JP2022137705A - 座標測定装置 - Google Patents

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Abstract

Figure 2022137705000001
【課題】レーザートラッカを利用してワークの空間座標を適切に求める。
【解決手段】座標測定装置１は、ワークを測定する測定部１０と、測定部１０から離れた位置に設けられ、測定部１０と電波による無線通信を行う３つ以上のアクセスポイント２０と、各アクセスポイントに設けられた反射部にレーザ光を照射し、反射部で反射されたレーザ光を受光するレーザートラッカ３０と、レーザートラッカ３０が反射部で反射されたレーザ光を受光することで各アクセスポイント２０の第１座標を求め、アクセスポイント２０と測定部１０の無線通信に基づいて測定部１０の第２座標を求め、測定部１０にワークの第３座標を測定させ、第１座標と第２座標と第３座標に基づいてワークの空間座標を求める制御部５４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの空間座標を求める座標測定装置に関する。
ワークの三次元座標を求めるために、レーザートラッカが利用されている。下記の特許文献１に開示されたレーザートラッカは、レーザ光をターゲット（例えば、ワークに設けられたリフレクタ）に照射し、ターゲットで反射されたレーザ光を受光することで、ターゲットの三次元座標を求める。
特開２０１０－５４４２９号公報
ところで、ワークが設けられた空間において、レーザートラッカとターゲットの間に壁等の遮蔽物が存在するケースがある。この場合、レーザ光は遮蔽物を通過しないので、レーザートラッカは照射されたレーザ光を受光できず、ターゲットの三次元座標を適切に求めることができない。
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、レーザートラッカを利用してワークの空間座標を適切に求めることを目的とする。
本発明の一の態様においては、ワークを測定する測定部と、前記測定部から離れた位置に設けられ、前記測定部と電波による無線通信を行う３つ以上のアクセスポイントと、各アクセスポイントに設けられた反射部にレーザ光を照射し、前記反射部で反射された前記レーザ光を受光するレーザートラッカと、前記レーザートラッカが前記反射部で反射された前記レーザ光を受光することで前記各アクセスポイントの第１座標を求め、前記アクセスポイントと前記測定部の前記無線通信に基づいて前記測定部の第２座標を求め、前記測定部に前記ワークの第３座標を測定させ、前記第１座標と前記第２座標と前記第３座標に基づいて前記ワークの空間座標を求める制御部と、を備える、座標測定装置を提供する。
また、前記３つ以上のアクセスポイントは、前記ワーク及び前記測定部が設けられた第１空間と壁を介して隔てられた第２空間に互いに離れて設けられ、前記レーザートラッカは、前記第２空間に設けられており、前記制御部は、前記第１空間における前記ワークの空間座標を求めることとしてもよい。
また、前記測定部は、前記第１空間として測定室の床上の空間に設けられており、前記アクセスポイント及び前記レーザートラッカは、前記第２空間として前記測定室の床下の空間に設けられていることとしてもよい。
また、前記測定部は、前記ワークに対して相対移動し、前記制御部は、移動後の前記測定部と前記アクセスポイントの通信から前記測定部の前記第２座標を求めることとしてもよい。
また、前記測定部は、各アクセスポイントと前記無線通信を順次行う通信部を有することとしてもよい。
また、前記制御部は、前記アクセスポイントと前記測定部の間での送受信に要する時間から前記アクセスポイントと前記測定部の距離を求め、求めた前記距離と前記第１座標から前記第２座標を求めることとしてもよい。
また、前記制御部は、４つのアクセスポイントと前記測定部の距離を求め、求めた前記距離と前記第１座標から前記第２座標を求めることとしてもよい。
本発明によれば、レーザートラッカを利用してワークの空間座標を適切に求められるという効果を奏する。
一の実施形態に係る座標測定装置１の構成を説明するための模式図である。 測定室９０内での測定部１０、アクセスポイント２０及びレーザートラッカ３０の位置を説明するための模式図である。 複数のアクセスポイント２０ａ～２０ｆと測定部１０の間の通信を説明するための模式図である。 レーザートラッカ３０の構成の一例を説明するための模式図である。 レーザートラッカ３０と複数のアクセスポイント２０ａ～２０ｆの関係を説明するための模式図である。 第２座標の候補点を説明するための模式図である。
＜座標測定装置の構成＞
一の実施形態に係る座標測定装置の構成について、図１～図６を参照しながら説明する。
図１は、一の実施形態に係る座標測定装置１の構成を説明するための模式図である。図２は、測定室９０内での測定部１０、アクセスポイント２０及びレーザートラッカ３０の位置を説明するための模式図である。なお、アクセスポイント２０は実際には複数あるが、図２では説明の便宜上、一つのみが示されている。
座標測定装置１は、測定室９０の測定空間に設けられたワークＷの空間座標を測定する。座標測定装置１は、図１に示すように、測定部１０と、アクセスポイント２０と、レーザートラッカ３０と、制御装置５０とを有する。
測定室９０は、例えば建物の一部屋である。測定室９０は、図２に示すように、第１空間Ｒ１と第２空間Ｒ２を有する。ここでは、第１空間Ｒ１は、測定室９０の床９２よりも上方の空間（床上の空間）であり、第２空間Ｒ２は、床９２よりも下方の空間（床下の空間）である。
測定室９０の床９２は、第１空間Ｒ１と第２空間Ｒ２を隔てる壁である。床９２は、レーザートラッカ３０のレーザ光を遮蔽する一方で、無線通信の電波を遮蔽しない材質となっている。このため、第１空間Ｒ１に設けられた測定部１０と、第２空間Ｒ２の間に設けられたアクセスポイント２０との間での無線通信が可能となる。床９２は、例えばコンクリートから成ってもよいし、木材から成ってもよい。
ワークＷは、図２に示すように、測定室９０内の第１空間Ｒ１に位置する。ワークＷは、ここでは車両の骨格であるが、これに限定されない。また、ワークＷは、第１空間Ｒ１内に固定されてもよいし、測定中に第１空間Ｒ１内で移動してもよい。
測定部１０は、第１空間Ｒ１に設けられており、ワークＷを測定する。測定部１０は、ワークＷに対して相対移動可能であり、移動しながらワークＷ全体を測定する。測定部１０は、移動自在なロボットのアームに設けられてもよい。測定部１０は、図２に示すように、測定センサ１２と、通信部１４とを有する。
測定センサ１２は、ここでは非接触式のセンサであり、ワークＷから離れた状態でワークＷを測定する。ただし、上記に限定されず、測定センサ１２は、例えばワークＷに倣いながら測定する接触式のセンサであってもよい。
通信部１４は、ここでは、アクセスポイント２０との間で電波による無線通信を行う。すなわち、第１空間Ｒ１に位置する通信部１４は、第２空間Ｒ２に位置するアクセスポイント２０との間で無線通信を行う。
なお、図１及び図２には示していないが、測定部１０は、測定センサ１２を移動させる移動機構を有してもよい。測定センサ１２は、移動機構によって、例えば第１空間Ｒ１において３軸方向に移動可能となる。
アクセスポイント２０は、図２に示すように床下の空間である第２空間Ｒ２に設けられており、第１空間Ｒ１に位置する測定部１０と電波による無線通信を行う。アクセスポイント２０には、レーザートラッカ３０が照射したレーザ光を反射するための反射部２２が設けられている。反射部２２は、ここではアクセスポイント２０の上部に設けられているが、これに限定されない。また、アクセスポイント２０は、測定部１０と無線通信を行う通信部を有する。
アクセスポイント２０は、図１には説明の便宜上一つのみ示されているが、実際には複数設けられている。アクセスポイント２０は、３つ以上設けられている（図３参照）が、好ましくは４つ以上設けられていることが望ましい。複数のアクセスポイント２０は、第２空間Ｒ２において、互いに離れて設けられている。複数のアクセスポイント２０の各々は、第１空間Ｒ１に位置する測定部１０と電波による無線通信を行う。アクセスポイント２０と測定部１０が通信を行うことで、測定部１０の座標を求めることができる。
図３は、複数のアクセスポイント２０ａ～２０ｆと測定部１０の間の通信を説明するための模式図である。図３は、測定部１０の上方から見下ろした際の位置関係を示しており、説明の便宜上、床９２が省略されている。ここでは、６つのアクセスポイント２０ａ～２０ｆがあるものとし、アクセスポイント２０ａ～２０ｆは測定部１０を囲むように配置されている。アクセスポイント２０と測定部１０の間の通信として、まず、測定部１０が、一のアクセスポイント（例えば２０ａ）に所定の通信信号を送信する。次に、一のアクセスポイント２０ａは、通信信号を受信すると、応答信号を測定部１０に送信する。測定部１０がアクセスポイント２０ａに所定の通信信号を送信してから、アクセスポイント２０ａからの応答信号を受信するまでの時間から、測定部１０とアクセスポイント２０ａとの距離を求められる。測定部１０が他のアクセスポイント２０ｂ～２０ｆについても同様に通信を行うことで、測定部１０とアクセスポイント２０ｂ～２０ｆとの距離を求められる。
なお、図３には示されていないが、空間Ｒ１内に柱や壁等が配置されていても、電波が柱や壁で遮蔽されないので、アクセスポイント２０ａ～２０ｆは測定部１０と無線通信を行うことができる。
レーザートラッカ３０は、図２に示すように、第２空間Ｒ２に設けられている。すなわち、レーザートラッカ３０は、測定部１０とは異なる空間で、かつアクセスポイント２０と同じ空間に位置している。レーザートラッカ３０は、アクセスポイント２０に設けられた反射部２２を測定する。レーザートラッカ３０は、反射部２２にレーザ光を照射し、反射部２２で反射されたレーザ光を受光する。反射部２２で反射されたレーザ光を受光することで、レーザートラッカ３０とアクセスポイント２０の反射部２２との距離を求められる。
図４は、レーザートラッカ３０の構成の一例を説明するための模式図である。レーザートラッカ３０は、照射部３２と、受光部３４とを有する。照射部３２は、レーザ光Ｌをアクセスポイント２０の反射部２２に照射する。受光部３４は、反射部２２で反射されたレーザ光Ｌを受光する。照射部３２及び受光部３４は、ここでは同じ位置に設けられている。また、レーザートラッカ３０は、図４に示す二つの矢印の方向に、照射部３２及び受光部３４を回動させる駆動部を有する。これにより、レーザ光がアクセスポイント２０の反射部２２に照射されるように、照射部３２の角度が調整される。
前述したようにアクセスポイント２０は第２空間Ｒ２に複数設けられており、レーザートラッカ３０は、複数のアクセスポイント２０の各々の反射部２２（図５に示す反射部２２ａ～２２ｆ）にレーザ光を照射する。これにより、レーザートラッカ３０と複数のアクセスポイント２０の反射部２２との距離が求められる。
図５は、レーザートラッカ３０と複数のアクセスポイント２０ａ～２０ｆの関係を説明するための模式図である。レーザートラッカ３０は、アクセスポイント２０ａ～２０ｆの反射部２２ａ～２２ｆにレーザ光を順次照射し、反射部２２ａ～２２ｆからレーザ光を順次受光する。この際、レーザートラッカ３０は、照射部３２が反射部２２ａ～２２ｆの各々に対向するように角度を調整しながら、レーザ光を照射する。なお、第２空間Ｒ２において、レーザートラッカ３０とアクセスポイント２０ａ～２０ｆとの間に壁等の遮蔽物が無いように、レーザートラッカ３０とアクセスポイント２０ａ～２０ｆを配置する。これにより、レーザートラッカ３０は、アクセスポイント２０ａ～２０ｆの反射部２２ａ～２２ｆを測定できる。
制御装置５０は、測定部１０、アクセスポイント２０及びレーザートラッカ３０の動作を制御し、ワークＷの第１空間Ｒ１における空間座標を求める。制御装置５０は、図１に示すように、記憶部５２と、制御部５４とを有する。
記憶部５２は、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。記憶部５２は、制御部５４が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。
制御部５４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部５４は、記憶部５２に記憶されたプログラムを実行することにより、ワークＷの空間座標を求める以下の処理を行う。
制御部５４は、レーザートラッカ３０にレーザ光をアクセスポイント２０の反射部２２に照射させることで、アクセスポイント２０（具体的には、反射部２２）の第１座標を求める。具体的には、制御部５４は、第２空間Ｒ２に設けられた複数のアクセスポイント２０ａ～２０ｆの反射部２２ａ～２２ｆにレーザ光を照射し、反射部２２ａ～２２ｆで反射されたレーザ光を受光することで、反射部２２ａ～２２ｆの第１座標を求める。
制御部５４は、アクセスポイント２０と測定部１０の無線通信に基づいて、測定部１０の第２座標を求める。具体的には、まず、制御部５４は、測定部１０がアクセスポイント２０の間での通信の送受信に要する時間から、測定部１０とアクセスポイント２０の距離を求める。この際、制御部５４は、通信の送受信に要する時間の半分と光速とを積算することで、距離を求める。そして、制御部５４は、求めた距離と、アクセスポイント２０の座標（すなわち、第１座標）とから、測定部１０の第２座標を求める。
図６は、第２座標の候補点を説明するための模式図である。ここでは、説明の便宜上、３つのアクセスポイント２０ａ、２０ｃ、２０ｄのみが示されている。球面Ｓ１は、アクセスポイント２０ａから出射される電波の範囲を示し、球面Ｓ２は、アクセスポイント２０ｃから出射される電波の範囲（球面）を示し、球面Ｓ３は、アクセスポイント２０ｄから出射される電波の範囲（球面）を示す。円Ｃは、アクセスポイント２０ａの電波とアクセスポイント２０ｃの電波とが重なる部分を示す。候補点Ｘ１、Ｘ２は、円Ｃと、球面Ｓ３との交点である。ここで、候補点Ｘ１は第１空間Ｒ１に位置するが、候補点Ｘ２は第１空間Ｒ１及び第２空間Ｒ２のいずれにも位置しない。このため、候補点Ｘ２が候補から外れ、候補点Ｘ１が測定部１０の第２座標の最終的な候補となる。
このため、３つのアクセスポイントと測定部１０の距離を求めれば、測定部１０の座標を特定可能である。ただし、上記に限定されず、制御部５４は、４つのアクセスポイント２０と測定部１０の距離を求め、求めた距離と第１座標から第２座標を求めてもよい。この場合には、候補点が一つのみとなるので、簡易に測定部１０の第２座標を求めやすくなる。
前述したように測定部１０がワークＷに対して相対移動する場合には、制御部５４は、移動後の測定部１０とアクセスポイント２０の通信から測定部１０の第２座標を求める。これにより、ワークＷを測定中の測定部１０の座標を求めることができる。
制御部５４は、測定部１０を動作させて、ワークＷの座標（第３座標）を測定させる。すなわち、制御部５４は、測定部１０をワークＷに対して相対移動しながらワークＷを測定させることで、ワークＷの第３座標を求める。
制御部５４は、求めた第１座標と第２座標と第３座標に基づいて、第１空間Ｒ１におけるワークＷの空間座標を求める。すなわち、制御部５４は、レーザートラッカ３０及びアクセスポイント２０を介して、測定部１０が測定したワークＷの第１空間Ｒ１における空間座標を求める。
なお、上記では、第１空間Ｒ１は測定室９０の床９２の上方の空間であり、第２空間Ｒ２は床９２の下方の空間であることとしたが、これに限定されない。例えば、第２空間Ｒ２は測定室９０の天井の上方の空間であり、第１空間Ｒ１は天井の下方の空間であってもよい。
また、上記では、レーザートラッカ３０及びアクセスポイント２０が、測定部１０が設けられた空間とは異なる空間に設けられていることとしたが、これに限定されない。例えば、レーザートラッカ３０及びアクセスポイント２０が、測定部１０と同じ空間（すなわち、空間Ｒ１）において離れた位置に設けられていてもよい。
一例として、複数のアクセスポイント２０が第１空間Ｒ１の天井や壁に固定され、レーザートラッカ３０が第１空間Ｒ１の床上に配置されていてもよい。この場合、ワークＷが第１空間Ｒ１に搬入される前に、レーザートラッカ３０がアクセスポイント２０の反射部２２を測定して、第１座標を求める。その後、ワークＷが第１空間Ｒ１に搬入された後に、第２座標及び第３座標を求めることで、ワークＷの空間座標を求めることが可能である。
なお、レーザートラッカ３０が、アクセスポイント２０と同様に第１空間Ｒ１の天井や壁に固定されていてもよい。この場合、ワークＷの搬入後も、レーザートラッカ３０がアクセスポイント２０の反射部２２を測定できる。これにより、ワークＷの搬入後に、第１座標、第２座標及び第３座標を求めて、ワークＷの空間座標を求めることが可能である。
＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態の座標測定装置１は、レーザートラッカ３０が複数のアクセスポイント２０の反射部２２で反射されたレーザ光を受光することで各アクセスポイント２０の第１座標を求める。また、座標測定装置１は、測定部１０と、測定部１０から離れた位置に設けられた複数のアクセスポイント２０との無線通信に基づいて、測定部１０の第２座標を求める。さらに、座標測定装置１は、測定部１０が測定したワークの第３座標を求める。そして、座標測定装置１は、求めた第１座標と第２座標と第３座標に基づいて、ワークＷの空間座標を求める。
これにより、ワークＷが配置された空間にレーザートラッカ３０のレーザ光を遮蔽する障害物（例えば柱や壁）があっても、当該障害物によって遮蔽されない電波で無線通信を行うアクセスポイント２０を配置することで、ワークＷの空間座標を適切に求めることができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。
１ 座標測定装置
１０ 測定部
２０ アクセスポイント
３０ レーザートラッカ
５４ 制御部
９０ 測定室
９２ 床
Ｒ１ 第１空間
Ｒ２ 第２空間
Ｗ ワーク

Claims (7)

  1. ワークを測定する測定部と、
    前記測定部から離れた位置に設けられ、前記測定部と電波による無線通信を行う３つ以上のアクセスポイントと、
    各アクセスポイントに設けられた反射部にレーザ光を照射し、前記反射部で反射された前記レーザ光を受光するレーザートラッカと、
    前記レーザートラッカが前記反射部で反射された前記レーザ光を受光することで前記各アクセスポイントの第１座標を求め、前記アクセスポイントと前記測定部の前記無線通信に基づいて前記測定部の第２座標を求め、前記測定部に前記ワークの第３座標を測定させ、前記第１座標と前記第２座標と前記第３座標に基づいて前記ワークの空間座標を求める制御部と、
    を備える、座標測定装置。
  2. 前記３つ以上のアクセスポイントは、前記ワーク及び前記測定部が設けられた第１空間と壁を介して隔てられた第２空間に互いに離れて設けられ、
    前記レーザートラッカは、前記第２空間に設けられており、
    前記制御部は、前記第１空間における前記ワークの空間座標を求める、
    請求項１に記載の座標測定装置。
  3. 前記測定部は、前記第１空間として測定室の床上の空間に設けられており、
    前記アクセスポイント及び前記レーザートラッカは、前記第２空間として前記測定室の床下の空間に設けられている、
    請求項２に記載の座標測定装置。
  4. 前記測定部は、前記ワークに対して相対移動し、
    前記制御部は、移動後の前記測定部と前記アクセスポイントの通信から前記測定部の前記第２座標を求める、
    請求項１から３のいずれか１項に記載の座標測定装置。
  5. 前記測定部は、各アクセスポイントと前記無線通信を順次行う通信部を有する、
    請求項１から４のいずれか１項に記載の座標測定装置。
  6. 前記制御部は、前記アクセスポイントと前記測定部の間での送受信に要する時間から前記アクセスポイントと前記測定部の距離を求め、求めた前記距離と前記第１座標から前記第２座標を求める、
    請求項１から５のいずれか１項に記載の座標測定装置。
  7. 前記制御部は、４つのアクセスポイントと前記測定部の距離を求め、求めた前記距離と前記第１座標から前記第２座標を求める、
    請求項６に記載の座標測定装置。

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