JPH03255910A - 三次元位置測定方式 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ＣＡ　Ｄ　（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ
　Ｄｅｓｉｇｎ）　。

ＣＡ　Ｔ　（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｔｅｓｔ
ｉｎｇ）等の利用時に加工品実体三次元形状寸法を入力
する際や、三次元情報の交換によるコンピュータとのマ
ンマシンインターフェイスとして用いて好適の三次元位
置測定方式に関する。

［従来の技術］ この種の三次元位置測定装置としては、従来、特開昭６
３−６１９０４号公報に示されたものがある。この従来
装置は、ワーク表面上の測定点の三次元座標を得るため
に、■測定点に輝点を投射するための複数の投光器と、
■輝点周辺のステレオ画像を得るための２台の撮像器と
、■ステレオ画像から三角測量法により複数の測定点の
三次元座標を算出する手段と、■複数の測定点の三次元
座標から測定ヘッド（投光器、撮像器）とワークとの相
対的位置関係を求める手段とから構成されている。つま
り、この従来装置では、ワーク表面上の測定点を教示す
るために、投光器から投射された輝点を用いている。

また、上記従来技術のほかに、ワーク表面上の測定点に
点光源を直接付加する手段も開示されている〔テレビジ
ョン学会技術報告ＩＴＡ４０−２（１９７７）第７頁「
倉沢他：半導体装置検出方式による歩行パターン計測シ
ステム」参照〕。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、測定点を光ビームの照射による輝点て教
示する従来装置では、次のような問題がある。

（ａ）ワークの穴内部や背面、側面など左右の撮像器で
共通に見ることのできない部位の教示は不可能である。

（ｂ）ワーク表面が鏡面の場合、輝点から散乱光が生じ
ず、撮像できなくなる。

（ｃ）ワーク表面が低反射率の場合、輝点の像が得られ
ない。

（ｄ）ワーク表面が拡散面であっても面が傾いていると
、近い方に明るい輝点が生じ、誤差の原因となる。

（ｅ）ワークの形状変化が激しいと多重反射を生じ、輝
点が複数となる。

また、測定点に点光源を直接付加する従来手段では、上
述した（ａ）、　（ｄ）、　（ｅ）と同様の問題がある
ほか、点光源の位置が実際の表面から光源の大きさの半
分程度ずれ、誤差の原因となってしまうなどの課題もあ
る。

本発明は、このような課題を解決しようとするもので、
測定対象ワークの穴内部、背面、側面、あるいはその表
面が鏡面、拡散面９反射率の大小に係らず測定を可能に
するとともに、測定精度の向上をはかった三次元位置測
定方式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］ 上記目的を達成するために、本発明の三次元位置測定方
式は、ステレオ画像を得るための少なくとも２台の撮像
装置と、該撮像装置からのステレオ画像に基づき三次元
位置を算出する演算手段と、測定対象点を指示する指示
点と該指示点に対し予め既知の固定的位置関係にある複
数の点光源とを有する測定対象点教示手段とをそなえ、
前記指示点により前記測定対象点を指示し前記複数の点
光源を点灯させた状態の前記測定対象点教示手段を前記
撮像装置により撮像し、前記演算手段が、前記撮像装置
からの前記複数の点光源のステレオ画像に基づき前記の
各点光源の三次元位置を演算し、得られた三次元位置と
前記固定的位置関係とに基づき前記指示点の三次元位置
を演算し、該三次元位置を前記測定対象点の三次元位置
として出力することを特徴としている。

［作　　　用］ 上述した本発明の三次元位置測定方式では、測定対象点
の三次元位置を測定する際には、その測定対象点に、測
定対象点教示手段の指示点を接触配置し、この状態で測
定対象点教示手段の複数の点光源を点灯させ、その点光
源のステレオ画像を撮像装置により撮像する。

そして、演算手段により、撮像装置からの複数の点光源
のステレオ画像に基づき、各点光源の三次元位置が演算
される。ここで、複数の点光源と指示点とは、予め既知
の固定的位置関係にあるので、複数の点光源の三次元位
置が分かるとその三次元位置に前記固定的位置関係を加
味することで、容易に指示点の三次元位置が演算される
。そして、現ステレオ画像は、指示点で測定対象点を指
示した状態で得られたものであるので、指示点の三次元
位置は、そのまま測定対象点の三次元位置となっている
。

これにより、測定対象点のステレオ画像を直接撮像する
ことができなくても、測定対象点教示手段の複数の点光
源のステレオ画像が得られれば、その画像から測定対象
点の三次元位置を測定することができる。

［発明の実施例］ 以下、図面により本発明の一実施例としての三次元位置
測定方式について説明すると、第１図はその説明図、第
２図その座標教示ペンを示す正面図、第３図は該座標教
示ペンの回路構成を示す回路図、第４図は本実施例の方
式の他の使用例を示す説明図である。

第１図において、１，２はステレオ画像を得るための２
台のＴＶカメラ（撮像装置）、３はこれらのＴＶカメラ
１，２からのステレオ画像の左右画像中の輝点ずれ（視
差）に基づいて三次元位置を算出する画像処理器（演算
手段）、４は三吹元位置測定対象のワークで、このワー
ク４は、ＴＶカメラ１．２からは撮像不可能な凹部４ａ
を有している。

５は座標教示ペン（測定対象点教示手段）で、この座標
教示ペン５は、第２，３図に示すように、ワーク４表面
上の測定対象点Ｐを指示する指示点６と、この指示点６
に対し予め既知の固定的位置関係にある４個のＬＥＤ（
点光源）７と、指示点６を含むペン５の先端部において
指示点６がワーク４表面に接すると閉路状態になるスイ
ッチ８と。

ＬＥＤ７点灯用の電源となる電池９と、ＬＥＤ７を覆う
ガラスカバー１０と、保護抵抗１１とから構成されてい
る。各ＬＥＤ７は、第３図に示すように、相互に並列的
に接続され、スイッチ８が閉路されると保護抵抗１１を
介して電池９からの給電を受けて点灯するようになって
いる。また、第２図に示すように、指示点６および各Ｌ
ＥＤ７はすべて座標教示ペン５の中心軸上に配置され、
指示点６と最下部のＬＥＤ７どの距離はＱ′、各ＬＥＤ
７，７間の距離はΩとなっており、予め既知である。さ
らに、各ＬＥＤ７としては例えば４００μ履角の大きさ
のものが用いられる。

上述の構成により、例えば、第１図に示すように、ＴＶ
カメラ１，２からは直接撮像することのできないワーク
４の凹部４ａにある測定対象点Ｐの三次元位置を測定す
る際には、まず、その測定対象点Ｐに、座標教示ペン５
の指示点６を接触配置する。座標教示ペン５の指示点６
が、測定対象点Ｐに対して接触ないし押し付けられると
、スイッチ８が閉じられ、座標教示ペン５の各ＬＥＤ７
が点灯する。

このようにして各ＬＥＤ７を点灯させた状態で、ＬＥＤ
７を含む座標教示ペン５のステレオ画像をＴＶカメラ１
，２により撮像する。

その撮像結果は画像処理器３へ入力され、この画像処理
器３においては、ＬＥＤ７のステレオ画像の左右画像中
における輝点視差に基づいて、各ＬＥＤ７の三次元位置
が演算される。

さらに、各ＬＥＤ７と指示点６とは、第２図により前述
した通り予め既知の固定的位置関係にあるのでＳ各ＬＥ
Ｄ７の三次元位置が分かるとその三次元位置にその固定
的位置関係を加味することで、ＴＶカメラ１，２では直
接撮像することのできない位置にある指示点６の三次元
位置（三次元座標）、即ち、測定対象点Ｐの三次先位Ｍ
（三次元座標）が容易に演算される。

ところで、上述した座標教示ペン５を、第４図に示すよ
うに、机上で平面的に並進移動させることにより、従来
のディジタイザやマウスと類似の二次元座標入力器とし
て用いることもできる。また、上述した座標教示ペン５
を用い、複数個のしＥＤ７の三次元位置を求めれば、こ
れらの三次元位置からペン５の中心軸の方向をもつベク
トル］も算出することが可能で、従来のジョイスティッ
クと類似の機能を得ることもできる。このような２種の
機能を組み合わせると、人間の空間感覚に合致した「三
次元座標＋方向」という情報をコンピュータと交換でき
るため、新しいマンマシンインターフェイス機器として
有効に利用できる。

このように、本実施例の測定方式によれば、測定対象点
Ｐのステレオ画像を直接撮像することができなくても、
座標教示ペン５の各ＬＥＤ７のステレオ画像が得られれ
ば、その画像から測定対象点Ｐの三次元位置を求めるこ
とができるので、ワーク４の穴内部、背面、側面、ある
いはその表面が鏡面、拡散面２反射率の大小に係らず表
面の三次元位置の測定が可能になるほか、ＬＥＤ７の個
数を増すことで測定精度を大幅に向上することができる
。

また、本実施例の測定方式における座標教示ペン５は、
コンピュータとのマンマシンインターフェイス機器とし
て、従来のマウスのような二次元ディジタイザよりも一
次元情報量の多い三次元ディジタイザ機器として利用で
き、その場合、人間のもつ空間感覚と整合性の高いマン
マシンインターフェイスを実現することができる。

なお、上記実施例では、座標教示ペン５のＬＥＤ７を４
個そなえた場合について説明しているが、最低限２個の
ＬＥＤがあれば上述した実施例と同様の機能を得ること
ができる。また、座標やベクトルの検出精度を向上する
ために多数個のＬＥＤを配置してもよい。さらに、上記
実施例では、各ＬＥＤ７を直線に配置した場合について
説明しているが、指示点６との固定的位置関係が明確で
あれば、各ＬＥＤ７はどのように配置してもよい。

また、上述の実施例では、各点光源の三次元位置を得る
ために、２台の撮像装置でステレオ画像を撮像し、画像
処理器で画像処理により演算する方式を開示しているが
、２台の撮像装置の代わりに２台の光点位置検出器を用
いると、画像処理器を要することなく簡単な演算で各点
光源の三次元位置を求めることも可能である。ただし、
光点位置検出器は同時に複数の点光源を扱えないため、
その場合には、各点光源を時系列的に点灯させることが
必要になる。

［発明の効果コ 以上詳述したように、本発明の三次元位置測定方式によ
れば、測定対象点のステレオ画像を直接撮像することが
できなくても、測定対象点教示手段の点光源のステレオ
画像を撮像することで、そのステレオ画像に基づいて測
定対象点の三次元位置を測定できるように構成したので
、測定対象ワークの穴内部、背面、側面、あるいはその
表面が鏡面、拡散面９反射率の大小に係らず測定を行な
えるとともに、測定精度が大幅に向上するなどの効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の一実施例としての三次元位置測定
方式を示すもので、第１図はその説明図、第２図その座
標教示ペンを示す正面図、第３図は該座標教示ペンの回
路構成を示す回路図、第４図は本実施例の方式の他の使
用例を示す説明図である。 図において、１．２−ＴＶカメラ（撮像装置）、３−画
像処理器（演算手段）、４−ワーク、４ａ凹部、５−座
標教示ペン（測定対象点教示手段）、６−指示点、７−
Ｌ　Ｅ　Ｄ　（点光源）、８−スイッチ。 ９−電池、１０−ガラスカバー、１１−保護抵抗、Ｐ−
−一測定対象点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ステレオ画像を得るための少なくとも２台の撮像装置と
   、該撮像装置からのステレオ画像に基づいて三次元位置
   を算出する演算手段とがそなえられるとともに、 測定対象点を指示する指示点と該指示点に対して予め既
   知の固定的位置関係にある複数の点光源とを有してなる
   測定対象点教示手段がそなえられ、前記指示点により前
   記測定対象点を指示して前記複数の点光源を点灯させた
   状態の前記測定対象点教示手段を、前記撮像装置により
   撮像し、前記演算手段が、前記撮像装置により撮像され
   た前記複数の点光源のステレオ画像に基づいて、前記の
   各点光源の三次元位置を演算し、得られた前記の各点光
   源の三次元位置と前記予め既知の固定的位置関係とに基
   づいて、前記指示点の三次元位置を演算し、得られた該
   指示点の三次元位置を前記測定対象点の三次元位置とし
   て出力することを特徴とする三次元位置測定方式。