JPH11513495A - 空間座標の点から点への測定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 点状の光源への空間方向を測定するように配列された１台又は複数台の光・電子式写真機（７、８）、光を反射している目標物（１９、２８）までの距離及び選択的に方向を測定するための１台又は複数台の距離計（１１）、タッチツールに固定された局所座標システムに関して既知の局所座標における最小３個の点状の光を与える手段（２１−２５）とレーザー距離計のための１個又は複数個の光の反射点又は目標（２８）とを有し、更に前記局所座標システムに関し既知の位置に接触点（３０）を有するタッチツール（１８）、並びに、ツール（１８）の位置が前記接触点（３０）を参照されるように、ツールの接触点（３０）に関する前記光を与える手段（２１−２５）の位置、写真機（７、８）から個々の光を与える手段（２１−２５）への測定された方向、及びレーザー距離計（１１）から光の反射点／目標（２８）までの測定された距離の知識に基づいて、前記写真機（７、８）及び距離計（１１）に関する前記タッチツール（１８）の空間位置と方向とを計算するように設計されたデータプロセッサー（２）を備え、空間座標を点から点に測定するシステム。

Description

【発明の詳細な説明】 空間座標の点から点への測定システム 本出願は特許請求項１の前文において明らかにされるような空間座標の点から 点への測定システムに関する。 工業的な形状測定は、今日では、種々の多くの方法でなされる。最も使われる 光学的方法は次のとおりである。 −経緯儀の使用、 −写真測量法、即ち、通常は写真用フィルムに、或いは近年では電子式センサー に基礎をおいた写真機による測定、 −光の変調及び戻りビームの位相又はレーザーの干渉の検出に基づくレーザー距 離計の使用。 ビデオ測量システムとしても知られる最近の写真測量システムは、ビデオカメ ラ技術に基礎を置く。このシステムは、能動光源形式の点の位置、及び測定対象 （例えば穴）の反射点又は特徴点を登録する。これらの点は、２台又はそれ以上 の写真機により同時に登録され、又は多数の異なった写真機位置から順次に画像 にされる。点の空間位置は、位置の自動決定及び各個別画像に対する写真機の方 向、並びに理想的でない画像を作る写真機レンズの誤差及びその他の因子の補正 を含んだ数学的方法を使用して算出される。写真機は、これを予め校正すること ができる。即ち、画像の点は、校正表、又はその他の数学的校正法により補正さ れる。 近年の写真測量システムは、ノルウェーのメトロノル社、スイスのイメトリッ ク社、及び米国のＧＳＩ（ジェオディティックサービス社）により市販される。 メトロノルのシステムは、ノルウェー特許１６４９４ ６号、１６５０４６号、１６９７９９号、１７４０２５号及びノルウェー特許出 願９３１８７３号に説明される。 メトロノルのシステムは、予備校正された写真機に基づく。このシステムは、 作動光源の位置を決定するために最適化された。測定すべき点をマークするため に、ライトペンとして知られる測定具が使用される。ライトペンはその接触点に 関して既知の位置に最小３個の光源を持つ。光源の像を同時に撮ることにより、 接触点の座標を決定することができる。 イメトリック及びＧＳＩの提案したシステムでは、写真機は予備校正されない が、各個別の測定方向に対して校正される。写真機は逆反射目標物の位置を登録 する。これら目標物は、写真機に取り付けられたフラッシュランプにより照明さ れる。これらの会社もメトロノルのライトペンと同様なタッチツールを開発した 。これにおいては、能動光源が逆反射目標物により置き換えられた。 写真測量システムは、画像化（投影）により空間における方向を決定する。精 度は、写真機の品質、測定される点の性質、及び特に形状要因に依存する。精度 に影響を与える形状要因は、測定する点の位置、濃度と分布、写真機又は画像の 数、及び写真機の位置と方向、更に写真機のレンズ誤差が予め判定されているか 否かである。 写真測量システムの主な利点は、測定点を２個の写真機で同時に登録可能、又 は少なくも２カ所の異なった位置に写真機を置いて順に登録可能であることであ る。 干渉計によるレーザー距離計は、製品名「レーザートラッカー」で国際的に知 られている。レーザートラッカーは、レーザー、レーザー集光 用のミラーシステム、反射ユニット、距離と方向用のセンサー、及びコンピュー ターよりなる。「コーナーキューブ」又はプリズム反射器としても知られる反射 ユニットが、光を、発光ビームと平行に戻すように反射する。レーザービームは 、これが常に反射ユニットを叩くように向けられる。これは、レーザートラッカ ーが反射ユニット上の投射点を検出するセンサーを備えることにより達成される 。一般に、レーザートラッカーは方向及び距離の両者、従って測定点の３次元座 標を登録する。距離は干渉計により決定される。方向は、ミラーの方向を登録す ることにより決定される。距離測定は高精度であるが、方向は低精度で決められ ることがある。 レーザートラッカーには次の主な欠点がある。 ・レーザービームは、これを常に反射点を叩くように方向を決めることが難しい 。ビームを見失った場合は、これを再び見いだすことが特に困難である。 ・干渉計に基づくレーザートラッカーは一般に相対的、即ち、この装置は干渉リ ングを勘定することにより基準点までの距離の差を測定する。 もしビームが中断すると、干渉リングの数の管理が失われ、処理は再び基準点 から出発しなければならない。 ・決定されるのは反射ユニットの位置だけである。反射ユニットの方向は未知の ままである。対象物上の選定された点を直接測定できるようにするために、反射 ユニットには、その中心から既知の距離に接触点を設けなければならない。接触 点が静止状態に保持されたときに、このまわりで反射ユニットが動かされている 間、この点を繰り返し測定しなければならない。 ・方向の正確な測定は、複雑かつ非常に正確な機械的解決法を必要とし、従って 温度及び機械的な運動の変動に対する補償が必要である。 ・レーザートラッカーと測定点との間の見通しに依存する。 ライカ及びドチェサピークレーザーは、レーザートラッカーを作っている会社 である。 その他のレーザー距離計は発光されたレーザー光の変調、及び検出された光の 位相の検出に基づく。密な解像度には、使用される周波数の高度の変調が必要で ある。反射点が１変調期間以上動かされたときの不明確さを避けるために、複数 の変調周波数が使用され、全体の位相が絶対距離を与える。従って、絶対的な距 離計が得られる。 純粋な距離計は、測定点までの１次元的な距離に関係した情報を提供するだけ であるので、空間位置を計算するためには複数の距離計を組み合わせなければな らない。ある点についての３次元的な距離を決定するためには３個の距離が必要 である。かかるシステムの例が米国特許５３０５０９１号に説明される。 機械的構造の日常の検査は、多数の固定された管理点の測定に基づくことが多 い。これは、例えば、航空機工業における設備の生産に使用する。管理点は、こ れを一定直径の穴の形式で作ることができる。写真測量、経緯儀測定又はレーザ ートラッカー用の目標物は、これらの穴のために作られる。構造の日常検査は、 これらの点の通例の測定を含む。 本発明において、写真測量技術及びレーザーによる距離と角度との測定を組み 合わせ、両方法の利点を完全に使用し、なおその欠点を避けることが提案される 。これは以下のようにして達成される。 −写真機からの正確な方向情報とレーザー距離計からの正確な距離情報 との組合せによる高精度、 −穴又は円筒体のような隠れた点及び全体形状を測定できるようにれらへの接近 性、 −写真機が反射ユニットへの方向を登録するレーザーの単純化された設計。 本発明を特徴付ける特徴が、下の特許請求項、及び付属図面を参照した本発明 の非限定的な例の以下の説明において明らかにされるであろう。 図１は、写真機とレーザー距離計との組合せに基づくシステムに含まれる諸要 素を示す。 図２は、５個の光源及びレーザー距離計用の反射点を有するタッチツールを示 す。 図３は、レーザー距離計とタッチツールとの組合せにおける１台の写真機に基 づくシステムを示す。 図４は、レーザー距離計とタッチツールとの組合せにおける２台の写真機に基 づくシステムを示す。 図５は、タッチツールが、写真機及びレーザー距離計の両方の登録用の反射点 を有するレーザー距離計との組合せにおける１台の写真機に基づくシステムを示 す。 図６は、レーザー距離計と組合せにおける１台の写真機が、反射点、従って孤 立した反射点を有するタッチツールの位置を測定するために使用される配列を示 す。タッチツールと孤立した反射点との両者が写真及びレーザー距離計の両者に より登録される。 図７は、写真機とレーザー距離計の位置と方向の間の幾何学的関係の校正の原 理を示す。 図８は、一体化された写真機とレーザー距離計システムを示す。 以下の説明、及び続く特許請求項においては、用語「反射点」は、写真機又は レーザー距離計による明確な登録を提供するように置かれたユニットに関して使 用され、これにおいては、放出された光はセンサーユニットに戻るように反射さ れる。これは、いわゆる逆反射目標物、又は写真測量システム又は経緯儀ととも に使用するために作られた反射テープ、又はレーザー距離計とともに使用される いわゆる「コーナーキューブ」を備える。 以下の説明、及び続く特許請求項においては、用語「光を与える手段」は、発 光ダイオード又はレーザーダイオードのような能動光源（発光体）及び反射点を 含んだ集合用語として使用される。 用語「レーザー距離計」は、ある特定の点までの距離を計算するためにその点 に向けて指向されたレーザービームに基づくシステムの総ての形式のための集合 用語として使われる。これは、レーザー干渉技術（レーザートラッカー）、及び 光のパルスの放出時から反射パルスの登録時までの時間差又は位相変調／測定、 又はこれら技術の組合せの測定に基づいたシステムの両者を含む。システムの機 能は、レーザー距離計が絶対的か相対的かのいずれかに依存するであろう。相対 的距離計（例えば、干渉の原理に基づくもの）においては、レーザービームは中 断なく連続的に追随しなければならない。レーザー距離計が正確な方向決定を含 んでいるならば、これを位置の計算に使用できるであろう。 完全なシステム解が図１にブロック図で示される。このシステムは、データプ ロセッサー２、レーザー距離計制御ユニット３、写真機制御ユニット４及び光源 制御ユニット５を有するシステムコンソール１を備え る。システムは、オペレーター端末装置６から操作される。システムは、１台又 は複数台の写真機７、８を備える。これらにはフラッシュランプ９、１０が装備 される。更に、システムは、レーザー及びセンサーユニット１２、及びレーザー ビーム１４を正しい方向に向けるためのミラー１３よりなるレーザー距離計１１ を備える。レーザー距離計は、間隔を空けられた任意の２点にレーザービームを 指向できるように、互いに正しい角度で取り付けられた２個のミラーを有するで あろう。図面においては、これらミラー１３の１個のみが輪郭で示される。この システムは位置決定用の種々のツール、即ち、校正用の基準ロッド１５、基準点 にマークするために接続箱１７に接続された光源１６、ライトペンとしても知ら れるタッチツール１８、及び反射点１９を備えることができる。 図２は、正面（図２ａ）及び側面（図２ｂ）から見たタッチツール１８を示す 。これは、温度膨張を避けるために好ましくは耐熱材料で作られた本体２０、複 数の光源２１−２５、作動用スイッチ２６、２７、反射点２８、ツールアダプタ ー２９、及び接触点３０より構成される。光源の最小数は３個である。これらは ツールに固定された局所座標システムに関して既知の座標で取り付けられる。接 触点３０（基準点）は球又は尖端の形式とすることができる。この点の位置も局 所座標システムに関して既知であることのために、タッチツールの位置をこの点 に関連付けることができる。特別な場合、２個の光源を通る直線上に接触点３０ があるならば２個の光源とすることができる。タッチツールは、まずスウェーデ ン特許４５６４５４号に説明されたように機能し、そしてノルウェー特許１６９ ７９９号に説明されたような置換可能なツールを持ち得るであろう。反射点のデ ザインは、使用されるレーザー距離計の形式 に依存するであろう。距離計が逆反射器、例えばコーナーキューブの使用を必要 とする場合は、これを固定取り付けとし、或いはタッチツールの付属の固定用機 構に取り付けられた取外し可能なユニットとすることができる。 図３は、レーザー距離計１１と組み合わせられた１台の写真機７を使うときの 測定原理を示す。 写真機は、レンズユニット３３、及び感光素子の２次元アレイ（マトリックス ）３２よりなる。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り 、要求される視野により実質的に指定された焦点距離を持つ。レンズの選択的な 反射防止コーティング又は光学的フィルターは、使用される光源のスペクトル分 布に適合しなければならない。感光素子は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）又は ＣＩＤ（電荷注入素子）である。高精度に関連する要求は、最高の解像度を有す るマトリックスを正常に使用することである。システムの速度が第１に重要な場 合は、より少数の素子を有するマトリックスが使用されるであろう。高精度は、 角度測定装置の正確な構成の使用により得ることができる。これは、例えばノル ウェー特許１６５０４６号に説明されたようにして行うことができる。写真機７ は、センサーマトリックス３２上のその画像３５の位置の形式で光源２１を登録 する。 オペレーターは、登録すべき実際の点に接触点３０が触れるようにタッチツー ル１８の位置を定める。写真機７は総ての光源２１−２５の像を登録し、この像 に基づいてノルウェー特許１７４０２５号に説明されたようにタッチツールの位 置と方向とが計算される。同時に、距離計１１が反射点２８までの距離を登録す る。 レーザービーム１４は、モーター３１により制御されるミラー１３の手段によ り反射点２８に向かうように指向される。１個のモーター１３が図面に示される 。ビーム１４を空間内の任意の位置に向け得るように、２個のミラーがあるであ ろう。その一方がビームの水平方向の調整を制御し、他方のミラーが垂直方向の 調整を制御する。レーザー及びセンサーユニット１２は、反射点２８までの距離 を登録する。 レーザービームを調整するためには、レーザー距離計から反射点への方向に関 する情報が必要である。これは、次の方法にどれかを使って得ることができる。 即ち、 ・写真機の像のみに基づいてタッチツールの位置と方向の近似値が計算され、こ の情報がレーザー距離計制御ユニット３に送られる。 ・レーザー距離計は、レーザービーム１４が反射ユニットを叩いた位置を登録す ために別個のセンサー１２を備える。ミラー１３を制御するためにこれを使うこ とができる。 写真機７からの登録された像は、レーザー距離計１１から点２８までの登録さ れた距離と組み合わせられ、接触点３０の計算位置の可能な最高精度が得られる 。もし、レーザー距離計が（市場で入手可能なレーザートラッカーのような）レ ーザービームの方向を登録するならば、この登録された方向も計算に使用される 。計算は観測値の誤差の補償に基づき、従って総ての観測値が使用され、かつそ れらの精度に基づく重要度を与えられる。総ての計算は、データプロセッサー２ により行われる。 タッチツール１８の位置と方向の計算は幾何学的形状、即ち光源２１−２５、 反射点２８及び接触点３０の相対位置が知られるという事実に基づく。接触点３ ０は、センサーマトリックス３２上の理論的画像点３ ６を持つ。 まず、写真機と距離計の位置と方向に関して計算位置が与えられる。局所的座 標システムに関して知られる３点の最小値を測定することにより、続く総ての点 をこの座標システムに関して与えることができる。 このシステムの本質的な特徴は、センサーシステムから観察できない点を測定 できるその能力である。一般に、写真機又はレーザーの距離測定に基づく測定シ ステムは、見えない点は測定できないという弱点を持つ。タッチツール１８を使 用するときは、写真機から光源２１−２５までの視線内、及びレーザー距離計１ １から反射点２８までの視線内に邪魔物のないことが必要である。しかし、接触 点３０までの邪魔物のない視線は不要である。タッチツールのその他の部分に関 する接触点３０の位置は、測定すべき対象物の形状に適合させることができる。 このシステム解は、例えば、その総合測定精度を高くするため、或いはシステ ムの複雑性を小さくするために、種々の方法で最適化することができる。一般に 、高精度は、システムの写真機の台数又はレーザー距離計の台数の増加により達 成される。個々のレーザー距離計は同じ反射点２８を追随することができ、或い はシステムの距離計の台数に相当する複数の反射点をタッチツールに設けること ができる。 レーザー距離計が、組込みのセンサー及びレーザービーム１４を反射点２８に 向ける制御システムを有する場合は、写真機及びレーザー距離計ユニットからの 観察値を考慮する最終の座標計算を除き、両ユニットは互いに独立して作動でき る。 図４は、１台のレーザー距離計１１及びタッチツール１８と組み合わせた２台 の写真機７、８によるシステムを示す。タッチツール１８が異 なった２方向から観察されるので、このシステム形態によりより高精度の測定が 達成される。レーザー距離計１１は写真機７、８の一方に接続され、或いは独立 式とすることができる。その位置及び方向は写真機７、８に関して知ることが必 要であり、これは以下説明される校正手順により行うことができる。 別なシステム解は、１台の写真機７と２台のレーザー距離計１１より構成する ことができる。タッチツールが、例えばタッチツールの各端部において、これに 取り付けられた２個の反射点２８を有するならば、２台のレーザー距離計は、各 がそれぞれの反射点に追随することができる。 能動光源が反射点と置換されると、かなり合理的な利得が達成される。反射点 は写真機７に取り付けられたフラッシュランプ９により照らされ、これにより写 真機のセンサーマトリックス３２上の鮮明な像を与える。これら反射点の１個又 は複数個を距離の登録用に使うことができる。 レーザー距離計は絶対形式のものであり、１台の距離計が数箇所の反射点まで の距離を登録できる。これにより、レーザービームが個々の各点に順に指向され る。 図５はレーザー距離計と組み合わせた１台の写真機に基づくシステムを示し、 これにおいては、タッチツールは、写真機とレーザ距離計との双方による登録の ための反射点２８、３７−４０を持つ。測定装置は総ての反射点を照らす写真機 のフラッシュランプ９とこれらの位置を登録する写真機７とより構成される。レ ーザー距離計１１は、１個の反射点２８又は総ての反射点までの距離を登録する 。選択的に数台の距離計を使うことができる。タッチツールの位置及び方向はデ ータプロセッサー２において計算される。 図６は、システムがタッチツール１８の位置決定に加えて孤立反射点１９の空 間位置もどのようにして決定するかを示す。これは、構造の固定制御点でなされ る迅速な測定を許し、一方では、他の点はタッチツール１８の助けにより測定す ることができる。この手順は、総ての反射目標１９を照らす写真機のフラッシュ ランプ９、及びこれらへの方向を登録する写真機により構成される。登録された 方向に基づいて、レーザー距離計１１のミラー１３は、反射点１９までの距離を 決定するように案内される。タッチツール１８の位置の登録は、図３及び５に関 連して上述された方法と同じ方法で行われる。 写真機７の観察と測定された距離とを組み合わせることによりタッチツール１ ８及びその他の反射点９の空間位置を決定できるためには、レーザー距離計１１ と写真機７との相対的な位置と方向とを知ることが必要である。図７は写真機７ 及びレーザー距離計１１の位置及び方向間の幾何学的関係の校正の原理を示し、 これは、例えば、写真機７に関するレーザー距離計１１の位置及び方向を決定す ることを意味する。 校正方法は、写真機７によるタッチツール１８の位置と方向並びにレーザー距 離計１１から反射点２８までの距離の同時決定よりなり、そしてこれは不規則に 選定された多数の点に対して行われる。システムが１台の写真機７と１台の距離 計とだけで構成されるならば、幾つかの測定点間の相互に既知の座標又は既知の 距離の形式の追加情報が必要である。写真機７とレーザー距離計１１とが永久的 に一体化された場合は、校正は、これをユニットが製作されたときに行われるオ ンオフ手順とすることができる。 写真機７からの登録された方向を基礎としてレーザー距離計１１の方 向を決めるときは、方向は同じ出発点に関して定義されないことを考慮しなけれ ばならない。これは、次の技法を使って解決できる。即ち、 ・反射点１９について通常の空間座標がある場合。レーザービーム１４が点１９ を叩くようにその方向を修正するために写真機７からの測定方向が使用される。 ・写真機７とタッチツール１８とを組み合わせることにより、反射点２８の空間 位置が決定される。写真機に関するレーザー距離計の位置と方向とが既知であれ ばレーザービーム１４の方向は一義的に決定される。 ・２台の写真機７、８の使用により、反射点１９の空間位置が決定される。写真 機に関するレーザー距離計の位置と方向とが既知であればレーザービーム１４の 方向は一義的に決定される。 ・写真機７から反射点１９への方向だけが既知の場合は、レーザー距離計１１の 制御ユニット３は、写真機７とレーザー距離計との間の距離を修正できるように する検索アルゴリズムを持たねばならない。 ・レーザー距離計のミラー１３の回転中心が図８に示されるように写真機の光学 中心上にあるように写真機とレーザー距離計とを一体化するときは、この一体化 はレーザービーム１４に置かれたビームスプリッター４１による。これの支援に より、写真機７はレーザービーム１４に沿って眺め、従ってビームの方向１４と 目標点２８との間の偏差を直接見る。写真機７の視野は、この場合、写真機７、 ビームスプリッター４１及びミラー１３の間の幾何学的関係により決定されるで あろう。ビームスプリッター４１及びミラー１３の寸法に加えるこれらの間の距 離は限定しているであろう。写真機７の視野はミラー１３の調 整に従い、従って写真機７は、常にレーザービーム１４のまわりの領域を見るで あろう。センサーユニットからタッチツール又は反射点への全体の登録方向はミ ラーの傾きと写真機７のセンサー上の像の位置により決定されるであろう。 位置決定の精度は、写真機及びレーザー距離計がそれぞれ方向及び距離をどん な精度で決定できるかに依存する。写真機の精度は、これがレンズ及びセンサー の誤差を補正するように校正されたか否かに依存する。かかる校正は写真測量技 術においてよく知られている。写真機は、例えばノルゥエー特許１６５０４６号 において説明されたように工場で校正され、又は測定作業中に校正することがで きる。かかる校正には、異なった写真機位置からの多数の点の測定、又は相互位 置が既知の非常に多数の点の最小１カ所の写真機位置からの写真撮影が必要であ る。上述のシステム及び方法は、あったとしても写真機の校正には依存しない。 本発明は、選定された点に対する空間座標を簡単な測定技術を使用して高精度 に測定する可能性を提供する。今日のレンズ距離計を妨害する弱点、特に次のこ とが避けられる。即ち、 ・レーザービームを中断させない要求、 ・多数の異なった反射点にレーザービームを向ける困難性、及び ・レーザー距離計と測定点との間が見えない測定点の限定された可能性。 この測定技術は、自動車工業及び航空機工業における使用に特によく適してい る。自動車の車体の溶接用の製造設備の検査が一例である。生産ラインは複雑で あり測定装置と測定点との間の見通しは妨げられているが、高精度と早い測定速 度とが要求される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年１月３０日 【補正内容】 校正方法は、写真機７によるタッチツール１８の位置と方向並びにレーザー距 離計１１から反射点２８までの距離の同時決定よりなり、そしてこれは不規則に 選定された多数の点に対して行われる。システムが１台の写真機７と１台の距離 計とだけで構成されるならば、幾つかの測定点間の相互に既知の座標又は既知の 距離の形式の追加情報が必要である。写真機７とレーザー距離計１１とが永久的 に一体化された場合は、校正は、これをユニットが製作されたときに行われるオ ンオフ手順とすることができる。 写真機７からの登録された方向を基礎としてレーザー距離計１１の方向を決め るときは、方向は同じ出発点に関して定義されないことを考慮しなければならな い。これは、次の技法を使って解決できる。即ち、 ・反射点１９について通常の空間座標がある場合。レーザービーム１４が点１９ を叩くようにその方向を修正するために写真機７からの測定方向が使用される。 ・写真機７とタッチツール１８とを組み合わせることにより、反射点２８の空間 位置が決定される。写真機に関するレーザー距離計の位置と方向とが既知であれ ばレーザービーム１４の方向は一義的に決定される。 ・２台の写真機７、８の使用により、反射点１９の空間位置が決定される。写真 機に関するレーザー距離計の位置と方向とが既知であればレーザービーム１４の 方向は一義的に決定される。 ・写真機７から反射点１９への方向だけが既知の場合は、レーザー距離計１１の 制御ユニット３は、写真機７とレーザー距離計との間の距離を修正できるように する検索アルゴリズムを持たねばならない。 ・レーザー距離計のミラー１３の回転中心が図８に示されるように写真機の光学 中心上にあるように写真機とレーザー距離計とを一体化するときは、この一体化 はレーザービーム１４内に置かれたビームスプリッター４１のような公知の光路 再指向手段４１による。これの支援により、写真機７はレーザービーム１４に沿 って眺め、従ってビームの方向１４と目標点２８との間の偏差を直接見る。写真 機７の視野は、この場合、写真機７、光路再指向手段４１及びミラー１３の間の 幾何学的関係により決定されるであろう。光路再指向手段４１及びミラー１３の 寸法に加えるこれらの間の距離は限定しているであろう。写真機７の視野はミラ ー１３の調整に従い、従って写真機７は、常にレーザービーム１４のまわりの領 域を見るであろう。センサーユニットからタッチツール又は反射点への全体の登 録方向はミラーの傾きと写真機７のセンサー上の像の位置により決定されるであ ろう。 位置決定の精度は、写真機及びレーザー距離計がそれぞれ方向及び距離をどん な精度で決定できるかに依存する。写真機の精度は、これがレンズ及びセンサー の誤差を補正するように校正されたか否かに依存する。かかる校正は写真測量技 術においてよく知られている。写真機は、例えばノルゥエー特許１６５０４６号 において説明されたように工場で校正され、又は測定作業中に校正することがで きる。かかる校正には、異なった写真機位置からの多数の点の測定、又は相互位 置が既知の非常に多数の点の最小１カ所の写真機位置からの写真撮影が必要であ る。上述のシステム及び方法は、あったとしても写真機の校正には依存しない。 本発明は、選定された点に対する空間座標を簡単な測定技術を使用して高精度 に測定する可能性を提供する。今日のレンズ距離計を妨害する 弱点、特に次のことが避けられる。即ち、 ・レーザービームを中断させない要求、 ・多数の異なった反射点にレーザービームを向ける困難性、及び ・レーザー距離計と測定点との間が見えない測定点の限定された可能性。 この測定技術は、自動車工業及び航空機工業における使用に特によく適してい る。自動車の車体の溶接用の製造設備の検査が一例である。生産ラインは複雑で あり測定装置と測定点との間の見通しは妨げられているが、高精度と早い測定速 度とが要求される。 請求の範囲 １．点状の光源への空間方向を測定するように配列された少なくも１台又は複 数台の光・電子式写真機（７、８）、及びツール固定の局所座標システムに関し て既知の局所座標に最小３個の点状の光を与える手段（２１−２５）を有し、か つ前記局所座標システムに関して既知の位置に接触点（３０）を有するタッチツ ール（１８）を備えた空間座標を点から点に測定するシステムであって、 −光反射目標（１９、２８）への距離及び適宜方向を測定するため に１台のレ ーザー距離計（１１）が設けられ、作動時には前記距離計 が前記少なくも１台 の写真機と特定の位置的関係を有し、 −前記１台のレーザー距離計（１１）用の１個又は複数個の光反射点／目標（２ ８）がタッチツール上に置かれ、更に −ツール（１８）の位置が前記接触点（３０）を参照されるように、ツールの接 触点（３０）に関する前記光を与える手段（２１−２５）の位置、写真機（７、 ８）から個々の光を与える手段（２１−２５）への測定された方向、及びレーザ ー距離計（１１）から光の反射点／目標（２８）までの測定された距離の知識に 基づいて、前記少なくも１台の写真機（７、８）及び前記１台の距離計（１１） に関する前記タッチツール（１８）の空間位置と方向とを計算するようにデータ プロセッサー（２）が設計される ことを特徴とするシステム。 ２．−データプロセッサー（２）は、これに距離を登録するために、前記計算 に基づき、レーザービームが前記反射点／目標（２８）を叩くようにこのビーム を指向させるように設計される ことを特徴とする請求項１に明らかにされたシステム。 ３．−タッチツール（１８）の光を与える手段が最小３個の光反射目標（２８ 、３７−４０）よりなり、 −少なくも１台の写真機（７、８）が、光反射目標（２８、３７−４０）を照ら すため、これに取り付けられたフラッシュランプ（９、１０）を有する ことを特徴とする請求項１又は請求項２に明らかにされたシステム。 ４．システムが、 −前記レーザー距離計（１１）に機械的に連結されたただ１台の写真機（７）を 備える ことを特徴とする請求項１−３の一つ又はそれ以上に明らかにされたシステム。 ５．−常に最適の信号／雑音の関係を得るように、前記少なくも１台の写真機 （７、８）により登録される適宜の与えられた時間における信号のレベルに基づ いてタッチツールの光を与える手段（２１−２５）の各についての照明の時間と 強さとを調整する手段（５）を備える ことを特徴とする請求項１又は請求項２に明らかにされたシステム。 ６．−写真機（７、８）及び距離計（１１）が孤立した光反射目標（１９）ま での距離と方向とを登録するように配列され、更に −データプロセッサー（２）が、写真機（７、８）から観察したときの目標（１ ９、２８）への方向に基づいて距離計（１１）のレーザービーム（１４）を指向 させるように設計される ことを特徴とする請求項１−４に明らかにされたシステム。 ７．１台の写真機（７）及び１台のレーザー距離計（１１）が１個の ユニットとして作られ、前記ユニットが、回転可能なミラー指向手段を備え、こ れにより前記写真機の視線の光路及びレーザー距離計のレーザービームの光路が 再指向手段とミラーとの間の第１の共通光軸に沿い、更にミラーと目標との間の 第２の共通光軸に沿うことを特徴とする請求項１−６に明らかにされたシステム 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ 【要約の続き】 から点に測定するシステム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．−点状の光源への空間方向を測定するように配列された１台又は複数台の 光・電子式写真機（７、８）、 −光を反射している目標物（１９、２８）までの距離及び選択的に方向を測定す るための１台又は複数台の距離計（１１）、及び −タッチツール（１８） を備えた空間座標を点から点に測定するシステムであって、 −タッチツール（１８）は、ツールに固定された局所座標システムに関して既知 の局所座標において最小３個の点状の光を与える手段（２１−２５）、レーザー 距離計のための１個又は複数個の光の反射点／目標（２８）を有し、更に前記局 所座標システムに関し既知の位置に接触点（３０）を有し、更に −ツール（１８）の位置が前記接触点（３０）を参照されるように、ツールの接 触点（３０）に関する前記光を与える手段（２１−２５）の位置、写真機（７、 ８）から個々の光を与える手段（２１−２５）への測定された方向、及びレーザ ー距離計（１１）から光の反射点／目標（２８）までの測定された距離の知識に 基づいて、前記少なくも１台の写真機（７、８）及び少なくも１台の距離計（１ １）に関する前記タッチツール（１８）の空間位置と方向とを計算するようにデ ータプロセッサー（２）が設計される ことを特徴とするシステム。 ２．−データプロセッサー（２）は、これに距離を登録するために、前記計算に 基づき、レーザービームが前記反射点／目標（２８）を叩くようにこのビームを 指向させるように設計される ことを特徴とする請求項１に明らかにされたシステム。 ３．−タッチツール（１８）の光を与える手段が最小３個の光反射目標（２８ 、３７−４０）よりなり、 −少なくも１台の写真機（７、８）が、光反射目標（２８、３７−４０）を照ら すため、これに取り付けられたフラッシュランプ（９、１０）を有し、更に −ツール（１８）の位置が前記接触点（３０）を参照されるように、ツールの接 触点（３０）に関する最小で３個の前記光反射目標（２８、３７−４０）の位置 、写真機（７、８）から個々の光反射目標（２８、３７−４０）への測定された 方向、及びレーザー距離計（１１）から反射点／目標（２８、３７−４０）まで の測定された距離の知識に基づいて、前記写真機（７、８）及び距離計（１１） に関する前記タッチツール（１８）の空間位置と方向とを計算するようにデータ プロセッサー（２）が設計される ことを特徴とする請求項１又は請求項２に明らかにされたシステム。 ４．−ただ１台の写真機（７）及び１台の距離計（１１）がシステムを形成す る ことを特徴とする請求項１−３の一つ又はそれ以上に明らかにされたシステム。 ５．−常に最適の信号／雑音の関係を得るように、写真機（７、８）により登録 される適宜の与えられた時間における信号のレベルに基づいてタッチツールの光 を与える手段（２１−２５）の各についての照明の時間と強さとを調整する手段 （５）を備える ことを特徴とする請求項１又は請求項２に明らかにされた空間座標の点 から点への測定システム。 ６．−写真機（７、８）及び距離計（１１）が孤立した光反射目標（１９）ま での距離と方向とを登録するように配列され、更に −データプロセッサー（２）が、写真機（７、８）から観察したときの目標（１ ９、２８）への方向に基づいて距離計（１１）のレーザービーム（１４）を指向 させるように設計される ことを特徴とする請求項１−４に明らかにされたシステム。 ７．−写真機（７）及びレーザー距離計（１１）は、レーザー（１１）のミラ ーユニット（１３）の回転中心が写真機（７）の光学軸上にあるように一体に作 られ、これにより中心外れの補正を回避する ことを特徴とする請求項１−６に明らかにされたシステム。