JPS59112211A - 加工物の空間座標決定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、検知電気パルスの位置決定、よフ具体的に言
えば視野内にある加工物の空間座標の決定のだめの高速
走査方法および装置の改善、特に従来知られているもの
よシも高速でしかもより正確な視野内の加工物の空間座
標を与えることができる高速走査方法および装置に関す
る。

〔発明の技術的背景〕

加工物を視野内でとらえ、その位置を決定し、その加工
物に対して作用する機器に指示を与えることができ今装
置は従来から知られている。しかしながらこれらの従来
の装置は、それに用いられているカメラやレーザ走査に
おける具体的な制限から反応が遅い、精度が悪いという
欠点がある〇例えば米国特許第４，１８８，５４４号に
開示されている装置は、木材産業用に設計されたもので
、加工物としての丸太に光源から平面状の光束を照射し
、ビディコン撮像管カメラで丸太表面と平面状光束との
交線を検出することによって丸太を走査するものである
。この＠置では、更に撮像管からの信号を修正するキャ
リブレーション技術が開示されている。この技術によれ
ば、カメラの視野に置かれた既知の三次元参照物体から
の走査信号を、その参照物体についてあらかじめ得られ
ている空間座標と比較することによって得られるキャリ
ブレーション情報をメモリーユニットに貯える。実際の
測定は加工物の走査信号をキャリブレーション走査によ
って得られたキャリブレーション情報と比較することに
よって行なわれる。この従来技術によるシステムでは、
キャリブレーション演算にはメモリーに貯えられた空間
座標のみが用いられる。このため従来装置では貯える空
間座標データの数、精度ともにその分解能に限界を生じ
、キャリプレーン５ン走査中に対応する空間座標を正確
に決定する能力にも限界があった。

米国特許第３，８９５，８７０号および同第３，７９６
，４９２号には、コヒーレント光を加工物の表面に照射
し、ビディコン撮像管カメラで受像する方式の別なシス
テムが開示されている。これらの特許に開示されている
内容は、体の線状ビームと１対の受像部の組合わせか、
あるいは１対の線状ビームと１個の受像部の組合わせに
より、ビームが照射されている物体と受像部のカメラと
の距離を決定するというもので、換言すれば単に距離計
を開示したにすぎない。

米国特許第４，１１１，５５７号には、物体の形状と位
置とを光学的に決定し比較する方法が開示されている。

この方法でも物体は光電受像器によって受像され、電気
パルスに変換され、Ａ−Ｄ変換の後に空間座標データと
して貯えられる。物体が移動したり変形したりした後の
実際の物体に関するデータが、既に貯えられていたデー
タと比較されて物体の位置、形状の変化が決定される。

し４かしこの発明は単に位置、形状の変化を検知するだ
けであり、空間座標を決定する試みすらできない。

米国特許第４，１４６，９２６号にも１本の線状ビーム
と１対の反射光集光手段の組合わせによって、物体の表
面を検知し、参照点についてその位置を決定する方法が
開示されている。

米国特許第４，１１５，８０６号および同第３．９８０
．８１２号の開示内容は電気信号に変換された像の分析
方法に関するものであるが、本発明に係る方法とは異な
り関連性は非常に少ないと考えられる。

米国特許第４，１２６，３９５号には、鏡面上の識別マ
ークの空間的位置を各点の位置として決定する方法が開
示されている。

米国特許第３，４５９，２４６号、同第３，７３６，９
６８号、同第３．７１３７．７００号、および同第３，
９６３，９３８号には非コヒーレント光の光源と光電管
センナとを用いたその他の従来技術に係るシステムが開
示されており、また米国特許第３，７７３，４２２号に
はテレビカメラとレーザ光源とを用い、既知の距離と幾
何的相対関係とによって物体の大きさを計算するシステ
ムが開示されている。

米国特許第３，１８７，１８５号、同第３．５９０．２
５８号、および同第３，６２５，６１８号には、照射光
ビームに対しある８ｖの角度をもった方向から物体を観
測することによって物体の外形表面を決定するシステム
が開示されている。

従来技術忙係ろテレビジミンタイブのセンサとビデオデ
ジタイザとによるシステムには、検知パルスの位置決定
圧おける精度に問題があった。発明におけるパルス重心
の決定方法はこれらの従来技術では用いられていない新
技術である。また本発明では物体の空間座標を正確に決
定するためのキャリブレーション技術の改善された方法
をも含む。

〔発明の目的〕

本発明は、加工物の空間座標を求めるための装置および
方法を提供することをその一般的目的とし、より詳細に
言えば以下のような目的をもつ。

本発明の第１の目的は、視野内に置かれた加工物の空間
座標を従来技術に比べてより正確にかつ高速に決定する
ことができる装置および方法な提供することである。

本発明の第２の目的は、不規則な表面をもつ加工物の全
寸法および視覚的要素の詳細を決定する装置および方法
を提供することである。

本発明の第３の目的は、非常にさまざまな光学的特性を
もった加工物の視覚的要素の詳細を決定する装置および
方法を提供することである。

本発明の第４の目的は、視野内に既知の形状をもつジグ
を設け、このジグの空間座標を記録しておくことなく自
己キャリブレーションができるようにした装置および方
法を提供することである。

本発明の第５の目的は、高価でしかも処理時間がかかる
乗算プロセスを必要とせずに、加算器のような比較的安
価なアナログあるいはデジタル論理回路を用いることに
よってパルスの重心を決定することができる装置および
方法を提供することである。

〔発明の概要〕

本発明はパルス重心の位置決定方法およびその装置、な
らびにこのパルス重心の位置決定方法、またはパルス積
分法を用いて物体の空間座標を決定する高速走査方法お
よび装置に係る。本発明に係る方法はコヒーレント光源
を物体に照射する段階をも含む。コヒーレント光と物体
表面との交線をも含めたその物体の像は、イメージオル
シコン管等の光電変換装置に従来から知られている千渉
フィルターおよびレンズを用いて形成される。光電変換
装置はコヒーレント光源から一定の角度離れた位置で物
体の像を受像する。コヒーレント光の平面状光束と物体
表面との交線はイメージオルシコン管の各水平走査線上
に１つずつの参照パルスを発生させる。各パルスの位置
、特にそのパルスの幾何学平均、即ち重心の位置が決定
されろ。

本願では２つのパルス位置決定法を開示する。

まず第１の方法は一般に「パルス積分法」と呼ばれるも
ので、光電変換装置からの１つの信号パルスをまずサン
プリングし、デジタル化するものである。続いて次のよ
うな方法でパルス積分が行なわれる。まずサンプリング
されたパルスの各標本値を合計する。次に各標本値をそ
れぞれ２倍する。

そして最初の標本値から最後の標本値へ向かって順に（
あるいはその逆向きに順に）、それぞれの標本値の２倍
の値を先に求めた合計値から次々と減算してゆ（。この
ような減算により先に求めた合計値は徐々に減少してゆ
くが、この合計値が０を越えたところでこの減算操作を
中止する。ここでその２倍の値を合計値から減すること
によって合計値がＯを越すことになったところの標本を
基単標本として記録しておく。最後に基単標本値の２倍
の値と減算操作中市時の合計値の絶対値との比を求め、
基単標本の位置にこの比に対応する値を加え（あるいは
減じ）ることによってパルスの重心位置を決定する。

第２の方法は一般に「重心法」と呼ばれるもので、「パ
ルス積分法」と同様に光電変換装置からの１つの信号パ
ルスをまずサンプリングし、デジタル化する。続いて次
のような方法で重心が求められる。まずサンプリングさ
れたパルスの各標本値の合計である第１の合計値が求め
られる。次に各標本値についての巾計値が求められるが
、これはその標本値以前（その標本値も含めて）のすべ
ての標本値を合計した値として求められる。続いて各標
本値についての中１１値すべてを合計した第２の合計値
が求められる。そしてパルスの最後の標本値の位置を記
録しておき、第１の合計値と第２の合計値との比に対応
する値を先に記録した位置から減じることによってパル
スの重心、即ち幾何学平均を決定する。

以上２つの方法では、デジタル論理回路を用いることが
好ましい。もっとも重心法ではアナログ積分器を用いる
ことも可能である。コヒーレント光源、加工物、および
光電変換器のレンズ相互間における角度、距離の関係が
、後述するユニークなキャリブレーション法によって決
定され、この角度、距離の関係によって決まる参照パル
スの幾何学平均、即ち重心が前述したように求まり、こ
れによって加工物の空間座標が決定される。

キャリブレーション技術は光電変換装置の視野内に正確
に形状が決定されたジグを誼くことによって行なわれる
。断面として特異な形状の幾何図形、例えば三角形、が
ジグによって一義的に決定される。接続されたコンピュ
ータには、ジグの空間座標よりはむしろこの幾何図形の
寸法が詳しく記憶される。幾何図形の形は、ジグの平担
な表面に沿って各点を走査し、これらの各点を線で連結
し、このようにしてできた線の交点によって決定される
。これらの交点はジグにそなわっている固有の幾何図形
の頂点を決定することになる。このようにしてその図形
についてあらがじめ記憶されていた寸法を参照して求め
られた幾何図形によって、ジグと同様に光電変換装置の
視野内にある加工物の空間座標Ｘ、Ｙ、Ｚを正確に計算
することが可能になる。ジグの長手方向は光電変換装置
の水平走査線に沿うように配置するのが好ましい。

ただ完全に平行にする必要はない。

以下に添付図面を参照しながら本発明の好ましい一実施
例について詳述する。これによって今まで述べてきた本
発明の種々の特徴、目的、利点がより明らかになるであ
ろう。

〔発明の好ましい実施例〕

本発明の実施例である加工物の空間座標を決定する装置
の−、典型例について第１図のブロック図を用いて説明
する。レーザ１０等の通常用いられる光源に光学系１２
を取りつけ、コヒーレント光の平面状光束を作り、これ
を加工物１４に照射する。第１図で加工物１４として木
材の平板を例にとっているが、加工物としては精密測定
、検査、あるいは加工のためにその空間座標を求めるこ
とが必要とされるあらゆる対象物でよいことは言うまで
もない。従ってここでは木材を加工するという特定の例
について本発明の説明を行なうが、本発明に係る装置は
産業上の種々の制御装置、生産ラインの検査、在庫管理
、医学的なスキャニング等にも何ら制限を受けずに用い
ることができる。また後述するパルス位置決定法も木材
加工の分野以外にも広く応用できる技術である。

イメージオルシコン、ビディコン、ウルトラコン等の撮
像管を光電変換装置１８として用い、これを平面状光源
に対して既知のあらかじめ決定された角度をなすように
配置し、加工物の像をとらえる。この撮像管は、１走査
図形あたり複数の走査線を発生する。この各走査線はそ
れぞれその走査線上に１つの参照パルスをもつ。この参
照パルスは走査線と、加工物に照射されているコヒーレ
ント光の平面状光束との交点に相当する。第１図に示す
ようなビデオ映像器に映してみれば、各走査線の参照パ
ルスによって形成される参照パルス線があられれる。撮
像管の出方信号はビデオデジタイザ２２に入力され、こ
こで各走査線について参照パルスをも含んだサンプリン
グとデジタル化が行なわれる。ビデオデジタイザ２２は
デジタル化された情報を用いて各参照パルスの位置、特
に各パルスの重心、即ち幾何学平均の位置を決定する。

この決定された各パルスの正確ＩＬ位置情報、光学系１
２の視野内に置かれた既知の形状をしたジグと光学系１
２との距離情報、および後述するキャリブレーション技
術によって決定される種々の既知情報は、コンピータに
よって統合され、その結果加工物の空間座標が徐々に決
定される。このようにして決定された空間座標は、材木
切断装置等のユ−ザーが用いる外部装置を制御する別な
コンピュータに入力される。ユーザーが用、いるこのよ
うな装置までは本発明に含まれないが、本発明による出
力がこのような装置を制御するために容易に用いうろこ
とは周知のことである。

本発明の別な一実施例の概略を第２図に示す。

前述の実施例と同様にレーザ１ｏが走査用光源としてコ
ヒーレント光を加工物１４に照射する。２つの別々な、
しかも互いに一定の間隔離れた受像器を有する光学系２
０によって加工物がとらえられ、加工物の２つの像が作
られる。光学系２ｏの中で作られた２つの像は、イメー
ジオルシコン管等の光電変換装Ｒ１８によって受像され
、各走査線に付１対の参照パルスが作られる。これらの
参照パルスは走査線と、加工物に照射されているコヒー
レント光の平面状光束との交点に相当する。第２図に示
すようなビデオ映像器にこの結果を映してみれば、図の
ような１対の参照パルス線となる。前述の実施例と同様
に、１つあるいは複数のビデオデジタイザ２２が２つの
参照パルスを含んだ各走査線をサンプリングし、デジタ
ル化する。このデジタル化された情報は各パルスの重心
、即ち幾何学平均の位置を非常に正確に決定するために
用いられ、更にこの情報は、既知のあるいは計算によっ
て求められたパラメータとともに、第１図の装置に基づ
いてこれから詳述するような方法によって加工物の空間
座標を決定する。

なお第１図および第２図に示すビデオ映像器は、本発明
な実施する上に必要な装置には含まれないことを注記し
ておく。ここではビデオデジタイザに入力される電気信
号を目に見える形にした場合にどのような形になるかを
単に示すためにビデオ映像器を例示したにすぎない。

再び第１図の実施例について説明する。レーザ１０ばこ
の装置の他の要素とは別に、離れて示されており、これ
は本発明においてはこのレーザ１０はその他要素との間
に何らハードウェア的なインターフェースを要さないこ
とを示す。もっとも伺らかのハードウェア的なインター
フェースが用いられるとすれば、レーザな走ｆする場合
のＸ座標を計算するために用いられるレーザの角度検知
器が考えられよう。加工物の上に配置されたレーザ１゜
は、線状のコヒーレント光を発するが、レーザ出力光用
の従来から知られている光学系１２によってこの光は平
面状光束に変換される。本発明の実施にはレーザ以外の
光源を用いることも可能であるが、周囲の光の散乱効果
を防ぐためにレーザを光源として用いる方が好ましい。

コヒーレント光の平面状光束は、空間座標を決定すべき
加工物１４に照射される。図にその一部分が示されるよ
うに、加工物はコンベヤ１６等の上にのせられろ。好ま
しい実施例としては、レーザ１０は動かないように固定
した方がよいのであるが、本発明のまた別な実施例とし
て、加工物を走査するためにレーザを側方にのみ動くよ
うに取り付けてもよい。

光電変換装置１８に用いるレンズは、第１図に示す装置
では加工物を視野内に確保できる程度に適当に選ばれた
通常のレンズを用いているが、その仕事の目的に応じて
種々のものが選ばれる。図には示されていないが、周囲
の光をカットするために、このレンズと光電変換装置と
の間にレーザ干渉フィルタが設けられる。第２図に示す
ような２つの受像器を有する光学系では、加工＠ケ硯野
内に確保できる程度に適当に選ばれた双眼鏡用のレンズ
が用いられる。

第１図に示す光電変換装置は、左から右ヘスイーブを繰
り返し、１つの走査図形あたり複数の走査線を発生する
標遵的閉回路テレビカメラでよい。

このカメラはその装置の仕事の目的による要求に応じて
、高解像度のもの、低解像度のもの、あるいは高感度の
もの、低感度のものを用いることができる。各走査線は
、その走査線と加工物に照射されているコヒーレント光
の平面状光束との交点に対応する参照パルスを含んでお
り、第１図のビデオ映像器に示されるような出力信号を
形成する。

第１図および第２図で１ブロツクとして示したビデオデ
ジタイザ２２を第３図に詳細に示す。このビデオデジタ
イザ２２は、光電変換装置１８の出力であるアナログ信
号を受け、概して言えばこのアナログ信号をサンプリン
グしてデジタル化する。イメージオルシコン管からの１
スイ一ブ分の信号がサンプリングされた後、ビデオデジ
タイザ２２の中のデジタル論理回路によって以下に述べ
るような方法で＠参照パルスの幾何学平均、即ち重心が
決定されろ。ビデオデジタイザ２２の出力は第１図で各
機能を表示した複数のブロックの集まりとじて図式化し
て示されているコンピュータＵに入力される。ビデオデ
ジタイザの出力信号を受けたコンピュータＵは、この信
号を線形化、即ちレーザ光、カメラのレンズ、カメラの
電気的要素等の非線形部分を数学的に補償する。もっと
も、このような補償機能は用いたカメラシステムが結果
に大きな影響を与える程度の非線形像を作り出すような
場合にのみ必要となろう。低品質のレンズを用いた場合
にはかなり正確さが歪められることになろうが、高品質
のカメラとレーザ用レンズを用いれば、このような線形
補償は必要な（なる。

ビデオデジタイザ２２の出力は続いて、加工物の空間座
標を計算するためにキャリブレーションパラメータと結
合される。このキャリブレーションパラメータは、正確
に形状が定められたジグを走査し、このジグの平担な表
面に沿って走査された各点を選択し、これらの点を結ん
で交線を形成させることによって計算される。このよう
にして形成された交線どうしの交点はコンビ、−夕に記
憶される。これらの交点は例えば三角形のようなジグ固
有の幾何図形の頂点を決定するとともに、例えば底辺と
高さのような寸法をも決定する。ジグを走査することに
よって得られた幾何図形と、その図形について記憶され
ている寸法とを結合することにより、キャリブレーショ
ンパラメータは以下に述べる方法によって計算され、加
工物上で走査された各点の位置が正確に決定される。

本発明によって得られる重要な利点、改善点は、求める
べき参照パルスの位置を決定する際の精度が、本発明に
係る装置によって大幅に改善された点である。テレビ放
送等で用いられている典型的なビデオ信号のバンド幅で
は、水平方向解像度はほぼ３００〜５００画素が限度で
ある。本発明に係る装置および方法によれば、潜在的に
利用可能な解像度が２００００画素程度から１００００
００画素程度以上に至るまでのきわめて高い解像度を得
ることができる。

前述したように、光電変換装置によって作られた参照パ
ルスの重心、即ち幾何学平均は、２つの方法のうちのど
ちらか１つによって決定される。

１つはパルス積分法で、パルスの面積を積分によって求
め、この面積を互いに等しくとなりあう２つの部分−分
けるような位置をみつける方法である。もう１つは重心
法で、パルスのサンプリングされた標本値の一重積分値
と二重積分値を求める方法である。ここで−重積分値と
は通常の積分値、即ちパルスのサンプリングされた全標
本値の合計であり、二重積分値とは、後に詳述するが、
−重積分値として求められた巾計をすべて合計したもの
である。二重積分によって得られた値を一重積分によっ
て得られた値で除することによってオフセット値が求ま
り、パルスの最後の標本値の位置からこのオフセット値
を減することによって、パルスの重心が求められる。本
実施例では、パルスの積分を行なう上で、ビデオデジタ
イザの分解能によって制限を受ける閾値が、装置のコン
ピ−タ部分によってあらかじめ設定されている。ビデオ
デジタイザはビデオ信号をサンプリングし、サンプリン
グした値を何倍かに増幅したデジタル信号の標本値を発
生させる。

第１の方法、即ちパルス積分法では、パルスの増幅され
た全標本値はすべてが記憶される。これは本発明によれ
ばこれらの標本値がパルス積分過程で必要とＩよるから
である。どちらの方法においても線形補間あるいは可能
な場合には多項式を用いることになる曲線補間が行なわ
れる。これらの補間により、増幅手段の分解能、サンプ
リングする標本数といった主たる制限を受けながらも、
できうる限りの精度で、パルスの平均を決定することが
できる。どちらの方法も、アナログ回路、ビットスライ
スプロセッサ、ソフトウェアとして具現化されたプロセ
ッサアルゴリズム、あるいはデジタル回路のいずれを用
いても実施できるが、現時点での技術的問題に最も具体
的な解決法を与えるのはデジタル回路を用いる方法であ
ろう。

第３図のブロック図を用いながら、ビデオデジタイザ２
２によって行なわれる第１の方法、即ちパルス積分法に
ついて説明する。ビデオ信号はビデオプリアンプ３０２
に入力され、ここで整合、バッファリングされて、更に
ビデオアナログ信号をデジタル化するＡ／Ｄコンバータ
３０４に入力される。

またこのビデオプリアンプ３０２からの信号は、同期検
出器３０６およびフレーム検出器３０８を経由して、そ
れぞれ各ビデオ走査線のスタート位置における同期パル
スおよびビデオスクリーンの開始点（スクリーン上部）
におけるフレーム（ブランキング）パルスとなる。これ
らのパルスはコンビュ−タ２４へ入力され、ビデオカメ
ラで走査された走査線番号ｐが決定される。同期発振器
３１０は同期パルスを受けて、この同期パルスに同期し
た出力信号を発生する。従ってこの出力信号は、ビデオ
デジタイザ２２内部での論理タイミングとして用いるこ
とができ、また全ビデオ信号のサンプリングにも用いる
ことができる。

一方Ａ／ｂコンバータ３０４はビデオプリアンプ３０２
にバッファーされているビデオ信号をサンプリングし、
その標本値を２進データ（デジタル）（変換する。ビデ
オデジタイザ２２には２つの動作モードがある。即ち（
１）走査モードと、（２）検索モードである。走査モー
ドではデジタイザは、標本値がコンピュータスによって
セットされた設定値以上になった後の各標本値をデジタ
ル化し、精鋼し、記憶する。このようにして標本値が設
定値以下になるまでサンプリングは続けられ、各標本値
は積算（積分）され、記憶される。サンプリングが行な
われている間、カウンタ３２２は同期発振器３１０から
のパルスをＮとしてカウントする。同期発振器３１０か
らのパルスはこのようにカウンタ３２２の内部でカウン
ト値Ｎとしてカウントされるが、この値は与えられた走
査図形の走査線上における対応する標本がサンプリング
されたおおまかな位置に相当する。このおおまかな位置
Ｎ（即ちおおまかなカウント値Ｎ）は続けて得られるよ
り細かい補正要素によってより正確な値となる。以下に
この補正要素について述べる。

全標本値が積算された後、この積算された各標本値はラ
ンダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）　３１４に記憶され
る。積算は加算器３１６によって行なわれ、／＜Ａ／ス
の全標本値の積算合計Σ、即ちそのパルスを代表する全
標本合計値がレジスタ３１７に記憶される。走査モード
中は、レジスタ３１７に記憶されるべき積算合計値が負
になるように、加算器３１６で加算される各標本値の符
号はスケーラ−ａｉｓにより反転されてから加算器３１
６に入力される。

パルスの全標本値の加算が終了すると、システムは検索
モードに切換わる。検索モードではメモＩＪ　−３１４
に記憶されている各標本値の２倍の値が加算器３１６に
よりレジスタ３１７の値にそれぞれ加算されてゆく。走
査毎−ドでは符号反転を行なったスケーラ−３１８は、
検索モードではビデオパルス検出器３２０の制御のもと
に標本値を２倍にする演算を行なう。この２倍の値が加
算器に加えられるごとに、その積算結果であるレジスタ
３１７の内容の符号ビットが検索制御論理回路３２４に
よって調べられる。もしこの符号ビットが正になって（
・たら次の３つの値が記憶される。まずカウンタ３２２
のカウント値ＮがＮレジスタ３２６に記憶される。

次に加算が行なわれた最後の標本値Ａの２倍の値、即ち
２Ａが２Ａレジスタ３２８に記憶される。そして最後に
レジスタ３１７に残った正の数、即ち加算剰余ΣｒがΣ
ｒレジスタ３３０に記憶される。これらの３つの値を次
式に代入することによって各走査パルスの幾何学平均η
が求められる。

Σｒ η−Ｎ−）−−−− Ａ また走査モードから検索モードへの切換時にレジスタ３
１７に残っているパルスの全標本値の合計、即ちパルス
の面積がＢレジスタ３３２に記憶される。

パルス積分法を詳細に考慮して、Ａ／Ｄコンバータ３０
４によって発生できるデジタル出力信号のフルスケール
を利用できるようにＡ／Ｄコンバータの限界を設定して
やることにより、ビデオデジタイザ内に用いられている
固有のＡ／Ｄコンバータから最大限の分解能を得ること
ができる。

以上のパルス積分法をもう一度まとめて述べることにす
る。パルスの立上り部分の大きさが設定値以上になった
ら、ビデオデジタイザ２２は撮像管からの出力信号をサ
ンプリングし、デジタル化する。このデジタル化された
値は、個々にＲＡＭ　３１４に記憶されるとともに、符
号が反転されて負の合計値として互いに加算されてゆく
。パルスを代表する全標本値が個々に記憶され、かつ加
算されたら、ＲＡＭ　３１４　Ｋ記憶された個々の標本
値は順に取り出され、２倍されて加算器３１６によって
負の合計値に加算されてゆく。

即ちパルスを代表する全標本値は一番最初の標本値から
記憶された順番に、あるいは一番最後の標本値から記憶
された逆順に、１つずつ取り出され、２倍され、この２
倍の値が加算器３１６によって合計値に次々と加算され
ていくのである。この操作は加算器３１６の合計値が正
の値になるまで、即ち加算された２倍標本値の合計２Σ
１が、標本値の合計Σを越えるまで続けられる。

加算器３１６０合計がひとたび正になったら、最後に加
算された標本値の位置は、パルスの重心即ち幾何学平均
から１標本区間内にあることは知られている。このよう
にして、Ｎカウンタに残っている対応するカウンタ値（
補間前のＮ）が幾何学平均を決定するための基準標本位
置として用いられる。標本値を２倍して加９してゆく操
作がパルスを代表する全標本値の一番最後の標本値から
行なわれた場合はＮカウンタはｌずつ減少させてカウン
トしていくが、標本値を２倍して加算していく操作がパ
ルスを代表する全標本値の−＠最初の標本値から行なわ
れた場合は、Ｎカウンタはその一番最初の標本値に対応
する値にリセットされ、そこから１ずつ増加させてカウ
ントしていくこと圧なる。基準標本位置、即ちＮカウン
タの値の補間補正は、加ｑ、器３１６に残っている最終
合計である加算剰余Σｒと、２倍して加算器の合計に２
Ａとして加算された最後の標本値Ａとを用いて計算され
る。ａち、加算剰余Σ、を最終加算標本値の２倍である
２Ａで除することによって補間量が求まる。従ってパル
スの重心、即ち幾何学平均ηは次式で求まる。

Σｒ η−Ｎ±□ Ａ ここで、２倍加算がパルスの最初の標本値から順に行な
われた場合は、補間値Σｒ／２ＡはＮに加算され２倍加
算がパルスの最後の標本値から逆順に行なわれた場合は
、補間値Σｒ／２ＡはＮから減算される。

Ｎに補間値を加減することによって幾何学平均が求まる
ことは、Σｒが加算器３１６に加えられた最後の数、即
ちその加算によって合計が幾何学平均を超えることにな
った最終加算標本値の２倍の値に対する比例配分値に対
応することを考えれば明らかである。このようにして、
補間値Σｒ／２Ａを最終加算標本値の位置を示すＮカウ
ンタ値に加減することによって、幾何学平均の正確な位
置が決定される。この場合のデジタル分解能はＭｘ２Ａ
’で与えられる。ここでＭは１本の走査線を構成する標
本数、Ａ′は１つの標本値に許される最大デジタル段階
数である。例えば８ビツトのＡ／Ｄコンバータを用いた
場合、１つの標本値に許される最大デジタル段階数は２
５６である。従って８ビツトの’／Ｄコンバータを用い
、３０ＭＨ２のサンプル周期でサンプリングを行なうと
（Ｍ＝−１７００）、ＭＸ２Ａ’−８，７０ｘ　１０　
　となる。

次に前述したビデオデジタイザ２２にかえて用いること
ができるビデオデジタイザ２３によって行なわれる重心
法について第１２図に示すブロック図を参照しながら説
明する。前述のパルス積分法と同様に、ビデオ信号はビ
デオプリアンプ４０２に入力され、ここで整合、バッフ
ァリングされて、更に’Ａ　コンバータ４０４へ入力さ
れる。またこのビデオプリアンプ４０２からの信号は、
同期検出器４０６およびフレーム検出器４０８を経由し
て、それぞれ各ビデオ走査線のスタート位置における同
期パルスおよびビデオスクリーンの開始点（スクリーン
上部）におけるフレーム（ブランキング）パルスとなる
。これらのパルスはコンピュータ２４へ入力され、光電
変換装置１８で走査された走査番号Ｐが決定される。同
期発振器４１０は同期パルスを受けて、この同期パルス
に同期した出力信号を発生する。従ってこの出力信号は
、ビデオデジタイザ２３内部での論理タイミングとして
用いることができ、また全ビデオ信号のサンプリングに
も用いることができる。

一方Ａ／Ｄコンバータ４０４はビデオプリアンプ４０２
にバッファーされているビデオ信号をサンプリングし、
その標本値を２進データ（デジタル）に変換する。第１
１！Ｉｆｇ器４１６は、標本値がコンピュータ２４によ
ってセットされた設定値以上になった後の各標本値を合
計する。このようにして標本値が設定値以下になるまで
サンプリングは続けられ、各標本値はＭ’Ａ、Ｃ積分）
される。これが第１の合計値である。第２の合計値は第
１の加算器４１６によって各標本値を加算するごとに得
られろ各中計値を、それぞれ第２加算器４１８で合計す
ることによって求められる。

サンプリングが行なわれている間、カウンタ４２２は同
期発振器４１０からのパルスなＮとしてカウントする。

同期発振器４１０からの各パルス、即ちカウンタ４２２
におけるカウント値は、ビデオ信号の標本１つ１つに対
応する。カウンター４２２のカウント値Ｎは、また与え
られた走査線上での対応する標本値の位置を示すことに
もなる。同期発振器の周波数は高くすれげする程、精度
および分解能が向上する。

パルスを代表する全標本値がサンプリングされると、こ
れら標本値の合計値が第１加算器４１６にストアされ、
この全標本値、即ち、パルスを代表する全標本値の積算
合計Σは第２レジスタ４１９に記憶される。第２加算器
４１ｇおよびその出力を受ける第２レジスタ４１９には
、パルス標本値の中計値の合計、即ち標本列の二重積分
の値が入れられる。パルスの全標本値の加算が終了する
と、加算およびカウント操作は停止する。そして以下の
３つの値が記憶される。まずカウンタ４２２のカウント
値ＮがＮレジスタ４２６に配憶される。次に第２レジス
タ４１９の値が工２レジスタ４２８に記憶される。

そして最後に第１加算器４１６の値が工ルジスタ４３０
に記憶されろ。これら３つの値を次式に代入することに
よって各走査パルスの幾何学平均ηが求められる。

本実施例でも、また正確なパルス位置決定を要求される
他の実施例でも、古典的な重心方程式を用いることがで
きる。パルスの大きさを示す関数をｆ　（ｔ）とすれば
、重心方程式の連続形式は次式で表わされる。

離散的なシステムでは、上記方程式は以下のとおりとな
る。

この重心法は、比較的標本数が少ないパルスについては
、前に説明したパルス積分法に比べて著しく有利である
ことが確認された。この重心法を用いる唯一の問題点は
、パルス積分法と同じ演算速度で同じ経済性をもって、
ｉｆｌという項を演算することが困難である点である。

この問題点は重心方程式を乗算のない形に変形し、演算
速度、コストともに著しく削減することによって解決す
ることができる。この変形方法を第１３図に示すデータ
配列を参照しながら説明する。このデータ配列は次の３
つの特徴をもっている。

（１）全配列要素の合計： （ｎ＋ｉ）ｉｆｌ ００ （２）斜線より下の全配列要素の合計：Σｉｆ１ ０Ｏ （３）斜線より上の全配列要素の合計 よって、 （ｎ＋ｘ）Σｆ１−Σｉｆ１＋Σ　Σｆｊ１＝０　　　
　１４　　　　　１りＯｊ＝０また、 Σｉｆ１−　（ｎ＋ｔ　）Σ　ｆｌ−Σ　Σ　ｆｊ１＝
０　　　　　　　　　　１地０　　　１補　ｊ−０従っ
て重心方程式は次式のように変形できる。

ここで ｉｆｌ １謬Ｏ を求める演算はパルスの標本値を加算することによって
求まる。第１３図の斜線より上の配列要素の横の各中計
値は、第１加算器４１７で得られ、工ルジスタ４３０に
逐次記憶される。従ってこれらの中計値を単に合計する
ことにより、 が求まる。この値は第２加算器４１９で得られ、工２レ
ジスタ４２８に記憶される。このように比較的安価な２
つの加算器を用いるだけで、標本値から次の標本値へと
オンライン演算が可能になる。パルスの重心を求めるに
は、サンプリング終了後、による除算を行なえばよい。

上述した１つあるいはい（つかの方法を用いて、必要と
される程度の分解能で各参照パルスの幾何学平均即ち重
心がひとたび決定されると、この装置のコンピータ部分
が得られた幾何学平均を光学系とジグとの距離のような
既知のパラメータと比較し、加工物の空間座標を計算す
る。

キャリブレーションに必要なパラメータを決定する場合
、第４図乃至第１１図に示すような精密な形をもったジ
グ９０００１つを用いる。このジグは、従来技術で用い
られていたように記憶された空間座標として用いるより
はむしろ計算を行なうための参照基準として用いられる
。第８図乃至第１１図に示すように、ジグの表面の平面
に沿って走査された複数のパルス中心点９０１が選択さ
れ、これらの点を結ぶ複数の直線９０２が形成される。

このようにして形成されたこれらの直線の交点９０４は
、第９図および第１０図に示される三角形９０５のよう
な幾何図形の頂点を決定する。このようにして形成され
た図形の特定の寸法、即ち三角形の底辺と高さとがコン
ピュータに記憶される。頂点９０４の空間座標はコンピ
ュータによって知る事はできない。またこれらの頂点は
第８図乃至第１１図に示すようにジグの表面にある必要
はなく、ジグの好ましい形としてはむしろ表面にない方
がよい。

第８図及び第９図に系すジグ９００は、低コストで、成
形が容易で、異物がたまらないという点でジグとして好
ましい形である。第８図及び第９図のジグ９００に形成
されているスロット９０８は、切りかす、小さな木片、
その他の破片をジグ内から落とす役目をし、他の形のジ
グに比べて走査される表面を汚れのない状態に保つこと
ができる。更に第８図及び第９図に示すジグ９００は、
加工物の支持体表面に容易にかつ安価に形成させること
ができる。即ち表面に何ら障害物を設けることな（、図
示されたコンベヤ１６の上面に設けることができる。こ
のように加工物の支持体表面にジグを形成させるという
ことは、またジグの加工物の支持体に対する相対位置を
高精度で保証することにもなり、計算を容易にし、精度
の改善が行なえる。

ジグを走査することによって得られた情報をもとに、コ
ンピュータによって求められたジグ固有の幾何図形は、
あらかじめコンピュ・−夕に記憶されている図形の各寸
法と比較される。この幾何図形の頂点の１つが座標０，
０，０の点として三次元座標系の原点として定義される
。座標系の原点として選ばれた頂点は、コンベヤ１６と
の相対位置が決定され、この相対位置はコンピュータ２
４に取り込まれ、その座標系において加工物の表面の各
点の位置が正確に決定される。当然ながら、ジグが加工
物の支持体表面、即ちコンベヤ１６の表面に形成されて
いた場合には、このジグの相対位置は固定されコンピュ
ータにあらかじめプログラムされることになる。幾何図
形の１つあるいは複数の他の頂点がこの座標系において
決定される。この座標系で決定された各点は、原点を含
めて後述する式において設定されるキャリブレーション
パラメータの計算に用いられることになる。

ジグの空間座標を記憶する分解能に避けられない制限を
受けていた従来装置に比較して、本発明に係る装置では
、このようなユニークな方法によりその精度が著しく改
善される。本発明によれば、光学走査器がどこを向いて
いようが、ジグがカメラの視野内にある限りキャリブレ
ーションを行なうことができろ。ジグの長手方向の軸は
コンベヤ１６の長手方向の軸に向けた方が、加工物の空
間座標の計算を単純にする上で好ましいが、こうするこ
とが必要であるわけではない。

ＹＺ座標の計算には４つのパラメータを計算するキャリ
ブレーション手段が用いられる。加工物の各点のＹおよ
び２空間座標の計算には次式が用いられる。

Ｙ”Ｋｔ　ＣＰ−Ｐ’　）　（Ｚｏ−２）　−Ｋ２また
Ｘ空間座標の計算は次式で行なわれる。

Ｘ巨Ｚ　ｔａｎβ ここでη０．η。、Ｋｌｌ、に２およびＰｌはキャリブ
レーションによって計算されるパラメータ、ηおよびＰ
はデジタイザによってコンピュータに送られるパラメー
タ、ｚｏはカメラとキャリプレーシコンジグとの距離に
等しい定数、またβはレーザのカメラに対する角度であ
る。ジグの表面の各点についてのデータをサンプリング
するために精密に成形されたキャリブレーションジグと
ビデオデジタイザとが用いられ、前述したように三次元
座標系での各点が決定される。

上述の式を移項し、この移項した式を各パラメータにつ
いて解くために幾何図形の頂点についての既知の位置座
標を用いることによって、４つのパラメータ（η０．η
〜、Ｋｌおよびに２）を高精度で決定することができる
。

第８図乃至第１１図に示すジグを用いる場合、コンピュ
ータはジグのＺ、、、Ｑ面９０６（第５図のジグでも破
線として示されている。）の位置を指示される。これに
よってシステムはジグの平担な表面にサンプル点を選ぶ
ことができる。ジグの平担な表面上（即ちジグの表面ど
うしの交差部分を除いたジグ表面上）に、２またはそれ
以上のサンプル点９０１が選ばれ、コンピュータによっ
てこれらの各点を連結した線９０２が形成される。そし
てこれら選択点から形成される複数の線９０２の交点９
０４が決定される。続いて図形の各頂点としての視覚上
の各点で構成された特定の幾何図形についてのあらかじ
め記憶されている寸法と、これらの各交点９０４が比較
される。座標系はこれら頂点のうちの１つを原点として
とられ、残りの頂点はこの座標系のもとに正確に定義さ
れる。この座標系での原点を含めたこれら既知の点は、
上述したＹおよび２に関する方程式を移項した式に用い
られ、これら方程式を連立して解（ことによってη。、
ηつ。

Ｋｏおよびに２が計算される。このようにして、本発明
に係る装置では、ジグ表面の各点の空間座標を記憶する
ことなしにキャリプレートが行なえる。

４つのパラメータは周期的に、あるいは上述したように
連続的に決定することができる。

以上、高速かつ高精度で加工物の位置を決定させること
ができる従来知られていなかった新規でユニークな方法
および装置について述べてキタワけである。しかしなが
ら、当業者であれば本発明の精神、本質的特徴からはず
れないような、上述してきた特定の実施例以外の実施例
、実施態様として本発明の実施を行ない得ることは明ら
かである。上述した高速走査装置の特定の実施例は、あ
らゆる点で説明のためだけのもので、何ら制限を与える
ものではないと考えるべきである。従って本発明の主旨
は前述してとだ実施例によって何ら制限を受けろもので
はなく、特許請求の範囲に記載したとおりのものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る加工物の空間座標を決定する典型
的な装置の一実施例のブロック図、第２図は一対のレン
ズをもつカメラを用いた本発明に係る加工物の空間座標
を決定する典型的な装置の別な実施例のブロック図、第
３図は本発明に係る典型的なビデオデジタイザのブロッ
ク図、第４図は本発明に用いることのできる典型的なキ
ャリブレーションジグの側面図、第５図は第４図に示し
たジグの斜視図、第６図は本発明に用いることのできる
キャリブレーションジグの別な実施例の側面図、第７図
は第６図に示したジグの斜視図、第８図は加工物の支持
体表面に形成された好ましいキャリブレーションジグの
一例の斜視図、第９図は第８図に示す好ましいキャリブ
レーションジグの切断線９−９によって切断した断面図
、第１０図は第６図に示すジグを改良したジグの側面図
、第１１図は第１Ｏ図に示したジグの斜視図、第１２図
は本発明に用いることができるビデオデジタイザの別の
好ましい一例のブロック図、第１３図はデジタル化した
パルスの代表値データの配列を示すグラフである。 １０・・・レーザ、１２・・・光学系、１４・・・加工
物−１６・・・コンベヤ、１８・・・光電７に換装置、
２０・・・光学系、９００・・・ジグ。 出願人代理人　　　猪　　股　　　　清手続補正書（方
式） 昭和郭年り２月／２日 特許庁長官　　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和間作特許願書１４８８８２号 ２、発明の名称 加工物の空間座標決定方法 および装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ステイーブン、ジエームズ、ホワイト 昭和５８年１１月８　日 図　　　面 ８、補正の内容 図面の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、以下に掲げる段階からなる加工物の空間座標決定方
   法。 （ａ）光源から平面状光束を前記加工物および固有の幾
   何図形を形成しているジグに照射する段階。 （ｂｌ前記ジグの固有な幾何図形の寸法を記憶しておく
   段階。 （０）前記加工物、ジグ、および光源から離れた位置で
   、前記平面状光束と前記加工物およびジグとの交線を電
   気的に視察し、この視察位置と前記ジグとの距離および
   前記平面状光束との相対的角度をあらかじめ求めておく
   段階。 （ｄ）前記電気的視察によって形成される電気的な像を
   複数の水平走査線に沿って走査し、前記平面状光束が前
   記加工物またはジグを照射および交差する点に対応する
   参照パルスを、前記各走査線が有するようにする段階。 （ｅ）選択された走査線上の参照パルスの重心を決定す
   る段階。 （ｆ）前記ジグの固有な幾何図形を用いてキャリブレー
   ションパラメータを計算する段階。 （ｇｌ前記参照パルスの重心、前記キャリブレーション
   パラメータ、および前記視察位置と前記ジグとの距離を
   用いて加工物の空間座標を計算する段階。 ２、平面状光束と加工物との交線を電気的に視察する段
   階の前に、前記平面状光束とジグとの交線を電気的に視
   察する段階、形成された像を走査する段階、およびキャ
   リブレーションパラメータを計算する段階を行なう特許
   請求の範囲第１項記載の加工物の空間座標決定方法。 ３、キャリブレーションバラメ・−夕を計算する段階が
   、複数の加工物の空間座標の計算のあい間に断続的に行
   なわれる特許請求の範囲第１項記載の加工物の空間座標
   決定方法。 ４、計算された加工物の空間座標を、加工物に作用する
   他の装置を指示するために用いる付加的な段階を有する
   特許請求の範囲第１項記載の加工物の空間座標決定方法
   。 ５、平面状光束と加工物およびジグとの交線を電気的に
   視察することによって形成される電気的な像を走査する
   段階が、前記電気的な像の信号をサンプリングし、その
   標本値をデジタル化する段階を有する特許請求の範囲第
   １項記載の加工物の空間座標決定方法。 ６・参照パルスの重心を決定する段階が、前記パルスに
   ついての最初の標本値から最後の標本値までを加え合わ
   せて第１の合計とし、前記第１の合計を求めるための各
   加算後の各巾計値をそれぞれ加え合わせて第２の合計と
   し、前記第２の合計を前記第１の合計で除し、前記最後
   の標本から前記除算の結果に対応する数だけ戻った標本
   の位置を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の加工物
   の空間座標決定方法。 ７、以下に掲げる段階からなる加工物の空間座標決定方
   法。 （ａ）光源から平面状光束を前記加工物および固有の幾
   何図形を形成しているジグに照射する段階。 （１））前記ジグの固有な幾何図形の寸法を記憶してお
   （段階。 （ｅ）前記加工物、ジグ、および光源から離れた位置で
   、前記平面状光束と前記加工物およびジグとの交線を電
   気的に視察し、この視察位置の前記ジグからの距離およ
   び前記平面状光束との相対角度をあらかじめ求めてお（
   段階。 （（１）前記電気的視察によって形成される電気的な像
   を複数の水平走査線に沿って走査し、前記平面状光束が
   前記加工物またはジグを照射および交差する点に対応す
   る参照パルスを、前記各走査線が有するようにする段階
   。 （＋３１選択された走査線上の参照パルスの幾何学平均
   を決定する段階。 （ｆ）前記ジグに固有な幾何図形を用いてキャリブレー
   ションパラメータを計算する段階。 （ω前記参照パルスの幾何学平均、前記キャリブレーシ
   ョンパラメータ、および前記視察位置と前記ジグとの距
   離を用いて加工物の空間座標を計算する段階。 ８、平面状光束と加工物との交線を電気的に視察する段
   階の前に、前記平面状光束とジグとの交線を電気的に視
   察する段階、形成された像を走査する段階、およびキャ
   リブレーションパラメータを計算する段階を行なう特許
   請求の範囲第７項記載の加工物の空間座標決定方法。 ９、キャリブレーションパラメータを計算する段階が、
   複数の加工物の空間座標の計算のあい間に断続的に行な
   われる特許請求の範囲第８項記載の加工物の空間座標決
   定方法。 １０、計算された加工物の空間座標を、加工物に作用す
   る他の装置を指示するために用いる付加的な段階を有す
   る特許請求の範囲第７項記載の加工物の空間座標決定方
   法。 １１、平面状光束と加工物およびジグとの交線を電気的
   に視察することによって形成される電気的な像を走査す
   る段階が、前記電気的な像の信号をサンプリングし、そ
   の標本値をデジタル化する段階を有する特許請求の範囲
   第７項記載の加工物の空間座標決定方法。 比選択された走査線の参照パルスの幾何学平均を決定す
   る段階が、以下の各段階からなる特許請求の範囲第１１
   項記載の加工物の空間座標決定方法。 （ａ）各パルスの下側部分の実効面積を求めるために全
   標本の合計値を計算する段階。 （ｂ）各標本値の２倍の値を一番最初の標本から順に積
   算していき、この積算値が前記全標本の合計値と等しく
   なるかあるいは前記全標本の合計値を超えるまで前記積
   算を続け、最後に積算を行なった標本を基準標本とする
   段階。 （０）前記基準標本を求める段階において、前記積算値
   が前記全標本の合計値を超えたときの超過分と、前記基
   準標本値の２倍の値との比を計算することによって補間
   要素を決定する段階。 （（１）前記補間要素を前記基準標本位置に加えて前記
   基準標本位置に補間を施し、前記パルスの幾何字平均を
   決定する段階。 １３．選択された走査線の参照パルスの幾何学平均を決
   定する段階が、以下の各段階からなる特許請求の範囲第
   １１項記載の加工物の空間座標決定方法。 （ａ）各パルスの下側部分の実効面積を求めるために全
   標本の合計値を計算する段階。 （１））各標本値の２倍の値を一番最後の標本から逆順
   に積算していき、この積算値が前記全標本の合計値と等
   しくなるかあるいは前記全標本の合計値を超えるまで前
   記積算を続け、最後に積算を行なった標本を基準標本と
   する段階。 （０）前記積算値が前記全標本の合計値を超えたときの
   超過分と、前記基準標本値の２倍の値との比を計算する
   ことによって補間要素を決定する段階。 （（１）前記補間要素を前記基準標本位置から減じて前
   記基準標本位置に捕間な施し、前記パルスの幾何学平均
   を決定する段階。 １４、　　以下に掲げる段階からなる加工物の空間座標
   決定方法。 （ａ）光源から平面状光束を固有の幾何図形を形成して
   いるジグに照射する段階。 （１））前記幾何図形の寸法を記憶しておく段階。 （Ｃ）以下の手順に従ってキャリプレーン１ンパラメー
   タを決定する段階。 （１）前記平面状光束に対し既知の距離、既知の角度か
   ら、前記平面状光束と前記ジグとの交線を電気的に視察
   し、 （２）前記電気的視察によって形成された電気的な像を
   走査し、前記平面状光束と前記ジグとの交線に対応する
   参照パルスをもつ走査線をつ（す、 （３）前記参照パルスの中心を決定し、（４）前記幾何
   図形の記憶されている寸法および前記参照パルスの中心
   を用いてキャリブレーションパラメータを決定する。 （ｄ）加工物に平面状光束を照射する段階。 （ｅ）前記ジグを視察した位置と同じ位置から前記平面
   状光束と前記加工物との交線を電気的に視察する段階。 （ｆ）前記電気的視察によって形成された電気的な像を
   走査し、前記平面状光束が前記加工物を照射する点に対
   応する参照パルスをもつ走査線をつくる段階。 （ω前記参照パルスの中心を決定する段階。 （ｈ）前記加工物についての前記参照パルスの中心、前
   記キャリブレーションパラメータ、および前記ジグと視
   察位置との既知の距離を用いて、前記加工物の空間座標
   を計算する段階。 １５、平面状光束と加工物およびジグとの交線によって
   形成される電気的な像を走査する段階が、複数の水平走
   査線に沿って走査を行ない、前記平面状光束を前記加工
   物またはジグに照射し、その交点に対応する参照パルス
   を各走査線が有するようにする段階を含む特許請求の範
   囲第１４項記載の加工物の空間座標決定方法。 １６、形成された電気的な像を走査する段階が、前記像
   をデジタル化する段階を含む特許請求の範囲第１５項記
   載の加工物の空間座標決定方法。 １７、固有の幾何図形を形成するジグと、加工物および
   前記ジグに平面状光ビームを照射する装置と、 前記ビームと前記ジグおよび前記加工物との交点群を視
   察するための、前記ジグから既知の距離だけ離れて位置
   し、かつ前記平面状光ビームに対して既知の角度をもっ
   て位置する光電変換装置と、 との光電変換装置からの出力信号をデジタル化して前記
   光ビームと前記ジグおよび前記加工物との交点群の位置
   を決定するビデオデジタイ・ザ装置と、 前記幾何図形の寸法および前記光ビームと前記ジグとの
   交点群の位置を用いてキャリブレーションパラメータを
   計算するために前記幾何図形の寸法を記憶する装置を有
   するとともに、前記キャリブレーションパラメータ、前
   記光ビームと前記加工物との交点群の位置、前記光電変
   換装置と前記ジグとの既知の距離を用いて前記加工物の
   空間座標を計算する装置を有するコンピユータ装置と、 をそなえて加工物を高速走査する加工物の空間座標決定
   装置。 ｌ＆ビデオデジタイザがデジタル回路で構成されている
   特許請求の範囲第１７項記載の加工物の空間座標決定装
   置。 １９、イメージオルシコン管に１対の像を結ばせる双眼
   レンズを有する光学系をそなえた特許請求の範囲第１７
   項記載の加工物の空間座標決定装置。 ２０、加工物がほぼ平坦な表面によって支持され、ジグ
   が前記平坦な表面内に形成された特許請求の範囲第１７
   項記載の加工物の空間座標決定装置。 ２１、光電変換装置が平面状光束のつくる平面に対して
   既知の角度をもって位置する特許請求の範囲第１７項記
   載の加工物の空間座標決定装置。 ２２、ジグが平坦な表面より完全に下側に形成され、加
   工物の支持体を貫通するような開口部を有し、ジグ自身
   で自己清掃できるようにした特許請求の範囲第加須記載
   の加工物の空間座標決定装置。 ２３、平坦な表面が加工物を運ぶためのコンベヤの上面
   からなる特許請求の範囲第２２項記載の加工物の空間座
   標決定装置。 ２４、平面状光束を加工物に照射し、前記平面状光束と
   前記加工物との交線を、前記加工物から一定の距離をも
   ち、かつ前記平面状光束に対して既知の角度をもって雀
   か°れた電気信号を発生する光電変換装置によって視察
   し、しかも以下に揚げる段階を有する加工物の空間座標
   決定方法。 瞥）前記平面状光束の照射範囲内、かつ前記光電変換装
   置の視野範囲内に、固有の幾何図形を形成する精密な形
   状をもったジグを置く段階。 （ｂｌ前記ジグによって形成される前記固有の幾何図形
   の寸法を記憶する段階。 ＋０１前記平面状光束と前記ジグとの交点群を決定する
   ため、前記光電変換装置によって発生した電気信号を処
   理する段階。 ａ）前記ジグの平坦な表面への前記平面状光束の投射、
   に対応する一群の点を選択する段階。 （θ）選択された前記一群の点を複数の直線によって連
   結し、この複数の直線どうしの交点にょって前記ジグの
   前記固有な幾何図形の各頂点を形成する段階。 ぽ）前記複数の直線の各゛交点を基準として座標系を定
   義する段階。 ＠）前記座標系によって、前記複数の直線の各交点を定
   義する段階。 ｌｈｌ前記座標系によって定義された前記各交点を基準
   トシてキャリブレーションパラメータを計算する段階。 （ｉｌ前記加工物への前記平面状光束の投射に対応する
   参照点を発生する段階。 Ｃｊ）前記キャリブレーションパラメータを、ｘ。 Ｙ、Ｚ座標に関する方程式に適用し、前記座標系におい
   て前記参照点の位置を計算し、前記加工物の表面の各点
   の空間座標を決定する段階、２５、平面状光束を加工物
   に照射し、前記平面状光束と前記加工物との交線を、前
   記加工物から一定の距離をもち、かつ前記平面状光束に
   対して一定の角度をもって実際上置かれた電気信号を発
   生する光電変換装置によって視察し、しかも以下に揚げ
   る段階を有する加工物の空間座標決定方法。 （ａｌいくつかの頂点を有する固有の幾何図形を形成す
   る精密な形状をもったジグに前記平面状光束を照射する
   段階。 （ｂｌ前記ジグによって形成された前記固有の幾何図形
   の寸法を記憶する段階。 （Ｃ１前記光電変換装置によって前記ジグを走査する段
   階。 用前記平面状光束と前記ジグとの交点群を参照点として
   決定する段階。 （ｅｌ前記参照点を処理して前記幾何図形の各頂点を確
   認する段階。 ｔｊ：ｌ前記各頂点を基部として座標系を定義する段階
   Ｏ Ｑ）前記座標系において前記各頂点の位置を決定する段
   階。 （５）前記座標系において、前記各頂点の位置を基準と
   して中ヤリブレーションパラメータを計算する段階。 【１）前記光電変換装置によって、前記加工物を走査す
   る段階。 （ｊｌ前記平面状光束と前記加工物との交点群を参照点
   として決定する段階。 （３）前記キャリブレーションパラメータを用いて、前
   記座標系において、前記加工物上の前記参照点の位置を
   計算する段階。 ２６、段階（ｅｌが次の各段階を有する特許請求の範囲
   第２５項記載の加工物の空間座標の決定方法。 α）平面状光束とジグの平坦な表面との交点群を選択す
   る段階。 （ロ）段階ＣＬＩで選択された各点を複数の直線で連結
   し、この複数の直線どうしの交点によって幾何図形の各
   頂点を位置づける段階。 ２７、段階（Ｃ１および（１）のそれぞれが、次の各段
   階を有し、 ね）光電変換装置によって発生された信号レベルをサン
   プリングする段階。 （ｏ１段階偵）で得られた標本値をデジタル化する段階
   Ｏ かつ段階１（１）および（ｊ）のそれぞれが、次の各段
   階を有する特許請求の範囲第２６項記載の加工物の空間
   座橢の決定方法１゜ ｔｐ）各標本値の２倍の値を一番最初の標本から順に積
   算してゆき、この積算値が前記全標本の合計値と等しく
   なるかあるいは前記全標本の合計値を超えるまで前記積
   算を続け、最後に積算を行なった標本を基準標本とする
   段階。 員段階中）において、前記積算値が前記全標本の合計値
   を超えたときの超過分と、前記基準標本値の２倍の値と
   の比を計算することによって補間要素を決定する段階０ １ｒｌ前記補間要素を前記基準標本位置に加えて前記基
   ｍｓ不位置に補間を施し、前記パルスの幾何学平均を決
   定する段階。 ２８、段階（Ｃ１および（１）のそれぞれが、次の各段
   階を有し、 （Ｊｌ）光電変換装置によって発生された信号レベルを
   サンプリングする段階。 （０）段階ね１で得られた標本値をデジタル化する段階
   Ｑ かつ段階ａ）および（ｊｌのそれぞれが、次の各段階を
   有する特許請求の範囲第２６項記載の加工物の空間座標
   の決定方法。 （ｐｉ各標本値の２倍の値を一番最後の標本から逆順に
   積算してゆき、この積算値が前記全標本の合計値と等し
   くなるかあるいは前記全標本の合計値を超えるまで前記
   積算を続け、最後に積算を行なった標本を基準標本とす
   る段階。 （ｑ１段階中）において、前記積算値が前記全標本の合
   計値を超えたときの超過分と、前記基Ｓ標本値の２倍の
   値との比を計算することによって補間要素を決定する段
   階。 （ｒｌ前記補間要素を前記基準標本位置から減じて前記
   基準標本位置に補間を施し、前記パルスの幾何学平均を
   決定する段階。 ２９、パルス信号をサンプリングする段階と、このサン
   プリングの結果の標本値をデジタル化し、前記各標本値
   を代表するデジタル量を発生する段階と、 前記各デジタル量を順に加算して総和を求めてこれを第
   １の合計とし、前記デジタル量を順に加えてゆく段階で
   生じる巾計をそれぞれ加算して総和を求めてこれを第２
   の合計とする段階と、 前記第２の合計を前記第１の合計で除してオフセット長
   を求め、前記パルス信号の最後の標本位置から前記オフ
   セット長だけ戻った位置として前記パルス信号の重心を
   決定する段階と、を有するパルス信号の重心の決定方法
   。 ３０、第１の合計および第２の合計がデジタル加算器を
   用いて得られる特許請求の範囲第２９項記載のパルス信
   号の重心の決定方法。 ３１、信号を電気的に検知する段階と、パルスを含んだ
   前記信号の１周期にわたって前記信号をアナログ積分器
   により積分し、その結果を第１の合計とする段階と、 前記第１の合計をアナログ積分器により更に積分し、そ
   の結果を第２の合計とする段階と、前記第２の合計を前
   記第１の合計で除することにより、前記信号の１周期の
   最後の位置と前記パルスの重心の位置との時間的距離に
   比例した信号をつくる段階と、 を有するパルス信号の重心の決定方法０