JP4472432B2 - Coordinate transformation coefficient acquisition method, coordinate transformation coefficient acquisition device, and computer program - Google Patents
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Description
本発明は、一つまたは複数の3次元形状測定装置により複数の異なる視点で測定した物体の各座標系における3次元立体形状データ群を、1つの基準座標系における3次元立体形状データ群に変換する座標変換係数の取得方法、同座標変換係数の取得装置および同座標変換係数の取得に使用されるコンピュータプログラムに関する。 The present invention converts a three-dimensional solid shape data group in each coordinate system of an object measured from a plurality of different viewpoints by one or a plurality of three-dimensional shape measurement devices into a three-dimensional solid shape data group in one reference coordinate system. The present invention relates to a coordinate conversion coefficient acquisition method, a coordinate conversion coefficient acquisition apparatus, and a computer program used to acquire the coordinate conversion coefficient.
従来から、異なる位置に配置した複数の3次元形状測定装置、または測定対象の物体に対し測定位置が相対的に移動される3次元形状測定装置により、対象物体の3次元立体形状を複数の異なる視点から測定して各視点ごとの立体形状データ群を合成し、対象物体の立体形状を任意の方向から見て表示できるようにした3次元表面形状の測定方法はよく知られている。この測定においては、測定対象物の3次元表面形状を測定する前に、予め決められた形状の基準物体を測定対象空間に配置して、この3次元表面形状を測定し、同測定した3次元表面形状を表す立体形状データ群を用いて予め基準物体内に設定してある定点の座標値を各視点ごとに計算し、この計算した座標値を用いて各視点における立体形状データ群を基準座標系に変換するための座標変換係数を計算し、この座標変換係数により各視点における測定対象物の3次元表面形状を表す立体形状データ群を基準座標系に変換することが行われている(特許文献1参照)。
しかし、上記特許文献1に記載の方法では、座標変換係数を計算するには3つ以上の定点を設定する必要があるため、1つの基準物体に1つの定点を設定した場合、基準物体の位置を変えて3回以上測定しなければならない。また、1つの基準物体に3つの定点を設定した場合、あるいは1つの定点を持つ3つの基準物体を配置した場合、作業者が各定点の座標値を計算するために用いる立体形状データ群をそれぞれ指定する必要があるため、作業効率が悪くなるという問題がある。 However, in the method described in Patent Document 1, it is necessary to set three or more fixed points in order to calculate the coordinate conversion coefficient. Therefore, when one fixed point is set for one reference object, the position of the reference object is determined. Must be measured at least three times with different. In addition, when three fixed points are set for one reference object, or when three reference objects having one fixed point are arranged, the three-dimensional shape data group used by the operator to calculate the coordinate value of each fixed point is set. Since it is necessary to specify, there is a problem that the work efficiency is deteriorated.
本発明は上記問題に対処するためになされたもので、その目的は、複数の異なる視点により測定した立体形状データ群を合成するための座標変換係数を作業効率よく得ることが可能な座標変換係数取得方法、座標変換係数取得装置および座標変換係数取得コンピュータプログラムを提供することにある。 The present invention has been made to address the above-described problems, and its purpose is to provide a coordinate conversion coefficient that can efficiently obtain a coordinate conversion coefficient for synthesizing a solid shape data group measured from a plurality of different viewpoints. An acquisition method, a coordinate conversion coefficient acquisition device, and a coordinate conversion coefficient acquisition computer program are provided.
前記目的を達成するため、本発明の特徴は、複数の3次元形状測定装置(20A,20B、20C)を異なる位置に配置して3次元形状測定するか、1台の3次元形状測定装置を測定対象物に対して相対的に移動させて複数の位置で3次元形状測定することで、測定対象物を複数の異なる視点で3次元形状測定し、コンピュータによって構成されたデータ処理装置(32)を用いて、前記複数の視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを、前記複数の視点のうちの1つの視点の座標系である基準座標系に基づく3次元形状データに変換する際に使用される座標変換係数の取得方法において、前記複数の異なる視点での3次元形状測定のそれぞれにおいて同時に3次元形状測定可能かつ互いに識別可能な少なくとも3つの面を有する多面体を基準物体(40)として用意し、前記基準物体のそれぞれの面を識別するための識別パラメータを前記データ処理装置内に設けた記憶手段に予め記憶しておくとともに、前記基準物体のそれぞれの面のうちから選択された少なくとも3つの基準面の識別パラメータを基準面データとして前記記憶手段に予め記憶しておき、前記複数の異なる視点での3次元形状測定の測定対象空間内に前記基準物体を配置した状態で、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元表面形状を複数の異なる視点で測定させ、前記データ処理装置に前記3次元形状測定装置が出力するデータから前記複数の異なる視点ごとに前記基準物体の3次元表面形状を表す複数組の立体形状データ群をそれぞれ生成させる立体形状データ群生成ステップ(S12,S14)と、前記データ処理装置に、前記複数の異なる視点ごとに生成させた各立体形状データ群から、前記識別パラメータを用いて、頂点を形成する前記基準物体の少なくとも3つの面に関する各立体形状データ群をそれぞれ面ごとに抽出させる抽出ステップ(S16)と、前記データ処理装置に、前記抽出させた基準物体の少なくとも3つの面に関する立体形状データ群と前記基準面データとを用い、前記複数の異なる視点ごとに、前記基準面における法線ベクトルおよび前記基準面によって形成される頂点の座標をそれぞれ計算させるベクトル・座標計算ステップ(S18,S20)と、前記データ処理装置に、前記計算させた複数の異なる視点ごとの前記基準面における法線ベクトルおよび前記基準面によって形成される頂点の座標により、前記複数の異なる視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを前記基準座標系に基づく3次元形状データに変換するための座標変換係数を計算させる座標変換係数計算ステップ(S22)とを含むことにある。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that a plurality of three-dimensional shape measuring devices (20A, 20B, 20C) are arranged at different positions to measure a three-dimensional shape, or a single three-dimensional shape measuring device is provided. A data processing device (32) configured by a computer by measuring a three-dimensional shape from a plurality of different viewpoints by measuring the three-dimensional shape at a plurality of positions by moving relative to the measurement target. Is used to convert three-dimensional shape data based on the coordinate system for each of the plurality of viewpoints into three-dimensional shape data based on a reference coordinate system that is a coordinate system of one of the plurality of viewpoints. the method obtains a coordinate conversion coefficient, a polyhedron having at least three surfaces identifiable simultaneously 3D shape measurable and each other in each of the three-dimensional shape measurement in the plurality of different viewpoints Was prepared as a reference object (40), together with previously stored in the storage means provided for each identification parameter for identifying the surface of the reference object within said data processing apparatus, the respective surfaces of the reference object Discrimination parameters of at least three reference planes selected from among them are stored in advance in the storage means as reference plane data, and the reference object is arranged in the measurement target space for the three-dimensional shape measurement from the plurality of different viewpoints. in a state, before SL is measured by the three-dimensional shape measuring apparatus to the criteria object different viewpoints the three-dimensional surface shape of multiple, the data processing device to the three-dimensional shape measuring apparatus of the plurality of the data output a plurality of sets of three-dimensional shape data group generation step of a three-dimensional shape data group Ru to produce respectively representing the three-dimensional surface shape of the reference object for different viewpoints (S12, S1 And), the data processing apparatus, from the three-dimensional shape data group is generated for each of the plurality of different viewpoints, using the identification parameters, the three-dimensional shape data for at least three surfaces of the reference object to form a vertex an extraction step of Ru is extracted groups for each surface (S16), the data processing apparatus, using the three-dimensional shape data group to the reference plane data for at least three sides of the reference object obtained by the extraction, the plurality vary viewpoint, the coordinates of the vertices formed by the normal vector and the reference surface in the reference plane and the vector coordinate calculating step of Ru was calculated respectively (S18, S20), the data processing apparatus, the calculation of the the coordinates of the vertices formed by the normal vector and the reference surface in the reference plane for each of a plurality of different viewpoints which has , And a plurality of different viewpoints for each coordinate conversion coefficient calculation step of Ru was calculated coordinate conversion coefficient for converting a three-dimensional shape data based on the coordinate system in three-dimensional shape data based on the reference coordinate system (S22) There is.
この場合、前記基準物体の各面を、例えば、それぞれ異なる反射率または色に形成し、前記識別パラメータは、前記それぞれ異なる反射率または色に形成された基準物体の各面に光を照射した際における同各面からの反射光の光量または色を表すデータとし、前記立体形状データ群生成ステップは、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元形状を測定させる際、前記基準物体の各面に光を照射した場合に同各面からの反射光の光量または色を測定するようにするとよい。 In this case, the surfaces of the pre-Symbol reference object, for example, respectively formed in different reflectivity or color, the identification parameters, was irradiated with light on each side of the reference object formed in said different reflectance or color Data representing the light quantity or color of the reflected light from each surface at the same time, and the three-dimensional shape data group generating step is performed when the three-dimensional shape measuring apparatus measures the three-dimensional shape of the reference object. When each surface is irradiated with light, the amount or color of reflected light from each surface may be measured .
このように構成した本発明によれば、3次元形状測定装置によって同時に測定された基準物体の3つの面を識別するための識別パラメータと、前記基準物体の3つの基準面を表す基準面データを記憶装置に予め記憶させておけば、立体形状データ群生成ステップ、抽出ステップおよびベクトル・座標計算ステップにより、複数の異なる視点で測定された基準物体の3つの基準面における法線ベクトルと前記基準面によって形成される頂点の座標とが自動的に生成される。そして、これらの3つの基準面における法線ベクトルと前記基準面によって形成される頂点の座標とを用いて、座標変換係数計算ステップにより、座標変換係数が自動的に計算される。したがって、作業者は、基準物体の測定を1回行う操作のみで複数の異なる座標系に基づく3次元形状データを基準座標系に基づく3次元形状データに変換する座標変換係数を計算することができ作業効率が良好となる。 According to the present invention configured as described above , the identification parameter for identifying the three surfaces of the reference object simultaneously measured by the three-dimensional shape measuring apparatus and the reference surface data representing the three reference surfaces of the reference object are obtained. If stored in advance in the storage device, the normal vector on the three reference planes of the reference object measured at a plurality of different viewpoints and the reference plane by the three-dimensional shape data group generation step, the extraction step and the vector / coordinate calculation step The coordinates of the vertices formed by are automatically generated. Then, by using the coordinates of vertices which are formed with the normal vector at these three reference plane by said reference surface, by the coordinate transformation coefficient calculations step, the coordinate transformation coefficients are calculated automatically. Therefore, the operator can calculate the coordinate conversion coefficient for converting the three-dimensional shape data based on a plurality of different coordinate systems into the three-dimensional shape data based on the reference coordinate system with only one operation of measuring the reference object. Work efficiency is improved.
また、例えば、前記基準物体を、直方体または立方体で構成し、前記基準物体の少なくとも3つの基準面を、前記基準物体の互いに隣り合う3つの面で構成して3つの基準面とし、かつ前記抽出ステップで抽出させた各立体形状データ群にそれぞれ対応した前記基準物体の少なくとも3つの面を、前記基準物体の互いに隣り合う3つの面で構成して3つの抽出面とするとよい。この場合、前記基準物体の互いに対向する面間の距離も前記記憶手段に予め記憶しておき、前記ベクトル・座標計算ステップは、前記データ処理装置に、前記3つの抽出面のうちの少なくとも1つの抽出面が前記3つの基準面のうちのいずれかと平行であるとき、前記少なくとも1つの抽出面の立体形状データ群を用いて計算させた法線ベクトルの向きを変更することにより、前記少なくとも1つの抽出面と平行な基準面の法線ベクトルを計算させるステップと、前記データ処理装置に、前記基準物体の3つの抽出面の立体形状データ群を用いて計算させた頂点の座標と、前記記憶されている面間の距離と、前記計算させた法線ベクトルとを用いて前記3つの基準面によって形成される頂点の座標を計算させるステップとを含むようにするとよい。 Further, for example, the reference object is configured by a rectangular parallelepiped or a cube, and at least three reference surfaces of the reference object are configured by three surfaces adjacent to each other to form the three reference surfaces, and the extraction is performed. It is preferable that at least three surfaces of the reference object corresponding to each of the three-dimensional shape data groups extracted in the step are composed of three surfaces adjacent to each other of the reference object to form three extraction surfaces. In this case, the distance between the opposing surfaces of the reference object is also stored in advance in the storage means, said vector coordinate calculating step, the data processing apparatus, at least one of the previous SL three extraction surface when one extraction plane is parallel with any of the previous SL three reference surfaces, by changing the orientation of the normal vector is computed using the three-dimensional shape data group of the at least one extraction surface, before Symbol a step of Ru is calculating the normal vector of one extraction surface parallel to the reference plane even without low, the data processing apparatus, the vertex is calculated using three-dimensional shape data group of the three extraction surface of the reference object and coordinates, and the distance between the surfaces being the storage and to include a step of calculating the coordinates of the vertices formed by the three reference plane by using the normal vectors obtained by the calculation There.
これによれば、基準物体の1つの基準面に対して平行な抽出面の法線ベクトルの向きを変更するだけで前記1つの基準面の法線ベクトルを計算することができるとともに、基準物体の3つの抽出面の立体形状データ群を用いて計算させた頂点の座標と、記憶されている面間の距離と、前記計算された法線ベクトルとを用いて3つの基準面によって形成される頂点の座標を計算することができ、ベクトル・座標計算ステップの処理を効率的に行うことができる。 According to this, it is possible to calculate the normal vector of the one reference surface by simply changing the normal vector direction of the parallel extraction surface for one reference surface of the reference object, the reference object Are formed by three reference planes using the coordinates of the vertexes calculated using the three-dimensional shape data group of the three extraction planes, the distance between the stored planes, and the calculated normal vector. Vertex coordinates can be calculated , and the vector / coordinate calculation step processing can be performed efficiently.
また、前記基準物体を、直方体または立方体で構成し、かつ前記のように3つの基準面および抽出面を規定した条件のもとで、前記ベクトル・座標計算ステップは、前記データ処理装置に、前記3つの抽出面のうちの2つの抽出面における法線ベクトルを前記抽出ステップで抽出させた立体形状データ群を用いて計算させ、前記計算させた2つの抽出面における法線ベクトルの外積により前記3つの抽出面のうちで前記法線ベクトルを計算させた2つの抽出面に垂直な残りの1つの抽出面の法線ベクトルを計算させるようにするとよい。 In addition, the vector / coordinate calculation step is performed on the data processing device, with the reference object being configured as a rectangular parallelepiped or a cube, and under the conditions defining the three reference surfaces and the extraction surface as described above. the normal vector at the two extraction surface of the three extraction surface is calculated using the three-dimensional shape data group is extracted by the extraction step, the the outer product of the normal vector at the two extraction surface is the calculated 3 The normal vectors of the remaining one extraction surface perpendicular to the two extraction surfaces that have calculated the normal vector among the two extraction surfaces may be calculated .
これによれば、3次元形状測定の視点による影響で、測定された少なくとも3つの面のうちの1つの面の立体形状データ群の数が少なかった場合には、前記面の立体形状データ群を用いて計算される1つの抽出面の法線ベクトルの精度が落ちるため、これに代えて、他の2つの抽出面の法線ベクトルの外積によるベクトルを前記1つの抽出面の法線ベクトルとして使用することで、計算の結果算出される座標変換係数の精度を保つことができる。 According to this, the influence due to the viewpoint of the three-dimensional shape measurement, if the number of three-dimensional shape data groups one face of the measured at least three faces which was small, the three-dimensional shape data group of the surface Since the accuracy of the normal vector of one extraction surface that is calculated by using this decreases, instead of this, a vector based on the outer product of the normal vectors of the other two extraction surfaces is used as the normal vector of the one extraction surface. By doing so, the accuracy of the coordinate conversion coefficient calculated as a result of the calculation can be maintained.
また、前記基準物体を、直方体または立方体で構成し、かつ前記のように3つの基準面および抽出面を規定した条件のもとで、前記基準物体の各面間の角度および各辺の長さも前記記憶手段に予め記憶しておき、前記ベクトル・座標計算ステップは、前記データ処理装置に、前記3つの抽出面に関する立体形状データ群に基づいて前記3つの抽出面の法線ベクトルおよび前記3つの抽出面によって形成される頂点の座標を計算させ、かつ前記計算させた前記3つの抽出面の法線ベクトルおよび前記3つの抽出面によって形成される頂点の座標と、前記記憶手段に記憶しておいた前記基準面データと、前記基準物体の各面間の角度および各辺の長さとを用いて、前記3つの基準面における法線ベクトルおよび前記3つの基準面によって形成される頂点の座標を計算させるステップを含むようにするとよい。 Further, the angle between the surfaces of the reference object and the length of each side under the condition that the reference object is constituted by a rectangular parallelepiped or a cube and the three reference surfaces and the extraction surface are defined as described above. also stored in advance in the storage means, said vector coordinate calculating step, the data processing apparatus, the three extraction surface relating the three-dimensional shape data normal vector and the said three extraction surface based on group 3 The coordinates of the vertices formed by the three extraction surfaces are calculated, and the calculated normal vectors of the three extraction surfaces and the coordinates of the vertices formed by the three extraction surfaces are stored in the storage means. and Oita the reference surface data, with the length of the angle and the edges between each surface of the reference object is formed by the normal vector and the three reference plane in the three reference plane Better to include a step of Ru vertex coordinates is calculated.
これによれば、予め記憶された基準物体の各面間の角度および各辺の長さを用いて3つの基準面における法線ベクトルと前記基準面によって形成される頂点の座標を計算することができるため、直方体または立方体である基準物体が高精度に形成されていない場合でも良好に前記法線ベクトルおよび頂点の座標を計算することができる。 According to this, the normal vectors on the three reference planes and the coordinates of the vertices formed by the reference planes can be calculated using the angles and the lengths of the sides of the reference object stored in advance. it is therefore possible cuboid or reference object is a cube calculates the better the normal vectors and the coordinates of the vertices even when they are not formed with high accuracy.
また、本発明の他の特徴は、複数の3次元形状測定装置(20A,20B、20C)を異なる位置に配置して3次元形状測定するか、1台の3次元形状測定装置を測定対象物に対して相対的に移動させて複数の位置で3次元形状測定することで、測定対象物を複数の異なる視点で3次元形状測定し、コンピュータによって構成されたデータ処理装置(32)を用いて、前記複数の視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを予め設定した座標系である基準座標系に基づく3次元形状データに変換する際に使用される座標変換係数の取得方法において、前記複数の異なる視点での3次元形状測定のそれぞれにおいて同時に3次元形状測定可能かつ互いに識別可能な少なくとも3つの面を有する多面体を基準物体(40)として用意し、前記基準物体のそれぞれの面を識別するための識別パラメータを前記データ処理装置内に設けた記憶手段に予め記憶しておくとともに、前記予め設定した座標系に基づく前記基準物体のそれぞれの面における法線ベクトルおよび前記基準物体のそれぞれの面によって形成される頂点の座標を前記記憶手段に予め記憶しておき、前記複数の異なる視点での3次元形状測定の測定対象空間内に前記基準物体を配置した状態で、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元表面形状を複数の異なる視点で測定させ、前記データ処理装置に前記3次元形状測定装置が出力するデータから前記複数の異なる視点ごとに前記基準物体の3次元表面形状を表す複数組の立体形状データ群をそれぞれ生成させる立体形状データ群生成ステップ(S12,S14)と、前記データ処理装置に、前記複数の異なる視点ごとに生成した各立体形状データ群から、前記識別パラメータを用いて、頂点を形成する前記基準物体の少なくとも3つの面に関する各立体形状データ群をそれぞれ面ごとに抽出させる抽出ステップ(S16)と、前記データ処理装置に、前記抽出させた基準物体の少なくとも3つの面に関する立体形状データ群を用い、前記複数の異なる視点ごとに、前記抽出させた基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標をそれぞれ計算させるベクトル・座標計算ステップ(S18)と、前記データ処理装置に、前記記憶手段に記憶されている前記基準物体のそれぞれの面を識別するための識別データを用いて、前記記憶手段に記憶されていて前記抽出ステップで抽出させた立体形状データ群に対応した前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標を前記記憶手段から読み出させる読出しステップ(S20’)と、前記データ処理装置に、前記複数の異なる視点ごとに計算させた前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標と、前記読み出しステップで読み出させた前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標とにより、前記複数の異なる視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを前記基準座標系に基づく3次元形状データに変換するための座標変換係数を計算させる座標変換係数計算ステップ(S22)とを含むことにある。 Another feature of the present invention is that a plurality of three-dimensional shape measuring devices (20A, 20B, 20C) are arranged at different positions to measure a three-dimensional shape, or one three-dimensional shape measuring device is a measurement object. The three-dimensional shape measurement is performed at a plurality of different viewpoints by moving the object relative to each other and measuring the three-dimensional shape at a plurality of different viewpoints, and using a data processing device (32) configured by a computer. in the method for obtaining the coordinate conversion coefficients used in converting the plurality of three-dimensional shape data based on the reference coordinate system is a coordinate system previously set three-dimensional shape data based on the coordinate system of the respective viewpoints, the plurality different three-dimensional shapes measurable and simultaneously in each of the three-dimensional shape measurement in perspective a polyhedron having at least three surfaces distinguishable from each other were prepared as a reference object (40), the group of Normal vector at each side of the reference object with previously stored in the storage means provided in the data processing device identification parameter for identifying the respective surfaces of the object, based on the coordinate system set in advance And the coordinates of the vertices formed by the respective surfaces of the reference object are stored in advance in the storage means, and the reference object is arranged in the measurement target space of the three-dimensional shape measurement from the plurality of different viewpoints in the three-dimensional surface shape of the standards body before Symbol 3-dimensional shape measuring apparatus is measured at different viewpoints of several, different perspectives from the data the data processing device in the three-dimensional shape measuring apparatus outputs of the plurality a plurality of sets of three-dimensional shape data group generation step of a three-dimensional shape data group Ru to produce respectively representing the three-dimensional surface shape of the reference object in each (S12, S14) , To the data processing apparatus, from the three-dimensional shape data group generated for each of the plurality of different viewpoints, using the identification parameters, said reference object to form a vertex at least three respective three-dimensional shape data group relates to a surface, respectively An extraction step (S16) for extracting each surface, and using the three-dimensional shape data group relating to at least three surfaces of the extracted reference object in the data processing device, the extracted reference for each of the plurality of different viewpoints. A vector / coordinate calculation step (S18) for calculating a normal vector in at least three surfaces of the object and coordinates of vertices formed by the at least three surfaces, respectively, and stored in the storage means in the data processing device; using identification data for identifying each surface of the reference object are, serial in said storage means憶are the coordinates of the vertices formed by the normal vector and the at least three surfaces in at least three surfaces of the reference object corresponding to the three-dimensional shape data group is output extracted by the extraction step have read from the storage means and read make out step (S20 '), the data processing apparatus, the vertex formed by the normal vector and the at least three surfaces in at least three sides of said reference object obtained by calculation for each of the plurality of different viewpoints Based on the coordinate system for each of the plurality of different viewpoints based on coordinates, normal vectors in at least three surfaces of the reference object read in the reading step, and coordinates of vertices formed by the at least three surfaces the three-dimensional shape data to be converted into three-dimensional shape data based on the reference coordinate system Lies in including a coordinate conversion coefficient calculation step Ru is calculated coordinate conversion coefficient (S22).
この場合も、前記基準物体の各面を、例えば、それぞれ異なる反射率または色に形成し、前記識別パラメータは、前記それぞれ異なる反射率または色に形成された基準物体の各面に光を照射した際における同各面からの反射光の光量または色を表すデータとし、前記立体形状データ群生成ステップは、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元形状を測定させる際、基準物体の各面に光を照射した場合に同各面からの反射光の光量または色を測定するようにするとよい。 Again, each surface of the reference object, for example, respectively formed in different reflectivity or color, the identification parameters, was irradiated with light on each side of the reference object formed in said different reflectance or color Data representing the light quantity or color of the reflected light from the respective surfaces at the time, and the three-dimensional shape data group generation step, when the three-dimensional shape measuring apparatus measures the three-dimensional shape of the reference object, When the surface is irradiated with light, the amount or color of reflected light from each surface may be measured .
このように構成した本発明の他の特徴によれば、基準物体のそれぞれの面を識別するための識別パラメータを記憶手段に予め記憶しておくとともに、予め設定した座標系に基づく基準物体のそれぞれの面における法線ベクトルおよび基準物体のそれぞれの面によって形成される頂点の座標を記憶手段に予め記憶しておけば、立体形状データ群生成ステップ、抽出ステップおよびベクトル・座標計算ステップにより、複数の異なる視点ごとに、前記抽出させた基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標がそれぞれ計算され、また読出しステップにより前記記憶手段に記憶されていて前記計算された法線ベクトルおよび頂点に対応した前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標が読み出される。そして、座標変換係数計算ステップにより、前記複数の異なる視点ごとに計算させた前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標と、前記読み出しステップで読み出させた前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標とにより、前記複数の異なる視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを前記基準座標系に基づく3次元形状データに変換するための座標変換係数が自動的に計算される。したがって、作業者は、基準物体の測定を1回行う操作のみで複数の異なる座標系に基づく3次元形状データを基準座標系に基づく3次元形状データに変換する座標変換係数を計算することができ作業効率が良好となる。 According to another feature of the present invention thus configured, along with previously stored in the memorize means identification parameter for identifying each surface of the reference object, the reference object based on a preset coordinate system each coordinates of the vertex formed by the surface previously stored in the storage means you fluff normal vector and the reference object at each surface, the three-dimensional shape data group generation step, the extraction step and the vector coordinate calculating step, For each of a plurality of different viewpoints, normal vectors in at least three surfaces of the extracted reference object and coordinates of vertices formed by the at least three surfaces are respectively calculated and stored in the storage means by a reading step. at least three surfaces of the reference object corresponding to a normal vector and apex is the calculated have Kicking vertex formed by the normal vector and the at least three surfaces coordinates are read out. Then, the coordinate transformation coefficient calculation step calculates the normal vector in at least three surfaces of the reference object calculated for each of the plurality of different viewpoints and the coordinates of the vertex formed by the at least three surfaces, and in the reading step Three-dimensional shape data based on a coordinate system for each of a plurality of different viewpoints is obtained based on the normal vectors in at least three surfaces of the read reference object and the coordinates of vertices formed by the at least three surfaces. A coordinate conversion coefficient for conversion into three-dimensional shape data based on the coordinate system is automatically calculated. Therefore, the operator can calculate the coordinate conversion coefficient for converting the three-dimensional shape data based on a plurality of different coordinate systems into the three-dimensional shape data based on the reference coordinate system with only one operation of measuring the reference object. Work efficiency is improved.
また、本発明は方法の発明として実施できるばかりでなく、装置の発明およびコンピュータプログラムの発明としても実施できるものである。 The present invention can be implemented not only as a method invention but also as an apparatus invention and a computer program invention.
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の座標変換係数取得方法に利用される3次元画像生成装置の基本構成を示す概略図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a three-dimensional image generation apparatus used in the coordinate conversion coefficient acquisition method of the present invention.
この3次元画像生成装置は、異なる位置に配置されて基台10上に形成された測定対象空間に向けた3台の3次元形状測定装置20A,20B,20Cを備えている。これらの3次元形状測定装置20A,20B,20Cは、レーザ光を用いて基台10上に載置された物体の3次元立体表面形状を測定して同測定結果を表す3次元表面形状測定情報を出力するとともに、同物体表面からの反射光の光量を測定して同測定結果を表す反射光量測定情報を出力する。
The three-dimensional image generation apparatus includes three three-dimensional
これらの3次元形状測定装置20A,20B,20Cとしては、レーザ光を用いて物体の3次元表面形状を測定して同測定した3次元表面形状を表す信号を出力するとともに、同物体表面からの反射光量を表す信号を出力するものであれば、いかなる3次元形状測定装置をも利用できる。本実施形態においては、レーザ光を用いて3角測量法に従って物体の3次元表面形状を測定するとともに、同物体表面からの反射光量を測定するものを簡単に紹介しておく。なお、本実施形態では、レーザ光を用いるようにしているが、3次元物体の表面形状、反射率および色などを識別することが可能であれば他の光を用いてもよい。
These three-dimensional
この3次元形状測定装置においては、レーザ光源から物体に向けて出射されるレーザ光の進行方向にほぼ垂直な仮想平面を想定するとともに、同仮想平面上にて互いに直交するX軸方向およびY軸方向に沿って分割した多数の微小エリアを想定する。そして、3次元形状測定装置は、前記多数の微小エリアにレーザ光を順次照射し、物体からの反射光によって前記微小エリアが規定する物体表面までの距離をZ軸方向距離として順次検出して、物体の表面を微小エリアずつに分割した各分割エリア位置を表すX,Y,Z座標に関する情報を得て、同3次元形状測定装置に面した物体表面の形状を測定する。また、この3次元形状測定装置は、前記物体表面の形状を測定すると同時に、物体からの反射光を前記微小エリアごとに検出して、前記微小エリアごとの反射光の光量を測定するものである。 In this three-dimensional shape measuring apparatus, a virtual plane that is substantially perpendicular to the traveling direction of laser light emitted from a laser light source toward an object is assumed, and an X-axis direction and a Y-axis that are orthogonal to each other on the virtual plane. Assume a large number of minute areas divided along the direction. Then, the three-dimensional shape measuring apparatus sequentially irradiates the plurality of minute areas with laser light, sequentially detects the distance to the object surface defined by the minute areas by reflected light from the object as a Z-axis direction distance, Information on X, Y, and Z coordinates representing each divided area position obtained by dividing the surface of the object into minute areas is obtained, and the shape of the object surface facing the three-dimensional shape measuring apparatus is measured. In addition, this three-dimensional shape measuring apparatus measures the shape of the object surface and simultaneously detects the reflected light from the object for each minute area and measures the amount of reflected light for each minute area. .
したがって、この3次元形状測定装置は、出射レーザ光の向きをX軸方向に変化させるX軸方向走査器と、出射レーザ光の向きをY軸方向に変化させるY軸方向走査器と、物体表面にて反射された反射レーザ光を受光して物体表面までの距離および同物体表面からの反射光量を検出する光検出器とを備えている。X軸方向走査器およびY軸方向走査器としては、レーザ光源からの出射レーザ光の光路をX軸方向およびY軸方向に独立に変化させ得る機構であればよく、例えば、レーザ光源自体をX軸方向およびY軸方向の軸線回りに電動モータによって回転させたり、出射レーザ光の光路に設けられてその方向を変更するガルバノミラーをX軸方向およびY軸方向の軸線回りに電動モータによって回転させる機構を利用できる。光検出器としては、前記出射レーザ光の光路に追従して回転し、物体表面にて反射された反射レーザ光を集光する結像レンズおよび同集光したレーザ光を受光するCCDなどの複数の受光素子を一列に配置させたラインセンサからなり、ラインセンサによる反射レーザ光の受光位置によって物体表面までの距離を検出するとともに、同反射レーザ光の受光幅によって、同物体表面からの反射光の光量を検出する。 Accordingly, the three-dimensional shape measuring apparatus includes an X-axis direction scanner that changes the direction of the emitted laser light in the X-axis direction, a Y-axis direction scanner that changes the direction of the emitted laser light in the Y-axis direction, and an object surface. And a photodetector that detects the distance to the object surface and the amount of light reflected from the object surface by receiving the reflected laser light reflected by the light source. The X-axis direction scanner and the Y-axis direction scanner may be any mechanism that can change the optical path of the laser beam emitted from the laser light source independently in the X-axis direction and the Y-axis direction. Rotate by an electric motor around the axis in the axial direction and the Y-axis direction, or rotate a galvano mirror provided in the optical path of the emitted laser light and changing its direction by an electric motor around the axis in the X-axis direction and the Y-axis direction A mechanism is available. As the photodetector, a plurality of imaging lenses such as an imaging lens that rotates following the optical path of the emitted laser beam and collects the reflected laser beam reflected on the object surface and a CCD that receives the collected laser beam are used. The light sensor is arranged in a line, and the distance to the object surface is detected by the position of the reflected laser beam received by the line sensor, and the reflected light from the object surface is detected by the light reception width of the reflected laser beam. The amount of light is detected.
したがって、このような3次元形状測定装置は、物体の表面を微小エリアずつに分割した各分割エリア位置を表すX,Y,Z座標に関する情報として、X軸方向走査器による出射レーザ光の基準方向に対するX軸方向への傾きθx、Y軸方向走査器による出射レーザ光の基準方向に対するY軸方向への傾きθy、光検出器による物体表面までの距離Lz、および同光検出器による物体表面からの反射光量Lzsとが、前記仮想したX軸方向およびY軸方向に沿って分割した多数の微小エリアごとに出力される。より具体的には、X軸およびY軸方向への傾きθx,θyは、電動モータの基準位置からの回転角である。また、物体表面までの距離Lzは、ラインセンサにおける反射レーザ光の受光位置であり、物体表面からの反射光量Lzsは、ラインセンサにおける反射レーザ光の受光幅である。 Therefore, such a three-dimensional shape measuring apparatus uses the reference direction of the laser beam emitted by the X-axis direction scanner as information on the X, Y, and Z coordinates representing the divided area positions obtained by dividing the surface of the object into minute areas. The tilt θx in the X-axis direction with respect to the angle, the tilt θy in the Y-axis direction with respect to the reference direction of the laser beam emitted by the Y-axis direction scanner, the distance Lz to the object surface by the photodetector, and the object surface by the photodetector Is output for each of a large number of minute areas divided along the virtual X-axis direction and Y-axis direction. More specifically, the inclinations θx and θy in the X-axis and Y-axis directions are rotation angles from the reference position of the electric motor. The distance Lz to the object surface is the light receiving position of the reflected laser light at the line sensor, and the reflected light amount Lzs from the object surface is the light receiving width of the reflected laser light at the line sensor.
これらの3次元形状測定装置20A,20B,20Cには、コントローラ31および3次元画像データ処理装置32が接続されている。コントローラ31は、キーボードからなる入力装置33からの指示に従って3次元形状測定装置20A,20B,20Cの作動を制御する。また、コントローラ31は、入力装置33からの指示に従って3次元画像データ処理装置32の作動を制御するとともに、同入力装置33にて入力されたデータを3次元画像データ処理装置32に供給する。
A
3次元画像データ処理装置32は、コンピュータ装置によって構成されて図2の座標変換係数演算プログラムおよび図3の合成立体形状表示プログラムの実行により、3次元形状測定装置20A,20B,20Cからの3次元画像に関する情報、具体的には、X軸方向への傾きθx、Y軸方向への傾きθy、物体表面までの距離Lzを入力して、測定対象空間内に位置する物体の3次元画像を任意の方向から見て表示可能な3次元画像データを生成するとともに、物体表面からの反射光量Lzsを入力して、測定対象空間内に位置する物体表面の前記微小エリアごとの反射光量を算出する。
The three-dimensional image
この3次元画像データ処理装置32には、表示装置34が接続されている。表示装置34は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、CRTディスプレイなどを備えており、3次元画像データ処理装置32からの3次元画像データに基づいて測定対象空間内に位置する物体の3次元画像を表示する。
A display device 34 is connected to the three-dimensional image
次に、このように構成した3次元画像生成装置の作動について説明する。作業者は、まず、基準物体40を基台10の適当な位置に配置する。基準物体40は、後述する座標変換係数を計算する際に基準となる物体であり、精密な直方体に形成されているとともに、各面の反射率がそれぞれ異なるように形成されている。図においては、この各面の反射率の違いを各面上の模様の違いによって表している。
Next, the operation of the three-dimensional image generation apparatus configured as described above will be described. The worker first places the
この基準物体40の各面にレーザ光を照射した場合における各面からの反射光の光量は事前に作業者により認識されており、3次元画像データ処理装置32の記憶装置に識別パラメータとして予め記憶されている。この場合、作業者により基準物体40の各面のうち3つの面が基準面として特定されており、この3つの基準面からの各反射光の光量が基準面データとしての基準反射光量として3次元画像データ処理装置32の記憶装置に記憶されている。ここで基準物体40の各面から特定される3つの基準面とは、後述する座標変換係数を計算する際にそれぞれ基準となる面であり、基準物体40の各面のうち互いに隣り合う3つの面が作業者により予め選定される。なお、この3つの基準面は、基準物体40の各面のうち3つの面による頂点の座標値が得られる面であれば、どのような面の組み合わせであってもよいが、同頂点の座標値を精度よく得るためには、互いに隣り合う3つの面であることが望ましい。また、この基準物体40の互いに対向する各面間の距離も作業者により事前に認識されており、3次元画像データ処理装置32の記憶装置に予め記憶されている。この基準物体40は、基準物体40の各面のうちの互いに隣り合ういずれか3つの面が3次元形状測定装置20A,20B,20Cにそれぞれ面する向きで基台10上に配置される。
When each surface of the
次に、作業者は、入力装置33を操作して座標変換係数の演算を指示する。この座標変換係数の演算の指示は、コントローラ31を介して3次元画像データ処理装置32に伝達され、3次元画像データ処理装置32は、図2の座標変換係数演算プログラムの実行をステップS10に開始して、ステップS12にて、3次元形状測定装置20A,20B,20Cによる測定情報の入力を待つ。
Next, the operator operates the
3次元形状測定装置20A,20B,20Cは、コントローラ31によって制御され、測定対象空間内に配置された基準物体40の3次元立体形状の測定を開始するとともに、基準物体40の表面形状を表す情報および基準物体40の表面からの反射光の光量を表す情報を3次元画像データ処理装置32にそれぞれ出力する。すなわち、基準物体40の表面を微小エリアずつに分割した各分割エリア位置を表すX,Y,Z座標に関する情報(具体的には、傾きθx,θyおよび距離Lz)および基準物体40の物体表面からの反射光の光量に関する情報(具体的には、反射光量Lzs)をそれぞれ出力する。したがって、3次元画像データ処理装置32は、ステップS12にて、3次元形状測定装置20A,20B,20Cから出力された前記X,Y,Z座標に関する情報および基準物体40の物体表面からの反射光の光量に関する情報を入力する。
The three-dimensional
次に、3次元画像データ処理装置32は、ステップS14にて、前記入力した3次元形状測定装置20A,20B,20CからのX,Y,Z座標に関する情報および基準物体40の物体表面からの反射光の光量に関する情報に基づいて、測定対象空間内に位置する基準物体40の3次元表面形状を表す立体形状データ群を3次元形状測定装置20A,20B,20Cごとにそれぞれ計算する。すなわち、3次元形状測定装置20A,20B,20Cによって規定される3種類の各座標系A,B,Cでの基準物体40の表面を微小エリアずつに分割した各分割エリア位置をそれぞれ3次元で表現する3次元座標データと、この3次元座標データに前記微小エリアずつに分割した各分割エリア位置ごとの反射光の光量を表す反射光量データを対応させた多数のデータセットの集合を計算し、3組の立体形状データ群Da,Db,Dcを得る。この3組の立体形状データ群Da,Db,Dcは各座標系A,B,Cにおける各座標値X,Y,Zおよび各反射光量Qで表される。具体的には、立体形状データ群Da,Db,Dcを構成する各データセットは、(xa,ya,za,qa),(xb,yb,zb,qb),(xc,yc,zc,qc)でそれぞれ表される。
Next, in step S14, the three-dimensional image
次に、3次元画像データ処理装置32は、ステップS16にて、各座標系A,B,Cに対応した立体形状データ群Da,Db,Dcのそれぞれに対して、3次元形状測定装置20A,20B,20Cにそれぞれ面した基準物体40の互いに隣り合ういずれか3つの面、すなわち3次元形状測定装置20A,20B,20Cによってそれぞれ測定された基準物体40の3つの測定面をそれぞれ表す3つのサブ立体形状データ群を抽出する。具体的には、3次元画像データ処理装置32に予め記憶されている基準物体40の各面からの反射光量データと一致するまたは所定の判別値内にある前記立体形状データ群Da,Db,Dcを構成するデータセット中の反射光量Q(qa,qb,qc)ごとに、各座標値(xa,ya,za),(xb,yb,zb),(xc,yc,zc)を分類する。この場合、3次元形状測定装置20A,20B,20Cにそれぞれ面した基準物体40の3つの測定面に対応して、9組のサブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3,Db1,Db2,Db3,Dc1,Dc2,Dc3がそれぞれ生成される。
Next, in step S16, the three-dimensional image
次に、3次元画像データ処理装置32は、ステップS18にて、前記9組のサブ立体形状データ群によりそれぞれ表された基準物体40の3つの測定面における各法線ベクトルおよび同3つの面の頂点の座標値をそれぞれ計算する。具体的に説明すると、直方体に形成されている基準物体40の各表面は、下記数1によって表され、基準物体40の表面に関する点群(各点群は、座標値x,y,zで表される)は、下記数1の平面に関する式を満足するはずである。
Next, in step S18, the three-dimensional image
したがって、前記ステップS16の処理によって抽出した9組のサブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3,Db1,Db2,Db3,Dc1,Dc2,Dc3に対して、各サブ立体形状データ群ごとに同サブ立体形状データ群を構成する点群(xi,yi,zi)(i=1〜n)を前記数1の左辺に代入にて、その値の2乗和が最小となるa,b,c,dを最小2乗法を用いて計算し、同サブ立体形状データ群が表す基準物体40の3つの測定面の各平面の式をそれぞれ求める。これらの平面の式におけるa,b,cが、それぞれのサブ立体形状データ群によって表される基準物体40の3つの測定面の法線ベクトル(αa1,βa1,γa1),(αa2,βa2,γa2),(αa3,βa3,γa3),(αb1,βb1,γb1),(αb2,βb2,γb2),(αb3,βb3,γb3),(αc1,βc1,γc1),(αc2,βc2,γc2),(αc3,βc3,γc3)である。また、各座標系A,B,Cにおけるそれぞれの基準物体40の3つの測定面に対応した3つの平面の式によりそれぞれ連立方程式を立て、これらの連立方程式を解くことによって、各座標系A,B,Cにおけるそれぞれの基準物体40の3つの測定面の頂点の座標値(Xa,Ya,Za),(Xb,Yb,Zb),(Xc,Yc,Zc)を求めることができる。
Therefore, for the nine sets of sub-stereoscopic shape data groups Da1, Da2, Da3, Db1, Db2, Db3, Dc1, Dc2, and Dc3 extracted by the processing of step S16, the same sub-stereoscopic shape data group is obtained for each sub-stereoscopic shape data group. By substituting the point group (xi, yi, zi) (i = 1 to n) constituting the shape data group into the left side of the equation 1, a, b, c, d that minimizes the square sum of the values. Are calculated using the least squares method, and the respective plane equations of the three measurement surfaces of the
次に、3次元画像データ処理装置32は、ステップS20にて、各座標系A、B,Cにおけるそれぞれの基準物体40の3つの基準面の各法線ベクトルおよび同3つの基準面の頂点の座標値を計算する。この基準物体40の3つの基準面の各法線ベクトルおよび同3つの基準面の頂点の座標値を計算する処理は、次のサブステップ1〜4の処理からなり、これらのサブステップ1〜4の処理が9組のサブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3,Db1,Db2,Db3,Dc1,Dc2,Dc3ごとに繰り返し実行されて、9組の法線ベクトルPa1,Pa2,Pa3,Pb1,Pb2,Pb3,Pc1,Pc2,Pc3および3つの頂点の座標値Ta,Tb,Tcが計算される。これら9組の法線ベクトルPa1,Pa2,Pa3,Pb1,Pb2,Pb3,Pc1,Pc2,Pc3および3つの頂点の座標値Ta,Tb,Tcは、3次元形状測定装置20A,20B,20Cによって規定される3種類の座標系A,B,Cにおいて、基準物体40の3つの基準面の法線ベクトルを表すデータセット(α,β,γベクトル成分)および同3つの基準面の頂点を表すデータセット(X,Y,Z座標値)である。なお、以下に示すサブステップ1〜4の処理においては、座標系A、すなわちサブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3から基準物体40の3つの基準面の法線ベクトルPa1,Pa2,Pa3および同3つの基準面の頂点の座標値Taを計算する処理を例として説明する。
Next, in step S20, the three-dimensional image
サブステップ1:サブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3によりそれぞれ表される基準物体40の3つの測定面が、それぞれ基準物体40の3つの基準面のうちのいずれか1つに該当するかを判定する。具体的には、各サブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3ごとに、同サブ立体形状データ群中における反射光量Qの値(qa1,qa2,qa3)と3次元画像データ処理装置32に予め記憶されている基準物体40の3つの基準面の各基準反射光量データとをそれぞれ比較する。この場合、3つの基準反射光量データのうちのいずれか1つの基準反射光量データと一致するまたは所定の判別値内にある反射光量Qの値(qa1,qa2,qa3)を含むサブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3が表す測定面を、基準物体40の3つの基準面のうちの1つの基準面であると判定する。そして、この基準面と判定されたサブ立体形状データ群によって表される測定面の法線ベクトルを、該当する基準面の法線ベクトルPa1,Pa2,Pa3とする。一方、サブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3が表す3つの測定面の中に、3つの基準面のいずれとも一致しない面がある場合には、3つの基準面に対応する3つの法線ベクトルが得られないため不足している基準面の法線ベクトルを取得するためにサブステップ2の処理を実行する。
Sub-step 1: Whether the three measurement surfaces of the
サブステップ2:基準物体40の3つの基準面のいずれとも一致しないサブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3が表す3つの測定面における法線ベクトルの符号を反転し、不足している基準面の法線ベクトルPa1,Pa2,Pa3とする。基準物体40は、直方体に形成されているとともに、3つの基準面は互いに隣り合うように選定されているため、ある測定面が3つの基準面のいずれでもない場合、この測定面の反対側の面は必ず3つの基準面のうちの1つであるから、基準物体40が精密な直方体であれば、すなわちこの測定面とその反対側の基準面が平行な関係にあれば同測定面における法線ベクトルの符号を反転させることにより、同測定面の反対側の基準面の法線ベクトルを取得することができる。
Sub-step 2: The signs of the normal vectors in the three measurement planes represented by the sub three-dimensional shape data groups Da1, Da2, Da3 that do not coincide with any of the three reference planes of the
サブステップ3:サブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3を用いて、基準物体40の3つの基準面の頂点の座標値を計算する。具体的には、サブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3によって表される3つの測定面がすべて基準物体40の基準面である場合には、前記ステップS18にて計算された基準物体40の3つの面の頂点の座標値(Xa,Ya,Za)を基準物体40の3つの基準面の頂点の座標値Taとする。一方、サブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3が表す3つの測定面の中に3つの基準面のいずれとも一致しない面がある場合には、3つの基準面における頂点の座標値を計算するためにサブステップ4に進む。
Sub-step 3: The coordinate values of the vertices of the three reference planes of the
サブステップ4:サブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3が表す3つの測定面の頂点を、同3つの測定面と一致しない基準面の方向に同測定面と対向する基準面の距離だけ移動させることにより3つの基準面の頂点を得る。 Sub-step 4: Move the vertices of the three measurement surfaces represented by the sub three-dimensional shape data groups Da1, Da2, Da3 in the direction of the reference surface that does not coincide with the three measurement surfaces by the distance of the reference surface facing the measurement surface. Thus, the vertexes of the three reference planes are obtained.
このサブステップ4の処理を具体例を挙げて説明する。図4は、基準物体40を示している。図において、3つの基準面をA,D,Eとし、同基準面A,D,Eの頂点の座標値を(X’,Y’,Z’)とする。そして、3つの測定面をA,B,Cとし、同測定面A,B,Cの頂点の座標値を(X,Y,Z)とする。この場合、基準面A,D,Eのうち測定面A,B,Cと一致しない面は基準面Dおよび基準面Eであるから、測定面A,B,Cの頂点を測定面Bから基準面Dの方向に距離L1だけ移動させるとともに、その後測定面Cから基準面Eの方向に距離L2だけ移動させることによって基準面A,D,Eの頂点を求めることができる。すなわち、測定面A,B,Cの頂点の座標値(X,Y,Z)に、距離L1および距離L2を加算することにより基準面A,D,Eの頂点の座標値(X’,Y’,Z’)を得ることができる。この場合、測定面A,B,Cの頂点を2つの距離L1,L2だけ移動させる場合の方向、すなわち測定面A,B,Cの頂点の座標値(X,Y,Z)に加算する距離L1および距離L2の符号は、測定面Bおよび測定面Dの各法線ベクトルの反対方向のベクトル、すなわち基準面Dおよび基準面Eの法線ベクトルの向きにより決定することができる。したがって、基準面A,D,Eの頂点の座標値(X’,Y’,Z’)は下記数2により計算することができる。なお、下記数2において、(αd,βd,γd)は基準面Dの法線ベクトルであり、(αe,βe,γe)は基準面Eの法線ベクトルである。
The process of sub-step 4 will be described with a specific example. FIG. 4 shows the
すなわち、このサブステップ4では、前記サブステップ2により計算された基準面の法線ベクトルPa1,Pa2,Pa3について、前記数2に示す計算処理を実行する。この場合、座標値(X’,Y’,Z’)は、3つの基準面の頂点の座標値Taであり、座標値(X、Y,Z)は、前記ステップS18にて計算された基準物体40の3つの面の頂点の座標値(Xa,Ya,Za)であり、距離L1,L2は、3次元画像データ処理装置32に記憶されている基準物体40の互いに対向する各面間の距離データであり、法線ベクトル(αd,βd,γd),(αe,βe,γe)は、前記サブステップ2により計算された基準面の法線ベクトルPa1,Pa2,Pa3である。なお、3つの測定面のうち2つの測定面が基準面である場合、例えば、面A,C,Dが測定面であった場合には、測定面A,C,Dの頂点の座標値に距離L2のみを加算することにより基準面A,D,Eの頂点の座標値(X’,Y’,Z’)を得ることができる。このサブステップ3およびサブステップ4の処理により、基準物体40の3つの基準面の頂点の座標値Taを計算することができる。
That is, in this sub-step 4, the calculation process shown in the above equation 2 is executed for the normal vectors Pa1, Pa2, Pa3 of the reference plane calculated in the sub-step 2. In this case, the coordinate values (X ′, Y ′, Z ′) are the coordinate values Ta of the vertices of the three reference planes, and the coordinate values (X, Y, Z) are the reference values calculated in step S18. The coordinate values (Xa, Ya, Za) of the vertices of the three surfaces of the
なお、3次元形状測定装置20A,20B,20Cのそれぞれが基準物体の3つの基準面を測定した場合には、このステップS20のサブステップ2〜4の処理はスキップされる。例えば、3次元形状測定装置20A,20B,20Cを互いに僅かに異なる位置に配置するとともに、この3次元形状測定装置20A,20B,20Cに基準物体40の3つの基準面が面するように配置して測定した場合などである。
When each of the three-dimensional
次に、3次元画像データ処理装置32は、ステップS22にて、座標変換係数の計算処理を実行する。この座標変換係数の計算処理は、1つの座標系の立体形状データ群を他の座標系の立体形状データ群に変換するための変換係数を計算するものである。本実施形態においては、座標系A(3次元形状測定装置20Aの座標系)を基準座標系とし、座標系B(3次元形状測定装置20Bの座標系)および座標系C(3次元形状測定装置20Cの座標系)の各座標値を前記基準座標系である座標系Aにおける座標値に変換する。
Next, in step S22, the three-dimensional image
このステップS22による座標変換係数の計算処理に先立ち、座標変換について簡単に説明しておく。X,Y,Z座標からなる第1座標系と、同第1座標系をX軸、Y軸およびZ軸回りにそれぞれθx,θy,θzだけ回転させるとともに、同第1座標系の原点をX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向にそれぞれa,b,cだけ移動させた第2座標系を想定する。第1座標系における1つのベクトルを(αa,βa,γa)とするとともに、同第1座標系における一点の座標値を(xa,ya,za)とする。また、第2座標における前記1つのベクトルを(αb,βb,γb)とするとともに、同第2座標における前記一点の座標値を(xb,yb,zb)とすると、ベクトルの場合、下記数3が成立するとともに、座標値の場合、下記数4が成立する。なお、この場合、ベクトル(αa,βa,γa)とベクトル(αb,βb,γb)は、その大きさが同じとする。 Prior to the coordinate conversion coefficient calculation processing in step S22, the coordinate conversion will be briefly described. A first coordinate system composed of X, Y, and Z coordinates and the first coordinate system are rotated by θx, θy, and θz about the X, Y, and Z axes, respectively, and the origin of the first coordinate system is set to X Assume a second coordinate system moved by a, b, and c in the axial direction, Y-axis direction, and Z-axis direction, respectively. One vector in the first coordinate system is (αa, βa, γa), and the coordinate value of one point in the first coordinate system is (xa, ya, za). When the one vector in the second coordinate is (αb, βb, γb) and the coordinate value of the one point in the second coordinate is (xb, yb, zb), In the case of coordinate values, the following equation 4 is established. In this case, it is assumed that the vector (αa, βa, γa) and the vector (αb, βb, γb) have the same size.
このステップS22の座標変換係数の計算は、前記数3および数4中の行列値g11,g12,g13,g21,g22,g23,g31,g32,g33およびベクトル値a,b,cを計算することを意味する。まず、座標系B(3次元形状測定装置20Bの座標系)における座標値(xb,yb,zb)を、基準座標系である座標系A(3次元形状測定装置20Aの座標系)における座標値(xa,ya,za)に変換するための座標変換係数を計算する。基準物体40の3つの基準面の各法線ベクトルおよび同3つの基準面の頂点の座標値に対応した座標系AにおけるデータセットPa1,Pa2,Pa3,Taを(α’a1,β’a1,γ’a1),(α’a2,β’a2,γ’a2),(α’a3,β’a3,γ’a3),(Xa,Ya,Za)とし、同基準物体40の3つの基準面の各法線ベクトルおよび同3つの基準面の頂点の座標値に対応した座標系BにおけるデータセットPb1,Pb2,Pb3,Tbを(α’b1,β’b1,γ’b1),(α’b2,β’b2,γ’b2),(α’b3,β’b3,γ’b3),(Xb,Yb,Zb)とすると、下記数5〜8の関係が成立する。
The calculation of the coordinate conversion coefficient in step S22 is to calculate the matrix values g11, g12, g13, g21, g22, g23, g31, g32, g33 and vector values a, b, c in the equations 3 and 4. Means. First, the coordinate values (xb, yb, zb) in the coordinate system B (the coordinate system of the three-dimensional
この前記数5〜7の連立方程式を解くことにより、行列値g11,g12,g13,g21,g22,g23,g31,g32,g33を計算することができる。そして、この計算された行列値g11,g12,g13,g21,g22,g23,g31,g32,g33を前記数8に代入すればベクトル値a,b,cを計算できる。これにより、座標系B(3次元形状測定装置20Bの座標系)における座標値(xb,yb,zb)を、基準座標系である座標系A(3次元形状測定装置20Aの座標系)における座標値(xa,ya,za)に変換するための座標変換係数が計算される。なお、座標系Aにおける法線ベクトルと座標系Bにおける法線ベクトルの大きさが異なる場合には、下記数9〜11の各係数K1,K2,K3を計算する。
The matrix values g11, g12, g13, g21, g22, g23, g31, g32, g33 can be calculated by solving the simultaneous equations of Formulas 5-7. The vector values a, b, and c can be calculated by substituting the calculated matrix values g11, g12, g13, g21, g22, g23, g31, g32, and g33 into the equation (8). As a result, the coordinate values (xb, yb, zb) in the coordinate system B (the coordinate system of the three-dimensional
この前記数9〜11に示される各係数K1,K2,K3を、座標系Bにおける法線ベクトルに掛けてK1(α’b1,β’b1,γ’b1),K2(α’b2,β’b2,γ’b2),K3(α’b3,β’b3,γ’b3)として、前記数5〜8の連立方程式を解くことにより、行列値g11,g12,g13,g21,g22,g23,g31,g32,g33および行列値a,b,cを計算して、同様に座標変換係数を計算することができる。 The coefficients K1, K2, and K3 shown in Equations 9 to 11 are multiplied by the normal vector in the coordinate system B to obtain K1 (α′b1, β′b1, γ′b1), K2 (α′b2, β The matrix values g11, g12, g13, g21, g22, g23 are solved by solving the simultaneous equations of Equations 5 to 8 as' b2, γ'b2), K3 (α'b3, β'b3, γ'b3). , G31, g32, g33 and matrix values a, b, c can be calculated in the same manner to calculate the coordinate conversion coefficient.
次に、座標系C(3次元形状測定装置20Cの座標系)における座標値(xc,yc,zc)を、基準座標系である座標系A(3次元形状測定装置20Aの座標系)における座標値(xa,ya,za)に変換するための座標変換係数を計算する。この場合、基準物体40の3つの基準面の各法線ベクトルおよび同3つの基準面の頂点の座標値に対応した座標系BにおけるデータセットPb1,Pb2,Pb3,Tbをそれぞれ表すベクトル(α’b1,β’b1,γ’b1),(α’b2,β’b2,γ’b2),(α’b3,β’b3,γ’b3),(Xb,Yb,Zb)に代えて、同基準物体40の3つの基準面の各法線ベクトルおよび同3つの基準面の頂点の座標値に対応した座標系CにおけるデータセットPc1,Pc2,Pc3,Tcをそれぞれ表すベクトル(α’c1,β’c1,γ’c1),(α’c2,β’c2,γ’c2),(α’c3,β’c3,γ’c3),(Xc,Yc,Zc)を用いて、前記数5〜8を用いた計算と同様な計算により、座標系Cにおける座標値(xc,yc,zc)を、基準座標系である座標系A(3次元形状測定装置20Aの座標系)における座標値(xa,ya,za)に変換するための座標変換係数が計算される。
Next, the coordinate values (xc, yc, zc) in the coordinate system C (the coordinate system of the three-dimensional
なお、座標系Aにおける法線ベクトルと座標系Cにおける法線ベクトルの大きさが異なる場合においても、前記数9〜11を用いた計算と同様な計算により、各係数K1,K2,K3を計算し、これらの各係数K1,K2,K3を、座標系Cにおける法線ベクトルに掛けてK1(α’c1,β’c1,γ’c1),K2(α’c2,β’c2,γ’c2),K3(α’c3,β’c3,γ’c3)として、前記数5〜8の連立方程式を解くことにより、行列値g11,g12,g13,g21,g22,g23,g31,g32,g33および行列値a,b,cを計算して、同様に座標変換係数を計算することができる。そして、ステップS24にて、この座標変換係数演算プログラムの実行が終了される。 Even when the normal vector in the coordinate system A and the normal vector in the coordinate system C are different in size, the coefficients K1, K2, and K3 are calculated by the same calculation as that using the equations 9-11. These coefficients K1, K2, and K3 are multiplied by normal vectors in the coordinate system C to obtain K1 (α′c1, β′c1, γ′c1), K2 (α′c2, β′c2, γ ′). c2), K3 (α′c3, β′c3, γ′c3), the matrix values g11, g12, g13, g21, g22, g23, g31, g32, By calculating g33 and matrix values a, b, and c, a coordinate conversion coefficient can be calculated in the same manner. In step S24, the execution of the coordinate conversion coefficient calculation program is terminated.
この座標変換系数演算プログラムの実行後、作業者は、基準物体40を基台10から取り除いて、図5に示すように、同基台10上に測定対象物50を配置する。そして、入力装置33を操作して測定対象物50の立体表示を指示する。これに応答して、3次元画像データ処理装置32は、図3の合成立体形状表示プログラムの実行をステップS30にて開始して、ステップS32にて測定対象物50の3次元立体形状を表す測定情報の入力を待つ。一方、3次元形状測定装置20A,20B,20Cは、コントローラ31によって制御され、測定対象物50の3次元立体表面形状の測定を開始する。そして、3次元形状測定装置20A,20B,20Cが測定対象物50の測定を終了すると、測定結果を表す情報を3次元画像データ処理装置32に出力する。
After the execution of the coordinate conversion system number calculation program, the operator removes the
3次元画像データ処理装置32は、ステップS32にて、前述したステップS12の処理と同様にして3次元画像データ処理装置32からの測定情報を入力する。なお、この場合、3次元形状測定装置20A,20B,20Cからは、測定対象物50の表面からの反射光の光量を表す情報も出力されるが、同情報は測定対象物50の立体表示には不要であるので3次元画像データ処理装置32は同情報の入力を無視する。そして、ステップS34にて前述したステップS14の処理と同様にして、3次元形状測定装置20A,20B,20Cごとに、各測定情報に基づいて測定対象物50に関する3組の立体形状データ群Da,Db,Dcを得る。この3組の立体形状データ群Da,Db,Dcもそれぞれ座標系A,B,CによるX,Y,Z座標値で表されたもので、立体形状データ群Da,Db,Dcを構成する各データセットは、(xa,ya,za),(xb,yb,zb),(xc,yc,zc)で表される。
In step S32, the three-dimensional image
次に、ステップS36にて、前記座標変換係数演算プログラムの実行によって計算した座標演算係数(すなわち、行列値g11,g12,g13,g21,g22,g23,g31,g32,g33とベクトル値a,b,c)を用いて、座標系BおよびCの立体形状データ群Db,Dcを座標系Aの立体形状データ群Db’,Dc’にそれぞれ変換する。この場合、前述した数4の演算の実行によって変換は行われる。 Next, in step S36, coordinate calculation coefficients (ie, matrix values g11, g12, g13, g21, g22, g23, g31, g32, g33 and vector values a, b calculated by executing the coordinate conversion coefficient calculation program). , C), the solid shape data groups Db and Dc in the coordinate systems B and C are converted into the solid shape data groups Db ′ and Dc ′ in the coordinate system A, respectively. In this case, the conversion is performed by executing the above-described calculation of Equation 4.
そして、ステップS38にて、3次元形状測定装置20Aで測定された座標系Aの立体形状データ群Daと、3次元形状測定装置20B,20Cでそれぞれ測定されるとともに座標系Aに変換された立体形状データ群Db’,Dc’を一組の立体形状データ群に合成する。この合成においては、全て立体形状データ群Da,Db’,Dc’が同一座標系A上の座標値で表されているので、3次元形状測定装置20A,20B,20Cのそれぞれによって測定されない測定対象物50の部分(3次元形状測定装置20A,20B,20Cに対して裏側に位置する測定対象物50の外表面)を表す立体形状データDa,Db’,Dc’が互いに補われ、一組のデータ群とされる。
In step S38, the three-dimensional shape data group Da of the coordinate system A measured by the three-dimensional
次に、3次元画像データ処理装置32は、ステップS40にて、前記合成された立体形状データ群を用いて表示装置34を制御して、測定対象物50を表示装置34にて立体表示させる。その後、ステップS42にて合成立体形状表示プログラムの実行を終了する。この測定対象物50の立体表示においては、作業者は入力装置33を操作することにより測定対象物50の表示方向を指示することができ、コントローラ31および3次元画像データ処理装置32は表示装置34にて表示される測定対象物50の表示方向を変更する。これにより、測定対象物50を任意の方向から見た立体画像を表示させることができる。
Next, in step S <b> 40, the three-dimensional image
また、新たな測定対象物50を基台10上に置いて、前述のように測定対象物50の表示を指示すれば、前記図3に示す合成立体形状表示プログラムの実行により、前記場合と同一の座標変換係数を用いて新たな測定対象物50を任意の方向から見た立体画像を表示装置34に表示させることができる。したがって、基準物体40を用いて基台10上の測定対象空間に関する座標変換係数を一度だけ計算しておけば、測定対象物50を次々に換えて表示34にて立体表示させることが可能である。
Further, when a
上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、直方体に形成された基準物体40の各面のうちから互いに隣り合う3つの基準面を予め選定しておき、座標変換係数演算プログラムの実行により、3次元形状測定装置20A,20B,20Cがそれぞれ測定した基準物体40の互いに隣り合う3つの測定面から、各座標系に基づいて前記3つの基準面における各法線ベクトルおよび同3つの基準面の頂点の座標値をそれぞれ計算している。そして、各座標系において共通である3つの基準面の各法線ベクトルおよび同3つの基準面の頂点の座標値を用いて、各座標系から基準座標系である座標系Aに基づく座標値に変換するための座標変換係数を計算するようにしている。
As can be understood from the above description of operation, according to the above embodiment, three reference surfaces adjacent to each other are selected in advance from the surfaces of the
したがって、上記実施形態によれば、作業者は、基準物体40を1回測定するだけで各座標系から基準座標系に座標変換する座標変換係数が自動的に計算されるため、座標変換係数を得る作業効率が良好となる。また、基準物体40を精密な直方体として形成しているので、3次元形状測定装置20A,20B,20Cにより測定された面が基準面でない場合でも複雑な計算を行うことなく基準面における法線ベクトルおよび3つの基準面の頂点座標値を迅速に計算することができ、更に作業効率を良好とすることができる。
Therefore, according to the above embodiment, the operator automatically calculates the coordinate conversion coefficient for coordinate conversion from each coordinate system to the reference coordinate system by measuring the
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形も可能である。以下、変形例について説明する。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention. Hereinafter, modified examples will be described.
a.第1変形例
上記実施形態においては、基準物体40として精密に形成された直方体を用いたが、各辺の長さおよび各面における他の各面との角度が予め認識されていれば、必ずしも精密に形成された直方体でなくてもよい。
a. First Modification In the above embodiment, a rectangular parallelepiped precisely formed is used as the
この場合、3次元画像データ処理装置32には、識別パラメータである基準物体40の各面にレーザ光を照射した場合における各面からの反射光の光量に関するデータに加えて、基準物体40の互いに対向する各面間の距離に代えて基準物体40の各辺の長さ、および基準物体40の各面における他の各面との角度が予め記憶されている。また、この基準物体40の3つの基準面それぞれに対して、4組の反射光量の組み合わせが前記3つの基準面、すなわち前記3つの基準面の各基準反射光量に対応させて3次元画像データ処理装置の記憶装置に記憶されている。これらの3つの基準面に対する各4組の反射光量の組み合わせは、各基準面にそれぞれ隣り合う4つの面のうち、互いに隣り合う2つの面の各反射光の光量を一対とする4組の反射光量の組み合わせである。
In this case, in the three-dimensional image
そして、上記実施形態におけるステップS20のサブステップ2およびサブステップ4の処理、すなわち基準物体40の3つの基準面の法線ベクトルおよび同3つの基準面の頂点を計算する処理を以下に示す処理に代える。
The processing of sub-step 2 and sub-step 4 of step S20 in the above embodiment, that is, the processing of calculating the normal vectors of the three reference planes of the
サブステップ2:上記実施形態におけるサブステップ1の処理において求められていない基準面の法線ベクトルを、サブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3を用いて計算する。具体的には、サブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3が表す3つの測定面のそれぞれの法線ベクトル(αa1,βa1,γa1),(αa2,βa2,γa2),(αa3,βa3,γa3)と3次元画像データ処理装置32に予め記憶されている基準物体40の各面間の角度データとを用いて同基準面の法線ベクトルを計算する。
Sub-step 2: The normal vector of the reference plane not obtained in the processing of sub-step 1 in the above embodiment is calculated using the sub-solid shape data groups Da1, Da2, Da3. Specifically, the normal vectors (αa1, βa1, γa1), (αa2, βa2, γa2), (αa3, βa3, γa3) of the three measurement surfaces represented by the sub three-dimensional shape data groups Da1, Da2, Da3 And the normal vector of the reference surface is calculated using the angle data between the surfaces of the
このサブステップ2の処理を具体例を挙げて説明する。図4は基準物体40を示しており、この基準物体40における基準面をA,D,Eとするとともに、サブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3が表す面、すなわち測定面をA,B,Cとする。この場合、測定面Aは、基準面Aであるので、計算しなければならない基準面の法線ベクトルは、基準面Dおよび基準面Eにおける法線ベクトルである。
This sub-step 2 process will be described with a specific example. FIG. 4 shows a
まず、基準面Dにおける法線ベクトルを計算する。基準物体40における測定面Aと基準面Dとがなす角度をθ1、測定面Bと基準面Dとがなす角度をθ2、測定面Cと基準面Dとがなす角度をθ3とすると、基準面Dの法線ベクトル(αd,βd、γd)と測定面A,B,Cのそれぞれの法線ベクトル(αa、βa、γa),(αb、βb、γb),(αc、βc、γc)とのベクトルの内積から下記数12が成立する。なお、この場合、基準面Dの法線ベクトルの大きさは「1」とする。
First, a normal vector in the reference plane D is calculated. When the angle between the measurement surface A and the reference surface D in the
前記数12に示される連立方程式を解くことにより、基準面Dの法線ベクトル(αd,βd、γd)を計算することができる。また、これと同様にして基準面Eにおける法線ベクトルを計算することができる。すなわち、基準物体40における測定面Aと基準面Eとがなす角度をθ4、測定面Bと基準面Eとがなす角度をθ5、測定面Cと基準面Eとがなす角度をθ6とすると、基準面Eの法線ベクトル(αe,βe、γe)と測定面A,B,Cのそれぞれの法線ベクトル(αa、βa、γa),(αb、βb、γb),(αc、βc、γc)とのベクトルの内積から下記数13が成立する。なお、この場合、基準面Eの法線ベクトルの大きさは「1」とする。
The normal vector (αd, βd, γd) of the reference plane D can be calculated by solving the simultaneous equations shown in Equation 12. Similarly, the normal vector in the reference plane E can be calculated. That is, if the angle between the measurement surface A and the reference surface E in the
前記数13に示される連立方程式を解くことにより、基準面Eの法線ベクトル(αe,βe、γe)を計算することができる。このようなサブステップ2の処理をサブステップ1の処理において求められていない基準面の法線ベクトルに対して行うことにより、基準物体40の3つの基準面の法線ベクトルPa1,Pa2,Pa3を計算することができる。なお、前記数12および数13においてθ1〜θ6は、3次元画像データ処理装置に予め記憶されている基準物体40の各面間の角度データである。
The normal vector (αe, βe, γe) of the reference plane E can be calculated by solving the simultaneous equations shown in the equation (13). By performing such sub-step 2 processing on the normal vectors of the reference surface not obtained in sub-step 1, the normal vectors Pa1, Pa2, Pa3 of the three reference surfaces of the
サブステップ4:上記実施形態におけるサブステップ3の処理において求められていない3つ基準面の頂点の座標値を、サブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3と、上記実施形態におけるステップS18にて計算した頂点の座標値(Xa,Ya,Za)と、3次元画像データ処理装置32に予め記憶されている基準物体40の各辺の長さデータとを用いて計算する。
Sub-step 4: The coordinate values of the vertices of the three reference planes that are not obtained in the process of sub-step 3 in the above embodiment are calculated in the sub solid shape data groups Da1, Da2, Da3 and in step S18 in the above-described embodiment. The calculated vertex coordinate values (Xa, Ya, Za) and the length data of each side of the
このサブステップ4の処理を具体例を挙げて説明する。図4において、3つの基準面A,D,Eの頂点の座標値を(X’,Y’,Z’)とし、測定面A,B,Cの頂点の座標値を(X、Y,Z)とする。この場合、基準面A,D,Eのうち測定面A,B,Cと一致しない面は基準面Dおよび基準面Eであるから、測定面A,B,Cの頂点を測定面Bから基準面Dの方向に基準面Aと基準面Cとから形成される辺acの長さL1だけ同辺ac上を移動させるとともに、その後、同頂点を測定面Cから基準面Eの方向に基準面Aと測定面Dとから形成される辺ceの長さL2だけ同辺ce上を移動させることによって基準面A,D,Eの頂点を求めることができる。 The process of sub-step 4 will be described with a specific example. In FIG. 4, the coordinate values of the vertices of three reference planes A, D, E are (X ′, Y ′, Z ′), and the coordinate values of the vertices of the measurement planes A, B, C are (X, Y, Z). ). In this case, since the reference surfaces A, D, and E that do not coincide with the measurement surfaces A, B, and C are the reference surface D and the reference surface E, the vertices of the measurement surfaces A, B, and C are referenced from the measurement surface B. The surface ac is moved on the same side ac by a length L1 of the side ac formed from the reference surface A and the reference surface C in the direction of the surface D, and then the same vertex is moved from the measurement surface C to the reference surface E in the direction of the reference surface. The vertexes of the reference planes A, D, and E can be obtained by moving on the side ce by the length L2 of the side ce formed from A and the measurement surface D.
すなわち、測定面A,B,Cの頂点の座標値(X、Y,Z)に、辺acの長さL1および辺ceの長さL2の長さを加算することにより基準面A,D,Eの頂点の座標値(X’,Y’,Z’)を得ることができる。この場合、測定面A,B,Cの頂点を2つの辺ac,ceの長さL1,L2だけ移動させる方向、すなわち測定面A,B,Cの頂点の座標値(X,Y,Z)に加算する距離L1および距離L2の符号は、これらの辺ac,ceをそれぞれの基準面D,Eに向かうベクトル(αac,βac,γac),(αce,βce,γce)とすれば、同ベクトル(αac,βac,γac),(αce,βce,γce)の向きにより決定することができる。したがって、前述した数2における基準面D,Eの各法線ベクトル(αd,βd,γd),(αd,βd,γd)をベクトル(αac,βac,γac),(αce,βce,γce)とすれば、下記数14に示すように前記数2と同様の式により3つの基準面の頂点の座標値を計算することができる。 That is, by adding the length L1 of the side ac and the length L2 of the side ce to the coordinate values (X, Y, Z) of the vertices of the measurement surfaces A, B, C, the reference planes A, D, The coordinate values (X ′, Y ′, Z ′) of the vertex of E can be obtained. In this case, the direction of moving the vertices of the measurement surfaces A, B, C by the lengths L1, L2 of the two sides ac, ce, that is, the coordinate values (X, Y, Z) of the vertices of the measurement surfaces A, B, C The signs of the distance L1 and the distance L2 to be added to are the same if the sides ac and ce are vectors (αac, βac, γac) and (αce, βce, γce) toward the reference planes D and E, respectively. It can be determined by the direction of (αac, βac, γac), (αce, βce, γce). Therefore, the normal vectors (αd, βd, γd) and (αd, βd, γd) of the reference planes D and E in Equation 2 described above are replaced with vectors (αac, βac, γac), (αce, βce, γce). Then, as shown in the following formula 14, the coordinate values of the vertices of the three reference planes can be calculated by the same formula as the formula 2.
この場合、ベクトル(αac,βac,γac),(αce,βce,γce)を特定するために3次元画像データ処理装置32に予め記憶されている4組の反射光量の組み合わせを用いる。
In this case, in order to specify the vectors (αac, βac, γac), (αce, βce, γce), four combinations of reflected light amounts stored in advance in the three-dimensional image
ここで、この4組の反射光量の組み合わせについて説明しておく。この4組の反射光量の組み合わせは、前述したように基準物体40の3つの各基準面にそれぞれ隣り合う各4つの面のうち、互いに隣り合う2つの面の各反射光の光量を一対とするものである。基準物体40のある面に互いに隣り合う各4つの面のうち、互いに隣り合う2つの面により形成される4つの辺は、同互いに隣り合う面の各法線ベクトルの外積によりそれぞれ表すことができる。例えば、図4において、基準面Dに互いに隣り合う4つの面A,C,E,Fのうち、互いに隣り合う2つの面、例えば面Aと面Cの各法線ベクトルa,cの外積「a×c」および「c×a」により辺acを表すことができる。これらの外積「a×c」,「c×a」のうち、基準面Dに向かう向きのベクトルは「c×a」である。
Here, the combination of the four sets of reflected light amounts will be described. As described above, the four sets of reflected light amounts are a pair of reflected light amounts of two surfaces adjacent to each other among the four surfaces adjacent to the three reference surfaces of the
すなわち4組の反射光量の組み合わせとは、3つの各基準面にそれぞれ向かう4つのベクトルを、各基準面にそれぞれ互いに隣り合う4つの面のうち、互いに隣り合う2つの面の各反射光量によって間接的に表したものである。図4においては、基準面Aにおける4組の反射光量の組み合わせは、「qc,qb」,「qb,qe」,「qe,qd」,「qd,qc」であり、基準面Dにおける4組の反射光量の組み合わせは、「qc,qa」,「qa,qe」,「qe,qf」,「qf,qc」であり、基準面Eにおける4組の反射光量の組み合わせは、「qa,qb」,「qb,qf」,「qf,qd」,「qd,qa」となる。なお、「q」は反射光量を表し、「a」〜「f」は各面「A」〜「F」を表している。 That is, the four sets of reflected light amounts are indirectly determined by the four vectors respectively directed to the three reference surfaces by the reflected light amounts of the two surfaces adjacent to each other among the four surfaces adjacent to the reference surfaces. It is a representation. In FIG. 4, the four sets of reflected light amounts on the reference plane A are “qc, qb”, “qb, qe”, “qe, qd”, “qd, qc”. The combinations of the reflected light amounts of “qc, qa”, “qa, qe”, “qe, qf”, and “qf, qc” are “qa, qb”. ”,“ Qb, qf ”,“ qf, qd ”,“ qd, qa ”. “Q” represents the amount of reflected light, and “a” to “f” represent each surface “A” to “F”.
この4組の反射光量の組み合わせを用いて、ベクトル(αac,βac,γac),(αce,βce,γce)を特定するには、まず、測定面A,B,Cの頂点を移動させる移動先である基準面D,Eを特定する。具体的には、測定面A,B,Cの各反射光量、すなわちサブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3中の各反射光量Qと、3次元画像データ処理装置32に記憶されている基準面A,D,Eの各基準反射光量とをそれぞれ比較して各反射光量Qと一致しない基準反射光量、すなわち基準面D,Eの基準反射光量を抽出する。これにより、測定面A,B,Cの頂点を移動させる移動先である基準面D,Eを特定することができる。次に、測定面A,B,Cの頂点と特定された基準面Dまたは基準面Eを結ぶ辺、すなわち、同頂点から基準面Dまたは基準面Eにそれぞれに向かうベクトルをそれぞれ特定する。
In order to specify the vectors (αac, βac, γac), (αce, βce, γce) using the combination of the four sets of reflected light amounts, first, the movement destination for moving the vertices of the measurement surfaces A, B, and C The reference planes D and E are specified. Specifically, each reflected light amount of the measurement surfaces A, B, C, that is, each reflected light amount Q in the sub three-dimensional shape data groups Da1, Da2, Da3, and the reference surface stored in the three-dimensional image
まず、測定面A,B,Cの頂点から基準面Dに向かうベクトル(αac,βac,γac)を特定する。3次元画像データ処理装置32に記憶されている基準面Dの基準反射光量に対応した4組の反射光量の組み合わせ(「qc,qa」,「qa,qe」,「qe,qf」,「qf,qc」)の中から測定面A,B,Cのうちのいずれか2つの反射光量を有する組み合わせを選定する。この場合、「qc,qa」の組み合わせが選定される。そして、反射光量qc,qaにそれぞれ対応する測定面Cおよび基準面Aの法線ベクトルc,aの外積を「qc,qa」の関係で、すなわち「c×a」により計算することにより基準面Dに向かうベクトル(αac,βac,γac)が得られる。
First, vectors (αac, βac, γac) from the vertices of the measurement surfaces A, B, C to the reference surface D are specified. Four sets of reflected light amounts (“qc, qa”, “qa, qe”, “qe, qf”, “qf”) corresponding to the reference reflected light amount of the reference surface D stored in the three-dimensional image
次に、測定面A,Cおよび基準面Dの頂点から基準面Eに向かうベクトル(αae,βae,γae)を特定する。ここで測定面A,Cおよび基準面Dの頂点を基点とするのは、前記基準面Dに向かうベクトル(αac,βac,γac)により測定面A,Cおよび基準面Dの頂点が得られているからである。したがって、先に測定面A,B,Cの頂点から基準面Eに向かうベクトルを計算した場合には、次に計算するベクトルは測定面A,Bおよび基準面Eの頂点から基準面Dに向かうベクトルである。 Next, vectors (αae, βae, γae) from the vertices of the measurement surfaces A and C and the reference surface D to the reference surface E are specified. Here, the vertices of the measurement surfaces A and C and the reference surface D are used as the base points because the vertices of the measurement surfaces A and C and the reference surface D are obtained by the vectors (αac, βac, γac) toward the reference surface D. Because. Therefore, when the vector from the vertexes of the measurement planes A, B, and C to the reference plane E is calculated first, the vector to be calculated next is from the vertices of the measurement planes A and B and the reference plane E to the reference plane D. Is a vector.
3次元画像データ処理装置32に記憶されている基準面Eの基準反射光量に対応した4組の反射光量の組み合わせ(「qa,qb」,「qb,qf」,「qf,qd」,「qd,qa」)の中から測定面A,Cおよび基準面Dのうちのいずれか2つの反射光量を有する組み合わせを選定する。この場合、「qd,qa」の組み合わせが選定される。そして、反射光量qd,qaにそれぞれ対応する測定面Dおよび基準面Aの法線ベクトルd,aの外積を「qd,qa」の関係で、すなわち「d×a」により計算することにより基準面Eに向かうベクトル(αce,βce,γce)が得られる。このようにして計算されたベクトル(αac,βac,γac),(αce,βce,γce)を前記数14に代入して上記実施形態におけるサブステップ4と同様に計算することによって、基準物体40の3つの基準面の頂点の座標値Taを計算することができる。
Four sets of reflected light amounts (“qa, qb”, “qb, qf”, “qf, qd”, “qd”) corresponding to the reference reflected light amount of the reference surface E stored in the three-dimensional image
b.第2変形例
上記実施形態においては、基準物体40の各面のうち互いに隣り合う3つの面を基準面として予め選定しておき、3次元形状測定装置20A,20B,20Cの各座標系においてそれぞれ3つの基準面における各法線ベクトルおよび同3つの基準面の頂点の座標値を計算し、これら各座標系における同各法線ベクトルおよび同頂点の座標値を用いて、各座標系における座標値を基準座標系における座標値に変換するための座標変換係数を計算した。しかし、これらの予め選定された3つの基準面の各法線ベクトルおよび同3つの基準面の頂点の座標値に代えて、基準物体40の各面における法線ベクトルおよび基準物体40の各3つの面から形成される頂点の座標値を用いて座標変換係数を計算することもできる。
b. Second Modification In the above-described embodiment, three surfaces adjacent to each other of the surfaces of the
この場合、3次元画像データ処理装置32には、識別パラメータである基準物体40の各面にレーザ光を照射した場合における各面からの反射光の光量に関するデータに加えて、これらの各面の反射光量データに対応して各面の法線ベクトルを表すデータ、および基準物体40の各3つの面から形成される頂点の座標値が同3つの面の各反射光量データの組み合わせに対応して予め記憶されている。なお、これらの座標値は基準物体40が直方体であるので、各面の法線ベクトルは6つ存在し、各3つの面から形成される頂点の座標値は8つ存在する。また、各面の法線ベクトルおよび各3つの面から形成される頂点の座標値は、基準物体40を特定するために予め任意に定めた座標系Dに基づくものである。例えば、この座標系Dは、基準物体40の1つの頂点を3次元座標における原点とするとともに、前記頂点を交点とする基準物体40の3つの辺をX,Y、Z軸とする座標系であるが、いかなる座標系を採用してもよい。そして、図2の座標変換係数演算プログラムにおけるステップS20の処理を破線で示すステップS20’の処理に代えるとともに、ステップS22における処理を以下に示す処理に代える。
In this case, the three-dimensional image
3次元画像データ処理装置32は、ステップS20’にて、ステップS18により計算した9組のサブ立体形状データ群Da1,Da2,Da3,Db1,Db2,Db3,Dc1,Dc2,Dc3によりそれぞれ表される基準物体40の3つの測定面に対応する基準座標系である座標系Dにおける基準物体40の各面の各法線ベクトルおよび同3つの面の頂点の座標値を読み込む。
In step S20 ′, the three-dimensional image
具体的には、9組のサブ立体形状データ群中における各反射光量Qと3次元画像データ処理装置32に予め記憶されている基準物体40の各面の反射光量データとをそれぞれ比較する。そして、9組のサブ立体形状データ群中における各反射光量Qと一致するまたは所定の判別値内にある基準物体40の各面の反射光量データを抽出し、同反射光量データに対応して記憶されているベクトルデータ、すなわち同反射光量データに対応する面の法線ベクトルデータをそれぞれ9組の法線ベクトルPd1,Pd2,Pd3,Pd4,Pd5,Pd6,Pd7,Pd8,Pd9として読み込む。
Specifically, each reflected light quantity Q in the nine sets of sub-stereoscopic shape data groups is compared with the reflected light quantity data of each surface of the
また、9組のサブ立体形状データ群中における各座標系A,B,Cごとの3つの反射光量Qの組み合わせと3次元画像データ処理装置32に予め記憶されている各3つの面の反射光量データの組み合わせとをそれぞれ比較する。そして、9組のサブ立体形状データ群中における各座標系A,B,Cごとの3つの反射光量Qの組み合わせと一致する反射光量データの組み合わせを抽出し、同反射光量データの組み合わせに対応して記憶されている座標値、すなわち3つの反射光量データの組み合わせに対応する3つの面の頂点の座標値をそれぞれ3つの頂点の座標値Td1,Td2,Td3として読み込む。
Further, the combination of the three reflected light amounts Q for each of the coordinate systems A, B, and C in the nine sets of sub-three-dimensional shape data groups and the reflected light amounts of the three surfaces stored in the three-dimensional image
次に、3次元画像データ処理装置32は、ステップS22にて、座標変換係数の計算処理を実行する。この計算処理は、上記実施形態と同様に前述した数3および数4の行列値g11,g12,g13,g21,g22,g23,g31,g32,g33および行列値a,b,cを計算することを意味する。まず、座標系A(3次元形状測定装置20Aの座標)における座標値(xa,ya,za)を、基準座標系である座標系Dにおける座標値(xd,yd,zd)に変換するための座標変換係数を計算する。前記ステップS20にて読み出された座標系Aに対応する座標系DにおけるデータセットPd1,Pd2,Pd3,Td1を(αd1,βd1,γd1),(αd2,βd2,γd2),(αd3,βd3,γd3),(Xd1,Yd1,Zd1)とし、上記実施形態におけるステップS18にて計算した座標系Aにおける基準物体40の3つの測定面の各法線ベクトルおよび同3つの測定面の頂点の座標値を表すデータセット(αa1,βa1,γa1),(αa2,βa2,γa2),(αa3,βa3,γa3),(Xa,Ya,Za)とすると、下記数15〜18の関係が成立する。
Next, in step S22, the three-dimensional image
この数15〜17の連立方程式を解くことにより、行列値g11,g12,g13,g21,g22,g23,g31,g32,g33を計算することができる。そして、この計算された行列値g11,g12,g13,g21,g22,g23,g31,g32,g33を前記数18に代入して連立方程式を解くことによりベクトル値a,b,cを計算できる。これにより、座標系A(3次元形状測定装置20Aの座標系)における座標値(xa,ya,za)を、基準座標系である座標系Dにおける座標値(xd,yd,zd)に変換するための座標変換係数が計算される。
The matrix values g11, g12, g13, g21, g22, g23, g31, g32, and g33 can be calculated by solving the simultaneous equations of Formulas 15-17. The calculated matrix values g11, g12, g13, g21, g22, g23, g31, g32, and g33 are substituted into the equation 18 to solve the simultaneous equations, thereby calculating the vector values a, b, and c. Thereby, the coordinate value (xa, ya, za) in the coordinate system A (the coordinate system of the three-dimensional
次に、座標系B(3次元形状測定装置20Bの座標)における座標値(xb,yb,zb),を、基準座標系である座標系Dにおける座標値(xd,yd,zd)に変換に変換するための座標変換係数を計算する。この場合、座標系Aに対応した座標系DにおけるデータセットPd1,Pd2,Pd3,Td1をそれぞれ表す(αd1,βd1,γd1),(αd2,βd2,γd2),(αd3,βd3,γd3),(Xd1,Yd1,Zd1)に代えて、同じく前記ステップS20’にて読み出された座標系Bに対応した座標系DにおけるデータセットPd4,Pd5,Pd6,Td2を(αd4,βd4,γd4),(αd5,βd5,γd5),(αd6,βd6,γd6),(Xd2,Yd2,Zd2)を用いるとともに、座標系Aにおける基準物体40の3つの測定面の各法線ベクトルおよび同3つの測定面の頂点の座標値を表すデータセット(αa1,βa1,γa1),(αa2,βa2,γa2),(αa3,βa3,γa3),(Xa,Ya,Za)に代えて、同じくステップS18にて計算した座標系Bにおける基準物体40の3つの測定面の各法線ベクトルおよび同3つの測定面の頂点の座標値を表すデータセット(αb1,βb1,γb1),(αb2,βb2,γb2),(αb3,βb3,γb3),(Xb,Yb,Zb)を用いて、前記数15〜18を用いた計算と同様な計算により、座標系Bにおける座標値(xb,yb,zb)を、基準座標系である座標系Dにおける座標値(xd,yd,zd)に変換するための座標変換係数が計算される。
Next, the coordinate values (xb, yb, zb) in the coordinate system B (the coordinates of the three-dimensional
次に、座標系C(3次元形状測定装置20Cの座標)における座標値(xc,yc,zc)を、基準座標系である座標系Dにおける座標値(xd,yd,zd)に変換に変換するための座標変換係数を計算する。この場合も、前記数15〜18を用いた計算と同様である。すなわち、座標系Aに対応した座標系DにおけるデータセットPd1,Pd2,Pd3,Td1をそれぞれ表す(αd1,βd1,γd1),(αd2,βd2,γd2),(αd3,βd3,γd3),(Xd,Yd,Zd)に代えて、同じく前記ステップS20’にて読み出された座標系Cに対応した座標系DにおけるデータセットPd7,Pd8,Pd9,Td3をそれぞれ表す(αd7,βd7,γd7),(αd8,βd8,γd8),(αd9,βd9,γd9),(Xd3,Yd3,Zd3)を用いるとともに、座標系Aにおける基準物体40の3つの測定面の各法線ベクトルおよび同3つの測定面の頂点の座標値を表すデータセット(αa1,βa1,γa1),(αa2,βa2,γa2),(αa3,βa3,γa3),(Xa,Ya,Za)に代えて、同じくステップS18にて計算した座標系Bにおける基準物体40の3つの測定面の各法線ベクトルおよび同3つの測定面の頂点の座標値を表すデータセット(αc1,βc1,γc1),(αc2,βc2,γc2),(αc3,βc3,γc3),(Xc,Yc,Zc)を用いる。これにより、座標系Cにおける座標値(xc,yc,zc)を、基準座標系である座標系Dにおける座標値(xd,yd,zd)に変換するための座標変換係数が計算される。
Next, the coordinate value (xc, yc, zc) in the coordinate system C (the coordinates of the three-dimensional
このような第2変形例においては、3次元形状測定装置20A,20B,20Cにより測定された3次元データは、基準座標系である座標系Dに基づく座標値(Xd,Yd,Zd)によって表される。ただし、この座標系Dは、3次元形状測定装置20A,20B,20Cの測定位置および基台10とは無関係である。しかし、上記実施形態のように、3次元形状測定装置20A,20B,20Cにより測定された3次元形状データを、同3次元形状測定装置20A,20B,20Cのうちのいずれか1つの座標系(例えば、3次元測定装置20Aの座標系)に基づく座標値(Xa,Ya,Za)によって表すこともできる。この場合、座標系A,B,Cから座標系Dに座標変換するための座標変換係数を用いて座標系B,Cから座標系Aに変換するための座標変換係数を計算すればよい。
In such a second modification, the three-dimensional data measured by the three-dimensional
c.その他の変形例
上記実施形態、第1変形例および第2変形例においては、3台の3次元形状測定装置20A,20B,20Cを設置したが、これに限定されるものではなく、3次元測定装置の設置台数を4台以上としてもよい。この場合、4台以上の3次元形状測定装置によって測定した4組以上の測定結果のうちで利用しやすい3組の測定結果のみを利用してもよいし、立体形状データ群の計算の際に、余分な組(4組目以上の組)の測定結果を最終的な立体形状データ群の補正に利用してもよい。
c. Other Modifications In the above embodiment, the first modification, and the second modification, the three three-dimensional
また、上記実施形態、第1変形例および第2変形例においては、3台の3次元形状測定装置20A,20B,20Cを設置し、3次元測定装置20A,20B,20Cが、それぞれ基準物体40および測定対象物50を測定するようにした。しかし、これに代えて、1台の3次元形状測定装置の位置を基台10に対して相対的に移動させて複数の位置で基準物体40および測定対象物50の3次元立体形状を測定するようにしてもよい。この場合、基準物体40の測定により座標変換係数を計算した後、測定対象物50の3次元立体形状を測定する際には、測定位置を予め設定しておき、常に同じ測定位置で測定を行うようにする。
In the embodiment, the first modified example, and the second modified example, three three-dimensional
また、上記実施形態、第1変形例および第2変形例においては、基準物体40として直方体を用いたが、これに限定されるものではなく、3次元形状測定装置20A,20B,20Cによって少なくとも3つの面がそれぞれ測定できる形状であれば、例えば立方体などの多面体や3角錐などの多角錐であってもよい。
Moreover, in the said embodiment, the 1st modification, and the 2nd modification, although the rectangular parallelepiped was used as the reference |
また、上記実施形態、第1変形例および第2変形例においては、3次元画像測定装置32に予め記憶しておく識別パラメータとして基準物体40の各面の反射光量を用いたが、これに限定されるものではない。基準物体40の各面をそれぞれ識別できればよく、例えば、基準物体40の各面の色をそれぞれ異なる色に形成して、この各色を識別パラメータとしてもよい。この場合、3次元形状測定装置20A,20B,20Cは、基準物体40の物体表面からの反射光の光量に関する情報に代えて、基準物体40の物体表面の色に関する情報を3次元画像データ処理装置32に出力するようにするとともに、3次元画像処理装置32は、同基準物体40の物体表面の色に関する情報に基づいて、測定対象空間内に位置する基準物体40の3次元表面形状を表す立体形状データ群から3次元形状測定装置20A,20B,20Cごとに3つの測定面をそれぞれ表す3つのサブ立体形状データ群を抽出するとよい。
In the above embodiment, the first modification, and the second modification, the reflected light amount of each surface of the
また、上記実施形態および第2変形例においては、3次元形状測定装置20A,20B,20Cによりそれぞれ測定した3つの測定面について、それぞれサブ立体形状データ群を生成し、同サブ立体形状データ群を構成する点群データに基づいて各測定面における法線ベクトルをそれぞれ計算した。しかし、これに限定されるものではなく、例えば、サブ立体形状データ群の数に下限値を設定しておき、サブ立体形状データ群の数が前記下限値に達しなかった場合には、前記サブ立体形状データ群を法線ベクトルの計算に使用することを中止し、座標変換係数に使用するベクトルを前記サブ立体形状データ群以外の2つのサブ立体形状データ群から計算される2つの測定面の法線ベクトルと、前記2つの測定面の法線ベクトルの外積によるベクトルにするようにしてもよい。
In the above embodiment and the second modification, sub three-dimensional shape data groups are respectively generated for the three measurement surfaces measured by the three-dimensional
この方法は、3次元測定の視点による影響で、測定された3つの面の内の1つの面の立体形状データ群の数が少なかった場合に特に有効である。すなわち、サブ立体形状データ群の数が少ない場合、このサブ立体形状データ群を用いて計算した測定面の法線ベクトルの精度が落ち、算出される座標変換係数の精度も落ちることになる。しかし、サブ立体形状データ群の数が充分あり精度が高い2つの法線ベクトルの外積によるベクトルを代わりに用いれば、算出される座標変換係数の精度を保つことができる。なお、この方法は上記実施形態および第2変形例において適用できるが、第1変形例の場合には測定面に2つ以上の基準面があり、かつ前記基準面のサブ立体形状データ群の数が下限値以上である場合に限って適用できる。 This method is particularly effective when the number of three-dimensional shape data groups on one of the three measured surfaces is small due to the influence of the viewpoint of three-dimensional measurement. That is, when the number of sub three-dimensional shape data groups is small, the accuracy of the normal vector of the measurement surface calculated using this sub three-dimensional shape data group is lowered, and the accuracy of the calculated coordinate conversion coefficient is also lowered. However, if a vector based on the outer product of two normal vectors having a sufficient number of sub three-dimensional shape data groups and high accuracy is used instead, the accuracy of the calculated coordinate transformation coefficient can be maintained. This method can be applied in the above embodiment and the second modification, but in the case of the first modification, there are two or more reference surfaces on the measurement surface, and the number of sub-three-dimensional shape data groups on the reference surface. Applicable only when is greater than or equal to the lower limit.
10…基台、20A,20B,20C…3次元形状測定装置、31…コントローラ、32…3次元画像データ処理装置、33…入力装置、34…表示装置、40…基準物体、50…測定対象物
DESCRIPTION OF
Claims (24)
コンピュータによって構成されたデータ処理装置(32)を用いて、前記複数の視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを、前記複数の視点のうちの1つの視点の座標系である基準座標系に基づく3次元形状データに変換する際に使用される座標変換係数の取得方法において、
前記複数の異なる視点での3次元形状測定のそれぞれにおいて同時に3次元形状測定可能かつ互いに識別可能な少なくとも3つの面を有する多面体を基準物体(40)として用意し、
前記基準物体のそれぞれの面を識別するための識別パラメータを前記データ処理装置内に設けた記憶手段に予め記憶しておくとともに、前記基準物体のそれぞれの面のうちから選択された少なくとも3つの基準面の識別パラメータを基準面データとして前記記憶手段に予め記憶しておき、
前記複数の異なる視点での3次元形状測定の測定対象空間内に前記基準物体を配置した状態で、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元表面形状を複数の異なる視点で測定させ、前記データ処理装置に前記3次元形状測定装置が出力するデータから前記複数の異なる視点ごとに前記基準物体の3次元表面形状を表す複数組の立体形状データ群をそれぞれ生成させる立体形状データ群生成ステップ(S12,S14)と、
前記データ処理装置に、前記複数の異なる視点ごとに生成させた各立体形状データ群から、前記識別パラメータを用いて、頂点を形成する前記基準物体の少なくとも3つの面に関する各立体形状データ群をそれぞれ面ごとに抽出させる抽出ステップ(S16)と、
前記データ処理装置に、前記抽出させた基準物体の少なくとも3つの面に関する立体形状データ群と前記基準面データとを用い、前記複数の異なる視点ごとに、前記基準面における法線ベクトルおよび前記基準面によって形成される頂点の座標をそれぞれ計算させるベクトル・座標計算ステップ(S18,S20)と、
前記データ処理装置に、前記計算させた複数の異なる視点ごとの前記基準面における法線ベクトルおよび前記基準面によって形成される頂点の座標により、前記複数の異なる視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを前記基準座標系に基づく3次元形状データに変換するための座標変換係数を計算させる座標変換係数計算ステップ(S22)と
を含むことを特徴とする座標変換係数取得方法。 A plurality of three-dimensional shape measuring devices (20A, 20B, 20C) are arranged at different positions to measure a three-dimensional shape, or a plurality of three-dimensional shape measuring devices are moved relative to a measurement object. By measuring the three-dimensional shape at the position of, the three-dimensional shape measurement of the measurement object from a plurality of different viewpoints,
Using a data processing device (32) configured by a computer, three-dimensional shape data based on the coordinate system for each of the plurality of viewpoints is transferred to a reference coordinate system which is a coordinate system of one viewpoint among the plurality of viewpoints. In a method for obtaining a coordinate conversion coefficient used when converting into three-dimensional shape data based on
The plurality of the polyhedrons having at least three surfaces identifiable simultaneously 3D shape measurable and each other in each of the three-dimensional shape measurement at different viewpoints provided as reference object (40),
With previously stored in the storage means provided in the data processing device identification parameter for identifying each surface of the reference object, at least three criteria selected from among the respective surfaces of the reference object A surface identification parameter is previously stored in the storage means as reference surface data,
In the state in which the said reference object to be measured within the space of the three-dimensional shape measurement in the plurality of different viewpoints, a three-dimensional surface shape of the criteria object at different viewpoints of several prior Symbol 3-dimensional shape measurement device is measured, the three-dimensional shape in which a plurality of sets of three-dimensional shape data group Ru to produce respectively representing the three-dimensional surface shape of the reference object from the data output from the data processing device in the three-dimensional shape measuring apparatus for each of the plurality of different viewpoints A data group generation step (S12, S14) ;
To the data processing apparatus, from the three-dimensional shape data group is generated for each of the plurality of different viewpoints, using the identification parameters, said reference object to form a vertex at least three respective three-dimensional shape data group relates to a surface, respectively an extraction step of Ru is extracted for each face (S16),
Wherein the data processing device, using the three-dimensional shape data group to the reference plane data for at least three sides of the reference object obtained by the extraction, for each of the plurality of different viewpoints, normal vectors and the reference in the reference plane vector coordinate calculating step of the coordinates of the vertices are formed by the surface Ru is calculated respectively (S18, S20),
Wherein the data processing apparatus, the coordinates of the vertices formed by the normal vector and the reference surface in the reference plane for each of a plurality of different viewpoints obtained by the calculation, three-dimensional based on a coordinate system of each of the plurality of different viewpoints coordinate conversion coefficient acquisition method characterized by the shape data including the reference coordinate three-dimensional shape data coordinate conversion coefficient calculation step of Ru was calculated coordinate conversion coefficient for converting into based on system (S22).
前記基準物体の少なくとも3つの基準面を、前記基準物体の互いに隣り合う3つの面で構成して3つの基準面とし、かつ
前記抽出ステップで抽出させた各立体形状データ群にそれぞれ対応した前記基準物体の少なくとも3つの面を、前記基準物体の互いに隣り合う3つの面で構成して3つの抽出面とする請求項1に記載の座標変換係数取得方法。 The reference object is composed of a rectangular parallelepiped or a cube,
At least three reference surfaces of the reference object are composed of three adjacent surfaces of the reference object to form three reference surfaces; and
The at least three surfaces of the reference object corresponding to each of the three-dimensional shape data groups extracted in the extraction step are constituted by three surfaces adjacent to each other to form three extraction surfaces. The coordinate conversion coefficient acquisition method described.
前記基準物体の互いに対向する面間の距離も前記記憶手段に予め記憶しておき、
前記ベクトル・座標計算ステップは、
前記データ処理装置に、前記3つの抽出面のうちの少なくとも1つの抽出面が前記3つの基準面のうちのいずれかと平行であるとき、前記少なくとも1つの抽出面の立体形状データ群を用いて計算させた法線ベクトルの向きを変更することにより、前記少なくとも1つの抽出面と平行な基準面の法線ベクトルを計算させるステップと、
前記データ処理装置に、前記基準物体の3つの抽出面の立体形状データ群を用いて計算させた頂点の座標と、前記記憶されている面間の距離と、前記計算させた法線ベクトルとを用いて前記3つの基準面によって形成される頂点の座標を計算させるステップと
を含むことを特徴とする座標変換係数取得方法。 In the coordinate transformation coefficient acquisition method according to claim 2 ,
The distance between the opposing surfaces of the reference object is also stored in the storage means in advance,
The vector / coordinate calculation step includes:
To the data processing apparatus, when pre-Symbol least one extraction surface of the three extraction plane is parallel with any of the previous SL three reference plane, using a three-dimensional shape data group of the at least one extraction surface a step by changing the orientation of the calculated normal vectors was, the Ru even before Kisukuna without to calculate the normal vector of one extraction surface parallel to the reference plane Te,
The coordinates of the vertexes calculated using the three-dimensional shape data group of the three extraction surfaces of the reference object, the distance between the stored surfaces, and the calculated normal vector A coordinate transformation coefficient obtaining method, comprising: calculating coordinates of vertices formed by the three reference planes .
前記ベクトル・座標計算ステップは、前記データ処理装置に、前記3つの抽出面のうちの2つの抽出面における法線ベクトルを前記抽出ステップで抽出させた立体形状データ群を用いて計算させ、前記計算させた2つの抽出面における法線ベクトルの外積により前記3つの抽出面のうちで前記法線ベクトルを計算させた2つの抽出面に垂直な残りの1つの抽出面の法線ベクトルを計算させるものであることを特徴とする座標変換係数取得方法。 In the coordinate transformation coefficient acquisition method according to claim 2 or claim 3 ,
The vector coordinate calculating step, the data processing apparatus, is calculated using the three-dimensional shape data group of normal vectors were extracted by the extraction step in the two extraction surface of said three extraction surface, and the calculated Ru is calculating the normal vector of the one extraction surface remaining perpendicular to the two extraction surface normal vector is calculated by one of the three extraction surface by the outer product of the normal vectors in the two extraction surface is A method for obtaining a coordinate conversion coefficient , characterized in that :
前記基準物体の各面間の角度および各辺の長さも前記記憶手段に予め記憶しておき、
前記ベクトル・座標計算ステップは、前記データ処理装置に、前記3つの抽出面に関する立体形状データ群に基づいて前記3つの抽出面の法線ベクトルおよび前記3つの抽出面によって形成される頂点の座標を計算させ、かつ前記計算させた前記3つの抽出面の法線ベクトルおよび前記3つの抽出面によって形成される頂点の座標と、前記記憶手段に記憶しておいた前記基準面データと、前記基準物体の各面間の角度および各辺の長さとを用いて、前記3つの基準面における法線ベクトルおよび前記3つの基準面によって形成される頂点の座標を計算させるステップを含むことを特徴とする座標変換係数取得方法。 In the coordinate transformation coefficient acquisition method according to claim 2 or 4 ,
The length of the angle and the edges between each surface of the reference object is also stored in advance in the storage means,
In the vector / coordinate calculation step, the normal vector of the three extraction surfaces and the coordinates of the vertices formed by the three extraction surfaces based on the three-dimensional shape data group regarding the three extraction surfaces are given to the data processing device. The calculated normal vectors of the three extraction surfaces and the coordinates of the vertices formed by the three extraction surfaces, the reference surface data stored in the storage means, and the reference object the angle and the edges between each surface with a length, comprising the step of coordinate Ru is the calculation of the vertex formed by the normal vector and the three reference plane in the three reference plane Coordinate conversion coefficient acquisition method.
コンピュータによって構成されたデータ処理装置(32)を用いて、前記複数の視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを予め設定した座標系である基準座標系に基づく3次元形状データに変換する際に使用される座標変換係数の取得方法において、
前記複数の異なる視点での3次元形状測定のそれぞれにおいて同時に3次元形状測定可能かつ互いに識別可能な少なくとも3つの面を有する多面体を基準物体(40)として用意し、
前記基準物体のそれぞれの面を識別するための識別パラメータを前記データ処理装置内に設けた記憶手段に予め記憶しておくとともに、前記予め設定した座標系に基づく前記基準物体のそれぞれの面における法線ベクトルおよび前記基準物体のそれぞれの面によって形成される頂点の座標を前記記憶手段に予め記憶しておき、
前記複数の異なる視点での3次元形状測定の測定対象空間内に前記基準物体を配置した状態で、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元表面形状を複数の異なる視点で測定させ、前記データ処理装置に前記3次元形状測定装置が出力するデータから前記複数の異なる視点ごとに前記基準物体の3次元表面形状を表す複数組の立体形状データ群をそれぞれ生成させる立体形状データ群生成ステップ(S12,S14)と、
前記データ処理装置に、前記複数の異なる視点ごとに生成した各立体形状データ群から、前記識別パラメータを用いて、頂点を形成する前記基準物体の少なくとも3つの面に関する各立体形状データ群をそれぞれ面ごとに抽出させる抽出ステップ(S16)と、
前記データ処理装置に、前記抽出させた基準物体の少なくとも3つの面に関する立体形状データ群を用い、前記複数の異なる視点ごとに、前記抽出させた基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標をそれぞれ計算させるベクトル・座標計算ステップ(S18)と、
前記データ処理装置に、前記記憶手段に記憶されている前記基準物体のそれぞれの面を識別するための識別データを用いて、前記記憶手段に記憶されていて前記抽出ステップで抽出させた立体形状データ群に対応した前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標を前記記憶手段から読み出させる読出しステップ(S20’)と、
前記データ処理装置に、前記複数の異なる視点ごとに計算させた前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標と、前記読出しステップで読み出させた前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標とにより、前記複数の異なる視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを前記基準座標系に基づく3次元形状データに変換するための座標変換係数を計算させる座標変換係数計算ステップ(S22)と
を含むことを特徴とする座標変換係数取得方法。 A plurality of three-dimensional shape measuring devices (20A, 20B, 20C) are arranged at different positions to measure a three-dimensional shape, or a plurality of three-dimensional shape measuring devices are moved relative to a measurement object. By measuring the three-dimensional shape at the position of, the three-dimensional shape measurement of the measurement object from a plurality of different viewpoints,
When converting the three-dimensional shape data based on the coordinate system for each of the plurality of viewpoints into the three-dimensional shape data based on a reference coordinate system which is a preset coordinate system, using a data processing device (32) configured by a computer. In the method of obtaining the coordinate transformation coefficient used for
The plurality of the polyhedrons having at least three surfaces identifiable simultaneously 3D shape measurable and each other in each of the three-dimensional shape measurement at different viewpoints provided as reference object (40),
An identification parameter for identifying each surface of the reference object is stored in advance in storage means provided in the data processing device, and a method for each surface of the reference object based on the preset coordinate system is stored. The coordinates of vertices formed by line vectors and the respective surfaces of the reference object are stored in advance in the storage means,
In the state in which the said reference object to be measured within the space of the three-dimensional shape measurement in the plurality of different viewpoints, a three-dimensional surface shape of the criteria object at different viewpoints of several prior Symbol 3-dimensional shape measurement device is measured, the three-dimensional shape in which a plurality of sets of three-dimensional shape data group Ru to produce respectively representing the three-dimensional surface shape of the reference object from the data output from the data processing device in the three-dimensional shape measuring apparatus for each of the plurality of different viewpoints A data group generation step (S12, S14) ;
Each of the three-dimensional shape data groups related to at least three surfaces of the reference object forming the apex from each of the three-dimensional shape data groups generated for each of the plurality of different viewpoints on the data processing device. An extraction step (S16) for each extraction ,
Using the three-dimensional shape data group relating to at least three surfaces of the extracted reference object in the data processing device, the normal vectors on the at least three surfaces of the extracted reference object for each of the plurality of different viewpoints, and A vector / coordinate calculation step (S18) for calculating the coordinates of vertices formed by at least three surfaces,
Wherein the data processing apparatus, the storage means using the identification data for identifying each surface of the reference object stored in, three-dimensional shape that has issued extracted by the extraction step have been stored in the storage means the reference object of at least three read steps to let read out the coordinates of the vertices formed by the normal vector and the at least three surfaces from the storage means in the plane corresponding to the data group and (S20 '),
The data processing device causes the normal vector in at least three surfaces of the reference object calculated for each of the plurality of different viewpoints and the coordinates of vertices formed by the at least three surfaces to be read in the reading step. the at least three vertices is formed by the normal vector and the at least three surfaces in the plane coordinates of the reference object has a three-dimensional shape data based on the coordinate system of each of the plurality of different viewpoints on the reference coordinate system coordinate conversion coefficient acquisition method characterized by comprising a three-dimensional shape data coordinate conversion coefficient calculation step of Ru was calculated coordinate conversion coefficient for converting into (S22) based.
前記基準物体の各面は、それぞれ異なる反射率に形成されており、前記識別パラメータは、前記それぞれ異なる反射率に形成された基準物体の各面に光を照射した際における同各面からの反射光の光量とし、
前記立体形状データ群生成ステップは、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元形状を測定させる際、基準物体の各面に光を照射した場合の同各面からの反射光の光量を測定させることを含む
ことを特徴とする座標変換係数取得方法。 In the coordinate transformation coefficient acquisition method according to any one of claims 1 to 6 ,
Each surface of the reference object is formed with a different reflectance, and the identification parameter is a reflection from each surface when the surfaces of the reference object formed with the different reflectance are irradiated with light. The amount of light,
The three-dimensional shape data group generation step, when to measure the three-dimensional shape of the reference object in the three-dimensional shape measuring device, the amount of light reflected from the surfaces when irradiated with light on each side of the reference object coordinate conversion coefficient acquisition method characterized by comprising the Rukoto was measured.
前記基準物体の各面は、それぞれ異なる色で形成されており、前記識別パラメータは、前記基準物体の各面におけるそれぞれ異なる色を表すデータとし、
前記立体形状データ群生成ステップは、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元形状を測定させる際、基準物体の各面に光を照射した場合の同各面の色を測定させることを含む
ことを特徴とする座標変換係数取得方法。 In the coordinate transformation coefficient acquisition method according to any one of claims 1 to 6 ,
Each surface of the reference object is formed in a different color, and the identification parameter is data representing a different color in each surface of the reference object,
The three-dimensional shape data group generation step, when to measure the three-dimensional shape of the reference object in the three-dimensional shape measuring apparatus, Rukoto to measure the color of the surfaces when irradiated with light on each side of the reference object A coordinate conversion coefficient acquisition method characterized by comprising:
前記複数の視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを、前記複数の視点のうちの1つの視点の座標系である基準座標系に基づく3次元形状データに変換する際に使用される座標変換係数を取得する座標変換係数取得装置において、
前記複数の異なる視点での3次元形状測定のそれぞれにおいて同時に3次元形状測定可能かつ互いに識別可能な少なくとも3つの面を有する多面体である基準物体(40)のそれぞれの面を識別するための識別パラメータ、および前記基準物体のそれぞれの面のうちから選択された少なくとも3つの基準面の識別パラメータを基準面データとして記憶する記憶手段(32)と、
前記複数の異なる視点での3次元形状測定の測定対象空間内に前記基準物体を配置した状態で、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元表面形状を複数の異なる視点で測定させ、前記3次元形状測定装置が出力するデータから前記複数の異なる視点ごとに前記基準物体の3次元表面形状を表す複数組の立体形状データ群をそれぞれ生成する立体形状データ群生成手段(S12,S14)と、
前記複数の異なる視点ごとに生成した各立体形状データ群から、前記識別パラメータを用いて、頂点を形成する前記基準物体の少なくとも3つの面に関する各立体形状データ群をそれぞれ面ごとに抽出する抽出手段(S16)と、
前記抽出した基準物体の少なくとも3つの面に関する立体形状データ群と前記基準面データとを用い、前記複数の異なる視点ごとに、前記基準面における法線ベクトルおよび前記基準面によって形成される頂点の座標をそれぞれ計算するベクトル・座標計算手段(S18,S20)と、
前記計算した複数の異なる視点ごとの前記基準面における法線ベクトルおよび前記基準面によって形成される頂点の座標により、前記複数の異なる視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを前記基準座標系に基づく3次元形状データに変換するための座標変換係数を計算する座標変換係数計算手段(S22)と
を含むことを特徴とする座標変換係数取得装置。 A plurality of three-dimensional shape measuring devices (20A, 20B, 20C) are arranged at different positions to measure a three-dimensional shape, or a plurality of three-dimensional shape measuring devices are moved relative to a measurement object. By measuring the three-dimensional shape at the position of, the three-dimensional shape measurement of the measurement object from a plurality of different viewpoints,
The three-dimensional shape data based on the coordinate system of each of the plurality of viewpoints, said plurality of coordinates are used to convert the three-dimensional shape data based on the reference coordinate system is a coordinate system of one viewpoint of the viewpoint conversion In the coordinate conversion coefficient acquisition device for acquiring the coefficient,
An identification parameter for identifying each surface of the reference object (40) that is a polyhedron having at least three surfaces that can be simultaneously measured in three-dimensional shape and can be distinguished from each other in each of the plurality of three-dimensional shape measurements at different viewpoints. a storage means for storing (32) and as a reference plane data identification parameter of at least three reference surfaces which are selected from among the respective surfaces of the reference object,
In the state in which the said reference object to be measured within the space of the three-dimensional shape measurement in the plurality of different viewpoints, a three-dimensional surface shape of the criteria object at different viewpoints of several prior Symbol 3-dimensional shape measurement device 3D shape data group generation means (S12) for generating a plurality of sets of 3D shape data groups representing the 3D surface shape of the reference object for each of the plurality of different viewpoints from the data output by the 3D shape measurement apparatus. , S14) ,
From each solid shape data group generated for each of the plurality of different viewpoints, using said identification parameters, extracting means for extracting the three-dimensional shape data group regarding at least three surfaces of the reference object which forms a vertex for each surface (S16) ,
Using at least three of said reference plane and three-dimensional shape data group relating to the surface data of the reference object obtained by the extraction, for each of the plurality of different viewpoints, of the vertex formed by the normal vector and the reference surface in the reference plane Vector / coordinate calculation means (S18, S20) for calculating coordinates respectively;
Wherein the coordinates of the vertices formed by the normal vector and the reference surface in the reference plane for each of the calculated plurality of different viewpoints, said plurality of different viewpoints for each of the coordinates to the reference coordinate system a three-dimensional shape data based on the system And a coordinate conversion coefficient calculation means (S22) for calculating a coordinate conversion coefficient for conversion into three-dimensional shape data based on the coordinate conversion coefficient acquisition apparatus.
前記基準物体の少なくとも3つの基準面を、前記基準物体の互いに隣り合う3つの面で構成して3つの基準面とし、かつ
前記抽出手段で抽出した各立体形状データ群にそれぞれ対応した前記基準物体の少なくとも3つの面を、前記基準物体の互いに隣り合う3つの面で構成して3つの抽出面とする 請求項9に記載の座標変換係数取得装置。 The reference object is composed of a rectangular parallelepiped or a cube,
At least three reference surfaces of the reference object are composed of three adjacent surfaces of the reference object to form three reference surfaces; and
According to claim 9, at least three surfaces of the reference object corresponding to the respective three-dimensional shape data group extracted by the extraction means, and three extraction surface constituted by three surfaces adjacent to each other of said reference object Coordinate conversion coefficient acquisition device.
前記記憶手段は、前記基準物体の互いに対向する面間の距離も予め記憶しており、
前記ベクトル・座標計算手段は、
前記3つの抽出面のうちの少なくとも1つの抽出面が前記3つの基準面のうちのいずれかと平行であるとき、前記少なくとも1つの抽出面の立体形状データ群を用いて計算した法線ベクトルの向きを変更することにより、前記少なくとも1つの抽出面と平行な基準面の法線ベクトルを計算する手段と、
前記基準物体の3つの抽出面の立体形状データ群を用いて計算した頂点の座標と、前記記憶されている面間の距離と、前記計算した法線ベクトルとを用いて前記3つの基準面によって形成される頂点の座標を計算する手段と
を含むことを特徴とする座標変換係数取得装置。 In the coordinate transformation coefficient acquisition device according to claim 10 ,
The storage means also stores in advance the distance between the opposing surfaces of the reference object,
The vector / coordinate calculation means includes:
Normal vectors at least one extraction surface when it is parallel to any of the previous SL three reference surfaces, which were calculated using three-dimensional shape data group of the at least one extraction surface of the pre-Symbol Three extraction surface by changing the orientation, and means for calculating a normal vector of one extraction surface parallel to the reference plane even before Kisukuna without
By using the three reference surfaces using the coordinates of the vertices calculated using the three-dimensional shape data group of the three extraction surfaces of the reference object, the distance between the stored surfaces, and the calculated normal vector Means for calculating coordinates of formed vertices, and a coordinate conversion coefficient acquiring apparatus.
前記ベクトル・座標計算手段は、前記3つの抽出面のうちの2つの抽出面における法線ベクトルを前記抽出手段によって抽出された立体形状データ群を用いて計算し、前記計算した2つの抽出面における法線ベクトルの外積により前記3つの抽出面のうちで前記法線ベクトルを計算した2つの抽出面に垂直な残りの1つの抽出面の法線ベクトルを計算するものであることを特徴とする座標変換係数取得装置。 In the coordinate transformation coefficient acquisition apparatus of Claim 10 or Claim 11 ,
The vector coordinate calculation means, in the two extraction surface normal vectors in the two extraction surface is calculated using the three-dimensional shape data group extracted by said extraction means, that the calculation of one of the three extraction surface coordinates, wherein the by outer product of the normal vector is to compute one of the normal vector of the extracted face remaining perpendicular of the two extraction surface normal vector calculated in one of the three extraction surface Conversion coefficient acquisition device.
前記記憶手段は、前記基準物体の各面間の角度および各辺の長さも予め記憶しており、
前記ベクトル・座標計算手段は、前記3つの抽出面に関する立体形状データ群に基づいて前記3つの抽出面の法線ベクトルおよび前記3つの抽出面によって形成される頂点の座標を計算し、かつ前記計算した前記3つの抽出面の法線ベクトルおよび前記3つの抽出面によって形成される頂点の座標と、前記記憶手段に記憶されている前記基準面データと、前記基準物体の各面間の角度および各辺の長さとを用いて、前記3つの基準面における法線ベクトルおよび前記3つの基準面によって形成される頂点の座標を計算する手段を含むことを特徴とする座標変換係数取得装置。 In the coordinate transformation coefficient acquisition device according to claim 10 or 12 ,
It said storage means is an angle and also stores in advance the length of each side between each side of the reference object,
The vector coordinate calculation means, the coordinates of the vertices formed by the normal vector and the three extraction surface of the three extraction surface based on the three-dimensional shape data group relating to the three extraction surface was calculated, and the calculated The normal vectors of the three extraction surfaces and the coordinates of the vertices formed by the three extraction surfaces, the reference surface data stored in the storage means, the angle between each surface of the reference object, and each with the length of the side, the coordinate conversion coefficient acquisition apparatus characterized by comprising means for calculation of the coordinates of the vertices in total formed by the normal vector and the three reference plane in the three reference planes.
前記複数の視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを予め設定した座標系である基準座標系に基づく3次元形状データに変換する際に使用される座標変換係数を取得する座標変換係数取得装置において、
前記複数の異なる視点での3次元形状測定のそれぞれにおいて同時に3次元形状測定可能かつ互いに識別可能な少なくとも3つの面を有する多面体である基準物体(40)のそれぞれの面を識別するための識別パラメータと、前記予め設定した座標系に基づく前記基準物体のそれぞれの面における法線ベクトルおよび前記基準物体のそれぞれの面によって形成される頂点の座標とを記憶する記憶手段(32)と、
前記複数の異なる視点での3次元形状測定の測定対象空間内に前記基準物体を配置した状態で、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元表面形状を複数の異なる視点で測定させ、前記3次元形状測定装置が出力するデータから前記複数の異なる視点ごとに前記基準物体の3次元表面形状を表す複数組の立体形状データ群をそれぞれ生成する立体形状データ群生成手段(S12,S14)と、
前記複数の異なる視点ごとに生成した各立体形状データ群から、前記識別パラメータを用いて、頂点を形成する前記基準物体の少なくとも3つの面に関する各立体形状データ群をそれぞれ面ごとに抽出する抽出手段(S16)と、
前記抽出した基準物体の少なくとも3つの面に関する立体形状データ群を用い、前記複数の異なる視点ごとに、前記抽出した基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標をそれぞれ計算するベクトル・座標計算手段(S18)と、
前記記憶手段に記憶されている前記基準物体のそれぞれの面を識別するための識別データを用いて、前記記憶手段に記憶されていて前記抽出手段によって抽出された立体形状データ群に対応した前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標を前記記憶手段から読み出す読出し手段(S20’)と、
前記複数の異なる視点ごとに計算した前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標と、前記読出し手段によって読み出された前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標とにより、前記複数の異なる視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを前記基準座標系に基づく3次元形状データに変換するための座標変換係数を計算する座標変換係数計算手段(S22)と
を含むことを特徴とする座標変換係数取得装置。 A plurality of three-dimensional shape measuring devices (20A, 20B, 20C) are arranged at different positions to measure a three-dimensional shape, or a plurality of three-dimensional shape measuring devices are moved relative to a measurement object. By measuring the three-dimensional shape at the position of, the three-dimensional shape measurement of the measurement object from a plurality of different viewpoints,
Coordinate conversion coefficient acquisition unit that acquires coordinate transformation coefficients are used to convert the three-dimensional shape data based on the reference coordinate system is a preset coordinate system a three-dimensional shape data based on the coordinate system of each of the plurality of viewpoints In
An identification parameter for identifying each surface of the reference object (40) that is a polyhedron having at least three surfaces that can be simultaneously measured in three-dimensional shape and can be distinguished from each other in each of the plurality of three-dimensional shape measurements at different viewpoints. Storage means (32) for storing a normal vector on each surface of the reference object based on the preset coordinate system and coordinates of vertices formed by each surface of the reference object ;
In the state in which the said reference object to be measured within the space of the three-dimensional shape measurement in the plurality of different viewpoints, a three-dimensional surface shape of the criteria object at different viewpoints of several prior Symbol 3-dimensional shape measurement device 3D shape data group generation means (S12) for generating a plurality of sets of 3D shape data groups representing the 3D surface shape of the reference object for each of the plurality of different viewpoints from the data output by the 3D shape measurement apparatus. , S14) ,
Extraction means for extracting, for each surface, each three-dimensional shape data group related to at least three surfaces of the reference object forming a vertex from each three-dimensional shape data group generated for each of the plurality of different viewpoints. (S16) ,
Using a three-dimensional shape data group relating to at least three surfaces of the extracted reference object, the plurality of different viewpoints are formed by normal vectors in at least three surfaces of the extracted reference object and the at least three surfaces. Vector / coordinate calculation means (S18) for calculating the coordinates of each vertex;
Using identification data for identifying each surface of the reference object stored in the storage means, said reference corresponding to the three-dimensional shape data group extracted by the extracting means is stored in said storage means Reading means (S20 ′) for reading out normal vectors in at least three faces of the object and coordinates of vertices formed by the at least three faces from the storage means;
Normal vectors in at least three surfaces of the reference object calculated for each of the plurality of different viewpoints, and coordinates of vertices formed by the at least three surfaces, and at least three of the reference objects read by the reading unit one of the vertex coordinates formed by the normal vector and the at least three surfaces in the plane, it converts the three-dimensional shape data based on the coordinate system of each of the plurality of different viewpoints in the three-dimensional shape data based on the reference coordinate system And a coordinate conversion coefficient calculating means (S22) for calculating a coordinate conversion coefficient for performing a coordinate conversion coefficient acquisition apparatus.
前記基準物体の各面は、それぞれ異なる反射率に形成されており、前記識別パラメータは、前記それぞれ異なる反射率に形成された基準物体の各面に光を照射した際における同各面からの反射光の光量とし、
前記立体形状データ群生成手段は、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元形状を測定させる際、基準物体の各面に光を照射した場合の同各面からの反射光の光量を測定することを含む
ことを特徴とする座標変換係数取得装置。 In the coordinate transformation coefficient acquisition device according to any one of claims 9 to 14 ,
Each surface of the reference object is formed with a different reflectance, and the identification parameter is a reflection from each surface when the surfaces of the reference object formed with the different reflectance are irradiated with light. The amount of light,
The three-dimensional shape data group generating means, when to measure the three-dimensional shape of the reference object in the three-dimensional shape measuring device, the amount of light reflected from the surfaces when irradiated with light on each side of the reference object A coordinate conversion coefficient acquisition device comprising measuring.
前記基準物体の各面は、それぞれ異なる色で形成されており、前記識別パラメータは、前記基準物体の各面におけるそれぞれ異なる色を表すデータとし、
前記立体形状データ群生成手段は、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元形状を測定させる際、基準物体の各面に光を照射した場合の同各面の色を測定することを含む
ことを特徴とする座標変換係数取得装置。 In the coordinate transformation coefficient acquisition device according to any one of claims 9 to 14 ,
Each surface of the reference object is formed in a different color, and the identification parameter is data representing a different color in each surface of the reference object,
The three-dimensional shape data group generating means, when to measure the three-dimensional shape of the reference object in the three-dimensional shape measuring device, to measure the color of the surfaces when irradiated with light on each side of the reference object A coordinate conversion coefficient acquisition device comprising:
前記複数の視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを、前記複数の視点のうちの1つの視点の座標系である基準座標系に基づく3次元形状データに変換する際に使用される座標変換係数を取得する座標変換係数取得装置であって、
前記複数の異なる視点での3次元形状測定のそれぞれにおいて同時に3次元形状測定可能かつ互いに識別可能な少なくとも3つの面を有する多面体である基準物体(40)のそれぞれの面を識別するための識別パラメータ、および前記基準物体のそれぞれの面のうちから選択された少なくとも3つの基準面の識別パラメータを基準面データとして記憶する記憶手段(32)を備えた座標変換係数取得装置に適用されるコンピュータプログラムにおいて、
前記座標変換係数取得装置に含まれるデータ処理装置(32)を構成するコンピュータに、
前記複数の異なる視点での3次元形状測定の測定対象空間内に前記基準物体を配置した状態で、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元表面形状を複数の異なる視点で測定させ、前記3次元形状測定装置が出力するデータから前記複数の異なる視点ごとに前記基準物体の3次元表面形状を表す複数組の立体形状データ群をそれぞれ生成する立体形状データ群生成手順(S12,S14)と、
前記複数の異なる視点ごとに生成した各立体形状データ群から、前記識別パラメータを用いて、頂点を形成する前記基準物体の少なくとも3つの面に関する各立体形状データ群をそれぞれ面ごとに抽出する抽出手順(S16)と、
前記抽出した基準物体の少なくとも3つの面に関する立体形状データ群と前記基準面データとを用い、前記複数の異なる視点ごとに、前記基準面における法線ベクトルおよび前記基準面によって形成される頂点の座標をそれぞれ計算するベクトル・座標計算手順(S18,S20)と、
前記計算した複数の異なる視点ごとの前記基準面における法線ベクトルおよび前記基準面によって形成される頂点の座標により、前記複数の異なる視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを前記基準座標系に基づく3次元形状データに変換するための座標変換係数を計算する座標変換係数計算手順(S22)と
を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。 A plurality of three-dimensional shape measuring devices (20A, 20B, 20C) are arranged at different positions to measure a three-dimensional shape, or a plurality of three-dimensional shape measuring devices are moved relative to a measurement object. By measuring the three-dimensional shape at the position of, the three-dimensional shape measurement of the measurement object from a plurality of different viewpoints,
The three-dimensional shape data based on the coordinate system of each of the plurality of viewpoints, said plurality of coordinates are used to convert the three-dimensional shape data based on the reference coordinate system is a coordinate system of one viewpoint of the viewpoint conversion A coordinate conversion coefficient acquisition device for acquiring a coefficient,
An identification parameter for identifying each surface of the reference object (40) that is a polyhedron having at least three surfaces that can be simultaneously measured in three-dimensional shape and can be distinguished from each other in each of the plurality of three-dimensional shape measurements at different viewpoints. And a computer program applied to a coordinate transformation coefficient acquisition device comprising storage means (32) for storing identification parameters of at least three reference surfaces selected from the respective surfaces of the reference object as reference surface data ,
In a computer constituting the data processing device (32) included in the coordinate transformation coefficient acquisition device,
In the state in which the said reference object to be measured within the space of the three-dimensional shape measurement in the plurality of different viewpoints, a three-dimensional surface shape of the criteria object at different viewpoints of several prior Symbol 3-dimensional shape measurement device A three-dimensional shape data group generation procedure (S12) for generating a plurality of sets of three-dimensional shape data groups representing the three-dimensional surface shape of the reference object for each of the plurality of different viewpoints from the data output from the three-dimensional shape measurement apparatus. , S14) ,
From each solid shape data group generated for each of the plurality of different viewpoints, extraction procedure using the identification parameter, to extract the three-dimensional shape data group regarding at least three surfaces of the reference object which forms a vertex for each surface (S16) ,
Using the three-dimensional shape data group and the previous SL reference surface data relating to at least three surfaces of the reference object obtained by the extraction, for each of the plurality of different viewpoints, the vertex formed by the normal vector and the reference surface in the reference plane vector coordinate calculation procedure for calculating the coordinates respectively (S18, S20),
Wherein the coordinates of the vertices formed by the normal vector and the reference surface in the reference plane for each of the calculated plurality of different viewpoints, said plurality of different viewpoints for each of the coordinates to the reference coordinate system a three-dimensional shape data based on the system 3-dimensional shape data we calculate the coordinate transformation coefficients for converting the coordinate conversion coefficient calculations based procedures and (S22)
A computer program for executing
前記基準物体の少なくとも3つの基準面を、前記基準物体の互いに隣り合う3つの面で構成して3つの基準面とし、かつ
前記抽出手順で抽出した各立体形状データ群にそれぞれ対応した前記基準物体の少なくとも3つの面を、前記基準物体の互いに隣り合う3つの面で構成して3つの抽出面とする 請求項17に記載のコンピュータプログラム。 The reference object is composed of a rectangular parallelepiped or a cube,
At least three reference surfaces of the reference object are composed of three adjacent surfaces of the reference object to form three reference surfaces; and
Claim 17 at least three surfaces of the reference object corresponding to the respective three-dimensional shape data group extracted by the extraction procedure, the three extraction surface constituted by three surfaces adjacent to each other of said reference object Computer program.
前記記憶手段は、前記基準物体の互いに対向する面間の距離も予め記憶しており、
前記ベクトル・座標計算手順は、
前記3つの抽出面のうちの少なくとも1つの抽出面が前記3つの基準面のうちのいずれかと平行であるとき、前記少なくとも1つの抽出面の立体形状データ群を用いて計算した法線ベクトルの向きを変更することにより、前記少なくとも1つの抽出面と平行な基準面の法線ベクトルを計算する手順と、
前記基準物体の3つの抽出面の立体形状データ群を用いて計算した頂点の座標と、前記記憶されている面間の距離と、前記計算した法線ベクトルとを用いて前記3つの基準面によって形成される頂点の座標を計算する手順と
を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。 The computer program according to claim 18 , wherein
The storage means also stores in advance the distance between the opposing surfaces of the reference object,
The vector / coordinate calculation procedure is as follows:
Normal vectors at least one extraction surface when it is parallel to any of the previous SL three reference surfaces, which were calculated using three-dimensional shape data group of the at least one extraction surface of the pre-Symbol Three extraction surface by changing the orientation, a step of calculating a normal vector of one extraction surface parallel to the reference plane even before Kisukuna without
By using the three reference surfaces using the coordinates of the vertices calculated using the three-dimensional shape data group of the three extraction surfaces of the reference object, the distance between the stored surfaces, and the calculated normal vector A computer program comprising: a procedure for calculating coordinates of formed vertices .
前記ベクトル・座標計算手順は、前記3つの抽出面のうちの2つの抽出面における法線ベクトルを前記抽出手順によって抽出された立体形状データ群を用いて計算し、前記計算した2つの抽出面における法線ベクトルの外積により前記3つの抽出面のうちで前記法線ベクトルを計算した2つの抽出面に垂直な残りの1つの抽出面の法線ベクトルを計算するものであることを特徴とするコンピュータプログラム。 The computer program according to claim 18 or claim 19 ,
The vector coordinate calculation procedure, in the two extraction surface normal vectors in the two extraction surface is calculated using the three-dimensional shape data group extracted by the extraction procedure described above calculations of said three extraction surface computer, characterized in that the outer product of the normal vector is to compute one of the normal vector of the extracted face remaining perpendicular of the two extraction surface normal vector calculated in one of the three extraction surface program.
前記記憶手段は、前記基準物体の各面間の角度および各辺の長さも予め記憶しており、
前記ベクトル・座標計算手順は、前記3つの抽出面に関する立体形状データ群に基づいて前記3つの抽出面の法線ベクトルおよび前記3つの抽出面によって形成される頂点の座標を計算し、かつ前記計算した前記3つの抽出面の法線ベクトルおよび前記3つの抽出面によって形成される頂点の座標と、前記記憶手段に記憶されている前記基準面データと、前記基準物体の各面間の角度および各辺の長さとを用いて、前記3つの基準面における法線ベクトルおよび前記3つの基準面によって形成される頂点の座標を計算する手順を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。 The computer program according to claim 18 or 20 ,
It said storage means is an angle and also stores in advance the length of each side between each side of the reference object,
The vector coordinate calculation procedure, the coordinates of the vertices formed by the normal vector and the three extraction surface of the three extraction surface based on the three-dimensional shape data group relating to the three extraction surface was calculated, and the calculated The normal vectors of the three extraction surfaces and the coordinates of the vertices formed by the three extraction surfaces, the reference surface data stored in the storage means, the angle between each surface of the reference object, and each with the length of the side, the computer program characterized in that it comprises a procedure for calculation of the coordinates of the vertices in total formed by the normal vector and the three reference plane in the three reference planes.
前記複数の視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを予め設定した座標系である基準座標系に基づく3次元形状データに変換する際に使用される座標変換係数を取得する座標変換係数取得装置であって、
前記複数の異なる視点での3次元形状測定のそれぞれにおいて同時に3次元形状測定可能かつ互いに識別可能な少なくとも3つの面を有する多面体である基準物体(40)のそれぞれの面を識別するための識別パラメータと、前記予め設定した座標系に基づく前記基準物体のそれぞれの面における法線ベクトルおよび前記基準物体のそれぞれの面によって形成される頂点の座標とを記憶する記憶手段(32)を備えた座標変換係数取得装置に適用されるコンピュータプログラムにおいて、
前記座標変換係数取得装置に含まれるデータ処理装置(32)を構成するコンピュータに、
前記複数の異なる視点での3次元形状測定の測定対象空間内に前記基準物体を配置した状態で、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元表面形状を複数の異なる視点で測定させ、前記3次元形状測定装置が出力するデータから前記複数の異なる視点ごとに前記基準物体の3次元表面形状を表す複数組の立体形状データ群をそれぞれ生成する立体形状データ群生成手順(S12,S14)と、
前記複数の異なる視点ごとに生成した各立体形状データ群から、前記識別パラメータを用いて、頂点を形成する前記基準物体の少なくとも3つの面に関する各立体形状データ群をそれぞれ面ごとに抽出する抽出手順(S16)と、
前記抽出した基準物体の少なくとも3つの面に関する立体形状データ群を用い、前記複数の異なる視点ごとに、前記抽出した基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標をそれぞれ計算するベクトル・座標計算手順(S18)と、
前記記憶手段に記憶されている前記基準物体のそれぞれの面を識別するための識別データを用いて、前記記憶手段に記憶されていて前記抽出手順によって抽出された立体形状データ群に対応した前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標を前記記憶手段から読み出す読出し手順(S20’)と、
前記複数の異なる視点ごとに計算した前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標と、前記読出し手順によって読み出された前記基準物体の少なくとも3つの面における法線ベクトルおよび前記少なくとも3つの面によって形成される頂点の座標とにより、前記複数の異なる視点ごとの座標系に基づく3次元形状データを前記基準座標系に基づく3次元形状データに変換するための座標変換係数を計算する座標変換係数計算手順(S22)と
を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。 A plurality of three-dimensional shape measuring devices (20A, 20B, 20C) are arranged at different positions to measure a three-dimensional shape, or a plurality of three-dimensional shape measuring devices are moved relative to a measurement object. By measuring the three-dimensional shape at the position of, the three-dimensional shape measurement of the measurement object from a plurality of different viewpoints,
Coordinate conversion coefficient acquisition unit that acquires coordinate transformation coefficients are used to convert the three-dimensional shape data based on the reference coordinate system is a preset coordinate system a three-dimensional shape data based on the coordinate system of each of the plurality of viewpoints Because
An identification parameter for identifying each surface of the reference object (40) that is a polyhedron having at least three surfaces that can be simultaneously measured in three-dimensional shape and can be distinguished from each other in each of the plurality of three-dimensional shape measurements at different viewpoints. And a storage unit (32) for storing a normal vector on each surface of the reference object based on the preset coordinate system and coordinates of vertices formed by each surface of the reference object In a computer program applied to a coefficient acquisition device ,
In a computer constituting the data processing device (32) included in the coordinate transformation coefficient acquisition device,
In the state in which the said reference object to be measured within the space of the three-dimensional shape measurement in the plurality of different viewpoints, a three-dimensional surface shape of the criteria object at different viewpoints of several prior Symbol 3-dimensional shape measurement device A three-dimensional shape data group generation procedure (S12) for generating a plurality of sets of three-dimensional shape data groups representing the three-dimensional surface shape of the reference object for each of the plurality of different viewpoints from the data output from the three-dimensional shape measurement apparatus. , S14) ,
Extraction procedure for extracting each three-dimensional shape data group related to at least three surfaces of the reference object forming the vertex from each three-dimensional shape data group generated for each of the plurality of different viewpoints for each surface. (S16) ,
Using a three-dimensional shape data group relating to at least three surfaces of the extracted reference object, the plurality of different viewpoints are formed by normal vectors in at least three surfaces of the extracted reference object and the at least three surfaces. A vector / coordinate calculation procedure (S18) for calculating the coordinates of each vertex;
Using identification data for identifying each surface of the reference object stored in the storage means, corresponding to the three-dimensional shape data group extracted by the extraction procedure is memorize in the memory means the A reading procedure (S20 ′) for reading normal vectors on at least three surfaces of the reference object and coordinates of vertices formed by the at least three surfaces from the storage means;
Normal vectors in at least three surfaces of the reference object calculated for each of the plurality of different viewpoints and coordinates of vertices formed by the at least three surfaces, and at least three of the reference objects read out by the reading procedure one of the vertex coordinates formed by the normal vector and the at least three surfaces in the plane, it converts the three-dimensional shape data based on the coordinate system of each of the plurality of different viewpoints in the three-dimensional shape data based on the reference coordinate system Coordinate conversion coefficient calculation procedure (S22) for calculating the coordinate conversion coefficient for
A computer program for executing
前記基準物体の各面は、それぞれ異なる反射率に形成されており、前記識別パラメータは、前記それぞれ異なる反射率に形成された基準物体の各面に光を照射した際における同各面からの反射光の光量とし、
前記立体形状データ群生成手順は、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元形状を測定させる際、基準物体の各面に光を照射した場合の同各面からの反射光の光量を測定することを含む
ことを特徴とするコンピュータプログラム。 A computer program according to any one of claims 17 to 22 ,
Each surface of the reference object is formed with a different reflectance, and the identification parameter is a reflection from each surface when the surfaces of the reference object formed with the different reflectance are irradiated with light. The amount of light,
The three-dimensional shape data group generation step, when to measure the three-dimensional shape of the reference object in the three-dimensional shape measuring device, the amount of light reflected from the surfaces when irradiated with light on each side of the reference object A computer program comprising measuring.
前記基準物体の各面は、それぞれ異なる色で形成されており、前記識別パラメータは、前記基準物体の各面におけるそれぞれ異なる色を表すデータとし、
前記立体形状データ群生成手順は、前記3次元形状測定装置に前記基準物体の3次元形状を測定させる際、基準物体の各面に光を照射した場合の同各面の色を測定することを含む
ことを特徴とするコンピュータプログラム。 A computer program according to any one of claims 17 to 22 ,
Each surface of the reference object is formed in a different color, and the identification parameter is data representing a different color in each surface of the reference object,
The three-dimensional shape data group generation step, when to measure the three-dimensional shape of the reference object in the three-dimensional shape measuring device, to measure the color of the surfaces when irradiated with light on each side of the reference object A computer program comprising:
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