JPH0914921A - 非接触三次元測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コストを抑えつつ自動視準精度を向上させる
ことができる非接触三次元測定装置を提供する。 【構成】 測定対象物１３の設計データに基づいてトー
タルステーション１を駆動させ、トータルステーション
１の望遠鏡を測定対象物１３の設計点へ向け、測定対象
物１３の設計点に向いた望遠鏡の位置と測定対象物１３
に取り付けられた測定ターゲット１６の中心位置とのず
れ量を測定するようにしたので、自動捜索手段や自動追
尾手段を採用せずに自動視準を行うことができ、コスト
を抑えつつ自動視準精度を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は非接触三次元測定装置
に関し、特にセオドライトやトータルステーション等の
測量機を利用して工業的量産品の三次元測定を行う非接
触三次元測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の三次元測定装置としては、テーブ
ル上の測定対象物に対してプローブを接触させ、測定対
象物の三次元測定を行うものがある。

【０００３】この三次元測定装置では、測定可能な対象
物がテーブル上に載せられるものに限られてしまう。

【０００４】これに対し、近年、トータルステーション
等の測量機を利用して、橋梁や航空機等の大型構造物の
三次元測定が行われている。

【０００５】ところが、測量機による三次元測定の場
合、作業者自身が測定点を視準する必要があり、測定点
が多いと作業者の負担が著しく大きくなるので、測量機
に例えば測定点の捜索、追尾等の機能を持たせ、視準作
業の自動化が行われている。すなわち、作業者の目視に
よる視準の代わりに、測量機による自動視準を行うため
に、望遠鏡の視野内に測定点が存在しないとき測定点を
発見するまで測量機を駆動する捜索や、望遠鏡の視野内
に測定点が存在するとき測定点の動きに合わせて測量機
を駆動する追尾などの機能を測量機に持たせた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、測定点の捜
索や追尾による自動視準では、視準精度が５″以上であ
り、三次元測定には精度が足りない。

【０００７】画像処理を用いて自動視準を行うと視準精
度が１″程度に向上するが、測定点の捜索のために広視
野にすると撮像素子の分解能が相対的に悪化し、追尾の
ために高速性能を優先すれば演算処理が十分に行えなく
なる。これらの問題は高級な撮像素子、演算素子を使用
することにより解決できるが、非常にコストが高くなる
という問題があった。

【０００８】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題はコストを抑えつつ自動視準精度を
向上させることができる非接触三次元測定装置を提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項１記載の発明の非接触三次元測定装置は、望遠
鏡を備え、少なくとも測角が可能な測量機を備えた非接
触三次元測定装置において、測定対象物の複数の設計点
からなる設計データを格納する設計データ記憶手段と、
前記設計データ記憶手段から読み出された前記設計デー
タに基づいて前記測量機を駆動させ、前記望遠鏡を前記
測定対象物の前記設計点へ向ける駆動手段と、前記測定
対象物の設計点に向いた前記望遠鏡の位置と前記測定対
象物に取り付けられたターゲットの中心位置とのずれ量
を測定する誤差検出手段とを備えている。

【００１０】請求項２記載の発明の非接触三次元測定装
置は、前記望遠鏡の位置は前記望遠鏡の視野における基
準線の中心位置である。

【００１１】

【作用】測定対象物の設計データに基づいて測量機を駆
動させ、測量機の望遠鏡を測定対象物の設計点へ向け、
測定対象物の設計点に向いた望遠鏡の位置と測定対象物
に取り付けられたターゲットの中心位置とのずれ量を測
定するようにしたので、自動捜索手段や自動追尾手段を
採用せずに自動視準を行うことができ、コストを抑えつ
つ自動視準精度を向上させることができる。

【００１２】

【実施例】以下この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１３】図１はこの発明の一実施例に係る非接触三
次元測定装置を示す斜視図、図２は図１の非接触三次元
測定装置を示すブロック図である。

【００１４】この実施例の非接触三次元測定装置は、図
１に示すように、トータルステーション（測量機）１、
制御・操作用のパーソナルコンピュータ（誤差検出手
段）１２及びＣＡＤシステム（設計データ記憶手段）３
で構成されてる。

【００１５】前記トータルステーション１は、図２に示
すように、測距部４、画像取り込み部５、画像処理部
（誤差検出手段）６、測角部（水平角）７、測角部（垂
直角）８、ＣＮＣ駆動部（駆動手段）９、自動焦点部２
０及びこれらを制御するＣＰＵ１０で構成されている。
画像取り込み部５は、図示しない望遠鏡とＣＣＤカメラ
とを備えている。

【００１６】この望遠鏡には、望遠鏡の光軸方向に移動
する合焦レンズを備えている。そして、上記自動焦点部
２０は、この合焦レンズを望遠鏡の光軸方向に移動させ
てピント合わせを行なう。

【００１７】前記ＣＡＤシステム３には、測定対象物
（例えば橋梁ブロック）１３の複数の設計点からなる設
計データが格納されている。測定対象物１３の一端面に
は、測定座標系を決めるための基準ターゲット１５が貼
着されているとともに、トータルステーション１の前方
に設置された測定対象物１３の例えばボルト孔の位置が
設計点（設計データ上のボルト孔の位置）からどれだけ
ずれているかを検出するための測定ターゲット（ターゲ
ット）１６が貼着されている。

【００１８】前記制御・操作用のパーソナルコンピュー
タ１２は手動視準と自動視準との切り換えを行うための
ものである。

【００１９】前記画像処理部６は、ＣＣＤカメラからの
映像信号に基づいて望遠鏡の基準線中心（望遠鏡の十字
線の交点）の座標を計算し（望遠鏡中心検出）、望遠鏡
を測定対象物１３の設計点へ向けて測定ターゲット１６
を視野内に捕らえたとき、測定ターゲット像を含む映像
信号に基づいて測定ターゲット１６の中心の座標を算出
し、設計点と測定ターゲット１６の中心とのずれ量を検
出する。

【００２０】前記望遠鏡中心検出は次のように行われ
る。望遠鏡の基準線を含む画像の映像信号を平滑化して
ノイズの除去などを前処理として行い、この映像信号に
二値化処理を施して二値画像の映像とし、画面中央を含
む約４分の１余りの範囲を処理範囲として指定し、約４
分の１画面の二値画像にエッジ強調などの処理を施すと
ともに、細線化を行って望遠鏡の基準線の映像を明確化
し、このように処理した映像信号から直線の検出を行っ
て水平方向の直線と垂直方向の直線との交点の座標を算
出し、この交点座標を望遠鏡中心の座標とする。

【００２１】前記測定ターゲット１６の中心の座標の検
出は次のように行われる。測定ターゲット像を含む映像
信号を画像強調などの前処理を施し、その後映像信号を
二値化し、二値化した映像信号から孤立点などを除去す
る画像処理を施し、連続点は各グループ毎にラベリング
を施すことにより映像を特定して測定ターゲットの画像
範囲を定めることによりターゲット領域を特定し、この
ターゲット領域について、再度、ＣＣＤカメラからの映
像信号を二値化し、孤立点の除去などの画像処理を施
し、細線化を行ってターゲット領域の二値画像からター
ゲットパターンの直線を検出し、この２本の直線のター
ゲット中心の座標を検出する。

【００２２】図３はこの実施例の非接触三次元測定装置
の使用手順を説明するためのフローチャートである。

【００２３】まず、トータルステーション１を設置する
（Ｓ１００）。

【００２４】次に、２つの既知点にそれぞれ設置された
既知点ターゲット１１，１２を測定する（Ｓ１０１）。

【００２５】そして、測量の分野で行われる後方交会法
でトータルステーション１の器械点（測量機の回転中
心）を決定する（Ｓ１０２）。

【００２６】次に、測定対象物１３を床面に描いたライ
ン１４に合わせて設置し、位置決めする（Ｓ１０３）。
ライン１４の幅を例えば１０mmにしておき、この幅を設
置誤差の許容範囲とすればガイドになる。ライン１４と
既知点ターゲット１１，１２との位置関係は既知であ
る。

【００２７】その後、測定対象物１３の一端面の３箇所
に貼着された基準点ターゲット１５を視準する（Ｓ１０
４）。ここでの視準作業は手動で行ってもよいし、画像
処理による自動視準によって行ってもよい。予め測定対
象物１３の大まかな位置合わせを行っているので、設置
誤差１０mmと製造誤差１５mmとを合わせても３０mm程度
には収まるため測定対象物１３から１０ｍ離れた距離で
角度換算したときに１０′くらいになり、画像検出の画
角がこれより大きければ（例えば１゜）画像処理ができ
るので大掛かりな捜索は必要ない。

【００２８】次に、測定座標系を決定する（Ｓ１０
５）。基準点ターゲット１５の３点から１つの原点Ｏと
１軸を含む１平面が決まり、この平面内に直交する他の
１軸、更にこの平面に直交する１軸で測定座標系が決定
される。

【００２９】そして、トータルステーション１の望遠鏡
の位置（望遠鏡の視野における基準線の中心位置）を、
ＣＡＤシステム３から読み出された設計データに基づい
て、測定対象物１３の一端面の複数の設計点へ向ける。
前述のように測定対象物１３のボルト孔には測定点ター
ゲット１６が貼着されているので、測定対象物１３の設
計点にトータルステーション１の望遠鏡を向けたとき、
その視野内に測定点ターゲット１６が入る。この時、測
量機の器械点と測定対象物１３の設計点との間の距離は
測量機の器械点と設計データとに基づき、合焦データと
して求められる。すなわち、ステップ１０２で決定され
た測量機の器械点により、測定対象物との位置関係が分
かるので、測量機の器械点から設計点までの距離（合焦
データ）を演算によって算出することができる。そし
て、この合焦データを、ＣＡＤシステム３から読み出さ
れる設計データに対応させて自動焦点部２０に記憶させ
ておく。従って、望遠鏡の中心が測定対象物１３の設計
点に向いた時に、その設計点の設計データと合焦データ
とに基づいて、自動焦点部２０を動作させ、ピント合わ
せを行う。また、トータルステーション１には、測距部
４を備えているので、望遠鏡の中心が測定対象物１３の
設計点に向いた時に、ＣＰＵ１０が測距部１０に測距を
行わせるように制御し、その測距データに基づいて自動
焦点部２０を動作させて、ピントを合わせることもでき
る。その視野が画像取り込み部５のＣＣＤカメラで取り
込まれる（Ｓ１０６）。

【００３０】その後、測定対象物１３の設計点に向いた
望遠鏡の位置と測定対象物１３のボルト孔に取り付けら
れた測定点ターゲット１６の中心位置とのずれ量を算出
する（Ｓ１０７）。器械点の座標と測定点ターゲット１
６の中心の座標とにより映像信号による画像上のずれ量
が画像処理部６で算出される。複数の設計点の全てにつ
いて測定が完了したら、ステップ１０４に戻り、他の測
定対象物１３について同様の測定を繰り返す。

【００３１】この実施例の非接触三次元測定装置によれ
ば、自動捜索手段や自動追尾手段を採用せずに自動視準
を行うことができるので、コストを抑えつつ自動視準精
度を向上させることができる。

【００３２】なお、測定対象物１３によっては大まかな
位置合わせもできない場合もあるが、この場合は基準タ
ーゲット１５を手動で視準すれば自動計測を行うことが
できる。この場合トータルステーション１は任意の位置
に設置すればよく、測定対象物１３の基準ターゲット１
５を手動で視準するだけでよいので、１回だけ測定する
場合などには適している。

【００３３】また、前述の実施例の変形例として、制御
・操作用のパーソナルコンピュータ２はトータルステー
ション１と一体にしてもよいし、ＣＡＤシステム３の設
計データだけをパーソナルコンピュータ２又はトータル
ステーション１の記憶部に格納させるようにしてもよ
い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明の非接触三
次元測定装置によれば、自動捜索手段や自動追尾手段を
採用せずに自動視準を行うことができるので、コストを
抑えつつ自動視準精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施例に係る非接触三次元
測定装置を示す斜視図である。

【図２】図２は図１の非接触三次元測定装置を示すブロ
ック図である。

【図３】図３はこの実施例の非接触三次元測定装置の使
用手順を説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１ トータルステーション ２ 制御・操作用のパーソナルコンピュータ ３ ＣＡＤシステム ９ ＣＮＣ駆動部 １３ 測定対象物 １６ 測定点ターゲット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀越 勝 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 (72)発明者 栗田 充隆 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 望遠鏡を備え、少なくとも測角が可能な
   測量機を備えた非接触三次元測定装置において、 測定対象物の複数の設計点からなる設計データを格納す
   る設計データ記憶手段と、 前記設計データ記憶手段から読み出された前記設計デー
   タに基づいて前記測量機を駆動させ、前記望遠鏡を前記
   測定対象物の前記設計点へ向ける駆動手段と、 前記測定対象物の設計点に向いた前記望遠鏡の位置と前
   記測定対象物に取り付けられたターゲットの中心位置と
   のずれ量を測定する誤差検出手段とを備えていることを
   特徴とする非接触三次元測定装置。
2. 【請求項２】 前記望遠鏡の位置は前記望遠鏡の視野に
   おける基準線の中心位置であることを特徴とする請求項
   １記載の非接触三次元測定装置。