JPS6281508A - 光学式３次元位置計測装置 - Google Patents
光学式３次元位置計測装置Info
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- JPS6281508A JPS6281508A JP22219785A JP22219785A JPS6281508A JP S6281508 A JPS6281508 A JP S6281508A JP 22219785 A JP22219785 A JP 22219785A JP 22219785 A JP22219785 A JP 22219785A JP S6281508 A JPS6281508 A JP S6281508A
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- light
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、たとえばロボットの腕などのように、空間を
＾速度で移動する被測定物体などの３次元位置を追尾し
ながら計測する装置に関する。
＾速度で移動する被測定物体などの３次元位置を追尾し
ながら計測する装置に関する。
背景技術
従来、空間を移動する物体たとえばロボットの腕などの
３次元位置の計測装置としては、■各間節部に取付けな
回松角度検出器の出力値から座標変換演算して求める計
測装置。
３次元位置の計測装置としては、■各間節部に取付けな
回松角度検出器の出力値から座標変換演算して求める計
測装置。
■被測定箇所に直接に、直動式ポテンショメータを３方
向からあてがって計測する計測装置。
向からあてがって計測する計測装置。
■被測定箇所に発光ダイオードを貼り付け、その光を２
次元光点位置検出器を内蔵したカメラ２台で２方向から
観測し、３角測量の原理に基づいて計測する計測装置な
どがある。
次元光点位置検出器を内蔵したカメラ２台で２方向から
観測し、３角測量の原理に基づいて計測する計測装置な
どがある。
発明が解決しようとする問題点
上述したような従来技術の各計測装置では、以下のよう
な欠点がある。
な欠点がある。
計測装置■は、間接的な計算により求めているので、ロ
ボット腕部のたわ菰や関節間距離の誤差などにより、計
算結果の信頼性が低い、計測装−■は直接的に計測でき
る利点はあるが、測距範囲が比較的短く、また接触式で
あるため被測定物に負荷を与えるとともに、治ｉ４−設
定のわずられしさがあり不便である。計測装置■は非接
触で計測できるが、２台のカメラを固定して設置してい
るので、被測定物がカメラの視野からはずれると計測で
きず、測距範囲が比較的狭い。
ボット腕部のたわ菰や関節間距離の誤差などにより、計
算結果の信頼性が低い、計測装−■は直接的に計測でき
る利点はあるが、測距範囲が比較的短く、また接触式で
あるため被測定物に負荷を与えるとともに、治ｉ４−設
定のわずられしさがあり不便である。計測装置■は非接
触で計測できるが、２台のカメラを固定して設置してい
るので、被測定物がカメラの視野からはずれると計測で
きず、測距範囲が比較的狭い。
本発明の目的は、上述の問題点を解決し、空間を移動す
る物体の３次元位置を、非接触で広範囲に亘り、高精度
に計測できる装置を提供することである。
る物体の３次元位置を、非接触で広範囲に亘り、高精度
に計測できる装置を提供することである。
問題点を解決するための手段
本発明は、被測定物体に取付けられる光源と、光学的検
出手段であって、 光源の像が結像され、結像位置を表す信号を導出する２
次元の受光素子と、 受光素子と一体的に設けられ、光源の像を受光素子の受
光面に結像する光学系とを含むそのような光学的検出手
段と、 光学的検出手段を相互に交差する２紬に関してそれぞれ
変位可能に支持する手段と、 光学的検出手段の前記２軸上の各位置を検出する手段と
、 受光素子の出力信号に基づいて、前記支持手段によって
光学的検出手段を駆動して、前記光源の像を受光面の予
め定めた位置に結像させる第１演算手段と、 受光素子と位置検出手段との出力によって光源の３次元
の位置を演算する第２演算手段とを含むことを特徴とす
る光学式３次元位置計測装置である。
出手段であって、 光源の像が結像され、結像位置を表す信号を導出する２
次元の受光素子と、 受光素子と一体的に設けられ、光源の像を受光素子の受
光面に結像する光学系とを含むそのような光学的検出手
段と、 光学的検出手段を相互に交差する２紬に関してそれぞれ
変位可能に支持する手段と、 光学的検出手段の前記２軸上の各位置を検出する手段と
、 受光素子の出力信号に基づいて、前記支持手段によって
光学的検出手段を駆動して、前記光源の像を受光面の予
め定めた位置に結像させる第１演算手段と、 受光素子と位置検出手段との出力によって光源の３次元
の位置を演算する第２演算手段とを含むことを特徴とす
る光学式３次元位置計測装置である。
作 用
被測定物体に取付けられている光源からの光は、光学的
検出手段の光学系を介して、受光素子の受光面に結像す
る。光源の像が結像した受光素子は、結像位置を表わす
信号を導出し、第１演算手段おより第２演算手段に与え
る。第１演算手段はこの信号に基づいて、前記光学的検
出手段を相互に交差する２輪に関してそれぞれ変位可能
に支持する支持手段を動作させ、光学的検出手段を駆動
して前記光源の像を、受光面の予め定めた位置に結像さ
せるようにする。この変位は、位置検出手段によって、
前記２輪上の位置として検出される。この位置検出手段
からの前記２輪上の各位置を表わす信号は、第２演算手
段に与えられる。第２演算手段は、受光素子と位置検出
手段からの信号を演算処理し、光源の３次元の位置を算
出する。
検出手段の光学系を介して、受光素子の受光面に結像す
る。光源の像が結像した受光素子は、結像位置を表わす
信号を導出し、第１演算手段おより第２演算手段に与え
る。第１演算手段はこの信号に基づいて、前記光学的検
出手段を相互に交差する２輪に関してそれぞれ変位可能
に支持する支持手段を動作させ、光学的検出手段を駆動
して前記光源の像を、受光面の予め定めた位置に結像さ
せるようにする。この変位は、位置検出手段によって、
前記２輪上の位置として検出される。この位置検出手段
からの前記２輪上の各位置を表わす信号は、第２演算手
段に与えられる。第２演算手段は、受光素子と位置検出
手段からの信号を演算処理し、光源の３次元の位置を算
出する。
したがって本発明に成る位置計測装置は、被測定物体の
３次元位置を、被測定物体と接触することなく測定し、
またこの測定動作は被測定物体を追尾して行なわれる。
３次元位置を、被測定物体と接触することなく測定し、
またこの測定動作は被測定物体を追尾して行なわれる。
したがってこのような測定動作は、被測定物体がおかれ
る空間において比較的広範囲に亘り可能であり、また被
測定物体の運動などに関して阻害要因とならないので、
計測の正確さを期すことができる。また受光素子と位置
検出手段との検出性能を向上することによって、計測さ
れる被測定物体の３次元位置の測定精度を、格段に向上
することができる。
る空間において比較的広範囲に亘り可能であり、また被
測定物体の運動などに関して阻害要因とならないので、
計測の正確さを期すことができる。また受光素子と位置
検出手段との検出性能を向上することによって、計測さ
れる被測定物体の３次元位置の測定精度を、格段に向上
することができる。
実施例
第１図は本発明の一実施例の構成を説明する系統図であ
る。第１図を参照して、光学式３次元位置計測装置（以
下計測装置と略称する）１、およびこれに関連する構成
について説明する。被測定物体であり空間を高速度で移
動するロボット２の腕３などの測定箇所４に、たとえば
発光ダイオードなどによって実現される光源５を取付け
る。
る。第１図を参照して、光学式３次元位置計測装置（以
下計測装置と略称する）１、およびこれに関連する構成
について説明する。被測定物体であり空間を高速度で移
動するロボット２の腕３などの測定箇所４に、たとえば
発光ダイオードなどによって実現される光源５を取付け
る。
ロボット２から離れた位置に、光学的検出手段であるた
とえば２台の光学装置６．７を設置する。
とえば２台の光学装置６．７を設置する。
光学装置６，７の出力は、第２演算手段である演算装置
８に与えられ、後述されるように光源５の３次元位置を
算出する。
８に与えられ、後述されるように光源５の３次元位置を
算出する。
第２図は光学装置６の簡略化した斜視図である。
光学＊１ｆｉ６は旋回軸９と俯仰軸１０の２軸がら成る
いわゆるジンバル構造を有する。すなわち旋回軸９は、
モータ１１によって矢符Ａｌ、Ａ２方向に角変位され、
旋回軸９に一体的に結合される枠体１２に、角変位自在
に俯仰軸１０が設けられる。
いわゆるジンバル構造を有する。すなわち旋回軸９は、
モータ１１によって矢符Ａｌ、Ａ２方向に角変位され、
旋回軸９に一体的に結合される枠体１２に、角変位自在
に俯仰軸１０が設けられる。
枠体１２は、相互に直交する横支持部材３６，３７と縦
支持部材３８．３９とを含み、大略的に長方形状に構成
される。また旋回軸９は縦支持部材３８．３９と平行で
、横支持部材３ｆ３，３７の中点に結合され、俯仰軸１
０は、横支持部材３６，３７と平行で、縦支持部材３８
．３９の中点に角変位自在に結合される。俯仰軸１０が
、モータ１３によって矢符Ａ３．Ａ４方向に角変位され
ると、俯仰軸１０に固定された光学筒１４も、矢符Ａ３
゜Ａ４方向に角変位する。したがって光学筒１４の細線
は、任意の方向を指すことができる。
支持部材３８．３９とを含み、大略的に長方形状に構成
される。また旋回軸９は縦支持部材３８．３９と平行で
、横支持部材３ｆ３，３７の中点に結合され、俯仰軸１
０は、横支持部材３６，３７と平行で、縦支持部材３８
．３９の中点に角変位自在に結合される。俯仰軸１０が
、モータ１３によって矢符Ａ３．Ａ４方向に角変位され
ると、俯仰軸１０に固定された光学筒１４も、矢符Ａ３
゜Ａ４方向に角変位する。したがって光学筒１４の細線
は、任意の方向を指すことができる。
またモータ１１．１３による旋回軸９および俯仰軸１０
の矢符Ａ １ 、Ａ ２ ：Ａ ３ 、Ａ ４ 方向
の角変位量θ、、θＩ２は、たとえばエンコーダ゛など
によって実現される位置検出手段である回松角検出器１
５．１６によって、高精度で検出される。
の矢符Ａ １ 、Ａ ２ ：Ａ ３ 、Ａ ４ 方向
の角変位量θ、、θＩ２は、たとえばエンコーダ゛など
によって実現される位置検出手段である回松角検出器１
５．１６によって、高精度で検出される。
第３図は光学筒１４の斜視図である。光学筒１４は、受
光素子であり後述されるような具体的構成を有する２次
元位置検出器１７を内蔵し、光学系であるレンズ１８は
２次元位置検出器１７の受光面１９上に、外部からの光
Ａ５を集光する。
光素子であり後述されるような具体的構成を有する２次
元位置検出器１７を内蔵し、光学系であるレンズ１８は
２次元位置検出器１７の受光面１９上に、外部からの光
Ａ５を集光する。
上述したような光学装置６に関する構成は、第１図に示
す光学装置７においても同様であり、光学装置７に言及
する必要がある場合には、光学装置６の構成を説明する
場合に用いた参照符９〜１９に、添字ａを付して示す、
モータ１１ａ、１３ｇによる旋回軸９ａおよゾ俯仰輸１
０ａの角変位量θ２．。
す光学装置７においても同様であり、光学装置７に言及
する必要がある場合には、光学装置６の構成を説明する
場合に用いた参照符９〜１９に、添字ａを付して示す、
モータ１１ａ、１３ｇによる旋回軸９ａおよゾ俯仰輸１
０ａの角変位量θ２．。
Ｏ２２は、やはりエンコーダなどによって実現される位
置検出手段である回献角検出器１５ａ＝１６ａによって
、高精度で検出される。これらの旋回軸９．９ａおよび
俯仰軸１０＝１０ａを含んで、支持手段が構成される１
回転角検出器１５，１６；１５ａ。
置検出手段である回献角検出器１５ａ＝１６ａによって
、高精度で検出される。これらの旋回軸９．９ａおよび
俯仰軸１０＝１０ａを含んで、支持手段が構成される１
回転角検出器１５，１６；１５ａ。
１６ａが位置検出手段を構成する。
第４図は本発明の詳細な説明する斜視図である。
＃Ｓ２図および＠４図を参照して、本発明の原理につい
て説明する。光学装置６の光軸２１は、前述したような
ノンパル構造として実現される旋回軸９および俯仰軸１
０の軸線の交点Ｒ１を通るように構成される。また光学
装置１７の光軸２２は、やはリシンパル構造を成す旋回
軸９ａおよび俯仰軸１０ａの軸線の交点Ｒ２を通るよう
に構成される。
て説明する。光学装置６の光軸２１は、前述したような
ノンパル構造として実現される旋回軸９および俯仰軸１
０の軸線の交点Ｒ１を通るように構成される。また光学
装置１７の光軸２２は、やはリシンパル構造を成す旋回
軸９ａおよび俯仰軸１０ａの軸線の交点Ｒ２を通るよう
に構成される。
すなわちこれらの光学装置６．７に関して、相互に直交
するＸ紬、Ｙ袖、Ｚ袖から成る絶対座標系Σ。を設定す
る。この絶対座標系Σ。は、Ｘ輪が光学装置６の前記交
点Ｒ７と光学装置７の前記交点Ｒ２とを通り、Ｚ軸が旋
回軸９，９＆と平行であるように設定される。また俯仰
軸１０，１０ａは、Ｘ−Ｙ平面内にある。
するＸ紬、Ｙ袖、Ｚ袖から成る絶対座標系Σ。を設定す
る。この絶対座標系Σ。は、Ｘ輪が光学装置６の前記交
点Ｒ７と光学装置７の前記交点Ｒ２とを通り、Ｚ軸が旋
回軸９，９＆と平行であるように設定される。また俯仰
軸１０，１０ａは、Ｘ−Ｙ平面内にある。
光学装置６に内蔵されている２次元位置検出器１７に関
して、相互に直交する３本の座標軸Ｘｃ。
して、相互に直交する３本の座標軸Ｘｃ。
軸、Ｙｅｌ軸、Ｚｃ、紬から成るカメラ座標系ΣＣ１を
設定する。このカメラ座標系ΣＣ１は、Ｙｃｌ軸が光軸
２１上にあり、Ｘｅｌ軸が俯仰軸１０と平行であり、Ｚ
ｃｌ軸が旋回軸９と平行であるように設定される。また
前記光軸２１は、２次元位置検出器１７の中心を通り、
この光軸２１と受光面１９とは垂直である。
設定する。このカメラ座標系ΣＣ１は、Ｙｃｌ軸が光軸
２１上にあり、Ｘｅｌ軸が俯仰軸１０と平行であり、Ｚ
ｃｌ軸が旋回軸９と平行であるように設定される。また
前記光軸２１は、２次元位置検出器１７の中心を通り、
この光軸２１と受光面１９とは垂直である。
光学装置７に関しても、２次元位置検出器１７ａに関し
て相互に直交する３本の座標軸Ｘｅｚ輪、ＹＯ２輪、Ｚ
ｃ２軸から成るカメラ座標系ΣＣ２を設定する。このカ
メラ座標系ΣＣ２は、ＹＯ２輪が前記光軸２２上にあり
、Ｘｃｚ紬が俯仰軸１０＆と平行で、Ｚｃｚ輪が旋回軸
９ａと平行であるように設定される。また前記光軸２２
は、２次元位置検出器１７ａの受光面１９ａの中心を通
り、受光面１９ｍと垂直である。ここで、光学装置６の
レンズ１８の主、Ｔ：Ｆ、をＯ８とし、光学装置７のレ
ンズ１８ａの主点を０□とする。
て相互に直交する３本の座標軸Ｘｅｚ輪、ＹＯ２輪、Ｚ
ｃ２軸から成るカメラ座標系ΣＣ２を設定する。このカ
メラ座標系ΣＣ２は、ＹＯ２輪が前記光軸２２上にあり
、Ｘｃｚ紬が俯仰軸１０＆と平行で、Ｚｃｚ輪が旋回軸
９ａと平行であるように設定される。また前記光軸２２
は、２次元位置検出器１７ａの受光面１９ａの中心を通
り、受光面１９ｍと垂直である。ここで、光学装置６の
レンズ１８の主、Ｔ：Ｆ、をＯ８とし、光学装置７のレ
ンズ１８ａの主点を０□とする。
上述したような構成を有する光学ＩＷ１６．？において
、光源５を絶対座標系Σ。における点Ｐにおき、これら
の座標成分（ｘｗｙ＊ｚ）を算出する操作を、以下に説
明する。光源５による２次元位置検出器１７．１７ａ上
の結像位置Ｑ、、Ｑ２は、点Ｐと主点０＋＝Ｏｚをそれ
ぞれ通る仮想直線と受光面１９．１９ａとの交点である
。
、光源５を絶対座標系Σ。における点Ｐにおき、これら
の座標成分（ｘｗｙ＊ｚ）を算出する操作を、以下に説
明する。光源５による２次元位置検出器１７．１７ａ上
の結像位置Ｑ、、Ｑ２は、点Ｐと主点０＋＝Ｏｚをそれ
ぞれ通る仮想直線と受光面１９．１９ａとの交点である
。
ここで３点Ｐ 、Ｏ、、Ｑ 、は同一直線上にあるので
、 ０ ＋Ｐ ＝ｋｏ ＋Ｑ ＋
・・・（１）が成り立つ、変形すると、 ＯＰ ００ ＋ ＝ ｋ Ｏ＋ Ｑ ＋
・・・（２）（ＯＰ −ＯＲｌ） −（ＯＯ＋
−ＯＲ、）＝ ｋ Ｏ＋ Ｑ ＋・・・（３） （ＯＰ−ＯＲ，）−ＲＩＯ，＝ｋＯ，Ｑ＋ ・・・（
４）となる、ここで、カメラ座標系ΣＣ９を用いて、第
４式の左辺第２項と右辺とを表せば、 ＯＰ−ＯＲ＋−Ｔ＋ａ＋＝ｋＴ＋ｂ＋ ・・・（ｓ
）ただし、 ＯＰ ＝［ｘｔＦｖＺ］ ：絶対座標系 ・（６
）ＯＲ＋＝ ［Ｄ １１０ ｔｏ ］’：絶対座標系
・・・（７）ａ、＝ＥＯ，ΔＦ＋ｅＯ］ ：カメラ座
標系、、・（８）ｂ＋＝ ［Ｈｒｅ Ｆ ＋ｖＶ ＋
］ ；７＞ ／ ラ座標系−（９）Ｔ。
、 ０ ＋Ｐ ＝ｋｏ ＋Ｑ ＋
・・・（１）が成り立つ、変形すると、 ＯＰ ００ ＋ ＝ ｋ Ｏ＋ Ｑ ＋
・・・（２）（ＯＰ −ＯＲｌ） −（ＯＯ＋
−ＯＲ、）＝ ｋ Ｏ＋ Ｑ ＋・・・（３） （ＯＰ−ＯＲ，）−ＲＩＯ，＝ｋＯ，Ｑ＋ ・・・（
４）となる、ここで、カメラ座標系ΣＣ９を用いて、第
４式の左辺第２項と右辺とを表せば、 ＯＰ−ＯＲ＋−Ｔ＋ａ＋＝ｋＴ＋ｂ＋ ・・・（ｓ
）ただし、 ＯＰ ＝［ｘｔＦｖＺ］ ：絶対座標系 ・（６
）ＯＲ＋＝ ［Ｄ １１０ ｔｏ ］’：絶対座標系
・・・（７）ａ、＝ＥＯ，ΔＦ＋ｅＯ］ ：カメラ座
標系、、・（８）ｂ＋＝ ［Ｈｒｅ Ｆ ＋ｖＶ ＋
］ ；７＞ ／ ラ座標系−（９）Ｔ。
・・・（１０）
；カメラ座標系ΣＣ１から絶対座標系Σ。への変換行列
Ｆ、 ；光学装置６の主点Ｏ８と交点Ｒ。
との距離
ΔＦ、 ；光学装置６の主点０１と受光面１９との距
離 ここで変位角θ１．に関する基準状態は、光軸２１がＹ
軸と平行の場合であり、第４図の矢符方向を正の変位方
向とする。変位角θＩ２に関する基準状態は、光軸２１
がＸ−Ｙ平面上にある場合であり、第４図の矢符方向を
正の変位方向とする。
離 ここで変位角θ１．に関する基準状態は、光軸２１がＹ
軸と平行の場合であり、第４図の矢符方向を正の変位方
向とする。変位角θＩ２に関する基準状態は、光軸２１
がＸ−Ｙ平面上にある場合であり、第４図の矢符方向を
正の変位方向とする。
３点Ｐ−０２−Ｑ２も、同一直線上にあるので、同様に
、 ０Ｐ−ＯＲ２−Ｔａ、＝ｋＴｂ２ ・・・（１１）
ただし、 ｏ ｐ ＝ ［ｘ＊ｙｔｚｌ −（
１２）ＯＲ２＝ ［Ｄ ｔ、Ｏｔｏ ］Ｌ
・・・（１３）ａ２°［０！ΔＦ、、０１’
−（１４）ｂｚ＝ ［）（ｚ＊−Ｆ ２１Ｖ ２］
ｔ”’ （１５）■よ ・・・（１６） ；カメラ座標系ΣＣ２から絶対座標系Σ。への変換行列 Ｆ２ ；光学装置７の主点０□と交点Ｒ２との距離 ΔＦ１ ；光学装置７の主点０□と受光面１９ａとの距
離 である、ここで変位角θ２．に関する基準状態は、光軸
２２がＹ軸と平行の場合であり、第４図の矢符方向を正
の変位方向とする。変位角θ２２に関する基準状態は、
光軸２２がＸ−Ｙ平面上にある場合であり、＃４４図の
矢符方向を正の変位方向とする。
、 ０Ｐ−ＯＲ２−Ｔａ、＝ｋＴｂ２ ・・・（１１）
ただし、 ｏ ｐ ＝ ［ｘ＊ｙｔｚｌ −（
１２）ＯＲ２＝ ［Ｄ ｔ、Ｏｔｏ ］Ｌ
・・・（１３）ａ２°［０！ΔＦ、、０１’
−（１４）ｂｚ＝ ［）（ｚ＊−Ｆ ２１Ｖ ２］
ｔ”’ （１５）■よ ・・・（１６） ；カメラ座標系ΣＣ２から絶対座標系Σ。への変換行列 Ｆ２ ；光学装置７の主点０□と交点Ｒ２との距離 ΔＦ１ ；光学装置７の主点０□と受光面１９ａとの距
離 である、ここで変位角θ２．に関する基準状態は、光軸
２２がＹ軸と平行の場合であり、第４図の矢符方向を正
の変位方向とする。変位角θ２２に関する基準状態は、
光軸２２がＸ−Ｙ平面上にある場合であり、＃４４図の
矢符方向を正の変位方向とする。
ここで、第５式から、
ｘ−Ｂ ＋ ＝ ｋＡ ＋ ””
（１７）ｙ−Ｂ 、＝ｋＡ ２ ・
・・（１８）ｚ−Ｂ −＝ ｋＡ ｓ
”’ （１９）・・・（２０） ただし、 ＡＩ ＝ ６０９ θ 目 Ｈ，＋ｓｉｎ θ
１ｌｅＯ３θ １２Ｆ ｌ ＋ ｓｉｎθ１１ｓ
ｉｎθ、、Ｖ、 ・ （２１）Ａ２
＝ｓｉｎθ＋＋Ｈ＋ −Ｃ０９θ目ｅｏｓθ＋ｚＦＩ＝
ｃｏｓθ目ｓｉｎθ目Ｖ言 ・・・（２２）
Ａ、＝ −５ｉｎθ １２ＦＩ
＋ｃｏｓθ 鵞２Ｖ、
、 （２３）Ｂ、
＝Ｄ −５ｉｎθ ｌ、ｅＯ８θ １２
ΔＦ１・・・（２４） １３、＝＝ ｃｏｓｅ ｌＩＣ０
５０１２ΔＦ。
（１７）ｙ−Ｂ 、＝ｋＡ ２ ・
・・（１８）ｚ−Ｂ −＝ ｋＡ ｓ
”’ （１９）・・・（２０） ただし、 ＡＩ ＝ ６０９ θ 目 Ｈ，＋ｓｉｎ θ
１ｌｅＯ３θ １２Ｆ ｌ ＋ ｓｉｎθ１１ｓ
ｉｎθ、、Ｖ、 ・ （２１）Ａ２
＝ｓｉｎθ＋＋Ｈ＋ −Ｃ０９θ目ｅｏｓθ＋ｚＦＩ＝
ｃｏｓθ目ｓｉｎθ目Ｖ言 ・・・（２２）
Ａ、＝ −５ｉｎθ １２ＦＩ
＋ｃｏｓθ 鵞２Ｖ、
、 （２３）Ｂ、
＝Ｄ −５ｉｎθ ｌ、ｅＯ８θ １２
ΔＦ１・・・（２４） １３、＝＝ ｃｏｓｅ ｌＩＣ０
５０１２ΔＦ。
・・・（２５）
１３ 、＝ ｓｉｎ
θ１２ΔＦ。
θ１２ΔＦ。
・・・（２６）
また第１１式から、
ｘ Ｂ 、＝ ｋＡ −・＝ （２７）ｙ−ＢＳ＝ｋ
Ａ５ ・・・（２８）ｚ Ｂ ｓ
＝ ｋＡ ｓ −（２９）・・・（
３０） ただし、 Ａ 、＝ ｃｏｓｅ ｔ＋ Ｈ２＋ ｓｉｎθ２１ｅｏ
ｓθ１２Ｆ２＋ｓｉｎθ ２１ｓｉｎθ ２□■２
・・・（３１）Ａ ５＝ｓｉｎθ
ｚ＋Ｈｔ−ｅｏｓθ ２１ｃＯ９θ ２２Ｆ２ ｅ
Ｏ８θ ２１ｇ！ｎθ ｚｚＶ ｔ
−（３２）Ａ、＝ −５ｉｎθｚ２
Ｆｚ＋ｅｏｓθ２２■２−・・（３３） Ｂ４＝ Ｄ２ −５ｉｎθ ２＋ｃｏｓ１９
２２ΔＦ２・・・（３４） １３ｓ＝ ｅｏｌｉθ ２１ｃｏ
ｓθ ２２ΔＦ２・・・（３５） Ｂ ａ＝ ｓｉｎθ ２２ΔＦ２
・ （３６）＃＆２０式と第３０式を達文させて解
くと、Ａ、Ｂ２＋Ａ、ＡｉＢ４−Ａ、Ａ４Ｂり・・・（
３７） 十Ａ 、Ａ 、Ｂ ２＋ Ａ ｚＡ ｓＢ ４− Ａ
２Ａ 、Ｂ Ｓ・・・（３８） ＋ Ａ ４（Ｂ ２− Ｂ Ｓ）］＋ ８３
・・・（３９）を得る。
Ａ５ ・・・（２８）ｚ Ｂ ｓ
＝ ｋＡ ｓ −（２９）・・・（
３０） ただし、 Ａ 、＝ ｃｏｓｅ ｔ＋ Ｈ２＋ ｓｉｎθ２１ｅｏ
ｓθ１２Ｆ２＋ｓｉｎθ ２１ｓｉｎθ ２□■２
・・・（３１）Ａ ５＝ｓｉｎθ
ｚ＋Ｈｔ−ｅｏｓθ ２１ｃＯ９θ ２２Ｆ２ ｅ
Ｏ８θ ２１ｇ！ｎθ ｚｚＶ ｔ
−（３２）Ａ、＝ −５ｉｎθｚ２
Ｆｚ＋ｅｏｓθ２２■２−・・（３３） Ｂ４＝ Ｄ２ −５ｉｎθ ２＋ｃｏｓ１９
２２ΔＦ２・・・（３４） １３ｓ＝ ｅｏｌｉθ ２１ｃｏ
ｓθ ２２ΔＦ２・・・（３５） Ｂ ａ＝ ｓｉｎθ ２２ΔＦ２
・ （３６）＃＆２０式と第３０式を達文させて解
くと、Ａ、Ｂ２＋Ａ、ＡｉＢ４−Ａ、Ａ４Ｂり・・・（
３７） 十Ａ 、Ａ 、Ｂ ２＋ Ａ ｚＡ ｓＢ ４− Ａ
２Ａ 、Ｂ Ｓ・・・（３８） ＋ Ａ ４（Ｂ ２− Ｂ Ｓ）］＋ ８３
・・・（３９）を得る。
第５図は本発明の全体の構成を示すブロック図である。
２次元位置検出器１７は、対を成す２岨の電極２３，２
４； ２５．２Ｇを含むたとえばホトダイオードとして
実現される。また２次元位置検出器１７ａも、やはり対
を成す２組の電極２７，２８：２９，３０を含むやはり
ホトダイオードとして実現される。ここで２次元位置検
出器１７の結像位置Ｑ１に結像した光源５（第１図参照
）からの入射光によって発生した電流は、電極２３，２
４：２５．２６にそれぞれ分割され、それぞれ電流Ｉｌ
ｌ〜Ｉ １４として導出される。各電極２３〜２６の各
電流出力１１２〜ｒ＋＜は、第２演算手段であり、たと
えばマイクロコンピュータなどによって実現される処理
回路３１に与えられる。
４； ２５．２Ｇを含むたとえばホトダイオードとして
実現される。また２次元位置検出器１７ａも、やはり対
を成す２組の電極２７，２８：２９，３０を含むやはり
ホトダイオードとして実現される。ここで２次元位置検
出器１７の結像位置Ｑ１に結像した光源５（第１図参照
）からの入射光によって発生した電流は、電極２３，２
４：２５．２６にそれぞれ分割され、それぞれ電流Ｉｌ
ｌ〜Ｉ １４として導出される。各電極２３〜２６の各
電流出力１１２〜ｒ＋＜は、第２演算手段であり、たと
えばマイクロコンピュータなどによって実現される処理
回路３１に与えられる。
ここで前記結像位置Ｑ１の座標（Ｈ，、Ｖｌ）は、下記
の第４０式お上Ｖ第４１式によって求められる。
の第４０式お上Ｖ第４１式によって求められる。
上記第４０式および＄４１式の演算は、たとえばマイク
ロコンピュータなどによって実現される処理回路３１に
よって演算され、モータ駆動回路３２．３３と第２演算
手段である演算ｉ置８に入力される。モータ駆動回路３
２．３３は、前記結像位置Ｑ１の座標値（Ｈ，、Ｖ、）
を、それぞれ零にする方向に、すなわち結像位置Ｑ１に
向けてカメラ座標Σｃ１の原点が移動するようにモータ
１１，１３を駆動し、旋回軸９および俯仰軸１０を回転
させる。この回転角θ９３．θ１□は、回転角検出器１
５．１６によってそれぞれ検出され、演算装置８に入力
される。
ロコンピュータなどによって実現される処理回路３１に
よって演算され、モータ駆動回路３２．３３と第２演算
手段である演算ｉ置８に入力される。モータ駆動回路３
２．３３は、前記結像位置Ｑ１の座標値（Ｈ，、Ｖ、）
を、それぞれ零にする方向に、すなわち結像位置Ｑ１に
向けてカメラ座標Σｃ１の原点が移動するようにモータ
１１，１３を駆動し、旋回軸９および俯仰軸１０を回転
させる。この回転角θ９３．θ１□は、回転角検出器１
５．１６によってそれぞれ検出され、演算装置８に入力
される。
一方、２次元位置検出器１７ａも同様の動作を行ない、
各電極２７，２８： ２９，３０からの出力電流工２□
〜Ｉ２４が、処理回路３１に出力され、この電流値に対
応して、２次元位置検出器１７に入射した光源５（第１
図参照）からの入射光の結像位！Ｑ２の座標（Ｉ２．Ｖ
ｌ）を表す信号が、処理回路３１からモータ駆動回路３
４．３５および演算装Ｗ１８に与えられる。モータ駆動
回路３４．３５は、前述のモータ駆動回路３２．３３の
動作と同様な動作を行なう、〔たがって旋回軸９ａおよ
び俯仰軸１０ａの回転角検出器１５ａ、１６ａによって
検出された回転角を、それぞれθ２１．θ２□とする。
各電極２７，２８： ２９，３０からの出力電流工２□
〜Ｉ２４が、処理回路３１に出力され、この電流値に対
応して、２次元位置検出器１７に入射した光源５（第１
図参照）からの入射光の結像位！Ｑ２の座標（Ｉ２．Ｖ
ｌ）を表す信号が、処理回路３１からモータ駆動回路３
４．３５および演算装Ｗ１８に与えられる。モータ駆動
回路３４．３５は、前述のモータ駆動回路３２．３３の
動作と同様な動作を行なう、〔たがって旋回軸９ａおよ
び俯仰軸１０ａの回転角検出器１５ａ、１６ａによって
検出された回転角を、それぞれθ２１．θ２□とする。
これらの信号も、やはり演算装置８に与えられる。
演算装ｇ１Ｂでは、前記結像位置Ｑ２の座標（Ｉ２゜Ｖ
ｚ）を前記第４０式および＃４１式において、変数Ｉ
ＩＩ〜Ｔ Ｉ４をそれぞれ変数■２□〜ｒｚ＜に置き換
えた式によって算出する。したがって演算装置８は、前
記第３７式〜第３９式、第４０式および第４１式に基づ
いて、デー Ｐ ＨＩＴＶ ｌ？Ｈ２ＩＶ ２１１９０
雷θ１２．θ２．．θ２□から、光源５の座標（Ｘ＋Ｆ
ｅＺ）を算出することができる。
ｚ）を前記第４０式および＃４１式において、変数Ｉ
ＩＩ〜Ｔ Ｉ４をそれぞれ変数■２□〜ｒｚ＜に置き換
えた式によって算出する。したがって演算装置８は、前
記第３７式〜第３９式、第４０式および第４１式に基づ
いて、デー Ｐ ＨＩＴＶ ｌ？Ｈ２ＩＶ ２１１９０
雷θ１２．θ２．．θ２□から、光源５の座標（Ｘ＋Ｆ
ｅＺ）を算出することができる。
この算出動作は、結像位置Ｑｌｔ Ｑ２が、受光面１９
．１９ａの中心、すなわちカメラ座標系ΣｅｌｆΣｃ２
の原点に位置している場合でも、または原点とは異なる
位置にある場合でも、同様に打なわれる。
．１９ａの中心、すなわちカメラ座標系ΣｅｌｆΣｃ２
の原点に位置している場合でも、または原点とは異なる
位置にある場合でも、同様に打なわれる。
以上のように本発明に従う計測装置１では、ロボット２
の腕３など空間を高速度で移動する被測定物体に対して
も、被測定箇所４を追尾することによって、空間的に広
範囲に亘る測定物体の計測を行なうことができる。した
がって本発明では、被測定物体が、光学ｖｃ置６，７の
視野から外れることはない。
の腕３など空間を高速度で移動する被測定物体に対して
も、被測定箇所４を追尾することによって、空間的に広
範囲に亘る測定物体の計測を行なうことができる。した
がって本発明では、被測定物体が、光学ｖｃ置６，７の
視野から外れることはない。
また被測定箇所４に、たとえば発光ダイオードなどの光
源５を取付けるだけで計測動作を行なうことができるの
で、被測定物体の計測にあたって従来技術の計測装置■
のように、複雑な治具を必要とせず、したがって計測動
作を簡便に行なうことができる。
源５を取付けるだけで計測動作を行なうことができるの
で、被測定物体の計測にあたって従来技術の計測装置■
のように、複雑な治具を必要とせず、したがって計測動
作を簡便に行なうことができる。
また光を用いて、非接触で計測が行なわれるので、被測
定物体の運動に負荷や障害を与えることがない、＊たエ
ンコーグなどによって実現される回転角検出器１５．１
６において、高分解能の検出器・ を用いることによ
って、被検出物体の３次元位置を高精度に測定できる。
定物体の運動に負荷や障害を与えることがない、＊たエ
ンコーグなどによって実現される回転角検出器１５．１
６において、高分解能の検出器・ を用いることによ
って、被検出物体の３次元位置を高精度に測定できる。
本発明を実現する構成は、前述の実施例で述べた構成に
限らず、他の広範囲な構成要素によって実現されること
ができる。すなわち、絶対座標系Σ。およびカメラ座標
系ΣｃｌｔΣｃ２は、直交座標系に限るものではない。
限らず、他の広範囲な構成要素によって実現されること
ができる。すなわち、絶対座標系Σ。およびカメラ座標
系ΣｃｌｔΣｃ２は、直交座標系に限るものではない。
また支持手段はいわゆるノンパル構造に限らず、光学装
置６，７の光軸２１゜２２を、所望する任意の方向に設
定できる広範囲な構成を用いることができる。
置６，７の光軸２１゜２２を、所望する任意の方向に設
定できる広範囲な構成を用いることができる。
効 果
以上のように本発明に従えば、被測定物体に光源を取付
け、光源からの光が入射する光学的検出手段を設けた。
け、光源からの光が入射する光学的検出手段を設けた。
光学的検出手段は、受光素子と、受光素子の受光面に光
源からの光を結像させる光学系とを含んで構成される。
源からの光を結像させる光学系とを含んで構成される。
この光学的検出手段は、相互に交差する２軸に関してそ
れぞれ変位可能に支持する手段によって支持され、位置
検出手段によって前記光学的検出手段の前記２軸上の各
位置が検出される。また前記受光素子の出力信号に基づ
いて、前記支持手段によって光学的検出手段を駆動して
、前記光源の像を受光面の予め定めた位置に結像させる
第１演算手段が設けられ、受光素子と位置検出手段との
出力によって光源の３次元の位置を演算する、第２演算
手段とが設けられる。
れぞれ変位可能に支持する手段によって支持され、位置
検出手段によって前記光学的検出手段の前記２軸上の各
位置が検出される。また前記受光素子の出力信号に基づ
いて、前記支持手段によって光学的検出手段を駆動して
、前記光源の像を受光面の予め定めた位置に結像させる
第１演算手段が設けられ、受光素子と位置検出手段との
出力によって光源の３次元の位置を演算する、第２演算
手段とが設けられる。
したがって本発明に基づ（計測動作は、被測定物体の移
動に伴なって、光学的検出手段は常に光源からの光が前
記受光面に入射するようにこれを追尾し、かつ光によっ
て非接触で計測が行なわれる。したがって計測動作が被
測定物体の運動などの障害要因となることはなく、空間
的に広範囲に亘って移動すゐ被測定物体の位置計測を行
なうことができる。また第２演算手段によって算出され
る被測定物体の３次元位置の算出は、位置検出手段と受
光素子とからの出力によって行なわれる。
動に伴なって、光学的検出手段は常に光源からの光が前
記受光面に入射するようにこれを追尾し、かつ光によっ
て非接触で計測が行なわれる。したがって計測動作が被
測定物体の運動などの障害要因となることはなく、空間
的に広範囲に亘って移動すゐ被測定物体の位置計測を行
なうことができる。また第２演算手段によって算出され
る被測定物体の３次元位置の算出は、位置検出手段と受
光素子とからの出力によって行なわれる。
したがって位置検出手段の分解能を所望の程度に設定す
ることによって、得られる被測定物体の３次元位置の計
測精度を所望の程度に設定することができる。
ることによって、得られる被測定物体の３次元位置の計
測精度を所望の程度に設定することができる。
＃４１図は本発明の一実施例の計測装置１の簡略化した
系統図、第２図は光学波ｒａ４の斜視図、第３図は光学
ｆｉｆ１１４の斜視図、第４図は本発明の詳細な説明す
る図、第５図は本実施例の全体の構成を示すブロック図
である。 １・・・計測装置、３・・・腕、４・・・被測定箇所、
５・・・光源、６．７・・・光学装置、８・・・演算装
置、９．９ａ・・・旋回軸、１０．１０ａ・・・俯仰軸
、１１，１１ａ、１３．１３ａ・・・モータ、１４，１
４ａ・・・光学筒、１５゜１５ａ＝１６，１６ａ・・・
回転角検出器、１７．１７ａ・・・２次元位置検出器、
１８・・・レンズ、１９・・・受光面、３１・・・処理
回路
系統図、第２図は光学波ｒａ４の斜視図、第３図は光学
ｆｉｆ１１４の斜視図、第４図は本発明の詳細な説明す
る図、第５図は本実施例の全体の構成を示すブロック図
である。 １・・・計測装置、３・・・腕、４・・・被測定箇所、
５・・・光源、６．７・・・光学装置、８・・・演算装
置、９．９ａ・・・旋回軸、１０．１０ａ・・・俯仰軸
、１１，１１ａ、１３．１３ａ・・・モータ、１４，１
４ａ・・・光学筒、１５゜１５ａ＝１６，１６ａ・・・
回転角検出器、１７．１７ａ・・・２次元位置検出器、
１８・・・レンズ、１９・・・受光面、３１・・・処理
回路
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 被測定物体に取付けられる光源と、 光学的検出手段であつて、 光源の像が結像され、結像位置を表す信号を導出する２
次元の受光素子と、 受光素子と一体的に設けられ、光源の像を受光素子の受
光面に結像する光学系とを含むそのような光学的検出手
段と、 光学的検出手段を相互に交差する２軸に関してそれぞれ
変位可能に支持する手段と、 光学的検出手段の前記２軸上の各位置を検出する手段と
、 受光素子の出力信号に基づいて、前記支持手段によつて
光学的検出手段を駆動して、前記光源の像を受光面の予
め定めた位置に結像させる第１演算手段と、 受光素子と位置検出手段との出力によつて光源の３次元
の位置を演算する第２演算手段とを含むことを特徴とす
る光学式３次元位置計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22219785A JPS6281508A (ja) | 1985-10-05 | 1985-10-05 | 光学式３次元位置計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22219785A JPS6281508A (ja) | 1985-10-05 | 1985-10-05 | 光学式３次元位置計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6281508A true JPS6281508A (ja) | 1987-04-15 |
Family
ID=16778663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22219785A Pending JPS6281508A (ja) | 1985-10-05 | 1985-10-05 | 光学式３次元位置計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6281508A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01259204A (ja) * | 1988-04-08 | 1989-10-16 | Hitachi Ltd | 三次元自動位置検出装置 |
| JPH02243914A (ja) * | 1989-03-16 | 1990-09-28 | Yorozu Jidosha Kogyo Kk | 三次元座標自動測定装置 |
| JPH0560560A (ja) * | 1991-09-02 | 1993-03-09 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 位置計測作図装置のターゲツト合照準装置 |
| JPH05314243A (ja) * | 1992-04-03 | 1993-11-26 | Sony Corp | ３次元形状復元方法 |
| JPH0686012U (ja) * | 1993-12-28 | 1994-12-13 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 構築物の歪測定装置 |
| JP2010169633A (ja) * | 2009-01-26 | 2010-08-05 | Nikon Corp | 形状測定装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5833105A (ja) * | 1981-08-05 | 1983-02-26 | ウエスチングハウス・エレクトリツク・コ−ポレ−シヨン | 要素識別装置 |
-
1985
- 1985-10-05 JP JP22219785A patent/JPS6281508A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5833105A (ja) * | 1981-08-05 | 1983-02-26 | ウエスチングハウス・エレクトリツク・コ−ポレ−シヨン | 要素識別装置 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JPH02243914A (ja) * | 1989-03-16 | 1990-09-28 | Yorozu Jidosha Kogyo Kk | 三次元座標自動測定装置 |
| JPH0560560A (ja) * | 1991-09-02 | 1993-03-09 | Fuji Photo Optical Co Ltd | 位置計測作図装置のターゲツト合照準装置 |
| JPH05314243A (ja) * | 1992-04-03 | 1993-11-26 | Sony Corp | ３次元形状復元方法 |
| JPH0686012U (ja) * | 1993-12-28 | 1994-12-13 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 構築物の歪測定装置 |
| JP2010169633A (ja) * | 2009-01-26 | 2010-08-05 | Nikon Corp | 形状測定装置 |
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