部３１と被測定物表面との摩擦によるものなので、
３個の加速度センサ５ａ，５ｂ，５ｃ及び３個のジャイ
ロ６ａ，６ｂ，６ｃからの信号のいずれからか上記高周
波成分を検出している間を測定中と判断する。

【００５１】さらに、図１０に示すように測定箇所指針
部３ａの先端部３１を鋭角にしてユーザが意図する測定
点と実際の測定点にずれが生じることを防止しても良
い。

【００５２】さらに、図１１及び図１２に示すように測
定箇所指針部３ｂは先端部３１にレーザ光源部３２とレ
ーザ光源部３２からのレーザ光を絞り被測定物に向けて
平行光を照射するレンズユニット３３を備えるようにし
ても良い。ユーザは被測定物の測定基準位置にレーザ光
が当たるようにして測定箇所指針部３ｂの先端部３１を
移動することにより、ユーザが意図する測定点と実際の
測定点にずれが生じることを防止できる。

【００５３】また、プローブ１は、図１３に示すように
レーザ光源部３２とレンズユニット３３と光角度測定部
３４と位置算出部３５を備えるようにしても良い。光源
部３２は測定箇所指針部３の先端部で、例えばレーザ光
を発光し、レンズユニット３３は光源部３２からのレー
ザ光を絞り被測定物の被測定位置にスポット光を照射す
る。光角度測定部３４は被測定物に照射したレーザ光の
重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）のＸｓ軸およびＹｓ軸
に対する角度θを測定する。位置算出部３５は予め入力
した測定箇所指針部と被測定物の基準位置との距離Ｄと
光角度測定部３４が測定したレーザ光の角度θを基に被
測定物の基準位置から被測定箇所までの距離を算出す
る。

【００５４】さらに、図１４に示すように測定箇所指針
部３は光源部３２とレンズユニット３３と光読取部３６
と距離測定部３７を備えるようにしても良い。光源部３
２は測定箇所指針部３の先端部３１で、例えばレーザ光
を発生する。レンズユニット３３は光源部３２からのレ
ーザ光を絞り遠距離にある被測定物５０にスポット光を
照射する。光読取部３４は、例えばイメージセンサ等か
ら成り、被測定物５０からの反射光を入射して電気信号
に変換する。距離測定部３５は光読取部３４が変換した
電気信号を基に、例えば三角法を用いて被測定物５０ま
での距離を測定する。座標演算部７ｂは距離測定部３５
が測定した被測定物５０までの距離、３個の加速度セン
サ５ａ，５ｂ，５ｃが検出した加速度及び３個のジャイ
ロ６ａ，６ｂ，６ｃが検出した回転角速度を基に重力加
速度方向に伸びる軸をＺ軸にした重力座標系における測
定箇所指針部３ｄの先端部３１の移動方向及び移動距離
を演算する。このように、非接触で被測定物の形状を測
定できるので、例えば大きすぎて直接接触して測定する
ことのできなかった物の形状を測定することができる。
ここで、距離測定部３５は三角法を用いて被測定物５０
までの距離を測定する代わりに、干渉縞を用いて被測定
物５０までの距離を測定するようにしても良い。また、
レーザ光を用いる代わりに超音波等を用いても良い。

【００５５】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、プロー
ブは加速度センサが検出した加速度及びジャイロが検出
した角速度の取り込みを指令すると、測定データを演算
装置に送り、演算装置はプローブから受けた加速度及び
角速度を基にプローブの３次元の移動方向及び移動距離
を演算し被測定物の測定開始箇所を基準とした３次元座
標を算出するので、装置を小型化することができると共
にデータ入力するプローブを演算装置と切り離したの
で、測定操作が容易である。

【００５６】また、プローブは加速度センサが検出した
加速度及びジャイロが検出した角速度を基にプローブの
３次元の移動方向及び移動距離を演算し被測定物の測定
開始箇所を基準とした３次元座標を測定し、測定データ
を外部装置に送信するので、装置を小型化することがで
きると共に汎用性を高めることができる。

【００５７】さらに、プローブはワイアレス通信で測定
データを送信するので、プローブの可搬性を良くするこ
とができる。

【００５８】さらに、被測定物から測定箇所指針部に加
わる力を検出すると測定結果を送信するので、操作を簡
単にすることができる。

【００５９】また、測定箇所指針部が被測定物に接触し
たときの衝撃を検出すると、測定結果を送信するので、
装置構成をさらに小型化することができる。

【００６０】さらに、測定箇所指針部は被測定物の目標
点にレーザ光による目印を付けるので、目標点と測定箇
所指針部の先端部の当接点とのずれの発生を少なくする
ことができる。

【００６１】また、被測定物の被測定位置に可視スポッ
ト光を照射し、被測定物に照射したスポット光の重力座
標系のＸｓ軸およびＹｓ軸に対する角度を測定し、予め
入力した被測定物の基準位置までの距離と測定したスポ
ット光の角度を基に被測定物の基準位置からの被測定箇
所の位置を算出するので、非接触で被測定物の２次元座
標を検出することができる。

【００６２】また、被測定物に可視スポット光を照射
し、被測定物からの反射光基に被測定物までの距離を測
定し、測定した被測定物までの距離、加速度センサが検
出した加速度及びジャイロが検出した角速度を基に被測
定物の測定箇所の座標を演算するので、目標点と測定箇
所指針部の先端部の当接点とのずれの発生を少なくする
と共に、非接触で被測定物を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す構成図である。

【図２】演算装置の構成図である。

【図３】３次元座標測定装置の動作を示すフローチャー
トである。

【図４】座標演算部の構成図である。

【図５】座標演算部を有するプローブの動作を示すフロ
ーチャートである。

【図６】力検出部を設けた３次元座標入力装置の構成図
である。

【図７】力検出部に加わる応力を示す波形図である。

【図８】接触検出部を設けた３次元座標入力装置の構成
図である。

【図９】加速度の変化を示す波形図である。

【図１０】先端部の側面図である。

【図１１】レーザ光源を有する３次元座標入力装置の構
成図である。

【図１２】他のレーザ光源を有する３次元座標入力装置
の構成図である。

【図１３】遠距離被測定物の２次元座標を測定する座標
入力装置の構成図である。

【図１４】非接触で測定する３次元座標入力装置の構成
図である。

【符号の説明】

１プローブ２演算装置２３初期回転角演算部２４回転角変化演算部２５測定中回転角演算部２６座標変換演算部２７移動量演算部３測定箇所指針部３２レーザ光源部３３レンズユニット３４レーザ光角度測定部３５位置算出部３５３６光読取部３７距離測定部４取込指示部４１力測定部５加速度センサ６ジャイロ７座標演算部７８接触検出部８測定データ記憶部９通信部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プローブと演算装置を有し、プローブは
測定箇所指針部と３個の加速度センサと３個のジャイロ
と取込指示部と通信部を備え、測定箇所指針部は先端部
で被測定物の測定箇所を指し示し、３個の加速度センサ
はそれぞれ測定箇所指針部の軸をＺｓ軸とした指針座標
系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）のＸｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及び
Ｚｓ軸方向の加速度を検出し、３個のジャイロはそれぞ
れＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周り及びＺｓ軸周りの角速度を検
出し、取込指示部は３個の加速度センサが検出した加速
度及び３個のジャイロが検出した角速度の取り込みを指
令し、通信部は取込指示部が被測定物の測定データの取
り込みを指令すると、測定データを演算装置に送り、演
算装置はプローブから受けた加速度及び角速度を基に重
力加速度方向に伸びる軸をＺｇ軸にした重力座標系（Ｘ
ｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるプローブの３次元の移動方向
及び移動距離を演算し被測定物の測定開始箇所を基準と
した重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）における３次元座
標を算出することを特徴とする３次元座標測定装置。
【請求項２】測定箇所指針部と３個の加速度センサと
３個のジャイロと取込指示部と座標演算部と通信部を備
え、測定箇所指針部は先端部で被測定物の測定箇所を指
し示し、３個の加速度センサはそれぞれ測定箇所指針部
の軸をＺｓ軸とした指針座標系（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）の
Ｘｓ軸方向，Ｙｓ軸方向及びＺｓ軸方向の加速度を検出
し、３個のジャイロはそれぞれＸｓ軸周り，Ｙｓ軸周り
及びＺｓ軸周りの角速度を検出し、座標演算部は３個の
加速度センサが検出した加速度及び３個のジャイロが検
出した角速度を基に重力加速度方向に伸びる軸をＺｇ軸
にした重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるプロー
ブの３次元の移動方向及び移動距離を演算して被測定物
の測定開始箇所を基準とした重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，
Ｚｇ）における３次元座標を算出し、取込指示部は被測
定物の測定箇所の３次元座標の取り込みを指令し、通信
部は取込指示部が測定データの取り込みを指令すると測
定データを外部装置に送ることを特徴とする３次元座標
測定装置。
【請求項３】通信部は取込指示部が測定データの取り
込みを指令すると、測定データをワイアレス通信で送る
請求項１又は２記載の３次元座標測定装置。
【請求項４】取込指示部は被測定物から測定箇所指針
部に加わる力を検出する力検出部を備え、力検出部が被
測定物から測定箇所指針部に加わる力を検出すると測定
データの取り込みを指令する請求項１又は２記載の３次
元座標測定装置。
【請求項５】取込指示部は測定箇所指針部が被測定物
に接触したときの衝撃を検出する接触検出部を備え、接
触検出部が測定箇所指針部が被測定物に接触したときの
衝撃を検出すると測定データの取り込みを指令する請求
項１又は２記載の３次元座標測定装置。
【請求項６】測定箇所指針部は先端部に可視光を発光
する光源部と光源部からの可視光を絞り被測定物にスポ
ット光を照射するレンズユニットを備える請求項１又は
２記載の３次元座標測定装置。
【請求項７】測定箇所指針部は光源部とレンズユニッ
トと光角度測定部と位置算出部を備え、光源部は測定箇
所指針部の先端部で可視光を発光し、レンズユニットは
光源部からの可視光を絞り被測定物の被測定位置にスポ
ット光を照射し、光角度測定部は被測定物に照射したス
ポット光の重力座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）におけるＸ
ｓ軸およびＹｓ軸に対する照射角度を測定し、位置算出
部は予め入力した測定箇所指針部と被測定物の基準位置
との距離と光角度測定部が測定した可視光の角度を基に
被測定物の基準位置からの被測定箇所の距離を算出する
請求項１又は２記載の３次元座標測定装置。
【請求項８】測定箇所指針部は光源部とレンズユニッ
トと光読取部と距離測定部を備え、光源部は測定箇所指
針部の先端部で可視光を発光し、レンズユニットは光源
部からの可視光を絞り被測定物にスポット光を照射し、
光読取部は被測定物からの反射光を入射して電気信号に
変換し、距離測定部は光読取部が変換した電気信号を基
に被測定物までの距離を測定して、距離測定部が測定し
た被測定物までの距離、３個の加速度センサが検出した
加速度及び３個のジャイロが検出した角速度を基に被測
定物の測定開始箇所を基準とした重力座標系（Ｘｇ，Ｙ
ｇ，Ｚｇ）における３次元座標を算出する請求項１又は
２記載の３次元座標測定装置。