JP2003294433A - 複数の三次元形状計測装置の座標系を一致させる方法 - Google Patents
複数の三次元形状計測装置の座標系を一致させる方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２台以上の三次元形状計測装置を用いて計測
する場合の各三次元形状計測装置の原点と座標軸を一致
させる。 【解決手段】 形状が分かっている校正用立体物１２０
（表面上に黒ラインの塗装がある平面板）を複数の三次
元形状計測装置１０３、１０４、１０５、１０６で計測
して、各三次元形状計測装置の当てはめ平面方程式を求
める。次に、各当てはめ平面方程式の原点・座標軸に座
標変換を施すための回転行列Ｒ１１３と平行ベクトルＴ
１１２を求め、複数の三次元形状計測装置の原点・座標
軸からなる座標系１１０、１１１を１つの三次元形状計
測装置の座標と一致させる。
する場合の各三次元形状計測装置の原点と座標軸を一致
させる。 【解決手段】 形状が分かっている校正用立体物１２０
（表面上に黒ラインの塗装がある平面板）を複数の三次
元形状計測装置１０３、１０４、１０５、１０６で計測
して、各三次元形状計測装置の当てはめ平面方程式を求
める。次に、各当てはめ平面方程式の原点・座標軸に座
標変換を施すための回転行列Ｒ１１３と平行ベクトルＴ
１１２を求め、複数の三次元形状計測装置の原点・座標
軸からなる座標系１１０、１１１を１つの三次元形状計
測装置の座標と一致させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の三次元形状
計測装置を用いて被測定物の計測を行う場合に、各計測
装置の原点と座標軸とからなる座標系を一致させる方法
に関する。
計測装置を用いて被測定物の計測を行う場合に、各計測
装置の原点と座標軸とからなる座標系を一致させる方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】三次元形状を非接触で計測する方法とし
て、縞走査を用いた投影法が知られている。この方法
は、概略以下のようにして行われる。正弦波状に濃淡値
が印刷されている格子を通して、光源から物体に対して
正弦波状の輝度分布を持つ光パターンを投影する。そし
て、物体上の縞画像を上記の光源とは別のところに設置
されたカメラで撮影する。物体を静止させたままで、格
子を縞と直角方向へと、波長の１／ＮずつＮ回ずらしな
がら画像を撮影して行く。撮影された画像は、物体に投
影された正弦波光パターンが２π／Ｎラジアンずつ進行
して行くように見える。計測点の輝度値を投影方向から
計測し、各輝度値より格子パターンの位相値を計算す
る。計測点の高さ変位に応じて格子パターンの位相が変
調するため、この位相の変調量を計算し、光学装置の幾
何関係式に代入することにより、物体の高さ変位量を計
算し、三次元形状を求める。
て、縞走査を用いた投影法が知られている。この方法
は、概略以下のようにして行われる。正弦波状に濃淡値
が印刷されている格子を通して、光源から物体に対して
正弦波状の輝度分布を持つ光パターンを投影する。そし
て、物体上の縞画像を上記の光源とは別のところに設置
されたカメラで撮影する。物体を静止させたままで、格
子を縞と直角方向へと、波長の１／ＮずつＮ回ずらしな
がら画像を撮影して行く。撮影された画像は、物体に投
影された正弦波光パターンが２π／Ｎラジアンずつ進行
して行くように見える。計測点の輝度値を投影方向から
計測し、各輝度値より格子パターンの位相値を計算す
る。計測点の高さ変位に応じて格子パターンの位相が変
調するため、この位相の変調量を計算し、光学装置の幾
何関係式に代入することにより、物体の高さ変位量を計
算し、三次元形状を求める。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の計測方
法では、被測定物の裏側を計測することができない。ま
た、被測定物が大きい場合には、１台の三次元形状計測
装置では計測できないこともある。このような場合に
は、表裏や上下左右等に複数の三次元形状計測装置を配
置して計測することになる。ここで、各三次元形状計測
装置は、独自の原点と座標軸で計測しているので、各装
置の計測データを単純につなぎ合わせることができず、
各計測装置の原点と座標軸とからなる座標系を一致させ
る必要がある。
法では、被測定物の裏側を計測することができない。ま
た、被測定物が大きい場合には、１台の三次元形状計測
装置では計測できないこともある。このような場合に
は、表裏や上下左右等に複数の三次元形状計測装置を配
置して計測することになる。ここで、各三次元形状計測
装置は、独自の原点と座標軸で計測しているので、各装
置の計測データを単純につなぎ合わせることができず、
各計測装置の原点と座標軸とからなる座標系を一致させ
る必要がある。
【０００４】そこで、本発明は、複数台の三次元形状測
定の原点や座標軸といった座標系を一致させ、複数の三
次元形状計測装置の測定値を統合し、被測定物の裏側を
計測したり、被測定物が大きい場合でも三次元形状を計
測することを可能とする方法を提供することを目的とす
る。
定の原点や座標軸といった座標系を一致させ、複数の三
次元形状計測装置の測定値を統合し、被測定物の裏側を
計測したり、被測定物が大きい場合でも三次元形状を計
測することを可能とする方法を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、複数の三次元形状計測装置
の座標系を一致させる方法であって、各々独自の原点と
座標軸とからなる座標系を有する複数の三次元形状計測
装置から計測可能な位置に、一の被測定面または相対位
置が既知の２以上の被測定面を有する校正用立体物を配
置し、各三次元形状計測装置によって前記被測定面上の
異なる３点以上について計測して各点の三次元位置を求
め、計測した値から被測定面の当てはめ面方程式を算出
し、各当てはめ面の対象となった被測定面相互間の位置
関係から一の当てはめ面方程式の座標系により他の当て
はめ面方程式の座標変換を行うことを特徴とする。
め、請求項１記載の発明は、複数の三次元形状計測装置
の座標系を一致させる方法であって、各々独自の原点と
座標軸とからなる座標系を有する複数の三次元形状計測
装置から計測可能な位置に、一の被測定面または相対位
置が既知の２以上の被測定面を有する校正用立体物を配
置し、各三次元形状計測装置によって前記被測定面上の
異なる３点以上について計測して各点の三次元位置を求
め、計測した値から被測定面の当てはめ面方程式を算出
し、各当てはめ面の対象となった被測定面相互間の位置
関係から一の当てはめ面方程式の座標系により他の当て
はめ面方程式の座標変換を行うことを特徴とする。
【０００６】そして、請求項１記載の発明によれば、１
台の三次元形状計測装置で計測できない大きな対象物
や、測定対象物の裏側の形状を複数台の三次元形状計測
装置で計測する場合に、全ての原点・座標系を一致させ
ることができ、三次元形状を高速に計測することが可能
になる。また、１台の三次元形状計測装置では高精度に
計測することが難しい形状の複雑な部分を複数台の三次
元形状計測装置で計測することで、より高精度に対象物
の形状データを求めることが可能となる。
台の三次元形状計測装置で計測できない大きな対象物
や、測定対象物の裏側の形状を複数台の三次元形状計測
装置で計測する場合に、全ての原点・座標系を一致させ
ることができ、三次元形状を高速に計測することが可能
になる。また、１台の三次元形状計測装置では高精度に
計測することが難しい形状の複雑な部分を複数台の三次
元形状計測装置で計測することで、より高精度に対象物
の形状データを求めることが可能となる。
【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の複
数の三次元形状計測装置の座標系を一致させる方法にお
いて、前記当てはめ面方程式が、前記３点以上の計測デ
ータについて、計測誤差を最小にすることにより求めら
れることを特徴とする。
数の三次元形状計測装置の座標系を一致させる方法にお
いて、前記当てはめ面方程式が、前記３点以上の計測デ
ータについて、計測誤差を最小にすることにより求めら
れることを特徴とする。
【０００８】請求項２記載の発明によれば、３点以上の
計測データについて、計測誤差が最小になることにより
前記当てはめ面方程式を求めるため、複数台の三次元形
状計測装置でより高精度に対象物の形状データを求める
ことが可能となる。
計測データについて、計測誤差が最小になることにより
前記当てはめ面方程式を求めるため、複数台の三次元形
状計測装置でより高精度に対象物の形状データを求める
ことが可能となる。
【０００９】請求項３記載の発明は、請求項２記載の複
数の三次元形状計測装置の座標系を一致させる方法の好
ましい一形態として、前記各三次元形状計測装置が計測
した各点の三次元位置の計測値について、誤差の二乗和
の極値から前記当てはめ面方程式を求めることを特徴と
する。
数の三次元形状計測装置の座標系を一致させる方法の好
ましい一形態として、前記各三次元形状計測装置が計測
した各点の三次元位置の計測値について、誤差の二乗和
の極値から前記当てはめ面方程式を求めることを特徴と
する。
【００１０】請求項４記載の発明は、請求項１、２また
は３記載の複数の三次元形状計測装置の座標系を一致さ
せる方法において、前記被測定面が平面で、当てはめ面
が当てはめ平面となることを特徴とする。
は３記載の複数の三次元形状計測装置の座標系を一致さ
せる方法において、前記被測定面が平面で、当てはめ面
が当てはめ平面となることを特徴とする。
【００１１】請求項４記載の発明によれば、被測定面を
平面としたため、平行な表裏の平面を計測すればよく、
また、平面度も工作機械により高精度に製作できるの
で、各三次元形状計測装置の原点・座標軸を高精度で一
致させることができる。また、校正用立体物の作成が容
易で安価にできる。
平面としたため、平行な表裏の平面を計測すればよく、
また、平面度も工作機械により高精度に製作できるの
で、各三次元形状計測装置の原点・座標軸を高精度で一
致させることができる。また、校正用立体物の作成が容
易で安価にできる。
【００１２】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
いずれかに記載の複数の三次元形状計測装置の座標系を
一致させる方法の好ましい一形態として、前記座標変換
を、回転行列と平行ベクトルを求めることにより行うこ
とを特徴とする。
いずれかに記載の複数の三次元形状計測装置の座標系を
一致させる方法の好ましい一形態として、前記座標変換
を、回転行列と平行ベクトルを求めることにより行うこ
とを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明にかかる複数の三次
元形状計測装置の座標系を一致させる方法の実施の形態
の具体例について図面を参照して詳細に説明する。
元形状計測装置の座標系を一致させる方法の実施の形態
の具体例について図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】図１は、三次元形状計測装置の外観を示す
斜視図である。三次元形状計測装置は、２つのカメラ１
００と、２つのプロジェクタ１０１とから構成されてい
る。
斜視図である。三次元形状計測装置は、２つのカメラ１
００と、２つのプロジェクタ１０１とから構成されてい
る。
【００１５】そして、これらのプロジェクタ１０１より
正弦波状の縞画像を、対象となる立体物に照射し、その
立体物を２つのカメラ１００により撮影することで立体
物の三次元計測を行っている。その際、対象物の空間位
置の原点（Ｏ）と座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚとからなる座標系１
０２を用いて測定物の形状を示すことになる。
正弦波状の縞画像を、対象となる立体物に照射し、その
立体物を２つのカメラ１００により撮影することで立体
物の三次元計測を行っている。その際、対象物の空間位
置の原点（Ｏ）と座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚとからなる座標系１
０２を用いて測定物の形状を示すことになる。
【００１６】このような構成の三次元形状計測装置を複
数台配置して、測定対象物の三次元計測を行う。図２
は、４台の三次元形状計測装置１０３、１０４、１０
５、１０６を用いた計測装置の外観を示す斜視図であ
る。この装置では、図１に示した三次元形状計測装置を
上下左右に１台ずつ設置している。各三次元形状計測装
置は、剛性の大きいフレームに固定されている。
数台配置して、測定対象物の三次元計測を行う。図２
は、４台の三次元形状計測装置１０３、１０４、１０
５、１０６を用いた計測装置の外観を示す斜視図であ
る。この装置では、図１に示した三次元形状計測装置を
上下左右に１台ずつ設置している。各三次元形状計測装
置は、剛性の大きいフレームに固定されている。
【００１７】測定対象物１０７は、図２に示しているよ
うに、各装置の略々中心に位置し、左上部の三次元形状
計測装置１０４が、測定対象物１０７の左上部を計測
し、左下部の三次元形状計測装置１０３が、測定対象物
１０７の左下部を計測する。同様に、三次元形状計測装
置１０６が、測定対象物１０７の右上部を計測し、三次
元形状計測装置１０５が、測定対象物１０７の右下部を
計測する。従って、この４台の三次元形状計測装置で測
定対象物１０７の略々全周を計測できる構成になってい
る。
うに、各装置の略々中心に位置し、左上部の三次元形状
計測装置１０４が、測定対象物１０７の左上部を計測
し、左下部の三次元形状計測装置１０３が、測定対象物
１０７の左下部を計測する。同様に、三次元形状計測装
置１０６が、測定対象物１０７の右上部を計測し、三次
元形状計測装置１０５が、測定対象物１０７の右下部を
計測する。従って、この４台の三次元形状計測装置で測
定対象物１０７の略々全周を計測できる構成になってい
る。
【００１８】計測動作は、まず、三次元形状計測装置１
０３から計測を開始して、対象となる測定対象物１０７
の左下部を計測する。順に、他の三次元形状計測装置１
０４、１０５、１０６で同様の計測を行い、各装置で計
測された計測データが図示しないパソコン等に４台分出
力される。
０３から計測を開始して、対象となる測定対象物１０７
の左下部を計測する。順に、他の三次元形状計測装置１
０４、１０５、１０６で同様の計測を行い、各装置で計
測された計測データが図示しないパソコン等に４台分出
力される。
【００１９】しかし、各三次元形状計測装置１０３、１
０４、１０５、１０６には、測定対象物１０７の三次元
計測を行うための原点・座標軸からなる座標系が存在す
る。これらの原点と座標軸は、計測装置一台毎に固有の
ものであり、計測装置が異なれば原点・座標軸も異なっ
ている。そのため、各４台の三次元形状計測装置の計測
データを統合させることができない。そこで、各三次元
形状計測装置の原点・座標軸に座標変換を施し、各三次
元形状計測装置の原点・座標軸を一致させることが必要
となる。
０４、１０５、１０６には、測定対象物１０７の三次元
計測を行うための原点・座標軸からなる座標系が存在す
る。これらの原点と座標軸は、計測装置一台毎に固有の
ものであり、計測装置が異なれば原点・座標軸も異なっ
ている。そのため、各４台の三次元形状計測装置の計測
データを統合させることができない。そこで、各三次元
形状計測装置の原点・座標軸に座標変換を施し、各三次
元形状計測装置の原点・座標軸を一致させることが必要
となる。
【００２０】図３は、座標系１１０から座標系１１１へ
と座標変換をする原理を示す図である。２台の三次元形
状計測装置において、一方の三次元形状計測装置の座標
系１１０上の点Ｐ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）が、他方の三次
元形状計測装置の座標系１１１上では（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ
２）になるとする。これらをベクトル表示すれば、ベク
トルｒ１＝（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、ｒ２＝（Ｘ２、Ｙ
２、Ｚ２）となる。図のＴ１１２は平行ベクトルを示
し、Ｒ１１３は回転行列を示す。図３から、以下の式が
成り立つ。
と座標変換をする原理を示す図である。２台の三次元形
状計測装置において、一方の三次元形状計測装置の座標
系１１０上の点Ｐ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）が、他方の三次
元形状計測装置の座標系１１１上では（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ
２）になるとする。これらをベクトル表示すれば、ベク
トルｒ１＝（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、ｒ２＝（Ｘ２、Ｙ
２、Ｚ２）となる。図のＴ１１２は平行ベクトルを示
し、Ｒ１１３は回転行列を示す。図３から、以下の式が
成り立つ。
【００２１】
【数１】
上記の式（１）から、座標系１１１を座標系１１０に一
致させるには、座標軸を回転させる３×３の行列Ｒ１１
３と、原点を移動させる平行ベクトルＴ１１２を求める
ことに帰着する。
致させるには、座標軸を回転させる３×３の行列Ｒ１１
３と、原点を移動させる平行ベクトルＴ１１２を求める
ことに帰着する。
【００２２】この回転行列Ｒ１１３と平行ベクトルＴ１
１２を求めるため、図４に示す校正用立体物としての平
面板１２０を図５で示す位置に設置し、その平面板１２
０を４台の三次元形状計測装置１０３〜１０６で各々計
測を行う。
１２を求めるため、図４に示す校正用立体物としての平
面板１２０を図５で示す位置に設置し、その平面板１２
０を４台の三次元形状計測装置１０３〜１０６で各々計
測を行う。
【００２３】図４に示す平面板１２０は、ベース１２２
に肌色の塗料を塗布し、その上に黒色の格子状のライン
１２１を塗装したもので、全く同じものが平面板１２０
の両面に塗装されている。ライン１２１の位置も表裏で
一致するようにしている。
に肌色の塗料を塗布し、その上に黒色の格子状のライン
１２１を塗装したもので、全く同じものが平面板１２０
の両面に塗装されている。ライン１２１の位置も表裏で
一致するようにしている。
【００２４】まず、回転行列Ｒ１１３を求めるための動
作から説明する。三次元形状計測装置１０４で、図４に
示す平面板１２０の一方の面を被測定面として、この面
上の３点を計測する。計測データは、第１点（ｘ１、ｙ
１、ｚ１）、第２点（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、第３点（ｘ
３、ｙ３、ｚ３）のように各座標値として求められる。
これら３点は、同一直線上には並ばないように選ばれて
いる。３点の座標が求められれば、平面が決まるので、
計測している平面板の当てはめ平面方程式を求めること
ができる。
作から説明する。三次元形状計測装置１０４で、図４に
示す平面板１２０の一方の面を被測定面として、この面
上の３点を計測する。計測データは、第１点（ｘ１、ｙ
１、ｚ１）、第２点（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、第３点（ｘ
３、ｙ３、ｚ３）のように各座標値として求められる。
これら３点は、同一直線上には並ばないように選ばれて
いる。３点の座標が求められれば、平面が決まるので、
計測している平面板の当てはめ平面方程式を求めること
ができる。
【００２５】ここで、当てはめ平面方程式は、以下のよ
うにして求められる。平面の方程式の法線ベクトルを
（α、β、−１）とした場合
うにして求められる。平面の方程式の法線ベクトルを
（α、β、−１）とした場合
【００２６】
【数２】
と表すことができる。この式（２）に、計測した被測定
面の上記３点の座標、第１点（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、第
２点（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、第３点（ｘ３、ｙ３、ｚ
３）を代入すれば、３つの式（２）ができ、これらから
α、β、ｄの値を求めることができる。
面の上記３点の座標、第１点（ｘ１、ｙ１、ｚ１）、第
２点（ｘ２、ｙ２、ｚ２）、第３点（ｘ３、ｙ３、ｚ
３）を代入すれば、３つの式（２）ができ、これらから
α、β、ｄの値を求めることができる。
【００２７】しかし、上記の計測した座標の値には、計
測誤差が含まれているので、算出されたα、β、ｄの値
は正確なものではない。そこで、計測誤差の二乗和Ｅを
求める。
測誤差が含まれているので、算出されたα、β、ｄの値
は正確なものではない。そこで、計測誤差の二乗和Ｅを
求める。
【００２８】誤差の二乗和Ｅは、
【００２９】
【数３】
となる。そして、誤差が最も小さくなるときにこの関数
が極値を持つ条件から、最終的に当てはめ平面の平面方
程式の未知数α、β、ｄは以下の行列を解くことにより
求められる。
が極値を持つ条件から、最終的に当てはめ平面の平面方
程式の未知数α、β、ｄは以下の行列を解くことにより
求められる。
【００３０】
【数４】
この１次元連立方程式の数値解析を行い、未知数α、
β、ｄを決定し、これにより、当てはめ平面の方程式を
決定する。
β、ｄを決定し、これにより、当てはめ平面の方程式を
決定する。
【００３１】図６は、２台の三次元形状計測装置１０４
と１０６とで平面板１２０を表裏両面を被測定面として
計測する状態を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は三
次元形状計測装置１０４の当てはめ平面の図、（ｃ）は
三次元形状計測装置１０６の当てはめ平面の図である。
上述のようにして装置１０４から計測した当てはめ平面
１３０の方程式と装置１０６から計測した当てはめ平面
１３１の方程式を求めることができる。
と１０６とで平面板１２０を表裏両面を被測定面として
計測する状態を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は三
次元形状計測装置１０４の当てはめ平面の図、（ｃ）は
三次元形状計測装置１０６の当てはめ平面の図である。
上述のようにして装置１０４から計測した当てはめ平面
１３０の方程式と装置１０６から計測した当てはめ平面
１３１の方程式を求めることができる。
【００３２】各々の単位法線ベクトルをｎ１、ｎ２とし
た場合、回転行列Ｒは、次式
た場合、回転行列Ｒは、次式
【００３３】
【数５】
から求まる。
【００３４】次に、平行ベクトルＴの求め方について述
べる。図７は、２台の三次元形状計測装置１０４と１０
６とで平面板１２０の表裏の対応点を計測する状態を示
す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平行ベクトルＴの求
め方を示す図である。図４に示す平面板１２０の表裏に
肌色をベース１２２として、黒色のライン１２１が塗装
されている。この黒色のラインは、縦ラインと横ライン
があり、交点が複数存在する。そこで図７に示すよう
に、ある交点をＰとして、その交点の裏面に対応する交
点をＰ’とする。
べる。図７は、２台の三次元形状計測装置１０４と１０
６とで平面板１２０の表裏の対応点を計測する状態を示
す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平行ベクトルＴの求
め方を示す図である。図４に示す平面板１２０の表裏に
肌色をベース１２２として、黒色のライン１２１が塗装
されている。この黒色のラインは、縦ラインと横ライン
があり、交点が複数存在する。そこで図７に示すよう
に、ある交点をＰとして、その交点の裏面に対応する交
点をＰ’とする。
【００３５】ここで、三次元形状計測装置１０４の原点
１３２から交点ＰへのベクトルをＴ１、三次元形状計測
装置１０６の原点１３３から交点Ｐ’へのベクトルをＴ
３、交点Ｐから交点Ｐ’をＴ２とすると、求める平行ベ
クトルＴ（装置１０６の原点から装置１０４の原点へ）
は、
１３２から交点ＰへのベクトルをＴ１、三次元形状計測
装置１０６の原点１３３から交点Ｐ’へのベクトルをＴ
３、交点Ｐから交点Ｐ’をＴ２とすると、求める平行ベ
クトルＴ（装置１０６の原点から装置１０４の原点へ）
は、
【００３６】
【数６】
となる。
【００３７】また、Ｔ１、Ｔ３は、交点Ｐと交点Ｐ’の
三次元座標が計測データより解っているので、求めるこ
とができる。但し、計測の誤差を小さくするため、交点
Ｐと交点Ｐ’の三次元座標が計測データを通過し、図６
に示す当てはめ平面方程式の法線ベクトルと同じ向きを
持つ直線を求め、その直線と当てはめ平面との交点を解
析上の点Ｐａと点Ｐａ’の三次元座標として求める。
三次元座標が計測データより解っているので、求めるこ
とができる。但し、計測の誤差を小さくするため、交点
Ｐと交点Ｐ’の三次元座標が計測データを通過し、図６
に示す当てはめ平面方程式の法線ベクトルと同じ向きを
持つ直線を求め、その直線と当てはめ平面との交点を解
析上の点Ｐａと点Ｐａ’の三次元座標として求める。
【００３８】従って、解析上の点Ｐａと点Ｐａ’からＴ
１、Ｔ３を求めることができる。ところで、ベクトルＴ
２の方向は、図６で示す当てはめ平面方程式の法線ベク
トルから、大きさは平面板の板厚より求められ、ベクト
ルＴ２を求めることができる。よって、これらより、ベ
クトルＴ１、Ｔ２、Ｔ３が求められ、式（６）からベク
トルＴが求められる。
１、Ｔ３を求めることができる。ところで、ベクトルＴ
２の方向は、図６で示す当てはめ平面方程式の法線ベク
トルから、大きさは平面板の板厚より求められ、ベクト
ルＴ２を求めることができる。よって、これらより、ベ
クトルＴ１、Ｔ２、Ｔ３が求められ、式（６）からベク
トルＴが求められる。
【００３９】以上によって、三次元形状計測装置１０６
について三次元形状計測装置１０４座標系へ座標変換す
ることができる。同様にして、三次元形状計測装置１０
５について三次元形状計測装置１０４座標系へ座標変換
し、三次元形状計測装置１０３について三次元形状計測
装置１０４座標系へ座標変換し、４台すべての座標系を
三次元形状計測装置１０４の座標と一致させることが可
能となる。
について三次元形状計測装置１０４座標系へ座標変換す
ることができる。同様にして、三次元形状計測装置１０
５について三次元形状計測装置１０４座標系へ座標変換
し、三次元形状計測装置１０３について三次元形状計測
装置１０４座標系へ座標変換し、４台すべての座標系を
三次元形状計測装置１０４の座標と一致させることが可
能となる。
【００４０】尚、上記実施例において、図４に示した平
面板１２０の代わりに、図８に示すような平面板１４０
を校正用立体物として使用することができる。この実施
例では、図４の黒色ライン１２１の代わりに、溝１４１
が削られている。図４の実施例と同様にして、削られて
いない面１４２を被測定面とし、これから平面板１４０
の当てはめ平面方程式を求め、それら回転行列Ｒを求め
る。また、溝１４１の交点Ｐとその裏面の対応する図示
しない交点から平行ベクトルＴを求めることができる。
面板１２０の代わりに、図８に示すような平面板１４０
を校正用立体物として使用することができる。この実施
例では、図４の黒色ライン１２１の代わりに、溝１４１
が削られている。図４の実施例と同様にして、削られて
いない面１４２を被測定面とし、これから平面板１４０
の当てはめ平面方程式を求め、それら回転行列Ｒを求め
る。また、溝１４１の交点Ｐとその裏面の対応する図示
しない交点から平行ベクトルＴを求めることができる。
【００４１】また、図４に示す平面板１２０の代わり
に、図９に示すような三角柱１５０を校正用立体物とし
て使用することもできる。これは、１２０度おきに三次
元形状計測装置２０１、２０２、２０３が並んでいる場
合に使用する。三次元形状計測装置２０１が三角柱１５
０の被測定面１５１の当てはめ平面方程式を求め、三次
元形状計測装置２０２が被測定面１５２の当てはめ平面
方程式を、また、三次元形状計測装置２０３が被測定面
１５３の当てはめ平面方程式を求める。その後、各被測
定面１５１、１５２、１５３の交差する角度から同様に
して、回転行列Ｒを求める。また校正用立体物１５０の
各被測定面１５１、１５２、１５３上に***形状あるい
は塗装によるライン等を設けて測定点を決め、これらの
測定点の相互位置関係から平行ベクトルＴを求める。
に、図９に示すような三角柱１５０を校正用立体物とし
て使用することもできる。これは、１２０度おきに三次
元形状計測装置２０１、２０２、２０３が並んでいる場
合に使用する。三次元形状計測装置２０１が三角柱１５
０の被測定面１５１の当てはめ平面方程式を求め、三次
元形状計測装置２０２が被測定面１５２の当てはめ平面
方程式を、また、三次元形状計測装置２０３が被測定面
１５３の当てはめ平面方程式を求める。その後、各被測
定面１５１、１５２、１５３の交差する角度から同様に
して、回転行列Ｒを求める。また校正用立体物１５０の
各被測定面１５１、１５２、１５３上に***形状あるい
は塗装によるライン等を設けて測定点を決め、これらの
測定点の相互位置関係から平行ベクトルＴを求める。
【００４２】図４に示す平面板１２０の代わりに、図１
０に示すような六面体１６０を校正用立体物として使用
することもできる。この六面体１６０の表面は、何も加
工されていない。この六面体１６０の各表面を被測定面
として当てはめ平面の方程式を求め、上記の実施例と同
様に、回転行列Ｒを求める。六面体１６０のエッジ点Ｐ
より平行ベクトルＴを求める。
０に示すような六面体１６０を校正用立体物として使用
することもできる。この六面体１６０の表面は、何も加
工されていない。この六面体１６０の各表面を被測定面
として当てはめ平面の方程式を求め、上記の実施例と同
様に、回転行列Ｒを求める。六面体１６０のエッジ点Ｐ
より平行ベクトルＴを求める。
【００４３】以上の実施例においては、校正用立体物の
被測定面は平面であったが、本発明では平面に限定され
ない。例えば、校正用立体物として球を使用することも
可能である。その他にも、被測定面の面形状が既知のも
のであればよく、被測定面が複数ある場合には、相互の
位置関係が既知であればよい。このように平面以外の面
を使用することもあるので、上記実施例の当てはめ平面
は、当てはめ面の下位概念ということになる。尚、三次
元形状計測装置の計測方法は、レーザを使用するもの等
種々のものに応用可能で、特定のものに限定されない。
被測定面は平面であったが、本発明では平面に限定され
ない。例えば、校正用立体物として球を使用することも
可能である。その他にも、被測定面の面形状が既知のも
のであればよく、被測定面が複数ある場合には、相互の
位置関係が既知であればよい。このように平面以外の面
を使用することもあるので、上記実施例の当てはめ平面
は、当てはめ面の下位概念ということになる。尚、三次
元形状計測装置の計測方法は、レーザを使用するもの等
種々のものに応用可能で、特定のものに限定されない。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる方
法によれば、複数の三次元形状計測装置の測定値を統合
し、被測定物の裏側を計測したり、被測定物が大きい場
合でも三次元形状を計測することが可能となる。
法によれば、複数の三次元形状計測装置の測定値を統合
し、被測定物の裏側を計測したり、被測定物が大きい場
合でも三次元形状を計測することが可能となる。
【図１】三次元形状計測装置の外観を示す斜視図であ
る。
る。
【図２】４台の三次元形状計測装置を用いた計測装置の
外観を示す斜視図である。
外観を示す斜視図である。
【図３】一の座標系から他の座標系へと座標変換をする
原理を示す図である。
原理を示す図である。
【図４】校正用立体物としての平面板を示す図であっ
て、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面
図、（ｄ）は斜視図である。
て、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面
図、（ｄ）は斜視図である。
【図５】４台の三次元形状計測装置と平面板の配置を示
す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、
（ｃ）は側面図である。
す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、
（ｃ）は側面図である。
【図６】２台の三次元形状計測装置で平面板を計測する
状態を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）、
（ｃ）は当てはめ平面の図である。
状態を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）、
（ｃ）は当てはめ平面の図である。
【図７】２台の三次元形状計測装置で平面板の表裏の対
応点を計測する状態を示す図であって、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は平行ベクトルの求め方を示す図である。
応点を計測する状態を示す図であって、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は平行ベクトルの求め方を示す図である。
【図８】校正用立体物として溝のある平面図を示す斜視
図である。
図である。
【図９】校正用立体物として三角柱を用いた状態を示す
図である。
図である。
【図１０】校正用立体物として六面体を用いた状態を示
す図である。
す図である。
１００ カメラ
１０１ プロジェクタ
１０２ 座標系
１０３ 三次元形状計測装置
１０４ 三次元形状計測装置
１０５ 三次元形状計測装置
１０６ 三次元形状計測装置
１０７ 測定対象物
１１０ 一の三次元形状計測装置の原点と座標軸
１１１ 他の三次元形状計測装置の原点と座標軸
１１２ 平行ベクトルＴ
１１３ 回転行列Ｒ
１２０ 校正用立体物（平面板）
１２１ ライン
１２２ ベース
１３０ 一の三次元形状計測装置の当てはめ（平）面
１３１ 他の三次元形状計測装置の当てはめ（平）面
１４０ 校正用立体物（平面板）
１４１ 溝
１４２ 面
１５０ 三角柱
１５１ 被測定面
１５２ 被測定面
１５３ 被測定面
１６０ 六面体
２０１ 三次元形状計測装置
２０２ 三次元形状計測装置
２０３ 三次元形状計測装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA53 BB05 DD19 EE00
FF06 FF61 HH06 JJ03 JJ05
LL41 PP01 QQ00 QQ17 QQ18
2F069 AA04 AA61 DD22 FF01 FF07
GG04 GG07 GG13 MM04 NN00
NN15 NN17
Claims (5)
- 【請求項１】 各々独自の原点と座標軸とからなる座標
系を有する複数の三次元形状計測装置から計測可能な位
置に、一の被測定面または相対位置が既知の２以上の被
測定面を有する校正用立体物を配置し、各三次元形状計
測装置によって前記被測定面上の異なる３点以上につい
て計測して各点の三次元位置を求め、計測した値から被
測定面の当てはめ面方程式を算出し、各当てはめ面の対
象となった被測定面相互間の位置関係から一の当てはめ
面方程式の座標系により他の当てはめ面方程式の座標変
換を行うことを特徴とする複数の三次元形状計測装置の
座標系を一致させる方法。 - 【請求項２】 前記当てはめ面方程式が、前記３点以上
の計測データについて、計測誤差を最小にすることによ
り求められることを特徴とする請求項１記載の複数の三
次元形状計測装置の座標系を一致させる方法。 - 【請求項３】 前記各三次元形状計測装置が計測した各
点の三次元位置の計測値について、誤差の二乗和の極値
から前記当てはめ面方程式を求めることを特徴とする請
求項２記載の複数の三次元形状計測装置の座標系を一致
させる方法。 - 【請求項４】 前記被測定面が平面で、当てはめ面が当
てはめ平面となることを特徴とする請求項１、２または
３記載の複数の三次元形状計測装置の座標系を一致させ
る方法。 - 【請求項５】 前記座標変換を、回転行列と平行ベクト
ルを求めることにより行うことを特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載の複数の三次元形状計測装置の座
標系を一致させる方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002093777A JP2003294433A (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 複数の三次元形状計測装置の座標系を一致させる方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002093777A JP2003294433A (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 複数の三次元形状計測装置の座標系を一致させる方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005013852A Division JP3781762B2 (ja) | 2005-01-21 | 2005-01-21 | 三次元座標校正システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003294433A true JP2003294433A (ja) | 2003-10-15 |
Family
ID=29238078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002093777A Pending JP2003294433A (ja) | 2002-03-29 | 2002-03-29 | 複数の三次元形状計測装置の座標系を一致させる方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003294433A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007534933A (ja) * | 2004-01-26 | 2007-11-29 | カール ツァイス インドゥストリエレ メステヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ワークピースの座標を確定するための方法 |
| CN105157534A (zh) * | 2015-08-24 | 2015-12-16 | 苏州骏发精密机械有限公司 | 一种产品定形检具 |
| WO2020012707A1 (ja) * | 2018-07-09 | 2020-01-16 | オムロン株式会社 | ３次元測定装置及び方法 |
-
2002
- 2002-03-29 JP JP2002093777A patent/JP2003294433A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007534933A (ja) * | 2004-01-26 | 2007-11-29 | カール ツァイス インドゥストリエレ メステヒニク ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | ワークピースの座標を確定するための方法 |
| CN105157534A (zh) * | 2015-08-24 | 2015-12-16 | 苏州骏发精密机械有限公司 | 一种产品定形检具 |
| WO2020012707A1 (ja) * | 2018-07-09 | 2020-01-16 | オムロン株式会社 | ３次元測定装置及び方法 |
| JP2020008434A (ja) * | 2018-07-09 | 2020-01-16 | オムロン株式会社 | ３次元測定装置及び方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20040227 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20040614 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041124 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Effective date: 20041224 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050106 |