JP6129545B2 - Spatial coordinate measuring apparatus and spatial coordinate measuring method - Google Patents
Spatial coordinate measuring apparatus and spatial coordinate measuring method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6129545B2 JP6129545B2 JP2012275314A JP2012275314A JP6129545B2 JP 6129545 B2 JP6129545 B2 JP 6129545B2 JP 2012275314 A JP2012275314 A JP 2012275314A JP 2012275314 A JP2012275314 A JP 2012275314A JP 6129545 B2 JP6129545 B2 JP 6129545B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- target
- irradiation angle
- laser light
- image processing
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
この発明は、例えば、産業、計測分野において、生産物や建築物、自然物等の物体の空間的座標を測定する空間座標測定装置および空間座標測定方法に関する。 The present invention relates to a spatial coordinate measuring apparatus and a spatial coordinate measuring method for measuring spatial coordinates of an object such as a product, a building, or a natural object in the fields of industry and measurement.
ガイドとなるレーザ光の方向を、2軸のモータで制御し、移動するターゲットに追従させ、ターゲットの空間座標(3次元位置情報)を得るレーザトラッキング技術は古くから知られている。このトラッキング装置(以下「レーザトラッカー」と言う)では、モータにそれぞれ取り付けられた2軸のエンコーダを用いて、移動するターゲットの空間的な方向(角度)を知ることができる。
ターゲットはレトロリフレクタあるいは単にリフレクタと呼ばれるそれぞれ直交する3枚の鏡を使用した反射鏡を用いるのが一般的である。このリフレクタは、どのような場合でも入射した方向に光を返すことができる。また、レーザで距離を測る技術は確立されており、例えば、レーザー干渉計では、数メートルの距離を、ナノメートル単位の分解能で測定することができる。
Laser tracking technology for obtaining the spatial coordinates (three-dimensional position information) of a target by controlling the direction of a laser beam serving as a guide with a biaxial motor to follow a moving target has been known for a long time. In this tracking device (hereinafter referred to as “laser tracker”), it is possible to know the spatial direction (angle) of a moving target by using a biaxial encoder attached to each motor.
The target is generally a retro-reflector or a reflector using three mirrors each called an orthogonal reflector. In any case, the reflector can return light in the incident direction. Further, a technique for measuring a distance with a laser has been established. For example, with a laser interferometer, a distance of several meters can be measured with a resolution of a nanometer unit.
これらの二つの技術を組み合わせた装置であるレーザートラッカーは、その装置からターゲットまでの距離と空間的な角度を測定し、その装置を基準とした、ターゲットの空間位置を特定することができる。測定は、以下の手順で行う。
(1) 測定対象物の近傍にレーザトラッカーを設置する。
(2) ターゲットを測定対象物に接触させる。
(3) レーザトラッカーからレーザ光をターゲットに向け出射し、ターゲットで反射した光を再び装置で受け取る。このときのエンコーダ値と、レーザ干渉計の値からターゲットの空間座標(3次元位置情報)を得る。
A laser tracker, which is a device combining these two techniques, can measure the distance and spatial angle from the device to the target, and specify the spatial position of the target with reference to the device. The measurement is performed according to the following procedure.
(1) Install a laser tracker near the object to be measured.
(2) Bring the target into contact with the measurement object.
(3) The laser beam is emitted from the laser tracker toward the target, and the light reflected by the target is received again by the device. The spatial coordinates (three-dimensional position information) of the target are obtained from the encoder value at this time and the value of the laser interferometer.
前記のように3次元空間内の位置情報を容易に測定できるレーザトラッカーであるが、測定場の作業環境から大きな悪影響をうける場合がある。特にエアーコンディショナー等の空気の流れ(以後、「空気の揺らぎ」と表現する)がある環境では、レーザ光の出射方向が曲げられ、測定精度を悪化させる。この問題は従来から知られており、様々な試みが実施されてきた。 As described above, it is a laser tracker that can easily measure position information in a three-dimensional space, but there are cases where it is greatly adversely affected by the working environment of the measurement site. Particularly in an environment where there is an air flow (hereinafter referred to as “air fluctuation”) such as an air conditioner, the emission direction of the laser beam is bent, and the measurement accuracy is deteriorated. This problem has been known for some time and various attempts have been made.
従来例を以下に列記する。
(1) レーザ光軸方向に伸縮可能なカバーを設けたり、2枚の平行平板で光路を挟んだりして、外部から光路内への気体の流入を防ぎ、カバー内の空気の流れを停止する(特許文献1)。この例は空気の揺らぎの影響を受けにくい対策ではあるが、測定毎にカバーの位置を変更する必要があり、現実性に欠ける。
(2) 光路近傍に空気流(層流)を送る導風手段を配置し、所定の角度から光路に、温度や湿度を一定に保った空気を送風して、光路内の気体の安定化を図る(特許文献2)。この例では、空気の流れを作るための装置が別途必要であり、高価で、安定性にも不安がある。
(3) 同一のレーザトラッカーを3台用意して、それぞれの装置からターゲットまでの距離のみを測定し、その3点の距離データから三角測量法にて空間位置を特定する。この場合、角度データを使用しないため、空気の揺らぎの影響を受けにくいが、装置が3台必要であるため非常に高価になる。
このように従来技術では、安価で、高精度な測定が望める手法が確立されていない。
Conventional examples are listed below.
(1) Provide a cover that can be expanded and contracted in the laser optical axis direction, or sandwich the optical path between two parallel plates to prevent the inflow of gas from the outside into the optical path and stop the air flow in the cover (Patent Document 1). Although this example is a measure that is not easily affected by air fluctuations, it is necessary to change the position of the cover for each measurement, which is not realistic.
(2) An air guide means that sends an air flow (laminar flow) in the vicinity of the optical path is placed, and air at a constant temperature and humidity is blown into the optical path from a predetermined angle to stabilize the gas in the optical path. (Patent Document 2). In this example, a device for creating an air flow is required separately, which is expensive and uneasy about stability.
(3) Prepare three identical laser trackers, measure only the distance from each device to the target, and specify the spatial position by triangulation from the distance data of the three points. In this case, since angle data is not used, it is difficult to be affected by air fluctuations, but it is very expensive because three devices are required.
As described above, the conventional technique has not yet established a method that allows inexpensive and highly accurate measurement.
また、ターゲットとして用いているレトロリフレクタは、互いに直交する3枚の鏡を、球の中に埋め込むことで製作されており、入射したレーザ光が、球の中心から反射したと見なせるような構成となっている。実際には、金属球に3枚のミラーが埋め込まれており、金属球の中心とミラー中心に組み込み誤差があり、測定時のレトロリフレクタの回転位置によって、角度測定結果にも誤差が生じる。 The retroreflector used as a target is manufactured by embedding three mirrors orthogonal to each other in a sphere, so that the incident laser light can be regarded as reflected from the center of the sphere. It has become. Actually, three mirrors are embedded in the metal sphere, and there is an incorporation error between the center of the metal sphere and the center of the mirror, and an error also occurs in the angle measurement result depending on the rotational position of the retroreflector at the time of measurement.
この発明の目的は、空気の揺らぎがある環境において、高精度な空間座標の測定が可能で、さらに、ターゲットの組み付け誤差による測定精度への影響が少ない空間座標測定装置および空間座標測定方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a spatial coordinate measuring apparatus and a spatial coordinate measuring method that can measure spatial coordinates with high accuracy in an environment where air fluctuates, and that have little influence on measurement accuracy due to target assembly errors. It is to be.
この発明の空間座標測定装置1は、測定物W上に設けられたターゲットTgの空間座標を求める空間座標測定装置であって、
レーザー光Lbを発するレーザー光源2と、このレーザー光源2から発せられたレーザー光Lbの照射角度を変更可能な照射角度変更手段3と、移動する前記ターゲットTgに前記照射角度変更手段3でレーザー光Lbが照射されて前記ターゲットTgで反射されたレーザー光の反射光の位置情報を認識する受光部5と、この受光部5で認識された位置情報に基づき、前記照射角度変更手段3のレーザー光Lbの照射角度を変更させて前記ターゲットTgを追尾可能な制御手段7と、前記ターゲットTgで反射されたレーザー光の反射光を受光し、前記レーザー光源2の発するレーザー光Lbと受光した反射光とから前記ターゲットTgまでの距離を測定する距離測定手段6と、この距離測定手段6で測定された距離とレーザー光Lbの照射角度とから、前記ターゲットTgの空間座標を演算する演算手段8とを備え、
前記ターゲットTgを撮像する撮像手段9と、
この撮像手段9で撮像した画像を画像処理して前記ターゲットTgの位置を検出する画像処理手段10と、
前記制御手段11により、前記画像処理手段10で検出された前記ターゲットの位置と前記演算手段8で演算する前記ターゲットの空間座標とに基づき、前記照射角度変更手段3のレーザー光の照射角度を変更させることで、前記画像処理手段10で検出された前記ターゲットTgの位置を前記演算手段8で演算する前記ターゲットTgの空間座標の演算結果に反映させる画像処理結果反映手段11と、
が設けられたことを特徴とする。
A spatial
The
Imaging means 9 for imaging the target Tg;
Image processing means 10 for detecting the position of the target Tg by performing image processing on an image picked up by the image pickup means 9;
The control means 11 changes the irradiation angle of the laser beam of the irradiation angle changing means 3 based on the position of the target detected by the image processing means 10 and the spatial coordinates of the target calculated by the calculating
Is provided .
この構成によると、レーザー光源2から発せられたレーザー光Lbは、照射角度変更手段3を経由してターゲットTgに到達する。このターゲットTgで反射された反射光は、略同じ経路を通り発光元の空間座標測定装置1に戻る。受光部5は、反射光の位置情報を認識する。制御手段7は、受光部5からの位置情報に基づき、照射角度変更手段3のレーザー光Lbの照射角度を変更させてターゲットTgを追尾する。演算手段8は、距離測定手段6で測定された距離とレーザー光Lbの照射角度とから、ターゲットTgの空間座標を演算する。
According to this configuration, the laser light Lb emitted from the
前記のように、ターゲットTgの空間座標を演算するが、空気の流れが激しく変動する使用環境では、照射角度の測定値に大きな誤差が発生する。空気の流れ(空気の揺らぎ)が変動すると、空気中に圧力分布が発生し、空気の屈折率が変化して、そこを通過するレーザー光の進行方向が曲げられ、反射してきたレーザ光の受光部5での位置が変動し(図8参照)、水平、垂直方向の角度測定値に影響するためである。
As described above, the spatial coordinates of the target Tg are calculated, but a large error occurs in the measurement value of the irradiation angle in a use environment where the air flow fluctuates severely. When the flow of air (air fluctuation) fluctuates, pressure distribution is generated in the air, the refractive index of the air changes, the direction of travel of the laser light passing through it is bent, and the reflected laser light is received. This is because the position in the
そこで、この発明では、撮像手段9と画像処理手段10と画像処理結果反映手段11とを設けている。撮像手段9はターゲットTgを撮像する。画像処理手段10は、空気の揺らぎの影響度合いを検出するため、撮像手段9で撮像した画像を画像処理して前記ターゲットTgの位置を検出する。画像処理結果反映手段11は、画像処理手段10で検出されたターゲットTgの位置を、演算手段8で演算する前記ターゲットTgの空間座標の演算結果に反映させる。これにより、空気の揺らぎの影響を回避または補正すると共に、ターゲットTgの製作誤差の影響も回避することが可能となる。したがって、カバー等を設けた従来技術のものより、空間座標の測定を安価に且つ高精度に行うことが可能となる。
Therefore, in the present invention, the imaging means 9, the image processing means 10, and the image processing result reflecting means 11 are provided. The imaging means 9 images the target Tg. The
前記撮像手段9の撮像用レンズにズームレンズ9bを用いるものとしても良い。このズームレンズ9bを用いてターゲットTgを拡大して撮像し、この撮像した画像を画像処理手段10で画像処理してターゲットTgの位置を検出することができる。このため、ターゲット位置が遠くなっても高精度の3次元空間座標の測定が可能である。
A
前記照射角度変更手段3は、前記ターゲットTgに対し、レーザー光Lbを直交する2軸回りにそれぞれ角度調整可能な第1および第2の駆動手段14,15を有し、前記撮像手段9を前記照射角度変更手段3に取付け、前記第1,第2の駆動手段14,15で角度調整されて前記ターゲットTgに向かうレーザー光Lbの光軸と、前記撮像手段9の光軸とを一致させる光学機器21を設けたものとしても良い。このようにターゲットTgに向かうレーザー光Lbの光軸と撮像手段9の光軸とを一致させる光学機器21を設けたため、撮像手段9をターゲットTgの移動に追従させることができる。したがって、ターゲットTgの移動にかかわらず前記ターゲットTgを撮像手段9で簡単に撮像することができる。
The irradiation angle changing unit 3 includes first and
前記画像処理結果反映手段11は、前記制御手段7による前記追尾を停止させこの停止した状態で、前記撮像手段9で前記ターゲットTgを撮像させ、撮像した画像を前記画像処理手段10で画像処理して前記ターゲットTgの位置を検出し、前記制御手段7により、前記画像処理手段10で検出された前記ターゲットTgの位置に基づき、前記照射角度変更手段3のレーザー光Lbの照射角度を変更させ、且つ、
前記演算手段8は、この変更した照射角度と前記距離測定手段6で測定された距離とから、前記ターゲットTgの空間座標を演算するものとしても良い。
The image processing result reflecting means 11 stops the tracking by the control means 7 and, in the stopped state, causes the imaging means 9 to image the target Tg, and the image processing means 10 performs image processing on the captured image. The position of the target Tg is detected, and the control means 7 changes the irradiation angle of the laser light Lb of the irradiation angle changing means 3 based on the position of the target Tg detected by the image processing means 10, and,
The calculating
この構成によると、ターゲットTgに照射角度変更手段3でレーザー光Lbが照射されて、距離測定手段6により前記ターゲットTgまでの距離が測定可能な状態で、画像処理結果反映手段11は、制御手段7による前記追尾を停止させる。レーザー光Lbでの追尾は、前述のように空気の揺らぎの影響を受けるため、この時点で追尾制御をオフにする。その後、画像処理結果反映手段11は、制御手段7により、画像処理手段10で検出されたターゲットTgの位置に基づき、照射角度変更手段3のレーザー光Lbの照射角度を変更させる。これによりターゲットTgの位置と撮像手段9の光軸中心とを一致させることができる。演算手段8は、前記変更した照射角度と距離測定手段6で測定された距離とから、前記ターゲットTgの空間座標を高精度に演算し得る。
According to this configuration, the image processing
画像処理結果反映手段11は、前記撮像手段9で前記ターゲットTgを撮像させ、撮像した画像を前記画像処理手段10で画像処理して前記ターゲットTgの位置を検出し、前記制御手段7により、前記画像処理手段10で検出された前記ターゲットTgの位置に基づき、前記照射角度変更手段3のレーザー光の照射角度を変更させ、且つ、
前記演算手段8は、この変更した照射角度と前記距離測定手段6で測定された距離とから、前記ターゲットTgの空間座標を演算するものとしても良い。
The image processing result reflecting means 11 causes the image pickup means 9 to pick up the target Tg, and the image processing means 10 performs image processing on the picked up image to detect the position of the target Tg. Based on the position of the target Tg detected by the image processing means 10, the irradiation angle of the laser light of the irradiation angle changing means 3 is changed, and
The calculating means 8 may calculate the spatial coordinates of the target Tg from the changed irradiation angle and the distance measured by the distance measuring means 6.
この構成によると、画像処理結果反映手段11は、撮像手段9でターゲットTgを撮像させ、この撮像したターゲットTgの画像を画像処理手段10で画像処理することで、ターゲットTgの位置を検出する。画像処理結果反映手段11は、制御手段7により、この検出されたターゲットTgの位置に基づき追尾制御を行わせる。この時点で距離測定手段6により前記ターゲットTgまでの距離が測定可能な状態となっている。その後、演算手段8は、変更した照射角度と距離測定手段6で測定された距離とから、ターゲットTgの空間座標を高精度に演算し得る。
According to this configuration, the image processing
前記画像処理手段10は、前記撮像手段9で撮像した画像の輪郭を抽出する輪郭抽出手段30と、この輪郭抽出手段30で抽出された輪郭から前記ターゲットTgの中心位置TgOを算出するターゲット中心位置算出手段31とを有するものとしても良い。このようにターゲットTgの輪郭画像を用いてターゲットTgの中心位置TgOを算出しているため、ターゲットTgの組み付け誤差による測定精度への影響を軽減することができる。
The
前記輪郭抽出手段30は、前記画像の輪郭を抽出するとき、空気の揺らぎによる影響があるか否かを判定する判定部30aと、この判定部30aで空気の揺らぎによる影響があると判定されたとき空気の揺らぎによる影響がなくなるかまたは定められた範囲まで低減するまで待って輪郭を抽出する抽出部30bとを有するものとしても良い。抽出部30bは、空気の揺らぎによる影響がなくなるかまたは定められた範囲まで低減するまで待って輪郭を抽出する。空気の揺らぎがある環境であっても、空気の揺らぎによる影響が低減するときに輪郭を抽出するという、きめ細かな制御を行うことで、ターゲットTgの空間座標を高精度に演算し得る。
When the contour extraction means 30 extracts the contour of the image, the determination unit 30a determines whether there is an influence due to air fluctuations, and the determination part 30a determines that there is an influence due to air fluctuations. It is also possible to have an
前記輪郭抽出手段30により前記画像の輪郭を抽出するとき、空気の揺らぎによる影響が定められた時間以上続くか否かを判定する判定手段34と、この判定手段34により空気の揺らぎによる影響が定められた時間以上続くと判定されたときその旨測定者に報知する報知手段35とを設けても良い。この場合、測定者は、報知手段35による報知を受けて、例えば、空気の揺らぎの影響を緩和する措置を施すことができる。
前記「定められた時間」は、空間座標を測定する際の許容限度となる時間であり、測定物の種類や測定場所等の条件に応じて適宜に定められる。
前記輪郭抽出手段30により前記画像の輪郭を複数抽出し、前記ターゲット中心位置算出手段31は、これら複数抽出した測定結果を平均化したデータから前記ターゲットTgの中心位置TgOを算出するものとしても良い。例えば、揺らぎの影響が長く続く場合に、ターゲットTgを撮像手段9で繰り返し撮像し、撮像した画像を輪郭抽出手段30で平均化処理する。ターゲット中心位置算出手段31は、平均化処理した画像からターゲットTgの中心位置TgOを高精度に算出することができる。このように揺らぎの影響がある場合でも、高精度な3次元空間座標の測定を行うことができる。
When the
The “predetermined time” is a time that is an allowable limit when measuring spatial coordinates, and is appropriately determined according to conditions such as the type of measurement object and the measurement location.
A plurality of contours of the image are extracted by the contour extraction means 30, and the target center position calculation means 31 may calculate the center position TgO of the target Tg from data obtained by averaging the plurality of extracted measurement results. . For example, when the influence of fluctuation continues for a long time, the target Tg is repeatedly imaged by the imaging unit 9, and the captured image is averaged by the
この発明の空間座標測定方法は、測定物上に設けられたターゲットの空間座標を求める空間座標測定方法であって、
レーザー光を発するレーザー光源と、このレーザー光源から発せられたレーザー光の照射角度を変更可能な照射角度変更手段と、移動する前記ターゲットに前記照射角度変更手段でレーザー光が照射されて前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光の位置情報を認識する受光部と、この受光部で認識された位置情報に基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させて前記ターゲットを追尾可能な制御手段と、前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光を受光し、前記レーザー光源の発するレーザー光と受光した反射光とから前記ターゲットまでの距離を測定する距離測定手段と、この距離測定手段で測定された距離とレーザー光の照射角度とから、前記ターゲットの空間座標を演算する演算手段とを用い、
前記ターゲットを撮像する撮像過程と、
この撮像過程で撮像した画像を画像処理して前記ターゲットの位置を検出する画像処理過程と、
前記制御手段により、前記画像処理過程で検出された前記ターゲットの位置と前記演算手段で演算する前記ターゲットの空間座標とに基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させることで、前記画像処理過程で検出された前記ターゲットの位置を前記演算手段で演算する前記ターゲットの空間座標の演算結果に反映させる画像処理結果反映過程と、
を含むことを特徴とする。
The spatial coordinate measurement method of the present invention is a spatial coordinate measurement method for obtaining a spatial coordinate of a target provided on a measurement object,
A laser light source that emits laser light; an irradiation angle changing unit that can change an irradiation angle of the laser light emitted from the laser light source; and a laser beam that is irradiated to the moving target by the irradiation angle changing unit. A light receiving unit for recognizing the position information of the reflected light of the reflected laser light, and the target can be tracked by changing the irradiation angle of the laser light of the irradiation angle changing means based on the position information recognized by the light receiving unit. And a distance measuring means for receiving the reflected light of the laser light reflected by the target and measuring the distance from the laser light emitted by the laser light source and the received reflected light to the target, and the distance measurement Using the calculation means for calculating the spatial coordinates of the target from the distance measured by the means and the irradiation angle of the laser beam,
An imaging process for imaging the target;
An image processing process for detecting the position of the target by performing image processing on an image captured in the imaging process;
By changing the irradiation angle of the laser light of the irradiation angle changing means based on the position of the target detected in the image processing process and the spatial coordinates of the target calculated by the calculating means by the control means, an image processing result reflecting process for reflecting the calculation result of the spatial coordinates of the target for calculating the detected position of the target by the computing means by the image processing step,
It is characterized by including .
この構成によると、撮像過程にてターゲットを撮像する。画像処理過程では、空気の揺らぎの影響度合いを検出するため、撮像過程で撮像した画像を画像処理して前記ターゲットの位置を検出する。画像処理結果反映過程では、画像処理過程で検出されたターゲットの位置を、演算手段で演算する前記ターゲットの空間座標の演算結果に反映させる。これにより、空気の揺らぎの影響を回避または補正すると共に、ターゲットの製作誤差の影響も回避することが可能となる。したがって、カバー等を設けた従来技術のものより、空間座標の測定を安価に且つ高精度に行うことが可能となる。 According to this configuration, the target is imaged during the imaging process. In the image processing process, in order to detect the influence degree of air fluctuation, the image captured in the imaging process is subjected to image processing to detect the position of the target. In the image processing result reflection process, the position of the target detected in the image processing process is reflected in the calculation result of the spatial coordinates of the target calculated by the calculation means. As a result, the influence of air fluctuation can be avoided or corrected, and the influence of target manufacturing errors can be avoided. Therefore, the spatial coordinates can be measured at a lower cost and with higher accuracy than those of the prior art provided with a cover or the like.
この発明の空間座標測定装置は、測定物上に設けられたターゲットの空間座標を求める空間座標測定装置であって、レーザー光を発するレーザー光源と、このレーザー光源から発せられたレーザー光の照射角度を変更可能な照射角度変更手段と、移動する前記ターゲットに前記照射角度変更手段でレーザー光が照射されて前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光の位置情報を認識する受光部と、この受光部で認識された位置情報に基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させて前記ターゲットを追尾可能な制御手段と、前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光を受光し、前記レーザー光源の発するレーザー光と受光した反射光とから前記ターゲットまでの距離を測定する距離測定手段と、この距離測定手段で測定された距離とレーザー光の照射角度とから、前記ターゲットの空間座標を演算する演算手段とを備え、
前記ターゲットを撮像する撮像手段と、この撮像手段で撮像した画像を画像処理して前記ターゲットの位置を検出する画像処理手段と、前記制御手段により、前記画像処理手段で検出された前記ターゲットの位置と前記演算手段で演算する前記ターゲットの空間座標とに基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させることで、前記画像処理手段で検出された前記ターゲットの位置を前記演算手段で演算する前記ターゲットの空間座標の演算結果に反映させる画像処理結果反映手段とが設けられた。このため、空気の揺らぎがある環境において、高精度な空間座標の測定が可能で、さらに、ターゲットの組み付け誤差による測定精度への影響を低減することができる。
A spatial coordinate measuring device of the present invention is a spatial coordinate measuring device for obtaining a spatial coordinate of a target provided on a measurement object, and a laser light source that emits laser light, and an irradiation angle of the laser light emitted from the laser light source An irradiation angle changing means capable of changing the position, a light receiving unit for recognizing positional information of reflected light of the laser light reflected by the target when the moving target is irradiated with laser light from the irradiation angle changing means, Based on the position information recognized by the unit, the control means capable of tracking the target by changing the irradiation angle of the laser light of the irradiation angle changing means, and the reflected light of the laser light reflected by the target, Distance measuring means for measuring the distance from the laser light emitted from the laser light source and the received reflected light to the target, and the distance measurement And a radiation angle of the distance and the laser beam measured by the stage, and a calculating means for calculating the spatial coordinates of the target,
Imaging means for imaging the target; image processing means for detecting the position of the target by performing image processing on an image captured by the imaging means; and position of the target detected by the control means by the image processing means And the spatial coordinates of the target calculated by the calculation means, the position of the target detected by the image processing means is changed by the calculation means by changing the irradiation angle of the laser light of the irradiation angle changing means. Image processing result reflecting means for reflecting the calculation result of the spatial coordinates of the target to be calculated is provided . For this reason, it is possible to measure spatial coordinates with high accuracy in an environment where air fluctuates, and to further reduce the influence on measurement accuracy due to an assembly error of the target.
この発明の空間座標測定方法は、測定物上に設けられたターゲットの空間座標を求める空間座標測定方法であって、レーザー光を発するレーザー光源と、このレーザー光源から発せられたレーザー光の照射角度を変更可能な照射角度変更手段と、移動する前記ターゲットに前記照射角度変更手段でレーザー光が照射されて前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光の位置情報を認識する受光部と、この受光部で認識された位置情報に基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させて前記ターゲットを追尾可能な制御手段と、前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光を受光し、前記レーザー光源の発するレーザー光と受光した反射光とから前記ターゲットまでの距離を測定する距離測定手段と、この距離測定手段で測定された距離とレーザー光の照射角度とから、前記ターゲットの空間座標を演算する演算手段とを用い、
前記ターゲットを撮像する撮像過程と、この撮像過程で撮像した画像を画像処理して前記ターゲットの位置を検出する画像処理過程と、前記制御手段により、前記画像処理過程で検出された前記ターゲットの位置と前記演算手段で演算する前記ターゲットの空間座標とに基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させることで、前記画像処理過程で検出された前記ターゲットの位置を前記演算手段で演算する前記ターゲットの空間座標の演算結果に反映させる画像処理結果反映過程とを含む。このため、空気の揺らぎがある環境において、高精度な空間座標の測定が可能で、さらに、ターゲットの組み付け誤差による測定精度への影響を低減することができる。
The spatial coordinate measurement method of the present invention is a spatial coordinate measurement method for obtaining a spatial coordinate of a target provided on a measurement object, the laser light source emitting a laser beam, and the irradiation angle of the laser beam emitted from the laser light source An irradiation angle changing means capable of changing the position, a light receiving unit for recognizing positional information of reflected light of the laser light reflected by the target when the moving target is irradiated with laser light from the irradiation angle changing means, Based on the position information recognized by the unit, the control means capable of tracking the target by changing the irradiation angle of the laser light of the irradiation angle changing means, and the reflected light of the laser light reflected by the target, Distance measuring means for measuring the distance from the laser light emitted from the laser light source and the received reflected light to the target, and the distance measurement From the measured distance and irradiation angle of the laser beam by the step, using a calculating means for calculating spatial coordinates of the target,
An imaging process for imaging the target, an image processing process for detecting the position of the target by performing image processing on an image captured in the imaging process, and the position of the target detected by the control means in the image processing process And the spatial coordinates of the target computed by the computing means, the position of the target detected in the image processing step is changed by the computing means by changing the irradiation angle of the laser light of the irradiation angle changing means. and an image processing result reflecting process for reflecting the calculation result of the spatial coordinates of the target to be calculated. For this reason, it is possible to measure spatial coordinates with high accuracy in an environment where air fluctuates, and to further reduce the influence on measurement accuracy due to an assembly error of the target.
この発明の第1の実施形態に係る空間座標測定装置を図1ないし図7と共に説明する。
この実施形態に係る空間座標測定装置は、測定物上に設けられたターゲットの動きに追従し、空間座標を求めるものである。以下の説明は、空間座標測定方法についての説明をも含む。図1に示すように、この例では、ターゲットTgは、測定物W上の一箇所に静止した状態で取り付けられるものである。ターゲットTgとして、例えば、球状のレトロリフレクタが用いられる。
A spatial coordinate measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The spatial coordinate measurement device according to this embodiment follows a movement of a target provided on a measurement object and obtains spatial coordinates. The following description also includes a description of the spatial coordinate measurement method. As shown in FIG. 1, in this example, the target Tg is attached in a stationary state at one place on the measurement object W. As the target Tg, for example, a spherical retro reflector is used.
空間座標測定装置1は、主に、レーザー光源2、照射角度変更手段3、角度検出手段4、受光部5、距離測定手段6、制御手段7、演算手段8、撮像手段9、画像処理手段10、および画像処理結果反映手段11を有する。レーザー光源2は、定められた波長のレーザー光を発するものであり、距離測定手段は、前記ターゲットで反射したレーザー光Lbを用いて前記ターゲットTgまでの距離を測定するものである。距離測定手段6として、例えば、干渉計または絶対距離計等から成る測長器が使用される。レーザー光源2および前記測長器は、一体化した機器であるレーザー測長器を構成して例えば筒状のケーシング12の内部に収容される。
The spatial coordinate measuring
照射角度変更手段3は、レーザー光源2から発せられたレーザー光Lbの照射角度を変更可能なものであり、回転体13、第1の駆動手段であるθ軸モータ14、第2の駆動手段であるψ軸モータ15、ハーフミラー16、およびミラー17を有する。θ軸モータ14,ψ軸モータ15におけるθ軸,ψ軸は直交する2軸であり、θ軸が有底円筒状のケーシング12の軸心と同心に配置される。回転体13は、ケーシング12の上端部において軸受等を介してこのケーシング12に対し相対的にθ軸回りに角変位可能に構成されている。回転体13は、θ軸モータ14によりケーシング12に対し相対的に回転駆動可能に構成される。例えば、θ軸モータ14のモータ本体が、ケーシング12の上端部に固定され、θ軸モータ14のモータ軸が、図示外の駆動力伝達手段等を介して回転体13に連結される。
The irradiation angle changing means 3 is capable of changing the irradiation angle of the laser light Lb emitted from the
回転体13の上端部に、凹形状のフレーム18を介してψ軸モータ15が支持されている。ψ軸モータ15は、その軸心がψ軸に沿って配置される。この例では、θ軸は鉛直方向に延び、ψ軸は前記θ軸に直交して水平方向に配置される。ミラー17は、このψ軸モータ15のモータ軸に角変位可能に取り付けられている。回転体13およびフレーム18には、レーザー光Lbおよび反射光を通す孔が形成されている。
A ψ-
角度検出手段4は、照射角度変更手段3で変更した照射角度を検出して出力するものであり、θ軸エンコーダ19およびψ軸エンコーダ20を有する。θ軸エンコーダ19は、ターゲットTgにおける測定原点からのθ軸回りの検出角度を出力する。ψ軸エンコーダ20は、ターゲットTgにおける測定原点からのψ軸回りの検出角度を出力する。またこの例では、θ軸エンコーダ19はθ軸モータ14に一体に設けられ、ψ軸エンコーダ20はψ軸モータ15に一体に設けられている。
The angle detection means 4 detects and outputs the irradiation angle changed by the irradiation angle changing means 3, and has a θ-
レーザー光源2から発せられたレーザー光Lbは、ハーフミラー16を透過し、ミラー17で反射した後、光学機器21を経由してターゲットTgに到達する。このターゲットTgで反射した反射光は、同じ経路を通り発光元の空間座標測定装置1に戻り、ハーフミラー16で反射され、ケーシング12内の受光部5に到達する。この受光部5は、反射光の位置情報を認識するものであり、例えば、半導体位置検出素子(略称PSD)または4分割フォトダイオード等により構成される。前記反射光の「位置情報」とは、受光部5上での直交するX軸,Y軸の2軸方向におけるレーザースポットの原点Oに対するX,Y座標を言う。制御手段7は、受光部5からの信号に基づき、受光部5に到達した反射光が同受光部5の中心に戻るように、照射角度変更手段3のθ軸モータ14、ψ軸モータ15を制御する。
The laser beam Lb emitted from the
受光部5が、例えば、二次元の半導体位置検出素子から成る場合、受光部表面に到達したレーザースポットにおける受光部表面上の中心位置等の基準位置Oに対する直交2軸方向(X,Y軸方向)の変位量として、座標(x,y)にて表される電流が得られる。座標(x,y)のxは、受光部表面上のレーザースポットのうちX軸方向の変位量のみを示し、座標(x,y)のyは、受光部表面上のレーザースポットのうちY軸方向の変位量のみを示す。この電流は電圧に変換されて例えばθ軸制御部22(図3)、ψ軸制御部23(図3)に入力される。レーザー光LbがターゲットTgの中心から外れると、受光部表面に到達するレーザースポットは、半導体位置検出素子から外れエラー信号が発生される。多数の空間座標を求めるために測定物W上でターゲットTgを手動または自動的に移動させ、空間座標測定装置1でターゲットTgの動きを追尾させる場合に、前記受光部5からの位置情報により、各ターゲットTgの中心をレーザー光Lbで追尾し得る。追尾制御オフの状態では、ターゲットTgを移動させないものとする。
For example, when the
図2に示すように、受光部5が、例えば、4分割フォトダイオードから成る場合、受光部表面に到達したレーザースポットの投影像の重心位置の変化を計測する。つまり4分割の各領域のフォトダイオードの差動出力から変位を電圧として計測する。フォトダイオードの4分割の各領域の出力(電流値)を受光部表面上の時計回りにA,B,C,Dとすると、受光部表面上の基準位置Oに対する直交2軸方向の変位量のうち、X軸方向の変位が(B+C)−(D+A)として表され、Y軸方向の変位が(A+B)−(C+D)として表される。これらX,Y軸方向の変位は、前記二次元の半導体位置検出素子の場合と同様に、電圧に変換されて例えばθ軸制御部22(図3)、ψ軸制御部23(図3)に入力される。
As shown in FIG. 2, when the
図1に示すように、空間座標測定装置1に戻った反射光の一部は、ハーフミラー16で反射されずに距離測定手段6に入り、この距離測定手段6は、受光した反射光と、レーザー光源2の投光するレーザー光とからターゲットTgまでの距離を測定したこの測定距離を演算手段8に出力する。
As shown in FIG. 1, a part of the reflected light returned to the spatial coordinate measuring
制御手段7は、追尾制御部7aと、画像処理結果反映手段11とを有する。追尾制御部7aは、受光部5または画像処理手段10からの位置情報に基づき、照射角度変更手段3のレーザー光Lbの照射角度を変更させてターゲットTgを追尾する制御を行う。追尾制御部7aは、図3に示すように、例えば、θ軸制御部22と、ψ軸制御部23と、θ軸ドライバ24と、ψ軸ドライバ25とを有する。θ軸制御部22、ψ軸制御部23は、例えばマイクロコンピュータやその他の電子機器で構成される。θ軸制御部22、ψ軸制御部23は、それぞれ受光部5からの前記位置情報の信号に基づいて、θ軸ドライバ24,ψ軸ドライバ25に、常に、反射光が受光部中心に戻るように指令する。θ軸モータ14,ψ軸モータ15は、それぞれ指令値に基づいてミラー17(図1)を直交するθ軸,ψ軸回りに角変位させる。
The
これによりミラー17を常に適切な方向に向けてターゲットTgを追尾する。例えば、
θ軸制御部22、ψ軸制御部23には、それぞれ、所定のゲインΚθ、Κψが設定されている。制御手段7は、受光部表面に到達したレーザースポットの位置情報に、Κθ、Κψを用いて、照射角度変更手段3(図1)による照射角度を制御する。
図1に示すように、演算手段8は、距離測定手段6により測定された距離の測定値と、θ軸エンコーダ19,ψ軸エンコーダ20の角度測定値より、ターゲットTgの空間座標(3次元位置情報)を求める。
As a result, the
theta
As shown in FIG. 1, the calculation means 8 calculates the spatial coordinates (three-dimensional position) of the target Tg from the distance measurement values measured by the distance measurement means 6 and the angle measurement values of the θ-
前記のように、空間座標測定装置1では、水平方向、鉛直方向の角度測定値と、距離測定手段6とから、空間座標を演算により求めるが、空気の流れが激しく変動する使用環境では、角度測定値に大きな誤差が発生する。ここで図8は、空気の揺らぎによる影響を示し、経過時間と受光部出力との関係を示す図である。空気の流れ(空気の揺らぎ)が変動すると、空気中に圧力分布が発生し、空気の屈折率が変化して、そこを通過するレーザー光の進行方向が曲げられる。そうすると、反射してきたレーザー光の受光部での位置、つまり受光部出力が、同図8に示すように変動し、水平方向、鉛直方向の角度測定値に影響するためである。
As described above, the spatial coordinate measuring
この実施形態ではこの問題を解決するため、空間座標測定装置1に、撮像手段9と画像処理手段10と前記画像処理結果反映手段11と光学機器21とを設ける。つまり空間座標測定装置1の角度位置検出部に、ズームレンズ9bとCCDカメラ9aを用いた観察光学系である撮像手段9を組み込み、空気の揺らぎの影響度合いを検出し、空気の揺らぎの影響を回避または補正すると共に、レトロリフレクタの製作誤差の影響も回避することを可能としている。画像処理結果反映手段11は、画像処理手段10で検出されたターゲットTgの位置を演算手段8で演算するターゲットTgの空間座標の演算結果に反映させる一連の制御および処理を行う手段である。
In this embodiment, in order to solve this problem, the space coordinate measuring
図5(A)はこの空間座標測定装置における位置検出部の平面図、(B)は図5(A)のA−A線端面図である。図1も参照しつつ説明する。図5(A)に示すように、撮像手段9は、ターゲットTgを撮像する例えばCCDカメラ9aと、撮像用レンズであるズームレンズ9bとを有する。この例では、画像処理結果反映手段11は、追尾制御部7aによる追尾制御を停止させた状態で、撮像手段9でターゲットTgを撮像させ、撮像したターゲット画像から画像処理手段10でターゲット位置を検出させる。
前記CCDカメラ9aおよびズームレンズ9bは、ミラー17とターゲットTgとの間の光路途中で、且つ、前記ミラー17に、このミラー17と一緒に角度変更するように一体に設けられている。CCDカメラ9aおよびズームレンズ9bは、図5(B)に示すように、ψ軸モータ15(図1)を駆動させることで、ミラー17と共にψ軸回りに角変位可能に構成される。またCCDカメラ9aおよびズームレンズ9bは、図5(A)に示すように、θ軸モータ14(図1)を駆動させることで、θ軸回りに角変位可能に構成される。
FIG. 5A is a plan view of a position detection unit in this spatial coordinate measuring apparatus, and FIG. 5B is an end view taken along line AA of FIG. This will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5A, the imaging means 9 includes, for example, a
The
光学機器21は、ミラー17で反射されてターゲットTgに向かうレーザー光Lbの光軸と、撮像手段9の光軸とを一致させるものであり、光路に沿って順次、第1乃至第3のミラー26,27,28と、ダイクロイックミラー29とを有する。これら第1乃至第3のミラー26,27,28、およびダイクロイックミラー29もミラー17に、このミラー17と一緒に角度変更するように一体に設けられる。よって、図1に示すように、第1乃至第3のミラー26,27,28、ダイクロイックミラー29、CCDカメラ9a、ズームレンズ9b、およびミラー17は、ψ軸モータ15を駆動させることでψ軸回りに角変位可能に構成され、θ軸モータ14を駆動させることでθ軸回りに角変位可能に構成される。レーザー光源2から発せられミラー17で反射したレーザー光Lbを、第1乃至第3のミラー26,27,28で折り曲げ、再度ダイクロイックミラー29で折り曲げることで、ターゲットTgに向かうレーザー光Lbの光軸と、撮像手段9の光軸とを一致させている。
The
画像処理手段10は、撮像手段9で撮像された画像を画像処理してターゲットTgの位置(この例ではターゲットTgの中心位置TgO)を検出する。この画像処理手段10は、輪郭抽出手段30と、ターゲット中心位置算出手段31とを有する。輪郭抽出手段30は、撮像手段9で撮像した画像の輪郭を抽出する。ターゲット中心位置算出手段31は、輪郭抽出手段30で抽出された輪郭から前記ターゲットTgの中心位置TgOを算出する。
The image processing means 10 detects the position of the target Tg (in this example, the center position TgO of the target Tg) by processing the image picked up by the image pickup means 9. The
ここで図6は、ターゲット画像検出時の空気の揺らぎの影響を説明する図である。図1も参照しつつ説明する。図6に示すように、輪郭抽出手段30で抽出した輪郭画像の一部に、空気の揺らぎの影響がある場合は、前記輪郭画像のうち空気の揺らぎの影響がない部分32を使用してターゲットTgの中心位置TgOを算出する。図1に示すように、輪郭抽出手段30は、画像の輪郭を抽出するとき、空気の揺らぎの影響があるか否かを判定する判定部30aと、この判定部30aで空気の揺らぎによる影響があると判定されたとき空気の揺らぎによる影響がなくなるかまたは定められた範囲まで低減するまで待って輪郭を抽出する抽出部30bとを有する。前記「定められた範囲」は、実験やシミュレーション等により、例えば、空気の揺らぎによる影響がある部分が輪郭画像全体の1/3以下と定められている。
Here, FIG. 6 is a diagram for explaining the influence of air fluctuation at the time of target image detection. This will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, when a part of the contour image extracted by the
図6に示すように、輪郭画像のうち、例えば、空気の揺らぎの影響がある部分33が、ターゲット外周の1/3以下ならば、前記輪郭画像における空気の揺らぎの影響がない残りの2/3以上の輪郭データを用いてターゲットTgの中心位置を算出する。
図7(A)は、ターゲット画像検出時の空気の揺らぎの影響が大となる場合を説明する図であり、図7(B)は、ターゲット画像検出時の空気の揺らぎの影響が無い場合を説明する図である。図1も参照しつつ説明する。図7(A)に示すように、空気の揺らぎの影響がある部分33が輪郭画像全体に及ぶ場合、判定部30aは空気の揺らぎの影響があると判定し、抽出部30bは画像の輪郭を抽出しない。図7(B)に示すように、空気の揺らぎによる影響がなくなったとき、抽出部30bはこの揺らぎによる影響がなくなったときの輪郭を抽出する。
As shown in FIG. 6, if, for example, the
FIG. 7A is a diagram illustrating a case where the influence of air fluctuation at the time of target image detection is large, and FIG. 7B is a case where there is no influence of air fluctuation at the time of target image detection. It is a figure explaining. This will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7A, when the
ターゲット中心位置算出手段31は、抽出された輪郭からターゲットTgの中心位置TgOを算出する。画像処理結果反映手段11は、前記のように算出したターゲットTgの中心位置TgOを前記演算手段8で演算する演算結果に反映させる。つまり演算手段8は、揺らぎによる影響がないか、または、揺らぎによる影響が定められた範囲まで低減したときの、θ軸エンコーダ19,ψ軸エンコーダ20の角度測定値と距離測定値とから、ターゲットTgの3次元空間座標を求める。
前記のように輪郭抽出手段30により画像の輪郭を抽出するとき、空気の揺らぎによる影響が定められた時間以上続くか否かを判定する判定手段34と、この判定手段34により空気の揺らぎによる影響が定められた時間以上続くと判定されたときその旨測定者に報知する報知手段35とをこの空間座標測定装置に設けても良い。前記輪郭抽出手段30における判定部30aに、前記判定手段34が接続されている。
The target center position calculation means 31 calculates the center position TgO of the target Tg from the extracted contour. The image processing result reflecting means 11 reflects the center position TgO of the target Tg calculated as described above in the calculation result calculated by the calculation means 8. That is, the calculation means 8 determines whether the target is determined based on the angle measurement value and the distance measurement value of the θ-
As described above, when the contour of the image is extracted by the
作用効果について説明する。
(1) 制御手段7による追尾制御をオンにしてレーザー光LbがターゲットTgに到達している状態で、ターゲットTgを測定物W上の測定したい位置まで移動し設置すると、以下のように、追尾制御部7aによりターゲットTgの中心をレーザー光Lbが追尾する。
レーザー光源2から発せられたレーザー光Lbは、照射角度変更手段3、第1乃至第3のミラー26,27,28、およびダイクロイックミラー29を順次経由してターゲットTgに到達する。このターゲットTgで反射された反射光は、略同じ経路を通り空間座標測定装置1に戻る。受光部5は、反射光の位置情報を認識する。制御手段7は、受光部5からの位置情報に基づき、照射角度変更手段3のレーザー光Lbの照射角度を変更させてターゲットTgを追尾する。すなわち制御手段7は、受光部表面上のレーザースポットが基準位置Oに戻るように、ミラー17を角変位させることで、ターゲットTgの中心をレーザー光が自動的に追尾する(受光部5で検出する追尾制御)。この時点で距離測定手段6によりターゲットTgまでの距離を測定可能である。
The effect will be described.
(1) When the tracking control by the control means 7 is turned on and the laser beam Lb reaches the target Tg and the target Tg is moved to the position to be measured on the workpiece W and installed, the tracking is performed as follows. The laser beam Lb tracks the center of the target Tg by the
The laser light Lb emitted from the
(2) 追尾制御部7aによる受光部5で検出する追尾制御をオフとする。レーザー光Lbでの追尾は、前述のように空気の揺らぎの影響を受けるため、この時点で追尾制御をオフにする。
(3) 次に、画像処理結果反映手段11は、撮像手段9でターゲットTgを撮像させ(撮像過程)、画像処理手段10によりターゲットTgの中心と撮像手段9の光軸中心とのずれ量を検出させる。
(4) 画像処理結果反映手段11は、追尾制御部7aにより、ずれ量分、θ軸モータ14、ψ軸モータ15を駆動させることで、ターゲットTgの中心と撮像手段9の光軸中心とを一致させる。
(2) The tracking control detected by the
(3) Next, the image processing result reflecting means 11 causes the imaging means 9 to image the target Tg (imaging process), and the image processing means 10 determines the amount of deviation between the center of the target Tg and the optical axis center of the imaging means 9. Let it be detected.
(4) The image processing
(5) 撮像手段9で撮像されたターゲットTgの画像において、輪郭抽出手段30の判定部30aは、画像の輪郭を抽出するとき、空気の揺らぎの影響があるか否かを判定する。この判定部30aで空気の揺らぎによる影響があると判定されたとき、空気の揺らぎによる影響がなくなるかまたは定められた範囲まで低減するまで待って抽出部30bで画像の輪郭を抽出する。
ターゲット中心位置算出手段31は、この抽出された輪郭、および、この輪郭抽出時におけるθ軸エンコーダ19,ψ軸エンコーダ20の角度測定値からターゲットTgの中心位置TgOを算出する(画像処理過程)。
(6) 演算手段8は、揺らぎの影響がないか、または、揺らぎの影響が定められた範囲まで低減したときの、θ軸エンコーダ19,ψ軸エンコーダ20の角度測定値と距離測定値とから、ターゲットTgの3次元空間座標を求める(画像処理結果反映過程)。
(5) In the image of the target Tg imaged by the imaging unit 9, the determination unit 30a of the
The target center position calculation means 31 calculates the center position TgO of the target Tg from the extracted contour and the angle measurement values of the θ-
(6) The computing means 8 is based on the measured angle value and the measured distance value of the θ-
この実施形態に係る空間座標測定装置1および空間座標測定方法によれば、前述のようにターゲットTgの撮像画像の状態を画像処理手段10で解析することで、座標測定時の揺らぎの状態を確認できるため、輪郭画像のうち空気の揺らぎの影響のない部分32の情報だけを用いてターゲットTgの中心位置TgOを求めるか、または空気の揺らぎの影響がなくなった時点でターゲットTgの中心位置TgOを求めることができる。このため、カバー等を設けた従来技術のものより、3次元空間座標の測定を高精度に且つ安価に行うことが可能となる。
According to the spatial coordinate measuring
また撮像手段9を用いて撮像したターゲットTgの輪郭画像を用いてターゲットTgの位置を検出しているため、レトロリフレクタへのミラーの組み付け誤差の影響もなく測定を行うことができ、高精度な3次元空間座標の測定が可能となる。ターゲットTgまでの距離の測定には、レトロリフレクタへのミラーから反射した反射光を用いているが、レトロリフレクタへのミラーの組み付け誤差による影響は、非常に小さいため問題はない。 In addition, since the position of the target Tg is detected using the contour image of the target Tg imaged using the imaging means 9, measurement can be performed without the influence of the assembly error of the mirror to the retroreflector, and high accuracy. Measurement of three-dimensional space coordinates is possible. In the measurement of the distance to the target Tg, the reflected light reflected from the mirror to the retroreflector is used, but there is no problem because the influence of the assembly error of the mirror to the retroreflector is very small.
ターゲットTgをズームレンズ9bで拡大してCCDカメラ9aで撮像しているため、ターゲット位置が遠くなっても高精度の3次元空間座標の測定が可能である。
撮像手段9および光学機器21をミラー17に一体に設けたため、ψ軸モータ15を駆動させることで、撮像手段9、光学機器21、およびミラー17をψ軸回りに一体に角変位することができ、θ軸モータ14を駆動させることで、撮像手段9、光学機器21、およびミラー17をθ軸回りに一体に角変位することができる。
Since the target Tg is magnified by the
Since the image pickup means 9 and the
輪郭抽出手段30の抽出部30bは、空気の揺らぎによる影響がなくなるかまたは定められた範囲まで低減するまで待って輪郭を抽出する。このように空気の揺らぎがある環境であっても、空気の揺らぎによる影響が低減するときに輪郭を抽出するという、きめ細かな制御を行うことで、ターゲットTgの空間座標を高精度に演算し得る。
輪郭抽出手段30により画像の輪郭を抽出するとき、空気の揺らぎによる影響が定められた時間以上続くか否かを判定する判定手段34と、この判定手段34により空気の揺らぎによる影響が定められた時間以上続くと判定されたときその旨測定者に報知する報知手段35とをこの空間座標測定装置1に設けた場合、測定者は、報知手段35による報知を受けて、例えば、空気の揺らぎの影響を緩和する措置を施すことができる。
The extracting
When the contour of the image is extracted by the
他の実施形態について説明する。
(1) 画像処理結果反映手段11は、ターゲットTgを撮像手段9で撮像させ、撮像した画像を画像処理手段10で画像処理して前記ターゲットTgの位置を検出する。画像処理結果反映手段11は、追尾制御部7aにより、検出されたターゲットTgの位置に基づき、θ軸モータ14、ψ軸モータ15を駆動制御してレーザー光Lbをターゲット方向に位置決めする追尾制御を行わせる。この制御手段7による追尾制御を行っている状態で、ターゲットTgを測定物W上の測定したい位置まで移動し設置する。この時点で、空間座標測定装置1から発せられたレーザー光Lbはターゲット方向に向き、距離測定手段6によりターゲットTgまでの距離を測定可能である。
Another embodiment will be described.
(1) The image processing
(2) 撮像されたターゲットTgの画像において、判定部30aは、画像の輪郭を抽出するとき、空気の揺らぎの影響があるか否かを判定する。この判定部30aで空気の揺らぎによる影響があると判定されたとき、空気の揺らぎによる影響がなくなるかまたは定められた範囲まで低減するまで待って抽出部30bで画像の輪郭を抽出する。ターゲット中心位置算出手段31は、この抽出された輪郭、および、この輪郭抽出時におけるθ軸エンコーダ19,ψ軸エンコーダ20の角度測定値からターゲットTgの中心位置TgOを算出する。
なお前記実施形態と同様に、画像の輪郭を抽出するとき、空気の揺らぎによる影響が定められた時間以上続く場合に、その旨測定者に報知する報知手段を設けても良い。
(2) In the captured image of the target Tg, the determination unit 30a determines whether there is an influence of air fluctuation when extracting the contour of the image. When the determination unit 30a determines that there is an influence due to air fluctuation, the
Similar to the above-described embodiment, when extracting the contour of an image, an informing means for informing the measurer when the influence of air fluctuation continues for a predetermined time or more may be provided.
(3) 演算手段8は、揺らぎの影響がないか、または、揺らぎの影響が定められた範囲まで低減したときの、θ軸エンコーダ19,ψ軸エンコーダ20の角度測定値と距離測定値とから、ターゲットTgの3次元空間座標を求める。
ところで、レーザー光の戻り光の位置を受光部5で検出して追尾する追尾制御は、高速な追尾が可能であるが、受光部5の検出範囲の制約等があり、ターゲットTgを移動させるときに常にターゲットTgのミラーを空間座標測定装置側に正確に向けて移動させる必要があり、測定の作業性が若干悪い。
(3) The calculation means 8 is based on the measured angle value and the measured distance value of the θ-
By the way, the tracking control in which the position of the return beam of the laser beam is detected and tracked by the
これに対して、この実施形態のように画像処理手段10で検出されたターゲットTgの位置に基づく追尾制御では、干渉計による測長が途切れないように、ターゲットTgのミラーを空間座標測定装置側に向けながら移動させる必要はあるが、受光部5で検出する追尾制御よりも作業性が良くなる。また、ターゲットTgの撮像画像の状態を画像処理手段10で解析することで、座標測定時の揺らぎの状態を確認できるため、輪郭画像のうち空気の揺らぎの影響のない部分32の情報だけを用いてターゲットTgの中心位置TgOを求めるか、または空気の揺らぎの影響がなくなった時点でターゲットTgの中心位置TgOを求めることができる。このため、カバー等を設けた従来技術のものより、3次元空間座標の測定を高精度に且つ安価に行うことが可能となる。
On the other hand, in the tracking control based on the position of the target Tg detected by the
空気の揺らぎの影響が長く続く場合は、輪郭抽出手段30によりターゲット画像の輪郭を複数抽出し、ターゲット中心位置算出手段31が、これら複数抽出した測定結果を平均化したデータからターゲットTgの中心位置TgOを算出するものとしても良い。ターゲット中心位置算出手段31は、平均化したデータからターゲットTgの中心位置TgOを高精度に算出することができる。このように揺らぎの影響がある場合でも、高精度な3次元空間座標の測定を行うことができる。
When the influence of air fluctuation continues for a long time, a plurality of contours of the target image are extracted by the
1…空間座標測定装置
2…レーザー光源
3…照射角度変更手段
5…受光部
6…距離測定手段
7…制御手段
8…演算手段
9…撮像手段
9b…ズームレンズ
10…画像処理手段
11…画像処理結果反映手段
14…θ軸モータ(第1の駆動手段)
15…ψ軸モータ(第2の駆動手段)
21…光学機器
30…輪郭抽出手段
30a…判定部
30b…抽出部
31…ターゲット中心位置算出手段
34…判定手段
35…報知手段
Lb…レーザー光
Tg…ターゲット
W…測定物
DESCRIPTION OF
15... Ψ-axis motor (second driving means)
DESCRIPTION OF
Claims (10)
レーザー光を発するレーザー光源と、このレーザー光源から発せられたレーザー光の照射角度を変更可能な照射角度変更手段と、移動する前記ターゲットに前記照射角度変更手段でレーザー光が照射されて前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光の位置情報を認識する受光部と、この受光部で認識された位置情報に基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させて前記ターゲットを追尾可能な制御手段と、前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光を受光し、前記レーザー光源の発するレーザー光と受光した反射光とから前記ターゲットまでの距離を測定する距離測定手段と、この距離測定手段で測定された距離とレーザー光の照射角度とから、前記ターゲットの空間座標を演算する演算手段とを備え、
前記ターゲットを撮像する撮像手段と、
この撮像手段で撮像した画像を画像処理して前記ターゲットの位置を検出する画像処理手段と、
前記制御手段により、前記画像処理手段で検出された前記ターゲットの位置と前記演算手段で演算する前記ターゲットの空間座標とに基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させることで、前記画像処理手段で検出された前記ターゲットの位置を前記演算手段で演算する前記ターゲットの空間座標の演算結果に反映させる画像処理結果反映手段と、
が設けられたことを特徴とする空間座標測定装置。 A spatial coordinate measuring device for obtaining a spatial coordinate of a target provided on a measurement object,
A laser light source that emits laser light; an irradiation angle changing unit that can change an irradiation angle of the laser light emitted from the laser light source; and a laser beam that is irradiated to the moving target by the irradiation angle changing unit. A light receiving unit for recognizing the position information of the reflected light of the reflected laser light, and the target can be tracked by changing the irradiation angle of the laser light of the irradiation angle changing means based on the position information recognized by the light receiving unit. And a distance measuring means for receiving the reflected light of the laser light reflected by the target and measuring the distance from the laser light emitted by the laser light source and the received reflected light to the target, and the distance measurement Calculating means for calculating the spatial coordinates of the target from the distance measured by the means and the irradiation angle of the laser beam,
Imaging means for imaging the target;
Image processing means for detecting the position of the target by performing image processing on an image captured by the imaging means;
By changing the irradiation angle of the laser light of the irradiation angle changing means based on the position of the target detected by the image processing means and the spatial coordinates of the target calculated by the calculating means by the control means, an image processing result reflecting means for reflecting the position of the target detected by said image processing means on the calculation results of the spatial coordinates of the target to be calculated by the calculating means,
A spatial coordinate measuring device characterized in that is provided .
前記画像処理結果反映手段は、前記制御手段による前記追尾を停止させこの停止した状態で、前記撮像手段で前記ターゲットを撮像させ、撮像した画像を前記画像処理手段で画像処理して前記ターゲットの位置を検出し、前記制御手段により、前記画像処理手段で検出された前記ターゲットの位置に基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させ、且つ、
前記演算手段は、この変更した照射角度と前記距離測定手段で測定された距離とから、前記ターゲットの空間座標を演算する空間座標測定装置。 In the space coordinate measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The image processing result reflecting means stops the tracking by the control means, and in the stopped state, causes the imaging means to image the target, performs image processing on the captured image by the image processing means, and positions of the target And the control means changes the irradiation angle of the laser light of the irradiation angle changing means based on the position of the target detected by the image processing means, and
The calculation means is a spatial coordinate measurement device that calculates the spatial coordinates of the target from the changed irradiation angle and the distance measured by the distance measurement means.
前記画像処理結果反映手段は、前記撮像手段で前記ターゲットを撮像させ、撮像した画像を前記画像処理手段で画像処理して前記ターゲットの位置を検出し、前記制御手段により、前記画像処理手段で検出された前記ターゲットの位置に基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させ、且つ、
前記演算手段は、この変更した照射角度と前記距離測定手段で測定された距離とから、前記ターゲットの空間座標を演算する空間座標測定装置。 In the space coordinate measuring device according to any one of claims 1 to 3,
The image processing result reflecting means causes the imaging means to pick up the target, detects the position of the target by performing image processing on the picked-up image by the image processing means, and detects the target by the control means. Changing the irradiation angle of the laser beam of the irradiation angle changing means based on the position of the target, and
The calculation means is a spatial coordinate measurement device that calculates the spatial coordinates of the target from the changed irradiation angle and the distance measured by the distance measurement means.
前記画像処理手段は、前記撮像手段で撮像した画像の輪郭を抽出する輪郭抽出手段と、この輪郭抽出手段で抽出された輪郭から前記ターゲットの中心位置を算出するターゲット中心位置算出手段と、を有する空間座標測定装置。 In the space coordinate measuring device according to any one of claims 1 to 5,
The image processing unit includes a contour extracting unit that extracts a contour of an image captured by the imaging unit, and a target center position calculating unit that calculates a center position of the target from the contour extracted by the contour extracting unit. Spatial coordinate measuring device.
前記輪郭抽出手段は、前記画像の輪郭を抽出するとき、空気の揺らぎによる影響があるか否かを判定する判定部と、この判定部で空気の揺らぎによる影響があると判定されたとき空気の揺らぎによる影響がなくなるかまたは定められた範囲まで低減するまで待って輪郭を抽出する抽出部と、を有する空間座標測定装置。 The spatial coordinate measuring device according to claim 6,
The contour extracting means determines whether there is an influence due to air fluctuation when extracting the contour of the image, and when it is determined that there is an influence due to air fluctuation, A space coordinate measuring apparatus comprising: an extraction unit that extracts an outline after waiting for the influence of fluctuation to disappear or to be reduced to a predetermined range.
レーザー光を発するレーザー光源と、このレーザー光源から発せられたレーザー光の照射角度を変更可能な照射角度変更手段と、移動する前記ターゲットに前記照射角度変更手段でレーザー光が照射されて前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光の位置情報を認識する受光部と、この受光部で認識された位置情報に基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させて前記ターゲットを追尾可能な制御手段と、前記ターゲットで反射されたレーザー光の反射光を受光し、前記レーザー光源の発するレーザー光と受光した反射光とから前記ターゲットまでの距離を測定する距離測定手段と、この距離測定手段で測定された距離とレーザー光の照射角度とから、前記ターゲットの空間座標を演算する演算手段とを用い、
前記ターゲットを撮像する撮像過程と、
この撮像過程で撮像した画像を画像処理して前記ターゲットの位置を検出する画像処理過程と、
前記制御手段により、前記画像処理過程で検出された前記ターゲットの位置と前記演算手段で演算する前記ターゲットの空間座標とに基づき、前記照射角度変更手段のレーザー光の照射角度を変更させることで、前記画像処理過程で検出された前記ターゲットの位置を前記演算手段で演算する前記ターゲットの空間座標の演算結果に反映させる画像処理結果反映過程と、
を含むことを特徴とする空間座標測定方法。 A spatial coordinate measurement method for obtaining a spatial coordinate of a target provided on a measurement object,
A laser light source that emits laser light; an irradiation angle changing unit that can change an irradiation angle of the laser light emitted from the laser light source; and a laser beam that is irradiated to the moving target by the irradiation angle changing unit. A light receiving unit for recognizing the position information of the reflected light of the reflected laser light, and the target can be tracked by changing the irradiation angle of the laser light of the irradiation angle changing means based on the position information recognized by the light receiving unit. And a distance measuring means for receiving the reflected light of the laser light reflected by the target and measuring the distance from the laser light emitted by the laser light source and the received reflected light to the target, and the distance measurement Using the calculation means for calculating the spatial coordinates of the target from the distance measured by the means and the irradiation angle of the laser beam,
An imaging process for imaging the target;
An image processing process for detecting the position of the target by performing image processing on an image captured in the imaging process;
By changing the irradiation angle of the laser light of the irradiation angle changing means based on the position of the target detected in the image processing process and the spatial coordinates of the target calculated by the calculating means by the control means, an image processing result reflecting process for reflecting the calculation result of the spatial coordinates of the target for calculating the detected position of the target by the computing means by the image processing step,
Spatial coordinate measuring method characterized by including the.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012275314A JP6129545B2 (en) | 2012-12-18 | 2012-12-18 | Spatial coordinate measuring apparatus and spatial coordinate measuring method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012275314A JP6129545B2 (en) | 2012-12-18 | 2012-12-18 | Spatial coordinate measuring apparatus and spatial coordinate measuring method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014119366A JP2014119366A (en) | 2014-06-30 |
JP6129545B2 true JP6129545B2 (en) | 2017-05-17 |
Family
ID=51174318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012275314A Active JP6129545B2 (en) | 2012-12-18 | 2012-12-18 | Spatial coordinate measuring apparatus and spatial coordinate measuring method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6129545B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6174732B1 (en) * | 2016-02-04 | 2017-08-02 | 日本車輌製造株式会社 | Body strain measuring device |
KR101890256B1 (en) * | 2016-11-17 | 2018-08-21 | 한국기계연구원 | Space Coordinate Measurement System and Method of Space Coordinate Measurement Using the Same |
CN107246858A (en) * | 2017-06-16 | 2017-10-13 | 芜湖捷和科技有限公司 | A kind of error self-checking device of three coordinate measuring machine |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5558004B2 (en) * | 2006-01-13 | 2014-07-23 | ライカ・ゲオジステームス・アクチェンゲゼルシャフト | Tracking method and measurement system using laser tracker |
JP5469894B2 (en) * | 2008-07-05 | 2014-04-16 | 株式会社トプコン | Surveying device and automatic tracking method |
JP5469899B2 (en) * | 2009-03-31 | 2014-04-16 | 株式会社トプコン | Automatic tracking method and surveying device |
WO2010148525A1 (en) * | 2009-06-23 | 2010-12-29 | Leica Geosystems Ag | Coordinate measuring device |
US8681317B2 (en) * | 2009-06-23 | 2014-03-25 | Leica Geosystems Ag | Tracking method and measuring system having a laser tracker |
-
2012
- 2012-12-18 JP JP2012275314A patent/JP6129545B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014119366A (en) | 2014-06-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10254404B2 (en) | 3D measuring machine | |
US10773339B2 (en) | Scanning head with integrated beam position sensor and adjustment arrangement for an off-line adjustment | |
JP4767255B2 (en) | Measuring method of optical axis eccentricity of front and back surfaces of lens | |
EP3584533A1 (en) | Coordinate measurement system | |
JP6559773B2 (en) | In-line inspection of ophthalmic instruments using automatic alignment system and interferometer | |
TWI544283B (en) | Exposure device | |
WO2009093358A1 (en) | Bonding apparatus, and method for adjusting height of bonding stage on bonding apparatus | |
JP2004198330A (en) | Method and apparatus for detecting position of subject | |
CN109387194B (en) | Mobile robot positioning method and positioning system | |
KR102314092B1 (en) | Calibration apparatus and the method for robot | |
US20150085108A1 (en) | Lasergrammetry system and methods | |
JP6042547B2 (en) | Laser tracker using a hybrid imaging method to expand the measurement range | |
CN112424563A (en) | Multi-dimensional measurement system for accurately calculating position and orientation of dynamic object | |
CN102538707B (en) | Three dimensional localization device and method for workpiece | |
JP2015169491A (en) | Displacement detector and displacement detection method | |
TW201616214A (en) | Testing chart, camera module testing method and system using same | |
CA3015284A1 (en) | Measuring system for measuring a surface of a rotor blade of a wind turbine | |
JP6129545B2 (en) | Spatial coordinate measuring apparatus and spatial coordinate measuring method | |
US7777874B2 (en) | Noncontact surface form measuring apparatus | |
JP2017003292A (en) | Alignment measurement device and alignment measurement method | |
CN116342710B (en) | Calibration method of binocular camera for laser tracker | |
KR101487251B1 (en) | Optical tracking system and method for tracking using the same | |
KR101281627B1 (en) | Apparatus for arranging axies of infrared image seeker and method thereof | |
JP2017173258A (en) | Distance measurement device, distance measurement method, and program | |
JP2022013223A (en) | Control device for laser processing device, laser processing device, and laser processing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150918 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160628 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20160829 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161025 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170328 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170412 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6129545 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |