JPH10253319A - 位置計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 濁水中等の構造物位置を遠隔から計測する位
置計測装置を提供する。 【課題を解決する手段】 投光装置１よりスポット状光
ビーム９およびスリット状の光ビーム１０を測定対象３
に投光し、撮像装置２によって照射点１１および輝線１
２を検出し、重合わせ装置２１により両者を測定点４で
重合わせを行い、重合わせ点から位置演算装置２６、座
標変換装置２７で測定点４の位置データを演算し、計測
結果表示モニター２６に表示させるようにしたものであ
る。 【効果】 二本の光ビームを用い、従来の光ビームが往
復させる方法と比べて、光の散乱、吸収現象の影響を受
けずに構造物の位置を計測することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置計測装置に係
り、光ビームを用いた構造物の位置およびその形状を遠
隔から計測する自動および手動操作ができる位置計測装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、構造物の位置、形状、変位などを
遠隔から計測する場合、例えば特開平７第２０８９４９
号公報に記載されているように、スポット状の光ビーム
を計測対象に照射したり、もしくは特開平５第１２６５
２７号公報に記載されているように、スリット状の光ビ
ームを計測対象に照射していた。前記照射光の計測対象
からの拡散反射光を受光レンズにより、一個のＣＣＤ、
ＰＳＤなどの受光素子に結像させ、前記結像させた画像
を画像処理して、受光面における結像点の二次元位置と
実際の計測対象の三次元の位置関係を三角測量法の原理
等により求めて、光ビームを照射した点の三次元位置の
座標を求めて、三次元計測が行われていた。

【０００３】また、例えば、特開平５第１２０４１３号
公報で開示されているように、変調光を計測対象に据え
付けられた反射板に投光し、計測器と計測される対象と
の間を光を往復させ、発射した光と反射した光の位相差
より計測器と計測対象との間の測距を行い、測角器から
得られる光の発射方向角と距離により、計測対象の三次
元位置が求められていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、水中や濁水、
霧、煙の中等の細かい粒子が浮遊する空間において、光
は散乱・吸収され、空間を伝搬する過程において光強度
が指数関数的に弱まるため、光の伝達可能な距離が短く
なるのが一般的である。前記従来技術は、いずれも光を
計測対象あるいは反射板において反射させ、計測装置と
計測対象の間を往復させる方法である。このような従来
技術において、光は、その強度が反射時において低下
し、さらに水中、特に濁水の中、霧の中、煙の中等を往
復する過程において、吸収・散乱される。このため、光
の強度が著しく低下し、反射光を受光器で検出できなか
ったり、もしくは精度よく検出できず、長距離の計測を
行うことができないという問題があった。

【０００５】さらに、位相差を用いる測距技術において
も、光を反射させるために計測対象に反射板を設置する
必要があり、精度の高い計測を行うためには、計測対象
に対して反射板を精度よく据え付ける必要があるという
問題があった。

【０００６】また、濁水、霧、煙の中では、濁り等によ
って確認できる視距離が短くなるため、遠隔から計測を
行う場合、計測対象の周辺を取り巻く領域の状況が計測
器が設置された位置からカメラ等の撮像装置もしくは肉
眼で明確に観察することができなかった。このため、照
射光と反射板、測定点の位置合わせを容易に行うことが
できないという問題があった。

【０００７】本発明は、かかる従来技術の目的を解決す
るためになされたもので、水中や濁水の中、霧の中、煙
の中等の微細粒子が浮遊する場所でも、光ビームを用い
た長距離からの位置計測および前記位置計測技術を用い
長距離からの形状計測ができる位置計測装置を提供する
ことをその目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る位置計測装置の構成は、計測対象の位
置を遠隔計測する位置計測装置において、照射点を生成
するスポット状光ビームを発射する少なくとも一つの第
一の光ビーム発生手段と、輝線を生成するスリット状光
ビームを発射する少なくとも一つの第二の光ビーム発生
手段と、前記照射点と輝線を撮像する少なくとも一つの
撮像手段と、前記計測対象もしくは計測対象の近傍に前
記照射点と輝線を生成するように前記第一、第二の光ビ
ーム発生手段を制御すると共に、当該生成させた前記照
射点と輝線を検出するように前記撮像手段を制御する位
置決め手段と、前記検出画像から前記照射点，輝線の位
置と形状情報を記録する画像処理手段と、前記記録情報
に基づき前記照射点と輝線を測定点上で重合わせ、前記
重合わせ点へのスポット状，スリット状光ビームの各発
射位置と各発射角度のデータを記録する重合わせ手段
と、前記データから測定点位置データを算出する位置演
算手段と、前記位置データを基準座標系に変換する座標
変換手段とからなることを特徴とするものである。

【０００９】本発明に係る位置計測装置の他の構成は、
前記記載の位置計測装置において、前記重合わせ手段
は、前記記録情報に基づき前記照射点と輝線を計測対象
上の複数点で重合わせ、前記複数の重合わせ点へのスポ
ット状，スリット状光ビームの各発射位置と各発射角度
の複数データを記録させ、前記位置演算手段は、前記複
数データから複数の位置データを算出させ、前記座標変
換手段は、前記複数の位置データを基準座標系に変換さ
せ、さらに、前記複数の変換データから計測対象の形状
を判定する判定手段を設けたことを特徴とするものであ
る。

【００１０】本発明に係る位置計測装置のさらに他の構
成は、前記記載のいずれかの位置計測装置において、手
動操作手段を備え、前記撮像手段とスポット状光ビー
ム，スリット状光ビームを位置決めし、前記計測対象も
しくは計測対象の近傍に生成させて、前記照射点と輝線
を当該撮像手段で検出するようにし、前記重合わせ手段
により前記撮像手段から得られる情報に基づき前記照射
点と輝線とを少なくとも計測対象上の一つ以上の点で重
合わせ、前記一つ以上の重合わせ点へのスポット状光ビ
ーム，スリット状光ビームの各発射位置と各発射角度の
一つ以上のデータを得るようにし、前記データを前記位
置演算手段に入力させるように構成したことを特徴とす
るものである。また、前記目的を達成するため、本発明
に係る位置計測装置のさらに他の構成は、前記記載の位
置計測装置において、前記位置決め制御手段は、前記第
一，第二の光ビーム発生手段および前記撮像手段を前記
計測対象自体もしくは計測対象から所定の位置にある構
造部材のいずれかに設けた多自由度を有する支持機構で
支持し、当該撮像手段の位置およびその姿勢ならびに前
記各光ビームの方向および／もしくは発射点を任意に定
めることを特徴とするものである。また、前記目的を達
成するため、本発明に係る位置計測装置のさらに他の構
成は、前記記載の位置計測装置において、前記位置決め
制御手段は、前記計測対象もしくは計測対象の周辺を取
り巻く領域の位置およびその形状に関するデータベース
を内蔵し、前記データベースにしたがい制御することを
特徴とするものである。また、前記目的を達成するた
め、本発明に係る位置計測装置のさらに他の構成は、前
記撮像手段は、計測対象あるいは計測対象の周辺全体を
撮像する全体撮像手段と、前記全体撮像手段の撮像範囲
の任意の一部を撮像する局所撮像手段とからなり、前記
両撮像手段には前記各光ビームの発光波長近傍のみ透過
させるフイルタと水中推進機構とを具備したことを特徴
とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の位置計測装置に係る一実
施形態の構成を図１ないし図３を用いて説明する。 〔実施の形態 １〕図１は、本発明の一実施の形態に係
る位置計測装置の略示説明図、図２は、図１の位置計測
装置における投光装置の略示説明図、図３は、図１の位
置計測装置における局所カメラの略示説明図である。図
１に示すように、位置計測装置は、投光装置１と撮像装
置２とから構成され、計測対象３上の測定点４の位置座
標の計測が行われる。前記投光装置１は、Ｘ₀、Ｙ₀、Ｚ
₀軸の並進方向およびその回転方向の自由度を有する移
動機構５の先端に取り付けられており、前記移動機構５
は、当該移動機構操作装置１３によって、図示矢印の如
く操作されて位置決めがされる。

【００１２】また、投光装置１の一端には光ビーム走査
機構７が搭載され、前記光ビーム走査機構７からはスポ
ット状の光ビーム９が投光される。そして、前記光ビー
ム９は、計測対象３およびその周辺にスポット状の照射
点１１を形成する。前記投光装置１の他端には、光ビー
ム走査機構８が搭載され、前記光ビーム走査機構８から
はスリット状の光ビーム１０が投光される。前記光ビー
ム１０は、計測対象３およびその周辺にスリット状の輝
線１２を形成する。

【００１３】前記光ビーム９および光ビーム１０の投光
タイミングならびに投光方向および投光位置は、光ビー
ム走査制御装置２２で図示矢印の如く制御される。ま
た、前記光ビーム９および光ビーム１０の投光基準位置
および基準角度は、移動機構５により投光装置１の位置
および角度を変えることにより行われる。

【００１４】投光装置１の光ビーム走査機構７と光ビー
ム走査機構を図２を参照して説明する。図２に示すよう
に、前記光ビーム走査機構７は、ガルバノメータ１０１
によって回転させられるミラー１０２と、ガルバノメー
タ１０３によって回転させられるするミラー１０４と、
前記ミラー１０４に光ビームを投光する光源１１７とか
ら構成されている。

【００１５】前記光源１１７から前記ミラー１０４に投
光された光ビームは、当該ミラー１０４およびミラー１
０２により、投光方向が二回にわたり方向が変えられて
光ビーム９となり、照射点１１を測定対象面上に形成す
る。前記光ビーム９の照射点１１は、前記ミラー１０２
およびミラー１０４の回転により二方向、すなわち図示
の矢印の方向１１３および方向１１４に対して走査す
る。

【００１６】また、前記光ビーム走査機構８は、シリン
ドリカルレンズ１１０と、ガルバノメータ１０５によっ
て回転するミラー１０６と、前記シリンドリカルレンズ
１１０に投光する光源１１８とから構成されている。前
記光源１１８より投光された光は、シリンドリカルレン
ズ１１２によってスリット状の光ビーム１０に変換さ
れ、前記ミラー１０６により投光方向が一回だけ方向が
変えられる。前記光ビーム１０が照射されることにより
形成された輝線１２は、当該輝線１２と平行でない方向
１１５、当該輝線の延線方向でない方向に対して走査さ
れる。

【００１７】撮像装置２は、図１に示す如く、当該撮像
装置２を並進させる移動機能と、多関節による多自由度
の回転自由度とを備えたアーム６の先端に取り付けられ
ている。図１に示す如く、前記アーム６の位置および姿
勢は、アーム操作装置１４によって制御されることによ
り、前記撮像装置２を計測対象３に対して任意の位置お
よび姿勢に定めるように位置決めされる。

【００１８】また、撮像装置２は、広域カメラ１５と局
所カメラ１６から構成され、前記広域カメラ１５は、広
角ズーム機能レンズを有するテレビカメラから構成され
ており、撮像倍率を変えることができ、計測対象３全体
およびその周辺領域の状況を捕らえることができる。ま
た、前記広域カメラ１５は、得た画像を広域モニタ１７
で表示し、計測者１９により、計測対象３およびその周
辺領域を監視することができる。

【００１９】前記局所カメラ１６は、ズーム機能レンズ
を有するＣＣＤカメラから構成されており、撮像倍率、
撮像方向の微調整を行うことができる。前記局所カメラ
１６が、前記広域カメラ１５の撮像範囲の一部分を撮像
し、計測対象３に照射された光ビーム９の照射点１１
と、光ビーム１０の輝線１２の反射光の検出を計測対象
３の近傍で行われる。

【００２０】前記局所モニタ１８は、前記局所カメラ１
６により撮像された画像と、画像処理装置２０によって
画像処理された画像を表示し、計測者１９が計測対象３
と照射点１１と輝線１２の位置関係を確認することがで
きる。

【００２１】次ぎに、図３を参照して、局所カメラ１６
の光学系を説明する。図示するように、フィルタ１３１
と、拡大ズーム機能を有する受光レンズ１３２と、ＣＣ
Ｄ等の受光素子１３３と、前記フィルタ１３１を切り替
える切り替え機構１３４とから構成されている。図示す
る如く、前記フィルタ１３１を切り替え機構１３４によ
り開閉させ、当該フィルタ１３１により前記光源１１７
および前記光源１１８から発生する光の波長近傍の光の
みを透過させ、他の周囲の光を透過させないようになっ
ている。このため、計測対象３およびその周辺領域の外
乱光等のノイズか除去される。

【００２２】前記局所カメラ１６は、計測対象３および
周辺領域の監視を行う場合には、前記フィルター１３１
を使わずに撮像する。また、照射点１１および輝線１２
の検出が行われる場合には、前記フィルター１３１を用
いて、外乱光等のノイズを除去し、受光素子１３２に照
射点１１および輝線１２の反射光のみを結像させる。こ
のようにして、前記照射点１１と輝線１２の反射光を画
像処理によって正確に検出できるようにする。ここで、
前記受光素子１３３に光源１１７および光源１１８から
発生する二つの光ビームの波長に対する感度が高い素子
を用いることにより、前記照射点１１と輝線１２の検出
を、より容易に、且つ正確に行うことができる。

【００２３】図１に示す如く、粗位置決め装置２３は、
構造物位置形状データベース２４とと、入力端末３０よ
り得られる位置情報に基づいて撮像装置２の広域カメラ
１５および局所カメラ１６が、計測対象３を撮像するよ
うにアーム操作装置１４を制御する。

【００２４】さらに、粗位置決め装置２３は、構造物位
置形状データベース２４と、入力端末３０より得られる
位置情報を基にして、前記照射点１１および前記輝線１
２が計測対象３の近傍で生成するように、移動機構操作
装置１３と光ビーム走査制御装置２２を制御する。

【００２５】操作盤２９は、計測者１９が入力する操作
量を、アーム操作装置１４と移動機構操作装置１３と光
ビーム走査制御装置２２にそれぞれ送り、この送られた
操作量に基づき、前記アーム操作装置１４および移動機
構操作装置１３ならびに光ビーム走査制御装置２２の操
作が行われる。

【００２６】画像処理装置２０は、スポット状光ビーム
９が照射され照射点１１が生成している状態において
は、局所カメラ１６の濃淡画像から得られる輝度情報に
二値化処理を施し、二値化したときの閾値より上値の輝
度の高い領域の重心位置を求め、前記重心位置を照射点
１１の代表位置とし、当該照射点１１の代表位置を撮像
面上の位置情報として記録する。

【００２７】また、前記画像処理装置２０は、スリット
状光ビーム１０が照射され輝線１２が生成している状態
においては、逐次、局所カメラ１６の濃淡画像から得ら
れる輝度情報より二値化処理および細線化処理を行い、
前記輝線１２の代表位置および形状を計算し、前記輝線
１２の代表位置および形状を撮像面上の位置情報として
記録する。

【００２８】重合わせ装置２１は、光ビーム走査制御装
置２２および画像処理装置２０を操作して、スポット状
光ビーム９およびスリット状光ビーム１０の投光タイミ
ングと撮像装置２による撮像タイミングを同期させるよ
うにする。そして、前記重合わせ装置２１は、画像処理
装置２０より得られる照射点１１および輝線１２の位置
情報および入力装置３１より得られる測定点４の位置情
報に基づき、光ビーム走査制御装置２２を操作して照射
点１１の測定点４への重合わせおよび輝線１２の照射点
１１への重合わせを行うようにさせる。そして、前記重
合わせ装置２１は、前記の照射点１１と輝線１２が重な
った場合における光ビーム走査制御装置２２より得られ
る光ビーム走査機構７および光ビーム走査機構８の角度
情報を記録する。

【００２９】位置演算装置２６は、前記重合わせ装置２
１に記録された前記光ビーム走査機構７および光ビーム
走査機構８の角度情報より三角測量の交会法の原理を用
いて、前記照射点１１と輝線１２の重なった点の位置座
標を測定点４の位置座標データとして求める。ここで、
測定点４の位置座標は、投光装置１を基準に原点と座標
軸を定められた投光装置座標系のデータとして算出す
る。前記投光装置座標系は、例えば図７において光ビー
ム９の発射位置１９１を原点Ｏとして定め、Ｘ軸が１９
１と１９２を結ぶ基準線Ｌと平行になるように、Ｙ軸、
Ｚ軸を、前記原点Ｏを通り、Ｘ軸に垂直な平面上に定め
る。

【００３０】座標変換装置２７は、前記位置演算装置２
６により算出された投光装置座標系における位置座標デ
ータを計測システム共通の基準座標系の位置座標データ
に図１において(Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ)で示す測定システム
共通の基準座標系の位置座標データに変換し、前記変換
された測定点４における位置座標データは、計測結果表
示モニタ２８に表示される。

【００３１】なお、前記基準座標系(Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ)
は、計測システム内の一定の点を原点Ｏとし、原点Ｏか
ら相互に直交する三次元軸をＸｏ軸，Ｙｏ軸，Ｚｏ軸と
するものである。このように、基準座標系を設けたの
は、投光装置の位置、姿勢を変えて測定した場合に基準
となる座標系があると、データの比較等が容易となる。
また、上記説明では構造物位置形状データベースに基づ
いて行われたが、構造物位置座標系データベースに基づ
いて行うこともできる。

【００３２】本実施形態における動作を図４ないし図６
を参照して説明する。図４は、図１の位置計測装置の動
作手順を示すフローチャート、図５は、図１の位置計測
装置における広域カメラの撮像図、図６は、図１の位置
計測装置における局所カメラの撮像図である。図４にお
いて、ステップ２０１において、計測者１９は、構造物
位置形状データベース２４に基づいて作成された入力端
末３０のモニタの三次元画像上で、測定目標点の指定が
行われる。

【００３３】ステップ２０２において、粗位置決め装置
２３は、構造物位置形状データベース２４と、入力端末
３０により指定された測定目標点の位置情報に基づき、
計測を行うのに適切な撮像装置２の位置およびその姿勢
からアーム６の移動量を算出する。そして、前記算出結
果に基づき、広域カメラ１５が計測対象３の周辺を取り
巻く領域を撮像することができるように、アーム６を操
作して前記撮像装置２の粗位置決めを行うようにさせ
る。また、粗位置決め装置２３は、計測を行うのに適切
な投光装置１の位置およびその姿勢ならびにスポット状
光ビーム９とスリット状光ビーム１０の適切な投光方向
を算出する。前記算出結果に基づき、移動機構操作装置
１３および光ビーム走査制御装置２２を制御して、前記
スポット状光ビーム９およびスリット状光ビーム１０の
粗位置決めを行うようにする。

【００３４】ステップ２０３において、計測者１９は、
操作盤２９を使ってアーム６を操作して、撮像装置２の
位置およびその姿勢を変え、広域カメラ１５の撮像方向
を微調整することにより、計測対象３およびその周辺が
広域カメラ１５の撮像範囲に収まるようにする。図５に
は、広域カメラ１５の撮像範囲１４１に、計測対象３お
よびその周辺を収納した状態を示されている。

【００３５】次ぎに、局所カメラ１６の撮像方向の微調
整を行い、測定目標点が当該局所カメラ１６の撮像範囲
に収まるように、前記広域カメラ１５の撮像範囲の中か
ら当該局所カメラ１６の撮像範囲を指定する。一例を挙
げて説明すれば、図５に示す広域カメラ１５の撮像範囲
１４１内において局所カメラ１６の撮像範囲１４２を指
定する。次いで、図６に示すような局所モニタ１８の撮
像画像が得られる。前記撮像範囲１４２が決定したら、
計測者１９は操作盤２９を用いて、スポット状光ビーム
９およびスリット状光ビーム１０の位置を微調整して、
照射点１１および輝線１２が前記局所カメラ１６の撮像
範囲１４２に収まるようにする。

【００３６】ステップ２０４において、計測者１９は、
入力装置３１を用いて、図６に示されるように、局所モ
ニタ１６上でカーソル１３８を用いて、測定点４の位置
の指定を行うようにする。前記測定点４の位置は、局所
モニタ１８上に表示される。重合わせ装置２１は、指定
された測定点４の位置を撮像面上の位置情報として記録
する。

【００３７】ステップ２０５において、重合わせ装置２
１は、スポット状光ビーム９のみの照射を行なわせ、画
像処理装置２０に二値化処理を行わせ、照射点１１の代
表位置の算出をさせる。また、前記重合わせ装置２１
は、照射点１１を走査し、走査中に画像処理装置２０か
ら得られる前記照射点１１の位置情報と記録された測定
点４の位置情報から、照射点１１と測定点４の距離を逐
次計算する。さらに、前記重合わせ装置２１は、照射点
１１を一方向に走査し、測定点４と当該照射点１１の距
離が最も近くなった点で走査をストップし、次に、別方
向から照射点１１を走査し、前記測定点４と当該照射点
１１の距離が最も近くなった点で走査をストップする。

【００３８】以上の如く、前記の如く、照射点１１の二
方向への走査を繰り返し、前記照射点１１を前記測定点
４に接近させる。前記照射点１１と前記測定点４の距離
が最も小さくなった状態を、照射点１１と測定点４が重
なった状態と判断し、そのときの照射点１１の代表位置
として撮像面上の位置情報として記録する。そして、ス
ポット状光ビーム９の投光を停止させる。

【００３９】ステップ２０６において、重合わせ装置２
１は、スリット状光ビーム１０のみの照射を行わせ、計
測対象３付近で輝線１２による走査を行なわさせる。光
ビーム走査機構８は一自由度であり、輝線１２は当該輝
線１２と平行でない一方向のみ、すなわち当該輝線１２
の延線方向と交叉する方向に走査させる。画像処理装置
２０は、前記輝線１２が走査される過程において、逐
次、当該輝線１２上の形状および代表位置を検出し、撮
像面の位置情報として記録する。重合わせ装置２１は、
前記輝線１２が走査される過程において、予め記録され
た照射点１１と、走査中に逐次算出される当該輝線１２
上の点の位置情報より、前記照射点１１と前記輝線１２
の距離を算出し、当該照射点１１と当該輝線１２の上の
点の距離が最も小さくなった状態を前記照射点１１と前
記輝線１２が重なった状態と判断し、重なった状態の光
ビーム走査機構７と光ビーム走査機構８の角度情報を記
録する。

【００４０】ステップ２０７において、位置演算装置２
６は、前記計測された角度情報に基づき、照射点１１と
輝線１２を重合わせた点の位置座標を三角測量の交会法
の原理に基づいて求める。前記三角測量の交会法の位置
座標計算法を、図７および〔式１〕、〔式２〕、〔式
３〕を参照して説明する。図７は、図１の位置計測装置
における三角測量法による位置座標計算の説明図であ
り、〔式１〕，〔式２〕，〔式３〕は、測定点の位置座
標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を交会角の三角関数で表示した計算式
である。

【００４１】まず、測定された角度情報に基づき、スポ
ット状光ビーム９と、スリット状光ビーム１０と、前記
スポット状光ビーム９の発射位置１９１を原点とする投
光座標系の位置関係を示す四つのパラメータ（水平角Ｈ
Ａ１０７、天頂角ＶＡ１０８、水平角ＨＢ１０９、スポ
ット状光ビーム９の発射位置１９１とスリット状光ビー
ム１０の発射位置１９２間の基線の距離Ｌ）を求める。

【００４２】ここで、水平角ＨＡ１０７は、発射位置１
９１と測定点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）より基線を含む水平面上へ
垂線を下した点（Ｘ′，Ｙ′，Ｚ′）との間の方向線と
前記基線とのなす水平角、天頂角ＶＡ１０８は、発射位
置１９１と測定点間の方向線と、前記発射位置１９１と
前記点（Ｘ′，Ｙ′，Ｚ′）間の方向線とのなす仰角、
水平角ＨＢ１０９は、発射位置１９２と前記点（Ｘ′，
Ｙ′，Ｚ′）間の方向線と前記基線とのなす水平角であ
る。

【００４３】次に、前記四つのパラメータと、測定点１
９３の投光装置座標系の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の関係
は、下記〔式１〕，〔式２〕，〔式３〕を用いて表わす
ことができる。

【数１】

【数２】

【数３】

【００４４】以上のように、測定点１９３の位置座標
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を投光装置座標系において求めるが、投
光装置座標系において求められた位置座標データは、座
標変換装置２７により、基準座標系の位置座標データ
（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）に変換される。前記変換された基
準座標系における測定点４の位置座標データ（Ｘｏ，Ｙ
ｏ，Ｚｏ）は、計測結果表示モニタ２８に表示される。

【００４５】以上、説明した如く、本実施形態では、三
角測量交会法の原理に基づく位置計測において、投光装
置１と計測対象３の間を光ビームが片道しか伝搬させな
いため、投光装置および受光装置と計測対象の間を光ビ
ームを往復させていた従来の方法に比べて、光ビームの
散乱、吸収による光強度の減衰の影響を受けにくいた
め、計測限界距離が長くなり、計測が可能な範囲が広が
る。

【００４６】また、撮像装置２を計測対象３の近くに位
置決めして計測が行なわれるため、光ビームが計測対象
の表面で拡散反射してのち、長い距離を光ビームが伝搬
する従来の方法に比べて、拡散反射光の伝搬距離が短
く、光ビームの照射点、輝線の強度が低下しないため、
照射点１１および輝線１２の検出が容易となる。さら
に、本発明においては、撮像装置２が計測対象３の近く
で撮像するため、撮像した画像のノイズ、歪み等を小さ
く抑えることができ、照射点１１および輝線１２の検出
を高精度で容易に行うことができる。

【００４７】さらに、本発明においては撮像装置２を計
測対象３から遠い位置に配置する従来の方法を比べて、
前記撮像装置２を計測対象３から近い位置に配置し、光
ビームの照射点１１および輝線１２を拡大して撮像する
ため、前記照射点１１および輝線１２の位置を画像処理
によって検出を行う場合の分解能を高くすることがで
き、前記照射点１１および輝線１２の代表位置を高い精
度で算出することができる。

【００４８】さらに、前記撮像装置２を二つの光ビーム
の重合わせ手段としてのみ用いるため、従来の計測法の
ように撮像装置自体の据えつけに高い精度は要求され
ず、また、撮像装置の位置の校正等も必要としない。さ
らに、構造物位置・座標データベース２４を基に粗位置
決め装置２３を用いて、撮像装置２およびスポット状光
ビーム９とスリット状光ビーム１０の初期位置決めを行
うため、計測を迅速に容易に行うことができる。

【００４９】さらに、照射点１１および輝線１２の検出
を行うときに、フィルター１３１を用いて外乱光などの
ノイズの除去を行うため、前記照射点１１および輝線１
２の検出を正確に精度よく検出でき、特に、光ビームを
スリット状に変形した光強度の密度の低い輝線１２の検
出には有効である。

【００５０】なお、本実施の形態において、撮像装置２
は、アーム６とアーム操作装置１４により位置決めされ
たが、撮像装置２にスクリュウ等の水中推進機構を取り
付け、推進機構操作装置により撮像装置の位置、姿勢の
移動、静止制御を行うことにより水中においても、計測
対象の撮像、照射点と輝線の検出を行い、位置計測を実
施できる。また、撮像装置２をワイヤ等の糸状のもので
保持し、上方から手動でワイヤを操作することにより、
撮像装置の位置、姿勢の制御を行うことで位置計測を実
施できる。このようにすることにより、位置計測装置を
簡略化することができる。

【００５１】本実施の形態において、二つの光源１１７
および光源１１８を用いたが、一つの光源から投射され
た光をビームスプリッタなどにより、二つの光ビームに
分光して、光ビーム走査機構７および光ビーム走査機構
８に光ビームを送るように光学系を構成しても差し支え
ない。

【００５２】また、本実施の形態では、光源１１７およ
び光源１１８は、投光装置１に搭載される構成とした
が、前記光源と投光装置１と別の場所に設置して、一つ
もしくは複数の光源と投光装置１を光ファイバなどの伝
送系でつなぎ、光源から投光される光ビームを投光装置
１に伝送するように光学系を構成しても差し支えない。
このように、光源を別の場所に設置することにより、投
光装置１を小型化することができ、遠隔計測がより一層
容易となる。

【００５３】〔実施の形態 ２〕本発明に係る他の実施
の一形態を図８を用いて説明する。図８は、本発明の他
の一実施の形態に係る位置計測装置の略示説明図であ
る。図８において、図中、図１と同一符号は、同一機
能、同一構成の同等品である。本実施の形態では、図１
の〔実施の形態 １〕が計測対象３の位置計測を実施し
たことに対し、前記計測対象３の形状計測を実施するも
のである。したがって、図１の〔実施の形態 １〕にお
ける照射点１１および輝線１２の走査方法および検出方
法と、本実施の形態におけるそれらの方法とは相違する
ものである。

【００５４】重合わせ装置４１は、光ビーム走査制御装
置２２および画像処理装置２０を操作して、スポット状
光ビーム９およびスリット状光ビーム１０の投光タイミ
ングと、撮像装置２による撮像タイミングを同期させ
る。そして、画像処理装置２０より得られる照射点１１
および輝線１２の位置情報より、光ビーム走査制御装置
２２を操作して、前記照射点１１の前記輝線１２への重
ね合せを行わさせる。さらに、前記照射点１１と前記輝
線１２が重なったときの光ビーム走査制御装置２２より
得られる光ビーム走査機構７および光ビーム走査機構８
の角度情報を記録する。

【００５５】位置演算装置４２は、重合わせ装置４１に
記録された角度情報より三角測量の交会法の原理を用い
て、前記照射点１１と前記輝線１２の重合わせを行わせ
た複数の点の位置座標を求める。座標変換装置４３は、
位置演算装置４２により算出された前記複数の点および
複数の投光装置座標系における位置座標データを計測シ
ステム共通の基準座標系の位置座標データに統合し変換
する。

【００５６】形状判断装置４４は、基準座標系における
多数の三次元位置座標データを用いて、前記位置座標デ
ータ群の三次元立体構造物、三次元曲面への対応づけを
行い、計測した三次元位置座標データの属する立体形状
の判断が行われる。判断された立体形状は、計測結果表
示モニタ４５に表示される。

【００５７】本実施形態における動作を図９に示すフロ
ーチャートに従って説明する。図９は、図８の位置計測
装置の動作手順を示すフローチャートである。ステップ
３０１において、計測者１９は、構造物位置形状データ
ベース２４を基に作成された入力端末３０のモニタの三
次元画像上で、計測目標領域の指定を行わさせる。

【００５８】ステップ３０２において、粗位置決め装置
２３は、指定された計測目標領域の情報に基づき、広域
カメラ１５が計測対象３近傍の状況を撮像するように、
アーム６を操作して、撮像装置２の粗位置決めを行わさ
せる。また、粗位置決め装置２３は、光ビーム走査制御
装置２２にスポット状光ビーム９とスリット状光ビーム
１０の投光を行わせる。そして、指定された計測目標領
域の情報に基づき、前記照射点１１および前記輝線１２
が計測対象３の近傍に生成するように、光ビーム走査制
御装置２２を操作して、前記スポット状光ビーム９およ
び前記スリット状光ビーム１０の粗位置決めを行わさせ
る。

【００５９】ステップ３０３において、計測者１９は、
広域モニタ１７から得られる計測対象３およびその周辺
の画像情報より、操作盤２９を使ってアーム６を操作し
て、撮像装置２の位置およびその姿勢の微調整を行い、
計測対象２およびその周辺近傍が広域カメラ１５の撮像
範囲に収まるようにする。そして、局所カメラ１６の撮
像方向の微調整を行い、測定目標点が局所カメラ１６の
撮像範囲に収まるように、広域カメラ１５の撮像範囲よ
り局所カメラ１６の撮像範囲を指定する。

【００６０】上記撮像範囲を指定を、図１０および図１
１を参照して説明する。図１０は、図８の位置計測装置
における広域カメラの撮像図、図１１は図８の位置計測
装置における局所カメラの撮像図である。まず、上記し
た如く、図１０に示すように、ステップ３０３において
広域カメラ１５の撮像範囲１４５に対して局所カメラ１
６の撮像範囲１４６を指定する。ステップ３０４におい
て、輝線１２の微小走査、照射点１１の走査を行わせな
がら、前記輝線１２と前記照射点１１の重合わせを行な
い、指定された局所モニタ１６の撮像面上の位置座標デ
ータの取得を行わせる。

【００６１】計測者１９は、操作盤２９を用いて、スポ
ット状光ビーム９およびスリット状光ビーム１０の位置
を微調整して、前記照射点１１および前記輝線１２が、
図１１に示すように局所カメラの撮像範囲１４６内に収
まるようにする。ここで、前記輝線１２と前記照射点１
１の重合わせを行い、位置座標データの取得が行われ
る。

【００６２】次ぎに、重ね合せ方法について説明する。
重ね合せ方法（ａ）として、計測対象３の表面全体にわ
たって位置座標の計測を行う場合と、重ね合せ方法
（ｂ）として、計測対象３のエッジなどの特徴点の位置
座標のみの計測を行う場合との二つの方法がある。ま
ず、図１２を参照して、前記重ね合せ方法（ａ）を説明
する。図１２は、図８の位置計測装置の重ね合せ手順の
一例の説明図である。図１２の各分図（ａ）ないし
（ｆ）は、図１１に示した局所カメラ１６による撮像画
像１４６について重ね合せの過程を示している。

【００６３】図１２の分図（ａ）において、まず、重合
わせ装置４１は、スリット状光ビーム１０のみの照射を
行わせ、前記スリット状光ビーム１０を走査して輝線１
６１を所定の位置に定める。画像処理装置２０は前記輝
線１６１の形状および代表位置の検出を行わさせる。ま
た、重合わせ装置４１は、前記画像処理装置４０より得
られる輝線１６１の形状および代表位置を撮像面におけ
る位置情報を記録する。

【００６４】図１２の分図（ｂ）において、前記スリッ
ト状光ビーム１０の照射を停止し、スポット状光ビーム
９の照射が行われる。光ビーム走査機構７の一つの走査
角を一定とし、もう一つの走査角を大きく動かし、照射
点１１を方向１５１に撮像面の端から端に大きく走査す
る。前記照射点１１は、軌跡１７１上を移動する。重合
わせ装置４１は、走査する過程において画像処理装置４
０から逐次検出される撮像面における照射点１１の代表
位置情報より、前記照射点１１と予め記録した輝線１６
１上の前記代表位置との距離を求める。

【００６５】前記照射点１１が軌跡１７１上を移動する
過程において、前記照射点１１と前記輝線１６１上の点
の距離が最も小さくなった状態を、当該照射点１１と当
該輝線１６１が重なった状態と判断する。前記重合わせ
点１８１の撮像面上の位置と、光ビーム走査機構７およ
び光ビーム走査機構８の角度情報を記録する。位置演算
装置４２は、前記角度情報より、図７および〔式１〕を
参照して説明した三角測量の交会法の原理に基づいて、
前記重合わせ点１８１の三次元位置座標の計算が行われ
る。

【００６６】図１２の分図（ｃ）において、光ビーム走
査機構７の一定の走査角を微小移動して、照射点１１を
方向１５２に微少移動させる。そして、前記光ビーム走
査機構７のもう一つの走査角を大きく動かして、前記照
射点１１を方向１５１に対して、撮像面の端から端まで
大きく走査する。前記照射点１１は、撮像面上を軌跡１
７１から少しずれた位置の軌跡１７２上を移動する。前
記走査する過程において、重合わせ装置４１は、図１２
の分図（ｂ）と同じように、前記照射点１１と前記輝線
１６１の距離を算出し、前記重合わせ点１８２を求め
る。前記位置演算装置４２は、重合わせ点１８２の三次
元位置座標の計算を行うようにする。

【００６７】以上のような、照射点１１の微小走査、大
走査を繰り返しを図１２の分図（ｄ）のように、撮像面
全面にわたって行うことにより、輝線１６１上の複数の
点で照射点１１との重合わせを行わせ、図１２の分図
（ｄ）において輝線１６１上の丸印で示した重点の三次
元位置座標を求めることができる。固定した輝線上の全
ての領域についての位置算出が終了後、図１２の分図
（ｅ）の如く、スポット状光ビーム９の投光を停止し、
再びスリット状光ビーム１０の投光を行い、光ビーム走
査機構８の走査角を微小移動して、輝線１６１を当該輝
線１６１の位置から方向１５３に微小走査して、輝線１
６２に位置させるようにする。

【００６８】輝線１６２についても、図１２の分図
（ａ）ないし（ｄ）のようにして、照射点１１の微小走
査、大走査を繰り返しを撮像面全面にわたり行うことに
より、図１２（ｅ）の輝線１６２上の三角形で図示した
点について三次元位置座標を求めることができる。以上
のような輝線の微小走査、照射点の撮像面全面にわたる
走査を繰り返すことにより、図１２の分図（ｆ）に示す
ように計測対象３表面の複数の輝線上の点の三次元位置
座標を算出することができる。

【００６９】次に、図１３を用いて、重ね合せ方法
（ｂ）を説明する。図１３は、図８の位置計測装置にお
ける他の重ね合せ手順の他の一例の説明図である。図１
３の各分図（ａ）から（ｄ）は、図１１の局所カメラに
よる各過程の撮像画像を図示している。図１３の分図
（ａ）において、スリット状光ビーム１０のみの照射を
する。重合わせ装置４１は、スリット状光ビーム１０を
走査して輝線２６１を所定位置に定める。画像処理装置
２０は、輝線２６１の形状および代表位置の検出を行わ
せる。次に、小円２６７および小円２６８で囲んだ部分
の輝線２６１のエッジなどの特徴点である点２７１およ
び点２７２の検出を行わせる。重合わせ装置４１は、画
像処理装置２０より得られる特徴点、すなわち点２７１
および点２７２の位置情報を記録する。

【００７０】図１３の分図（ｂ）において、スリット状
光ビーム１０の照射を停止する。次ぎに、スポット状光
ビーム９の照射を行わせる。画像処理装置２０は、逐次
照射点１１の代表位置の検出を行わせる。重合わせ装置
４１は、照射点１１と点２７１の距離が小さくなるよう
に光ビーム走査機構７を操作して、照射点１１を点２７
１の位置に接近するように移動する。そして、前記照射
点１１と輝線２６１の重合わせを行わせる。重合わせ装
置４１は、前記重なった状態で光ビーム走査機構７およ
び光ビーム走査機構８の角度情報を記録させる。位置演
算装置４２は、前記記録した角度情報より点２７１の三
次元位置座標の計算を行わせる。同様に、点２７２につ
いても、照射点１１の移動および重合わせを行い、三次
元位置座標の計算を行わせる。

【００７１】次に、図１３の分図（ｃ）において、スポ
ット状光ヒーム９の照射を停止し、再びスリット状光ビ
ーム１０の照射を行わせる。光ビーム走査機構８の走査
角を微小移動して、輝線２６１を当該輝線２６１の位置
から方向２５３に対して微小走査させて、輝線２６２に
位置させるようにする。前記輝線２６２についても、前
記図１３の分図（ａ）〜（ｂ）のようにして、輝線２６
２のエッジなどの特徴点の検出を行い、前記特徴点にお
いて照射点１１と輝線２６２の重合わせを行わせる。

【００７２】前記重合わせを行わせることにより、特徴
点である点２８１および点２８２の三次元位置座標を求
めることができる。上述したような輝線の微小走査、照
射点を輝線の上の点へ重合わせる操作を撮像面全面に行
うことにより、図１３の分図（ｄ）において、丸印で示
した計測対象３の表面のエッジなどの複数の特徴点の三
次元位置座標を算出することができる。

【００７３】以上のように、図９のフローチャートに示
されるステップ３０３〜３０４の撮像範囲の指定および
前記指定した撮像範囲における輝線と照射点の重合わせ
による三次元位置座標の算出を繰り返すことにより、指
定された一つの撮像範囲における位置座標の算出を行う
ことができる。計測対象３に対する投光装置１の位置お
よび角度を変え、スポット状光ビーム９およびスリット
状光ビーム１０の投光基準位置および基準角度を変える
ことにより、計測領域の全表面において照射点１１およ
び輝線１２を生成させることができる。

【００７４】さらに、計測対象３に対する撮像装置２お
よび広域カメラ１５ならびに局所カメラ１６の位置およ
びその角度を変えて撮像範囲を変更することにより、照
射点１１と輝線１２を重合わせた点の検出を行うことに
より、計測領域の全表面の三次元位置座標の算出を行う
ことができる。例えば、図１０において、局所カメラ１
６の撮像範囲１４６〜１４９まで変更して、撮像範囲に
おける三次元位置座標を求めることにより、広域カメラ
１５によって撮像された計測対象３の表面の位置座標デ
ータを得ることができる。また、図１０において、広域
カメラ１５によって撮像されない計測対象３の裏側の位
置座標は算出することができない。それは、撮像装置２
の撮像対象である計測対象３の表面に照射点１１および
輝線１２が生成されないので、前記照射点１１および輝
線１２が検出できない等のためである。

【００７５】しかしながら、移動機構５によって投光装
置１を大きく移動して、スポット状光ビーム９およびス
リット状光ビーム１０の投光基準位置ならびに基準角度
を変更し、逆側からスポット状光ビーム９およびスリッ
ト状光ビーム１０を計測対象３に投光することにより、
前記の照射点１１および輝線１２を生成させることがで
きる。そして、アーム６を移動し、撮像装置２および広
域カメラ１５ならびに局所カメラ１６等の位置および角
度を変更し、撮像範囲を変更し、照射点１１および輝線
１２を検出することにより、位置座標データの算出がで
きる。

【００７６】図９のフローチャートにおけるステップ３
０５において、少なくとも一つ以上の投光装置座標系に
おいて求められた位置座標データを、座標変換装置４３
により、測定システム共通の基準座標系の位置座標デー
タに統合し変換する。ステップ３０６において、形状判
断装置４４は、基準座標系における多数の三次元位置座
標データを用いて、位置座標データ群の三次元立体構造
物および三次元曲面への対応づけを行い、計測した三次
元位置座標データの属する立体形状の判断する。ステッ
プ３０７において、判断された立体形状は、計測結果の
表示モニタ４５に表示され、計測者１９は計測対象３の
立体形状を把握することができる。

【００７７】以上、説明した本実施の形態では、三角測
量の原理に基づく形状計測において、投光装置１と計測
対象３の間を光ビームが片道しか伝搬させないため、投
光装置および受光装置と計測対象の間を光ビームが往復
する従来の光切断法などの方法に比べて、光ビームの散
乱、吸収による光強度の減衰の影響を受けにくいため、
測定限界距離が長くなり、形状計測が可能な範囲が大き
くなる。

【００７８】また、撮像装置２を計測対象３の近傍に位
置決めして測定が行われるため、光ビームが計測対象の
表面で拡散反射して後、長い距離を光ビームを伝搬させ
る従来の方法に比べて、拡散反射光の伝搬距離が短く、
光ビームの照射点、輝線の強度があまり落ちないため、
照射点１１および輝線１２の検出が容易となる。さら
に、本発明においては撮像装置２が計測対象３の近傍で
撮像するため、撮像した画像のノイズ、歪み等を小さく
抑えることができ、照射点１１および輝線１２の検出を
高精度で容易に行える。

【００７９】さらに、撮像装置２を二つの光ビームの重
合わせ手段としてのみ用いるため、従来の計測法のよう
に撮像装置自体の据えつけに高い精度が要求されず、ま
た、撮像装置の位置の校正等も必要としない。さらに、
スポット状、スリット状の光ビームを用いて、複数の点
の計測を行うため、計測対象３の表面の多数の点を比較
的短時間で計測でき、スポット状の光のみで複数の点の
計測を行なう場合と比べて、計測対象３の表面形状を効
率良く計測することができる。

【００８０】なお、本実施の形態では、計測を広域カメ
ラ１５および局所カメラ１６を有する撮像装置２を一台
用いて実施したが、二台以上の撮像装置を用いることに
より、効率良く計測を行うことができる。例えば、照射
点１１および輝線１２を生成させているが、一台の撮像
装置では撮像できない場合、もう一台の撮像装置を使
い、別の撮像方向より撮像することにより、撮像装置の
移動を行わないで計測することでき、計測効率を向上で
きる。

【００８１】〔実施の形態 ３〕図１４を参照して、さ
らに本発明に係る位置計測装置の他の一実施の形態を説
明する。図１４は、本発明のさらに他の一実施の形態に
係る位置計測装置の略示説明図である。図中、図１と同
一符号の部材は、同一機能、同一構成の同等品である。
また、上記〔実施の形態 １〕および〔実施の形態
２〕で説明した実施の形態では、投光装置１を一台用い
て、スポット状光ビーム９およびスリット状光ビーム１
０の投光基準位置および基準角度を変えることであり、
計測対象３の表面全体へのスポット状光ビーム９および
スリット状光ビーム１０の投光を行ったが、投光装置１
を複数台用いても計測システムを構成することができ
る。

【００８２】〔実施の形態 ３〕では、計測対象３の形
状を二台の投光装置を用いて計測する位置計測装置であ
る。投光装置１は、スポット状の光ビーム９およびスリ
ット状の光ビーム１０を投光し、投光装置５０は、スポ
ット状光ビーム５５およびスリット状の光ビーム５６を
投光する。これらの複数の投光装置座標系において、計
測対象３の表面の点の位置計測が行われる。投光装置５
０は、移動機構５１の先端に取り付けられており、移動
機構５１は、移動機構操作装置５２によって操作され、
位置決めされる。前記投光装置５０より照射されるスポ
ット状の光ビーム５５およびスリット状の光ビーム５６
は、光ビーム走査制御装置５３によって制御され走査さ
れる。

【００８３】操作盤５４は、計測者１９が入力する操作
量を移動機構操作装置５２および光ビーム走査制御装置
５３に送り、当該移動機操作装置５２および光ビーム走
査制御装置５３の制御が行われる。本実施の形態につい
て、基本的には図９に示すフローチャートに従い、計測
対象３の表面上の点の計測が行われる。一台の投光装置
１のみで計測する場合、スポット状光ビーム９およびス
リット状光ビーム１０が計測対象３の表面において照射
点１１および輝線１２を生成しない部分が存在し、計測
対象３の表面のすべての部分において計測を行うことは
できないという問題が生じていた。また、計測対象３の
表面に照射点１１および輝線１２が生成させても、撮像
装置２により撮像できないため、計測対象３の表面のす
べての部分において計測を行うことはできないという問
題が生じていた。

【００８４】これら生じた問題を本実施の形態では、投
光装置１および投光装置５０の二台の投光装置を用いる
ことにより、投光装置１のみでは照射点１１および輝線
１２が生成しない部分の照射を投光装置５０で実施する
ことができる。また、一台の投光装置のみで計測をする
場合の如く、投光装置の位置およびその姿勢を大きく移
動することなく、撮像装置２の撮像範囲を変更すること
により、計測対象３の表面全体にわたり効率よく位置計
測を行わせることができる。

【００８５】なお、本実施の形態では、撮像装置２を一
台用い、前記撮像装置２を移動して撮像範囲の変更を行
う構成としたが、撮像装置を複数台を用いることなく、
且つ撮像装置の大幅の移動および撮像範囲の変更なく、
計測対象３の表面上の点の位置計測を容易、且つ高速に
行うことができる。

【００８６】〔実施の形態 ４〕本発明に係る位置計測
装置の他の実施形態の構成を図１５を用いて説明する。
図１５は、本発明のさらに他の一実施の形態に係る位置
計測装置のの略示説明図である。図１５において、図１
と同一符号に示す部材は、同一機能、同一構成の同等品
である。本実施の形態では、計測対象３の上の測定点４
の位置座標の計測を計測者１９が手動で行う場合であ
る。局所モニタ７１に、局所カメラ１６の撮像画像を直
接表示させる。計測者１９は、局所モニタ７１の表示よ
り計測対象３の周辺状況を把握し、入力装置７３を用い
て測定点４の位置を指定する。指定された位置情報は、
画像処理装置７２で処理され、測定点４の位置が前記局
所モニタ７１上に表示される。

【００８７】本実施の形態の動作を図１６に示すフロー
チャートを用いて説明する。図１６は、図１５の位置計
測装置の動作手順を示すフローチャートである。ステッ
プ４０１において、計測者１９は、操作盤２９を用い
て、撮像装置２の位置決めおよび広域カメラ１５の撮像
範囲の調整を行い、前記撮像範囲を指定する。測定点４
が局所カメラ１６の視野に含まれるように、局所カメラ
１６の撮像範囲を指定する。

【００８８】ステップ４０２において、計測者１９は、
広域モニタ１７から得られる撮像画像に基づき、操作盤
２９を用いて光ビーム走査制御装置２２を操作する。そ
して、スポット状光ビーム９およびスリット状光ビーム
１０を大きく走査させる。次いで、広域モニタ１７の視
野に照射点１１および輝線１２が入った点で、走査をス
トップし、スポット状光ビーム９およびスリット状光ビ
ーム１０の粗位置決めを行わせる。

【００８９】ステップ４０３において、計測者１９は、
入力装置７３を用いて、図６を参照して説明したと同様
の操作をして、局所モニタ７１上でカーソル１３８を用
いて測定点４の位置の指定を行わせる。前記指定された
位置情報は、画像処理装置７２で処理され、測定点４の
位置が局所モニタ７１上にカーソルで表示される。

【００９０】ステップ４０４において、計測者１９は広
域モニタ１７および局所モニタ１８の撮像画像を参照し
て、照射点１１を測定点４の位置に移動して、前記照射
点１１を測定点４に重合わせる。ステップ４０５におい
て、計測者１９は広域モニタ１７および局所モニタ１８
の撮像画像を参考にして、輝線１２を照射点１１の位置
に移動して、輝線１２を照射点１１に重合わせる。その
結果、測定点４において照射点１１と輝線１２が重な
る。さらに、位置演算装置２６は、前記の照射点１１と
輝線１２が重なった状態の光ビーム走査機構７および光
ビーム走査機構８の位置、角度情報が得られる。前記得
られた位置、角度情報を位置演算装置に入力し、前記照
射点１１と輝線１２が重なった点の計算、つまり、測定
点４の位置座標の計算を図７および〔式１〕で説明した
三角測量の交会法の原理に基づいて行うものである。

【００９１】以上のように、求められた測定点４の位置
座標データは、投光装置座標系であるので、座標変換装
置２７により基準座標系の位置座標データに変換され
る。そして、変換された測定点４の基準座標系の位置座
標データは、計測結果表示モニタ２８に表示される。

【００９２】上記実施の形態では、計測者１９が手動で
計測装置を操作するため、位置計測装置の全体のシステ
ムを簡略化することができる。また、計測対象３および
その周辺状況の構造データを記録する構造物位置形状デ
ータベースを前提としないため、予め、計測対象３の近
傍の状況が不明の場合もしくはデータベースがない場合
でも計測することができる。

【００９３】

【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明の構
成によれば、にごった水の中、霧の中、煙の中において
組立、補修、点検等の作業を行なう場合、作業環境に存
在する構造物の位置および形状の計測を行なうことによ
り、作業環境の状況を正確に把握し、構造物の組立、補
修、点検等の作業を正確に行うことができる。また、濁
水の中、霧の中、煙の中において、作業環境に存在する
構造物の位置および形状と構造物に対する作業装置の位
置、姿勢の計測を行なうことにより、作業環境の状況お
よび作業装置の位置を正確に把握し、装置の据え付け、
遠隔位置決め、作業時の位置決めを正確に、効率よく行
うことができ、その結果、作業時間を短くすることがで
きる。さらに、本発明の構成によれば、濁水の中、霧の
中、煙の中等の環境下の構造物の実際の寸法と図面寸法
とのずれ量が生じる状況あるいは構造物の図面寸法デー
タのない状況において、構造物の位置形状データを取得
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る位置計測装置の略
示説明図である。

【図２】図１の位置計測装置における投光装置の略示構
成図である。

【図３】図１の位置計測装置における局所カメラの略示
構成図である。

【図４】図１の位置計測装置の動作手順を示すフローチ
ャートである。

【図５】図１の位置計測装置における広域カメラの撮像
図である。

【図６】図１の位置計測装置における局所カメラの撮像
図である。

【図７】図１の位置計測装置における三角測量法による
位置座標計算の説明図である。

【図８】本発明の他の一実施の形態に係る位置計測装置
の略示説明図である。

【図９】図８の位置計測装置の動作手順を示すフローチ
ャートである。

【図１０】図８の位置計測装置における広域カメラの撮
像図である。

【図１１】図８の位置計測装置における局所カメラの撮
像図である。

【図１２】図８の位置計測装置における重合わせ手順の
一例の説明図である。

【図１３】図８の位置計測装置における重合わせ手順の
他の一例の説明図である。

【図１４】本発明のさらに他の一実施の形態に係る位置
計測装置の略示説明図である。

【図１５】本発明のさらに他の一実施の形態に係る位置
計測装置の略示説明図である。

【図１６】図１５の位置計測装置の動作手順を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１、５０…投光装置、２…撮像装置、３…計測対象、４
…測定点、５、５１…移動機構、６…アーム、７、８…
光ビーム走査機構、９、１０、５５、５６…光ビーム、
１１、５７…照射点、１２、５８…輝線、１３、５２…
移動機構操作装置、１４…アーム操作装置、１５…広域
カメラ、１６…局所カメラ、１７…広域モニタ、１８、
７１…局所モニタ、１９…計測者、２０、７２…画像処
理装置、２１、４１…重合わせ装置、２２、５３…光ビ
ーム走査制御装置、２３…粗位置決め装置、２４…構造
物位置形状データベース、２６、４２…位置演算装置、
２７、４３…座標変換装置、２８、４５…計測結果表示
モニタ、２９、５４…操作盤、３０…入力端末、３１、
７３…入力装置、４４…形状判断装置、１０１、１０
３、１０５…ガルバノメータ、１０２、１０４、１０６
…ミラー、１０７…水平角ＨＡ、１０８…天頂角ＶＡ、
１０９…水平角ＨＢ、１１０…シリンドリカルレンズ、
１１７、１１８…光源、１３１…フィルタ、１３２…受
光レンズ、１３３…受光素子、１３４…切り替え機構、
１３８…カーソル、１６１、１６２…輝線、１７１、１
７２…軌跡、１８１、１８２…重合わせ点、１９１、１
９２…発射位置、１９３…測定点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大森 信哉 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 多田 伸雄 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測対象の位置を遠隔計測する位置計測
   装置において、 照射点を生成するスポット状光ビームを発射する少なく
   とも一つの第一の光ビーム発生手段と、輝線を生成する
   スリット状光ビームを発射する少なくとも一つの第二の
   光ビーム発生手段と、前記照射点と輝線を撮像する少な
   くとも一つの撮像手段と、前記計測対象もしくは計測対
   象の近傍に前記照射点と輝線を生成するように前記第
   一、第二の光ビーム発生手段を制御すると共に、当該生
   成させた前記照射点と輝線を検出するように前記撮像手
   段を制御する位置決め手段と、前記検出画像から前記照
   射点，輝線の位置と形状情報を記録する画像処理手段
   と、前記記録情報に基づき前記照射点と輝線を測定点上
   で重合わせ、前記重合わせ点へのスポット状，スリット
   状光ビームの各発射位置と各発射角度のデータを記録す
   る重合わせ手段と、前記データから測定点位置データを
   算出する位置演算手段と、前記位置データを基準座標系
   に変換する座標変換手段とからなることを特徴とする位
   置計測装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の位置計測装置において、 前記重合わせ手段は、前記記録情報に基づき前記照射点
   と輝線を計測対象上の複数点で重合わせ、前記複数の重
   合わせ点へのスポット状，スリット状光ビームの各発射
   位置と各発射角度の複数データを記録させ、前記位置演
   算手段は、前記複数データから複数の位置データを算出
   させ、前記座標変換手段は、前記複数の位置データを基
   準座標系に変換させ、さらに、前記複数の変換データか
   ら計測対象の形状を判定する判定手段を設けたことを特
   徴とする位置計測装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のいずれかの位置
   計測装置において、 手動操作手段を備え、前記撮像手段とスポット状光ビー
   ム，スリット状光ビームを位置決めし、前記計測対象も
   しくは計測対象の近傍に生成させて、前記照射点と輝線
   を当該撮像手段で検出するようにし、前記重合わせ手段
   により前記撮像手段から得られる情報に基づき前記照射
   点と輝線とを少なくとも計測対象上の一つ以上の点で重
   合わせ、前記一つ以上の重合わせ点へのスポット状光ビ
   ーム，スリット状光ビームの各発射位置と各発射角度の
   一つ以上のデータを得るようにし、前記一つ以上のデー
   タを前記位置演算手段に入力させるように構成したこと
   を特徴とする位置計測装置。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載のいずれかの位置
   計測装置において、 前記位置決め制御手段は、前記第一，第二の光ビーム発
   生手段および前記撮像手段を前記計測対象自体もしくは
   計測対象から所定の位置にある構造部材のいずれかに設
   けた多自由度を有する支持機構で支持し、当該撮像手段
   の位置およびその姿勢ならびに前記各光ビームの方向お
   よび／もしくは発射点を任意に定めることを特徴とする
   位置計測装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の位置計測装置において、 前記位置決め制御手段は、前記計測対象もしくは計測対
   象の周辺を取り巻く領域の位置およびその形状に関する
   データベースを内蔵し、前記データベースにしたがい制
   御することを特徴とする位置計測装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の位置計測装置において、 前記撮像手段は、計測対象あるいは計測対象の周辺全体
   を撮像する全体撮像手段と、前記全体撮像手段の撮像範
   囲の任意の一部を撮像する局所撮像手段とからなり、前
   記両撮像手段には前記各光ビームの発光波長近傍のみ透
   過させるフイルタと水中推進機構とを具備したことを特
   徴とする位置計測装置。