JP2779242B2 - 光電子工学式角度測定システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光電子工学式角度測定装置、２次元（空
間）角度測定用のかかる装置の較正方法、及び位置・形
状測定システムにおけるかかる装置の使用、並びに表面
上の複数の点の３次元座標の同時測定用の光電子工学シ
ステムに関する。

より特別には、本発明は、点状の活性光源、又は請求
の範囲第１項の前文に示されたような光源により照明さ
れた点の、２次元の方向を測定するための光電子工学式
センサーに関する。この光電子工学式角度測定装置は、
高精度の基準角度を使用し、光源、又は１つ若しくは複
数の光源により照明された光反射点の２次元（空間的方
向）の角度測定のために１回だけ較正される。

更に、本発明は、請求の範囲第６項の前文に示された
ような角度センサーを少なくも２つ備え、１つ又は複数
の光源、あるいは１つ又は複数の光源で照明された光反
射点のための空間座標測定用の一般的な光電子工学式シ
ステムに関する。このシステムは、目標の位置、方向、
及び／又は表面形状の非接触測定に応用される。

本発明は、前記光電子工学式センサーのレンズシステ
ムの回転軸の位置決定方法、並びに光源又は光源により
照明される点の２次元の角度方向を測定する前記光電子
工学式センサーの較正方法を含む。

更に、本発明は、角度センサーと表面上の複数の光点
を投射するように設計された装置とを組み合わせて具備
し、請求の範囲第11項の前文に示されたような、表面上
の複数の点の座標を同時測定する光電子工学システムに
関する。この装置は、１つ又は２つの格子よりなり、こ
の格子は、例えば、アプライド・オプティックス、Vol.
23、No.2、（1984年１月15日）、pp.330〜332に説明さ
れたように、平行な光ビームを表面上の点光源のパター
ンに焦点を結ぶ複数のビームに分割する。

非接触角度測定は手動で目標をねらう経緯儀を使用し
て行うことが都合よい。この分野における技術情況は、
カーン及びワイルド・ライツにより製造されたような全
自動式のサーボ制御経緯儀である。かかる装置は、もし
目標の概略の位置が分かれば、既知形状の目標に自動的
にねらいを付けることができる。これにより、２次元の
角度を自動的に読み取ることができる。経緯儀がサーボ
モーターシステムを使用して各目標に向かって物理的に
方向付けられるという事実は、システムの測定頻度が極
めて限定されることを意味する。

非接触の自動的な形状測定は、例えば自動車工業にお
いて、表面の輪郭を測量するために大きく要求される。
今日では、機械式座標測定機械（CMM）がこれらの用途
に使用される。CMMは高価で複雑で且つ融通性に欠け、
そしてその大多数は表面に直接接触する。これらの限界
のため、この装置は生産ライン設置には不適であり、従
って現在の品質管理はテンプレートによる局部的な試験
に基づいている。

現在の光電子工学システムはその測定原理により３種
の範疇に分類できる。即ち、構造化された光、レンズ測
定（光学的レーダー）及び三角測量の技術である。

構造化光技術は、形状を測定するためにその表面上へ
の光の点又は線の投影に基づく、例えばモアレ技術であ
る。この技術の共通した特徴は、投影されたパターン像
がビデオカメラ又は普通の写真を使って記録されるこ
と、及び実際の設置においてシステムを較正するには基
準表面又は基準のパターン像が必要なことである。

通常、レーザーパルスの飛ぶ時間の測定の基づくレン
ジ測定技術は、深度分解能は非常に良いが横方向の分解
能は低く且つ測定領域が限定される。

幾社かが、例えばノルウェーのシーテックス社又はフ
ランス社のセゲムが、三角測量法に基づく光電子工学式
システムを製造している。これらのシステムは、１つの
光電子工学式センサーを使用し、その三角測量計算用の
第２の既知方向としてレーザービームの方向を含む。レ
ーザービームを正確且つ安定して方向付けることの困難
さがシステムの精度を制限し、現場での較正が必要であ
る。固定することが必要であるので、既知の基線が作業
範囲の融通性を限定する。

現在の測定技術の欠点を克服し、任意の目的物の位
置、方向及び／又は表面形状を静的又は動的に高精度に
て測定のできるシステムを得ることが本発明の目的であ
る。

更に、工場で１回較正されそして高精度測定用でしか
も全自動の非接触式角度センサーを提供することが本発
明の目的である。座標システムの規定を除いては、測定
の設置を更に較正することは不要である。更に、本発明
の目的は、角度センサーがいかなる可動部品もなく、背
景光にほぼ無感応であり、且つ幾つかの点を同時に測定
できることにある。

最後に、本発明は表面上の複数の点の３次元座標の極
めて迅速且つ正確な測定を可能にする。

本発明により、序論において述べられた本センサーの
特有の特徴は、 光源又は照明された点の像の位置からの該光源又は照
明された点の空間方向を、感光要素アレイの局部的座標
に記録するように計算する手段を備え、該手段は２次元
較正表を含み、 該較正表は、較正により一度作られると、何等の再較
正を必要とすることなく角度センサーが種々の位置にお
いて使用されることを許容し、 該較正は、 レンズの光軸をｘ軸と定義したとき、取り付け装置の
垂直方向対称軸は水平方向角度を定める軸である角度セ
ンサーのｚ軸を定め、そして垂直方向角度を定めるｙ軸
を前記ｘ軸及びｚ軸と直交するように定め、前記センサ
ーの回転軸に相当する位置において角度センサーに取り
付けられた調整可能な前記取り付け装置の位置を修正す
ること、角度センサーを回転テーブルの頂部の上に取り
付け旦つ光軸が水平方向であることを確実化するように
水平にすること、２つの光源及び回転テーブルの回転軸
を通る直線が引けるように最低２つの光源を光学軸とほ
ぼ同じレベルに取り付けること、角度センサーの回転位
置がどこにあろうとも２つの光源の像が重なるまで回転
テーブルへの角度センサーの取り付けを調整しそしてこ
の位置において角度センサーへ前記取り付け装置を締め
付けることによる、角度センサーレンズの回転対称中心
の決定から成り、 角度センサーを前記回転テーブルの頂部の上に取り付
け旦つ角度センサーの回転軸の１つが正確に垂直であり
回転テーブルの回転軸と平行又は一致するように水平に
すること、光源又は被照明点の線状アレイを前記回転軸
に平行に取り付けること、及び角度センサーをステップ
状に回転させる一方、角度と感光アレイ上の像の位置と
の間の数学的関係が計算できるように光源又は被照明点
の線状アレイ及び対応した回転テーブルの角度を各ステ
ップ毎に同時に記録すること、更にこの処理を角度セン
サーの第２の回転軸について繰り返し、続いて水平方向
角度及び垂直方向角度として与えられた空間角度に対す
る像の座標に関する前記第２次元較正表の確立のため総
てのデータを処理することによる、高精度回転テーブル
及び光源又は被照明反射点の線状アレイの使用による前
記２つの回転軸に関する角度測定用の前記角度センサー
の較正、 の諸段階から成り、 前記較正表は明確旦つ既知のスペクトル分布を有する
光源を使用して得られ、 前記感光要素の寸法の部分に対する角度測定の分解能
及び精度を改良するために、多数の隣接した感光要素に
より記録された強度の値の統計的解析のための手段を備
える、 ことを特徴とする。

感光要素は、例えばCCDセンサー又はCIDセンサーでよ
い。レンズの回転対称の正確な規定された中心は、総て
の点がセンサーの同じ点に結像するこの点に対して同じ
方向を有することにより、空間方向に対する明確な規定
を与える。

角度センサーの使用は、較正に使用されたものと同じ
スペクトル分布を有する活性光源又は活性光源により照
明された光反射点への方向の測定に制限される。これは
高い信号雑音比が得られ、且つ色収差が誤差を大きくさ
せないので高い測定精度が保証される。

本発明により、光電子工学式角度センサーの較正に使
用される光源の前記線状アレイ用の２種の実際的な装置
が提案される。多数記録が可能で、従って高精度を確保
できる自動化された較正方法が提案される。

本発明により、上述の一般的な形状測定システムの特
徴は、 前記システムは提示された像処理ユニットを備え、該
ユニットは各光源又は被照明点に関する各角度センサー
により記録された像を２次元角度値に処理し、 前記システムは各光源又は被照明点の座標計算用のデ
ータ処理器を備え、 前記データ処理器は、 水平で旦つ既知の位置へ角度センサーを取り付け、更
に既知であり従って共通基準点として使用される位置に
置かれた光源又は被照明点の測定された空間方向からこ
れらの方向を計算することによるか、 又は既知の全体的座標における少なくも３つの点光源
の測定された方向に基づいて角度センサーの位置及び方
向を計算するために前記データ処理器を設計することに
よるか、 又は多数の与えられた光点のうち相互の離れた距離が
少なくも２点において既知であり且つ該２点に対する第
３の点の位置が全座標システムの方向付けを定めるよう
な、与えられた多数の光点の測定された方向に基づき角
度センサーの位置と方向とを計算するように前記データ
処理器を設計することによるか、 のいずれかによる、個々の角度センサーの内部座標シス
テムと全体的座標システムとの関係を得る手段を備えて
いる。

角度センサー及び一般的形状測定装置、並びに前記シ
ステムの応用の別の特徴が、続いた請求の範囲において
与えられる。

表面上に位置する複数の点の空間座標を測定する光電
子工学式システムの特色のある特徴は、 光ビームを放射する方向付けられた光源、複数の光学
繊維より作られた回折格子又は技術的にこれに相当する
回折格子、及び表面を横切る曲線を形成する明確な個別
の点光点パターンを得る焦点用光学素子から成る、一点
一点表面を照明する手段と、 前記角度センサーに対する空間方向として投影された
光点の位置を記録するための最低２つの角度センサー
を、 角度センサーに対する記録された空間方向に基づき各
々の個別の光点の空間座標を計算する手段とを備えるこ
とにある。

本発明の別の特色ある特徴は添付図面を参照した本発
明の非限定的な例示の以下の説明において与えられる。

第1a〜ｂ図は、角度センサーの基本的構成要素を示
す。

第1c図は、下方からの角度センサーを示す。

第2a〜ｃ図は、角度測定原理を示す。

〜第3a〜ｂ図は、回転対称の中心に関する角度センサー
取り付けの調整方法を示す。

第4a〜ｃ図は、照明されたストリング又はスリットを
使用した角度センサー較正方法を示す。

第4d図は、水平方向及び垂直方向の角度較正用の角度
センサー取り付け台を示す。

第5a〜ｂ図は、角度センサーを傾け回転させるために
使用される機械装置を示す。

第5c図は、垂直方向角度較正のために角度センサーを
傾け回転させるために使用される機械装置を示す。

第6a〜ｃ図は、活性光源又は被照明点のアレイを使用
した角度センサー較正方法を示す。

第７図は、一般的な形状測定システムの図式的ブロッ
ク図である。

第8a〜ｄ図は、形状測定システムの種々の応用例を示
す。

第９〜10図は、直線に沿って複数の焦点を形成するた
めのレーザービームの複数ビームへの分割を示す。

第11図は、焦点の２次元パターンを形成するための２
つの相互に直交する格子の使用を示す。

第12図は、２つの角度センサー、レーザー及び焦点の
２次元パターンを形成するために使用される２個の格子
を備えた表面輪郭測量用のシステムを示す。

第13図は、１つの格子及び表面走査用の回転鏡の使用
を示す。

位置及び形状測定のための本発明は、第１図に示され
たような全自動且つ正確に工場較正された角度センサー
に基づく。角度センサーは通常のソリッドステートのビ
デオカメラのように組み立てられ、カメラハウジング
１、レンズ２、及び感光要素11の２次元アレイ３を備え
ている。レンズは標準球面カメラレンズであり、要求さ
れる視野により主として決められる焦点距離を有する。
もし、レンズが非反射コーティング又は光学的フィルタ
ーを備えるならば、これ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。感光要素は、例えばCC
D（電荷結合素子）又はCID（電荷注入素子）とすること
ができる。高精度仕様のため、入手可能な最高の分解能
のアレイが使用される。測定速度を最優先とするシステ
ムでは、より低い分解能のアレイが使用される。

この形式のカメラは市場で入手可能である。このカメ
ラは、レンズが明確且つ既知の回転対称中心７を持つこ
とにより角度センサーに作られる。この中心は、これに
対して同じ方向に置かれた点の像が正確に重なることに
よって定義される。この対称中心は常に光軸上に位置す
る。空間方向は２つの直交軸に対する角度として与えら
れる。この場合、前記対称中心に原点を有し光軸に直角
な相互に直交する軸の任意の対が使用できる。便宜上、
水平方向及び垂直方向の軸が使用される。この２軸はカ
メラハウジングの水平方向及び垂直方向軸と平行であ
る。機械的取り付け用装置４は、回転の垂直軸６を決め
るためにスリット８及びボルト９の使用により調整する
ことができる。球面光学素子のため、対応する水平方向
回転軸は、垂直軸及び光軸とのその直交性により規定さ
れる。角度センサーはこれら２つの回転軸に対する２次
元角度の測定により較正される。

第2a図は空間方向の測定原理を示す。角度センサーの
全自動機能は例えば発光ダイオードのような活性光源、
又は例えばレーザーやレーザーダイオードのような活性
光源により表面に向けて照明された点10の使用に基づ
く。レンズ２は、被照明点12のような、感光要素11のア
レイ３上に点光源10の像を作る。像は、点光源10の寸
法、及びレンズ２の光学的分解能により与えられた強度
分布で多数の感光要素11を照明する。アレイ上の光点12
の位置は結像された点10への空間方向の独自の尺度であ
る。空間方向は２つの角度α及びβとして与えられる。
βは空間方向と角度センサーにより与えられた対称水平
平面との間の角度であり、αは光学軸と対称水平平面上
への点光源10の投影方向との間の角度である。光学軸に
沿った点に対してはα及びβは共に０である。

大多数の応用については、感光アレイの分解能はそれ
自体低すぎる。分解能の改善のために、アレイ上の光点
の位置は、例えば第2b図及び第2c図に示されたような重
心計算のような、強度分布の統計的解析を使用してより
正確に計算される。

レンズ２は、角度センサーの測定領域を限定する口径
角度を有する。典型的な視野は水平方向及び垂直方向と
も30°である。レンズのひずみ特性は較正方法により修
正され、従って歪みの無いレンズは要求されないのでレ
ンズ歪み特性に対する厳密な要求はない。この大きな視
野のため、通常タイプの又は自動式経緯儀のように測定
点をねらうための角度センサーの機械的回転は全く避け
られる。角度センサーは固定焦点距離において較正され
る。視野のレンズ深度は角度センサーの長手方向作業範
囲を制限する。

角度センサーは、通常、可視又は近赤外線スペクトル
領域の明確なスペクトル分布で発光している光源の方向
を測定するように設計される。焦点面、従って光点の像
の位置は光のスペクトル分布に依存する。従って、角度
センサーは規定された波長において使用されるように較
正され、較正は活性光源又はこのスペクトル分布を有す
る光源により照明された点を使用して行なわれる。この
技術は高精度を確実化し、且つ背景からの問題の点光源
の自動的分離を可能にする。信号対雑音比は、光源のス
ペクトル分布に適合した光学フィルターを使用して改善
される。フィルターは、レンズシステムへのその光学的
影響のため、較正以前に取り付けなければならぬ。

角度センサーの提案された応用は高精度角度測定に依
存する。従って、回転対称の中心を判定し角度センサー
を較正する正確な方法が必要である。高い較正精度を得
るために、大量の較正測定を行わねばならない。従っ
て、全自動較正方法の開発には大量の作業を行わねばな
らない。

導入部分において述べたように、本発明は光点に向か
う方向の明確な規定を与える回転対称の中心の存在に基
づく。レンズの回転対称の中心の定義は、この点に対し
て同じ方向に位置する総ての光源又は照明された点が正
確にレンズの焦点面の同じ点に結像されることである。
これは、感光アレイにより記録された強度最大の位置が
かかる点の総てについて同じであることを意味する。こ
の定義は、第3a図及び第3b図に示されたような取り付け
用設備の位置の調整に使用される。

角度センサーは回転テーブル13の頂部の上に取り付け
られ且つ水平にされる。最低２つの光源14、15が、角度
センサーの水平方向対称面に並べて取り付けられる。第
3b図のように上方から装備を観察したとすれば、回転テ
ーブルの回転軸及び２つの光源を通り正確に直線を引く
ことができる。２つの光源のレベルは、感光アレイ上の
２つの異なった像の点を形成するように多少異なること
が許される。レベルの差が大きくなるとレンズの歪みの
ため誤差を生ずる。２つの光源の相互分離はレンズの視
野深度によって制限される。

調整可能な取り付け装置４は、２つの像点の強度最大
の水平方向位置が角度センサーの任意の回転角θと一致
するま、でレンズの光軸と平行に動かされる。最大強度
を得るために、角度センサーはその視野のちょうど限界
まで回転される。取り付け装置はボルト９を使用して正
確な位置に固定される。

この方法はレンズの垂直方向回転軸６（ｚ軸）を決定
し、従って回転対称中心の明確な定義は、ｚ軸６が光学
軸５と交差する地点である。従って、取り付け装置は、
水平方向角度を規定する垂直方向回転軸を決定する。

対称の第３の軸（ｙ軸）は、上述のように光軸及び垂
直軸と原点を共通とし直交することにより定義される。
通常の角度センサーはこの軸に対する何等の取り付け装
置も有していない。取り付けブラケット19は、後述する
ように、較正実施のため、この軸を決定するために使用
される。このブラケットは較正後は取り外される。

角度センサー較正方法の原理は、回転テーブルの頂部
に角度センサーを取り付け、回転テーブルをステップ状
に回転させながら回転角の関数として光源又は被照明点
の線状アレイの像の位置を記録することにある。角度セ
ンサーは実際の測定装置と類似の条件下で較正すべきで
ある。別の２種の較正方法が開発されている。点状の活
性光源を使用する技術が後述される。より簡単な較正方
法は、個別光源を線状の光源、例えば照明されたストリ
ング又はスリットで置換することに基づく。

線状光源の使用による較正が第4a図に示される。角度
センサーは回転テーブル13の頂部の上に取り付けられて
いる。回転テーブルは、高精度の角度基準を備え、且つ
自動作動ができるようにサーボ制御される。角度センサ
ーは水平にされ、取り付け装置の位置は上述のように調
整される。このようにして、角度センサー及び回転テー
ブルの回転軸が一致する。線状の装置が垂直方向に取り
付けられる。次の説明においては、ストリング16がかか
る線状の装置の一例として使用される。しかし、例えば
スリットを、照明技術を除き、同様な方法で使用でき
る。ストリングの場合には、これは、角度センサーによ
り記録される拡散反射光を与えるように照明される。ス
リット使用の場合には、これは、照明された背景の前面
に狭い照明線を形成するように取り付けられるであろ
う。

正確に垂直方向にストリングを取り付ける最も容易な
方法は、これに下げ振り17を取り付けることである。ス
トリングの長さは角度センサーの垂直方向視野と一致す
る。ストリングは光源18により照明される。この照明は
ストリングの全部又は一部を照らす。実際の測定装置に
使用される点状の光源とのよい類似を得るために、点々
の照明を使用することができる。このような場合、回転
鏡の使用により光点がストリングを昇降するようにさせ
ることができる。

ストリングの像は、第4b図に示されたような線状の強
度分布を持つ。この線は第4c図に示されたようにレンズ
の歪みにより与えられた曲率を有する。テーブルはステ
ップ状に回転させられるので、感光アレイにより記録さ
れる線の像の位置は回転角の関数として測定される。別
の方法として、固定角度センサーを使用し、レンズの光
軸に対して正確に規定された方法でストリングを直線的
且つ水平方向に動かすことにより同様な結果を得ること
ができる。

較正手順は、角度センサーをその光軸の回りで90°回
転させ、これを第4d図に示されたようにブラケット19を
使用して回転テーブル19の頂部に取り付けた後に、繰り
返される。２組のデータが２次元較正表を形成するため
に処理され、対応する像処理ユニットの２次元記憶アレ
イ内に蓄積される。

第２の較正方法は、垂直方向の１次元アレイに取り付
けられた複数の光源の使用に基づく。所要の精度を得る
ためには、多数の光源が全垂直視野をカバーしなければ
ならない。本発明により、角度センサーを断続的に傾け
ていく方法を使用し、光源の数を増加することなく精度
を改良できる。各傾斜位置において、感光アレイの一部
が較正される。この方法を使用し、光源を、垂直方向視
野の一部分だけをカバーする短い１次元アレイに減らす
ことができる。

第5a、5b、及び5c図に示されたような２種の専用の機
械的傾斜装置21及び23が、光軸に直角な水平方向軸の回
りで角度センサーを傾斜させるために開発された。この
２種のどちらかの装置21又は23は、２つの回転軸のどち
らを較正するかに応じて使用される。垂直軸を較正する
には、それぞれ角度センサー及び回転テーブルに取り付
けられたブラケット20及び21より構成される装置が使用
される。２つのブラケット20、21は回転アダプター22を
使って連結される。水平軸の較正には、ブラケット23が
回転アダプター24を使用して角度センサーに取り付けら
れる。

傾斜装置を有する角度センサーが回転テーブル13上に
取り付けられ水平にされる。装置は第6a図に示される。
この水平にされた位置において、角度センサーは、第6b
図に示されたように、垂直軸（ｚ軸）の回りを回転す
る。第6c図に示された較正曲線は、回転テーブル13の角
度と個々の光源25〜27の像のセンサー位置との同時測定
により得られる。この位置においては、感光アレイの中
央部分が較正される。アレイのその他の部分を較正する
には、角度センサーは第6d図に示されるように傾けられ
る。傾斜角が測定され、この方法が繰り返される。即
ち、回転テーブルは、全視野が完全に調査されるまで、
回転角及び像の位置を同時に記憶しながら断続的に回転
させられる。

傾斜角はクリノメーターを使用して測定できる。ま
た、（第2a図においてα＝０又はβ＝０に相当する）２
つの対称面において予備較正された角度センサー自体を
使用することができる。かかる較正は、角度センサーの
中心と同じ高さに取り付けられた１つの光源の使用によ
り行なわれる。傾斜角測定のためのこの方法を使用する
には、光源はちょうどこの高さに取り付けねばならな
い。

角度センサーをその光軸の回りで90°回転させ、較正
が繰り返される。この位置においては、取り付け用ブラ
ケット23が使用される。角度センサーは再び水平軸の回
りで預けられることに注意されたい。

記録されたデータに基づいて２次元較正表が計算さ
れ、２次元記憶アレイの対応する像処理ユニット内に蓄
積される。

上述の線状光源を使用する場合には、光源をレンズの
光軸の対して正確に規定された方法で小刻みに直線的に
水平方向に動かし得るような装置に取り付けるならば、
回転テーブルは固定角度センサー取り付け台により置換
できる。

総ての較正曲線は、参照としての回転テーブルを使用
し既知の位置の光源の角度を測定して確認できる。

前記角度センサーは利用状態に応じて直ぐ使用できる
多数の異なった測定システムの解法と組み合わせること
ができる。一般的なブロック線図が７図に示される。こ
の図式的な図面は、２つの角度センサー28a、ｂから構
成され、多数の光源の空間位置を測定できるシステムを
示す。像のデータは、角度センサーから、個々の感光要
素の各々のアナログ形式又はデジタル形式の一連の強度
の値として、提供された像を処理するユニット29a、ｂ
に送られる。

像処理ユニットにおいては次の作業が実施される。

−露光時間制御、 −強度の値のデジタル化、 −２次元記録アレイ内へのデジタルデータの蓄積、 −光源の無点灯時に測定され蓄積された像として与えら
れた背景の光雑音像の引き算、 −多数の強度最大の推定位置を見出だすためのピーク値
検出、 −感光要素の座標システムにおいて与えられた個々の光
点の各々の正確な像の位置の計算、 −別々のした記憶アレイに蓄積された２次元較正表を使
用した像の位置座標の水平方 向及び垂直方向の軸に対
する角度値への転換。

本システムは、活性光源の相互位置が明確である限
り、活性光源を多数同時に扱うように計算されている。

角度値は更に計算するために中央データ処理器30に送
られる。データ処理器の標準版は三角測量法又は写真測
量法を使用した３次元座標の計算のための手段を備え
る。別の特徴は応用及びシステム構成に依存する。典型
的な応用が以下説明される。

像及びデータの処理ユニットの設計は市場で入手可能
な像処理のハードウエア及びソフトウエア要素に基づ
く。

データ処理器はこれに接続されたコンソール31を有す
る。このコンソールはモニター及びオペレーターか制御
する機能のためのキーボードから構成される。例えば、
このユニットは、測定結果のオンライン及びオフライン
の表示用に使用される。

表面上の点を照明するためにレーザー又はレーザーダ
イオードを用いた表面形状を測定するシステムにおいて
は、レーザー33及び２重軸の鏡34を制御するために駆動
装置32がデータ処理器に連結されている。鏡は、光ビー
ム35を表面に向け、２次元の表面36を走査するために使
用される。

個別の活性光源38〜40、例えば発光ダイオードを使用
する場合には、これらは駆動ユニット37を経由してデー
タ処理器に接続される。駆動ユニットは光源に電力を供
給し、データ処理器により与えられたタイミング情報に
より露光信号をオン・オフさせるタイミング回路を有す
る。

第8a図は、点光源又は被照明点の３次元座標を測定す
るための、このシステムの基本的応用方法を示す。最低
２つの角度センサー28a、ｂが基準点41に対する点38の
水平方向及び垂直方向の角度を測定する。この応用に対
しては、データ処理器は市場で入手可能な通常の三角測
量ソフトウエアを備えている。このソフトウエアは、２
つの角度センサー及全体的座標システムにおいて与えら
れた基準点の既知の座標に基づく。

全体的座標システムに対する角度センサーの位置及び
空間方向を測定する別の方法がある。素朴な方法は、普
通の測量技術を使ってそれらの位置を測定し、既知の位
置にある基準光源を使用してそれらの方向を見出だすこ
とである。この方法を使用するためには角度センサーは
水平でなければならない。より洗練された方法は、既知
の全体的座標において３つの光源の相対的角度を測定
し、これらの測定値から角度センサーの位置と方向とを
算出することである。第３の方法は、バンドル（bundal
e）調整法であり、これは、多数の光源の相対的角度、
それらの内の少なくも２つの光源の既知の相互距離、及
び座標システムの方向を定める第３の光源の座標の測定
に基づく。バンドル調整方法は重複測定のため正確な方
法である。データ処理器は使用される方法のためのソフ
トウエアを備える。この開始ルーチンは、角度センサー
が方向を変え又は別の位置に動かされる毎に実施しなけ
ればならない。

２つ以上の角度センサーの使用は冗長度を増し、従っ
て測定の信頼性及び精度を改良する。角度センサーを２
つだけ使用するときは、冗長度はｚ座標に対して行なわ
れる。

第8b図に示されるように、目的物42の位置及び方向の
６つの自由度を測定するには、目的物に取り付けられた
最低３つの光源38〜40を必要とする。光源の位置は目的
物の座標システムにおいて既知でなければなれない。３
つの光源の全体的座標は、上述のように最低２つの角度
センサー28a、ｂ及び基準光源41を使用して測定され
る。測定された全体的座標とこれに対応する局部座標と
の関係は、全体的座標に対する目的物の座標システムの
位置及び方向を計算するために使用される。

冗長度、従って改良された精度は、角度センサー又は
光源の数が増すと得られる。

第8c図は輪郭測定への角度センサーの応用を示す。最
低２つの角度センサー28a、ｂが照明された点35の３次
元座標の計算に使用される。被照明点は、レーザー33、
及びレーザービームを目的物36の方に向けるために使用
される２重軸の鏡34より成るレーザー走査システムによ
り作られる。レーザービームは最小寸法にされた光点が
得られるように焦点合わせされる。示された２重軸鏡の
使用と同様に、レーザー自体を２重軸回転システムを使
って回転させることができる。

レーザー、２重軸鏡、動的な焦点合わせ用モジュール
及び駆動用電子装置よりなるレーザー走査システムは市
場で入手可能である。

上述のように、レーザー走査駆動装置はデータ処理器
により制御される。鏡は断続的に回転させられ、その角
度ステップの刻みは測定精度の要求により決められる。
データ処理器には、インテリジェント式表面走査用のソ
フトウエア、例えばレーザービームが表面に当たったか
否かを記録し、あるいは角度の刻みを表面の湾曲に適合
させるためにレーザービームの角度と関数として測定角
度の変化を算出するソフトウエアがある。

データ処理器は、測定された座標値に基づき表面形状
を記述する数学的モデルを計算するソフトウエアを有す
る。データ処理器は、例えば測定結果と通常の設計パラ
メーターとを比較するために、使用者のCAD（コンピュ
ーター支援設計）システムへとインターフェースできる
ように設計される。

上述の方法を使用した場合、３次元表面座標は全体的
座標値として与えられる。全体的座標は、目的物用の局
部座標システムに転換できる。例えば、目的物が既知の
局部的座標を有する最低３つの基準点を持てば、これは
容易に行える。これらの点の全体的座標の測定が座標転
換に必要な情報を与える。

レーザー走査技術の応用は、システムが１つ１つ各点
の座標を測定すること、及びシステムが機械的運動部品
を有することによって制限される。レーザービームの再
指向及び感光アレイからの総てのデータの転送は、いず
れも時間のかかる作業である。

多数の工業的応用に対しては、測定すべき本質的特徴
は、数の限られた重要なチェックポイントにおける製造
目的物と設計モデルとの間のずれである。本発明による
システムは、第8d図に示されるように、重要なチェック
ポイント46〜48に向かって方向が固定されて取り付けら
れた多数のレーザー又はレーザーダイオード43〜45を使
用して適用できる。すべての照射された点は、並列して
処理することができ、すべての本質的な大きさのずれの
非常に高速な提示を与え得る。

この方法は、個別の光源に各点ごとの測定のために必
要とするため、費用がかかり、少数のチェックポイント
しか使用できない。

上述の両輪郭測定技術の不利益は、表面上に焦点合わ
せされた光点のパターンを投影する投影装置の使用によ
って作られた多数の被照明点の空間座標の同時測定によ
り克服される。かかる装置は、アプライド・オプティク
ス、Vol.23、No.2、（1984年１月15日）、pp.330〜332
に記載のような最近市販の回折格子から作ることができ
る。これは、各繊維が円柱レンズとして作用する平行な
光学繊維に基づくものである。個々の繊維からの投射光
は干渉して、理想的な干渉パターンに近いパターンを形
成する。この格子の特性の特徴は、光点の強度が均一で
あること、及び光点の直径が０次のビームの直径に近い
ことである。かかる格子をレーザーの出力に取り付ける
ことにより、多数の光点は表面を横切る１つの線を形成
する。

被照明点の２次元パターンは２種の方法で作ることが
できる。その内の１つは、１つの格子を使用し、更に表
面を横切って光点の線を動かすように一軸の回転鏡を使
用することである。別の方法は、２つの格子を光点の２
次元パターンを作るように一緒に取り付けることであ
る。

普通の、又はホログラフの回折格子と技術的に同等の
手段を同様な方法で使用することができる。しかし、上
述の形式の角度センサーを使用した場合、普通の回折格
子は、強度及び光点寸法のより大きな変動のために応用
可能性がより小さい。

格子49は、第９図に示されたような単層に並べられた
多数の平行の光学繊維50から構成される。第９図は格子
の断面を示す。各繊維50は円柱レンズのように作用す
る。入射平面波51が分割され、繊維50により格子の直ぐ
後ろの点52に焦点を結ぶ。これらの点から均一な強度の
広角度の円柱波53が放射される。こうして各繊維50を点
光源52として考えることができる。得られた回折パター
ン54は無限に小さいスリット幅を持った普通の格子のパ
ターンに相当する。このような理想的な格子は無限の数
の均一な強度最大を与える。光学繊維格子を使用すれ
ば、典型的な30〜50の強度最大は、０次のビームの50％
以上の強度である。

表面上に多数の光点を投射するように設計された完全
なシステムが第10図に示される。これは、レーザー55、
繊維格子49及び焦点用光学素子56から構成されている。
平行レーザービーム57は格子49により回折され、面36上
に焦点を合わせられる。光学的の設計は、焦点距離及び
光点寸法に関する仕様に依存する。格子は、表面を横切
る曲線を形成している光点58として投影された多数のビ
ームに、レーザービームを分割する。回折されたビーム
間の相対角度は一定であり、そして繊維の直径の関数で
ある。

焦点の光点の２次元パターンは付加的な格子59を使用
して得られる。この格子は、第11図に示すように、光学
繊維（スリット）が第１の格子49に対して回転されるよ
うに取り付けられる。90°の相互回転が第12図に示すよ
うな光点の長方形パターンを生ずる。

第12図には表面輪郭測定用の全システムの配置を示
す。光点58の２次元パターンが、２つの回折格子49、59
及び焦点用光学素子56の使用により表面36上に投影され
る。個々の光点の３次元座標が、例えば上述の形式のセ
ンサーのような２つの角度センサー60a、ｂに対する各
光点の空間角度の測定により見出だされる。感光アレイ
が各像についての多数の強度最大を含むように、総ての
光点は同時に記録される。

このシステムは角度センサーからのデータを記録し処
理するように設計された前置処理器61a、ｂを備えてい
る。前置処理器の設計及び機能は、以下説明するように
使用される角度センサーの形式に依存する。

角度データは２つの前置処理器から３次元座標計算用
のデータ処理器30に転送される。通常の三角測量法又は
写真測量法が使用される。この計算は２つの角度センサ
ーからのデータ間の明確な相互関係の存在に基づいてい
る。これは、どの強度最大が特定の光点に対応するかを
各角度センサー毎に同定する方法がシステムに必要であ
ることを意味し、従ってデータ処理器は簡単な光点認識
用のソフトウエアを備えている。別の方法は、座標計算
の前に手作業で各光点を同定することである。

１つの格子を使用する場合には同定作業は簡単であ
る。感光アレイを横切って強度最大の曲線が記録され
る。曲率は目的物の形状に依存する。

第13図には、表面36を横切って被照明点58の線を動か
すことによって（第12図に示されたような）２次元光点
パターンを作るために、１つの格子49と一軸の回転鏡34
とを使用する表面測量を図示する。レーザー55及び鏡34
は、データ処理器に接続された駆動ユニット32により制
御される。鏡は、パターン密度の要求により与えられた
角度刻みでステップ状に回転させられる。光点の高密度
の格子が表面形状の正確な記述を与える。データ処理器
は、例えばレーザービームが目的物に正確に当たったか
どうかを記録し、又は角度刻みステップの長さが目的物
の湾曲に適合するようにセンサー角度の変化値を測定す
るための、インテリジェント走査制御のソフトウエアを
備えることができる。

以上説明された角度センサー及び一般的な形状測定シ
ステムは、ともにこの光投影技術に極めて適切である。
形状測定システムは最低２つの角度センサーを備え、光
ビームの空間方向はいかなる計算に使用されない。多数
の光点の同時測定には、それらの強度分布が比較的一様
でなければならない。

しかし、本発明の光投影技術の応用はこの形式の角度
センサーには限定されず、その他の角度センサー、例え
ば自動経緯儀に適用可能である。かかる経緯儀は通常１
つの光点の測定に限られ、従ってデータ獲得時間が極め
て多くかかる。

三角測量解法を使って点の空間座標の計算するにため
は、例えば２つの角度センサーを使用して既知の全体的
位置から２つの空間方向を測定しなければならない。回
折ビームの空間方向は、要求される方向の一つとして使
用するには十分な精度がない。

以上の説明及び続く請求の範囲は光学繊維の格子の使
用に集中したが、請求の範囲は、普通の回折格子、及び
かかる回折格子の改良、並びにホログラフ格子にような
技術的に等価の手段を含むものとして考えるべきであ
る。更に、説明及び請求の範囲は走査システムにおける
レーザービームを方向付けるための鏡の使用を述べてい
るが、これは技術的に等価の機械的、機械光学的又は音
響光学的な手段を含むものとして考えるべきである。

本発明に基づいた種々のセンサー構成が以上説明され
た。これらの構成は種々の工業的及び実験室的な応用を
含むものである。

個別的光源の座標を測定する例は、艤装及び整列への
応用である。動的測定は機械構造の動揺又は振動を測定
するために適用できる。各光源の最適位置の関数として
のその相互運動の観測は構造の振動モードの情報を与え
る。

以下のリストは目的物の空間位置及び方向の静的又は
動的の測定例を示す。

−風洞又は空気力学実験室、あるいは高精度の要求され
るその他の同様な応用例におけるモデルの挙動、 −２つの目的物、例えばロボットの腕と加工品の相互位
置決め（ドッキング）、 −製造又は貯蔵設備における自動案内車両の案内の入
力。

輪郭測定は、主として自動車及び航空機工業において
製造される湾曲部品の品質管理に使用される。機械的座
標測定機械の現在の使用にはある種の限界があり、従っ
て正確な非接触測定システムに対する要求がある。以下
は最も重要な応用である。

−数値制御ミーリング機の使用、又は薄板打抜き作業に
よって製造される湾曲部品の品質管理、 −打ち抜き用工具の品質管理と変形検査、 −例えば模型又は実寸の新製品の造形的又は空気力学的
モデルの表面のデジタル化。

表面形状の完全調査は、全表面を操作するレーザー操
作システムを使用して得られる。この方法は、操作パタ
ーンを表面の寸法と形状、及び精度要求に容易に適合さ
せることができ、非常に柔軟性がある。

今日、打ち抜き製品の品質管理は機械的テンプレート
の使用に基づいている。これらは多数の重要なチェック
ポイントにおいて表面の形状を検査するために使用され
る。異なった製品毎に、特定のテンプレートを作らねば
ならない。この品質検査は時間がかかり、従ってその使
用は概略見本検査だけに限られる。

上述のようた多数の小さな光点を投影するシステムに
基づく形状測定システムが完全にこれ等テンプレートの
使用を置き換える。本質的なデータは、ある重要なチェ
ックポイントにおける公称値からの実際の表面輪郭のず
れである。本システムは総ての生成光点を同時に取り扱
うことができ、従ってかかるずれの極めて迅速な提示を
与える。公称値はCADベースから直接読取れる。

２重格子を有する１つの投影システムが表面を横切る
チェックポイントとして約1000個の光点を作り得る。多
重投影システムを使用すればパターン密度を更に増加で
きる。表面の調査は数秒間に完了する。かかるシステム
は自動車工業における現在のテンプレートの使用を置換
でき、更に直列生産ラインにおける総ての製造部品の10
0％の管理を許容する。これは、より迅速でより信頼性
があり更により柔軟な解決法を意味する。システムは、
新しいテンプレートの製造を要することなく、異なった
表面湾曲のある別の生産ラインの検査に容易に適合させ
得る。

ある応用については、表面を横切る光点の線を生成す
る単一格子が適当である。その例は、自動車のパターン
曲面の品質管理である。

もしごく少数のチェックポイントか必要でないなら
ば、これらのチェックポイントを、表面に向けた格子の
無い静止レーザー源を使用して照明することができる。

提案された解決法を使えば、より頻繁で、且つより信
頼し得る制御のため、及び現在の技術の到達点を超えた
管理の実行可能性により、改良された品質が得られる。
現在の技術と比較してその競争価格及び広い適応可能性
のため、本システムの利益は非常に良好である。

大多数の応用に対して、本測定システムは、測定すべ
き目的物のある場所、例えば製造ライン又は部品製造業
者の工場に輸送する必要がある。これは、総てのハード
ウエアが容易に輸送でき、更にその操作が固定の角度セ
ンサー位置に依存すべきでないことを意味する。本発明
によるシステムは専用の測定室を必要としない。更に、
このシステムは工場環境向きの設計が可能である。

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】球面レンズと感光要素の２次元アレイとを
   備えた、点光源又は光源により照明された反射点に向か
   う空間方向を測定する光電子式角度センサーであって、 前記光源又は照明された点の像の位置からの該光源又は
   照明された点の空間方向を、感光要素の前記アレイの局
   部的座標に記録するように計算する手段を備え、 ここで、該手段は２次元較正表を有し、 該較正表は較正により一度作られると、何等の再較正も
   必要とすることなく角度センサーを種々の位置において
   使用することを許容し、 該較正は、 レンズの光軸をｘ軸と定義したとき、取り付け装置の垂
   直方向対称軸が水平方向角度を定める軸である角度セン
   サーのｚ軸と定義され、垂直方向角度を定めるｙ軸が前
   記ｘ軸及びｚ軸に直交すると定義されるように、前記セ
   ンサーの回転軸に相当する位置において角度センサーに
   取り付けられた調整可能な前記取り付け装置の位置を修
   正すること、角度センサーを回転テーブルの頂部の上に
   取り付け旦つ光軸が水平方向であることを確実化するよ
   うに水平すること、２つの光源及び回転テーブルの回転
   軸を通る直線が引けるように最低２つの光源を光軸とほ
   ぼ同じレベルに取り付けること、及び角度センサーの回
   転位置がいかなる位置にあっても２つの光源の像が重な
   るまで回転テーブルへの角度センサーの取り付けを調整
   しそしてこの位置において角度センサーへ前記取り付け
   装置を締め付けることによる、角度センサーレンズの回
   転対象中心の決定と、 高精度回転テーブル及び光源又は被照明反射点の線状ア
   レイを使用すること、角度センサーを該回転テーブルの
   頂部の上に取り付け旦つ角度センサーの回転軸の１つが
   正確に垂直方向であって回転テーブルの回転軸と平行旦
   つ一致するように水平にさせること、光源又は被照明点
   の線状アレイを該回転軸に平行に取り付けること、及び
   角度センサーをステップ状に回転させる一方、角度と感
   光アレイ上の像の位置との間の数学的関係が計算できる
   ように光源又は被照明点の線状アレイ及び対応した回転
   テーブルの角度を各ステップ毎に同時に記録すること、
   この手順を角度センサーの第２の回転軸について繰り返
   し、続いて水平方向角度及び垂直方向角度として与えら
   れた空間角度に対する像座標に関する前記２次元較正表
   の確立のために総てのデータを処理することによって、
   これら２つの回転軸に対する角度測定のために前記角度
   センサーを較正することから成り、 前記較正表は正確に規定され旦つ既知のスペクトル分布
   を有する光源を使用して得られ、 更に、前記感光要素の大きさの一部分に対する角度測定
   の分解能及び精度を改良するために、多数の隣接する感
   光要素により記録された強度の値の統計的解析を行う手
   段を備えていることを特徴とする光電子式角度センサ
   ー。
2. 【請求項２】点光源又は光源により照明された反射点に
   向かう空間角度を測定する、球面レンズ及び感光要素の
   ２次元アレイを具備した角度センサーに関する方法であ
   って、 前記センサーは較正により一度較正されると、何等の再
   較正も必要とすることなく角度センサーを種々の位置に
   おいて使用することを許容し、 該較正は、 レンズの光軸をｘ軸と定義したとき、取り付け装置の垂
   直方向対称軸が水平方向角度を定める軸である角度セン
   サーのｚ軸と定義され、垂直方向角度を定めるｙ軸が前
   記ｘ軸及びｚ軸に直交すると定義されるように、前記セ
   ンサーの回転軸に相当する位置において角度センサーに
   取り付けられた調整可能な前記取り付け装置の位置を修
   正すること、角度センサーを回転テーブルの頂部の上に
   取り付け旦つ光軸が水平方向であることを確実化するよ
   うに水平すること、２つの光源及び回転テーブルの回転
   軸を通る直線が引けるように最低２つの光源を光軸とほ
   ぼ同じレベルに取り付けること、及び角度センサーの回
   転位置がいかなる位置にあっても２つの光源の像が重な
   るまで回転テーブルへの角度センサーの取り付けを調整
   しそしてこの位置において角度センサーへ前記取り付け
   装置を締め付けることによる、角度センサーレンズの回
   転対象中心の決定と、 高精度回転テーブル及び光源又は被照明反射点の線状ア
   レイを使用すること、角度センサーを該回転テーブルの
   頂部の上に取り付け旦つ角度センサーの回転軸の１つが
   正確に垂直方向であって回転テーブルの回転軸と平行旦
   つ一致するように水平にさせること、光源又は被照明点
   の線状アレイを該回転軸に平行に取り付けること、及び
   角度センサーをステップ状に回転させる一方、角度と感
   光アレイ上の像の位置との間の数学的関係が計算できる
   ように光源又は被照明点の線状アレイ及び対応した回転
   テーブルの角度を各ステップ毎に同時に記録すること、
   この手順を角度センサーの第２の回転軸について繰り返
   し、続いて水平方向角度及び垂直方向角度として与えら
   れた空間角度に対する像座標に関する２次元較正表の確
   立のために総てのデータを処理することによって、これ
   ら２つの回転軸に対する角度測定のために前記角度セン
   サーを較正することから成り、 前記角度センサーは、正確に規定され旦つ既知のスペク
   トル分布を有する光源を使用して較正され、 前記感光要素の大きさの一部分に対する角度測定の分解
   能及び精度を改良するために、多数の隣接する感光要素
   により記録された強度の値の統計的解析を行う手段を備
   えていることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】前記光源又は被照明反射点の線状アレイ
   は、角度センサーの視野の１次元の長さに相当する長さ
   を有しそして正確に規定され旦つ既知のスペクトル分布
   の光によって照明される垂直方向に取り付けられた線状
   装置、例えばストリング又はスリットにより置き換えら
   れることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。
4. 【請求項４】前記光源又は被照明反射点の線状アレイ
   は、垂直方向視野の小部分だけがアレイの長さによって
   カバーされるように取り付けられた少数の光源から構成
   され、回転テーブルの頂部の上に取り付けられた角度セ
   ンサーの視野の一部だけが較正され、そして、 各傾斜位置において感光アレイの一部が較正されるよう
   に、角度センサーの視野のその他の部分は光軸に直角な
   軸の回りに角度センサーを段階的に傾け得る取り付け装
   置を使用して較正され、観察された像の座標と回転テー
   ブルの角度との間の関係の計算のために使用される傾斜
   角度が測定されることを特徴とする請求の範囲第２項に
   記載の方法。
5. 【請求項５】較正用の回転テーブルの使用は、角度セン
   サーの回転軸の１つが正確に垂直になるように角度セン
   サーを水平にすること、及び前記光源又は被照明点の垂
   直方向に取り付けられた線状アレイをセンサーの光軸を
   横切る既知の方向に直線的に動かすことによって置き換
   えられ、 前記光源又は被照明点の線状アレイの水平方向の位置及
   びその対応する像が、感光アレイの像の角度と位置との
   間の前記関係を計算するために同時に記録されることを
   特徴とする請求の範囲第２項乃至第４項のいずれか１項
   に記載の方法。
6. 【請求項６】請求の範囲第１項に記載された角度センサ
   ーを少なくとも２つ具備する、１つ又は多数の光源、あ
   るいは１つ又は多数の光源により照明された反射点の空
   間座標を光電子式に測定するシステムであって、 各光源又は被照明点について各角度センサーによって記
   録された像を２次元角度値に処理する、提示された像処
   理ユニットと、 各光源又は被照明点の座標の計算するデータ処理器、 とを備え、 前記データ処理器は、 水平で旦つ既知の位置へ角度センサーを取り付け、そし
   て既知であり従って共通基準点として使用される位置に
   置かれた光源又は被照明点の測定された空間方向の測定
   値からこれらの方向を計算することによるか、 又は、既知の全体的座標における少なくとも３つの点光
   源の測定された方向に基づいて角度センサーの位置及び
   方向を計算するように前記データ処理器を設計すること
   によるか、 又は、多数の与えられた光点のうち相互の離れた距離が
   少なくとも２つの光点において既知でありそして該２つ
   の光点に対する第３の光点の位置が全座標システムの方
   向を規定するように、与えられた多数の光点への測定さ
   れた方向に基づき角度センサーの位置と方向とを計算す
   るように前記データ処理器を設計することによるか、 のいずれかによって、個々の角度センサーの内部座標シ
   ステムと全体的座標システムとの間の関係を得る手段を
   備えていることを特徴とするシステム。
7. 【請求項７】点光源は可動であり、 データ処理器は、各光点又は被照明点の座標の絶対的及
   び／又は相対的な動的挙動を計算する手段を備えている
   ことを特徴とする請求の範囲第６項に記載のシステム。
8. 【請求項８】システムが多数の点光源及び該光源への電
   力供給装置を備え、該光源の少なくも３つは、該光源の
   位置が局部的座標システムに向けられた目的物において
   既知であるように、多数の目的物の各々に取り付けら
   れ、更に、 データ処理器は、各光源の測定された全体的座標に基づ
   き各目的物の絶対的及び相対的な位置及び方向を計算す
   る手段を備えていることを特徴とする請求の範囲第６項
   又は第７項に記載のシステム。
9. 【請求項９】システムが表面を一点一点照明する手段を
   備え、データ処理器は表面上の点に対応する座標の組を
   記憶する手段と、これらの座標を使用して表面形状を記
   述する数学的モデルを計算する手段を備えていることを
   特徴とする請求の範囲第６項又は第７項に記載のシステ
   ム。
10. 【請求項１０】前記システムは、目的物又は表面上の対
    応する多数の点を照明するために固定された方向に向け
    られた多数の光源を備え、更にデータ処理器は、被照明
    点の座標を計算しこれらを公称値と比較する手段を備え
    ていることを特徴とする請求の範囲第６項又は第７項に
    記載のシステム。
11. 【請求項１１】表面上に位置する点の空間座標を測定す
    る光電子システムであって、 光ビームを放射する方向付けられた光源と、複数の光学
    繊維から作られた回折格子又は技術的にこれと等価の回
    折格子と、表面を横切る曲線を形成する正確に規定され
    た個別の点光点のパターンを得るための焦点用光学素子
    とを備えた、一点一点表面を照明する手段と、 角度センサーに対する空間方向として、投影された光点
    の位置を記録するための最低２つの角度センサーと、 角度センサーに対する記録された空間方向に基づき各々
    の個別の光点の空間座標を計算する手段、 とを備えて成ることを特徴とするシステム。
12. 【請求項１２】表面上に位置する点の空間座標を測定す
    る光電子システムであって、 光ビームを放射する方向付けられた光源と、各々が入射
    光ビームを多重光ビームに分割し旦つ２つの格子の繊維
    が長手方向軸が直交するように一緒に取り付けられた、
    複数の光学繊維から作られた２つの回折格子又は技術的
    にこれと等価の回折格子と、表面上の正確に規定された
    個別の点光点の２次元パターンを得るための焦点用光学
    素子とを備えた、一点一点表面を照明する手段と、 角度センサーに対する空間方向として投影された光点の
    位置を記録するための最低２つの角度センサーと、 角度センサーに対する記録された空間方向に基づき各々
    の光点の空間座標を計算する手段、 とを備えて成ることを特徴とするシステム。
13. 【請求項１３】表面に位置する点の空間座標を測定する
    光電子システムであって、 光ビームを放射する方向付けられた光源と、複数の光学
    繊維から作られた回折格子又は技術的にこれと等価の回
    折格子と、表面を横切る曲線を形成する正確に規定され
    た個別の点光点のパターンを得る焦点用光学素子とを備
    えた、一点一点表面を照明する手段と、 角度センサーに対する空間方向として投影された光点の
    位置を記録するための最低２つの角度センサーと、 角度センサーに対する記録された空間方向に基づき各々
    の光点の空間座標を計算する手段と、 前記光点の線の方向と直交する方向に表面を横切って投
    影光点の線を動かすための一軸の回転鏡、 とを備えて成ることを特徴とするシステム。
14. 【請求項１４】多数の被照明点の測定された座標値に基
    づき表面形状を記述する数学的モデルを計算するように
    設計されたデータ処理器を備えていることを特徴とす
    る、請求の範囲第11項乃至第13項のいずれか１項に記載
    の表面に位置する点の空間座標を測定する光電子システ
    ムシステム。
15. 【請求項１５】各被照明点の測定された空間座標を公称
    値と比較するように設計されたデータ処理器を備えてい
    ることを特徴とする請求の範囲第11項乃至第13項のいず
    れか１項に記載の表面に位置する点の空間座標を測定す
    る光電子システムシステム。