JP2009300441A - センサの位置を決定するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの空間位置を決定するための改善された方法及び改善された装置を提案する。
【解決手段】この装置及び方法は、センサの空間位置を決定するための方法及び装置であり、まず、センサの位置を大まかに検出することによって大まかな位置情報を決定し、次に、センサに搭載された少なくとも３つの反射器をレーザ追跡装置によって測定することによってセンサのより精確な位置を取得する。レーザ追跡装置のレーザが反射器を探索する探索領域は、大まかな位置情報を基準として制限される。
【選択図】図１

Description

本発明は、センサの空間位置を決定するため、特に、大型物体の３次元デジタル化及び／又は３次元測定のための３Ｄセンサの直進方向及び回転方向の位置を決定するための方法及び装置に関するものである。

対象物の３次元デジタル化（３Ｄデジタル化）のための方法は、例えば特許文献１により知られている。３Ｄデジタル化のために、対象物の表面の３次元座標（３Ｄ座標）を測定する３Ｄセンサが使用される。一般的に、３Ｄセンサを空間において様々な記録位置へ動かすことが必要である。すなわち、個々の記録位置で測定された対象物の部分的な表面が結合されて、対象物の全体表面が求められる。このようにして対象物の全体表面を求めるためには、個々の記録位置を上位の座標系に登録、即ち、変換する（以下、全体登録という）必要がある。このいわゆる全体登録は、高い精度を必要とする。

独国特許出願公開第１０２００５０４３９１２号明細書

白色光ストリップ投影システムを３Ｄセンサとして使用する場合、写真測量によって全体登録を実行することが知られている。このため、対象物又は連結部材に複数のマークをつけて、これらのマークを１つの写真測量器によって別個に測定する必要がある。写真測量は、高い精度を提供するが、マークを準備するための付加的な作業と、これらマークの別個の測定とが必要であるため、不利である。

さらに、レーザ追跡装置で３Ｄセンサの位置を測定して、これらの測定データを用いて各個々の記録位置の全体登録を実行することが知られている。このためには、少なくとも３つの適切な反射器を３Ｄセンサに搭載する必要があり、３Ｄセンサの各記録位置において、反射器をレーザ追跡装置のレーザビームで連続的に測定する必要がある。レーザ追跡装置の測定データにより、最高の精度での全体登録が可能になる。しかしながら、３Ｄセンサの位置を変更した後に空間における反射器の検出に時間がかかり、これにより、測定対象物をデジタル化するための所要時間が増大するという点で不利である。

したがって、本発明の目的は、センサの空間位置を決定するための改善された方法及び改善された装置を提案することである。特に、本発明の方法及び装置は、時間をかけずに３Ｄセンサの全体登録を高精度にするものである。

本発明によれば、上記目的は、請求項１に記載の方法及び請求項８に記載の装置によって達成される。有利な観点は、下位請求項に記載されている。

本発明のセンサの位置を決定するための方法は、位置を、まずより大まかに測定し、次により精確に測定することを特徴とする。センサの位置の大まかな検出は、高精度で、特に、全体登録のための望ましい精度で行う必要はない。したがって、大まかな位置情報の取得は、どのような手段によっても行うことができる。高速且つ簡単に位置を決定できる手段を使用することは特に有利である。大まかな位置を測定したら、次に、より精確な位置測定を、レーザ追跡装置を用いて行う。このため、センサに搭載されている少なくとも３つの適切な反射器をレーザ追跡装置によって探索して、測定する。レーザ追跡装置のレーザが反射器を探索する探索領域は、センサの大まかな位置の検出時に得られた大まかな位置情報によって狭められている。これにより、レーザ追跡装置を用いて反射器を比較的高速で発見することができるため、レーザ追跡装置を用いた反射器の測定を比較的高速に行うことができる。

よって、本発明は、レーザ追跡装置による高精度な測定を利用する一方、大まかな位置情報の使用によってレーザ追跡装置による３Ｄセンサの位置の測定を高速に行うことができるという利点を提供する。それゆえ、本発明は、高速な全体登録と、センサの上位の座標系における位置（以下、全体位置という）の高速な測定とを同時に高精度で行える。

反射器は、ブラケット又は片持ち梁を用いてセンサに搭載されていてもよい。反射器は、センサの本体に搭載されているか、又は、センサの本体に堅固に連結されていることが有利である。反射器をセンサに一坦搭載したら、反射器の位置を変更せず、反射器の互いに対する、及び／又は、センサに対する相対位置を決定することがさらに有利である。反射器の相対位置、及び、レーザ追跡装置で検出される反射器の全体位置から、空間におけるセンサの全体位置を直進方向及び回転方向に関して求めることができる。本発明では、反射器の互いに対する、及び／又は、センサに対する相対位置を、レーザ追跡装置による測定によって決定するため、さらに有利である。

センサについて、又は、センサ上の反射器についての大まかな位置情報を、センサを動かすために使用されるロボットの位置情報から取得することもできる。同様に、大まかな位置情報は、センサを動かすために使用される別の種類の車軸システムの位置情報から取得することもできる。

さらには、大まかな位置情報を、測定空間を観察する１つ又は複数の増設カメラによって取得することもできる。

さらには、大まかな位置情報を、センサの直進及び回転をその動作中、例えば、個々の記録位置の間の移動中に検出するために使用される加速度センサ及び傾斜センサによって取得することもできる。

さらには、大まかな位置情報を、センサに搭載された増設の６Ｄセンサによって取得することもできる。このような６Ｄセンサは、６次元、つまり、３つの直進方向と３つの回転方向の位置を検出する。

本発明の装置の概略図である。

次に、図１を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図１は、本発明の測定対象５を測定するための装置を示す。この装置は、測定対象５の表面を３Ｄデジタル化するための３Ｄセンサ４を備えている。この３Ｄセンサは、例えば、白色光ストリップ投影システムとして構成されていてもよい。３Ｄセンサ４の本体の堅い部分に、３つの反射器３が堅い片持ち梁によって搭載されている。３Ｄセンサ４上の３つの反射器３の位置は変化しない。

装置は、レーザ追跡装置１をさらに備えている。このレーザ追跡装置１によって、３Ｄセンサ４を最高の精度で測定することができる一方、空間における反射器３の位置を最高の精度で測定することができる。装置は、３Ｄセンサ４の本体に搭載された６Ｄセンサ２をさらに備えている。この６Ｄセンサ２によって、３Ｄセンサの位置を直進方向及び回転方向に関して大まかに決定することができる。

本発明の方法の一実施形態によれば、まず、レーザ追跡装置１を使用して、３Ｄセンサ４を３Ｄセンサ４に搭載された反射器３と共に測定する。これにより、反射器３の互いの相対位置を測定する。次に、測定対象５を３Ｄデジタル化するために、測定対象５を様々な記録位置から３Ｄセンサ４によって測定する。各記録位置において、３Ｄセンサ４の大まかな位置、及び、反射器３の大まかな位置を、６Ｄセンサ２によって測定する。この大まかな位置情報を使用して、レーザ追跡装置１のレーザが反射器３を探索する探索領域をできる限り制限する。レーザ追跡装置１は、大幅に制限された探索領域内で反射器を探索し、最高の精度で反射器の位置を測定する。次に、レーザ追跡装置１によって測定された反射器３の位置と、既知の、反射器３の互いの相対位置とから、３Ｄセンサの、直進方向及び回転方向に関する全体位置を計算する。

このように、上述の本発明の実施形態によれば、大型物体の３Ｄデジタル化のためのセンサの全体登録をひときわ高速且つ精確に行うことができる。

Claims (12)

1. センサ（４）の空間位置を決定するための方法であって、
   前記センサの位置を大まかに検出することによって大まかな位置情報を取得し、
   前記センサに搭載された少なくとも３つの反射器（３）を、前記大まかな位置情報に基づいて制限された探索領域内でレーザ追跡装置（１）のレーザにより探索し、
   探索された反射器を該レーザ追跡装置で測定することによって前記センサのより精確な位置を決定する方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記少なくとも３つの反射器を前記センサに搭載した後は、該反射器の位置を変更せず、
   前記反射器の前記センサに対する相対位置、及び、前記反射器の互いの反射器に対する相対位置の少なくとも一方を決定する方法。
3. 請求項２に記載の方法において、
   前記反射器の相対位置を、前記レーザ追跡装置による測定によって決定する方法。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の方法において、
   前記大まかな位置情報を、前記センサを動かすために使用されるロボット又は別の種類の車軸システムの位置情報から取得する方法。
5. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の方法において、
   前記大まかな位置情報を、測定空間を観察する少なくとも１つのカメラによって取得する方法。
6. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の方法において、
   前記大まかな位置情報を、前記センサの直進及び回転を検出するために使用される加速度センサ及び傾斜センサによって取得する方法。
7. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の方法において、
   前記大まかな位置情報を、前記センサ（４）に搭載された６Ｄセンサ（２）によって取得する方法。
8. センサ（４）の空間位置を決定するための装置であって、
   前記センサの位置を大まかに検出することによって大まかな位置情報を取得するための手段（２）と、
   前記センサに搭載された少なくとも３つの反射器（３）の位置を測定することによって前記センサのより精確な位置を決定するためのレーザ追跡装置（１）とを備え、
   前記レーザ追跡装置が前記反射器を探索する探索領域は、前記大まかな位置情報に基づいて制限される装置。
9. 請求項８に記載の装置において、
   前記センサを動かすためのロボット又は別の種類の車軸システムと、
   前記ロボット又は前記車軸システムの位置情報から前記大まかな位置情報を取得するための手段とをさらに備える装置。
10. 請求項８に記載の装置において、
    前記大まかな位置情報を取得するために、測定空間を観察する少なくとも１つのカメラをさらに備える装置。
11. 請求項８に記載の装置において、
    前記大まかな位置情報を取得するために、前記センサの直進及び回転を検出する加速度センサと傾斜センサとをさらに備える装置。
12. 請求項８に記載の装置において、
    前記大まかな位置情報を取得するために、前記センサ（４）に搭載された６Ｄセンサ（２）をさらに備える装置。

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