JP4834524B2 - Three-dimensional shape measuring method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、３次元形状測定方法およびその装置に関し、さらに詳細には、物体の形状を複数の方向から非接触で測定し、得られた複数の方向からの測定データを合成することによって物体の全周の形状を取得する３次元形状測定方法およびその装置に関する。 The present invention relates to a three-dimensional shape measuring method and apparatus, and more specifically, measures the shape of an object in a non-contact manner from a plurality of directions, and combines the obtained measurement data from the plurality of directions. The present invention relates to a three-dimensional shape measuring method and apparatus for acquiring the shape of the entire circumference.
一般に、測定対象物の３次元形状を非接触で計測する技術としては、受動的測定法と能動的測定法との二つの手法が知られている。これら二つの手法のうちの受動的測定法とは、ステレオ法に代表されるように、測定機器側は投光手段を持たずに、環境光を利用して計測するという手法である。一方、能動的測定法とは、測定機器側の投光手段から測定対象物に向けて光を照射して、その反射光を計測するという手法である。 In general, two techniques, a passive measurement method and an active measurement method, are known as techniques for measuring the three-dimensional shape of a measurement object in a non-contact manner. Of these two methods, the passive measurement method is a method in which the measurement device side performs measurement using ambient light without having a light projecting means, as represented by the stereo method. On the other hand, the active measurement method is a method of irradiating light from a light projecting means on the measurement device side toward a measurement object and measuring the reflected light.
ここで、上記したような各種の手法を用いて測定対象物の全周の形状を取得する３次元形状測定装置が存在するが、こうした３次元形状測定装置においては、測定対象物を複数の方向から撮影し、撮影により得られたデータをそれぞれ位置合わせして、位置合わせしたデータを合成するという作業を行って、測定対象物の全周の形状を取得することができるようになされている。 Here, there is a three-dimensional shape measuring apparatus that acquires the shape of the entire circumference of the measurement object using various methods as described above. In such a three-dimensional shape measurement apparatus, the measurement object is arranged in a plurality of directions. It is possible to acquire the shape of the entire circumference of the measurement object by performing an operation of aligning the data obtained by photographing, aligning the obtained data, and synthesizing the aligned data.
ところで、こうした３次元形状測定装置においては、複数の方向から撮影されたデータの位置合わせを行って合成する際に、一般にはデータ編集用ソフトを利用して、複数の方向から撮影されたデータのなかで互いに隣り合う方向から撮影された２つのデータが示す画像上における対応点をユーザーが目視で指定し、それらの点の位置を一致させるようにデータの補正を行ってからデータを合成していた。
By the way, in such a three-dimensional shape measuring apparatus, when data taken from a plurality of directions are aligned and combined, generally data editing software is used to collect data taken from a plurality of directions. The user visually designates corresponding points on the image indicated by the two data shot from the directions adjacent to each other, corrects the data so that the positions of these points match, and then combines the data. It was.
しかしながら、上記のようにユーザーが目視により２つのデータが示す画像上の対応点を指定する際に、測定対象物に特徴点が少ない場合などにはそれぞれの対応点を指定することが困難であるという問題点があった。 However, when the user visually specifies the corresponding points on the image indicated by the two data as described above, it is difficult to specify the corresponding points when there are few feature points on the measurement object. There was a problem.
また、上記したデータ編集用ソフトの利用においては、ユーザーがマウスなどのポインティングデバイスを用いて画面上で位置指定する操作が必要となるため、こうした操作に慣れていないユーザーにとっては、極めて煩雑かつ困難な作業を強いるものであるという問題点があった。 In addition, the use of the above-described data editing software requires a user to specify a position on the screen by using a pointing device such as a mouse. Therefore, it is extremely complicated and difficult for a user who is not used to such an operation. There was a problem of compulsory work.
さらに、上記したデータ編集用ソフトを利用した処理においては、データの合成の際に測定時の位置情報を全く用いておらず、撮影したデータによる３次元形状情報のみを用いているため、測定対象物の実物通りの位置にデータを合成できない恐れがあるという問題点があった。 Furthermore, in the processing using the above-described data editing software, the position information at the time of measurement is not used at the time of data synthesis, and only the three-dimensional shape information based on the captured data is used. There was a problem that data could not be synthesized at the actual position of the object.
このため、上記したデータ編集用ソフトを利用する際の問題点を解決する手法として、例えば、非特許文献１や非特許文献２に開示されたような手法が提案されている。
For this reason, for example, methods disclosed in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 have been proposed as methods for solving the problems in using the above-described data editing software.
これら非特許文献１や非特許文献２に開示されたような手法とは、測定対象物を載せる回転テーブルなどの基準平面上に印を付けておき、撮像手段たるレンジファインダで基準平面上に配置された測定対象物を撮影する際にその印を同時に撮影することによって、撮影された印に基づいてレンジファインダの視点位置や方向を推定するというものである。 The technique disclosed in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 is to mark a reference plane such as a rotary table on which a measurement object is placed and place it on the reference plane using a range finder as an imaging means. When photographing the measured object, the mark is simultaneously photographed to estimate the viewpoint position and direction of the rangefinder based on the photographed mark.
しかしながら、こうした手法では、測定対象物を撮影する際に必ず基準平面上に付けられた印も撮像されるように撮影を行わなければならず、測定対象物を撮影する際の撮影角度が制限されることになり、これにより測定対象物において撮影ができない部位が生じることになるという問題点があった。
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、操作が簡単であり、かつ、測定対象物の撮影角度に制限のない３次元形状測定方法およびその装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the various problems of the conventional techniques as described above, and the object of the present invention is that the operation is simple and the photographing angle of the measurement object is limited. An object of the present invention is to provide a three-dimensional shape measuring method and apparatus therefor.
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、回転テーブル上に測定対象物を載置して、上記回転テーブルを回転させながらレンジファインダにより上記測定対象物を撮像して、上記レンジファインダの撮像結果に基づいて上記測定対象物の全周の形状を測定する３次元形状測定方法において、回転テーブルの回転中心上の異なる高さ位置にそれぞれ真球を配置して、レンジファインダにより上記真球のそれぞれの高さ位置における画像データを取得する第１の処理と、上記第１の処理により得られた上記画像データに基づいて、上記真球のそれぞれの高さ位置における上記真球の中心座標を算出する第２の処理と、上記第２の処理により算出された上記真球のそれぞれの高さ位置における上記真球の中心座標を通る直線を算出する第３の処理と、上記第３の処理により算出された上記直線を１つの軸とする上記回転テーブルにおけるローカル座標系を算出する第４の処理と、上記第４の処理により算出された上記ローカル座標系と上記レンジファインダにおけるワールド座標系とを座標変換するパラメータを算出する第５の処理と、上記第５の処理により算出された上記パラメータにより上記ワールド座標系と上記ローカル座標系とを対応付けて上記測定対象物の全周の形状を取得する第６の処理とよりなるようにしたものである。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the measurement object is placed on a rotary table, and the measurement object is imaged by a range finder while rotating the rotary table. Then, in the three-dimensional shape measuring method for measuring the shape of the entire circumference of the measurement object based on the imaging result of the range finder, the spheres are arranged at different height positions on the rotation center of the rotary table. The first process of acquiring image data at each height position of the true sphere by the range finder, and the height position of each of the true spheres based on the image data obtained by the first process A second process for calculating the center coordinates of the true sphere in the above, and a straight line passing through the center coordinates of the true sphere at the respective height positions of the true sphere calculated by the second process. Calculated by the third process, the fourth process for calculating the local coordinate system in the rotation table with the straight line calculated by the third process as one axis, and the fourth process. A fifth process for calculating a parameter for coordinate conversion between the local coordinate system and the world coordinate system in the range finder, and the world coordinate system and the local coordinate system based on the parameter calculated by the fifth process. And the sixth process for acquiring the shape of the entire circumference of the measurement object.
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、本発明のうち請求項１に記載の発明において、上記第６の処理が、上記回転テーブルを所定の回転角度に回転させる毎に、上記レンジファインダにより上記測定対象物の画像データを取得する第７の処理と、上記第７の処理により取得された上記測定対象物の画像データを、上記第５の処理により算出された上記パラメータにより上記ワールド座標系から上記ローカル座標系に変換する第８の処理と、上記第８の処理により上記ローカル座標系に変換された上記測定対象物の画像データを上記回転テーブルの回転角度に対応してマッピングし、上記ローカル座標系における上記測定対象物の全周の形状データを取得する第９の処理と、上記第９の処理により取得された上記全周の形状データを、上記第５の処理により算出された上記パラメータにより上記ローカル座標系から上記ワールド座標系に変換する第１０の処理とよりなるようにしたものである。 Further, the invention according to claim 2 of the present invention is the invention according to claim 1 of the present invention, wherein the sixth process is performed each time the rotary table is rotated to a predetermined rotation angle. The seventh process of acquiring image data of the measurement object by the range finder, and the image data of the measurement object acquired by the seventh process are calculated using the parameters calculated by the fifth process. An eighth process for converting from the world coordinate system to the local coordinate system, and mapping the image data of the measurement object converted to the local coordinate system by the eighth process in correspondence with the rotation angle of the rotary table And the ninth process for acquiring the shape data of the entire circumference of the measurement object in the local coordinate system, and the shape data of the entire circumference acquired by the ninth process, The serial fifth the parameters calculated by the processing of those which set to be greater as the processing of the 10 to be converted to the world coordinate system from the local coordinate system.
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、レンジファインダにより測定対象物を撮像して、上記レンジファインダの撮像結果に基づいて上記測定対象物の全周の形状を測定する３次元形状測定装置において、測定対象物を載置するとともに任意の角度で回転可能な回転テーブルと、上記回転テーブルの回転中心上に一方の端部側を係止するとともに、他方の端部の高さ位置を変更可能に配設された支持棒と、上記支持棒の上記他方の端部に配設された真球と、上記支持棒の上記他方の端部の高さ位置を変更する毎にレンジファインダにより撮像された上記真球の画像データを取得する画像データ取得手段と、上記画像データ取得手段により取得された上記画像データから、上記他方の端部のそれぞれの高さ位置における上記真球の中心座標を算出する中心座標算出手段と、上記中心座標算出手段により算出された上記他方の端部のそれぞれの高さ位置における上記真球の中心座標を通る直線を算出する直線算出手段と、上記直線算出手段により算出された上記直線を１つの軸とする上記回転テーブルにおけるローカル座標系を算出するローカル座標算出手段と、上記ローカル座標算出手段によって算出された上記ローカル座標系と上記レンジファインダにおけるワールド座標系とを座標変換するパラメータを算出するパラメータ算出手段と、上記パラメータ算出手段により算出された上記パラメータにより上記レンジファインダにおけるワールド座標系と上記回転テーブルにおけるローカル座標系とを対応付けて上記測定対象物の全周の形状を取得する形状取得手段とを有するようにしたものである。 The invention according to claim 3 of the present invention is a three-dimensional shape in which a measurement object is imaged by a range finder, and the shape of the entire circumference of the measurement object is measured based on the imaging result of the range finder. In the measuring apparatus, a rotating table on which a measurement object is placed and rotated at an arbitrary angle, and one end side is locked on the rotation center of the rotating table, and the height position of the other end portion Each time the height position of the other end of the support rod is changed, the support rod arranged to be changeable, the true sphere arranged at the other end of the support rod, and the other end of the support rod. Image data acquisition means for acquiring image data of the true sphere imaged by the image data, and the center of the true sphere at each height position of the other end from the image data acquired by the image data acquisition means seat A central coordinate calculating means for calculating a straight line, a straight line calculating means for calculating a straight line passing through the central coordinates of the true sphere at each height position of the other end calculated by the central coordinate calculating means, and the straight line calculating Local coordinate calculation means for calculating the local coordinate system in the rotation table with the straight line calculated by the means as one axis, the local coordinate system calculated by the local coordinate calculation means, and the world coordinate system in the range finder And a parameter calculation means for calculating a parameter for coordinate conversion, and the parameter calculated by the parameter calculation means to associate the world coordinate system in the range finder and the local coordinate system in the rotation table in association with the measurement object. Shape acquisition means for acquiring the shape of the entire circumference Those were Unishi.
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、本発明のうち請求項３に記載の発明において、上記形状取得手段が、上記回転テーブルを所定の回転角度に回転させる毎に、上記レンジファインダにより上記測定対象物の画像データを取得する測定対象物画像データ取得手段と、上記測定対象物画像データ取得手段により取得された上記測定対象物の画像データを、上記パラメータ算出手段により算出された上記パラメータにより上記ワールド座標系から上記ローカル座標系に変換する第１のパラメータ変換手段と、上記第１のパラメータ変換手段により上記ローカル座標系に変換された上記測定対象物の画像データを上記回転テーブルの回転角度に対応してマッピングして、上記ローカル座標系における上記測定対象物の全周の形状データを取得する測定対象物全周形状データ取得手段と、上記測定対象物全周形状データ取得手段により取得された上記全周の形状データを、上記パラメータ算出手段により算出された上記パラメータにより上記ローカル座標系から上記ワールド座標系に変換する第２のパラメータ変換手段とを有するようにしたものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to the third aspect of the present invention, each time the shape acquisition unit rotates the rotary table to a predetermined rotation angle, Measurement object image data acquisition means for acquiring image data of the measurement object by a finder, and image data of the measurement object acquired by the measurement object image data acquisition means are calculated by the parameter calculation means. First parameter conversion means for converting from the world coordinate system to the local coordinate system by the parameter, and image data of the measurement object converted to the local coordinate system by the first parameter conversion means is the rotation table. To map the shape data of the entire circumference of the measurement object in the local coordinate system. The measurement object all-round shape data acquisition means to be obtained and the all-round shape data acquired by the measurement object all-around shape data acquisition means are obtained from the local coordinate system by the parameters calculated by the parameter calculation means. And a second parameter converting means for converting to the world coordinate system.
本発明は、以上説明したように構成されているので、操作が簡単であり、かつ、測定対象物の撮影角度に制限がないという優れた効果を奏する。 Since the present invention is configured as described above, it has an excellent effect that the operation is simple and the photographing angle of the measurement object is not limited.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による３次元形状測定方法およびその装置の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。 Hereinafter, an example of an embodiment of a three-dimensional shape measurement method and apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１には、本発明による３次元形状測定装置の実施の形態の一例の概略構成説明図が示されている。
FIG. 1 shows a schematic configuration explanatory diagram of an example of an embodiment of a three-dimensional shape measuring apparatus according to the present invention.
この３次元形状測定装置（以下、単に「測定装置」と適宜に称する。）１０は、バス１２ａを介して接続された中央処理装置（ＣＰＵ）１２ｂ、ＣＰＵ１２ｂが実行するプログラムなどを格納したリードオンリメモリ（ＲＯＭ）１２ｃ、データ信号を一時記憶するバッファメモリやＣＰＵ１２ｂによるプログラムの実行時に必要な各種レジスタなどが設定されたワーキングエリアとしてのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２ｄ、キーボードやマウスなどの各種の入力装置１２ｅならびにＣＰＵ１２ｂの処理結果などを出力して表示する表示装置１２ｆなどを有して構成されるコンピュータ１２によりその全体の動作を制御するように構成されている。 This three-dimensional shape measuring device (hereinafter simply referred to as “measuring device” as appropriate) 10 is a central processing unit (CPU) 12b connected via a bus 12a, a read only storing a program executed by the CPU 12b, and the like. A memory (ROM) 12c, a buffer memory for temporarily storing data signals, a random access memory (RAM) 12d as a working area in which various registers necessary for executing a program by the CPU 12b are set, various inputs such as a keyboard and a mouse The entire operation is controlled by a computer 12 that includes a display device 12f that outputs and displays processing results of the device 12e and the CPU 12b.
そして、測定装置１０は、コンピュータ１２により制御される構成部材として、モーターなどの駆動により測定対象物を載置して矢印Ａ方向ならびに矢印Ｂ方向のいずれの方向にも回転可能な回転テーブル１４と、測定対象物の表面に２値化投影パターンを投影する投影機２０および投影機２０の投影方向とは異なる方向から測定対象物の表面を撮影することができるように配置された撮影機２１より構成されるレンジファインダ２２とを有している。 The measuring device 10 is a component that is controlled by the computer 12, and includes a turntable 14 that can be rotated in either the direction of arrow A or the direction of arrow B by placing an object to be measured by driving a motor or the like. From the projector 20 that projects the binarized projection pattern onto the surface of the measurement object, and the photographing device 21 that is arranged so that the surface of the measurement object can be photographed from a direction different from the projection direction of the projector 20. The range finder 22 is configured.
また、回転テーブル１４には、直線状に延長した棒状体であって、回転テーブル１４の回転中心位置において回転テーブル１４に対して垂直に立設するようにその一方の端部１６ａ側が配置された支持棒１６が着脱可能に取り付けられている。 Further, the rotary table 14 is a rod-like body extending linearly, and one end portion 16 a side thereof is arranged so as to stand vertically with respect to the rotary table 14 at the rotation center position of the rotary table 14. A support bar 16 is detachably attached.
さらに、支持棒１６の他方の端部１６ｂには、真球状に形成された基準球１８が配設されている。なお、基準球１８の真球度は、測定装置１０の測定精度内にいて真球と判断されるものであればよい。 Further, a reference sphere 18 formed in a true spherical shape is disposed at the other end 16 b of the support bar 16. The sphericity of the reference sphere 18 may be any sphere that is determined to be a true sphere within the measurement accuracy of the measuring apparatus 10.
ここで、回転テーブル１４と支持棒１６とは、回転テーブル１４の表面から基準球１８の中心までの距離、即ち、回転テーブル１４に対する基準球１８の中心までの高さｈを任意に可変することができるように構成されている。 Here, the rotary table 14 and the support bar 16 can arbitrarily vary the distance from the surface of the rotary table 14 to the center of the reference sphere 18, that is, the height h from the rotary table 14 to the center of the reference sphere 18. It is configured to be able to.
具体的には、回転テーブル１４の中心位置に支持棒１６を貫通させることのできる孔１４ａが穿設されており、この孔１４ａ内に支持棒１６を貫通させて高さｈの調整を行い、Ｌ字型金具２４とビス２６とを用いて回転テーブル１４と支持棒１６とを固定することができるようになされている。 Specifically, a hole 14a through which the support bar 16 can be penetrated is formed at the center position of the rotary table 14, and the height h is adjusted by penetrating the support bar 16 into the hole 14a. The rotary table 14 and the support bar 16 can be fixed using the L-shaped bracket 24 and the screw 26.
次に、図２に示すコンピュータ１２により実現される測定装置１０の制御システムの機能ブロック構成説明図を参照しながら、測定装置１０における測定対象物の全周の形状データの測定動作について説明する。
Next, the measurement operation of the shape data of the entire circumference of the measurement object in the measurement apparatus 10 will be described with reference to the functional block configuration explanatory diagram of the control system of the measurement apparatus 10 realized by the computer 12 shown in FIG.
この制御システムは、各種機器の制御を行う制御手段２４と、レンジファインダ２２により撮影され得られた３次元データから画像を生成する画像データ生成手段２６と、画像データ生成手段２６から送られてきた情報を処理して測定対象物の全周の画像を生成するための処理手段２８とを有して構成されている。 This control system is sent from a control unit 24 that controls various devices, an image data generation unit 26 that generates an image from three-dimensional data captured by the range finder 22, and an image data generation unit 26. And processing means 28 for processing the information to generate an image of the entire circumference of the measurement object.
ここで、制御手段２４は、回転テーブル１４の回転角度を制御する回転テーブル制御部２４ａと、投影機２０から測定対象物に投影する２値化投影パターンを生成し、生成した２値化投影パターンを投影するための制御を行う投影パターン制御部２４ｂとを有して構成されている。 Here, the control means 24 generates a rotary table control unit 24a that controls the rotation angle of the rotary table 14, and a binary projection pattern that is projected from the projector 20 onto the measurement object, and the generated binary projection pattern. And a projection pattern control unit 24b that performs control for projecting.
また、画像データ生成手段２６は、レンジファインダ２２により撮影された画像から空間コード画像データを生成する空間コード画像データ生成部２６ａと、空間コード画像データ生成部２６ａにより生成された空間コード画像データに基づいて処理手段２８における処理を行い測定対象物の全周の形状の画像を生成する全周画像データ生成部２６ｂとを有して構成されている。 In addition, the image data generation means 26 generates a spatial code image data 26a for generating spatial code image data from the image photographed by the range finder 22, and the spatial code image data generated by the spatial code image data generation unit 26a. An all-round image data generation unit 26b that performs processing in the processing unit 28 to generate an image of the entire circumference of the measurement object is configured.
さらに、処理装置２８は、レンジファインダ２２の既知の座標系であるワールド座標系と回転テーブル１４における中心軸を一つの軸とするローカル座標系たる回転テーブル座標系との両座標系間の変換パラメータを算出するパラメータ算出部２８ａと、空間コード画像データをパラメータ算出部２８ａで算出された座標変換パラメータを用いて回転テーブル座標系にマッピングした後に、さらに、座標変換パラメータを用いてワールド座標系にする座標変換部２８ｂとを有して構成されている。 Further, the processing device 28 converts the conversion parameters between the coordinate system of the world coordinate system, which is a known coordinate system of the range finder 22, and the rotary table coordinate system, which is a local coordinate system with the central axis of the rotary table 14 as one axis. After the parameter calculation unit 28a for calculating the spatial code image data is mapped to the rotation table coordinate system using the coordinate conversion parameter calculated by the parameter calculation unit 28a, the world coordinate system is further set using the coordinate conversion parameter. And a coordinate conversion unit 28b.
以上の構成において、図３および図４に示すフローチャートおよび図５以下の各図を参照しながら、測定装置１０の動作についてさらに詳しく説明する。
In the above configuration, the operation of the measuring apparatus 10 will be described in more detail with reference to the flowcharts shown in FIGS. 3 and 4 and the drawings after FIG.
ここで、測定装置１０において測定対象物の全周の形状データを取得する処理の概略について説明すると、まず、回転テーブル１４上に支持棒１６と基準球１８とを載置し、基準球１８の高さｈを変えることにより、異なる高さｈで投影パターン制御部２４ｂにより投影機２０から２値化投影パターンを基準球１８に投影し、基準球１８に投影された２値化投影パターンを撮影機２１により撮影して、空間コード画像データ生成部２６ａにより基準球１８の空間コード画像データを取得し、画像データ（３次元データ）を生成する。 Here, the outline of the process of acquiring the shape data of the entire circumference of the measurement object in the measurement apparatus 10 will be described. First, the support rod 16 and the reference sphere 18 are placed on the rotary table 14, and the reference sphere 18 By changing the height h, the binarized projection pattern is projected onto the reference sphere 18 from the projector 20 by the projection pattern control unit 24b at different heights h, and the binarized projection pattern projected onto the reference sphere 18 is photographed. The space code image data generation unit 26a acquires the space code image data of the reference sphere 18 and generates image data (three-dimensional data).
次に、上記のようにして取得された基準球１８の画像データ（３次元データ）より、基準球１８の中心座標および回転テーブル座標系を求め、パラメータ算出部２８ａにおいて座標変換パラメータを求めることにより、レンジファインダ２２の座標系（ワールド座標系）と回転テーブル１４の座標系（回転テーブル座標系）との対応付けを行う。 Next, from the image data (three-dimensional data) of the reference sphere 18 acquired as described above, the center coordinate and the rotation table coordinate system of the reference sphere 18 are obtained, and the parameter conversion unit 28a obtains the coordinate conversion parameter. The coordinate system (world coordinate system) of the range finder 22 and the coordinate system (rotary table coordinate system) of the rotary table 14 are associated with each other.
次に、回転テーブル１４上の支持棒１６および基準球１８を回転テーブル１４上から取り外し、回転テーブル１４上に測定対象物を載置する。 Next, the support bar 16 and the reference ball 18 on the turntable 14 are removed from the turntable 14, and the measurement object is placed on the turntable 14.
それから、回転テーブル制御部２４ａにより回転テーブル１４の回転角度を制御しながら、所定の角度において投影パターン制御部２４ｂにより投影機２０から２値化投影パターンをそれぞれ投影し、投影された２値化投影パターンを撮影機２１により撮影して、空間コード画像データ生成部２６ａにより測定対象物の画像データを取得する。 Then, while controlling the rotation angle of the rotary table 14 by the rotary table control unit 24a, the binarized projection pattern is projected from the projector 20 by the projection pattern control unit 24b at a predetermined angle. The pattern is photographed by the photographing device 21, and the image data of the measurement object is acquired by the spatial code image data generation unit 26a.
こうして得られた測定対象物の画像データを、パラメータ算出部２８ａで算出された座標変換パラメータを用いて座標変換部２８ｂにおいてワールド座標系から回転テーブル座標系に変換し、全周画像データ生成部２６ｂにおいて回転テーブル座標系に変換された画像データを各角度に対応してマッピングすることにより、回転テーブル座標系において測定対象物の全周の形状データを取得する。 The image data of the measurement object thus obtained is converted from the world coordinate system to the rotation table coordinate system by the coordinate conversion unit 28b using the coordinate conversion parameter calculated by the parameter calculation unit 28a, and the all-round image data generation unit 26b. By mapping the image data converted into the rotation table coordinate system corresponding to each angle, the shape data of the entire circumference of the measurement object is acquired in the rotation table coordinate system.
そして、得られた測定対象物の全周の形状データを再び座標変換部２８ｂにおいて回転テーブル座標系からワールド座標系に変換し、こうしてワールド座標系に変換されたデータが表示装置１２ｆへ出力されて、表示装置１２ｆに測定対象物の３次元画像が表示される。 The obtained shape data of the entire circumference of the measurement object is converted again from the rotation table coordinate system to the world coordinate system in the coordinate conversion unit 28b, and the data thus converted to the world coordinate system is output to the display device 12f. Then, a three-dimensional image of the measurement object is displayed on the display device 12f.
以下、上記した処理について詳細に説明すると、この測定装置１０において測定対象物の全周の形状を取得するには、まず、レンジファインダ２２におけるワールド座標系と回転テーブル１４における回転テーブル座標系との対応付けの処理のサブルーチンを実行する（ステップＳ３０２）。
Hereinafter, the above-described processing will be described in detail. In order to obtain the shape of the entire circumference of the measurement object in the measurement apparatus 10, first, the world coordinate system in the range finder 22 and the rotary table coordinate system in the rotary table 14 are determined. A subroutine for association processing is executed (step S302).
ここで、図５には、レンジファインダ２２のワールド座標系Ｑｗ：（Ｘｗ、Ｙｗ，Ｚｗ）と回転テーブル１２の回転テーブル座標系Ｑｔ：（Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔ）との関係が示されている。 Here, in FIG. 5, the world coordinate system Q w of the range finder 22: (X w , Y w , Z w ) and the rotary table coordinate system Q t of the rotary table 12: (X t , Y t , Z t ) The relationship is shown.
また、図４には、ステップＳ３０２で実行されるサブルーチンのフローチャートが示されているが、レンジファインダ２２におけるワールド座標系と回転テーブル１４における回転テーブル座標系との対応付けの処理においては、まず、基準球１８を回転テーブル１４の中心に取り付けられた支持棒１６の上方の端部１６ｂに載置し、回転テーブル１４の回転軸における高さｈの異なる２カ所以上の位置において基準球１８の画像データを取得する（ステップＳ４０２）。 FIG. 4 shows a flowchart of a subroutine executed in step S302. In the process of associating the world coordinate system in the range finder 22 with the rotation table coordinate system in the rotation table 14, first, The reference sphere 18 is placed on the upper end portion 16b of the support bar 16 attached to the center of the turntable 14, and images of the reference sphere 18 at two or more positions with different heights h on the rotation shaft of the turntable 14. Data is acquired (step S402).
このステップＳ４０２の処理では、回転テーブル１４に穿設された孔１４ａへの支持棒１６の貫入長を調整して、例えば、図６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、高さｈ１（図６（ａ）参照）、高さｈ２（図６（ｂ）参照）および高さｈ３（図６（ｃ）参照）という異なる３つの高さｈでの基準球１８の画像データを取得するようにする。 In the process of step S402, the penetration length of the support rod 16 into the hole 14a drilled in the turntable 14 is adjusted, for example, as shown in FIGS. 6 (a), 6 (b), and 6 (c). Obtain image data of the reference sphere 18 at three different heights h1 (see FIG. 6A), height h2 (see FIG. 6B), and height h3 (see FIG. 6C). To do.
なお、基準球１８を撮影する際の高さｈは、測定対象物が含まれる高さ範囲に設定することとする。 Note that the height h when the reference sphere 18 is imaged is set to a height range in which the measurement object is included.
次に、ステップＳ４０２の処理において取得された画像データから、基準球１８の中心座標を求める処理を行う（ステップＳ４０４）。
Next, a process for obtaining the center coordinates of the reference sphere 18 from the image data acquired in the process of step S402 is performed (step S404).
即ち、基準球１８の画像データを取得した際のそれぞれの高さｈにおける基準球１８の３次元画像から３次元点群を取得する。そして、各３次元点群にフィットする球面の方程式より中心座標を求める。 That is, a three-dimensional point group is acquired from the three-dimensional image of the reference sphere 18 at each height h when the image data of the reference sphere 18 is acquired. Then, center coordinates are obtained from spherical equations that fit to each three-dimensional point group.
基準球１８の中心座標は、同一平面上には存在しない４点以上の３次元点群座標より、基準球１８の中心座標（ａ，ｂ，ｃ）と半径ｒは、次式により求められる。
つまり、ｎ個の点群を次式に当てはめたとき、Ｅが最小になるようなａ、ｂ、ｃ、ｒを求める。 That is, a, b, c, and r are calculated such that E is minimized when n point groups are applied to the following equation.
上記したステップＳ４０４の処理を終了すると、ステップＳ４０６の処理へ進み、ステップＳ４０４の処理において算出された各高さｈにおける基準球１８の中心座標を通る直線（以下、「回転中心軸」と適宜に称することとする。）を算出する。
When the process of step S404 is completed, the process proceeds to step S406, and a straight line passing through the center coordinates of the reference sphere 18 at each height h calculated in the process of step S404 (hereinafter referred to as “rotation center axis” as appropriate). Is calculated).
即ち、算出される回転中心軸上の点をＱ（Ｑｘ，Ｑｙ，Ｑｚ）、方向ベクトルをＶ（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とすると、回転中心軸は次式によって算出される。 That is, if the calculated point on the rotation center axis is Q (Q x , Q y , Q z ) and the direction vector is V (V x , V y , V z ), the rotation center axis is calculated by the following equation. The
なお、このステップＳ４０６の処理によって算出された回転中心軸は、回転テーブル座標系のＹＴ軸となる（図５参照）。
ここで、例えば、ステップＳ４０２の処理においてｎ箇所における基準球１８の画像データを取得し、ステップＳ４０４の処理においてｎ個の中心座標を算出して、ステップＳ４０６の処理においてｎ個の中心座標を通る直線である回転中心軸を算出するには、ｎ個の中心座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）・・・（ｘｎ，ｙｎ，ｚｎ）とすると、まず、中心座標点群を通る直線をＸＹ平面およびＹＺ平面に投影し、投影した直線をそれぞれの平面の２次元座標系において最小二乗法により算出する。 Here, for example, image data of the reference sphere 18 at n locations is acquired in the process of step S402, n central coordinates are calculated in the process of step S404, and the n central coordinates are passed in the process of step S406. In order to calculate a rotation center axis that is a straight line, assuming that n central coordinates are (x 1 , y 1 , z 1 )... (X n , y n , z n ), first, a central coordinate point group Are projected on the XY plane and the YZ plane, and the projected straight lines are calculated by the least square method in the two-dimensional coordinate system of each plane.
即ち、ＸＹ平面およびＹＺ平面に投影した直線をそれぞれＬ１、Ｌ２とすると、Ｌ１、Ｌ２を示す式は次式によって算出される。
次に算出された直線Ｌ１をＺ軸方向に掃引してできる平面Ｐ１と、算出された直線Ｌ２をＸ軸方向に掃引してできる平面Ｐ２を算出する。ここで、平面Ｐ１および平面Ｐ２をそれぞれ次式で表す。 Next, a plane P1 formed by sweeping the calculated straight line L1 in the Z-axis direction and a plane P2 formed by sweeping the calculated straight line L2 in the X-axis direction are calculated. Here, the plane P1 and the plane P2 are respectively expressed by the following equations.
平面Ｐ１：Ａ１ｘ＋Ｂ１ｙ＋Ｃ１ｚ＋Ｄ１＝０ ・・・ 式２
平面Ｐ２：Ａ２ｘ＋Ｂ２ｙ＋Ｃ２ｚ＋Ｄ２＝０ ・・・ 式３
直線Ｌ１および直線Ｌ２の方向ベクトルはそれぞれ（１，ａ１，０）、（０，１，ａ２）となる。
Plane P1: A 1 x + B 1 y + C 1 z + D 1 = 0 Formula 2
Plane P2: A 2 x + B 2 y + C 2 z + D 2 = 0 Formula 3
The direction vectors of the straight line L1 and the straight line L2 are (1, a 1 , 0) and (0, 1, a 2 ), respectively.
平面Ｐ１の法線ベクトルＮ１は、直線Ｌ１の方向ベクトルと直線Ｌ１の掃引ベクトル（０，０，１）の外積であるので、
Ｎ１（Ａ１，Ｂ１，Ｃ１）＝（１，ａ１，０）×（０，０，１）＝（ａ１，−１，０）
で算出される。
Normal vector N 1 of the plane P1 is because it is the outer product of the sweep vector direction vector and the straight line L1 of the straight line L1 (0,0,1),
N 1 (A 1 , B 1 , C 1 ) = (1, a 1 , 0) × (0, 0, 1) = (a 1 , −1, 0)
Is calculated by
また、平面Ｐ２の法線ベクトルＮ２は、直線Ｌ２の方向ベクトルと直線Ｌ２の掃引ベクトル（１，０，０）の外積であるので、
Ｎ２（Ａ２，Ｂ２，Ｃ２）＝（０，１，ａ２）×（１，０，０）＝（０，ａ２，−１）
で算出される。
Further, the normal vector N 2 of plane P2, so is the outer product of the sweep vector direction vector and the straight line L2 of the straight line L2 (1, 0, 0),
N 2 (A 2 , B 2 , C 2 ) = (0, 1, a 2 ) × (1, 0, 0) = (0, a 2 , −1)
Is calculated by
そして、回転中心軸上の点をＱ＝（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、平面Ｐ１は、直線Ｌ１上の点ｐ１１（０，ｂ１，０）を通り、法線ベクトルはＮ１であるので、
Ｎ１・（Ｑ−ｐ１１）＝０ ・・・ 式４
と表される。
When the point on the rotation center axis is Q = (x, y, z), the plane P1 passes through the point p 11 (0, b 1 , 0) on the straight line L1, and the normal vector is N 1 . Because there is
N 1 · (Q−p 11 ) = 0 Formula 4
It is expressed.
また、平面Ｐ２は、直線Ｌ２上の点ｐ２１（０，０，ｂ２）を通り、法線ベクトルはＮ２であるので、
Ｎ２・（Ｑ−ｐ２１）＝０ ・・・ 式５
と表される。
Further, the plane P2 passes through the point p 21 (0, 0, b 2 ) on the straight line L2, and the normal vector is N 2 .
N 2 · (Q−p 21 ) = 0 Formula 5
It is expressed.
よって式２および式４から
Ｄ１＝−Ｎ１・ｐ１１
となり、式３および式５から
Ｄ２＝−Ｎ２・ｐ２１
となる。
Therefore, from Formula 2 and Formula 4, D 1 = −N 1 · p 11
From Equations 3 and 5, D 2 = −N 2 · p 21
It becomes.
次に、平面Ｐ１と平面Ｐ２とが交差してできる直線（以下、「交差直線」と適宜に称することとする。）を算出する。 Next, a straight line formed by intersecting the plane P1 and the plane P2 (hereinafter referred to as “crossing straight line” as appropriate) is calculated.
つまり、交差直線は、平面Ｐ１の法線ベクトルＮ１および平面Ｐ２の法線ベクトルＮ２に垂直であるから、交差直線の方向ベクトルＶ’は法線ベクトルＮ１および法線ベクトルＮ２の外積で表される。 In other words, crossing straight lines, because it is perpendicular to the normal vector N 2 of the normal vectors N 1 and the plane P2 of the plane P1, the direction vector V of the intersecting straight line 'is the outer product of the normal vectors N 1 and normal vector N 2 It is represented by
そして、交差直線上の１点を特定するために、交差直線と方向ベクトルＶ’が原点Ｏを通る平面Ｐ３との交点Ｑ’（Ｑ’ｘ、Ｑ’ｙ，Ｑ’ｚ）を求める。この交点Ｑ’は平面Ｐ１、平面Ｐ２および平面Ｐ３の３つの平面上に存在するので、
Ｎ１・Ｑ’＋Ｄ１＝０、Ｎ２・Ｑ’＋Ｄ２＝０、Ｖ’・Ｑ’＋Ｄ３＝０
となる。
Then, in order to specify one point on the intersection line, an intersection point Q ′ (Q ′ x , Q ′ y , Q ′ z ) between the intersection line and the plane P3 where the direction vector V ′ passes through the origin O is obtained. Since this intersection point Q ′ exists on three planes of the plane P1, the plane P2, and the plane P3,
N 1 · Q ′ + D 1 = 0, N 2 · Q ′ + D 2 = 0, V ′ · Q ′ + D 3 = 0
It becomes.
ここで、
Ｄ１＝−Ｎ１・ｐ１１、Ｄ２＝−Ｎ２・ｐ２１、Ｄ３＝−Ｖ’・Ｏ
であるので、これを行列式で表すと、
D 1 = −N 1 · p 11 , D 2 = −N 2 · p 21 , D 3 = −V ′ · O
Therefore, when this is expressed by a determinant,
となる。 It becomes.
これにより交点Ｑ’が求められ、方向ベクトルＶ’と交点Ｑ’により交差直線が特定される。
この式６は、式１と同様であるので、交差直線は回転中心軸にあたり、交点Ｑ’は回転中心軸上の点Ｑにあたる。 Since Equation 6 is the same as Equation 1, the intersecting straight line corresponds to the rotation center axis, and the intersection point Q ′ corresponds to the point Q on the rotation center axis.
なお、測定装置１０の機器構成を考慮すると、このＶｙ方向の値はワールド座標系Ｙｗと同じ上方を向いているとした方がイメージしやすいので、Ｖｙの方向とワールド座標系Ｙｗが逆向きの算出結果になる（つまり、両軸の方向ベクトルの内積が負である。）場合は、方向ベクトルＶを逆転するようにする。 In consideration of the device configuration of the measuring apparatus 10, it is easier to imagine that the value in the V y direction is facing upwards the same as the world coordinate system Y w , so the direction of the V y and the world coordinate system Y w Is the reverse calculation result (that is, the inner product of the direction vectors of both axes is negative), the direction vector V is reversed.
次に、ステップＳ４０６の処理により算出され、式１に示された回転中心軸（図５ではＹＴ軸として表示）を用いて、回転テーブル座標系を算出する処理を行う（ステップＳ４０８）。
Next, the rotation table coordinate system is calculated using the rotation center axis (shown as YT axis in FIG. 5) calculated by the process in step S406 and expressed in Equation 1 (step S408).
このステップＳ４０８の処理では、回転中心軸であるＹＴ軸と平面ｙ＝０との交点を求め、これを回転テーブル座標系の原点ＯＴとする。ここで、式１にｙ＝０を代入すると、
となる。 It becomes.
原点ＯＴを通り方向ベクトルＶがＹＴ軸に平行な平面Ｐ１と、原点ＯＴを通り方向ベクトルＶが（０，０，１）の平面Ｐ２とが交差する直線をＸＴ軸とすると、平面Ｐ１は、
Ｖｘ（ｘ−（ＯＴ）ｘ）＋Ｖｙ（ｙ−（ＯＴ）ｙ）＋Ｖｚ（ｚ−（ＯＴ）ｚ）＝０
となり、平面Ｐ２は、
ｚ−（Ｏｔ）ｚ＝０
となる。以降のＸＴ軸算出方法は、上記したＹＴ軸の算出方法と同様になされる。
An origin O T the street direction vector V Y T parallel to the axis plane P1, the linear origin O T a as the direction vector V and the plane P2 of the (0,0,1) intersecting the X T axis, The plane P1 is
V x (x- (O T) x) + V y (y- (O T) y) + V z (z- (O T) z) = 0
And the plane P2 is
z- (O t ) z = 0
It becomes. The subsequent XT axis calculation method is the same as the Y T axis calculation method described above.
そして、ＸＴ軸を求められれば、ＸＴ軸、ＹＴ軸およびＺＴ軸は直交座標系なので求められる。 Then, as long sought X T axis, X T axis, Y T axis and Z T axis is determined so rectangular coordinate system.
次に、ワールド座標系からステップＳ４０８の処理により求められた回転テーブル座標系へ変換するための座標変換パラメータを算出する（ステップＳ４１０）。
Next, a coordinate conversion parameter for converting from the world coordinate system to the rotation table coordinate system obtained by the process of step S408 is calculated (step S410).
ここで、レンジファインダ２２のワールド座標系から回転テーブル座標系への座標変換パラメータＰＷ２Ｔは、回転移動行列ＲＷ２Ｔと平行移動行列ＴＷ２Ｔを用いて次式で表される。
また、平行移動変換ＴＷ２Ｔは、
ＴＷ２Ｔ＝［−（ＯＴ）ｘ −（ＯＴ）ｙ −（ＯＴ）ｚ １］Ｔ
である。
Also, the translational transformation T W2T is
T W2T = [- (O T ) x - (O T) y - (O T) z 1] T
It is.
ワールド座標系における回転中心軸であるＹＴ軸の方向ベクトル（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とＹＷ軸ベクトル（０，１，０）について、これらの外積Ａとなす角度θを次式により求める。
回転移動行列ＲＷ２Ｔは、その外積ベクトル周りに角度θだけ回転する変換行列であるので
となる。 It becomes.
以上より、
となり、座標変換パラメータＰＷ２Ｔが得られることになる。 Thus, the coordinate conversion parameter P W2T is obtained.
上記したステップＳ３０２のサブルーチンの処理により座標変換パラメータを算出したならば、回転テーブル１４上に取り付けられた支持棒１６および当該支持棒１６の上端部に載置された基準球１８を、回転テーブル１４から取り外す。そして、測定対象物を回転テーブル１４上に載置し、回転テーブル１４を任意の回転角度に回転させながら、各回転角度における測定対象物の画像データを取得する（ステップＳ３０４）。
If the coordinate conversion parameter is calculated by the processing of the subroutine in step S302 described above, the support bar 16 mounted on the rotary table 14 and the reference sphere 18 placed on the upper end of the support bar 16 are used as the rotary table 14. Remove from. Then, the measurement object is placed on the rotation table 14, and the image data of the measurement object at each rotation angle is acquired while rotating the rotation table 14 to an arbitrary rotation angle (step S304).
なお、この画像データには、測定時の回転テーブル１４の回転角度情報を付加させておくものとする。 Note that the rotation angle information of the rotary table 14 at the time of measurement is added to the image data.
次に、ステップＳ３０４の処理において取得した各回転角度における画像データを、ステップＳ３０２の処理において算出した座標変換パラメータを用いてワールド座標系から回転テーブル座標系に変換する（ステップＳ３０６）。
Next, the image data at each rotation angle acquired in the process of step S304 is converted from the world coordinate system to the rotation table coordinate system using the coordinate conversion parameters calculated in the process of step S302 (step S306).
そして、ステップＳ３０６の処理を終了すると、ステップＳ３０８の処理へ進み、ステップＳ３０６の処理において変換された画像データを、ステップＳ３０４の処理において取得した画像データの回転角度と逆回転で回転テーブル座標系にマッピングする処理を行う。
When the process of step S306 is completed, the process proceeds to the process of step S308, and the image data converted in the process of step S306 is converted into the rotation table coordinate system by the reverse rotation to the rotation angle of the image data acquired in the process of step S304. Perform the mapping process.
具体的には、まず、各角度における画像データの座標値を、次式で回転テーブル座標系の値に変換する。
次に、各画像データにおける測定角度φの逆方向に、次式により回転変換する。
次に、ステップＳ３０８のマッピング処理により得られた測定対象物の全周の形状を示す画像データを、回転テーブル座標系からワールド座標系に戻す処理を行う（ステップＳ３１０）。
Next, the image data indicating the shape of the entire circumference of the measurement target obtained by the mapping process in step S308 is returned from the rotation table coordinate system to the world coordinate system (step S310).
つまり、このステップＳ３１０の処理では、ステップＳ３０２の処理により得られた座標変換パラメータを用いて、ステップＳ３０８の処理によって得られた座標を次式のように逆変換することにより回転テーブル座標系の画像データをワールド座標系の画像データとすることができる。
そして、ステップＳ３１０の処理により得られた測定対象物の全周の形状の画像データをエクスポートすることにより、各種の利用に供することができる。例えば、画像データを表示装置１２ｆへ出力すれば、表示装置１２ｆに測定対象物の３次元画像を表示することができる。
And it can use for various utilization by exporting the image data of the shape of the perimeter of the measurement object obtained by the process of step S310. For example, if the image data is output to the display device 12f, a three-dimensional image of the measurement object can be displayed on the display device 12f.
ここで、例えば、本発明を用いて、測定対象物としてゴルフボールを測定した結果を図７（ａ）（ｂ）に示す。なお、図７（ａ）と図７（ａ）とは、それぞれ異なる視点からの測定結果を示すものである。
Here, for example, the results of measuring a golf ball as a measurement object using the present invention are shown in FIGS. FIG. 7A and FIG. 7A show measurement results from different viewpoints.
このゴルフボールの画像データは、投影機：ＴＤＰ−ＦＦ１（東芝社製）、撮影機：ＡＲＴＣＡＭ−１３０ＭＩ（ＡＲＴＲＡＹ社製）で構成されるレンジファインダを用い、基準球撮影時の撮影機の露光時間を８０ｍｓｅｃとし、撮影機からゴルフボールまでの距離を２６０ｍｍ、画像撮影時の撮影機の露光時間を１５０ｍｓｅｃとして、８ビットグレイコードをストライプパターンとしたものをゴルフボールに投影してゴルフボールの画像データを取得した。 The image data of this golf ball is obtained by using a range finder composed of a projector: TDP-FF1 (manufactured by Toshiba) and a photographing machine: ARTCAM-130MI (manufactured by ARTRAY), and the exposure time of the camera during reference sphere photography. Is set to 80 msec, the distance from the shooting machine to the golf ball is 260 mm, the exposure time of the shooting machine at the time of image shooting is 150 msec, and an 8-bit gray code with a stripe pattern is projected onto the golf ball and the golf ball image data Acquired.
また、ゴルフボールの画像データを取得する際には、回転テーブルの回転角度を０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°、３６０°の８方向から取得し、ＯＢＪファイルに書き出し、３次元データ編集ソフトウエアを用いて順にインポートし、各角度において取得した３次元データをマッピングする際にユーザーの手動による位置合わせ作業を行わなくても、データの位置が合っていることが確認された。 In addition, when acquiring image data of a golf ball, the rotation angle of the rotary table is determined from eight directions of 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 °, 315 °, and 360 °. Data can be acquired, written to an OBJ file, imported in sequence using 3D data editing software, and without manual user registration when mapping 3D data acquired at each angle. Was confirmed to be correct.
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（３）に示すように変形することができるものである。
The embodiment described above can be modified as shown in the following (1) to (3).
（１）上記した実施の形態においては、本発明を空間コード化法により画像データを取得するようにした例に適用した場合について説明したが、これに限られるものでないことは勿論であり、本発明は測定対象物の３次元形状を非接触で計測する種々の技術に適用することができる。 (1) In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to an example in which image data is acquired by the spatial encoding method has been described. However, the present invention is not limited to this, and The invention can be applied to various techniques for measuring a three-dimensional shape of a measurement object in a non-contact manner.
（２）上記した実施の形態においては、支持棒１６を回転テーブル１４に形成された孔１４ａ内に貫入させることにより基準球１８の高さ位置を調整するようにしたが、これに限られるものでないことは勿論である。例えば、支持棒を外筒と当該外筒内に抜き差し自在に嵌合する内筒とにより構成して、支持棒自体を伸縮自在なものとしてもよいし、あるいは、長さの異なる複数の支持棒を用意しておき、これら長さの異なる複数の支持棒を選択的に回転テーブル１４に取り付けるようにしてもよい。 (2) In the above-described embodiment, the height position of the reference sphere 18 is adjusted by penetrating the support rod 16 into the hole 14a formed in the rotary table 14, but the present invention is not limited to this. Of course not. For example, the support bar may be configured by an outer cylinder and an inner cylinder that is detachably fitted into the outer cylinder, and the support bar itself may be telescopic, or a plurality of support bars having different lengths. And a plurality of support rods having different lengths may be selectively attached to the rotary table 14.
（３）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（２）に示す変形例は、適宜に組み合わせるようにしてもよい。 (3) You may make it combine the above-mentioned embodiment and the modification shown in above-mentioned (1) thru | or (2) suitably.
本発明は、工業デザインでの形状取得、人体の形状取得あるいは建築物の形状取得などに利用することができる。 The present invention can be used for shape acquisition in industrial design, human body shape acquisition, or building shape acquisition.
１０ ３次元形状測定装置
１２ コンピュータ
１２ａ バス
１２ｂ 中央処理装置（ＣＰＵ）
１２ｃ リードオンリメモリ（ＲＯＭ）
１２ｄ ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）
１２ｅ 入力装置
１２ｆ 表示装置
１４ 回転テーブル
１６ 支持棒
１８ 基準球
２０ 投影機
２１ 撮影機（カメラ）
２２ レンジファインダ
２４ 制御手段
２４ａ 回転テーブル制御部
２４ｂ 投影パターン制御部
２６ 画像データ生成手段
２６ａ 空間コード画像データ生成部
２６ｂ 全周画像データ生成部
２８ 処理手段
２８ａ 座標変換パラメータ算出部
２８ｂ 座標変換部
10 Three-dimensional shape measuring device 12 Computer 12a Bus 12b Central processing unit (CPU)
12c Read only memory (ROM)
12d random access memory (RAM)
12e Input device 12f Display device 14 Rotary table 16 Support rod 18 Reference ball 20 Projector 21 Camera (camera)
Reference Signs List 22 Range Finder 24 Control Unit 24a Rotation Table Control Unit 24b Projection Pattern Control Unit 26 Image Data Generation Unit 26a Spatial Code Image Data Generation Unit 26b All-round Image Data Generation Unit 28 Processing Unit 28a Coordinate Conversion Parameter Calculation Unit 28b Coordinate Conversion Unit
Claims (4)
回転テーブルの回転中心上の異なる高さ位置にそれぞれ真球を配置して、レンジファインダにより前記真球のそれぞれの高さ位置における画像データを取得する第１の処理と、
前記第１の処理により得られた前記画像データに基づいて、前記真球のそれぞれの高さ位置における前記真球の中心座標を算出する第２の処理と、
前記第２の処理により算出された前記真球のそれぞれの高さ位置における前記真球の中心座標を通る直線を算出する第３の処理と、
前記第３の処理により算出された前記直線を１つの軸とする前記回転テーブルにおけるローカル座標系を算出する第４の処理と、
前記第４の処理により算出された前記ローカル座標系と前記レンジファインダにおけるワールド座標系とを座標変換するパラメータを算出する第５の処理と、
前記第５の処理により算出された前記パラメータにより前記ワールド座標系と前記ローカル座標系とを対応付けて前記測定対象物の全周の形状を取得する第６の処理と
よりなることを特徴とする３次元形状測定方法。 A measurement object is placed on a rotary table, the measurement object is imaged by a range finder while rotating the rotation table, and the shape of the entire circumference of the measurement object is based on the imaging result of the range finder In the three-dimensional shape measuring method for measuring
A first process of arranging true spheres at different height positions on the rotation center of the rotary table, and acquiring image data at each height position of the true spheres by a range finder;
A second process for calculating center coordinates of the true sphere at each height position of the true sphere based on the image data obtained by the first process;
A third process for calculating a straight line passing through the central coordinates of the true sphere at each height position of the true sphere calculated by the second process;
A fourth process of calculating a local coordinate system in the rotary table with the straight line calculated by the third process as one axis;
A fifth process for calculating a parameter for coordinate transformation between the local coordinate system calculated by the fourth process and the world coordinate system in the range finder;
And a sixth process for acquiring a shape of the entire circumference of the measurement object by associating the world coordinate system with the local coordinate system based on the parameter calculated by the fifth process. Three-dimensional shape measurement method.
前記第６の処理は、
前記回転テーブルを所定の回転角度に回転させる毎に、前記レンジファインダにより前記測定対象物の画像データを取得する第７の処理と、
前記第７の処理により取得された前記測定対象物の画像データを、前記第５の処理により算出された前記パラメータにより前記ワールド座標系から前記ローカル座標系に変換する第８の処理と、
前記第８の処理により前記ローカル座標系に変換された前記測定対象物の画像データを前記回転テーブルの回転角度に対応してマッピングし、前記ローカル座標系における前記測定対象物の全周の形状データを取得する第９の処理と、
前記第９の処理により取得された前記全周の形状データを、前記第５の処理により算出された前記パラメータにより前記ローカル座標系から前記ワールド座標系に変換する第１０の処理と
よりなることを特徴とする３次元形状測定方法。 The three-dimensional shape measuring method according to claim 1,
The sixth process includes
A seventh process of acquiring image data of the measurement object by the range finder each time the rotation table is rotated to a predetermined rotation angle;
An eighth process of converting the image data of the measurement object acquired by the seventh process from the world coordinate system to the local coordinate system according to the parameter calculated by the fifth process;
Mapping the image data of the measurement object converted into the local coordinate system by the eighth processing in correspondence with the rotation angle of the rotary table, and shape data of the entire circumference of the measurement object in the local coordinate system A ninth process for acquiring
And the tenth process of converting the shape data of the entire circumference acquired by the ninth process from the local coordinate system to the world coordinate system by the parameter calculated by the fifth process. A characteristic three-dimensional shape measuring method.
測定対象物を載置するとともに任意の角度で回転可能な回転テーブルと、
前記回転テーブルの回転中心上に一方の端部側を係止するとともに、他方の端部の高さ位置を変更可能に配設された支持棒と、
前記支持棒の前記他方の端部に配設された真球と、
前記支持棒の前記他方の端部の高さ位置を変更する毎にレンジファインダにより撮像された前記真球の画像データを取得する画像データ取得手段と、
前記画像データ取得手段により取得された前記画像データから、前記他方の端部のそれぞれの高さ位置における前記真球の中心座標を算出する中心座標算出手段と、
前記中心座標算出手段により算出された前記他方の端部のそれぞれの高さ位置における前記真球の中心座標を通る直線を算出する直線算出手段と、
前記直線算出手段により算出された前記直線を１つの軸とする前記回転テーブルにおけるローカル座標系を算出するローカル座標算出手段と、
前記ローカル座標算出手段によって算出された前記ローカル座標系と前記レンジファインダにおけるワールド座標系とを座標変換するパラメータを算出するパラメータ算出手段と、
前記パラメータ算出手段により算出された前記パラメータにより前記レンジファインダにおけるワールド座標系と前記回転テーブルにおけるローカル座標系とを対応付けて前記測定対象物の全周の形状を取得する形状取得手段と
を有することを特徴とする３次元形状測定装置。 In the three-dimensional shape measuring apparatus that images the measurement object with a range finder and measures the shape of the entire circumference of the measurement object based on the imaging result of the range finder,
A rotating table on which an object to be measured can be placed and rotated at an arbitrary angle;
A support bar disposed on the rotation center of the rotary table so that one end side is locked and the height position of the other end can be changed.
A true sphere disposed at the other end of the support bar;
Image data acquisition means for acquiring image data of the true sphere imaged by the range finder each time the height position of the other end of the support bar is changed;
Center coordinate calculating means for calculating center coordinates of the true sphere at each height position of the other end from the image data acquired by the image data acquiring means;
Straight line calculating means for calculating a straight line passing through the central coordinates of the true sphere at each height position of the other end calculated by the central coordinate calculating means;
Local coordinate calculation means for calculating a local coordinate system in the rotation table with the straight line calculated by the straight line calculation means as one axis;
Parameter calculation means for calculating parameters for coordinate transformation between the local coordinate system calculated by the local coordinate calculation means and the world coordinate system in the range finder;
Shape acquisition means for acquiring the shape of the entire circumference of the measurement object by associating the world coordinate system in the range finder with the local coordinate system in the rotation table based on the parameter calculated by the parameter calculation means. A three-dimensional shape measuring apparatus.
前記形状取得手段は、
前記回転テーブルを所定の回転角度に回転させる毎に、前記レンジファインダにより前記測定対象物の画像データを取得する測定対象物画像データ取得手段と、
前記測定対象物画像データ取得手段により取得された前記測定対象物の画像データを、前記パラメータ算出手段により算出された前記パラメータにより前記ワールド座標系から前記ローカル座標系に変換する第１のパラメータ変換手段と、
前記第１のパラメータ変換手段により前記ローカル座標系に変換された前記測定対象物の画像データを前記回転テーブルの回転角度に対応してマッピングして、前記ローカル座標系における前記測定対象物の全周の形状データを取得する測定対象物全周形状データ取得手段と、
前記測定対象物全周形状データ取得手段により取得された前記全周の形状データを、前記パラメータ算出手段により算出された前記パラメータにより前記ローカル座標系から前記ワールド座標系に変換する第２のパラメータ変換手段と
を有することを特徴とする３次元形状測定装置。 The three-dimensional shape measuring apparatus according to claim 3,
The shape acquisition means
Measurement object image data acquisition means for acquiring image data of the measurement object by the range finder each time the rotation table is rotated at a predetermined rotation angle;
First parameter conversion means for converting the image data of the measurement object acquired by the measurement object image data acquisition means from the world coordinate system to the local coordinate system according to the parameter calculated by the parameter calculation means. When,
The image data of the measurement object converted into the local coordinate system by the first parameter conversion means is mapped corresponding to the rotation angle of the rotary table, and the entire circumference of the measurement object in the local coordinate system Measuring object circumferential shape data acquisition means for acquiring the shape data of,
Second parameter conversion for converting the entire circumference shape data obtained by the measurement object circumference shape data acquisition means from the local coordinate system to the world coordinate system by the parameters calculated by the parameter calculation means. Means for measuring a three-dimensional shape.
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