JPH08101032A - 大型物体の表面の三次元測定方法及び装置 - Google Patents

大型物体の表面の三次元測定方法及び装置

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JPH08101032A
JPH08101032A JP7144225A JP14422595A JPH08101032A JP H08101032 A JPH08101032 A JP H08101032A JP 7144225 A JP7144225 A JP 7144225A JP 14422595 A JP14422595 A JP 14422595A JP H08101032 A JPH08101032 A JP H08101032A
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measuring
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distance
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JP7144225A
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Jean-Luc H R Maillart
アンリ ジャン−リューク マイヤール ラウール
Michel Lequime
ルキーム ミシェル
Pascale Bellamy
ベラミー パスカル
Smet Gabriel De
ドゥ スメ ガブリエル
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Sollac SA
Bertin Technologies SAS
Original Assignee
Bertin et Cie SA
Sollac SA
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 大型物体の表面の三次元測定を早く性格に行
うことを目的とする。 【構成】 三次元測定の方法と装置とが、車両などの大
型物体（１５）の高速高精度測定に利用される。本方法
は、形状測定センサ（３）の測定位置を近似的に決定す
る段階と、物体上の点であってセンサに関わる座標系内
で座標が表現される点によって表わされる表面部分の形
状を測定するため、測定位置に次々とセンサ（３）を位
置決めする段階と、所定の固定座標系内において、近似
的に決定された位置におけるセンサの位置を正確に標定
する段階と、センサの標定位置に応じて、センサに関わ
る座標系内で表現される表面部分の座標を固定座標系内
で表現される座標値に変換する段階とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は物体、より詳細には大型
物体の三次元測定方法、ならびに被測定物体に決して接
触することのない可動測定手段を含む三次元測定装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの三次元測定機が知られている。測
定学においてはたとえば従来よりＣ形機械が使用されて
いる。この種の機械は良好な測定精度をもたらすが、典
型的には寸法が１ｍ未満重量が１００ｋｇ未満の小型軽
量被測定物体にしか使用できない。門形、Ｔ字形、ある
いは橋形の機械は大型物体の測定に適しているが、その
構造の不均質性とそれが含む可動部品点数が故に、精度
はあまりすぐれていない。
【０００３】他方、たとえば長さが５〜１０ｍの大型物
体の場合、たとえば被測定物体の周囲を移動可能な２つ
のセオドライトを含む交差測定システムを使用すること
が知られている。セオドライトを移動し位置決めを行う
度毎に、固定基準点およびもう一方のセオドライトに対
する各セオドライトの方向を必ず決定しなければならな
い。次に一点ずつ測定が行われる。交差測定システムに
よって実現される測定精度はＣ形三次元測定機によって
得られる精度と同程度である。しかしながら２つのセオ
ドライトの実施には技巧が必要であり、物体の測定には
長時間を要する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、先行技術に
よるよりもより高速でより精度が高く、大型物体の形状
が正確に測定できる三次元測定方法を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的のため、形状測
定手段による物体の表面の三次元測定方法は、 −形状測定手段の測定位置を近似的に決定する段階と、 −形状測定手段に関わる座標系内で座標が表現される物
体上の点である被測定物体の表面部分の形状を測定する
ため、決められた測定位置に次々と形状測定手段を位置
決めする段階と、 −所定の固定座標系内において、基準点合わせ手段によ
り形状測定手段の各前記位置の正確な位置を求める段階
と −形状測定手段に関わる座標系内で表現される表面部分
の座標を、固定座標系内で決められる形状測定手段の位
置に応じて固定座標系内で表現される前記位置の座標に
変換する段階とを含むことを特徴とする。
【０００６】本発明の意味においては測定手段の位置
は、位置決定すなわちある座標系内での測定手段の座標
だけでなく、測定手段の方位すなわちこの方位について
の方向パラメータによっても定義される。
【０００７】測定位置を近似的に決定するという予備段
階は、物体の概略形状を把握し後の位置測定段階を支援
する学習である。前記予備段階は、 −被測定物体の表面を表面ワイヤーフレーム処理する段
階と、 −各ワイヤーフレーム上において少なくとも１つの点を
選択する段階と、 −前記の少なくとも１つの点を通過するワイヤーフレー
ムに対しほぼ直角な軸を定義する段階と、 −ほぼ前記軸上に位置する測定位置を決定する段階とを
含む。
【０００８】第１実施様態によれば、ワイヤーフレーム
化の段階は、 −距離測定手段を、測定空間内に分布し連続している所
定の位置に位置決めする段階と −距離測定手段の所定の各位置について、被測定物体か
らの距離測定手段の距離を測定する段階と、 −測定された距離に応じて被測定物体のワイヤーフレー
ムを決定する段階とを含む。
【０００９】より詳細には、ワイヤーフレーム化の段階
は、 −少なくとも１つの距離測定手段を、物体が静置されて
いる支持体に平行な面内に分布し連続している所定の第
１位置に位置決めし、所定の各第１位置について物体か
らの距離測定手段の第１距離を測定する段階と、 −第２位置が、所定の間隔内に含まれる物体からの第２
距離になるよう、第１位置および第１距離に応じて第２
位置を計算する段階と、 −距離測定手段を第２位置に次々に位置決めし、所定の
各第２位置について、物体からの距離測定手段の第２距
離を測定する段階と、 −測定された第２距離に応じて被測定物体のワイヤーフ
レームを決定する段階とを含む。
【００１０】さらにワイヤーフレーム化の段階は、形状
測定手段の測定位置が全く存在しない少なくとも１つの
空間区域を決定する段階を含む。
【００１１】ワイヤーフレーム化の段階に含まれる諸段
階は、位置決めおよび測定の精度を要求しないので高速
で実行される。決定されたワイヤーフレームは被測定物
体の近似モデリングである。変形として、これらの段階
をたとえば前記モデリングによる被測定物体の先験的知
識に置き換えることが可能である。
【００１２】本発明の別の実施様態によれば、位置標定
段階は、 −形状測定手段に連結された位置標定手段を、固定座標
系内において所定の少なくとも３つの点に次々と向ける
段階と、 −位置標定手段を連続して目的点に向けるため、固定座
標系内において位置標定手段の方位を決定する段階と、 −３点と方位とによって、位置標定手段に関わる固定座
標系を定める段階と −固定座標系において位置標定座標系の第１変換行列を
求める段階とを含む。また、変換段階は、 −位置標定座標系において、形状測定手段に関わる座標
系の第２変換行列を求める段階と、 −第１および第２行列に基づき、固定座標系において形
状測定手段に関わる座標系の第３変換行列を求める段階
とを含む。
【００１３】測定手段の位置を決める段階と測定結果を
変換する段階とは、最終測定結果の精度が確保されるよ
う高い精度で実施されることが好ましい。
【００１４】本発明は、被測定物体に決して接触するこ
とのない可動測定手段を含む、本発明による測定方法を
実施するための三次元測定装置にも関する。本発明によ
れば、同装置は、 −距離測定手段の所定の測定位置について、被測定物体
からの距離測定手段の距離を測定するための距離測定手
段と、 −距離測定手段を所定の位置に次々に位置決めし、次い
で、可動形状測定手段が所定の位置において被測定物体
の表面部分の形状を測定するようにするため、所定の位
置測定手段の位置と測定距離とに応じて形状測定手段を
所定の位置に位置決めする手段と、 −所定の固定座標系内における形状測定手段の位置を求
める手段とを含む。
【００１５】距離測定手段は、少なくとも１つの超音波
変換器か、超音波変換器台か、超音波変換器を各々坦持
するほぼ直角な２つの台を含む。
【００１６】別の特徴によれば、形状測定手段は被測定
物体の表面部分の形状測定用光学センサを含む。
【００１７】位置標定手段は、方向とは無関係な方法で
測定手段に連結されるビデオカメラと、固定座標系にお
いて座標値がわかっている位置標定目標が前面にあるよ
うな位置標定用固定パネルとを含むことが好ましい。
【００１８】位置標定手段が、被測定物体を取り囲む支
持構造上にある横断材および／または可動ラックなどの
要素である場合、形状測定手段はその移動時に障害物が
近くにあることを検出する手段を含むことが好ましい。
たとえば、障害物は支持構造の支柱である。
【００１９】本発明の他の特徴と長所とは、図面を参照
して行う以下の好ましい諸実施様態の説明を読むことに
より、よりよく理解されよう。
【００２０】
【実施例】図１について説明する。三次元測定装置は、
図示されていないコンピュータによって制御される橋型
測定フレーム１を含む。フレームは、被測定物体を支承
するため地面に支持される台１１の上方および周囲にた
とえば立方体などの平行六面体空間を形成する支柱およ
び梁１２の固定構造を含む。
【００２１】平行六面体空間の上側の２つの長辺を形成
する水平平行梁はそれぞれレール１２１を支持してい
る。２つの平行レール１２１の上では、前記空間の上面
を形成する水平面内を移動することが可能な横断材１３
の端部を構成する、駆動と従動の２つの送り台が案内さ
れる。横断材１３は、垂直面内においてラック１４を横
断材１３の長手方向および対角線方向に同時に移動する
手段を支持する送り台１４０のための案内レールを構成
している。ラック１４の下端には、後で詳細に説明する
特に測定センサなどの器具の把握用の把握器具１４１が
固定されている。その結果ラック１４の下端は、前記平
行六面体空間の内部の多くの位置間での移動が可能であ
る。横断材１３とラック１４の移動は、コンピュータに
よって制御される、図示されていない直流駆動モータユ
ニットにより実現される。フレームはまた、可動要素す
なわち横断材およびラックの移動によって生じる振動を
緩衝するため、図示されていない振動緩衝器を含むか、
あるいは図示されていない浮き床の上に設置される。
【００２２】フレームの寸法は被測定物体の大きさに依
存する。たとえば長さが約１０ｍ、幅が約８ｍ、高さが
５ｍのフレームは大型物体の測定用とされる。図１にお
いては、被測定物体はたとえば車両もしくは自動車１５
の車体、または変更をうけた車体部品、または機械の外
装であって、台１１上に静置され、あるいは測定時間中
動かないようにするため場合によっては同台に固定され
る。
【００２３】変形例においては、フレームの代わりに、
Ｔ字形構造物、またはレール上を案内される関節ロボッ
トが使用される。
【００２４】フレーム１は、原点０と０に集まる３つの
軸Ｘ、Ｙ、Ｚとを含む直交座標系をもっている。原点０
はフレームの短辺上にあり、Ｘ軸は水平でフレームの長
辺に対し平行であり、Ｙ軸は水平でフレームの短辺に対
し平行であり、Ｚ軸は垂直で前記短辺内に含まれる。座
標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）の位置と方位は任意に決めら
れ、決められた後は一定である。実際には座標系（０、
Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、測定センサの較正または検定が可能な
固定式で水平なテーブルまたは大理石で実現される。
【００２５】測定装置はさらに標点パネル１６1 〜１６
E を含む。その役割については後述するが、Ｅはたとえ
ば１０などの正の整数を示す。各標点パネル１６1 〜１
６Eは、測定空間の外側の床面に配設され測定空間の周
囲に分布する、垂直棒をもつ堅固な支持体１６１1 〜１
６１E 上に固定されている。垂直棒１６１1 〜１６１E
は諸パネルが異なった高さになるようそれぞれ長さが異
なっている。パネル１６e の面のうちの１つであって測
定空間側に向いている面は、同面上に一様に配分された
標的１６２e,1 〜１６１e,F を含む。ここで指数ｅは１
からＥまで変化する。指数ｆは１から数十程度の整数Ｆ
まで変化するが、各標的１６２e,f はたとえば円盤、リ
ングなど、小型の分散平面である。変形例においては、
標的１６２e,f は、全方向に一様に分布するようにして
光を分散する特徴をもつ分散球である。標的は、各標点
パネルにつき１つまたは２つの光源というように、図示
されていない光源によって照明される。パネル１６1 〜
１６E は定置されており、各標的１６２e,f の位置は、
各標的が固定座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）の座標点によっ
て標定されるようたとえばセオドライトを用いた測定に
より標定される。
【００２６】図２を参照しながら三次元測定方法につい
て説明する。同方法は、コンピュータにおいてプログラ
ムされた４つの主な段階Ｅ１０〜Ｅ４０を含むアルゴリ
ズムの形態で実現されている。
【００２７】段階Ｅ１０では、被測定物体の全体の表面
包絡線を近似的に決定する。この段階が終了すると被測
定物体の近似ワイヤフレームモデルが生成される。主段
階Ｅ１０は４つの段階Ｅ１１〜Ｅ１４を含む。これにつ
いては図３を参照しながら説明を行う。
【００２８】主段階Ｅ２０では、段階１０で決められた
物体のワイヤフレームにしたがって、被測定物体の周囲
における形状測定センサの経路を決定する。主段階Ｅ２
０は６つの段階Ｅ２１〜Ｅ２６を含む。これについては
図７を参照しながら説明を行う。
【００２９】主段階Ｅ３０は、前記で定めた経路にした
がいセンサにより行う、本来の意味での、物体の表面部
分の三次元測定に関する。同段階は、センサの移動と、
物体の表面部分の形状の測定と、センサ位置の標定とを
含む。これについては図１０を参照しながら段階Ｅ３１
〜Ｅ３７で説明を行う。段階Ｅ３０が終了すると、被測
定物体の表面の測定点の正確な座標値が得られる。
【００３０】主段階Ｅ４０では、物体の数学的モデルで
あってたとえばＣＡＤ（コンピュータ支援設計）ソフト
ウェアによって活用されるためのモデルを決めるため、
段階Ｅ３０で得られた測定点の全部を処理する。このモ
デルはとくに、物体とＣＡＤソフトウェアによって作成
されたそのモデルとの比較、物体とそれを実現するため
に使用した型打ち機器のモデルとの比較、さらには形状
クレイモデルなどのプロトタイプのモデリングのための
ものである。
【００３１】主段階Ｅ４０は、実施された三次元測定の
所望の用途によって異なる段階である、ワイヤフレーム
化と、補間と、スムージングの段階を含む。
【００３２】図３について説明する。測定台１１上に静
置されている物体１５の全体の表面包絡線を決定する段
階Ｅ１０は、超音波変換器という形態の距離測定手段を
フレーム上に取り付ける第１段階Ｅ１１を含む。
【００３３】次に図４について説明する。変換器台２
は、Ｎ個の変換器２２1 〜２２N が取り付けられている
Ｈ型支持ビーム２１を含む。ここでＮは被測定物体とフ
レームの寸法によって決まる整数であり、ここに説明す
るフレームの場合Ｎはたとえば２４である。台２はさら
に、変換器２２1 〜２２N と図示されていないコンピュ
ータとの間の信号の成形とやりとりのための電子回路２
３と、変換器と回路２３とに電源を供給する電源回路２
４と、フレームのラック１４の把握装置１４１によって
把握される把握端２５とを含む。
【００３４】変換器２２1 〜２２N はＨ型ビーム２１に
そって規則正しく一列に配置され同一の方向に向けられ
ているため、変換器の放射円錐２６1 〜２６N が全てＨ
型ビーム２１に対し直交する同一の方向に向いている。
変形例においては、Ｈ型ビーム２１の片方の端部または
両端に位置する変換器は、Ｈ型ビーム２１に対し直交す
る方向に対し、軸が若干の角度を成しＨ型ビーム２１の
中心に向かう図４の面内に向けられている放射円錐をも
つので、被測定物体１５のほぼ垂直な縁は後述する移動
および測定サイクル時に端部の変換器により「掃査」さ
れる。別の変形例によれば、変換器は、Ｈ型ビーム２１
に対し直交する方向に対し、軸が若干の角度を成すが今
度は図４の面の前方または後方に向けられる放射円錐を
もつ。
【００３５】いずれの場合も、超音波変換器はおよそ
０．５〜５ｍの測定範囲内において１ｃｍ程度の分解能
と、およそ１５°〜３０°の放射円錐をもつ。
【００３６】変換器台２は、ラック１４の把握器具１４
１に連結された台の把握端２５を介してラック１４に固
定される。取り付けは作業者の手作業によって行われる
か、制御されている器具交換装置によって自動的に行わ
れる。台２がラック１４の下端に取り付けられると、台
２は横断材１３に対し平行となり、フレームの支柱の間
の、フレーム１の下側の平行六面体空間の幅全体を占め
る。
【００３７】変換器の放射円錐は垂直に下に向けられ
る。別の変形例の場合、幾つかの放射円錐が若干フレー
ムの中心側に向けられるか、若干、図４の面の前方また
は後方に向けられる。
【００３８】図５について説明する。段階Ｅ１２は、台
２がフレームの最も高い端部に来るような位置ＰＲ0 へ
の台２の移動を含む。この位置はたとえば、原点０と台
２の中心２７との一致に相当する。その時台の長軸は軸
Ｙに一致する。
【００３９】段階Ｅ１２は、軸Ｘに沿った変換器台の移
動サイクルを含む。その際、台は軸Ｚ上において寸法が
一定であり軸Ｙに平行である。この移動サイクル中、台
２はフレームの軸Ｘ上の全寸法に分布する横座標Ｘ1 〜
ＸM にそれぞれ対応する、複数の連続する第１位置ＰＲ
1 〜ＰＲM に移動し位置決めされる。このようにして台
２は、被測定物体１５が静置されている水平台１１に平
行な水平面に広がっている。第１位置の数Ｍと、隣接す
る２つの第１位置間の距離とは一定であるか、被測定物
体の寸法に応じて作業者が選択できる。隣接する２つの
測定位置間の距離は、図９を参照して詳細に説明する段
階Ｅ３０において使用される測定センサの作用域の寸法
よりも小さいことが好ましい。
【００４０】ｍを１からＭまでの整数の指数とした時、
変換器２２1 〜２２N の作動を開始することにより台２
の各第１位置ＰＲm （Ｘm ）において一連の測定が行わ
れる。ｎを１からＮまでの整数の指数とした時、作動を
開始した変換器２２n は下方に超音波束を発信し、反射
エコーの受信時間に応じて束が走った距離を評価する。
【００４１】複数の変換器によって受信されるエコー間
の干渉を防止するため、変換器２２1 〜２２N は順次作
動を開始させることが好ましい。台２が位置ＰＲm にあ
る時の変換器２２n による測定の結果は第１三重項（Ｘ
m 、Ｙn 、Ｚm,n ）である。ここでＸm は軸Ｘ上の台２
の第１位置ＰＲm の横座標であり、Ｙn は軸Ｙ上の変換
器２２n の第１位置であり、Ｚm,n は、台の寸法に対す
る物体からの垂直方向の第１距離で表わされる、変換器
２２n による測定の結果である。三重項（Ｘm、Ｙn 、
Ｚm,n ）はコンピュータに記憶される。台２が軸Ｘ上の
フレームの全寸法を移動した後には、Ｍ×Ｎ個の第１三
重項（Ｘ1 、Ｙ1 、Ｚ1,1 ）〜（ＸM 、ＹN 、ＺM,N ）
が記憶される。
【００４２】近接する寸法Ｚm-1,n 、Ｚm+1,n 、Ｚ
m,n-1 、Ｚm,n+1 に対するしきい値と最も異なる寸法値
Ｚm,n などの異常値を選別し排除するため、三重項に対
し一貫性についての検証が行われる。一貫性についての
検証の結果は修正三重項集合（Ｘm 、Ｙn 、Ｚm,n ）で
あり、以下に説明する段階Ｅ１３の移動サイクルの経路
を決定するのに使用される。
【００４３】段階Ｅ１３は、横座標ＸM からＸ1 までの
台２の移動サイクルを含みやはり軸Ｙの移動は行わない
が、ここでは、前に測定された第１位置Ｚm,n に応じて
決定された第２寸法ＺＰM 〜ＺＰ1 にて実行される。
【００４４】この移動サイクルの目的は被測定物体をよ
り正確に測定することである。この目的のため、台２
が、被測定物体からの第２測定距離ＤＭであって典型的
にはおよそ０．６〜１ｍの所定の間隔になるような距離
に位置するよう、台２の垂直位置ＺＰm が計算される。
たとえばＺＰm という値は、距離ＤＭが加算された測定
値Ｚm,1 〜Ｚm,N のうちの最大値に等しい。変形例にお
いては値ＺＰm は、距離ＤＭが加算された測定値Ｚm,1
〜Ｚm,N の平均値と、ＤＭより少ない最小測定距離であ
って超音波変換器の場合およそ０．４ｍに等しい距離が
加算された測定値Ｚm,1 〜Ｚm,N のうちの最大値の両者
のうちの最大値に等しい。いずれの場合にも、衝突を防
止するため台２と被測定物体１５の間には最小安全間隔
が設けられている。
【００４５】台２の第２寸法ＺＰm が求められると、台
２は、横座標Ｘm と寸法ＺＰm とで決められる各第２位
置に次々と位置決めされ、段階Ｅ１２における一連の測
定と同様の方法で一連の第２測定位置の測定が行われ
る。対応する変換器と物体１５との垂直方向の距離であ
る各第２測定距離は、全ての第２距離が前に設定した座
標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）における値として示されるよ
う、台２の寸法の値だけ補正される。変形例において
は、第２寸法ＺＰm の計算後すぐ、座標値Ｘm とＺＰm
とで決められる位置への台の位置決めが行われ、次いで
変換器２２1 〜２２Nより次々と測定が行われる。次
に、次の第２位置に対応する第２寸法が計算される。以
下は同様である。いずれの場合も、台が軸Ｘ上のフレー
ムの全寸法を移動した後は、台は再度位置ＰＲ0 に位置
決めされ把握器具１４１から分離される。固定座標系内
で数値が示されるＭ×Ｎ秒の三重項（Ｘ１1 、Ｙ１1 、
Ｚ１1,1 ）〜（Ｘ１M 、Ｙ１N 、Ｚ１M,N ）は記憶され
るが、Ｘ１1 からＸ１M までは台の横座標値を意味し、
Ｙ１1 からＹ１N までは変換器２２1 〜２２N の縦座標
値を意味し、Ｚ１1,1 からＺ１M,N までは、相次いで測
定を行った物体１５の寸法である。三重項（Ｘ１m 、Ｙ
１n 、Ｚ１m,n ）は被測定物体１５の近似である。フレ
ーム１の梁および支柱の位置決めおよび寸法が不正確で
あることと、フレーム１に対する台２の位置が不正確で
あること、超音波変換器の分解能の理由から、この近似
は精度が低い。しかしながらこの近似は高速で実行され
る。第１変形例によれば、隣接する２つの変換器の間隔
よりも少ない軸Ｙ上の測定ピッチを作業者が選択できる
よう、台２は隣接する２つの変換器の間隔以下の移動量
で軸Ｙを移動することができる。より高速だが精度は劣
る第２の変形例によれば、段階Ｅ１３は行われず、三重
項（Ｘ１m 、Ｙ１n 、Ｚ１m,n ）の代わりにＥ１２で求
められた三重項（Ｘm 、Ｙn 、Ｚm,n ）が行われる。こ
れら２つの変形例のうちどちらを選択するかは速度と精
度のどちらに重きを置くかによるので、物体の形状の複
雑さの程度と物体の要求再現精度とに応じて作業者が選
択することが好ましい。
【００４６】変形例においては、台２の代わりに、水平
に横断材１３に固定された第１変換器台と、横断材１３
の端部に垂直すなわち第１台に対しほぼ直角に固定され
た第２変換器台とを使用する。第１台の変換器は下方に
向けられ第２台の変換器は水平にフレームの中心に向け
られる。複数の台によって支持される２組合計約４０個
の変換器は、軸Ｘを横断材１３の全行程にわたって移動
する。その際、軸ＹおよびＺの座標値は一定である。最
初の移動の際、垂直台はたとえば横断材１３の片方の端
に固定され、次に２回目の移動の際にはもう一方の端に
固定され、図１において被測定物体１５の長辺である２
つの対向する辺を走査する。
【００４７】別の変形例によれば、変換器台２の代わり
に、ラック１４の把握器具１４１に連結された支持体に
取り付けられた５個の超音波変換器が使用される。支持
体の移動時の衝突を防止するため、５個の超音波変換器
のうちの４個が水平面の４方向に向けられ、支持体の移
動時、障害物が近くにあることを検出する。５番目の変
換器は垂直に下に向けられ測定に使用される。変換器支
持体は、連続する２つの移動・測定サイクルにしたがい
移動する。第１移動・測定サイクルは不変の最大高さで
実行され、５番目の変換器が先に定めた座標点（Ｘm 、
Ｙn ）に次々と位置決めされるよう変換器支持体を軸Ｘ
およびＹの複数の位置に位置決めする。第２移動・測定
サイクルは、第１サイクルの測定に応じて異なる高さで
実行される。測定値について一貫性の検証が行われる。
【００４８】さらに別の変形例によれば、距離測定手段
が、超音波変換器ではなくたとえばレーザセンサか物体
１５の高速測定が可能な別の測定手段である。
【００４９】いずれの場合も、被測定物体の「単純」ワ
イヤーフレームを求めるため段階Ｅ１４においてＭ×Ｎ
個の第１三重項（Ｘ１m 、Ｙ１n 、Ｚ１m,n ）が使用さ
れる。このワイヤーフレーム化処理は四辺形または三辺
形表面である表面ワイヤーフレームＭ1 〜ＭK を含む。
ここでＫは整数である。ワイヤーフレームは、寸法値Ｚ
１m,n に対する平滑化により平面とすることが好まし
い。各ワイヤーフレームＭk の表面積は、図９を参照し
て詳細に説明する段階Ｅ３０で使用される測定センサの
作用域よりも小さい。整数の指数であるｋは１とＫの間
にある。
【００５０】ワイヤーフレームはコンピュータによって
自動的に生成され、あるいは作業者との対話によって生
成される。その場合、中間点が生成される区域と、たと
えば測定寸法が水平台１１の寸法に対応する区域と被測
定物体１５の寸法には対応しない区域などワイヤーフレ
ーム化を行わない区域とを作業者が選択する。
【００５１】図６について説明する。各々座標値が（Ｘ
１m-1 、Ｙ１n-1 、Ｚ１m-1,n-1 ）、（Ｘ１m-1 、Ｙ１
n 、Ｚ１m-1 、n ）、（Ｘ１m-1 、Ｙ１n+1 、Ｚ１
m-1,n+1）、（Ｘ１m 、Ｙ１n-1 、Ｚ１m,n-1 ）、（Ｘ
１m 、Ｙ１n 、Ｚ１m,n ）、（Ｘ１m 、Ｙ１n+1 、Ｚ１
m,n+1 ）、（Ｘ１m+1 、Ｙ１n 、Ｚ１m+1,n ）であるよ
うな点Ｐm-1,n-1 、Ｐm-1,n 、Ｐm-1,n+1 、Ｐm,n-1 、
Ｐm,n 、Ｐm,n+1 、Ｐm+1, n からワイヤーフレームの一
部が生成される。１つのワイヤーフレームＭk の表面積
が所定の所望の値よりも確実に少ないようにするために
は、隣接点の寸法値を比較しなければならない。実際、
点の横座標と縦座標は、段階Ｅ１３における台２の隣接
する２つの測定位置と、台２上の隣接する変換器間の距
離との間隔によって決定され、この状態においては点の
寸法値のみが、生成するワイヤーフレームの表面に影響
を及ぼす。寸法値が若干異なる点を含む区域の場合、ワ
イヤーフレーム化とは、四辺ワイヤーフレームＭk と４
つの隣接する点Ｐm-1,n-1 、Ｐm-1,n 、Ｐm,n-1 、Ｐ
m,n との結合である。所定のしきい値以上に異なる寸法
値をもつ点を含む区域の場合、これら点の間に中間点が
生成される。
【００５２】隣接する点の寸法値の差異に応じて、寸法
値の異なる２つの点の間に単数または複数の中間点が生
成され、寸法値の異なる２つの点の間の直線上に等間隔
で配置される。たとえば中間点ＰＩm-1,n およびＰＩ
m,n は各々、Ｐm-1,n とＰm-1, n+1 との間の点、Ｐm,n
とＰm,n+1 との間の点で生成される。２つの四辺ワイヤ
ーフレームＭk+1 およびＭk+2 は各々、４つの隣接点を
結合することにより生成される。
【００５３】段階Ｅ１４におけるワイヤーフレーム化
は、形状測定センサの種々の測定位置ＰＭ1 〜ＰＭR と
同センサの経路ＴＣとを決定するため段階Ｅ２０におい
て使用される。
【００５４】さらに、測定位置ＰＭ1 〜ＰＭR がその中
に存在してはならない「禁止」区域を決め、形状測定セ
ンサの移動時の衝突の危険性をなくすようにするため、
Ｍ×Ｎ個の第１三重項（Ｘ１m 、Ｙ１n 、Ｚ１m,n ）が
用られる。禁止区域とは、たとえばセンサにとって障害
物となり得る障害物を包含する四辺形であり、障害物の
周囲に安全のための余裕を設けたものである。
【００５５】変形例においては、たとえば、点Ｐm,n に
類似した点またはワイヤーフレームＭk に類似した点に
よる物体のモデリングが、段階Ｅ２０ですでに記憶され
使用可能な時、主段階Ｅ１０または段階Ｅ１１〜Ｅ１４
の一部をなくしてしまうことが可能である。
【００５６】図７について説明する。主段階Ｅ２０は、
各ワイヤーフレームＭ1 〜Ｍk において次々と実行され
る一連の処理を含む。段階Ｅ２１は最初のワイヤーフレ
ームＭ1 のための処理の初期化である。段階Ｅ２２で
は、ワイヤーフレームＭk の中心Ｃk が決められる。こ
こでｋは１から段階Ｅ１４で決められたワイヤーフレー
ム数Ｋまでの数であって、ワイヤーフレームＭk が図６
に例示するような四辺形である時その頂点を通過する直
線の線分の交点の幾何学計算によって決まる数である。
一般的に、中心Ｃk はワイヤーフレームＭk の重心であ
る。変形例においては、段階Ｅ２２が、ワイヤーフレー
ム１つあたり少なくとも１つの点が投影されるよう、所
定の点のグリッドをワイヤーフレームＭ1 〜Ｍk に投影
する段階に代えられる。その結果、その後の中心Ｃk は
投影点に置き換えられる。段階Ｅ２３は、ワイヤーフレ
ームＭk に対しほぼ直角であって中心Ｃk を通る軸ＡＰ
k を決定する段階である。
【００５７】段階Ｅ２４では、ワイヤーフレームＭk に
ついての測定位置ＰＭk が決められる。測定位置ＰＭk
は、下記に詳細に説明する手段３の光学センサである形
状測定手段が位置決めされる空間内の点である。測定位
置ＰＭk の決定にあたっては以下のような条件が課せら
れる。 −測定位置ＰＭk とワイヤーフレームＭk の中心Ｃk と
の間の距離は、たとえば１２５０ｍｍ±１５０ｍｍ等、
測定センサに依存する最良測定位置である所定の値ＤＯ
Ｍに等しいこと。 −撮影のための光学軸がワイヤーフレームＭk の表面に
対し「直角」になるようにするか、機械的な理由からセ
ンサをワイヤーフレームＭk に対し直角に位置決めする
ことができない場合ワイヤーフレームの垂線に対し若干
傾斜するようにするため、測定位置が中心Ｃk を通過す
る軸ＡＰk 上に位置すること。 −測定位置からセンサにとって少なくとも３つの位置標
定パネル１６e 、１６h、１６i が見えること。ここで
ｈとｉの指数は、ｅとは異なり１からＥまでの数値であ
る。 −被測定物体１５上でセンサによって測定された表面部
分は、測定された隣接する表面部分を部分的に覆わなけ
ればならない。
【００５８】ある測定点においてこれらの条件が相対す
る場合、作業者によってこれら条件に優先順位が与えら
れるか、作業者がある条件を除外するか、ある１つのみ
のワイヤーフレームについて、ワイヤーフレームＭk に
ついて少なくとも１つの測定位置を決めるため各条件が
前記の条件を満たすような複数の測定位置が決定され
る。
【００５９】測定位置ＰＭk は記憶され、 −固定座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）内で表現される座標値
（ＸＭk 、ＹＭk 、ＺＭk ）であらわされるセンサ位置 −水平面（０、Ｘ、Ｙ）に対する光学軸の位置ＳＭk
と、たとえば軸Ｘなど座標系の３軸のうちのいずれかに
対するセンサの光学軸の方位ＧＭk とで表わされる、セ
ンサの向きを含む。
【００６０】段階Ｅ２５は、測定位置ＰＭ1 〜ＰＭK を
決定するためにワイヤーフレームＭ1 〜Ｍk が全て選択
されたかどうかを確認する段階である。未選択のワイヤ
ーフレームがある場合、新しいワイヤーフレームについ
て段階Ｅ２２〜Ｅ２４が実行される。ワイヤーフレーム
がすべて処理されると、Ｒ個の測定位置ＰＭ1 〜ＰＭ R
が記憶される。ここでＲはＫ以上の整数である。
【００６１】段階Ｅ２６は、測定位置ＰＭ1 〜ＰＭR を
接続するための形状測定センサの経路ＴＣを求める段階
である。一連の位置間における追尾が可能な限り一方向
になり経路全体にわたりセンサの移動量を最小にするよ
う、経路内の位置の順序が選択される。記号を複雑にし
ないようにするため、以下の説明においては、経路内に
配置された位置を、経路内の順序による連続番号ＰＭ1
〜ＰＭR に名称を変えると仮定する。
【００６２】経路ＴＣは、連続する２つの位置ＰＭk と
ＰＭk+1 との間において、最良の測定距離ＤＯＭにおい
て物体のワイヤーフレームにしたがうが、センサが所定
の安全距離ＤＳ以下に接近することはない。図６に示す
ように、特に凸部をはじめ経路全体にわたり安全距離Ｄ
Ｓが確実に確保されるようにするため、２つの測定位
置、ＰＭk とＰＭk+1 、の間の経路中間点ＰＩＴk,1 〜
ＰＩＴk,J の座標値が計算される。
【００６３】経路を完全に決定するということは、２つ
の測定位置間の移動について、 −軸Ｘ上の横断材１３か −横断材１３または軸Ｚに沿った軸Ｙ上のラックか −以下に説明する、回転中の測定センサかのうちのいず
れか１つの少なくとも１つの移動を決めることである。
【００６４】前記移動には、振動を最小化するために選
択された速度と加速度が結び付けられる。この経路の決
定はロボット化技術において従来の方法で行われ、特に
測定位置ＰＭ1 〜ＰＭR へのセンサの移動に対応する横
断材、可動ラック、測定センサの駆動モータの制御パラ
メータの決定を含む。
【００６５】被測定物体のワイヤーフレームと経路ＴＣ
とは、表示画面上に線で表示されることが好ましい。そ
の場合作業者はたとえば、ある特定の区域において経路
を変更することが可能である。
【００６６】図８について説明する。概略的に言って形
状測定センサ３は、関節をもちモータで駆動される第１
ハンドル３１を含み、その端部には測定用光学センサ３
３と、関節をもちモータで駆動される第２ハンドル３４
であってその上に位置標定ビデオカメラ３５が取り付け
られているハンドルとのための支持体３２が固定されて
いる。
【００６７】第１ハンドル３１は、自由度が３であると
呼称される従来のロボットハンドルであって、図１に例
示するような把握器具１４１に連結されるよう機械的に
適合され、例示しない電気的接続部および情報処理接続
部を含むハンドルである。変形例においては、ハンドル
３１が、前記に説明した台２のみに使用する把握器具１
４１に近接するラック１４の下端に取り外し不可能な状
態で連結されている。
【００６８】有関節第１ハンドル３１によって、水平面
（０、Ｘ、Ｙ）に対する位置と、軸Ｘに対する光学セン
サ３３の方位が決められる。
【００６９】光学センサ３３は物体の表面部分を次々に
測定し、位相符号化輪郭形状測定技術により被測定物体
の三次元形状が導かれる。図９について説明する。セン
サ３３（FR-A-2 664 377）は概略的には、自らの方向に
対し直角な方向に光度の空間変化を示す縞または平行線
３３２をもつ照準３３１を照明する光源３３０を含む。
照準３３１を横断する光線は光学システム３３３を通し
て既知の方法で投影され、被測定物体１５の表面部分に
照準の像が形成される。２π／Ｐの位相ずれピッチをも
つ縞のＰ個の域は、照準３４１の横送りによって次々と
投影されることが好ましい。ここでＰはたとえば４また
は８である。平らで長方形の支持体上に配置された光検
出器３３４により、光学システム３３５を通過する照準
の像が検出される。光検出器３３４上の線３３２の像は
被測定物体の表面部分を表わしている。
【００７０】センサ３３についての局部座標系（０Ｓ、
ＸＳ、ＹＳ、ＺＳ）において軸ＺＳは光検出器３３４の
面に直交するので、被測定物体１５の表面部分の点の寸
法値は各光検出器３３４が受け取る光信号の位相を分析
することにより求められる。たとえばＰ＝４の場合、光
検出器から発射される信号は以下のような形態である。 Ｓ0 ＝ａ＋ｂ．ｃｏｓφ Ｓ1 ＝ａ＋ｂ．ｓｉｎφ Ｓ2 ＝ａ−ｂ．ｃｏｓφ Ｓ3 ＝ａ−ｂ．ｓｉｎφ
【００７１】これら式において、ａとｂは、各々、周囲
光度１５と物体の表面部分の反射能に依存する未知の係
数であり、φは光検出器の信号の２πを法とする位相で
あり、次式によって得られる。
【００７２】
【数１】
【００７３】位相φは２πの精度で求められる。第１照
準の縞のピッチとは異なるピッチをもつＰ個の縞の域で
あって、ある域から次の域までの間に２π／Ｐだけ位相
がずれる域を第２照準を用いて投影し、光検出器の信号
に関して同様な計算を行うことにより、この位相の不確
定性は取り除かれる。
【００７４】センサ３３の局部座標系（０Ｓ、ＸＳ、Ｙ
Ｓ、ＺＳ）において、被測定物体１５の表面部分の点の
寸法値は光検出器の出力信号の位相の絶対値より求めら
れる。物体の表面の諸点の横座標と縦座標とは、従来の
方法によるセンサ３３の較正によって所定の関係による
光検出器の横座標と縦座標とに依存する。
【００７５】センサ３３の有効測定体積はたとえば、軸
ＸＳ上で６００ｍｍ、軸ＹＳ上で４００ｍｍ、軸ＺＳ上
で３００ｍｍであり、光検出器は軸ＸＳおよびＹＳ上で
おおむね１．５ｍｍを適用範囲とし、軸ＺＳで０．１０
ｍｍ程度の精度をもつ。軸ＸＳおよびＹＳ上のセンサの
測定寸法は光検出器３３４の平らで長方形の支持体の寸
法に等しく、それによりセンサ３３の作用域が決まる。
【００７６】再度図８について説明する。有関節第２ハ
ンドル３４により、支持体３２すなわち光学センサ３３
に対するカメラ３５の方位が決められる。有関節アーム
３４は、±５μ程度の高精度の不連続の位置決めを採用
するためモータによって駆動される。可能な方位数は典
型的には、数百から千の間である。
【００７７】位置標定カメラ３５は、位置標定座標系
（０Ｒ、ＸＲ、ＹＲ、ＺＲ）をもつＣＣＤカメラであ
る。特にフレーム１の構造の理由から十分な精度では知
りえなかった、固定座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）における
測定位置ＰＭr の座標値（ＸＭrＹＭr 、ＺＭr ）が、
カメラ３５によって正確に決定される。
【００７８】前記で説明したように、センサ３の１つの
測定位置ＰＭr には、フレームの座標系（０、Ｘ、Ｙ、
Ｚ）において座標値が完全にわかっている標的によって
物理的に示されている点を含む少なくとも３つの位置標
定パネル１６e 、１６h 、１６i が、関連づけられてい
る。
【００７９】カメラ３５は３つの位置標定パネルに次々
と向けられる。カメラ３５の光軸と各パネルとの交点
は、座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）における標的の座標値が
わかっているため、座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）における
この交点の座標値により正確に求められる。
【００８０】カメラ３５が３つのパネルに向けられた時
の３つの交点とカメラの方位により、３つのセカント直
線が決まる。実験の結果、カメラ３５と３つの位置標定
パネル１６e 、１６h 、１６i とが、パネルの高さが種
々であることにより実現される同一の面内にない場合、
これら３つの直線がより高い精度で決められることがわ
かった。
【００８１】これら３つの直線の交点は、後に設定する
位置標定座標系の中心０Ｒである。軸ＺＲは、交点のい
ずれか１つと中心０Ｒとを通る直線上にある。軸ＸＲ、
ＹＲは、位置標定直交座標系の第２、第３軸を形成する
ため回転することにより求められる。センサの位置ＰＭ
r については、このようにして位置標定座標系から固定
座標系への第１変換行列ＴＲが完璧に確立される。
【００８２】他方、センサ３３の座標系（０Ｓ、ＸＳ、
ＹＳ、ＺＳ）から位置標定座標系（０Ｒ、ＸＲ、ＹＲ、
ＺＲ）への第２変換行列ＴＲＳは、有関節ハンドル３４
の方位によって確立される。
【００８３】変換行列ＴＲおよびＴＲＳにより、センサ
の座標系において表わされる座標値であって、被測定物
体の表面部分の任意の点の座標値（Ｘs 、Ｙs 、Ｚs ）
を、固定座標系において表わされる点の座標値（ＸF 、
ＹF 、ＺF ）に変換することができる。
【００８４】
【数２】
【００８５】上式においては、行列ＴＲＳと行列ＴＲと
の乗算により、センサ３３の座標系から固定座標系への
変換の第３行列が得られる。
【００８６】変形例においては、支持体３２がラック１
４に堅固に連結され、センサ３３がハンドル３４と同様
の関節をもったハンドルを介して支持体３２に接続さ
れ、カメラ３５がハンドル３４を介して支持体３２に接
続されている。別の変形例においては、測定センサ３は
節をもったハンドルも位置標定カメラ３５も含まない。
センサ３の位置の標定は測定センサ３３により前記と同
様の方法で行われる。この場合、測定センサ３３は交互
に位置標定と被測定物体の測定とに使われる。
【００８７】さらに別の変形例においては、測定センサ
３は、少なくとも５つの超音波変換器であってうち４つ
が２つずつ反対方向に向けられる等水平面内で異なる方
向に向けられ、１つが垂直に下に向けられているような
超音波変換器により、センサ３の移動時に障害物の接近
を検出する衝突防止装置を含む。衝突防止装置は、セン
サ３が障害物から充分な距離を保つよう、測定時間中常
時監視する。衝突防止装置は禁止区域の決定を補完する
もので、段階Ｅ１０では存在しなかったがここでは存在
する障害物がセンサ３の経路上に来る可能性がある場合
には非常に有用である。
【００８８】図１０について説明する。主段階Ｅ３０
は、フレームのラック１４の把握器具１４１にセンサ３
を取り付ける第１段階Ｅ３１を含む。この段階はセンサ
と把握器具との物理的接続と電気的接続、情報処理的接
続を含む。センサ３が取り外しが不可能な方法でラック
１４に連結されている場合には、取り付け段階は実行さ
れない。
【００８９】段階Ｅ３２は測定の初期化である。センサ
３３についての座標系の中心０Ｓが測定位置ＰＭ1 と一
致し、センサと座標系（０Ｓ、ＸＳ、ＹＳ、ＺＳ）の方
位が固定座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）に対する第１位置Ｐ
Ｍ1 の位置ＳＭ1 と方位ＧＭ1 によって決められる方位
となるよう、測定センサ３は取り付け位置から移動し、
経路ＴＣ上の第１測定位置ＰＭ1 に位置決めされる。
【００９０】次に経路ＴＣ上の各測定位置ＰＭ1 〜ＰＭ
R について段階Ｅ３３〜Ｅ３６が実行される。
【００９１】段階Ｅ３３では、測定センサ３が位置ＰＭ
r-1 から位置ＰＭr まで移動する。既に説明したよう
に、この移動は経路ＴＣによって決まり、横断材１３
と、ラック１４と、有関節ハンドル３１との同時または
逐次移動によって実現される。
【００９２】センサ３が測定位置ＰＭr に達すると、お
よそ１０〜２０秒というように所定の時間の経過後、表
面部分の位置標定と測定とが行われる。その際、センサ
は前記時間の経過後もその位置は変わっていないとみな
す。
【００９３】段階Ｅ３４は、図９を参照して説明したよ
うな物体１５の表面部分の測定を行う段階である。
【００９４】段階Ｅ３５は、前記で説明したように位置
標定カメラ３５を順次３つのパネル１６e 、１６h 、１
６i に向けることにより、フレーム１についての固定座
標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）におけるセンサ３３の位置の標
定を行う段階である。
【００９５】変形例においては測定段階と位置標定段階
とが同時に行われ、また別の変形例においては測定の前
に位置標定が行われる。
【００９６】段階Ｅ３６は、段階Ｅ３４で測定された座
標値の座標系をセンサの座標系に変換し、フレームにつ
いての固定座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）において前記座標
値を表わす段階である。この段階は、既に説明したよう
に、測定センサの座標系と、位置標定座標系と、固定座
標系との間の変換の行列計算により行われる。その後、
固定座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）において表わされる座標
値が記憶される。
【００９７】段階Ｅ３７は、センサが経路ＴＣ上の全て
の位置ＰＭ1 〜ＰＭR を走査したかどうかを確認する段
階である。走査が未完の場合には、未完位置について段
階Ｅ３３〜Ｅ３７が実行される。経路ＴＣ全体の走査が
終わると、測定を行う主段階Ｅ３０は終了する。
【００９８】作業者が介入して段階Ｅ３２〜Ｅ３６に変
更を施すことができることが好ましい。その場合、作業
者はとくに、ある表面区域において測定を行わないよう
にするため、幾つかの位置測定をとりやめることができ
る。また、経路ＴＣを、それぞれが被測定物体の一部に
相当する部分経路に分割することも可能である。部分経
路はセンサによって順次走査される。また作業者は、被
測定物体の一部をより正確に測定するため追加の測定位
置を設定することができる。追加測定位置は経路上の２
つの測定位置間に挿入され経路を修正する役目を果たす
か、変形例においては追加経路を形成し本来の経路ＴＲ
の後走査される。
【００９９】すでに説明したように、主段階Ｅ３０の結
果は段階Ｅ４０で処理され物体１５の数学的モデルが決
められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】形状測定センサを具備する、本発明による三次
元測定装置の斜視図である。
【図２】本発明による三次元測定方法の主な段階のブロ
ックダイアグラムである。
【図３】本発明による物体表面ワイヤーフレームの決定
アルゴリズムである。
【図４】本発明による超音波変換器台の略図である。
【図５】固定座標系内の超音波変換器台の位置を示す、
超音波変換器台の斜視略図である。
【図６】本発明による形状測定センサの表面ワイヤーフ
レームと経路の一部の略図である。
【図７】本発明による形状測定センサの経路の決定アル
ゴリズムである。
【図８】本発明による形状測定センサの略図である。
【図９】測定する物体の表面部分の上方にある形状測定
センサの概略線図である。
【図１０】本発明による形状測定アルゴリズムである。
フロントページの続き (71)出願人 595089075 ソラック ＳＯＬＬＡＣ フランス国， 92070 ラ デファンス, ラ デファンス ７， クール ヴァル ミー 11−13番地， イムーブル パシフ ィック (72)発明者 ラウール アンリ ジャン−リューク マ イヤール フランス国， 13320 ブーク ベル エ ール， ドメーヌ ドゥ ラ サル 601 番地 (72)発明者 ミシェル ルキーム フランス国， 13510 エギユ， リュ デ スーリー ６番地 (72)発明者 パスカル ベラミー フランス国， 60300 サンリス， ロン プワン ドゥ マルジェネスト ８番地 (72)発明者 ガブリエル ドゥ スメ フランス国， 95880 アンギャン レ バン， ブールバール デュ ラーク 30 番地

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 −形状測定手段（３）の測定位置（ＰＭ
    1 〜ＰＭR ）を近似的に決定する段階（Ｅ２０）と、 −形状測定手段に関わる座標系内（０Ｓ、ＸＳ、ＹＳ、
    ＺＳ）で座標が表現される物体上の点である被測定物体
    （１５）の表面部分の形状を測定する（Ｅ３３、Ｅ３
    ４）ため、決められた測定位置に次々と形状測定手段
    （３）を位置決めする段階と、 −所定の固定座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）内において、基
    準点合わせ手段（３５）により形状測定手段（３）の各
    前記位置の正確な位置を求める段階（Ｅ３５）と −形状測定手段に関わる前記座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）
    内で表現される表面部分の座標を、固定座標系内で決め
    られる形状測定手段の位置に応じて固定座標系内で表現
    される前記位置の座標に変換する段階（Ｅ３６）とを含
    むことを特徴とする、形状測定手段（３）による物体
    （１５）の表面の三次元測定方法。
  2. 【請求項２】 測定位置を近似的に決定するという段階
    （Ｅ２０）が、 −被測定物体（１５）の表面を表面ワイヤーフレーム
    （Ｍk ）処理する段階（Ｅ１０）と、 −各ワイヤーフレーム（Ｍk ）上において少なくとも１
    つの点（Ｃk ）を選択する段階（Ｅ２２）と、 −前記の少なくとも１つの点（Ｃk ）を通過するワイヤ
    ーフレーム（Ｍk ）に対しほぼ直角な軸（ＡＰk ）を定
    義する段階（Ｅ２３）と、 −ほぼ（ＡＰk ）前記軸上に位置する測定位置（ＰＭ
    k ）を決定する段階（Ｅ２４）とを含むことを特徴とす
    る、請求項１に記載の測定方法。
  3. 【請求項３】 ワイヤーフレーム化の段階（Ｅ１０）
    が、 −距離測定手段（２）を、測定空間（１）内に分布し連
    続している所定の位置（ＰＲm ）に位置決めする段階
    （Ｅ１２、Ｅ１３）と −距離測定手段の所定の各位置について、被測定物体
    （１５）からの前記距離測定手段（２２n ）の距離（Ｚ
    m,n 、Ｚ１m,n ）を測定する段階（Ｅ１２、Ｅ１３）
    と、 −測定された距離に応じて被測定物体（１５）のワイヤ
    ーフレーム（Ｍk ）を決定する段階（Ｅ１４）とを含む
    ことを特徴とする、請求項２に記載の測定方法。
  4. 【請求項４】 ワイヤーフレーム化の段階（Ｅ１０）
    が、 −少なくとも１つの距離測定手段（２２n ）を、物体
    （１５）が静置されている支持体（１１）に平行な面内
    に分布し連続している所定の第１位置（ＰＲm ）に位置
    決め（Ｅ１２）し、所定の各第１位置について物体から
    の距離測定手段の第 １距離（Ｚm,n ）を測定する段階（Ｅ１２）と、−第２
    位置が、所定の間隔内に含まれる物体からの第２距離
    （ＤＭ＋ｍａｘ（Ｚm,1 〜Ｚm,n ）になるよう、第１位
    置（ＰＲm ）および第１距離に応じて第２位置（ＺＰ
    m ）を計算する段階（Ｅ１３）と、 −距離測定手段（２２n ）を第２位置（ＺＰm ）に位置
    決め（Ｅ１３）し、所定の各第２位置について、物体か
    らの距離測定手段の第２距離（Ｚ1m,n）を測定する段階
    （Ｅ１３）と、 −測定された第２距離に（Ｚ1m,n）応じて被測定物体
    （１５）のワイヤーフレーム（Ｍk ）を決定する段階
    （Ｅ１４）とを含むことを特徴とする、請求項２に記載
    の測定方法。
  5. 【請求項５】 さらにワイヤーフレーム化の段階（Ｅ１
    ０）が、形状測定手段（３）の測定位置（ＰＭ1 〜ＰＭ
    R ）が全く存在しない少なくとも１つの空間区域を決定
    する段階を含むことを特徴とする、請求項３または４に
    記載の測定方法。
  6. 【請求項６】 位置標定段階（Ｅ３５）が、 −形状測定手段（３）に連結された位置標定手段（３
    ５）を、固定座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）内において所定
    の少なくとも３つの点に次々と向ける段階と、 −位置標定手段を連続して目的点に向けるため、固定座
    標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）内において位置標定手段（３
    ５）の方位を決定する段階と、 −３点と方位とによって、位置標定に関わる固定座標系
    （０Ｒ、ＸＲ、ＹＲ、ＺＲ）を定める段階と −固定座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）において位置標定座標
    系の第１変換行列（ＴＲ）を求める段階とを含むことを
    特徴とする、前記請求項１から５のいずれか一項に記載
    の測定方法。
  7. 【請求項７】 変換段階（Ｅ３６）が、 −位置標定座標系（０Ｒ、ＸＲ、ＹＲ、ＺＲ）におい
    て、形状測定手段（３）に関わる座標系（０Ｓ、ＸＳ、
    ＹＳ、ＺＳ）の第２変換行列（ＴＲＳ）を求める段階
    と、 −前記第１および第２行列に基づき、位置標定座標系
    （０Ｒ、ＸＲ、ＹＲ、ＺＲ）において形状測定手段
    （３）に関わる座標系（０Ｓ、ＸＳ、ＹＳ、ＺＳ）の第
    ３変換行列（ＴＲＳ×ＴＲ）を求める段階とを含むこと
    を特徴とする、前記請求項１から６のいずれか一項に記
    載の測定方法。
  8. 【請求項８】 −所定の距離測定手段の測定位置（ＰＲ
    m ）について、被測定物体（１５）からの距離測定手段
    の距離（Ｚm,n 、Ｚ1m,n）を測定するための距離測定手
    段（２）と、 −前記距離測定手段（２）を所定の位置（ＰＲm ）に次
    々に位置決めし、次いで、可動形状測定手段（３）が所
    定の位置において被測定物体（１５）の表面部分の形状
    を測定するようにするため、所定の位置測定手段の位置
    （ＰＲm ）と測定距離（Ｚm,n 、Ｚ1m,n）とに応じて前
    記形状測定手段（３）を所定の位置（ＰＭr ）に位置決
    めする手段（１２、１３、１４；３１）と、 −所定の座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）内における形状測定
    手段（３）の位置を求める手段（１６1 〜１６E 、３
    ５）とを含むことを特徴とする、被測定物体に決して接
    触することのない物体の可動測定手段（３）を含む、本
    発明による測定方法を実施するための、物体（１５）の
    三次元測定装置。
  9. 【請求項９】 距離測定手段（２）が、少なくとも１つ
    の超音波変換器（２２n ）を含むことを特徴とする、請
    求項８に記載の測定装置。
  10. 【請求項１０】 距離測定手段が、超音波変換器（２２
    n ）を担持する１つの台（２）か、超音波変換器を各々
    坦持するほぼ直角な２つの台を含むことを特徴とする、
    請求項８に記載の測定装置。
  11. 【請求項１１】 形状測定手段（３）が、被測定物体
    （１５）の表面部分の形状測定用光学センサ（３３）を
    含むことを特徴とする、請求項８から１０のいずれか一
    項に記載の測定装置。
  12. 【請求項１２】 光学センサ（３３）が、平行縞照準
    （３３１）を照明し物体（１５）の各表面部分に次々と
    照準の像を形成させるための光源（３３０）と照準の像
    を検出するための光検出器（３３４）とを含むことを特
    徴とする、請求項１１に記載の測定装置。
  13. 【請求項１３】 位置標定手段が、方向とは無関係な方
    法で測定手段（３）に連結されるビデオカメラ（３５）
    と、固定座標系（０、Ｘ、Ｙ、Ｚ）において座標値がわ
    かっている位置標定目標（１６２e,f ）が前面にあるよ
    うな位置標定用固定パネル（１６1 〜１６E ）とを含む
    ことを特徴とする、請求項８から１２のいずれか一項に
    記載の測定装置。
  14. 【請求項１４】 距離測定手段（２）と形状測定手段
    （３）の少なくとも一方が、前記の、距離測定手段と形
    状測定手段（３）の少なくとも一方の移動時に障害物が
    近くにあることを検出する手段を含むことを特徴とす
    る、請求項８から１３のいずれか一項に記載の測定装
    置。
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