(57)【要約】【課題】三次元計測に用いられ、構造物などの角部の計測を容易に行うことができる、三次元計測治具を提供すること。【解決手段】本発明は、対象物の角部に対して所定の姿勢で固定されるよう形成された本体部と、前記本体部に設けられ、前記対象物の前記角部に位置決めされる位置決め部と、前記本体部に設けられ、入射されたレーザ光を反射するリフレクタを前記位置決め部に対して所定位置に固定するための複数の固定部と、を備え、前記固定部は、前記位置決め部に対して所定のオフセット量で離間した位置に設けられている、三次元計測治具である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の角部に対して所定の姿勢で固定されるよう形成された本体部と、
前記本体部に設けられ、前記対象物の前記角部に位置決めされる位置決め部と、
前記本体部に設けられ、入射されたレーザ光を反射するリフレクタを前記位置決め部に対して所定位置に固定するための複数の固定部と、を備え、
前記固定部は、前記位置決め部に対して所定のオフセット量で離間した位置に設けられている、
三次元計測治具。
【請求項２】
前記複数の固定部は、前記複数の固定部の位置を結んで形成される平面が前記対象物の角部に接する一つの平面と平行になるように設けられている、
請求項１に記載の三次元計測治具。
【請求項３】
前記本体部は、前記対象物の角部に接する第１面に当接する天板部と、前記対象物の角部に接する第２面に当接する脚部とを備える、
請求項１または２に記載の三次元計測治具。
【請求項４】
前記本体部は、前記本体部より突出すると共に、前記位置決め部が突出した先端に形成された爪部を更に備える、
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の三次元計測治具。
【請求項５】
前記複数の固定部は、前記リフレクタが載置された際の前記リフレクタにおける所定箇所である計測点の位置と、前記位置決め部とを結んだ線が同一直線上に位置するように設けられている、
請求項１に記載の三次元計測治具。
【請求項６】
前記本体部を前記角部に対して任意の姿勢で固定するアーム部を更に備える、
請求項５に記載の三次元計測治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の計測対象点の三次元位置を計測するための三次元計測システムに用いられる三次元計測治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の構造物等を計測する場合、レーザ測定器を用いた三次元計測が行なわれている（特許文献１参照）。レーザ測定器を用いた三次元計測において、レーザ測定器から放射されたレーザ光を反射するリフレクタを用いて対象物の位置が計測される。このリフレクタとして、例えば、レトロリフレクタが知られている。
【０００３】
レトロリフレクタは、互いに直交して配置された３枚の鏡により構成された反射部を備える。レトロリフレクタにおいて、この反射部に入射したレーザ光は、３枚の鏡において反射を繰り返し、３枚の鏡が交わる頂点に集約され、この頂点から反射光がレーザ光の入射方向に戻るという性質を有している。
【０００４】
特許文献１に記載された三次元計測治具は、反射部を備えるリフレクタを保持する保持部と、丸孔に保持されるように形成された脚部とを備えている。特許文献１に記載された技術によれば、リフレクタに向けてレーザを投光するとともに反射光を受光して、最大の反射光強度が得られたときのリフレクタとレーザ測定器との間の距離を計測し、この距離とリフレクタの反射部の位置とレーザ計測用ターゲット治具の所定位置との位置関係に基づいてレーザ計測用ターゲット治具の所定位置の座標を演算することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１２０２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された三次元計測治具は、脚部が丸孔に挿入され、丸孔の計測を容易にすることができるが、構造物の角部の計測をすることについては考慮されていない。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、三次元計測に用いられ、構造物などの角部の計測を容易に行うことができる、三次元計測治具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）：本発明の一態様にかかる三次元計測治具は、対象物の角部に対して所定の姿勢で固定されるよう形成された本体部と、前記本体部に設けられ、前記対象物の前記角部に位置決めされる位置決め部と、前記本体部に設けられ、入射されたレーザ光を反射するリフレクタを前記位置決め部に対して所定位置に固定するための複数の固定部と、を備え、前記固定部は、前記位置決め部に対して所定のオフセット量で離間した位置に設けられている。
【０００９】
本発明は、このような構成により、本体部が対象物の角部に対して位置決めされると共に、所定の姿勢で固定されるため、複数の固定部にリフレクタが固定された際にリフレクタの位置が角部に対して所定の位置関係を保つことができる。
【００１０】
（２）：（１）に記載の三次元計測治具において、前記複数の固定部は、前記複数の固定部の位置を結んで形成される平面が前記対象物の角部に接する一つの平面と平行になるように設けられていてもよい。
【００１１】
本発明は、このような構成により、治具を対象物の角部に位置決めして固定し、複数の固定部にリフレクタが固定された際にリフレクタの位置が角部に対して所定の位置関係を保つことができ、角部に接する一つの平面におけるリフレクタの位置の計測を行うことで角部の位置を演算することができる。
【００１２】
（３）：（１）または（２）に記載の三次元計測治具において、前記対象物の角部に接する第１面に当接する天板部と、前記対象物の角部に接する第２面に当接する脚部とを備えていてもよい。
【００１３】
本発明は、このような構成により、本体部を対象物の角部に対して所定の姿勢で固定することができる。
【００１４】
（４）：（１）から（３）のうちいずれか一つに記載の三次元計測治具において、
前記本体部は、前記本体部より突出すると共に、前記位置決め部が突出した先端に形成された爪部を更に備えていてもよい。
【００１５】
本発明は、このような構成により、このような構成により、角部が窪んだ位置に存在している対象物の角部の位置も計測することができる。
【００１６】
（５）：（１）に記載の三次元計測治具において、
前記複数の固定部は、前記リフレクタが載置された際の前記リフレクタにおける所定箇所である計測点の位置と、前記位置決め部とを結んだ線が同一直線上に位置するように設けられていてもよい。
【００１７】
本発明は、このような構成により、角部に接する同一直線上に位置するリフレクタの位置の計測を行うことで角部の位置を演算することができる。
【００１８】
（６）：（５）に記載の三次元計測治具において、前記本体部を前記角部に対して任意の姿勢で固定するアーム部を更に備えていてもよい。
【００１９】
本発明は、このような構成により、このような構成により、角部が窪んだ位置に存在している対象物の角部の位置も計測することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の三次元計測治具によると、構造物などの角部の計測を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態の三次元計測システムの構成の一例を示す図である。
【図２】リフレクタの構成を示す図である。
【図３】治具の構成を示す斜視図である。
【図４】治具の正面図である。
【図５】治具の左側面図である。
【図６】演算装置の構成を示すブロック図である。
【図７】リフレクタの計測点と位置決め部とのオフセット量との関係を示す図である。
【図８】三次元計測システムにおいて実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図９】治具を用いない計測方法を示す比較例にかかる図である。
【図１０】三か所の計測点で算出される平面を説明する側面図である。
【図１１】比較例において算出される平面を示す斜視図である。
【図１２】比較例において算出される角部を示す斜視図である。
【図１３】変形例１の治具の一例を示す側面図である。
【図１４】変形例１の治具の一例を示す斜視図である。
【図１５】変形例２の治具の一例を示す斜視図である。
【図１６】変形例２の治具の一例を示す正面図である。
【図１７】様々な形状をとり得る対象物の一例を示す図である。
【図１８】変形例３の治具の一例を示す斜視図である。
【図１９】変形例３の本体部の斜視図である。
【図２０】変形例３の本体部の側面図である。
【図２１】様々な形状をとり得る対象物の一例を示す図である。
【図２２】第２実施形態のボルト穴の計測方法を説明する側面図である。
【図２３】第２実施形態のボルト穴の計測方法を説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の三次元計測治具の実施形態について説明する。
【００２３】
［第１実施形態］
図１に示されるように、三次元計測治具が適用される三次元計測システム１は、計測の対象物Ｗの角部の位置を計測し、座標を演算するシステムである。対象物Ｗは、例えば、橋梁等に用いられる大型の鋼材で形成された製品である。三次元計測システム１は、例えば、対象物Ｗの複数の角部を計測し、それらの相対的な座標を演算することで、製品の形状を特定し、製品の品質を検査するために用いられる。
【００２４】
三次元計測システム１は、レーザ光を用いて対象物との距離を計測するレーザ距離測定装置１０と、入射されたレーザ光を反射するリフレクタ２０と、対象物Ｗに固定され、リフレクタ２０を保持する治具３０と、レーザ距離測定装置１０により計測されたリフレクタ２０とレーザ距離測定装置１０との距離を取得し、レーザ距離測定装置１０を基準とした対象物Ｗとの相対位置を演算する演算装置４０とを備える。演算装置４０は、任意の位置を原点として設定する。
【００２５】
レーザ距離測定装置１０は、対象物Ｗから離間した任意の場所に設置される。対象物Ｗの角部には、治具３０が固定される。治具３０には、例えば、後述の様に磁石が取り付けられており、磁石の磁気吸着力によって治具３０が対象物Ｗに固定される。治具３０は、例えば、対象物Ｗの角部の形状に合致するよう形成されている。治具３０の上面には、リフレクタ２０が固定される。リフレクタ２０を固定するための固定部は、治具３０の上面に複数個設けられている。リフレクタ２０は、入射したレーザ光Ｌを反射する。レーザ光Ｌが反射光を放射する位置を計測点とする。レーザ距離測定装置１０は、リフレクタ２０にレーザ光Ｌを放射し、リフレクタ２０から反射した反射光を受光する。
【００２６】
レーザ距離測定装置１０は、レーザ光Ｌの出射条件と受光条件とに基づいてリフレクタ２０の計測点と自身との第１距離を演算する。レーザ距離測定装置１０は、例えば、出射したレーザ光Ｌと受光した反射光との位相差に基づいて第１距離を演算する。演算装置４０は、レーザ距離測定装置１０により演算された第１距離に基づいて、対象物Ｗの角部の座標を演算する。同様に、三次元計測システム１により対象物Ｗの他の角部の計測を繰り返すことにより、対象物Ｗの形状を特定することができる。
【００２７】
レーザ距離測定装置１０は、レーザ光Ｌを放射し、反射したレーザ光Ｌの反射光を受光するレーザセンサ部１１と、レーザセンサ部１１を支持すると共に方向を変化させるよう駆動する支持部１２と、支持部１２を制御してレーザセンサ部１１の方向を変化させると共に自身と反射対象物との三次元位置を演算する演算制御部１３とを備える。レーザ距離測定装置１０は、例えば、公知のレーザートラッカを用いてもよい。
【００２８】
支持部１２は、レーザセンサ部１１の姿勢を水平方向及び垂直方向に変化させる駆動部を備える。駆動部には、例えば、ステッピングモータが用いられる。駆動部は、演算制御部１３から取得した制御指令値に基づいて、ステッピングモータの角度を変化させる。
【００２９】
演算制御部１３は、制御指令値に基づいて駆動部を制御してレーザセンサ部１１の姿勢（角度）を変化させ、レーザセンサ部１１が出射するレーザ光Ｌをリフレクタ２０に入射させる。リフレクタ２０からは、反射光が反射される。レーザセンサ部１１は、反射光を受光する。演算制御部１３は、放射したレーザ光Ｌと受光した反射光との時間差及び位相差に基づいて、自身とリフレクタ２０との距離を演算する。
【００３０】
演算制御部１３は、演算した距離、レーザ光Ｌの射出方向に基づいて、リフレクタ２０の三次元相対座標を演算する。演算制御部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。また、演算制御部１３のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
【００３１】
図２に示されるように、リフレクタ２０は、球形に形成された外殻２１と、外殻の内部にレーザ光Ｌ反射する反射部２２とを備える。外殻２１は、一部に開口部２３が形成されている。外殻２１は、例えば、金属材料で形成された磁性体である。反射部２２は、互いに直交する３枚の平面鏡（第１反射鏡、第２反射鏡、第３反射鏡）により形成されたリトロリフレクター（Retroreflector）である。反射部２２は、入射した光を、入射方向と平行で、かつ反対の方向へと反射する再帰反射器である。即ち、反射部２２は、光源に対して必ずしも正確に正対していなくても入射した光を光源の方向に再帰反射させる。
【００３２】
反射部２２の３枚の平面鏡の交点は、球形に形成された外殻２１の中心（所定箇所）に位置するように位置決めされている。以下、この交点を計測点２４と呼ぶ。開口部２３からレーザ光Ｌが入射されると、レーザ光Ｌは、反射部２２の第１反射鏡、第２反射鏡、第３反射鏡で順次反射され、光源に対して反射光Ｌ１が再帰反射される。演算制御部１３は、レーザ光Ｌが計測点２４に照射されるよう支持部１２を制御し、レーザセンサ部１１の方向を調整する。
【００３３】
外殻２１は、半径Ｒが所定の値となるように形成されている。そのため、外殻２１の中心に位置する計測点２４の位置は、外殻２１が計測対象物に接触した接触点から半径Ｒの距離であると演算で求められる。計測点２４の位置は、レーザ光Ｌが反射する位置として演算に用いられる。対象物Ｗの所定位置を計測する場合、リフレクタ２０は、治具３０に固定される。治具３０は、例えば対象物Ｗの角部に固定される（図１参照）。
【００３４】
図３に示されるように、治具３０は、対象物Ｗに固定される本体部３１と、本体部３１にリフレクタを固定するための複数の固定部３２，３３，３４とを備える三次元計測治具である。治具３０の上面３１Ａには、複数の固定部３２，３３，３４が所定の配置関係において設けられている。複数の固定部３２，３３，３４は、中心を結ぶ線が直角三角形となるように上面３１Ａに配置されている。
【００３５】
本体部３１は、対象物Ｗの角部Ｇに対して所定の姿勢で固定されるよう形成されている。ここで、対象物Ｗにおいて、角部を含む縁の部分は、作業性を考慮して面取りが施されている場合がある。従って、対象物Ｗの角部は、実際には必ずしも形成されているとは限らず、計算上求められる仮想の点である。本体部３１は、例えば、対象物Ｗの角部Ｇに固定された場合、複数の固定部３２，３３，３４の位置を結んで形成される平面が対象物Ｗの上面と平行になるように形成されている。
【００３６】
固定部３２は、直角三角形の直角頂の位置に配置されている。固定部３２の中心と固定部３４の中心とを結ぶ線は、本体部３１の一端面３１Ｅと平行になるように配置される。固定部３２の中心と固定部３３の中心とを結ぶ線は、本体部３１の一側面３１Ｂと平行になるように配置される。
【００３７】
複数の固定部３２，３３，３４は、円柱状に形成されている。複数の固定部３２，３３，３４のそれぞれの上面側には、すり鉢状の座面３２Ａ，３３Ａ，３４Ａがそれぞれ形成されている。座面３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ内には、それぞれ磁石３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂが嵌め込まれている。
【００３８】
座面３２Ａ，３３Ａ，３４Ａには、リフレクタ２０が載置される。リフレクタ２０は、計測時において、複数の固定部３２，３３，３４にそれぞれ載置され、計測される。リフレクタ２０は、固定部３２，３３，３４にそれぞれ載置される際、磁石３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂにより座面３２Ａ，３３Ａ，３４Ａに磁気吸着される。
【００３９】
本体部３１の一側面３１Ｂ側には、磁石３５が設けられている。磁石３５は、一側面３１Ｂと同一平面の位置に配置され、本体部３１の上面３１Ａ側に設けられたレバー３６の操作によって一側面３１Ｂから段差が形成される方向（Ｙ方向）に移動自在となっている。治具３０は、このような構成により、磁性体である対象物Ｗに磁石３５の磁力によって磁気吸着して固定され、レバー３６の操作によって対象物Ｗへの固定が解除される。
【００４０】
図４に示されるように、本体部３１は、略矩形の板状体の天板部３１Ｃと、天板部３１Ｃから下方に垂下した略四角柱状に形成された脚部３１Ｄとによって長手方向（Ｘ軸方向）の断面が略Ｔ字形に形成されている。
【００４１】
図５に示されるように、天板部３１Ｃの下面３１Ｆと、脚部３１Ｄの一側面３１Ｂと、脚部３１Ｄの一端面３１Ｅとの交点は、位置決め部Ｐとして定義される。ここで、位置決め部Ｐは、必ずしも物理的に形成されていなくてもよく、天板部３１Ｃの下面３１Ｆと、脚部３１Ｄの一側面３１Ｂと、脚部３１Ｄの一端面３１Ｅとの交点で決定される仮想の点である。また、位置決め部ＰのＹ軸方向の反対側に位置する、天板部３１Ｃの下面３１Ｆと、脚部３１Ｄの一側面３１Ｂと、脚部３１Ｄの他端面３１Ｇ（図５参照）との交点は、位置決め部Ｑとして定義される。ここで、位置決め部Ｑは、必ずしも物理的に形成されていなくてもよく、天板部３１Ｃの下面３１Ｆと、脚部３１Ｄの一側面３１Ｂと、脚部３１Ｄの他端面３１Ｇとの交点で決定される仮想の点である。位置決め部Ｐ及び位置決め部Ｑは、どちらを用いてもよい。
【００４２】
作業者は、治具３０を対象物Ｗに固定する際、位置決め部Ｐを対象物Ｗの角部Ｇの位置に合わせるように位置決めする。即ち、治具３０は、Ｘ軸方向において、対象物Ｗの一端面Ｗ３が脚部３１Ｄの一端面３１Ｅと同一平面となる位置に位置決めされる。この状態において、本体部３１の天板部３１Ｃの下面３１Ｆ側は、対象物Ｗの上面（第１面）Ｗ１に当接する。そして、本体部３１の脚部３１Ｄの一側面３１Ｂ側は、対象物Ｗの一側面（第２面）Ｗ２側に当接する。
【００４３】
作業者が治具３０を位置決めする際、レバー３６を解除方向に操作すると、治具３０は、対象物Ｗに対して固定されない。作業者が治具３０を移動しつつ、治具３０の位置決め部Ｐと、対象物Ｗの角部Ｇとの位置が一致した位置において、レバー３６を固定方向に操作すると、磁石３５（図３参照）が対象物Ｗに対して移動して接触すると共に磁気吸着し、治具３０が対象物Ｗに対して固定される。
【００４４】
作業者は、治具３０が対象物Ｗに対して固定された状態で、リフレクタ２０を固定部３４，３２，３３の順序で載置する。リフレクタ２０が複数の固定部３４，３２，３３のそれぞれに載置された状態において、作業者は、レーザ距離測定装置１０を用いて計測点２４の三次元位置を計測する。リフレクタ２０が固定部３４，３２，３３に固定された状態において、３つの計測点２４の三次元位置が計測されると、レーザ距離測定装置１０により位置決め部Ｐの三次元位置が求められる。
【００４５】
レーザ距離測定装置１０は、治具３０が視認され、且つ、対象物Ｗから所定距離内で離間した位置に設置される（図１参照）。所定距離とは、例えば数百［ｍ］以内の距離である。例えば、先ず、リフレクタ２０が固定部３４に固定される。この状態において、リフレクタ２０は、開口部２３がレーザ距離測定装置１０の光源方向に向くように固定される。
レーザ距離測定装置１０により、リフレクタ２０の計測点２４と自身の基準点（例えばレーザ光Ｌの照射口）との間の第１距離が計測される。
【００４６】
演算制御部１３は、支持部１２の制御に用いる制御指令値に基づいてレーザ光Ｌの射出方向を演算する。演算制御部１３は、計測した第１距離と、演算したレーザ光Ｌの射出方向とに基づいて、固定部３４に固定されたリフレクタ２０の計測点２４Ｃの第１相対座標を演算する。
【００４７】
演算制御部１３は、同様に、固定部３２に固定されたリフレクタ２０の計測点２４Ａの第１相対座標、固定部３３に固定されたリフレクタ２０の計測点２４Ｂの第１相対座標を演算する。演算制御部１３は、演算した第１相対座標を演算装置４０に出力する。演算装置４０は、第１相対座標に基づいて、位置決め部Ｐの第２相対座標を演算する。
【００４８】
図６に示されるように、演算装置４０は、演算制御部１３から出力されたデータを取得する取得部４１と、取得したデータに基づいて位置決め部Ｐの位置を演算する座標演算部４２と、演算結果を表示する表示部４３と、演算に用いる各種データが記憶された記憶部４８とを備える。演算装置４０は、レーザ距離測定装置１０により演算された第１相対座標と、位置決め部Ｐ及び計測点２４の位置関係とに基づいて、角部Ｇの第２相対座標を演算する。
【００４９】
ここで、取得部４１と、座標演算部４２とは、それぞれ、ＣＰＵ等のプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。また、以下に説明する取得部４１、座標演算部４２の各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
【００５０】
以下、座標演算部４２により演算される位置決め部Ｐの位置の演算内容について説明する。リフレクタ２０の外径（半径）は既知であるので、固定部３２，３３，３４のいずれかに固定されたリフレクタ２０の計測点２４と位置決め部Ｐとの間のオフセットに基づいて、３つの計測点２４のそれぞれの第１相対座標に対する位置決め部Ｐの第２相対座標を求めることができる。
【００５１】
３つの計測点２４の第１相対座標がそれぞれ求められると、対象物Ｗの一側面Ｗ２の面の向きが決定される（図４参照）。座標演算部４２は、既知のオフセット量に基づいて第１相対座標に対する位置決め部Ｐの第２相対座標を演算する。オフセット量に関するデータは、記憶部４８に記憶されている。座標演算部４２は、位置決め部Ｐの第２相対座標を治具３０における既知のオフセット量に基づいて演算する。
【００５２】
図７に示されるように、座標演算部４２は、固定部３２に固定されたリフレクタ２０の計測点２４Ａの第１相対座標を取得し、計測点２４Ａの第１相対座標に対する位置決め部ＰのＺ軸に沿った方向のオフセット量Ｓ４を演算する。オフセット量Ｓ４は、計測点２４Ａから天板部３１Ｃの下面３１Ｆまでの−Ｚ方向の距離である（図４及び図５参照）。ここで、オフセット量Ｓ４は、計測点２４Ａから天板部３１Ｃの上面３１Ａまでの距離Ｓ３に天板部３１Ｃの厚さを加えた値である。
【００５３】
次に、座標演算部４２は、計測点２４Ａの第１相対座標に対する位置決め部ＰのＹ軸に沿った方向のオフセット量Ｓ２を演算する。オフセット量Ｓ２は、計測点２４Ａから本体部３１の一側面３１Ｂまでの−Ｙ方向の距離である（図４参照）。次に、座標演算部４２は、計測点２４Ａの第１相対座標に対する位置決め部ＰのＸ軸に沿った方向のオフセット量Ｓ６を演算する（図５参照）。オフセット量Ｓ６は、計測点２４Ａから本体部３１の一端面３１ＥまでのＸ方向の距離である。
【００５４】
座標演算部４２は、このような演算処理を行い、計測点２４Ａの第１相対座標に対する位置決め部Ｐの第２相対座標を演算する。表示部４３は、位置決め部Ｐの第２相対座標を対象物Ｗの角部Ｇの位置として表示する。作業者は、対象物Ｗの他の角部Ｇに治具３０を固定し、三次元計測システム１による上記処理を繰り返すことで、他の第２相対座標のデータが蓄積される。同様に、三次元計測システム１により、対象物Ｗの複数の角部Ｇの第２相対座標のデータを取得することで、対象物Ｗの複数の角部Ｇの位置の相対位置が得られ、対象物Ｗの三次元形状が演算される。
【００５５】
次に、三次元計測システム１において実行される処理の流れについて説明する。図８は、三次元計測システム１において実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。演算制御部１３は、治具３０に固定されたリフレクタ２０の計測点２４の計測された位置に基づいて、リフレクタ２０の計測点２４の第１相対座標を演算する（ステップＳ１００）。
【００５６】
次に、座標演算部４２は、記憶部４８に記憶された治具３０のオフセット量のデータを参照し、演算された第１相対座標に基づいて、位置決め部Ｐの第２相対座標を演算する（ステップＳ１０２）。次に、表示部４３は、ステップＳ１０２で演算された第２相対座標を表示する（ステップＳ１０４）。三次元計測システム１は、ステップＳ１００からステップＳ１０４の処理を繰り返し実行する。三次元計測システム１は、このような処理を繰り返し、対象物Ｗの形状を演算する。
【００５７】
三次元計測システム１に比して、治具３０を用いないで対象物Ｗを計測する場合を比較例として示す。図９は、治具３０を用いない計測方法の比較例を示す図である。図示するように、対象物Ｗの第１面Ｗ１に接触してリフレクタ２０が位置決めされる。このとき、作業者がリフレクタ２０を指で把持する等して位置決めしてもよい。作業者は、レーザ距離測定装置を用いて第１面Ｗ１において任意の三か所の計測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の位置を計測する。
【００５８】
図１０に示されるように、三か所の計測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を計測した時点では、計測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３のそれぞれに設置されたリフレクタ２０に接する面は、理論上、ａ面とｂ面との２面が存在する。そこで、ａ面が第１面Ｗ１でないと演算装置に認識させるために、計測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３からａ面方向に向かって、ａ面から離間した計測点Ｋ４の位置を計測する。計測点Ｋ４の位置は、ａ面から離間した方向の任意の位置である。演算装置は、計測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４の計測結果に基づいて、計測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３からｂ面方向にリフレクタ２０の半径Ｒ分の距離が離間した三点Ｋ１ｂ，Ｋ２ｂ，Ｋ３ｂで決定される平面を演算する。
【００５９】
図１１は、比較例において演算される平面Ｆ１を示す図である。図１１に示されるように、表示演算される平面Ｆ１は、角部Ｇを含んでいる。上記の通り、平面Ｆ１を演算するためには、計測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４のように４点の計測が必要となる。図１２は、比較例において演算される角部Ｇを示す図である。同様に、作業者は、第２面Ｗ２において４点を計測し、計測結果に基づいて、演算装置は、平面Ｆ２を演算する。演算される平面Ｆ２は、角部Ｇを含んでいる。同様に、作業者は、第３面Ｗ３において４点を計測し、計測結果に基づいて、演算装置は、平面Ｆ３を演算する。
【００６０】
演算される平面Ｆ３は、角部Ｇを含んでいる。角部Ｇは、３つの平面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の交点である。演算装置は、演算した３つの平面Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の交点の位置を演算する。交点の位置が演算されると、角部Ｇの位置が得られる。上述した様に、治具３０を用いずに角部Ｇの位置を計測しようとすると、対象物Ｗの第１面Ｗ１、第２面Ｗ２、第３面Ｗ３のそれぞれについて４回、合計１２回の位置計測が必要となる。
【００６１】
それに対して三次元計測システム１は、治具３０を用いることにより、対象物Ｗの角部Ｇへの位置決めを簡略化すると共に、リフレクタ２０の計測回数を３回とし、比較例に比して低減することができる。三次元計測システム１は、リフレクタ２０の位置と治具３０のオフセット量とに基づいて、対象物Ｗの角部Ｇの位置を演算することができ、対象物Ｗの形状を簡便に演算することができる。
【００６２】
上記で説明した治具３０は、対象物Ｗの形状に合わせて様々な形状で形成され得る。以下、治具の変形例を示す。以下の変形例は、対象物Ｗの形状や、測定対象の位置等の異なる条件下によって使い分けられ得る。以下の説明では、上記で説明した構成と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、且つ、同様の構成については同一の名称を用い、重複する説明については適宜省略する。
【００６３】
［変形例１］
図１３は、変形例の治具５０の一例を示す側面図である。また、図１４は、変形例の治具５０の一例を示す斜視図である。図１３及び図１４に示されるように、治具５０において、固定部５２，５３，５４は、本体部５１の他側面５１Ｈに設けられている。本体部５１は、例えば、対象物Ｗの角部Ｇに固定された場合、複数の固定部５２，５３，５４の位置を結んで形成される平面が対象物Ｗの一側面Ｗ２と平行になるように形成されている。
【００６４】
作業者は、本体部５１の一側面５１Ｂと、対象物Ｗの一側面Ｗ２とを当接させ、治具５０の位置決め部Ｐが角部Ｇと一致するように位置決めする。作業者は、レバー５６を固定側に操作し、磁石５５の磁気により治具５０を対象物Ｗに磁気吸着させて固定する。治具５０は、例えば、大型の対象物Ｗの上方の角部に設置される。作業者は、治具５０の固定部５４，５２，５３の順番で、それぞれの位置においてリフレクタ２０を固定して計測点２４を計測する。
【００６５】
演算装置４０は、治具３０を用いた場合と同様の手法により、リフレクタ２０の第１相対座標と治具５０のオフセット量とに基づいて、角部Ｇの第２相対座標を演算する。
【００６６】
上述した治具５０によれば、作業者は、レーザ距離測定装置１０を床面から上方に移動させることなく、レーザ距離測定装置１０のレーザ光Ｌの出射方向を上方に向けてリフレクタ２０の第１相対座標を計測することができる。また、対象物Ｗが板状体等の場合、測定対象箇所において板厚が薄いことにより治具を磁気吸着させにくい場合、固定しやすい方の治具（治具３０または治具５０）を適宜選択すればよい（図４参照）。
【００６７】
［変形例２］
図１５は、変形例の治具６０の一例を示す斜視図である。また、図１６は、変形例の治具６０の一例を示す正面図である。図１５及び図１６に示されるように、治具６０において、固定部６２，６３，６４は、本体部６１の上面６１Ａに設けられている。本体部６１は、例えば、対象物Ｗの角部Ｇに固定された場合、複数の固定部６２，６３，６４の位置を結んで形成される平面が対象物Ｗの角部Ｇに接する一つの平面と平行になるように形成されている。
【００６８】
作業者は、レバー６６を固定側に操作し、磁石（不図示）の磁気により治具６０を対象物Ｗに磁気吸着させて固定する。脚部６１Ｄには、爪部６９が設けられている。爪部６９は、本体部６１から突出し、突出した先端部に位置決め部Ｐが位置するように形成されている。
【００６９】
図１７に示されるように、対象物ＷＸにおいて、ウェブＷ５の角部ＧがフランジＷ６に接する窪んだ位置に存在する場合がある。このような角部Ｇを計測する際に、作業者が治具３０や治具５０を用いようとすると、角部Ｇへの位置決めが困難となる場合がある。そこで、作業者は、対象物ＷＸの角部Ｇに治具６０を載置し、爪部６９の先端に設けられた位置決め部Ｐを角部Ｇに位置決めする。作業者は、治具６０の固定部６３，６２，６４の順番で、それぞれの位置においてリフレクタ２０を固定して計測点２４を計測する。
【００７０】
演算装置４０は、治具３０を用いた場合と同様の手法により、リフレクタ２０の第１相対座標と治具６０のオフセット量とに基づいて、角部Ｇの第２相対座標を演算する。上述した治具６０によれば、作業者は、フランジＷ６を有する対象物ＷＸの窪んだ部分の角部Ｇに治具６０を利用してリフレクタ２０の第１相対座標をレーザ距離測定装置１０により計測することができる。
【００７１】
［変形例３］
図１８は、変形例の治具７０の一例を示す斜視図である。治具７０は、本体部７１と、本体部７１を方向自在に保持するアーム部７８と、アーム部７８を対象物Ｗに磁気を用いて固定する磁気固定部７９とを備える。磁気固定部７９は、作業者がレバー７６を固定方向に操作すると、磁石（不図示）が対象物Ｗに磁気吸着し、磁気固定部７９が対象物Ｗに対して固定される。
【００７２】
アーム部７８は、磁気固定部７９と連結された第１アーム７８Ａと、第１アーム７８Ａに連結された第２アーム７８Ｂとを備える。第２アーム７８Ｂの先端には、本体部７１が連結されている。
【００７３】
磁気固定部７９と第１アーム７８Ａとは、第１関節７８Ｄを介して連結されている。第１関節７８Ｄは、第１アーム７８Ａを磁気固定部７９に所定の角度範囲において方向自在に連結する。第１アーム７８Ａと第２アーム７８Ｂとは、第２関節７８Ｅを介して連結されている。第２関節７８Ｅは、第１アーム７８Ａと第２アーム７８Ｂとを所定の角度範囲で屈曲自在に連結する。
【００７４】
第２アーム７８Ｂと本体部７１とは、第３関節７８Ｆを介して連結されている。第３関節７８Ｆは、本体部７１を第２アーム７８Ｂに所定の角度範囲において方向自在に連結する。第２関節７８Ｅには、固定用ハンドル７８Ｃが設けられている。固定用ハンドル７８Ｃを解除側に回転させると、第１関節７８Ｄ、第２関節７８Ｅ、第３関節７８Ｆの可動が自由となる。固定用ハンドル７８Ｃを固定側に回転させて締め込むと、第１関節７８Ｄ、第２関節７８Ｅ、第３関節７８Ｆの可動が固定される。
【００７５】
作業者は、固定用ハンドル７８Ｃを解除側に回転させて本体部７１を所望の姿勢にした状態で、固定用ハンドル７８Ｃを固定側に回転させて締め込み、本体部７１を所望の姿勢で固定することができる。
【００７６】
図１９は、本体部７１の斜視図である。本体部７１はＬ字形に形成された部材である。本体部７１の胴部７１Ａには２個の固定部７２，７３が設けられている。胴部７１Ａに対して屈曲して設けられた脚部７１Ｂには、先端部が円錐状に形成された位置決め部材７１Ｃが設けられている。位置決め部材７１Ｃの先端は、位置決め部Ｐである。
【００７７】
図２０は、本体部７１の側面図である。図示するように、本体部７１は、固定部７２に固定されたリフレクタ２０の計測点２４Ａと、固定部７３に固定されたリフレクタ２０の計測点２４Ｂと、位置決め部Ｐが同一直線上に位置するように形成されている。
【００７８】
図２１に示されるように、例えば、対象物ＷＺにおいて、平面上の任意の点を計測する場合、治具３０、治具５０、治具６０は適用しにくい。そこで、作業者は、治具７０を対象物ＷＸの任意の位置Ｍの計測に用いる。治具７０によれば、位置決め部材７１Ｃの先端に設けられた位置決め部Ｐを任意の位置Ｍに位置決めすることができる。作業者は、治具７０の固定部７２，７３の順番で、それぞれの位置においてリフレクタ２０を固定して計測点２４を計測する。演算装置４０は、リフレクタ２０の第１相対座標と位置決め部Ｐのオフセット量とに基づいて、任意の位置Ｍの第２相対座標を演算する。
【００７９】
［第２実施形態］
対象物Ｗの測定対象箇所は、角部Ｇの位置以外に、例えばボルト穴の位置がある。三次元計測システム１は、上述した治具３０，５０，６０を用いることにより、ボルト穴の位置Ｂ１も計測することができる。以下、第１実施形態と重複する部分については適宜説明を省略する。
【００８０】
図２２に示されるように、対象物Ｗの上面（第１面Ｗ１）にボルト穴Ｂが形成されている場合、治具５０を角部Ｇに位置決めし、レーザ距離測定装置１０で対象物Ｗの角部Ｇの位置を計測し、角部Ｇの第２相対座標を演算する。その後、ボルト穴Ｂにリフレクタ２０を設置し、リフレクタ２０の計測点２４をレーザ距離測定装置１０で計測し、リフレクタ２０の第３相対座標を計測する。
【００８１】
図２３に示されるように、ボルト穴Ｂに設置されたリフレクタ２０の計測点２４の位置が計測されると、ボルト穴Ｂの位置Ｂ１は、計測点２４から対象物Ｗの第１面Ｗ１を含む平面に垂下した垂線との交点として求められる。即ち、三次元計測システム１によれば、ボルト穴Ｂの位置Ｂ１は、リフレクタ２０の計測点２４の位置を４回計測することで演算することができる。
【００８２】
対象物Ｗの第１面Ｗ１を含む平面は、治具５０で計測された３つの計測点２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃの位置と既知のオフセット量との関係に基づいて演算される。演算装置４０は、対象物Ｗの第１面Ｗ１を含む平面と、と計測点２４から対象物Ｗの第１面Ｗ１を含む平面に垂下した垂線との交点の座標を演算し、ボルト穴Ｂの位置Ｂ１を出力する。ボルト穴Ｂの位置Ｂ１は、他の治具３０，６０を用いても演算され得る。
【００８３】
これに対して治具を用いない場合、先ず、角部Ｇを計測するために計測点を１２回計測する必要がある（図９から図１２参照）。それに加えて第１面Ｗ１を認識するために計測点を４回計測し（図１０参照）、更にボルト穴Ｂの位置Ｂ１を計測するためのリフレクタ２０の計測点２４の計測を行う。そうすると、治具を用いないでボルト穴Ｂの位置Ｂ１を計測するためには、角部Ｇの１２回の計測点の計測とボルト穴Ｂの位置Ｂ１の５回の計測との合計１７回の計測点の計測が必要となり、作業工程が煩雑となる。
【００８４】
上述した様に、三次元計測システム１によると、対象物Ｗに形成されたボルト穴Ｂの位置Ｂ１を、リフレクタ２０を用いて計測点を４回計測することで演算することができ、作業工程を簡略化することができる。
【００８５】
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１‥三次元計測システム、１０‥レーザ距離測定装置、１１‥レーザセンサ部、１２‥支持部、１３‥演算制御部、２０‥リフレクタ、２１‥外殻、２２‥反射部、２３‥開口部、２４、２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ‥計測点、３０‥治具、３１‥本体部、３１Ａ‥上面、３１Ｂ‥一側面、３１Ｃ‥天板部、３１Ｄ‥脚部、３１Ｅ‥一端面、３１Ｆ‥下面、３１Ｇ‥他端面、３２‥固定部、３２Ａ‥座面、３２Ｂ‥磁石、３３‥固定部、３３Ａ‥座面、３３Ｂ‥磁石、３４‥固定部、３４Ａ‥座面、３４Ｂ‥磁石、３５‥磁石、３６‥レバー、４０‥演算装置、４１‥取得部、４２‥座標演算部、４３‥表示部、４８‥記憶部、５０‥治具、５１‥本体部、５１Ｂ‥一側面、５１Ｈ‥他側面、５２‥固定部、５３‥固定部、５４‥固定部、５５‥磁石、５６‥レバー、６０‥治具、６１‥本体部、６１Ａ‥上面、６１Ｄ‥脚部、６２‥固定部、６３‥固定部、６４‥固定部、６６‥レバー、６９‥爪部、７０‥治具、７１‥本体部、７１Ａ‥胴部、７１Ｂ‥脚部、７１Ｃ‥部材、７２‥固定部、７３‥固定部、７６‥レバー、７８‥アーム部、７８Ａ‥第１アーム、７８Ｂ‥第２アーム、７８Ｃ‥固定用ハンドル、７８Ｄ‥第１関節、７８Ｅ‥第２関節、７８Ｆ‥第３関節、７９‥磁気固定部、２００‥支持部、３００‥板状体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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