JPH09508464A - 光学運動センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 装置（１０，１００）が基準座標系（４２，４４，４８）に対する対象物の位置を決定する。該装置（１０，１００）は、対象物に装着されたターゲット（１２）を含み、該ターゲット（１２）は、規定された領域（２４）内で動き、また第１のパターン（１８，２０）を備えた表面（１３）を有する。投影装置（１４，１６，１２８Ａ，１２８Ｂ，１２８Ｃ，１３２Ａ，１３２Ｂ）は該表面に第２のパターン（１４Ａ，１６Ａ，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３４Ａ，１３４Ｂ）を投影する。検出装置（２２，１１４）は、第１のパターン（１８，２０）と第２のパターン（１４Ａ，１６Ａ，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３４Ａ，１３４Ｂ）とを含むターゲット表面を示す像信号を提供する。分析器（２５）が、像信号を受け取り、第１のパターン（１８，２０）と第２のパターン（１４Ａ，１６Ａ，１３０Ａ，１３０Ｂ，１３０Ｃ，１３４Ａ，１３４Ｂ）との像の位置に基き対象物の位置を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】 光学運動センサ発明の背景 本発明は三次元で対象物を追跡する対象物追跡システムに関する。特に、本発 明は、対象物の位置を三次元で決定するためにレーザ三角測量および受働的追跡 を用いる装置に関する。 ６度の自由度で対象物を効率的に追跡することは、例えば若干例を挙げても乗 物動特性、生体力学、ロボット工学等の分野において多数直面する問題であった 。種々レベルの満足度に対して種々の装置が、開発され使用されてきた。これら の装置の多くにおいて、１個以上のマーカがその運動を追跡すべき対象物の選定 された領域に配置された。一般に、マーカの位置は相互からの既知の距離に配置 されたステレオカメラによって観察される。像処理を用いて、検出された像の各 々におけるマーカの位置が、決定され、次いで処理されて三次元での対象物の位 置を決定する。 そのようなシステムは産業において使用されてきたものの、これらのシステム は必ずしも使用が便利ではなかった。２個のカメラが介在するため、本システム の較正に時間のかかることが多い。あるいは他のシステムでは所定の領域での作 動や、対象物に対するワイヤのアタッチメントすなわちケーブルへの継ぎ（ｔｅ ｔｈｅｒｓ）を必要とする。さらに別のシステムではオフライン処理を必要とす る。 従って、広範囲の用途に対して使用しやすい運動センサシステムに対する弛み 無い要求がある。発明の概要 本発明は所定の領域内で動いている対象物の基準座標系に対する位置を決定す る装置である。好適には、本装置は対象物に装着されたターゲットを含み、該タ ーゲットは、所定領域内で動き、また第１のパターンを備えた表面を有する。投 影装置が前記表面に第２のパターンを投影する。検出装置が、第１のパターンと 第２のパターンとを含むターゲット表面を示す像信号を提供する。分析器が、該 像信号を受け取り、第１のパターン及び第２のパターンの像の位置に基き対象物 の位置を決定する。 好適実施形態においては、対象物は少なくとも１個、好ましくは２個の離間し た点を備えた表面を有する。第１の線発生器と第２の線発生器は対象物の表面上 に線セグメントを発生する。ターゲットが２本の垂直の基準軸の周りを回転する につれて、線セグメントが対象物の表面上で回転する。点および線セグメントの 双方を追跡することにより、ターゲットおよびそれに装着された何らかの対象物 の位置を確認することができる。 別の好適実施形態においては、線発生器は、ターゲットの表面にレーザ線を投 影するレーザ・ストライプ投影機を備える。基準軸の１つに沿ってカメラはその 視野内でのターゲットの運動を検出する。カメラが像信号を分析回路に提供し、 該分析回路は、像を処理して、ターゲットと特に点及びレーザ線セグメントとを 含む像の部分を確認する。軸線の中の２本に沿った並進とカメラの光軸に対応す る第３の軸の周りの回転とが、点の動きを追跡することにより得られる。従って 、最初の２本の軸の周りの回転と光軸に沿った移動とが、レーザ線セグメントの 運動を測定することにより得られる。図面の簡単な説明 図１は本発明の光学的運動センサの概略図である。 図２は本発明のカメラの視野内のターゲットの概略図である。 図３は第１の位置におけるターゲットの斜視図である。 図４は第２の位置におけるターゲットの斜視図である。 図５Ａから図５Ｆまではカメラの視野において６度の自由度を有するターゲッ トの移動を示す概略図である。 図６は本発明の光学運動センサの実施形態の平面図である。 図７は図６に示す実施形態の正面図である。 図８は図７の線８−８に沿って視た側面図である。 図９は像座標系の概略図である。好適実施形態の詳細説明 本発明の光学運動センサを図１において全体的に１０で示す。好適実施形態に おける光学運動センサ１０は、図２に示すターゲット１２の三次元の並進運動と 三次元の回転運動とを同時に測定する。一般的に、光学運動センサ１０は、カメ ラ２２と、好ましくは適当な支持構造体１８に取り付けられたクラスIIの２個の レーザ・ストライプ投影機１４及び１６とを含む。レーザ・ストライプ投影機１ ４はターゲット１２に第１のレーザ線１４Ａを投影する。第２のレーザ・ストラ イプ投影機１６は第２のレーザ線１６Ａをターゲット１２に投影する。該ターゲ ット１２は公称（ｎｏｍｉｎａｌ）位置においては第１のレーザ線１４Ａに対し て概ね垂直である。ターゲット１２はここでは点（ｄｏｔ）１８および２０とし て実施されるパターンを含む表面１３を有する。 再び図１を参照すれば、カメラ２２は支持構造体１８に取り付けられ、またカ メラ２２はターゲット１２に向かって整合している光軸２１を有する。カメラ２ ２は、ターゲット１２をモニタし、視野２４で見られるような（図２）像に対応 する代表的な出力像信号を信号線２３に沿って提供する。像信号は、全体的に２ ５で示す適当な分析回路に提供される。カメラ２２はＣＣＤカメラであることが 好ましく、視野２４に対応する一連のコマ即ちフレーム（ｆｒａｍｅ）からなる 信号を提供する。像信号は分析回路２５に提供され、そこで一連のフレームは分 析されターゲット１２に対応する各フレームの部分、特にレーザ線１４Ａ及び１ ６Ａ並びに基準点１８及び２０を位置付ける。基準点１８及び２０を介して視野 ２４内のターゲット１２の位置およびターゲット１２に投影された後述のレーザ ・ストライプ線１４Ａおよび１６Ａの位置をモニタすることにより、光学運動セ ンサ１０はターゲット１２の位置あるいは位置変動並びにそれに装着された所望 の対象物を確認することができる。 好適実施形態においては、分析回路２５はカメラの信号から対象物を検出する ための既知のアルゴリズムを有する適当なコンピュータ２７である。通常は、コ ンピュータ２７は、像信号をカメラ２２からコンピュータ２７まで転送するため の適当なインタフェース回路２９を含む。インタフェース回路２９は「フレーム ・グラッバ（ｆｒａｍｅ ｇｒａｂｂｅｒ）」カードとして一般に知られている 個別のカードでよい。実際には、フレーム・グラッバ回路を含む像プロセッサは 、像信号の各フレームを掴み、処理し、分析する。その結果は、次いで次の像の フ レームを掴む前にコンピュータ２７に転送される。像プロセッサ２９の一メーカ はマサチューセッツ（Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）州バイラーリカ（Ｂｉｌｌ ｅｒｉｃａ）のオートマチック社（Ａｕｔｏｍａｔｉｘ ｌｎｃ．）である。 図３と図４とは、ターゲット１２が２本の垂直の基準軸の周りを回転する際の レーザ線１４Ａおよび１６Ａの動きを示す。図３を参照すれば、表面１３を備え たターゲット１２は第１の位置にあり、カメラ２２の光軸２１と整合した直交軸 ４８（Ｙ軸）を含む基準座標系４６の軸４２（Ｘ軸）と垂直軸４４（Ｚ軸）と整 合したターゲット面４０に位置する。レーザ１４からのレーザ投影１４Ｂは、Ｘ −Ｙ平面に対して傾いており、ターゲット面４０と交差しＸ−Ｚ面に対して平行 の表面１３上で線１４Ａを形成する。同様に、レーザ１６からのレーザ投影機１ ６ＢはＺ−Ｙ面に対して傾いており、ターゲット面４０と交差しＸ−Ｚ面に対し て平行の表面１３上で線１６Ａを形成する。傾斜角は、範囲および分解能要件に 基いて選択される。基準座標系４６は、例示のために本明細書で用いる３本の相 互に直交した軸を含む。例えば円筒形、球形あるいは極座標を用いたもののよう なその他の座標系も用いることができる。 図４を参照すれば、レーザ線１４Ａと１６Ａとは、ターゲットをＸ軸４２とＺ 軸４４との周りで回転させてターゲット１２の表面１３の上を動くように見える 。図４においては、ターゲット１２、表面１３およびターゲット面４０はＸ軸４ ２およびＺ軸４４の双方の周りを回転している。特に、ターゲット１２、表面１ ３およびターゲット面４０はθ₁で示す角度だけＺ軸４４の周りを回転しており 、そのためレーザ投影１４Ｂと表面１３との交差がレーザ線１４Ａを水平から図 示位置までの回転と共に変化させている。同様に、ターゲット１２、表面１３お よびターゲット面４０はθ₂で示す角度だけＸ軸４２の周りを回転しており、そ のためレーザ投影１６Ｂと表面１３との交差を垂直方向から図示位置までのレー ザ線１６Ａの回転と共に変化させている。レーザ線１４Ａと１６Ａの動きを観察 し、かつ測定することによりＸ軸４２とＺ軸４４との周りのターゲット１２の回 転およびＹ軸４８に沿ったターゲット１２の並進とを決定することができる。さ らに下記するように基準点１８及び２０の動きを観察し、かつ測定することによ り、基準座標系４６内のターゲット１２の位置あるいは位置の変化を全６度の自 由度 に対して計算することができる。 図５Ａから図５Ｆまでは、図２と類似であって、全体的に、基準座標系４６内 でのターゲット１２の並進および回転運動を決定する方法を示す。まず図５Ａか ら図５Ｃまでを参照すれば、Ｘ軸４２、Ｚ軸４４の周りの回転およびＹ軸４８に 沿った並進とを決定するためにレーザ三角測量が用いられている。前述のように 、ターゲット１２が回転するにつれ、レーザ線投影１４Ｂ及び１６Ｂに対するタ ーゲット面４０の交差によりレーザ・ストライプ線１４Ａ及び１６Ａを回転させ る。Ｘ軸４２及びＺ軸４４の周りでの回転並びにＹ軸４８に沿った並進とを計算 するために線の傾斜と切片とが用いられる。図５Ａはターゲット１２をＺ軸４４ の周りでθ₁の角度だけ回転させてθ_sikの角度だけレーザ・ストライプ線１４Ａ を回転した場合を示す。同様に、Ｘ軸４２の周りでの角度θ₂のターゲット１２ の回転は、図５Ｂに示すように垂直位置から角度θ_cjkまでのレーザ・ストライ プ線１６Ａの回転により決定される。図５ＣはＹ軸４８に沿ったターゲット１２ の並進を示し、レーザ・ストライプ線１４Ａとレーザ・ストライプ線１６Ａとは 、ターゲットがＹ軸４８に沿って運動すると、それぞれ垂直方向および水平方向 に並進する。個々の線セグメントの投影は使用する唯一のパターンで行われるこ とを理解すべきである。例えば、投影されたパターンは線を画成する一連の光の 点である。ターゲットの動きと共に動いているように見える要素を有するその他 の投影パターンも使用しうる。再び図３および図４を参照すれば、基準座標系４ ６におけるターゲットの面４０の位置を決定するために投影パターンが使用され る。 図５Ｄから図５Ｆまでは、Ｘ軸４２およびＺ軸４４に沿ったターゲット１２の 並進およびＹ軸４８の周りのターゲット１２の回転とを決定するための受働的タ ーゲット・トラッキングを示す。図５Ｄは、Ｚ軸４４に沿った並進を示し、ター ゲット１２のずれはＺ軸４４に対して平行の基準点１８及び２０の双方の均等な ずれに対応する。同様に、Ｘ軸４２に沿ったターゲット１２の並進は図５Ｅにお ける基準点１８及び２０の均等なずれに対応する。図５Ｆは（角度θ₃で示す） Ｙ軸４８の周りのターゲットの回転を示し、ターゲット１２の回転は基準点１８ 及び２０の均等および反対方向の垂直および水平のずれに対応する。Ｙ軸４８の 周りの回転を決定するためには２個の離間した基準点が必要なことを理解すべき である。１個のみの基準点が用いられたとすれば、Ｙ軸４８の周りの回転と、Ｘ 軸４２およびＺ軸４４に沿った２つの並進とを区別することはできない。 ターゲット１２の表面１３上の基準点１８及び２０は受働的トラッキングに対 して用いうる唯一のパターンであることも理解すべきである。例えば、「Ｘ」を 形成する交差する線セグメントのようなその他のパターンも希望に応じて使用し うる。表面１３上のパターンの位置を観察することにより、ターゲット面４０に おけるターゲット１２の位置を決定できる。 本発明の光運動センサシステムの第１の実施形態を図６、図７および図８にお いて全体的に１００で示す。光運動センサシステム１００は好適なフレーム１０ ２に取り付けられたキャリッジ１０１を含む。キャリッジ１０１は２個の傾斜し た支持カラム１０８により下側クロスビーム１０６に取り付けられた上側プラテ ン組立体１０４を含む。３個の支持部材１１０Ａ、１１０Ｂおよび１１０Ｃは、 上側プラテン組立体１０４から後方へ延在し、カメラ支持板１１２に取り付けら れている。カメラ１１４は、その光軸２１をアパーチャ１１６を通して投射させ る状態でカメラ支持板１１２に取り付けられている。カメラ１１４は、その中で ターゲット１２が動く、点線１１８Ａ、１１８Ｂ，１１８Ｃおよび１１８Ｄによ って規定されるモニタ領域での像を提供する。所望ならば、ターゲット１２を照 射するために光源１２０が設けられる。図示のように、光源１２０は、光軸２１ の周りに位置され且つカメラ支持板１１２に取り付けられたリング状蛍光灯１２ １である。適当な反射器１２２が光線を前方に導きターゲット１２を照射する。 好適実施形態においては、ターゲット１２の動きを増しうるように多重レーザ ・ストライプ投影機が用いられる。図示のように、ブラケット１２４が上側プラ テン組立体１０４の表面１２６に固定されている。ターゲット１２が各レーザ・ ストライプ投影１３０Ａ〜１３０Ｃと交差すると、モニタ領域におけるレーザ・ ストライプ投影１３０Ａ、１３０Ｂおよび１３０Ｃをターゲット１２に投影する よう３個のレーザ・ストライプ投影機１２８Ａ、１２８Ｂおよび１２８Ｃがブラ ケット１２４に取り付けられている。同様に、２個の垂直レーザ・ストライプ投 影１３４Ａ及び１３４Ｂを投影するために２個のレーザ・ストライプ投影機１３ ２Ａ及び１３２Ｂが用いられている。図６に示すように、垂直のレーザ・ストラ イプ 投影１３４Ａ及び１３４Ｂはターゲット１２が所与の基準位置にあるとき１本の 線でターゲット１２に指向される。 各レーザ・ストライプ投影機１３２Ａ及び１３２Ｂは対応するブラケット１３ ６Ａ及び１３６Ｂに取り付けられている。レーザ・ストライプ投影１３４Ａはミ ラー組立体１４０Ａで反射される。図８を参照すれば、ミラー組立体１４０Ａは 上側プラテン組立体１０４に取り付けられたブラケット１４２Ａを含む。ミラー １４４Ａがブラケット１４２Ａに取り付けられ、レーザ・ストライプ投影機１３ ２Ａからレーザ投影１３４Ａを受け取り、それをターゲット１２に向かって偏向 させる。ミラー１４４Ｂとブラケット１４２Ｂとを有する同様のミラー組立体１ ４０Ｂがレーザ・ストライプ投影機１３２Ｂからレーザ投影１３４Ｂを受け取り 、それをターゲットに向かって偏向させる。ミラー組立体１４０Ａ及び１４０Ｂ によりレーザ投影１３４Ａ及び１３４Ｂを偏向させることにより、全体組立体の 物理的な幅はターゲット１２に対するレーザ投影１３４Ａ及び１３４Ｂの入射角 に影響を与えることなく低減できる。 広範囲の用途において、特定の対象物の位置をモニタするために光運動センサ システム１０を用いることができる。図８に示すように、光運動センサシステム １００は活動的試験の間ホイール組立体２００の位置あるいは位置変化を確認す るために用いることができる。この実施形態においては、ターゲット１２はホイ ール２０２に固定されている。ターゲット１２は、厚さがほぼ約９．５３ミリメ ートル（ほぼ０．３７５インチ）の約３８．１センチメートル（１５インチ）径 アルミニウム・ディスクである。カメラ１１４に面するターゲット表面１３は、 ２個の平坦で黒色で約１２．７ミリメートル（０．５インチ）径のドットを備え サチンホワイト塗装されている。ホイール組立体２００が、全体的に２１０で示 す自動車のフレームに装着されている。アクチュエータ組立体２１２が試験の間 ホイール組立体２００に力荷重をかける。 キャリッジ１０１は、固定されたフレーム１０２に対して運動可能であること が好ましい。図示実施形態においては、フレーム１０２は、適当な支持体２１８ によって支持されたテーブル２１６を含む。キャリッジ１０１は、テーブル２１ ６の縁部に形成された第１の長手方向ガイド２２０と、該第１の長手方向ガイド ２２０の下でかつ平行に支持体２１８に取り付けられた第２の長手方向ガイド２ ２２との上を摺動する垂直の位置決め組立体２１４を含む。垂直の位置決め組立 体２１４に取り付けられた適当なクランプ装置２２４Ａおよび２２４Ｂが、キャ リッジ１０１を固定位置において第１の長手方向ガイド２２０に解除自在に固定 する。 垂直の位置決め組立体２１４は、キャリッジ１０１の高さを調整できるように する。垂直の位置決め組立体２１４は、長手方向ガイド２２０、２２２上を摺動 する支持プレート２３０を含む。適当なねじ付きロッド２３４に取り付けられた ハンドル２３２が、支持プレート２３０に回転自在に取り付けられている。ねじ 付きロッド２３４の遠位端２３６は、下側クロスビーム１０６に固定されたねじ 付き支持部材２３８とねじ係合している。ハンドル２３２とねじ付きロッド２３ ４とが回転することによりロッド２３４上のねじ付き支持部材１３８の位置を調 整することにより、フレーム１０２に対するキャリッジ１０１の高さを調整する 。適当なロック装置２４０が、ハンドル２３２をロックしキャリッジ１０１を適 所に固定する。 レーザ・ストライプ投影機１２８Ａ〜１２８Ｃおよび１３２Ａ〜１３２Ｂの各 々は、ターゲット１２の表面と交差すると対応するレーザ線を生成する。該レー ザ線がターゲット１２と交差する際の線の各々の傾斜と切片とは、分析回路２５ によって解釈され、Ｘ軸４２およびＺ軸４４の周りの回転角とＹ軸４８に沿った ターゲット１２の並進とを得る。基準点１８及び２０の位置は、分析回路２５に よって解釈され、Ｙ軸４８の周りの回転とＸ軸４２およびＺ軸４４に沿った並進 とを得る。 以下の等式は、ターゲット１２及びホイール組立体２００の位置および角度方 向を計算するために用いられる。ターゲット１２の座標系を図３に示す。カメラ １１４から視た像の座標系を図９に示す。ホイール組立体の運動の式 以下の等式はターゲット１２の位置と角度方向とを計算するために用いられる 。 レーザ線像からのステア角（ｓｔｅｅｒ ａｎｇｌｅ）（Ｚ軸４４の周りのホ イールの回転）は以下の式によって与えられる。 レーザ線像からのキャンバ角（Ｘ軸４２の周りのホイールの回転）は以下の式 によって与えられる。 ステア・レーザ投影１４Ｂ、ターゲット１２およびＹ−Ｚ面の交差によって形 成される線の交差は以下の式により計算できる。 ターゲット表面の平面４０とＹ軸４８との交差は以下の式により与えられる。 基準点１８の位置は以下の式によって与えられる。 基準点２０の位置は以下の式によって与えられる。 ターゲット１２の中心の位置は以下の式によって与えられる。 Ｙ軸４８の周りのターゲット１２の回転は以下の式によって与えられる。 ターゲット表面からＬの距離に配置されたホイール組立体の中心２２０への並 進は以下の式によって与えられる。 定 義 ステア・レーザの定義： ｉ 特定のステア・レーザ線投影機１２８Ａ〜１２８Ｃについてのイン デックス θ_si Ｙ−Ｚ平面で測定したＸ−Ｙ平面に対するステア・レーザｉの角度 ε_si ターゲット１２がＸ−Ｚ平面に対して平行であるとき、ステア・レ ーザ平面とＸ−Ｚ平面によって形成される交差の線のＸ軸４２に対 する角度。これはステア・レーザに対する方位（ａｚｉｍｕｔｈ） 整合エラーによる。 ｚ_si ターゲット平面４０とＸ−Ｚ平面の交差によって形成される線とＺ 軸４４との交差。 キャンバ・レーザの定義： ｊ 特定のキャンバ・レーザ線投影機１３２Ａ〜１３２Ｂについてのイ ンデックス θ_cj Ｘ−Ｙ平面において測定したＹ−Ｚ平面に対するキャンバ・レーザ ｊの角度 ε_cj ターゲット１２がＸ−Ｚ平面に対して平行であるとき、キャンバ・ レーザ平面ｊとＸ−Ｚ平面によって形成される交差の線のＺ軸４４ に対する角度。これはキャンバ・レーザに対する方位整合エラーに よる。 レーザ線測定の定義： ｋ 単一のサンプル期間（フレーム）の間に得られる特定の組の測定デ ータについてのインデックス。このインデックスはいずれの測定パ ラメータに対しても使用できる。 θ_sik ステア・レーザ像角度 ホイール平面４０とステア・レーザ平面の交差によって形成される 線のＸ軸４２（水平方向の線）に対する角度。 ｚ_sik ステア・レーザ線像のオフセット ターゲット平面４０とステア・レーザ平面の交差によって形成され る線とＺ−Ｙ平面との交差 θ_cjk キャンバ・レーザ線像角度 ホイール平面４０とキャンバ・レーザ平面の交差によって形成され る線の、Ｚ軸４４（垂直方向の線）に対して平行である線に対する 角度。 ｘ_cjk キャンバ・レーザ線像オフセット ターゲット平面４０とＸ−Ｚ平面の交差によって形成される線とＸ −Ｙ平面との交差。 θ₁ Ｘ−Ｚ平面に対するＺ軸４４の周りのホイール・ステア角 θ₂ Ｘ−Ｚ平面に対するＸ軸４２の周りのホイール・ステア角 θ₁₀ ターゲット１２が第１の測定位置にあるときのＸ−Ｚ平面に対する Ｚ軸４４の周りのホイール・ステア角。これは真正な零ステア角か らのターゲットの偏移である。 θ₂₀ ターゲット１２が第１の測定位置にあるときのＸ−Ｚ平面に対する Ｘ軸４２の周りのホイール・ステア角。これは真正の零キャンバ角 からのターゲットの偏移である。 ｙ_int ステア・レーザ線投影機とターゲット平面４０の交差によって形成 される線とＹ−Ｚ平面との交差。 ｙ_t ターゲット平面４０のＹ軸４８に対する交差。 対象物トラッキングの定義： Ｙ_o Ｙ軸４８に沿ったカメラ１１４とＸ−Ｚ平面との間の距離 ΔＹ Ｘ−Ｚ平面からのターゲット１２の横方向ずれ。カメラ１１４に向 かってはプラス。 ｋ_y カメラの光学系によるカメラ１１４からの距離に伴った視野２４の 広がり性に係わる定数。 Ｄ ターゲット表面１３でのドット１８と２０との間の物理的距離。 ｄ カメラ１１４によってドット１８と２０の間で見られる距離。 ｘ_n ドット番号ｎのＸ座標 ｙ_n ドット番号ｎのＹ座標 ｚ_n ドット番号ｎのＺ座標 ｘ_nik ドット番号ｎの像のＸ座標 ｚ_nik ドット番号ｎの像のＺ座標 θ₃ Ｙ軸４８（ＣＣＷ＝プラス）の周りのターゲット１２の回転 ｘ_c ホイール中心のＸ座標 ｙ_c ホイール中心のＹ座標 ｚ_c ホイール中心のＺ座標 ｘ_ct ターゲットの中心のＸ座標 ｙ_ct ターゲットの中心のＹ座標 ｚ_ct ターゲットの中心のＺ座標 要約すれば、本発明は３本の直交軸に対する対象物の位置あるいは位置の変化 をトラッキングするのに十分適した装置を提供する。１個のみのカメラと、適当 なレーザ投影機と、対象物に容易に装着できるか、あるいは対象物の表面に形成 しうるターゲット表面とを用いることにより、当該装置はより複雑でなくなり、 かつ多くの産業用途に対して適している。 本発明を好適実施形態について説明してきたが、当該技術分野の専門家には本 発明の精神と範囲とから逸脱することなく形態や細部において変更可能なことが 認められる。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９５年５月２日 【補正内容】 １４． 第１のパターンを有する対象物であって基準座標系に対してある領域内 を動いている対象物の位置を決定する方法において、 対象物の表面に第２のパターンを投影するステップと、 第１のパターンの像と第２のパターンの像とを含む領域の像を検出するステッ プと、 前記領域の像を表わす像信号を提供するステップと、 当該像信号を分析し、前記領域の像における第１のパターンの像の位置と前記 領域の像における第２のパターンの像の位置とに基き対象物の位置を確認するス テップと を備える方法。 １５． 像が前記領域の固定され規定された部分を構成する請求項１４記載の方 法。 １６． 第１のパターンを有するターゲットを対象物に装着するステップをさら に含む請求項１４又は１５記載の方法。 １７． 第１のパターンの像が第１のパターンによって規定された平面における 対象物の位置と対応する請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の方法。 １８． 第２のパターンの像が基準座標系における平面の位置に対応する請求項 １４乃至１７のいずれか一項に記載の方法。 【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年７月２７日 【補正内容】 １４． 第１のパターンを有する対象物であって基準座標系に対してある領域内 を動いている対象物の位置を決定する方法において、 対象物の表面に第２のパターンを投影するステップと、 第１のパターンの像と第２のパターンの像とを含む領域の像を検出するステッ プと、 前記領域の像を表わす像信号を提供するステップと、 当該像信号を分析し、前記領域の像における第１のパターンの像の位置と前記 領域の像における第２のパターンの像の位置とに基き対象物の位置を確認するス テップと を備える方法。 １５． 像が前記領域の固定され規定された部分を構成する請求項１４記載の方 法。 １６． 第１のパターンを有するターゲットを対象物に装着するステップをさら に含む請求項１４又は１５記載の方法。 １７． 第１のパターンの像が第１のパターンによって規定された平面における 対象物の位置と対応する請求項１４乃至１６のいずれか一項に記載の方法。 １８． 第２のパターンの像が基準座標系における平面の位置に対応する請求項 １４乃至１７のいずれか一項に記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 基準座標系に対して、固定され規定された領域内を運動している対象物で あって第１のパターンを備えた表面を有する対象物の位置を決定する装置におい て、 前記対象物の表面に第２のパターンを投影する投影手段と、 第１のパターンの像と第２のパターンの像とを含む前記の固定され規定された 領域の像を検出し、前記の固定され規定された領域を表わす像信号を提供する検 出手段であって、第１のパターンの像と第２のパターンの像の双方が、対象物が 前記の固定され規定された領域において動くと前記の固定され規定された領域の 像内で相対運動可能である、検出手段と、 前記検出手段に作動可能に結合され、像信号を分析して、第１のパターンの像 と第２のパターンの像とを用いて対象物の位置を計算する分析手段と を備える装置。 ２． 第１のパターンの像が前記表面に対して平行の平面において対象物の位置 に対応する請求項１記載の装置。 ３． 第２のパターンの像が基準座標系における平面の位置に対応する請求項２ 記載の装置。 ４． 前記分析手段が第２のパターンの像から２個の線セグメントを検出する請 求項１記載の装置。 ５． 前記投影手段が対象物の表面に第１の線セグメントと第２の線セグメント とを投影する手段を含む請求項１記載の装置。 ６． 前記投影手段が第１の線セグメントを投影する第１の光投影手段と、第２ の線セグメントを投影する第２の光投影手段とを含む請求項５記載の装置。 ７． 前記第１の光投影手段がレーザであり、前記第２の光投影手段がレーザで ある請求項６記載の装置。 ８． 前記投影手段が第１の線セグメントと実質的に平行の第３の線セグメント を投影する請求項５記載の装置。 ９． 第３の線セグメントが第１の線セグメントから離隔している請求項８記載 の装置。 １０． 前記投影手段が第２の線セグメントと実質的に平行の第４の線セグメン トを投影する請求項９記載の装置。 １１． 第１のパターンが基準点を備える請求項１記載の装置。 １２． 第１のパターンが離間した２個の基準点を備える請求項１１記載の装置 。 １３． 像信号が２つの固定された直交する像軸を有する二次元の像を表わし、 前記分析手段が線セグメントの像の各々に対する傾斜角と少なくとも１本の像軸 に対する交差点並びに像軸に対する第１のパターンの像の位置とを決定する手段 を含む請求項４記載の装置。