JPH09311021A - 光波測距儀を用いた３次元形状測定方法 - Google Patents
光波測距儀を用いた３次元形状測定方法Info
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- JPH09311021A JPH09311021A JP12999096A JP12999096A JPH09311021A JP H09311021 A JPH09311021 A JP H09311021A JP 12999096 A JP12999096 A JP 12999096A JP 12999096 A JP12999096 A JP 12999096A JP H09311021 A JPH09311021 A JP H09311021A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高精度で測定が自動化された光波測距儀を用
いた３次元形状の測定方法の提供。 【解決手段】 ターゲットＰｎの設計座標を抽出し、タ
ーゲットＰｎのうちの一部について計測して計測座標系
の計測座標を作成し設計座標とから座標変換定数を作成
し、該座標変換定数を用いて全ターゲットＰｎの設計座
標を座標変換し、各ターゲットを画像処理機器にて撮像
して画像処理機器に取込み、画像処理機器にて取り込ん
だ画像のセンタリングを行って各ターゲットの計測座標
系での座標値を求め、求めた座標値を上記の座標変換定
数の逆数を用いて設計座標に変換し、これを基のＰｎの
設計座標と比べることにより計測対象物の製作誤差を評
価する、光波測距儀を用いた３次元形状測定方法。
いた３次元形状の測定方法の提供。 【解決手段】 ターゲットＰｎの設計座標を抽出し、タ
ーゲットＰｎのうちの一部について計測して計測座標系
の計測座標を作成し設計座標とから座標変換定数を作成
し、該座標変換定数を用いて全ターゲットＰｎの設計座
標を座標変換し、各ターゲットを画像処理機器にて撮像
して画像処理機器に取込み、画像処理機器にて取り込ん
だ画像のセンタリングを行って各ターゲットの計測座標
系での座標値を求め、求めた座標値を上記の座標変換定
数の逆数を用いて設計座標に変換し、これを基のＰｎの
設計座標と比べることにより計測対象物の製作誤差を評
価する、光波測距儀を用いた３次元形状測定方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光波測距儀を用い
た３次元形状の自動測定方法に関する。
た３次元形状の自動測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来は、図６に示すように、手動方式の
光波測距儀１を用い、計測対象物２に取りつけられた複
数（たとえば、２００個）のターゲット３を目視により
視準し、光波測距儀に付随する角度読取り装置から得ら
れる角度データと、光波から得られた距離データ（光波
測距儀とターゲットとの間の距離のデータ）から３次元
の座標（測定座標）をすべてのターゲットに対して作成
し、それと各ターゲットの設計座標（理論座標）とを計
算機などを用いることによって比較し、計測対象物２の
製造誤差の評価、形状の管理などを行っていた。
光波測距儀１を用い、計測対象物２に取りつけられた複
数（たとえば、２００個）のターゲット３を目視により
視準し、光波測距儀に付随する角度読取り装置から得ら
れる角度データと、光波から得られた距離データ（光波
測距儀とターゲットとの間の距離のデータ）から３次元
の座標（測定座標）をすべてのターゲットに対して作成
し、それと各ターゲットの設計座標（理論座標）とを計
算機などを用いることによって比較し、計測対象物２の
製造誤差の評価、形状の管理などを行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、光波測距儀を
用いた、従来の手動による計測には、つぎの問題があっ
た。 計測者のスキルにより計測データに差が生じ、高精
度な計測、形状管理を行うことが困難である。 繰返し計測を行っても、毎回の計測にばらつきが生
じる。 正確な３次元形状を把握するためには計測点数（タ
ーゲットの数）を増やす必要があり（たとえば、橋梁の
一部分についてターゲットの数が２００個必要になるな
ど）、計測点数の増加は作業者への負荷の増加と、測定
時間のロング化を招く。 本発明の目的は、高精度で、測定が自動化された、光波
測距儀を用いた３次元形状の測定方法を提供することに
ある。
用いた、従来の手動による計測には、つぎの問題があっ
た。 計測者のスキルにより計測データに差が生じ、高精
度な計測、形状管理を行うことが困難である。 繰返し計測を行っても、毎回の計測にばらつきが生
じる。 正確な３次元形状を把握するためには計測点数（タ
ーゲットの数）を増やす必要があり（たとえば、橋梁の
一部分についてターゲットの数が２００個必要になるな
ど）、計測点数の増加は作業者への負荷の増加と、測定
時間のロング化を招く。 本発明の目的は、高精度で、測定が自動化された、光波
測距儀を用いた３次元形状の測定方法を提供することに
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の方法はつぎの方法からなる。設計データを基に、計
測対象物に固定の設計座標系における、計測対象物に固
定の複数のターゲットＰｎの設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚ
ｎ）を抽出する工程と、前記複数のターゲットＰｎのう
ち一部の、少なくとも３個の、ターゲットを基準点用タ
ーゲットＰｉとして、該基準点用ターゲットの計測座標
系における座標を計測座標系に固定の光波測距儀を用い
て実際に計測し、該基準点用ターゲットＰｉの計測座標
系での測定座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を求める工程と、
前記基準点用ターゲットＰｉの、前記設計座標（Ｘｉ，
Ｙｉ，Ｚｉ）と前記測定座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）とか
ら、設計座標系を計測座標系に変換するための座標変換
マトリクスＭを求める工程と、該座標変換マトリクスＭ
を用いて全ターゲットＰｎの設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚ
ｎ）を設計座標系から計測座標系に座標変換して、全タ
ーゲットＰｎの計測座標系における理論座標（ｘｎ，ｙ
ｎ，ｚｎ）を求める工程と、各ターゲットＰｎを計測座
標系に固定の撮像機器により撮像して画像処理機器に取
込み、撮像したターゲットＰｎの中心と、撮像機器中心
との面内方向のずれ（ｄｘ，ｄｙ）が小さくなるように
撮像機器中心の角度を調整することを少なくとも１回実
行して、取り込んだターゲットＰｎの画像のセンタリン
グを行うことにより、各ターゲットＰｎの計測座標系で
の測定座標（ｘｎ’，ｙｎ’，ｚｎ’）を所定の精度以
上の精度で求める工程と、前記各ターゲットＰｎの計測
座標系での測定座標（ｘｎ’，ｙｎ’，ｚｎ’）を前記
座標変換マトリクスの逆マトリクスを用いて各ターゲッ
トＰｎ近傍の設計座標系に座標変換して設計座標での測
定座標（Ｘｎ’，Ｙｎ’，Ｚｎ’）を求める工程と、前
記各ターゲットの設計座標での測定座標（Ｘｎ’，Ｙ
ｎ’，Ｚｎ’）と前記設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）と
を設計座標系で比較して計測対象物の各ターゲット位置
における製作誤差を評価する工程と、からなる光波測距
儀を用いた３次元形状測定方法。
明の方法はつぎの方法からなる。設計データを基に、計
測対象物に固定の設計座標系における、計測対象物に固
定の複数のターゲットＰｎの設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚ
ｎ）を抽出する工程と、前記複数のターゲットＰｎのう
ち一部の、少なくとも３個の、ターゲットを基準点用タ
ーゲットＰｉとして、該基準点用ターゲットの計測座標
系における座標を計測座標系に固定の光波測距儀を用い
て実際に計測し、該基準点用ターゲットＰｉの計測座標
系での測定座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を求める工程と、
前記基準点用ターゲットＰｉの、前記設計座標（Ｘｉ，
Ｙｉ，Ｚｉ）と前記測定座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）とか
ら、設計座標系を計測座標系に変換するための座標変換
マトリクスＭを求める工程と、該座標変換マトリクスＭ
を用いて全ターゲットＰｎの設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚ
ｎ）を設計座標系から計測座標系に座標変換して、全タ
ーゲットＰｎの計測座標系における理論座標（ｘｎ，ｙ
ｎ，ｚｎ）を求める工程と、各ターゲットＰｎを計測座
標系に固定の撮像機器により撮像して画像処理機器に取
込み、撮像したターゲットＰｎの中心と、撮像機器中心
との面内方向のずれ（ｄｘ，ｄｙ）が小さくなるように
撮像機器中心の角度を調整することを少なくとも１回実
行して、取り込んだターゲットＰｎの画像のセンタリン
グを行うことにより、各ターゲットＰｎの計測座標系で
の測定座標（ｘｎ’，ｙｎ’，ｚｎ’）を所定の精度以
上の精度で求める工程と、前記各ターゲットＰｎの計測
座標系での測定座標（ｘｎ’，ｙｎ’，ｚｎ’）を前記
座標変換マトリクスの逆マトリクスを用いて各ターゲッ
トＰｎ近傍の設計座標系に座標変換して設計座標での測
定座標（Ｘｎ’，Ｙｎ’，Ｚｎ’）を求める工程と、前
記各ターゲットの設計座標での測定座標（Ｘｎ’，Ｙ
ｎ’，Ｚｎ’）と前記設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）と
を設計座標系で比較して計測対象物の各ターゲット位置
における製作誤差を評価する工程と、からなる光波測距
儀を用いた３次元形状測定方法。
【０００５】上記方法では、手動（または自動）による
実際の計測は少なくとも３点の基準点用ターゲットだけ
で済み、残りの多数のターゲットの測定は、撮像装置と
画像処理装置によって自動計測される。したがって、作
業者のスキルに影響去れない安定した測定が可能にな
り、かつ高速でしかも自動計測によって省人化、時間短
縮が可能になる。
実際の計測は少なくとも３点の基準点用ターゲットだけ
で済み、残りの多数のターゲットの測定は、撮像装置と
画像処理装置によって自動計測される。したがって、作
業者のスキルに影響去れない安定した測定が可能にな
り、かつ高速でしかも自動計測によって省人化、時間短
縮が可能になる。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明実施例の光波測距儀を用い
た３次元形状測定方法を、図１〜図５を参照して説明す
る。図１に示すように、設計データ（たとえば、ＣＡＤ
データ）を基に、計測対象物（たとえば、橋梁の一構成
部分）１０に固定の設計座標系（図１のＸ，Ｙ，Ｚ座標
系）における、計測対象物１０に固定の複数のターゲッ
トＰｎの設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を抽出する。タ
ーゲットＰｎには、たとえば鏡に十字（十字の交点がタ
ーゲットの中心）と丸の印を描いた、反射ターゲットを
用いる。ターゲットＰｎの数は、場合場合で異なるが、
たとえば橋梁の一構成部分の場合には、１００〜２００
点程度ある。ターゲットＰｎの設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，
Ｚｎ）は、設計データからの理論座標であって、実際に
測定した測定座標ではない。ターゲットＰｎの設計座標
（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）をパソコン１１に一時格納してお
く。
た３次元形状測定方法を、図１〜図５を参照して説明す
る。図１に示すように、設計データ（たとえば、ＣＡＤ
データ）を基に、計測対象物（たとえば、橋梁の一構成
部分）１０に固定の設計座標系（図１のＸ，Ｙ，Ｚ座標
系）における、計測対象物１０に固定の複数のターゲッ
トＰｎの設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を抽出する。タ
ーゲットＰｎには、たとえば鏡に十字（十字の交点がタ
ーゲットの中心）と丸の印を描いた、反射ターゲットを
用いる。ターゲットＰｎの数は、場合場合で異なるが、
たとえば橋梁の一構成部分の場合には、１００〜２００
点程度ある。ターゲットＰｎの設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，
Ｚｎ）は、設計データからの理論座標であって、実際に
測定した測定座標ではない。ターゲットＰｎの設計座標
（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）をパソコン１１に一時格納してお
く。
【０００７】つぎに、図２に示すように、前記複数のタ
ーゲットＰｎのうち一部の、少なくとも３個の、ターゲ
ットを基準点用ターゲットＰｉ（たとえば、Ｐ1 、
Ｐ2 、Ｐ 3 の３点）として選定して、該基準点用ターゲ
ットＰｉの計測座標系（図２のｘ，ｙ，ｚ座標系）にお
ける座標を計測座標系に固定の光波測距儀１２（図では
２台ある場合を示したが、少なくとも１台あればよい）
を用いて実際に計測し（この計測は手動による計測であ
り、この基準点用ターゲットＰｉだけは従来通りの手動
計測により計測する）、該基準点用ターゲットＰｉの計
測座標系での測定座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を求める。
計測座標系は、たとえば計測対象物１０が設置された工
場の床に固定の座標であり、上記の計測対象物に固定の
設計座標系とは異なる。設計座標系は計測座標系に対し
て平行移動可能でかつ傾動可能の座標系である。基準点
用ターゲットＰｉとして３個より多い点を選定した場合
には、最小二乗法などの演算を行ってつぎに述べる座標
変換定数が最小になるようにする。
ーゲットＰｎのうち一部の、少なくとも３個の、ターゲ
ットを基準点用ターゲットＰｉ（たとえば、Ｐ1 、
Ｐ2 、Ｐ 3 の３点）として選定して、該基準点用ターゲ
ットＰｉの計測座標系（図２のｘ，ｙ，ｚ座標系）にお
ける座標を計測座標系に固定の光波測距儀１２（図では
２台ある場合を示したが、少なくとも１台あればよい）
を用いて実際に計測し（この計測は手動による計測であ
り、この基準点用ターゲットＰｉだけは従来通りの手動
計測により計測する）、該基準点用ターゲットＰｉの計
測座標系での測定座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を求める。
計測座標系は、たとえば計測対象物１０が設置された工
場の床に固定の座標であり、上記の計測対象物に固定の
設計座標系とは異なる。設計座標系は計測座標系に対し
て平行移動可能でかつ傾動可能の座標系である。基準点
用ターゲットＰｉとして３個より多い点を選定した場合
には、最小二乗法などの演算を行ってつぎに述べる座標
変換定数が最小になるようにする。
【０００８】つぎに、少なくとも３点の前記基準点用タ
ーゲットＰｉの、前記設計座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）と
前記測定座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）とから、設計座標系
を計測座標系に変換するための座標変換マトリクスＭを
求める。このマトリクスは、３×３のマトリクスであ
る。基準点用ターゲットＰｉとして３個より多い点を選
定した場合には、最小二乗法（最小二乗法自体は公知の
方法）などの演算を行って座標変換定数が最小になるよ
うにする（誤差を最小にする座標変換マトリクスＭを求
める）。
ーゲットＰｉの、前記設計座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）と
前記測定座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）とから、設計座標系
を計測座標系に変換するための座標変換マトリクスＭを
求める。このマトリクスは、３×３のマトリクスであ
る。基準点用ターゲットＰｉとして３個より多い点を選
定した場合には、最小二乗法（最小二乗法自体は公知の
方法）などの演算を行って座標変換定数が最小になるよ
うにする（誤差を最小にする座標変換マトリクスＭを求
める）。
【０００９】ついで、座標変換マトリクスＭを用いて全
ターゲットＰｎの設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を設計
座標系から計測座標系に座標変換して、全ターゲットＰ
ｎの計測座標系における理論座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）
を求める。これは、パソコン１１に格納しておいた全タ
ーゲットＰｎの設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を用いて
パソコン１１にてＭ・Ｐｎから自動的にかつ短時間のう
ちに演算される。
ターゲットＰｎの設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を設計
座標系から計測座標系に座標変換して、全ターゲットＰ
ｎの計測座標系における理論座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）
を求める。これは、パソコン１１に格納しておいた全タ
ーゲットＰｎの設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を用いて
パソコン１１にてＭ・Ｐｎから自動的にかつ短時間のう
ちに演算される。
【００１０】ついで、図２にて、各ターゲットＰｎを計
測座標系に固定の撮像機器１３（たとえば、光波測距儀
１２に付随したＣＣＤカメラなど）により撮像して画像
処理機器（たとえば、パソコン１１）に取込む。そし
て、図３、図４に示すように、撮像したターゲットＰｎ
の中心１４と、撮像機器中心１５（画面の中心で、各タ
ーゲットＰｎの計測座標系における理論座標（ｘｎ，ｙ
ｎ，ｚｎ）と一致する）との画像の面内方向のずれ（ｄ
ｘ，ｄｙ）が小さくなるように撮像機器中心の角度を調
整することを少なくとも１回実行して、取り込んだター
ゲットＰｎの画像のセンタリングを行う（図３から図４
の状態にする）ことにより、各ターゲットＰｎの計測座
標系での測定座標（ｘｎ’，ｙｎ’，ｚｎ’）を所定の
精度以上の精度で求める。この計測は自動計測で行われ
る。
測座標系に固定の撮像機器１３（たとえば、光波測距儀
１２に付随したＣＣＤカメラなど）により撮像して画像
処理機器（たとえば、パソコン１１）に取込む。そし
て、図３、図４に示すように、撮像したターゲットＰｎ
の中心１４と、撮像機器中心１５（画面の中心で、各タ
ーゲットＰｎの計測座標系における理論座標（ｘｎ，ｙ
ｎ，ｚｎ）と一致する）との画像の面内方向のずれ（ｄ
ｘ，ｄｙ）が小さくなるように撮像機器中心の角度を調
整することを少なくとも１回実行して、取り込んだター
ゲットＰｎの画像のセンタリングを行う（図３から図４
の状態にする）ことにより、各ターゲットＰｎの計測座
標系での測定座標（ｘｎ’，ｙｎ’，ｚｎ’）を所定の
精度以上の精度で求める。この計測は自動計測で行われ
る。
【００１１】上記の各ターゲットＰｎの計測座標系での
測定座標（ｘｎ’，ｙｎ’，ｚｎ’）を所定の精度以上
の精度で求める工程を、さらに以下に説明する。各ター
ゲットＰｎを、計測座標系に固定され水平／垂直方向に
撮像機器１３および測距機器の位置決め機構を有した光
波測距儀を演算処理装置にて制御を行うことにより自動
計測を行う。測定方法は、計測座標系の理論座標値（ｘ
ｎ，ｙｎ，ｚｎ）より、光波測距儀の制御に必要なデー
タ（α、β、Ｌ）を演算処理装置（パソコン１１）を利
用し算出する。ここで、 α：水平方向の角度 β：垂直方向の角度 Ｌ：光波測距儀中心と理論値座標までの距離 である。演算処理装置の指示によりα、βを光波測距儀
に送信することにより、光波測距儀は理論座標値の位置
に撮像機器１３を指向させることができる。ここで、演
算処理装置により光波測距儀に計測指示を送信すること
で、 画像処理機器に、理論座標値近傍にあるターゲット
Ｐｎの画像 演算処理機器にターゲットまでの距離（Ｌ´）、光
波測距儀の現在指示方向（α´，β´）を取り込むこと
ができる。光波測距儀１２から距離の情報が正しく返信
されない場合には、理論値座標近傍に目的とするターゲ
ットＰｎが存在しないと判断し、以下の処理を行う。距
離情報が正しく返信された場合には理論値座標近傍に目
的とするターゲットＰｎが存在すると判断し、位置決め
処理に移行する。
測定座標（ｘｎ’，ｙｎ’，ｚｎ’）を所定の精度以上
の精度で求める工程を、さらに以下に説明する。各ター
ゲットＰｎを、計測座標系に固定され水平／垂直方向に
撮像機器１３および測距機器の位置決め機構を有した光
波測距儀を演算処理装置にて制御を行うことにより自動
計測を行う。測定方法は、計測座標系の理論座標値（ｘ
ｎ，ｙｎ，ｚｎ）より、光波測距儀の制御に必要なデー
タ（α、β、Ｌ）を演算処理装置（パソコン１１）を利
用し算出する。ここで、 α：水平方向の角度 β：垂直方向の角度 Ｌ：光波測距儀中心と理論値座標までの距離 である。演算処理装置の指示によりα、βを光波測距儀
に送信することにより、光波測距儀は理論座標値の位置
に撮像機器１３を指向させることができる。ここで、演
算処理装置により光波測距儀に計測指示を送信すること
で、 画像処理機器に、理論座標値近傍にあるターゲット
Ｐｎの画像 演算処理機器にターゲットまでの距離（Ｌ´）、光
波測距儀の現在指示方向（α´，β´）を取り込むこと
ができる。光波測距儀１２から距離の情報が正しく返信
されない場合には、理論値座標近傍に目的とするターゲ
ットＰｎが存在しないと判断し、以下の処理を行う。距
離情報が正しく返信された場合には理論値座標近傍に目
的とするターゲットＰｎが存在すると判断し、位置決め
処理に移行する。
【００１２】理論値座標近傍に目的とするターゲットＰ
ｎが存在しないと判断した場合（計測対象物１０に所定
量以上の製作誤差がある場合や、計測対象物の自重によ
る静的な変形などが要因で生じる）、演算処理装置と画
像処理装置は、以下の方法に従って設定値範囲内を検索
し、目的とするターゲットＰｎを抽出する。 画像処理装置は撮像装置を用いて理論値近傍の画像
を取り込む。 理論値近傍に垂直な仮想平面を作成し、で取り込
んだ画像を写像する。 写像された画像から理論値座標を中心とし設定範囲
の画像を抽出する。 演算処理装置は抽出された設定範囲の画像に対し、
目的とするターゲット色の重心を求める。（ターゲット
の丸印は色がつけられていてその色の領域の重心を求め
ることで、ターゲットの画像の中心を自動で求める）。 で求められた重心の位置に撮像機器・測距機器の
ターゲット中心を合わせる。 演算処理装置は光波測距儀に距離の計測開始を送信
する。 光波測距儀より距離の情報が正しく返信されれば、
重心中心近傍に目的とするターゲットは存在することと
なるので、位置決め処理に移行する。 光波測距儀より距離の情報が返信されない場合に
は、重心中心近傍には目的とするターゲットが存在しな
いこととなり、演算処理装置は計測エラーとしてその測
点を処理する。この場合、図５に示すように、計測可能
な点のみ計測を行い（点線は計測不可能な点を示す）、
そこから得られた座標変換データを基に再度設計座標に
座標変換をかけ、より実体に近い計測座標を再度求める
ことにより、計測不可能な点数を減らすことができるの
で、そのようにしてもよい。
ｎが存在しないと判断した場合（計測対象物１０に所定
量以上の製作誤差がある場合や、計測対象物の自重によ
る静的な変形などが要因で生じる）、演算処理装置と画
像処理装置は、以下の方法に従って設定値範囲内を検索
し、目的とするターゲットＰｎを抽出する。 画像処理装置は撮像装置を用いて理論値近傍の画像
を取り込む。 理論値近傍に垂直な仮想平面を作成し、で取り込
んだ画像を写像する。 写像された画像から理論値座標を中心とし設定範囲
の画像を抽出する。 演算処理装置は抽出された設定範囲の画像に対し、
目的とするターゲット色の重心を求める。（ターゲット
の丸印は色がつけられていてその色の領域の重心を求め
ることで、ターゲットの画像の中心を自動で求める）。 で求められた重心の位置に撮像機器・測距機器の
ターゲット中心を合わせる。 演算処理装置は光波測距儀に距離の計測開始を送信
する。 光波測距儀より距離の情報が正しく返信されれば、
重心中心近傍に目的とするターゲットは存在することと
なるので、位置決め処理に移行する。 光波測距儀より距離の情報が返信されない場合に
は、重心中心近傍には目的とするターゲットが存在しな
いこととなり、演算処理装置は計測エラーとしてその測
点を処理する。この場合、図５に示すように、計測可能
な点のみ計測を行い（点線は計測不可能な点を示す）、
そこから得られた座標変換データを基に再度設計座標に
座標変換をかけ、より実体に近い計測座標を再度求める
ことにより、計測不可能な点数を減らすことができるの
で、そのようにしてもよい。
【００１３】位置決め処理では、目的とする計測ターゲ
ットＰｎの中心と光波測距儀の中心の誤差量を小さくす
るために演算処理装置と画像処理装置では以下の手法を
用いて光波測距儀を制御する。位置決め手法はつぎの通
りである。 Ａ：撮像した画像情報からターゲット中心と光波測距儀
画像中心との面内方向のズレ量（ｄｘ，ｄｙ）を、つぎ
の補正法 １． 重心法 ２． エッジ検出法 ３． 最小二乗円法 ４． パターンマッチング法 の何れかまたはそれらの組み合わせにより、求める。 Ｂ：演算処理装置を利用し、Ｌ´、ｄｘ、ｄｙからター
ゲット中心位置を指向する新たなαｈ、βｚを算出す
る。 Ｃ：演算処理装置の指示により光波測距儀にαｈ、βｚ
を送信することにより計測すべきターゲットの更に近傍
に光波測距儀を指向させることができる。αｈ、βｚが
所定の精度に収まるまでＡ〜Ｃを繰り返すことで、計測
すべきターゲットの中心の座標を高精度で求めることが
できる。
ットＰｎの中心と光波測距儀の中心の誤差量を小さくす
るために演算処理装置と画像処理装置では以下の手法を
用いて光波測距儀を制御する。位置決め手法はつぎの通
りである。 Ａ：撮像した画像情報からターゲット中心と光波測距儀
画像中心との面内方向のズレ量（ｄｘ，ｄｙ）を、つぎ
の補正法 １． 重心法 ２． エッジ検出法 ３． 最小二乗円法 ４． パターンマッチング法 の何れかまたはそれらの組み合わせにより、求める。 Ｂ：演算処理装置を利用し、Ｌ´、ｄｘ、ｄｙからター
ゲット中心位置を指向する新たなαｈ、βｚを算出す
る。 Ｃ：演算処理装置の指示により光波測距儀にαｈ、βｚ
を送信することにより計測すべきターゲットの更に近傍
に光波測距儀を指向させることができる。αｈ、βｚが
所定の精度に収まるまでＡ〜Ｃを繰り返すことで、計測
すべきターゲットの中心の座標を高精度で求めることが
できる。
【００１４】ついで、上記の工程で求めた各ターゲット
Ｐｎの計測座標系での測定座標（ｘｎ’，ｙｎ’，ｚ
ｎ’）を、座標変換マトリクスＭの逆マトリクスを用い
て各ターゲットＰｎ近傍の設計座標系に座標変換して設
計座標での測定座標（Ｘｎ’，Ｙｎ’，Ｚｎ’）を求め
る。設計座標に変換する理由は、つぎの工程において測
定値と設計値との比較、評価、管理するときに、計測座
標系で行うよりも設計座標系で行う方が比較、評価、管
理し易いためである。
Ｐｎの計測座標系での測定座標（ｘｎ’，ｙｎ’，ｚ
ｎ’）を、座標変換マトリクスＭの逆マトリクスを用い
て各ターゲットＰｎ近傍の設計座標系に座標変換して設
計座標での測定座標（Ｘｎ’，Ｙｎ’，Ｚｎ’）を求め
る。設計座標に変換する理由は、つぎの工程において測
定値と設計値との比較、評価、管理するときに、計測座
標系で行うよりも設計座標系で行う方が比較、評価、管
理し易いためである。
【００１５】ついで、各ターゲットＰｎの設計座標での
測定座標（Ｘｎ’，Ｙｎ’，Ｚｎ’）と前記設計座標
（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）とを設計座標系で比較して計測対
象物１０の各ターゲット位置における製作誤差を評価す
る。この工程において、測定座標（Ｘｎ’，Ｙｎ’，Ｚ
ｎ’）と設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）とを比較するこ
とにより、計測対象物１０の製作誤差量（たとえば、溶
接などの熱変形による誤差）を把握することが可能にな
り、誤差量がある規定値を超えた場合には、警告、矯正
（熱などを局所的にかけて誤差が少なくなるように変形
させるなど）、再製作などの手段を講じることが可能で
ある。また、計測対象物１０が複数組み合わさる場合
（たとえば、橋梁の各部分を別々に作製しておいて、出
荷前に工場において組み合わせ全体を仮組立して製作誤
差が所定値以下であることを確認する工程の場合）、各
部分の計測対象物１０の測定座標（Ｘｎ’，Ｙｎ’，Ｚ
ｎ’）を用いて、コンピュータ上で仮組立のシミュレー
ションを実施するなどして、計測対象物単体と組み合わ
せた状態での全体の、３次元での形状評価、管理を行う
ことができる。コンピュータ上でのシミュレーションに
より、実際の工場での全体組立てに比べて、作業量が大
幅に低減され、時間も大幅に短縮される。
測定座標（Ｘｎ’，Ｙｎ’，Ｚｎ’）と前記設計座標
（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）とを設計座標系で比較して計測対
象物１０の各ターゲット位置における製作誤差を評価す
る。この工程において、測定座標（Ｘｎ’，Ｙｎ’，Ｚ
ｎ’）と設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）とを比較するこ
とにより、計測対象物１０の製作誤差量（たとえば、溶
接などの熱変形による誤差）を把握することが可能にな
り、誤差量がある規定値を超えた場合には、警告、矯正
（熱などを局所的にかけて誤差が少なくなるように変形
させるなど）、再製作などの手段を講じることが可能で
ある。また、計測対象物１０が複数組み合わさる場合
（たとえば、橋梁の各部分を別々に作製しておいて、出
荷前に工場において組み合わせ全体を仮組立して製作誤
差が所定値以下であることを確認する工程の場合）、各
部分の計測対象物１０の測定座標（Ｘｎ’，Ｙｎ’，Ｚ
ｎ’）を用いて、コンピュータ上で仮組立のシミュレー
ションを実施するなどして、計測対象物単体と組み合わ
せた状態での全体の、３次元での形状評価、管理を行う
ことができる。コンピュータ上でのシミュレーションに
より、実際の工場での全体組立てに比べて、作業量が大
幅に低減され、時間も大幅に短縮される。
【００１６】つぎに、作用を説明する。手動（または自
動）による実際の計測は、基準点用ターゲットＰｉ（少
なくとも３点）のみであり、残りのターゲットＰｎの測
定、位置決めは自動となるので、従来の全点（たとえ
ば、２００点全点）の手動測定に比較して、測定作業量
が数十分の一に低減されている。残りのターゲットＰｎ
の測定は、中心位置決め、精度出し、測定は全てコンピ
ュウター（たとえば、パソコン）による自動位置決め、
測定である。したがって、人力を必要とせず、かつ短時
間で行われる。しかも、高精度測定であり、作業者のス
キルによって測定精度が左右されない。また、ターゲッ
ト取付け点を計測対象物に固定の座標で選択しておくだ
けで（設計図面上で測定したい点を選択しておくだけ
で）、製作後の計測対象物の、図面上で選択した点に対
応する点の測定結果をコンピュータが自動で計測、演算
してくれ、しかもそれを設計座標で出してくれるので、
製作誤差の評価が極めて容易であり、矯正などの対策が
とりやすい（どこを、どれだけ、どの方向に、矯正すれ
ばよいかが分かるため）。また、測定データが、コンピ
ュータデータであるため、計測対象物の単体は勿論のこ
と、複数組み合わせた状態での管理も容易に行うことが
できるようになり、場合によっては、全体の組み合わせ
テストを省略することもできる。
動）による実際の計測は、基準点用ターゲットＰｉ（少
なくとも３点）のみであり、残りのターゲットＰｎの測
定、位置決めは自動となるので、従来の全点（たとえ
ば、２００点全点）の手動測定に比較して、測定作業量
が数十分の一に低減されている。残りのターゲットＰｎ
の測定は、中心位置決め、精度出し、測定は全てコンピ
ュウター（たとえば、パソコン）による自動位置決め、
測定である。したがって、人力を必要とせず、かつ短時
間で行われる。しかも、高精度測定であり、作業者のス
キルによって測定精度が左右されない。また、ターゲッ
ト取付け点を計測対象物に固定の座標で選択しておくだ
けで（設計図面上で測定したい点を選択しておくだけ
で）、製作後の計測対象物の、図面上で選択した点に対
応する点の測定結果をコンピュータが自動で計測、演算
してくれ、しかもそれを設計座標で出してくれるので、
製作誤差の評価が極めて容易であり、矯正などの対策が
とりやすい（どこを、どれだけ、どの方向に、矯正すれ
ばよいかが分かるため）。また、測定データが、コンピ
ュータデータであるため、計測対象物の単体は勿論のこ
と、複数組み合わせた状態での管理も容易に行うことが
できるようになり、場合によっては、全体の組み合わせ
テストを省略することもできる。
【００１７】
【発明の効果】本発明の光波測距儀を用いた３次元形状
の自動測定方法によれば、基準点用ターゲット以外の点
の測定が位置決め装置、画像処理装置を用いた測定、位
置決めで行われるので、測定は高精度で、かつ自動化さ
れる。（ただし、基準点用ターゲットの測定も自動化し
てもよい。）
の自動測定方法によれば、基準点用ターゲット以外の点
の測定が位置決め装置、画像処理装置を用いた測定、位
置決めで行われるので、測定は高精度で、かつ自動化さ
れる。（ただし、基準点用ターゲットの測定も自動化し
てもよい。）
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の光波測距儀を用いた３次元形状
の自動測定方法の計測ターゲットの設計座標系での抽出
工程にある装置の斜視図である。
の自動測定方法の計測ターゲットの設計座標系での抽出
工程にある装置の斜視図である。
【図２】本発明実施例の光波測距儀を用いた３次元形状
の自動測定方法の計測対象物の計測ターゲットの計測、
座標変換工程にある装置の斜視図である。
の自動測定方法の計測対象物の計測ターゲットの計測、
座標変換工程にある装置の斜視図である。
【図３】本発明実施例の光波測距儀を用いた３次元形状
の自動測定方法の画像取り込み工程にある画像の正面図
である。
の自動測定方法の画像取り込み工程にある画像の正面図
である。
【図４】本発明実施例の光波測距儀を用いた３次元形状
の自動測定方法の画像センタリング工程にある画面の正
面図である。
の自動測定方法の画像センタリング工程にある画面の正
面図である。
【図５】本発明実施例の光波測距儀を用いた３次元形状
の自動測定方法で画像取込みができない場合の計測対象
物の側面図である。
の自動測定方法で画像取込みができない場合の計測対象
物の側面図である。
【図６】従来の光波測距儀を用いた３次元形状の手動測
定方法を実施している状態の斜視図である。
定方法を実施している状態の斜視図である。
１０ 計測対象物 １１ パソコン １２ 光波測距儀 １３ 撮像機器 １４ ターゲットＰｎの測定画像の中心 １５ 画面の中心
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 健治 東京都千代田区四番町５番地９ トピー工 業株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 設計データを基に、計測対象物に固定の
設計座標系における、計測対象物に固定の複数のターゲ
ットＰｎの設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を抽出する工
程と、 前記複数のターゲットＰｎのうち一部の、少なくとも３
個の、ターゲットを基準点用ターゲットＰｉとして、該
基準点用ターゲットの計測座標系における座標を計測座
標系に固定の光波測距儀を用いて実際に計測し、該基準
点用ターゲットＰｉの計測座標系での測定座標（ｘｉ，
ｙｉ，ｚｉ）を求める工程と、 前記基準点用ターゲットＰｉの、前記設計座標（Ｘｉ，
Ｙｉ，Ｚｉ）と前記測定座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）とか
ら、設計座標系を計測座標系に変換するための座標変換
マトリクスＭを求める工程と、 該座標変換マトリクスＭを用いて全ターゲットＰｎの設
計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）を設計座標系から計測座標
系に座標変換して、全ターゲットＰｎの計測座標系にお
ける理論座標（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）を求める工程と、 各ターゲットＰｎを計測座標系に固定の撮像機器により
撮像して画像処理機器に取込み、撮像したターゲットＰ
ｎの中心と、撮像機器中心との面内方向のずれ（ｄｘ，
ｄｙ）が小さくなるように撮像機器中心の角度を調整す
ることを少なくとも１回実行して、取り込んだターゲッ
トＰｎの画像のセンタリングを行うことにより、各ター
ゲットＰｎの計測座標系での測定座標（ｘｎ’，ｙ
ｎ’，ｚｎ’）を所定の精度以上の精度で求める工程
と、 前記各ターゲットＰｎの計測座標系での測定座標（ｘ
ｎ’，ｙｎ’，ｚｎ’）を前記座標変換マトリクスの逆
マトリクスを用いて各ターゲットＰｎ近傍の設計座標系
に座標変換して設計座標での測定座標（Ｘｎ’，Ｙ
ｎ’，Ｚｎ’）を求める工程と、 前記各ターゲットの設計座標での測定座標（Ｘｎ’，Ｙ
ｎ’，Ｚｎ’）と前記設計座標（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）と
を設計座標系で比較して計測対象物の各ターゲット位置
における製作誤差を評価する工程と、 からなる光波測距儀を用いた３次元形状測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12999096A JPH09311021A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | 光波測距儀を用いた３次元形状測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12999096A JPH09311021A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | 光波測距儀を用いた３次元形状測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09311021A true JPH09311021A (ja) | 1997-12-02 |
Family
ID=15023433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12999096A Pending JPH09311021A (ja) | 1996-05-24 | 1996-05-24 | 光波測距儀を用いた３次元形状測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09311021A (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008046029A (ja) * | 2006-08-18 | 2008-02-28 | Genshiryoku Anzen Syst Kenkyusho:Kk | 光学式振動歪み計測装置 |
| JP2009014481A (ja) * | 2007-07-04 | 2009-01-22 | Ihi Corp | 距離計測装置とそのキャリブレーション方法 |
| JP2010032282A (ja) * | 2008-07-28 | 2010-02-12 | Japan Atomic Energy Agency | マーカの３次元位置計測方法及びシステム |
| US7986402B2 (en) | 2008-11-21 | 2011-07-26 | Industrial Technology Research Institute | Three dimensional profile inspecting apparatus |
| USRE43925E1 (en) | 2008-11-21 | 2013-01-15 | Industrial Technology Research Institute | Three dimensional profile inspecting apparatus |
| JP2013079904A (ja) * | 2011-10-05 | 2013-05-02 | Honda Motor Co Ltd | フレーム部材用検査治具、フレーム部材用検査装置及びフレーム部材用検査方法 |
| CN108645338A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-10-12 | 长春理工大学 | 基于psd的真空下信号器自标定方法及装置 |
| CN108762059A (zh) * | 2018-08-12 | 2018-11-06 | 广州瀚阳工程咨询有限公司 | 一种应用于短线法预制桥梁节段的自动控制系统 |
| CN109443273A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-03-08 | 易思维（杭州）科技有限公司 | 利用三维测量系统对待测工件进行精确定位的方法 |
| KR20190081052A (ko) * | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 김용민 | 교량 안전진단 기능을 갖는 교좌장치 |
| CN110542379A (zh) * | 2019-10-14 | 2019-12-06 | 北京建筑大学 | 坐标转换的方法以及装置 |
| CN111561866A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-08-21 | 武汉中观自动化科技有限公司 | 一种支持标志点按钮的跟踪式测量方法及装置 |
| CN111595279A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-08-28 | 易思维（杭州）科技有限公司 | 大型工件实际坐标系构建方法及其应用 |
| JP2020173167A (ja) * | 2019-04-10 | 2020-10-22 | 株式会社神戸製鋼所 | 三次元位置計測装置、三次元位置計測方法及びプログラム |
| CN112611337A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-04-06 | 江苏科技大学 | 一种基于双目立体视觉的三维测量装置及方法 |
| CN113310420A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-08-27 | 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所 | 一种通过图像测量两个目标之间距离的方法 |
| CN114136563A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-04 | 神龙汽车有限公司 | 指压刚度自动测试装置及测试方法 |
-
1996
- 1996-05-24 JP JP12999096A patent/JPH09311021A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR20190081052A (ko) * | 2017-12-29 | 2019-07-09 | 김용민 | 교량 안전진단 기능을 갖는 교좌장치 |
| CN108645338A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-10-12 | 长春理工大学 | 基于psd的真空下信号器自标定方法及装置 |
| CN108645338B (zh) * | 2018-05-11 | 2020-06-05 | 长春理工大学 | 基于psd的真空下信号器自标定方法及装置 |
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| CN110542379A (zh) * | 2019-10-14 | 2019-12-06 | 北京建筑大学 | 坐标转换的方法以及装置 |
| CN111561866A (zh) * | 2020-04-01 | 2020-08-21 | 武汉中观自动化科技有限公司 | 一种支持标志点按钮的跟踪式测量方法及装置 |
| CN111561866B (zh) * | 2020-04-01 | 2022-03-25 | 武汉中观自动化科技有限公司 | 一种支持标志点按钮的跟踪式测量方法及装置 |
| CN111595279A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-08-28 | 易思维（杭州）科技有限公司 | 大型工件实际坐标系构建方法及其应用 |
| CN112611337A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-04-06 | 江苏科技大学 | 一种基于双目立体视觉的三维测量装置及方法 |
| CN112611337B (zh) * | 2020-11-23 | 2022-07-08 | 江苏科技大学 | 一种基于双目立体视觉的三维测量装置及方法 |
| CN113310420A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-08-27 | 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所 | 一种通过图像测量两个目标之间距离的方法 |
| CN113310420B (zh) * | 2021-04-22 | 2023-04-07 | 中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所 | 一种通过图像测量两个目标之间距离的方法 |
| CN114136563A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-04 | 神龙汽车有限公司 | 指压刚度自动测试装置及测试方法 |
| CN114136563B (zh) * | 2021-12-15 | 2024-04-23 | 神龙汽车有限公司 | 指压刚度自动测试装置及测试方法 |
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