JPH0245711A - 三次元計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、構造物の三次元位置を測定する光学測定装置
の高蹟度化並びに自動化に関するものである。

（従来の技術） 近年、大型構造物の三次元形状測定に対する需要が高ま
っており、三輪あるいは多関節の触針子を用いた三次元
座標測定器が開発されているが、装置寸法により測定対
象寸法が限定されるため、大型構造物の測定には大型の
装置が必要となっている。

一方、装置の簡便さと測定対象寸法に上限を設けないで
済むことから、土木測量などで用いられてきた経緯儀の
測定精度を向上させて構造物の寸法計測に用いる手法も
取られるようになってきた。

望遠鏡に方位角（Ａｚ）と仰角（Ｅｌ）に関する二軸の
角度測定器を組合せた経緯儀（第２図）を用いた大型構
造物の計測は、以下の手順によっている。

先ず、二台の経緯儀を適当な間隔をあけた２点６−１．
６−２　（第３図）に設置し、水準器を用いて回転軸Ｅ
１が鉛直方向と一致するように調整する。

次に互いの経緯儀の望遠鏡の光軸を一致させ、Ａｚ及び
Ｅｌの値を記録する（正確のためには、望遠鏡をＡｚ軸
回りに反転させて、再び正対させる）。

これで点６−１の位置を原点に鉛直軸上方にＺ軸、ｚｘ
平面上に点６−２をとる空間座標軸が決定され、二台の
経緯儀間のＡｚ目盛りの関係が定められる（第３図−ａ
）。

空間座標系の決定誤差は、以後の測角のバイアス成分と
なる。

更に、望遠鏡から予め間隔Ｓの判っている２点（７−１
，７−２）へのベクトルαｉｊを求める。

このとき、７−ｉから６−ｊへ向かうベクトルβ１Ｊ＝
−α１Ｊであるから、７−１．７−２を基準として各経
緯儀の位置を測定したことに相当し、二台の経緯イλの
間隔（基線長さＣ）が計算される。座標系の方向と基線
の長さより、角度測定から空間座標値へ変換のキャリブ
レーションが行われる（第３図−ｂ）。

即ち、７−１．７−２の間隔Ｓを基準として、測定精度
ｍ、より なる位置精度で６−１．６−２を測定することに相当し
、基線長さＣの同定誤差を生じる。この誤差は線形に伝
搬するため、２ｍ間隔の二点を０．２ｍｍ相当の誤差で
測定できる系を５ｍ間隔に設定した場合、基線長さの同
定に０．５ｍｍの誤差を生じ、以下の測定では測定値（
座標値）が全て１７１００００の誤差をバイアスとして
含む。

以後、二台の経緯儀を目標に合焦、照準し、測定誤差を
含む角度（Ｅｌ、Ａｚ）よりなる２つのベクトルから最
短距離となる点として対象の空間座標位置が計算される
（第３図−Ｃ）。

測定精度は以下で規定される。

（１）と同様に、第４図−ａにおいて基線長さＣのとき
の測定位置積度ｍｐは測角精度ｍ、として と表され、対象が基線の中点を通る垂線上にあるときに
は、 となる。

このとき第４図−ｂに示すように、二台の経緯儀に対す
る対象物の位置により、同一の測角精度で測定しても三
次元座標値の総合精度δ（＝　ｄｘ２＋ｄｙ２＋ｄｚ２
）が変化する。二台の経緯儀を見込む角θが１１０°前
後で誤差が最小になり、７８°から１４２°の間で、そ
れに対し石割以内の積度低下となっている。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように、経緯イλを用いた位置測定では、キャリ
ブレーションと測定のいずれの段階に於いても、目標の
捕捉（粗合焦、粗照準）、蹟合焦、蹟照準という手順が
要求されている。このとき、経緯儀の設置精度、照準の
精度が測定精度に強い影響を与えるが、合焦及び照準が
未だ目視で行われているために個人差が避けられず、ま
た測定回数を多くした場合には極めて困難な作業であっ
た。

また、特に高精度な測定が求められる場合、キャリブレ
ーションを正確に行う必要があり、測定前の調整作業が
大きな負担となっていた。

本発明は、大型構造物の非接触測定を高精度にかつ効率
良く行う装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成するための本発明の特徴は、経緯儀を用
いて物体の三次元位置を計測する三次元計測装置におい
て、経緯儀が望遠鏡の仰角及び方位角を外部信号により
調節する微動機構と、望遠鏡の仰角及び方位角を外部装
置に出力する手段とを具備し、経緯儀の望遠鏡による像
を画像情報としてとり出す、撮像装置及びモニタを備え
た観測装置と、該画像情報から望遠鏡の指向方向と目標
の方向とのずれを求める画像処理装置と、該ずれに従っ
て望遠鏡の指向方向の修正角を計算して前記微動機構を
介して望遠鏡の指向方向を修正させる計算手段とが具備
される三次元計測装置にある。

（作用） 上記構成によると、構造物の三次元非接触測定に用いる
経緯儀において、望遠鏡に観測装置を取り付けることに
よりモニタ画面上での観測を可能とするとともに、該観
測装置からの信号を画像処理装置に取り込み、望遠鏡指
向方向の目標からのずれ角を自動的に求めて、三次元座
標値の計算を行う。従って、大型構造物の三次元位置の
非接触測定が個人差なく高精度にかつ効率よく行える。

（実施例） 第１図に、エンコーダにより読取り角度を計算機に出力
して距離を計算する経緯儀の、望遠鏡の仰角及び方位角
に微動機構を設け、接眼部に固体撮像素子を置いてモニ
タに接続し、さらにフレームメモリを持つ画像処理装置
を接続した測定系の構成例を示す。

第１図において、工は経緯儀で望遠鏡１とエンコーダ３
，４と、望遠鏡の微動機構１０を具備する。■は観測装
置で、望遠鏡の像を電気信号に変換する撮像装置８−１
と、変換された像をスクリーンでモニタするための視野
画像装置８−２を有する。■は画像処理装置で、フレー
ムメモリ９−１と画像演算装置９−２を有し、望遠鏡の
方向の誤差を出力する。■は距離計算装置で角度と距離
を表示するモニタｌ　ｌ−１と計算機１１−２を有し、
前記誤差を補正するための望遠鏡の駆動量を与える。

概ね目標の方向に向けた経緯儀（Ｉ）の視野像を観測装
置（ＩＩ）のモニタ（８−２）に表示して、モニタ上で
の合焦と照準を行い、撮像装置（８−１）から画像処理
装置（ｍ）のフレームメモリ（９−１）に画像情報を送
り、画像演算装置（９−２）を用いて視野の中心に対す
る目標の位置から経緯儀の望遠鏡（１）の方向と目標と
のずれを求め、その結果と経緯儀のエンコーダ（３，４
）による仰角及び方位角の読取り値とを距離計算装置（
ｍＶ）に送り、照準の修正角を計算して目標の三次元位
置、あるいは望遠鏡の仰角及び方位角に設けた微動機構
（１０）の駆動量を求める。

高精度な測定の場合、照準の修正角に応じて微動機構を
駆動し、目標を視野中心に合致させた後に距離を計算す
る。

以上により、望遠鏡視野の目視が不要になるため作業負
荷が減少するとともに、モニタ上で目標を照準でき、照
準の修正が不要となり測定効率が向上し、照準の修正を
行う場合も機械駆動によるため、個人差を排除した高精
度な測定が行える。

（発明の効果） 以上説明のように、本発明による三次元計測装置を用い
ることにより、大型構造物の構成要素の位置及び形状測
定の精度と作業性が向上するために、大型アンテナや飛
行機の胴体の形状の計測を短時間に行うことができ、組
立調整が容易になる。

また、本装置の経緯儀の望遠鏡の倍率を可変として、目
標捕捉時には低倍率、精照準時に高倍率とすることで高
精度化が図れる。

さらに、自動焦点機構を付加することにより、目標捕捉
のみ行う反自動計測が可能となり、省力化が図れる。

望遠鏡を持ち測定対象物を視野中心に置く必要のある光
学測定系の望遠鏡に用いれば、種々の計測の設定が効率
的に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による三次元計測装置の構成例、第２図
は従来の経緯儀の例、第３図は経緯儀を用いた三次元測
定の流れを示す図、第４図は経緯儀を用いた三次元測定
の精度を説明する図である。 １・・・望遠鏡、　　　　　２・・・Ｅｌ　　（仰角）
軸、３・・・Ｅｌ軸エンコーダ、４・・・Ａｚ軸エンコ
ーダ、５・・・Ａｚ軸、　　　　　６−１．６−２・・
・経緯儀位置、７−１．７−２・・・目標位置、　８−
１・・・撮像装置、８−２．・・モニタ、　　　　　９
−１・・・フレームメモリ、９−２・・・画像演算装置
、　１０・・・微動機構、１１−１・・・モニタ、　　
　　１１−２・・・計算機、■・・・経緯儀、　　　　
　■・・・観測装置、■・・・画像処理装置、　■・・
・距離計算装置、ｍｐ・・・位置精度、　　　ｍｒ・・
・角度精度、Ｓ・・・目標間隔、　　　　Ｃ・・・経緯
儀間隔、α１Ｊ・・・経緯儀から目標のベクトル、β１
Ｊ・・・目標から経緯儀のベクトル、θ・・・経緯儀を
見込む角、 φ、ψ・・・αの方向を示す角。 Ｖ−−−−−一一−コ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 経緯儀を用いて物体の三次元位置を計測する三次元計測
   装置において、 経緯儀が望遠鏡の仰角及び方位角を外部信号により調節
   する微動機構と、望遠鏡の仰角及び方位角を外部装置に
   出力する手段とを具備し、 経緯儀の望遠鏡による像を画像情報としてとり出す、撮
   像装置及びモニタを備えた観測装置と、該画像情報から
   望遠鏡の指向方向と目標の方向とのずれを求める画像処
   理装置と、該ずれに従って望遠鏡の指向方向の修正角を
   計算して前記微動機構を介して望遠鏡の指向方向を修正
   させる計算手段とが具備されることを特徴とする、 三次元計測装置。