(57)【要約】  本発明は、光学測定システムの測定容積を拡大する方法に関する。この測定システムは、少なくとも１つのカメラ２、３、４を備えて、少なくとも１つの物体１の基本座標系に対する位置を決定し、前記カメラ２、３、４の視野内に位置しない点の位置を測定する。このカメラ２、３、４を、前記基本座標系に対する固定位置を持つ基準部７に対して測定点に向けて移動させ、前記点がカメラ２、３、４の視野内に位置するようにし、カメラ２、３、４の前記基準部７に対する移動を決定し、前記点の位置を前記カメラ２、３、４で感知して、前記カメラ２、３、４の移動を考慮に入れて、前記基本座標系に対する点の位置を決定する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体（１）の少なくとも１点の基本座標系に対する位置を決定する少なくとも１つのカメラ（２、３、４）を備えた光学測定システムの測定容積を拡大する方法であって、前記カメラ（２、３、４）の視野内に位置しない点の位置を決定するため、前記カメラ（２、３、４）を、前記基本座標系に対する固定位置を有する基準部（７）に対して測定点に向けて移動させて、前記点が前記カメラ（２、３、４）の視野内に入るようにし、前記カメラ（２、３、４）の前記基準部（７）に対する移動を決定し、前記点の位置を前記カメラ（２、３、４）で感知して、前記カメラ（２、３、４）の移動を考慮に入れて、前記基本座標系に対する点の位置を計算することを特徴とする方法。
【請求項２】
固定座標系が前記基準部に関連付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
測定点、及び一直線上に位置していない少なくとも３つの基準点を有するホルダを使用し、前記測定点が、位置の決定が必要とされる前記点に対して位置付けられ、その後、前記基準点の位置を前記カメラ（２、３、４）によって測定し、前記点の位置をこれらの基準点の位置に基づいて計算し、前記基準点が前記カメラ（２、３、４）によって感知され、前記ホルダの位置が変更された場合に前記後者を前記カメラ（２、３、４）の視野内に保持するために前記カメラ（２、３、４）が自動的に移動することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記カメラ（２、３、４）を回転して、測定すべき前記点が前記カメラの視野内に位置するようにすることを特徴とする、請求項１から３までのいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記基準部（７）が、一直線上に位置しない、前記測定容積内で前記基本座標系に対して固定位置に設けられた、少なくとも３つの基準器（８、９、１０）で形成されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれかに記載の方法。
【請求項６】
各前記基準器（８、９、１０）が、互いに固定位置にある少なくとも３つの基準点（１３、１４、１５）を有し、前記基準点（１３、１４、１５）の位置を測定して、前記基準器（８、９、１０）の対応する位置を計算することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
各前記基準器（８、９、１０）の少なくとも一部分（１２）が、前記固定位置に対して回転されて、前記基準器（８、９、１０）の前記基準点（１３、１４、１５）を前記カメラ（２、３、４）で感知することができることを特徴とする、請求項５又は６に記載の方法。
【請求項８】
各前記基準器（８、９、１０）の前記部分（１２）を駆動して、前記部分（１２）が前記カメラ（２、３、４）の移動に応じて移動するようにし、全体が、前記基準点（１３、１４、１５）が前記カメラ（２、３、４）の視野内に常に留まるように方向付けされることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
物体（１）の点の位置を測定するための少なくとも１つのカメラ（２、３、４）を備え、具体的には前記請求項のいずれかによる方法を適用する光学測定システムであって、前記光学測定システムの測定容積内の固定位置に配置されるべき少なくとも１つの基準器（８、９、１０）を有しており、前記基準器（８、９、１０）が、前記カメラ（２、３、４）によって前記基準器（８、９、１０）の位置を決定することができる少なくとも３つの基準点（１３、１４、１５）を有し、さらに前記カメラ（２、３、４）を前記基準器（８、９、１０）に対して移動させ、この移動を測定することができる手段が設けられていることを特徴とする光学測定システム。
【請求項１０】
前記基準器（８、９、１０）が締結部分（１１）及び基準部分（１２）を有し、前記基準部分（１２）が前記基準器の前記基準点（１３、１４、１５）を備え、前記基準部分（１２）を前記締結部分（１１）に対して回転させることができることを特徴とする、請求項９に記載の光学測定システム。
【請求項１１】
物体（１）の点の位置を測定する少なくとも１つのカメラ（２、３、４）を備え、具体的には前記請求項のいずれかによる方法を適用する光学測定システムであって、前記カメラ（２、３、４）が周囲に対して回転することができるように取り付けられ、その回転運動を決定する手段が設けられていることを特徴とする光学測定システム。
【請求項１２】
前記カメラ（２、３、４）が脚部（１９）に対して回転できるように取り付けられていることを特徴とする、請求項１１に記載の光学測定システム。
【請求項１３】
前記カメラ（２、３、４）が、電気モータによって駆動されて前記回転運動を行うことを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の光学測定システム。
【請求項１４】
前記カメラ（２、３、４）の回転運動を測定する目的で角度エンコーダが備えられていることを特徴とする、請求項１１から１３までのいずれかに記載の光学測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのカメラを備えて、物体の少なくとも１点の基本座標系に対する位置を決定する、光学測定システムの測定容積を拡大する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の方法及び既存の光学測定システムでは、光学測定システムのカメラの視野外にある点の位置を測定することは不可能である。したがって、たとえば、測定すべき物体の裏側にある点の位置の測定は不可能である。この場合、物体自体がカメラと測定すべき点の間に位置するからである。また、正確にカメラの裏側に位置付けられた点の位置の測定も不可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、カメラの視野内に位置付けられていない点の位置を測定できるようにする簡単かつ正確な方法及び光学測定システムを提供することによって、この欠点を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的で、光学測定システムのカメラを、前記基本座標系に対する固定点を有する基準部に対して測定位置に向けて移動させて、前記点をカメラの視野内に位置させ、前記基準部に対するカメラの移動を決定し、前記点の位置を前記カメラで感知し、カメラの移動を考慮に入れて、前記基本座標系に対する前記点の位置を計算する。
【０００５】
実際には、測定点、及び一直線に位置していない少なくとも３つの基準点を持つホルダを使用し、その位置が決定される必要がある前記測定点に対して位置付けする。次に、前記基準点の位置を前記カメラで測定し、これらの基準点の位置に基づいて、前記点の位置を計算し、それによって基準点を前記カメラで感知し、後者をカメラの視野内に保持するために前記ホルダの位置を変更した場合は、カメラを自動的に移動させる。
【０００６】
有利には、前記カメラを回転させて、測定すべき上述の点をカメラの視野内に位置させる。
【０００７】
本発明の方法の好ましい一実施例によれば、前記基準部は、前記測定容積内の基本座標系に対する固定位置に設けられた、一直線に位置していない少なくとも３つの基準器で形成される。
【０００８】
本発明の方法の興味深い一実施例によれば、各基準器は、互いに固定位置にある少なくとも３つの基準点を有し、それに基づいて対応する前記基準器の位置を計算するためにこれらの基準点の位置を測定する。
【０００９】
前記基準器は、前記固定点に関して回転させることができ、その結果、その基準点を前記カメラで感知することができる。
【００１０】
本発明は、また、物体の点の位置を測定する少なくとも１つのカメラを備え、具体的には、上記の方法を適用する光学測定システムにも関するもので、このシステムは、光学測定システムの測定容積内の固定位置に配置すべき少なくとも１つの基準器を有し、この基準器は、前記カメラによって基準器の位置を決定することができるようにする、少なくとも３つの基準点を有し、さらに前記基準器に対してカメラを移動させ、この移動を測定することができる手段が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明は、物体の点の位置を測定する少なくとも１つのカメラを備え、具体的には、前記カメラが周囲に対して回転することができるように取り付けられ、カメラの回転運動を決定する手段が設けられた光学測定システムに関する。
【００１２】
本発明の他の特徴及び利点は、以下の本発明の方法及び光学測定システムのいくつかの特定の実施例の説明から明らかになるであろう。この説明は、単に例として記載するものであって、特許請求の保護された範囲を決して限定するものではない。以下に使用する参照の図は、添付の図面である。
【００１３】
様々な図面では、同一の参照番号は同一又は類似の要素を示す。
【実施例】
【００１４】
本発明は、一般に、少なくとも１つのカメラを使用して点の位置を測定する光学測定システムに関する。好ましくは、この測定システムは、様々な位置から測定すべき点を感知する２つ又は３つのカメラを有する。こうしたカメラは、たとえばリニア・カメラ又はマトリックス・カメラでもよい。
【００１５】
光学測定システムで位置を測定することができる点は、システムの測定容積内に位置する。この測定容積は、その中の点の位置を十分正確に測定することができる測定システムのカメラで感知することができる空間で形成される。
【００１６】
点の位置が測定される必要がある場合は、この点を例えばＬＥＤなど光の点によってマークして、点を測定システムのカメラではっきりと感知できるようにする。
【００１７】
他の使用頻度の高い方法では、測定すべき点は、この目的のために備えられたホルダの測定点と接する。そのようなホルダは、前記測定点の他に、一直線上に位置していない少なくとも３つの基準点を有しており、前記測定点が前記測定すべき点に対して位置付けられたときに、基準点の位置が前記カメラで測定される。これらの基準点の位置に基づいて、測定点の位置、必然的に測定すべき点の位置が測定され、次いで計算される。これらの基準点は、例えば光信号を出す光の点又は要素、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）など、からなる。
【００１８】
光学測定システムでのこのようなホルダの使用は、すでに周知のものであり、例えば特許出願第ＷＯ９８／４８２４１号に記載されている。
【００１９】
図１は、光学測定システムの３つのカメラ２、３、及び４によって感知される乗用車の形の物体１を示す。これらのカメラは、共通のハウジング５内に搭載されている。ハウジング５を簡単な方法で移動できるようにする手段がハウジング５には設けられている。具体的には、ハウジング５には小さい車輪６が底部側に設けられている。
【００２０】
したがって、カメラ２、３、及び４の視野内に位置付けられた物体１の点の位置を、前記ハウジング５によってカメラ２、３、及び４に対する固定位置を有する基本座標系に対して決定することができる。しかし、ハウジング５が置かれた位置に関してカメラ２、３、及び４に対して物体１の裏側に位置付けられた、したがってこれらのカメラの視野外に位置付けられた点の位置を決定することはできない。
【００２１】
最初の位置でカメラ２、３、及び４の視野内に位置しないこうした点の位置を決定するため、前記測定容積内に基準部７を設ける。この基準部７の基本座標系に対する位置を測定する。これは、好ましくは、光学測定システムによって行う。
【００２２】
前記物体１の裏側に位置付けられた点の位置を測定するには、カメラ２、３、及び４を備えたハウジング５をいわゆる測定位置に移動し、それによって前記点がカメラの視野内で物体の裏側に設けられ、したがってカメラで感知できるようにする。カメラをこのように移動した後、前記基準部７の位置を光学測定システムで再び測定し、ハウジング５並びにカメラ２、３、及び４の移動を一義的に決定する。こうすると、基本座標系に対するカメラの移動を知ることができる。
【００２３】
次に、物体１の裏側の測定すべき点の位置を前記カメラ２、３、及び４によって測定する。前記基本座標系に対するこれらの点の位置を計算するには、カメラの最初の位置から前記測定位置までの移動を考慮に入れる。
【００２４】
図１で示した本発明の光学測定システムの実施例では、前記基準部７は、測定システムの測定容積内の定位置に締結された３つの基準器８、９、及び１０からなる。具体的には、こうした基準器８、９、及び１０は、物体１上に、具体的にはその頂部上に固定されている。
【００２５】
図２は、こうした基準器の特定の実施例を示しており、この基準器は、締結部分１１、及び一直線上に位置していない３つの基準点１３、１４、及び１５を持つ基準部分１２を有する。好ましくは、これらの基準点はそれぞれ、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）など、光信号を出す光点又は要素からなる。基準部分１２は、ボール・ヒンジ１６を介して締結部分１１に取り付けられて、矢印１７及び１８で示されるように、基準部分１２が、締結部分１１に対して、前記ボール・ヒンジ１６によって決定された玉継手点の周囲で自由に回転できるようになされている。
【００２６】
締結部分１１には、たとえば吸盤など締結手段が設けられて、対応する基準器を前記測定容積内で定位置に締結することが好ましい。
【００２７】
さらに、基準点１３、１４、及び１５の相互の位置、並びにこれらの基準点の前記ボール・ヒンジ１６に対する、かつ対応するボール・ヒンジ点に対する位置を決定する。したがって、このボール・ヒンジ点の位置は、基準点１３、１４、及び１５から導出することができる。
【００２８】
この実施例の変形例によれば、基準点１３、１４、及び１５の相互の位置は必要ではなく、基準点のボール・ヒンジ点に対する位置は知られている。ボール・ヒンジ点の位置を決定するには、基準器１２をボール・ヒンジ点の周りで少なくとも２つの異なる位置に回転させ、基準点１３、１４、及び１５の位置を上述のカメラで測定する。各基準点１３、１４、及び１５を本明細書では球面に従って移動させる。こうして測定した基準点１３、１４、及び１５の位置によって、光学測定システムで、基準部分１２の基準点１３、１４、及び１５を表す球体の中心点の位置を計算する。次いで、この中心点の位置をボール・ヒンジ点の位置と一致させる。
【００２９】
図１では、３つの基準器８、９、及び１０が、前記締結部分１１で物体１の頂部に固定されている。
【００３０】
前記基準部７の位置を測定した場合、続いて、各基準器８、９、及び１０のボール・ヒンジ点１６の位置を、ボール・ヒンジ点１６の対応する各基準点１３、１４、及び１５の測定した位置に基づいて計算する。
【００３１】
この基準部分１２は、各基準器８、９、及び１０の締結部分１１に対して回転させることができるため、基準部分１２を回転させて、その基準点１３、１４、及び１５をカメラ２、３、及び４で感知するようにすることができる。
【００３２】
有利には、各基準器８、９、及び１０を、たとえば電気モータで駆動する。具体的には、基準部分１２を締結部分１１に対して駆動して、カメラ２、３、及び４が移動するにつれて、基準点１３、１４、及び１５が常にカメラに向けられ、それによってカメラで感知することができるようにする。本明細書では、基準器８、９、及び１０は、以下の自明のアルゴリズムで制御される。この実施例の変形例では、たとえば発光ダイオードからなる基準点１３、１４、及び１５は、カメラの移動を追うように駆動される。
【００３３】
図３は、本発明の第２の実施例による光学測定システムの３つのカメラ２、３、及び４を備えたハウジング５を示す。ハウジング５は、カメラ２、３、及び４と共に脚部１９に対して移動することができるように、脚部１９に固定されている。具体的には、ハウジング５は、脚部１９に対して回転の垂直軸２０の周りで回転できるように取り付けられている。
【００３４】
測定容積外に、したがってカメラの視野外に位置する物体１の固定基本座標系に対するいくつかの点の位置を測定するには、ハウジング５を矢印２３で示したように回転させることができる。
【００３５】
図３で示した物体１は、水平ビームによって頂部で互いに連結された２つの平行の起立ビームを有するＵ形フレームからなる。物体１のいくつかの点の位置を測定する必要があり、こうした点の一部はカメラの視野内に位置し、一部はカメラの裏側に、したがって視野外に位置する場合、カメラを備えたハウジング５を、図３で示したように、測定すべき他の点がカメラの視野内に入るまで、前記回転の垂直軸２０に対して最初の位置から回転させる。
【００３６】
本明細書では、カメラは、物体１の前記垂直ビームの間に配置されて、第１段階では、カメラの最初の位置で、前記基本座標系に対するこうしたビームの最初の１つの点２１の位置を測定することができるようになされている。
【００３７】
続いて、反対側の垂直ビーム上に位置する点２２の位置を測定するには、第２の段階で、カメラを備えたハウジング５を脚部１９で形成された固定基準部に対して回転の垂直軸２０の周りでいわゆる測定点に回転して、点２２がカメラの視野内に入るようにする。カメラ２、３、及び４のこの移動中、カメラを備えたハウジング５の前記最初の位置と測定点の間の回転角度及び感知を決定する。後者は、例えば脚部１９に設けられたいわゆる角度エンコーダを使用して行うことができる。
【００３８】
最後に、点２２は、カメラ２、３、及び４によって感知され、ハウジング５並びにカメラ２、３、及び４の決定された移動を考慮に入れて、その点の位置を上述の基本座標系に対して計算する。
【００３９】
少なくとも３つの基準点が設けられた上述のホルダを使用して、物体１のいくつかの点の位置を測定する場合、カメラを備えたハウジング５が載っている前記脚部１９には、本発明の特定の実施例によれば、たとえば電気モータが装備されている。このホルダの基準点は、前記カメラによって感知され、ホルダが移動した場合は、測定システムによって前記モータに信号が送られてハウジング５を駆動し、前記回転軸の周りで回転させ、それによってホルダをカメラの視野内に保持する。こうすると、前記ホルダがその位置を変更する場合は、ハウジング５を手動で動かす必要なく、カメラは確実に自動的に移動する。
【００４０】
図３で示した、カメラ２、３、及び４を備えたハウジング５は、回転軸を１つだけ有しているが、測定システムのこの実施例の変形例によれば、数本の回転軸を備えることができる。したがって、たとえば前記垂直回転軸とは別に、角度エンコーダを伴った水平回転軸を備えて、カメラの上に位置付けられた点の位置も同じ基本座標系に対して測定することができる。
【００４１】
さらに、ハウジングを回転式に取り付けた前記脚部１９が、たとえば水平面で平行移動を行う手段を有することもできる。したがって、脚部１９を、たとえば測定点に向けて案内レールで移動させて、レール上で脚部が移動した距離を測定することができる。
【００４２】
その結果、上述の光学測定システム及び対応する方法により、物体の全ての点の位置を１つの同じ固定基本座標系に対して決定することができる。
【００４３】
本発明による方法及び光学測定システムは、当然、添付の図で示した上記の実施例に限定されるものではない。
【００４４】
図２で示したように、基準器はボール・ヒンジ点に対して回転することができる基準部分１２を有するが、この基準部分１２は、締結部分１１に対して単にヒンジ・ピンの周りを回転し、又は基準部分１２を締結部分１１に固定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施例による光学測定システムの物体及びカメラを示す概略斜視図である。
【図２】本発明による基準器を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施例による光学測定システムのカメラを示す概略斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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