(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元（３Ｄ）スキャナ制御装置、２次元（２Ｄ）スキャナプロセッサ、外部コンピュータ、および遠隔ネットワークアクセス用のクラウドコンピュータのうち少なくとも１つを含むプロセッサシステムと、
第１の光源、第１のビーム操向装置、第１の角度測定装置、第２の角度測定装置、および第１の受光器を有する３Ｄスキャナであって、前記第１の光源は、光の第１のビームを放出するように構成され、前記第１のビーム操向装置は、第１の方向に向かって、第１の物体点にまで前記光の第１のビームを操向するように構成され、前記第１の方向は、第１の軸周りの第１の回転角、および第２の軸周りの第２の回転角によって決定され、前記第１の角度測定装置は、前記第１の回転角を測定するように構成され、前記第２の角度測定装置は、前記第２の回転角を測定するように構成され、前記第１の受光器は、第１の反射光を受信するように構成され、前記第１の反射光は、前記第１の物体点によって反射された前記光の第１のビームの一部であり、前記第１の受光器は、前記第１の反射光に応答して第１の電気信号を生成するように構成され、前記第１の受光器は、前記プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には前記第１の電気信号に基づいて、前記第１の物体点までの第１の距離を決定するように構成され、前記３Ｄスキャナは、前記プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には前記第１の距離、前記第１の回転角、および前記第２の回転角に基づいて、前記第１の物体点の３Ｄ座標を決定するように構成される３Ｄスキャナと、
２Ｄスキャナを含む２Ｄスキャナ付属品であって、前記２Ｄスキャナは、第２の光源、第２のビーム操向装置、第３の角度測定装置、および第２の受光器を有し、前記第２の光源は、光の第２のビームを放出するように構成され、前記第２のビーム操向装置は、第２の方向に向かって、第２の物体点にまで光の前記第２のビームを操向するように構成され、前記第２の方向は、第３の軸周りの第３の回転角によって決定され、前記第３の角度測定装置は、前記第３の回転角を測定するように構成され、前記第２の受光器は、第２の反射光を受信するように構成され、前記第２の反射光は、前記第２の物体点によって反射された光の前記第２のビームの一部であり、前記第２の受光器は、前記第２の反射光に応答して第２の電気信号を生成するように構成され、前記２Ｄスキャナは、前記プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には前記第２の電気信号に基づいて、前記第２の物体点までの第２の距離を決定するように構成され、前記２Ｄスキャナは、前記プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には前記第２の距離、および前記第３の回転角に基づいて、前記第２の物体点の２Ｄ座標を決定するようにさらに構成される２Ｄスキャナ付属品と、
前記３Ｄスキャナおよび前記２Ｄスキャナを運ぶように構成される移動可能なプラットフォームであって、前記３Ｄスキャナは、前記２Ｄスキャナに対して固定され、前記移動可能なプラットフォームは、前記第３の軸に垂直な平面上を移動するように構成される移動可能なプラットフォームと
を備えた３次元（３Ｄ）測定装置であって、
前記プロセッサシステムは、前記プロセッサシステムによって実行されたとき、
第１の位置合せ位置で位置固定されている間に、前記プロセッサシステムと協働して、前記３Ｄスキャナに物体面上の点の第１の集合の３Ｄ座標を決定させ、
前記第１の位置合せ位置から第２の位置合せ位置まで移動する間に、前記プロセッサシステムと協働して、前記２Ｄスキャナに複数の２Ｄスキャンセットを得させ、前記複数の２Ｄスキャンセットのそれぞれは、前記物体面上の点の１組の２Ｄ座標であり、前記複数の２Ｄスキャンセットのそれぞれは、前記第１の位置合せ位置に対して異なる位置で、前記２Ｄスキャナによって収集され、
少なくとも一部には、第１の数学的基準に従って前記複数の２Ｄスキャンセットのフィッティングに基づいて、第１の並進方向に対応する第１の並進値、第２の並進方向に対応する第２の並進値、および第１の配向軸に対応する第１の回転値を決定し、
前記第２の位置合せ位置で位置固定されている間に、前記プロセッサシステムと協働して、前記３Ｄスキャナに前記物体面上の点の第２の集合の３Ｄ座標を決定させ、
少なくとも一部には、前記第１の並進値、前記第２の並進値、および前記第１の回転値に基づいて、前記点の第１の集合と前記点の第２の集合の両方に存在する位置合せターゲット間の対応関係を特定し、
少なくとも一部には、第２の数学的基準、決定された前記位置合せターゲット間の対応関係、前記点の第１の集合の前記３Ｄ座標、および前記点の第２の集合の前記３Ｄ座標に基づいて、点の位置合わせされた３Ｄ集合の３Ｄ座標を決定する
ように動作可能である実行可能命令に応答することを特徴とする３次元（３Ｄ）測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３Ｄ測定装置であって、前記２Ｄスキャナ付属品が、位置方位センサをさらに含み、前記位置方位センサが、傾斜計、ジャイロスコープ、磁力計、および高度計からなる群から選択される少なくとも１つのセンサを含むことを特徴とする３Ｄ測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の３Ｄ測定装置であって、前記移動可能なプラットフォームが、車輪およびブレーキを有する三脚であることを特徴とする３Ｄ測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の３Ｄ測定装置であって、前記第１のビーム操向装置は、水平軸周りで回転するように構成された第１のミラー、および垂直軸周りで回転するように構成された前記第１のミラーを保持するキャリッジを含み、前記水平軸周りの前記回転が第１のモータによって駆動され、前記垂直軸周りの前記回転が第２のモータによって駆動されることを特徴とする３Ｄ測定装置。
【請求項５】
請求項１に記載の３Ｄ測定装置であって、前記第２の位置合せ位置で位置固定されている間に、前記プロセッサシステムが、停止信号に応答して、前記３Ｄスキャナに、前記プロセッサシステムと協働して、前記物体面上の点の第２の集合の３Ｄ座標の決定を自動的に開始させるようにさらに構成されることを特徴とする３Ｄ測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の３Ｄ測定装置であって、前記停止信号が、位置方位センサから前記プロセッサシステムによって受信された信号に応答して生成されることを特徴とする３Ｄ測定装置。
【請求項７】
請求項１に記載の３Ｄ測定装置であって、前記位置合せターゲットが、前記物体面の自然な形状であることを特徴とする３Ｄ測定装置。
【請求項８】
３次元（３Ｄ）座標を測定して位置合せするための方法であって、
プロセッサシステム、３Ｄスキャナ、２次元（２Ｄ）スキャナ付属品、および移動可能なプラットフォームを含む３Ｄ測定装置を用意するステップであって、
前記プロセッサシステムは、３Ｄスキャナ制御装置、２Ｄスキャナプロセッサ、外部コンピュータ、および遠隔ネットワークアクセス用のクラウドコンピュータのうち少なくとも１つを有し、
前記３Ｄスキャナは、第１の光源、第１のビーム操向装置、第１の角度測定装置、第２の角度測定装置、および第１の受光器を有し、前記第１の光源は、光の第１のビームを放出するように構成され、前記第１のビーム操向装置は、第１の方向に向かって、第１の物体点にまで前記光の第１のビームを操向するように構成され、前記第１の方向は、第１の軸周りの第１の回転角、および第２の軸周りの第２の回転角によって決定され、前記第１の角度測定装置は、前記第１の回転角を測定するように構成され、前記第２の角度測定装置は、前記第２の回転角を測定するように構成され、前記第１の受光器は、第１の反射光を受信するように構成され、前記第１の反射光は、前記第１の物体点によって反射された前記光の第１のビームの一部であり、前記第１の受光器は、前記第１の反射光に応答して第１の電気信号を生成するように構成され、前記第１の受光器は前記プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には前記第１の電気信号に基づいて、前記第１の物体点までの第１の距離を決定するように構成され、前記３Ｄスキャナは、前記プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には前記第１の距離、前記第１の回転角、および前記第２の回転角に基づいて、前記第１の物体点の３Ｄ座標を決定するように構成され、
２Ｄスキャナ付属品は、２Ｄスキャナを含み、前記２Ｄスキャナは、第２の光源、第２のビーム操向装置、第３の角度測定装置、および第２の受光器を有し、前記第２の光源は、光の第２のビームを放出するように構成され、前記第２のビーム操向装置は、第２の方向に向かって、第２の物体点にまで光の前記第２のビームを操向するように構成され、前記第２の方向は、第３の軸周りの第３の回転角によって決定され、前記第３の角度測定装置は、前記第３の回転角を測定するように構成され、前記第２の受光器は、第２の反射光を受信するように構成され、前記第２の反射光は、前記第２の物体点によって反射された光の前記第２のビームの一部であり、前記第２の受光器は、前記第２の反射光に応答して第２の電気信号を生成するように構成され、前記２Ｄスキャナは、前記プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には前記第２の電気信号に基づいて、前記第２の物体点までの第２の距離を決定するように構成され、前記２Ｄスキャナは、前記プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には前記第２の距離、および前記第３の回転角に基づいて、前記第２の物体点の２Ｄ座標を決定するようにさらに構成され、
前記移動可能なプラットフォームは、前記３Ｄスキャナおよび前記２Ｄスキャナを運ぶように構成され、前記３Ｄスキャナは、前記２Ｄスキャナに対して固定され、前記移動可能なプラットフォームは、前記第３の軸に垂直な平面上を移動するように構成される
３Ｄ測定装置を用意するステップと、
前記３Ｄスキャナが第１の位置合せ位置で位置固定されている間に、前記３Ｄスキャナと協働して、物体面上の点の第１の集合の３Ｄ座標を前記プロセッサシステムを用いて決定するステップと、
前記プロセッサシステムと協働して、複数の２Ｄスキャンセットを前記２Ｄスキャナによって得るステップであって、前記複数の２Ｄスキャンセットのそれぞれは、前記第１の位置合せ位置から第２の位置合せ位置まで前記２Ｄスキャナが移動するときに収集された前記物体面上の点の１組の２Ｄ座標であり、前記複数の２Ｄスキャンセットのそれぞれは、前記第１の位置合せ位置に対して異なる位置で、前記２Ｄスキャナによって収集されるステップと、
第１の並進方向に対応する第１の並進値、第２の並進方向に対応する第２の並進値、および第１の配向軸に対応する第１の回転値を、前記プロセッサシステムによって決定するステップであって、前記第１の並進値、前記第２の並進値、および前記第１の回転値は、少なくとも一部には、第１の数学的基準に従って前記複数の２Ｄスキャンセットのフィッティングに基づいて決定されるステップと、
前記３Ｄスキャナが前記第２の位置合せ位置で位置固定されている間に、前記３Ｄスキャナと協働して、前記物体面上の点の第２の集合の３Ｄ座標を前記プロセッサシステムを用いて決定するステップと、
前記点の第１の集合と前記点の第２の集合の両方に存在する位置合せターゲット間の対応関係を前記プロセッサシステムによって特定するステップであって、前記対応関係が、少なくとも一部には、前記第１の並進値、前記第２の並進値、および前記第１の回転値に基づくステップと、
少なくとも一部には、第２の数学的基準、前記位置合せターゲット間の前記対応関係、前記点の第１の集合の前記３Ｄ座標、および前記点の第２の集合の前記３Ｄ座標に基づいて、点の位置合わせされた３Ｄ集合の３Ｄ座標を決定するステップと、
前記点の位置合わせされた３Ｄ集合の前記３Ｄ座標を記憶するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、プロセッサシステム、３Ｄスキャナ、２Ｄスキャナ付属品、および移動可能なプラットフォームを備える３Ｄ測定装置を与える要素のうち、前記２Ｄスキャナ付属品が、位置方位センサをさらに含み、前記位置方位センサが、傾斜計、ジャイロスコープ、磁力計、および高度計からなる群から選択される少なくとも１つのセンサを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、プロセッサシステム、３Ｄスキャナ、２Ｄスキャナ付属品、および移動可能なプラットフォームを備える３Ｄ測定装置を与える要素のうち、前記移動可能なプラットフォームが、車輪およびブレーキを有する三脚であることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法であって、プロセッサシステム、３Ｄスキャナ、２Ｄスキャナ付属品、および移動可能なプラットフォームを備える３Ｄ測定装置を与える要素のうち、前記第１のビーム操向装置が、水平軸周りで回転するように構成された第１のミラー、および前記第１のミラーを保持するキャリッジを含み、前記キャリッジが垂直軸周りで回転するように構成され、前記水平軸周りの前記回転が第１のモータによって駆動され、前記垂直軸周りの前記回転が第２のモータによって駆動されることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法であって、前記３Ｄスキャナと協働して、前記物体上の点の第２の集合の３Ｄ座標を前記プロセッサシステムを用いて決定する要素のうち、前記プロセッサシステムは、停止信号に応答して、前記３Ｄスキャナに、前記点の第２の集合の測定を自動的に開始させるようにさらに構成されることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法であって、前記３Ｄスキャナと協働して、前記物体上の点の第２の集合の３Ｄ座標を前記プロセッサシステムを用いて決定する要素のうち、前記停止信号が、位置方位センサから前記プロセッサシステムによって受信された信号に応答して生成されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年９月２７日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１３／００３０８２号の利益を主張し、２０１２年１０月５日出願の独国特許出願第１０  ２０１２  １０９  ４８１．０号、および２０１２年１０月２２日出願の米国特許出願第６１／７１６，８４５号の利益を主張し、これら全ての内容を本願に引用して援用する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第８，７０５，０１６号（’０１６）にはレーザスキャナが記載されており、このスキャナは、回転可能なミラーを使用することによって、その環境中に光ビームを放出して、３次元（３Ｄ）のスキャンを生成する。この特許の内容を本願に引用して援用する。
【０００３】
本明細書に開示された主題は、３Ｄレーザスキャナの飛行時間（ＴＯＦ：Time of Flight）座標測定装置の使用法に関する。このタイプの３Ｄレーザスキャナは、物体の拡散的な散乱表面など、非協働ターゲットに向けて光のビームを操向する。装置内の距離計が物体までの距離を測定し、角度エンコーダが装置内の２つの軸の回転角度を測定する。測定された距離および２つの角度によって、装置内のプロセッサはターゲットの３Ｄ座標を決定できるようになる。
【０００４】
ＴＯＦレーザスキャナは、スキャナとターゲット点との間の空気中での光の速度に基づいてターゲット点までの距離が決定されるスキャナである。レーザスキャナは通常、建物の内部領域、産業施設、トンネルなどの閉鎖空間または開放空間をスキャンするのに使用される。たとえば、レーザスキャナは、工業用途および事故再現用途で使用してもよい。レーザスキャナは、このスキャナ周りの空間内の物体面を表すデータ点を取得することによって、この空間において物体を光学的にスキャンし、また測定する。このようなデータ点は、光のビームを物体に送出し、反射光または散乱光を収集して、距離、２つの角度（すなわち方位角および天頂角）、ならびに任意選択でグレースケール値を求めることによって得られる。このスキャン生データが収集され、記憶され、１つ以上のプロセッサに送られて、スキャンされた領域または物体を表す３Ｄ画像を生成する。
【０００５】
画像を生成するには、各データ点について少なくとも３つの値が必要になる。これら３つの値は、距離および２つの角度を含んでもよく、またはｘ、ｙ、ｚ座標などの変換値でもよい。一実施形態では、画像はまた、第４のグレースケール値に基づいており、この値は、スキャナに戻る散乱光の放射照度に関連した値である。
【０００６】
大抵のＴＯＦスキャナは、ビーム操向機構を用いて光を操向することによって、測定空間内に光のビームを送る。ビーム操向機構は、第１の角度エンコーダ（または他の角度変換器）によって測定される第１の角度だけ、第１の軸周りで光のビームを操向する第１のモータを備える。ビーム操向機構はまた、第２の角度エンコーダ（または他の角度変換器）によって測定される第２の角度だけ、第２の軸周りで光のビームを操向する第２のモータを備える。
【０００７】
現代の多くのレーザスキャナは、そのレーザスキャナに取り付けられて、環境のカメラデジタル画像を収集し、レーザスキャナの操作者にこのカメラデジタル画像を提示するためのカメラを備える。カメラ画像を見ることにより、スキャナの操作者は、測定される空間の視野を決定し、空間の相対的に大きいまたは小さい領域にわたって測定するためにレーザスキャナの設定を調整することができる。さらに、カメラデジタル画像をプロセッサに伝送して、スキャナ画像に色を付加してもよい。カラースキャナ画像を生成するには、少なくとも３つの位置座標（ｘ、ｙ、ｚなど）および３つの色値（赤、緑、青の「ＲＧＢ」など）が、各データ点において収集される。
【０００８】
シーンの３Ｄ画像は、様々な位置合せ位置からの複数のスキャンを必要とすることがある。たとえば、米国特許出願公開第２０１２／００６９３５２号（’３５２）に記載されているように、オーバラップするスキャンが結合座標系に登録されており、その内容を本願に引用して援用する。このような位置合せは、複数のスキャンのオーバラップする領域内のターゲットをマッチさせることによって実行される。このターゲットは、球またはチェッカー盤などの人工的なターゲットでもよく、壁の隅部または縁部などの自然な形状でもよい。位置合せ手順には、各ターゲットをユーザが識別することや、様々な位置合せ位置のそれぞれでスキャナによって得られるターゲットをマッチさせることなど、相対的に時間のかかる手動での手順を含むものもある。位置合せ手順にはまた、トータルステーションなどの外部装置によって測定される位置合せターゲットの外部の「制御ネットワーク」を確立することを必要とするものもある。’３５２に開示された位置合せ方法では、位置合せターゲットのマッチングおよび制御ネットワークの確立をユーザがおこなう必要はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、’３５２の方法で簡略化しても、前述のような手動での位置合せステップをユーザが実行する必要性をなくすことは、今日でも依然として困難である。典型的な場合には、３Ｄスキャンの３０％のみが、他の位置合せ位置から取得されるスキャンに自動的に位置合せすることができる。今日、このような位置合せは、３Ｄ測定の現場ではほとんど実行されず、代わりにスキャン手順の後にオフィスで実行される。典型的な場合には、スキャンに１週間を要する調査では、複数のスキャンを手動で位置合せするのに２日〜５日は必要とする。これによって、スキャン調査にコストがかさむ。さらに、手動での位置合せプロセスにより、隣接するスキャン間のオーバラップが適切な位置合せを実現するのに不十分であったことが明らかになることもある。他の場合には、手動での位置合せプロセスにより、スキャン環境の一定の区域が除外されてしまったことが明らかになることもある。このような問題が生じると、操作者は、現場に戻って追加のスキャンを得なければならない。場合によっては、現場に戻ることが不可能である。あるときスキャンするのに利用可能だった建物も、しばらく経つとアクセスすることが不可能になることがある。自動車事故または殺人の科学捜査のシーンは、その事件後ある程度の時間はスキャンするのに利用できないことが多い。
【００１０】
したがって、既存の３Ｄスキャナは、その既存３Ｄスキャナ自身の目的には適しているが、本発明の実施形態の一定の特徴を有する３Ｄスキャナが求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、３次元（３Ｄ）測定装置は、３Ｄスキャナ制御装置、２次元（２Ｄ）スキャナプロセッサ、外部コンピュータ、および遠隔ネットワークアクセス用のクラウドコンピュータのうち少なくとも１つを含むプロセッサシステムと、第１の光源、第１のビーム操向装置、第１の角度測定装置、第２の角度測定装置、および第１の受光器を含む３Ｄスキャナであって、この第１の光源は、光の第１のビームを放出するように構成され、第１のビーム操向装置は、第１の方向に向かって、第１の物体点にまでこの光の第１のビームを操向するように構成され、この第１の方向は、第１の軸周りの第１の回転角、および第２の軸周りの第２の回転角によって決定され、第１の角度測定装置は、この第１の回転角を測定するように構成され、第２の角度測定装置は、この第２の回転角を測定するように構成され、第１の受光器は、第１の反射光を受信するように構成され、この第１の反射光は、第１の物体点によって反射されたこの光の第１のビームの一部であり、この第１の受光器は、この第１の反射光に応答して第１の電気信号を生成するように構成され、第１の受光器は、プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部にはこの第１の電気信号に基づいて、第１の物体点までの第１の距離を決定するように構成され、３Ｄスキャナは、プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部にはこの第１の距離、第１の回転角、および第２の回転角に基づいて、第１の物体点の３Ｄ座標を決定するように構成される３Ｄスキャナと、２Ｄスキャナを含む２Ｄスキャナ付属品であって、この２Ｄスキャナは、第２の光源、第２のビーム操向装置、第３の角度測定装置、および第２の受光器を有し、この第２の光源は、光の第２のビームを放出するように構成され、第２のビーム操向装置は、第２の方向に向かって、第２の物体点にまで光のこの第２のビームを操向するように構成され、この第２の方向は、第３の軸周りの第３の回転角によって決定され、第３の角度測定装置は、この第３の回転角を測定するように構成され、第２の受光器は、第２の反射光を受信するように構成され、この第２の反射光は、第２の物体点によって反射された光の第２のビームの一部であり、第２の受光器は、第２の反射光に応答して第２の電気信号を生成するように構成され、２Ｄスキャナは、プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には第２の電気信号に基づいて、第２の物体点までの第２の距離を決定するように構成され、２Ｄスキャナは、プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には第２の距離、および第３の回転角に基づいて、この第２の物体点の２Ｄ座標を決定するようにさらに構成される２Ｄスキャナ付属品とを備える。この３Ｄスキャナおよび２Ｄスキャナを運ぶように構成される移動可能なプラットフォームが備えられ、この３Ｄスキャナは、この２Ｄスキャナに対して固定され、この移動可能なプラットフォームは、第３の軸に垂直な平面上を移動するように構成される。プロセッサシステムは、このプロセッサシステムによって実行されたとき、第１の位置合せ位置で位置固定されている間に、プロセッサシステムと協働して、３Ｄスキャナに物体面上の点の第１の集合の３Ｄ座標を決定させ、この第１の位置合せ位置から第２の位置合せ位置まで移動する間に、このプロセッサシステムと協働して、２Ｄスキャナに複数の２Ｄスキャンセットを得させ、この複数の２Ｄスキャンセットのそれぞれは、物体面上の点の１組の２Ｄ座標であり、この複数の２Ｄスキャンセットのそれぞれは、第１の位置合せ位置に対して異なる位置で、２Ｄスキャナによって収集され、少なくとも一部には、第１の数学的基準に従って複数の２Ｄスキャンセットのフィッティングに基づいて、第１の並進方向に対応する第１の並進値、第２の並進方向に対応する第２の並進値、および第１の配向軸に対応する第１の回転値を決定し、第２の位置合せ位置で位置固定されている間に、プロセッサシステムと協働して、３Ｄスキャナに物体面上の点の第２の集合の３Ｄ座標を決定させ、少なくとも一部には、この第１の並進値、第２の並進値、および第１の回転値に基づいて、この点の第１の集合と点の第２の集合の両方に存在する位置合せターゲット間の対応関係を特定し、少なくとも一部には第２の数学的基準、決定されたこの位置合せターゲット間の対応関係、この点の第１の集合の３Ｄ座標、および点の第２の集合の３Ｄ座標に基づいて、点の位置合わせされた３Ｄ集合の３Ｄ座標を決定するように動作可能である実行可能命令に応答する。
【００１２】
本発明のさらなる態様では、３次元（３Ｄ）座標を測定して位置合せするための方法が提供される。この方法は、プロセッサシステム、３Ｄスキャナ、２次元（２Ｄ）スキャナ付属品、および移動可能なプラットフォームを含む３Ｄ測定装置を用意するステップを含む。このプロセッサシステムは、３Ｄスキャナ制御装置、２Ｄスキャナプロセッサ、外部コンピュータ、および遠隔ネットワークアクセス用のクラウドコンピュータのうち少なくとも１つを有する。この３Ｄスキャナは、第１の光源、第１のビーム操向装置、第１の角度測定装置、第２の角度測定装置、および第１の受光器を有し、この第１の光源は、光の第１のビームを放出するように構成され、第１のビーム操向装置は、第１の方向に向かって、第１の物体点にまでこの光の第１のビームを操向するように構成され、この第１の方向は、第１の軸周りの第１の回転角、および第２の軸周りの第２の回転角によって決定され、第１の角度測定装置は、この第１の回転角を測定するように構成され、第２の角度測定装置は、この第２の回転角を測定するように構成され、第１の受光器は、第１の反射光を受信するように構成され、この第１の反射光は、第１の物体点によって反射された光の第１のビームの一部であり、第１の受光器は、この第１の反射光に応答して第１の電気信号を生成するように構成され、この第１の受光器は、プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部にはこの第１の電気信号に基づいて、第１の物体点までの第１の距離を決定するように構成され、３Ｄスキャナは、プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部にはこの第１の距離、第１の回転角、および第２の回転角に基づいて、第１の物体点の３Ｄ座標を決定するように構成される。２Ｄスキャナ付属品は、２Ｄスキャナを含み、この２Ｄスキャナは、第２の光源、第２のビーム操向装置、第３の角度測定装置、および第２の受光器を有し、この第２の光源は、光の第２のビームを放出するように構成され、第２のビーム操向装置は、第２の方向に向かって、第２の物体点にまで光のこの第２のビームを操向するように構成され、この第２の方向は、第３の軸周りの第３の回転角によって決定され、第３の角度測定装置は、この第３の回転角を測定するように構成され、第２の受光器は、第２の反射光を受信するように構成され、この第２の反射光は、第２の物体点によって反射された光の第２のビームの一部であり、第２の受光器は、第２の反射光に応答して第２の電気信号を生成するように構成され、２Ｄスキャナは、プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には第２の電気信号に基づいて、第２の物体点までの第２の距離を決定するように構成され、２Ｄスキャナは、プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には第２の距離、および第３の回転角に基づいて、この第２の物体点の２Ｄ座標を決定するようにさらに構成される。移動可能なプラットフォームは、３Ｄスキャナおよび２Ｄスキャナを運ぶように構成され、この３Ｄスキャナは、この２Ｄスキャナに対して固定され、この移動可能なプラットフォームは、第３の軸に垂直な平面上を移動するように構成される。この方法は、３Ｄスキャナが第１の位置合せ位置で位置固定されている間に、３Ｄスキャナと協働して、物体面上の点の第１の集合の３Ｄ座標をプロセッサシステムを用いて決定するステップと、このプロセッサシステムと協働して、複数の２Ｄスキャンセットを２Ｄスキャナによって得るステップであって、この複数の２Ｄスキャンセットのそれぞれは、第１の位置合せ位置から第２の位置合せ位置まで２Ｄスキャナが移動するときに収集された物体面上の点の１組の２Ｄ座標であり、この複数の２Ｄスキャンセットのそれぞれは、第１の位置合せ位置に対して異なる位置で、２Ｄスキャナによって収集されるステップと、第１の並進方向に対応する第１の並進値、第２の並進方向に対応する第２の並進値、および第１の配向軸に対応する第１の回転値を、プロセッサシステムによって決定するステップであって、この第１の並進値、第２の並進値、および第１の回転値は、少なくとも一部には、第１の数学的基準に従って複数の２Ｄスキャンセットのフィッティングに基づいて決定されるステップと、３Ｄスキャナが第２の位置合せ位置で位置固定されている間に、３Ｄスキャナと協働して、物体面上の点の第２の集合の３Ｄ座標をプロセッサシステムを用いて決定するステップと、この点の第１の集合と点の第２の集合の両方に存在する位置合せターゲット間の対応関係をプロセッサシステムによって特定するステップであって、この対応関係が、少なくとも一部には、第１の並進値、第２の並進値、および第１の回転値に基づくステップと、少なくとも一部には、第２の数学的基準、この位置合せターゲット間の対応関係、この点の第１の集合の３Ｄ座標、および点の第２の集合の３Ｄ座標に基づいて、点の位置合わせされた３Ｄ集合の３Ｄ座標を決定するステップと、この点の位置合わせされた３Ｄ集合の３Ｄ座標を記憶するステップとをさらに含む。
【００１３】
これらおよび他の利点および特徴は、各図面とともになされる以下の説明からさらに明らかになろう。
【００１４】
本発明と見なされる主題は、特に明細書の最後で特許請求の範囲において指摘され、また明確に記載されている。本発明の上記および他の特徴および利点は、添付図面とともになされる以下の詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態によるレーザスキャナの斜視図である。
【図２】測定の方法を示すレーザスキャナの側面図である。
【図３】レーザスキャナの光学的、機械的、および電気的な構成部品の概略図である。
【図４】３Ｄスキャンされた画像の平面図である。
【図５】平面図を球上にマッピングすることによって生成された、３Ｄスキャンされた画像の全景（パノラマビュー）の一実施形態を示す図である。
【図６Ａ】３Ｄスキャンされた画像の３Ｄ表示（３Ｄビュー）の実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】３Ｄスキャンされた画像の３Ｄ表示（３Ｄビュー）の実施形態を示す図である。
【図６Ｃ】３Ｄスキャンされた画像の３Ｄ表示（３Ｄビュー）の実施形態を示す図である。
【図７】図６Ｂの物体の画像で構成されているが、異なる視点から見たもので、ほんの部分的に示した３Ｄ表示の一実施形態を示す図である。
【図８】一実施形態による３Ｄ測定装置の斜視図である。
【図９】一実施形態による２Ｄスキャナ付属品およびプロセッサシステムを示すブロック図である。
【図１０】一実施形態による２つの位置合せ位置から物体を測定する３Ｄスキャナの概略図である。
【図１１】一実施形態による複数の中間位置から物体を測定する２Ｄスキャナの概略図である。
【図１２】一実施形態による複数の位置から物体の各部分を取り込む２Ｄスキャナを示す図である。
【図１３】一実施形態による、２Ｄスキャナの基準系から見たときの、複数の位置から物体の各部分を取り込む２Ｄスキャナを示す図である。
【図１４Ａ】一実施形態による時間経過に伴う２Ｄスキャナの位置および方位の変化を見つけるための方法を示す図である。
【図１４Ｂ】一実施形態による時間経過に伴う２Ｄスキャナの位置および方位の変化を見つけるための方法を示す図である。
【図１４Ｃ】一実施形態による時間経過に伴う２Ｄスキャナの位置および方位の変化を見つけるための方法を示す図である。
【図１５】一実施形態による３Ｄ測定装置を用いて、３Ｄ座標を測定し、それを位置合せするための方法の各ステップを含む図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
例として各図面を参照しながら、詳細な記述によって、利点および特徴とともに本発明の各実施形態を説明する。
【００１７】
本発明は、３Ｄスキャナと、３Ｄスキャンの自動位置合せを実現するよう協働して動作する２Ｄスキャナとを備える装置に関する。
【００１８】
次に図１〜図３を参照すると、レーザスキャナ２０周りの環境を光学的にスキャンし、測定するためのレーザスキャナ２０が示してある。レーザスキャナ２０は、測定ヘッド２２および基台２４を有する。測定ヘッド２２は基台２４に取り付けられており、したがって、レーザスキャナ２０は垂直軸２３を中心に回転することができる。一実施形態では、測定ヘッド２２はジンバル点２７を含み、これは、垂直軸２３および水平軸２５周りの回転の中心である。測定ヘッド２２は回転ミラー２６を有し、この回転ミラーは、水平軸２５周りで回転することができる。垂直軸周りの回転は、基台２４の中心周りでもよい。垂直軸および水平軸という用語は、標準の直立位置にあるスキャナについてのものである。３Ｄ座標測定装置は、その側部または上部を下にして作動させることが可能であり、また混乱を避けるため、方位軸および天頂軸という用語は、それぞれ垂直軸および水平軸という用語に置き換えてもよい。垂直軸の代わりとして、パン軸または直立軸という用語を使用してもよい。
【００１９】
測定ヘッド２２には、たとえば放出された光ビーム３０を放出する発光体２８など、電磁放射放出装置がさらに設けられている。一実施形態では、放出された光ビーム３０は、レーザビームなどのコヒーレントな光ビームである。レーザビームは、ほぼ３００〜１６００ナノメートルの波長帯を有してもよく、たとえば、７９０ナノメートル、９０５ナノメートル、１５５０ｎｍ、または４００ナノメートル未満でよい。それよりも波長の長いまたは短い他の電磁放射ビームも使用してよいことを理解されたい。放出された光ビーム３０は、たとえば正弦波形または方形波を用いて、振幅変調または輝度変調される。放出された光ビーム３０は、発光体２８によって回転ミラー２６上に放出され、このミラーでビームが偏向されて環境に送られる。反射された光ビーム３２は、物体３４によって環境から反射される。反射または散乱された光は、回転ミラー２６によって取り込まれ、受光器３６に送られる。放出された光ビーム３０および反射した光ビーム３２の方向は、それぞれ軸２５および２３周りの、回転ミラー２６および測定ヘッド２２の角位置の結果として生じる。次に、これらの角位置は、対応する回転装置またはモータに依存する。
【００２０】
制御装置３８が、発光体２８および受光器３６に結合されている。制御装置３８は、多数の測定点Ｘにおいて、レーザスキャナ２０と物体３４上の各点Ｘとの間の対応する数の距離ｄを決定する。特定の点Ｘまでの距離は、少なくとも一部には、装置から物体の点Ｘまで電磁放射が伝搬する際の空気中の光の速度に基づいて決定される。一実施形態では、レーザスキャナ２０によって放出される光における変調の位相シフトおよび点Ｘが決定され、評価されて、測定距離ｄが得られる。
【００２１】
空気中の光の速度は、空気の温度、大気圧、相対湿度、二酸化炭素濃度など、空気の特性に依存する。このような空気の特性は、空気の屈折率ｎに影響を及ぼす。空気中の光の速度は、真空中の光の速度ｃを屈折率で割ったものに等しい。すなわち、ｃair＝ｃ／ｎである。本明細書において論じるタイプのレーザスキャナは、空気中の光の飛行時間（ＴＯＦ）（装置から物体まで光が伝搬し、この装置に戻ってくるまでの往復時間）に基づいている。ＴＯＦスキャナの例には、放出パルスと戻りパルスとの間の時間間隔を使用して往復時間を測定するスキャナ（パルスＴＯＦスキャナ）、正弦波状に光を変調し、戻ってくる光の位相シフトを測定するスキャナ（位相ベーススキャナ）、ならびに他の数多くのタイプが含まれる。光の飛行時間に基づいて距離を測定する方法は空気中の光の速度に依存し、したがって、三角測量に基づいて距離を測定する方法とは容易に区別される。三角測量ベースの方法には、光源から特定の方向に沿って光を投射し、次いで特定の方向に沿ってカメラの画素上で光を取り込むことが必要である。カメラとプロジェクタとの間の距離を知ることにより、また投射された角度と受信された角度とをマッチさせることにより、三角測量の方法によって、三角形の既知の１つの長さと既知の２つの角度に基づいて物体までの距離が決定できるようになる。したがって、三角測量の方法は、空気中の光の速度に直接には依存しない。
【００２２】
動作のあるモードでは、レーザスキャナ２０周りの空間のスキャンは、回転ミラー２６を軸２５周りで比較的速く回転させるともに、測定ヘッド２２を軸２３周りで比較的ゆっくり回転させ、それによって、らせんパターンで組立体を動かすことによって実行される。例示的な一実施形態では、回転ミラーは、毎分５８２０回転の最高速度で回転する。このようなスキャンでは、ジンバル点２７が、局所静止基準系の原点を規定する。基台２４が、この局所静止基準系に位置している。
【００２３】
ジンバル点２７から物体の点Ｘまでの距離ｄを測定することに加えて、スキャナ２０はまた、受信した光パワーに関係するグレースケール情報（用語「明るさ」に等しい）を収集してもよい。グレースケール値は、少なくとも一部には、たとえば、物体の点Ｘに起因する測定期間にわたって受光器３６で帯域通過フィルタリングされて増幅された信号を積分することによって求めてもよい。
【００２４】
測定ヘッド２２は、レーザスキャナ２０に組み込まれた表示装置４０を備えてもよい。表示装置４０は、図１に示すようにグラフィカルタッチスクリーン４１を備えてもよく、これによって操作者は、パラメータを設定し、またはレーザスキャナ２０の動作を開始することができるようになる。たとえば、画面４１は、操作者が装置に測定命令を提示できるようになるユーザインターフェースを備えてもよく、この画面は測定結果を表示してもよい。
【００２５】
レーザスキャナ２０は、測定ヘッド２２、およびレーザスキャナ２０の構成部品を取り付けるためのプラットフォーム用のフレームを実現する支持構造体４２を備える。一実施形態では、この支持構造体４２は、アルミニウムなどの金属から作製される。支持構造体４２は、１対の壁４６、４８を両端に有する横部材４４を備える。壁４６、４８は、互いに平行であり、基台２４とは逆の方向に延在している。外ケース５０、５２は壁４６、４８に連結されており、レーザスキャナ２０の構成部品を覆っている。例示的な実施形態では、外ケース５０、５２は、たとえばポリカーボネートまたはポリエチレンなどのプラスチック材料から作製される。外ケース５０、５２は、壁４６、４８と協働して、レーザスキャナ２０用のハウジングを形成する。
【００２６】
壁４６、４８の反対側の外ケース５０、５２の端部では、それぞれの外ケース５０、５２を部分的に覆うように、１対の枠５４、５６が配置されている。例示的な実施形態では、枠５４、５６は、輸送中および動作中に外ケース５０、５２を保護する助けとなる、たとえばアルミニウムなど適度に耐久性のある材料から作製される。枠５４、５６はそれぞれ、たとえば留め具を用いて、基台２４に隣接する横部材４４に連結された第１のアーム部分５８を備える。各枠５４、５６用のアーム部分５８は、横部材４４から、それぞれの外ケース５０、５４の外側隅部まで斜めに延在する。枠５４、５６は、外ケースの外側隅部から、外ケースの側縁部に沿って外ケースの反対側の外側隅部まで延在する。各枠５４、５６はさらに、壁４６、４８まで斜めに延在する第２のアーム部分を備える。枠５４、５６は、複数の位置で、横部材４４、壁４６、４８、および外ケース５０、５４に連結してもよいことを理解されたい。
【００２７】
１対の枠５４、５６が協働して、２つの外ケース５０、５２が内部に配置される凸空間を囲む。例示的な実施形態では、枠５４、５６が協働して、外ケース５０、５４の外縁部の全てを覆い、上部および下部のアーム部分が、外ケース５０、５２の上端および下端の縁部の少なくとも一部分の上に延出する。これにより、輸送中および動作中の損傷から外ケース５０、５２、および測定ヘッド２２を保護する際に利点がもたらされる。他の実施形態では、枠５４、５６は、たとえば、レーザスキャナ２０の支持を容易にするためのハンドルや、付属品の取付け点などの追加機能を備えてもよい。
【００２８】
横部材４４の上部には、プリズム６０が設けられている。このプリズムは、壁４６、４８と平行に延在する。例示的な実施形態では、このプリズム６０は、支持構造体４２の一部として一体形成される。他の実施形態では、プリズム６０は、横部材４４に連結された別個の構成部品である。ミラー２６が回転すると、それぞれの回転中に、ミラー２６が、放出された光ビーム３０を横部材４４およびプリズム６０に導く。電子構成部品、たとえば受光器３６が非線形なので、測定された距離ｄは信号強度に依存することがあり、この信号強度は、たとえばスキャナに入射する光パワーまたは受光器３６内の光検出器に入射する光パワーで測定してもよい。一実施形態では、測定点までの距離、および測定点から戻ってきて、受光器３６内の光検出器に送られた光パワー（一般には、ときとして「明るさ」と呼ばれる光パワーの未調整の量）の関数（場合によっては非線形関数）として、距離補正がスキャナ内に記憶される。プリズム６０はジンバル点２７から既知の距離にあるので、プリズム６０によって反射された光の測定された光パワーレベルを使用して、他の測定点について距離測定値を補正してもよく、それにより、温度などの環境変数の影響を補正するための補償が実現可能になる。例示的な実施形態では、その結果得られる距離の補正が、制御装置３８によって実行される。
【００２９】
一実施形態では、本願の権利者が所有する米国特許第８，７０５，０１２号（’０１２）によく記載されているように、基台２４がスイベル組立体（図示せず）に連結されており、この特許を本願に引用して援用する。スイベル組立体は、支持構造体４２内に収容され、軸２３周りで測定ヘッド２２を回転させるように構成されたモータを備える。
【００３０】
補助の画像取得装置６６は、スキャンされた空間またはスキャンされた物体に関連するパラメータを取り込み、それを測定し、画像取得領域にわたる測定量を表す信号を供給する装置でもよい。補助の画像取得装置６６は、それだけには限定されないが、高温計、熱画像装置、電離放射線検出器、またはミリ波検出器でもよい。
【００３１】
一実施形態では、カメラ（第１の画像取得装置）１１２が、スキャナの内部に配置されており、３Ｄスキャナ装置と同じ光軸を有してもよい。この実施形態では、第１の画像取得装置１１２は、測定ヘッド２２に一体化され、放出された光ビーム３０および反射された光ビーム３２と同じ光路に沿って画像を取得するように構成される。この実施形態では、発光体２８からの光が、固定ミラー１１６に反射し、ダイクロイックビームスプリッタ１１８まで移動し、このビームスプリッタが、発光体２８から回転ミラー２６上まで光１１７を反射する。ダイクロイックビームスプリッタ１１８によって、光１１７の波長とは異なる波長で光が通過できるようになる。たとえば、発光体２８は近赤外レーザ光（たとえば、波長が７８０ｎｍまたは１１５０ｎｍの光）でもよく、ダイクロイックビームスプリッタ１１８は、可視光（たとえば、波長が４００〜７００ｎｍ）を透過させながら、この赤外線レーザ光を反射するように構成される。他の実施形態では、光がビームスプリッタ１１８を透過するか、それとも反射するかの決定は、光の偏波に依存する。デジタルカメラ１１２は、スキャンされた領域の２Ｄ写真画像をとり、色データを取り込んで、スキャンされた画像に付加する。３Ｄスキャン装置の光軸と一致する光軸を有する組込み式のカラーカメラの場合、スキャナの操向機構を単に調整することによって、たとえば、軸２３周りの方位角を調整することによって、また軸２５周りでミラー２６を操向することによって、カメラ視野の方向を容易に得ることができる。
【００３２】
図４には、３Ｄスキャンされた画像４００の平面図の例が示してある。図４に示した平面図は、スキャナによって収集されたデータの直接マッピングに基づいて画像をマッピングする。スキャナは、球面パターンでのデータを収集し、極近くで収集されたデータ点が、水平線近くで収集されたデータ点よりもさらに強く圧縮されている。すなわち、極の近くで収集された各点は、水平線近くで収集された各点を表すよりも立体角が小さく表してある。スキャナからのデータは、横列（行：ロー）および縦列（列：カラム）で直接表してもよいので、平面画像でのデータは、図４に示すように直線フォーマットで表すのが好都合である。前述の平面マッピングを用いる場合、たとえば、３Ｄ画像の平面図では曲がって見える真っすぐなフェンスの手すり４２０のように、直線は曲がって見える。平面図は、記録されたときに縦列と横列に配置された距離センサから受信したグレースケール値だけを表示する、３Ｄ処理されていないスキャン画像でもよい。さらに、平面図の３Ｄ未処理のスキャン画像は、システム特性（たとえば、表示装置、記憶装置、プロセッサ）に応じてフル解像度でもよく、または低減解像度でもよい。平面図は、グレースケール値（各画素について距離センサによって測定された光照射から得られる）または色値（スキャン上にマッピングされたカメラ画像から得られる）のいずれかを示す３Ｄ処理済みのスキャンされた画像でもよい。３Ｄスキャナから抽出された平面図は、通常はグレースケール画像またはカラー画像であるが、図４は、文書の再現を明確にするために線画として示してある。表示装置と関連するユーザインターフェースは、レーザスキャナと一体化してもよく、点選択メカニズムを実現してもよく、このメカニズムは図４ではカーソル４１０である。点選択メカニズムを使用して、レーザスキャナによって測定される空間の容積についての寸法情報を示してもよい。図４には、カーソルの位置での横列および縦列が、表示装置上に４３０で示してある。カーソル位置での、測定された２つの角度および測定された１つの距離（球面座標系での３Ｄ座標）が、表示装置上に４４０で示してある。カーソル位置の直交ＸＹＺ座標表現が、表示装置上に４５０で示してある。
【００３３】
図５には、平面図を球上または場合によっては円柱上にマッピングすることによって生成された、３Ｄスキャンされた画像６００の全景（パノラマビュー）の一例が示してある。全景は、３Ｄ処理済みのスキャンされた画像（図５に示した画像など）とすることができ、そこでは３Ｄ情報（たとえば３Ｄ座標）が利用可能である。全景は、システム特性に応じてフル解像度でもよく、または低解像度でもよい。図５などの画像は、特定の視点から見たときの３Ｄシーンを表す２Ｄ画像であることに留意されたい。この意味では、図５の画像は、２Ｄカメラまたは人間の目によって取り込んでもよい画像と類似している。３Ｄスキャナから抽出された全景は、通常はグレースケール画像またはカラー画像であるが、図５は、文書の再現を明確にするために線画として示してある。
【００３４】
全景という用語は、空間の１点の周りで角運動が概ね可能であるが、（単一の全景画像では）並進運動が不可能である表示を指す。対照的に、本明細書で使用される３Ｄ表示（３Ｄビュー）という用語は一般に、（ユーザ制御を介して）固定点周りの回転だけでなく、空間内の各点間の並進運動も可能にする表示を指す。
【００３５】
図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃには、３Ｄスキャンされた画像の３Ｄ表示の一例が示してある。３Ｄ表示では、ユーザは、スキャンの原点から離れて、様々な視点および角度からスキャン点を見ることができる。３Ｄ表示は、３Ｄ処理済みのスキャンされた画像の一例である。３Ｄ表示は、システム特性に応じてフル解像度でもよく、または低解像度でもよい。さらに、３Ｄ表示によって、位置合せされた複数のスキャンを１つの表示内に表示できるようになる。図６Ａは、ユーザによって選択マスク７３０が配置された３Ｄ表示７１０である。図６Ｂは、選択マスク７３０によって覆われた３Ｄ表示７１０の一部分だけが保持された３Ｄ表示７４０である。図６Ｃには、回転させて異なる表示を得る以外は、図６Ｂと同様の同じ３Ｄ測定データが示してある。図７には、図６Ｂとは異なる表示が示してあり、この場合、この表示は観察者の視点の並進運動および回転、ならびに観察領域を減少させることから得られる。３Ｄスキャナから抽出された３Ｄ表示は、通常はグレースケール画像またはカラー画像であるが、図６Ａ〜図６Ｃ、および図７は、文書の再現を明確にするために線画として示してある。
【００３６】
図８および図９には、３Ｄスキャナ２０、２次元（２Ｄ）スキャナ付属品８１０、プロセッサシステム９５０、および任意選択の移動可能プラットフォーム８２０を備える、３Ｄ測定装置８００の一実施形態が示してある。この３Ｄ測定装置８００は、図１を参照して説明されている３Ｄ  ＴＯＦスキャナ２０でもよい。２Ｄスキャナ付属品８１０は、２Ｄスキャナ９１０を備え、図９に示すように、任意選択で２Ｄプロセッサ９４０、位置／方位センサ９２０、およびネットワーク接続モジュール９３０を備えてもよい。
【００３７】
プロセッサシステム９５０は、３Ｄスキャナプロセッサ（制御装置）３８、２Ｄプロセッサ９４０、外部コンピュータ９７０、クラウドコンピュータ９８０を含んでもよい、１つ以上の処理要素を備える。このプロセッサは、マイクロプロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、および一般には、コンピューティング機能を実行することのできる任意の装置でもよい。この１つ以上のプロセッサは、メモリにアクセスして情報を記憶する。図９に示す一実施形態では、制御装置３８は、３Ｄスキャナ全体を通して分散配置された１つ以上のプロセッサを表す。また、２Ｄスキャナ付属品８１０用の２Ｄプロセッサ９４０、外部コンピュータ９７０、および遠隔コンピューティング機能のための１つ以上のクラウドコンピュータ９８０も、図９の実施形態に含まれる。一代替実施形態では、プロセッサ３８、９６０、９７０、および９８０のうちの１つまたは２つだけが、プロセッサシステムに設けられる。プロセッサ間の通信は、有線リンク、無線リンク、または有線リンクと無線リンクの組合せでもよい。一実施形態では、２Ｄスキャナ付属品のプロセッサと３Ｄスキャナとの間の接続は、ネットワーク接続モジュール９３０を介してＩＥＥＥ８０２．１１（Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標））によって実行される。一実施形態では、各スキャンセッションの後で、スキャン結果がクラウド（遠隔ネットワーク）にアップロードされて、これを記憶して将来使用する。
【００３８】
２Ｄスキャナ付属品８１０は、平面内の２Ｄ座標を測定する。ほとんどの場合、２Ｄスキャナ付属品８１０は、平面内で光を操向して、環境内での物体の各点を照明することによってこれを実行する。２Ｄスキャナ付属品８１０は、物体の各点からの反射（散乱）光を収集して、２Ｄ平面内での物体の各点の２Ｄ座標を決定する。一実施形態では、２Ｄスキャナは、ある角度にわたって光のスポットをスキャンし、それと同時に、角度値および照明された物体の各点のそれぞれまでの対応する距離値を測定する。
【００３９】
２Ｄスキャナ付属品８１０に含まれてもよい２Ｄスキャナ９１０の例には、Ｓｉｃｋ  ＬＭＳ１００製品ファミリからの２Ｄスキャナ、およびＨｏｙｕｋｏモデルＵＲＧ−０４ＬＸ−ＵＧ０１やＵＴＭ−３０ＬＸなど、Ｈｏｙｕｋｏからの２Ｄスキャナが含まれる。Ｓｉｃｋ  ＬＭＳ１００ファミリのスキャナは、２７０度の範囲にわたる角度、および２０メートルまでの距離を測定する。ＨｏｙｕｋｏモデルＵＲＧ−０４ＬＸ−ＵＧ０１は、２４０度の範囲にわたる角度、および４メートルまでの距離を測定する低コストの２Ｄスキャナである。ＨｏｙｕｋｏモデルＵＴＭ−３０ＬＸは、２７０度の範囲にわたる角度、および３０メートルまでの距離を測定する２Ｄスキャナである。数多くの他のタイプの２Ｄスキャナも利用可能である。
【００４０】
２Ｄスキャナ付属品８１０内の任意選択の位置／方位センサ９２０には、傾斜計（加速度計）、ジャイロスコープ、磁力計、および高度計が含まれ得る。通常、傾斜計およびジャイロスコープのうちの１つ以上を備える装置は、慣性測定装置（ＩＭＵ）と呼ばれる。場合によっては、ＩＭＵという用語は広い意味で使用されていて、位置および／または方位を示す様々な追加装置、たとえば地球の磁北に対する磁界方向の変化に基づいて進行方向を示す磁力計、および高度（高さ）を示す高度計を含む。広く使用されている高度計の一例は、圧力センサである。位置／方位センサの組合せからの読取り値と、カルマンフィルタを含んでもよい融合（フュージョン：fusion）アルゴリズムとを組み合わせることにより、比較的低コストのセンサ装置を使用して、比較的正確な位置および方位の測定値を得ることができる。
【００４１】
任意選択の移動可能なプラットフォーム８２０によって、典型的にはほぼ水平な床に沿って、３Ｄ測定装置２０を転々と移動できるようになる。一実施形態では、任意選択の移動可能なプラットフォーム８２０は、車輪８２２を備える三脚である。一実施形態では、この車輪８２２は、車輪ブレーキ８２４を使用して適位置にロックしてもよい。別の実施形態では、車輪８２２は格納式であり、三脚に取り付けられた３つの足部で三脚を安定して静止させることができる。別の実施形態では、三脚には車輪がなく、ほぼ水平な面、たとえば床面に沿って、単に押したり引いたりする。別の実施形態では、任意選択の移動可能なプラットフォーム８２０は、手で押したり引いたりしてもよく、またはモータ駆動してもよい車輪付きカートである。
【００４２】
一実施形態では、２Ｄスキャナ付属品８１０は、図８に示すように、移動可能なプラットフォーム８２０と３Ｄスキャナ２０との間に取り付けられる。別の実施形態では、２Ｄスキャナ付属品８１０は、３Ｄスキャナ２０に組み込まれる。別の実施形態では、２Ｄスキャナ付属品８１０は、移動可能なプラットフォーム８２０、たとえば三脚の脚または三脚の各脚の間に取り付けられる。別の実施形態では、２Ｄスキャナ付属品８１０は、３Ｄスキャナの本体、たとえば図１の要素７０の位置と同様の位置に取り付けられる。別の実施形態では、２Ｄスキャナ９１０は、三脚の脚に取り付けられるが、２Ｄスキャナ付属品８１０の他の部品は、３Ｄスキャナ２０の内部にある。
【００４３】
一実施形態では、２Ｄスキャナ９１０は、水平面内での角度の範囲にわたって光のビームをスキャンするように配向される。２Ｄスキャナ９１０は、ただちに角度読取り値および対応する距離読取り値を返して、水平面内での物体の各点の２Ｄ座標を提示する。あらゆる範囲の角度にわたってあるスキャンを完了する際、２Ｄスキャナは、対になった角度および距離の読取り値の集合を返す。３Ｄ測定装置８００が転々と移動するとき、２Ｄスキャナ９１０は、２Ｄ座標値を返し続ける。これらの２Ｄ座標値を使用して、それぞれの静止した位置合せ位置において３Ｄスキャナ２０の位置を決め、それによってさらに正確な位置合せを可能にする。
【００４４】
図１０には、測定される物体１１０２の前方の第１の位置合せ位置１１１２に移動した、３Ｄ測定装置８００が示してある。物体１１０２は、たとえば室内の壁でもよい。一実施形態では、３Ｄ測定装置８００が停止し、ブレーキを用いて適位置に保持される。このブレーキは、一実施形態では車輪８２２上のブレーキ８２４である。３Ｄ測定装置８００内の３Ｄスキャナ２０は、物体１１０２の第１の３Ｄスキャンをとる。一実施形態では、３Ｄスキャナ２０は、必要なら、３Ｄ測定装置８００の構造によって遮られた下方向以外での全ての方向で３Ｄ測定値を取得してもよい。しかし、３Ｄスキャナ２０が長くて大部分が平坦な構造体１１０２を測定する図１０の例では、相対的に小さい有効な視野（ＦＯＶ）１１３０を選択して、構造体での形状のより正面向きの表示を提示してもよい。
【００４５】
第１の３Ｄスキャンが完了すると、プロセッサシステム９５０は、２Ｄスキャンデータが収集されていることを示す信号を受信する。この信号は、位置／方位センサ９２０が３Ｄ測定装置８００の動きを検出するのに応答して、このセンサ９２０から得てもよい。この信号は、ブレーキが解放されたときに送信してもよく、または操作者がコマンドを送信するのに応答して送信してもよい。２Ｄスキャナ付属品８１０は、３Ｄ測定装置８００が移動開始するとデータの収集を開始してもよく、または２Ｄスキャナ付属品８１０が静止しているときでも２Ｄスキャンデータを連続的に収集してもよい。一実施形態では、２Ｄスキャナデータは、収集されるとプロセッサシステム９５０に送信される。
【００４６】
一実施形態では、２Ｄスキャナ付属品８１０は、３Ｄ測定装置８００が第２の位置合せ位置１１１４に向けて移動するときに測定する。一実施形態では、スキャナが複数の２Ｄ測定位置１１２０を通過するとき、２Ｄスキャンデータが収集されて処理される。各測定位置１１２０において、２Ｄスキャナは、有効な視野（ＦＯＶ）１１４０にわたって２Ｄ座標データを収集する。以下でより詳細に説明する方法を使用し、プロセッサシステム９５０は、各位置１１２０での複数の２Ｄスキャンからの２Ｄスキャンデータを使用して、第１の位置合せ位置１１１２に対する第２の位置合せ位置１１１４での３Ｄスキャナ２０の位置および方位を決定する。ここで、第１の位置合せ位置および第２の位置合せ位置は、その両方に共通の３Ｄ座標系において知られている。一実施形態では、この共通の座標系は、２Ｄ直交座標ｘ、ｙ、およびｘ軸またはｙ軸に対する回転角θによって表される。一実施形態では、ｘ軸およびｙ軸は、スキャナの平面内に存在し、さらに２Ｄスキャナ９１０の「前方」の方向に基づいていてもよい。このような（ｘ、ｙ、θ）座標系の一例は、図１４Ａの座標系１４１０である。
【００４７】
物体１１０２上には、第１の３Ｄスキャン（第１の位置合せ位置１１１２で収集される）と、第２の３Ｄスキャン（第２の位置合せ位置１１１４で収集される）との間にオーバラップの領域１１５０がある。オーバラップ領域１１５０では、第１の３Ｄスキャンと第２の３Ｄスキャンの両方で見える、位置合せターゲット（物体１１０２の自然な形状でもよい）が存在する。実際にしばしば起きる問題は、第１の位置合せ位置１１１２から第２の位置合せ位置１１１４まで３Ｄスキャナ２０を移動させる際に、プロセッサシステム９５０が、３Ｄスキャナ２０の位置および方位の軌跡を見失い、したがって、オーバラップ領域内の位置合せターゲットを正確に関連づけて、位置合せ手順を確実に実行することができないことである。一連の２Ｄスキャンを使用することにより、プロセッサシステム９５０は、第１の位置合せ位置１１１２に対する第２の位置合せ位置１１１４での３Ｄスキャナ２０の位置および方位を決定することができる。この情報により、プロセッサシステム９５０は、オーバラップの領域１１５０内の位置合せターゲットを正確にマッチできるようになり、それによって位置合せ手順を適切に完了させることができるようになる。
【００４８】
図１２には、有効な視野（ＦＯＶ）１１４０にわたって、選択された位置１１２０で２Ｄスキャンデータを収集する２Ｄスキャナ９１０が示してある。様々な位置１１２０において、２Ｄスキャナは、物体１１０２の一部分を取り込み、これがＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、およびＥでマーキングしてある。図１２には、物体１１０２の固定基準系に対して適時に移動する２Ｄスキャナが示してある。
【００４９】
図１３は、図１２と同じ情報を含むが、物体１１０２の基準系ではなく、２Ｄスキャナ９１０の基準系からその情報を示す。この図により、２Ｄスキャナの基準系では、物体上の形状の位置が時間とともに変化することが明らかになる。したがって、２Ｄスキャナ９１０が移動する距離は、２Ｄスキャナ付属品８１０からプロセッサシステム９５０に送信される２Ｄスキャンデータから決定できることが明らかである。
【００５０】
図１４Ａには、図１４Ｂおよび図１４Ｃで使用してもよい座標系が示してある。一実施形態では、２Ｄ座標ｘ、ｙは、２Ｄスキャナ９１０の平面上に存在するように選択される。ｘまたはｙなどの軸に対する回転角として、角度θが選択される。図１４Ｂ、図１４Ｃには、２Ｄスキャナ９１０が、たとえば物体１１０２に対して名目上平行に、正確に直線上を移動するのではなく、側部に対しても平行に移動する現実的な場合が示してある。さらに、２Ｄスキャナ９１０は、移動するときに回転してもよい。
【００５１】
図１４Ｂには、２Ｄスキャナ９１０の基準系から見たときの、物体１１０２の動きが示してある。２Ｄスキャナの基準系では（すなわち、２Ｄスキャナの視点から見ると）、物体１１０２が移動していて、２Ｄスキャナ９１０が平面上に固定されている。この基準系では、２Ｄスキャナ９１０から見た物体１１０２の各部分は、やがて並進および回転するように見える。２Ｄスキャナ付属品８１０は、こうした一連の並進および回転した２Ｄスキャンを、プロセッサシステム９５０に提示する。図１４Ａ、図１４Ｂに示す例では、スキャナは、図１４Ｂに示す距離１４２０だけ＋ｙ方向に並進し、角度１４３０だけ回転する。この角度は、この例では＋５度である。もちろん、スキャナは、同様に＋ｘまたは−ｘの方向にもわずかに移動していた可能性がある。図１４Ｂに示すように、ｘ、ｙ、θ方向での２Ｄスキャナ９１０の動きを決定するため、プロセッサシステム９５０は、２Ｄスキャナの基準系で分かるように、連続したスキャンに記録されたデータを使用する。一実施形態では、プロセッサシステム９５０は、当技術分野でよく知られている方法を使用して最良適合（ベストフィット）の計算を実行して、２つのスキャン、または２つのスキャンでの形状を可能な限り接近してマッチさせる。
【００５２】
２Ｄスキャナ９１０が、連続した２Ｄ読取り値を取得し、最良適合の計算を実行するとき、プロセッサシステム９５０は、２Ｄスキャナの並進および回転の記録をとり、これは３Ｄスキャナ２０および測定装置８００の並進および回転と同じである。このようにして、プロセッサシステム９５０は、第１の位置合せ位置１１１２から第２の位置合せ位置１１１４まで測定装置８００が移動するときの、ｘ、ｙ、θの値の変化を正確に決定することができる。
【００５３】
プロセッサシステム９５０は、第１の位置合せ位置１１１２または第２の位置合せ位置１１１４において３Ｄスキャナ２０が提供する３Ｄスキャンデータと２Ｄスキャンデータの融合ではなく、一連の２Ｄスキャンの比較に基づいて３Ｄ測定装置８００の位置および方位を決定することを理解することが重要である。
【００５４】
代わりに、プロセッサシステム９５０は、第１の並進値、第２の並進値、および第１の回転値を決定するように構成され、これが第１の２Ｄスキャンデータと第２の２Ｄスキャンデータの組合せに適用されると、結果として、変換された第１の２Ｄデータが得られ、この２Ｄデータは、客観的な数学的基準に従って、変換された第２の２Ｄデータに可能な限り接近してマッチする。一般に、並進および回転は、第１のスキャンデータ、第２のスキャンデータ、またはこの２つの組合せに適用してもよい。たとえば、変換されたデータセットにおいて両方の動作とも同じマッチを生成するという意味では、第１のデータセットに適用される並進は、第２のデータセットに適用される並進の負数と同等である。「客観的な数学的基準」の一例は、オーバラップしていると判定されたスキャンデータの各部分について、２乗した残余誤差の合計を最小化する基準である。別のタイプの客観的な数学的基準は、物体上で識別される複数の形状のマッチングを含んでもよい。たとえば、このような形状は、図１１Ｂに示す縁部の遷移、１１０３、１１０４、および１１０５でもよい。この数学的基準は、２Ｄスキャナ付属品８１０によってプロセッサシステム９５０に提供される生データの処理を含んでもよく、または、当技術分野で知られている方法、たとえばＩｔｅｒａｔｉｖｅ  Ｃｌｏｓｅｓｔ  Ｐｏｉｎｔ（ＩＣＰ）に基づく方法を使用して、各形状がラインセグメントの集合として表される処理の第１の中間レベルを含んでもよい。ＩＣＰに基づいたこのような方法が、Ｃｅｎｓｉ，Ａ．の「Ａｎ  ＩＣＰ  ｖａｒｉａｎｔ  ｕｓｉｎｇ  ａ  ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｌｉｎｅ  ｍｅｔｒｉｃ」ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ（ＩＣＲＡ）２００８に記載されている。
【００５５】
一実施形態では、第１の並進値はｄｘであり、第２の並進値はｄｙであり、第１の回転値はｄθである。第１のスキャンデータが、（ｘ1、ｙ1、θ1）の（基準座標系において）、並進座標および回転座標を有する２Ｄスキャナ９１０を用いて収集される場合、第２の２Ｄスキャンデータが第２の位置で収集されると、（ｘ2、ｙ2、θ2）＝（ｘ1＋ｄｘ、ｙ1＋ｄｙ、θ1＋ｄθ）で座標値が与えられる。一実施形態では、プロセッサシステム９５０はさらに、第３の並進値（たとえばｄｚ）ならびに、第２および第３の回転値（たとえばピッチおよびロール）を決定するように構成される。第３の並進値、第２の回転値、および第３の回転値は、少なくとも一部には位置／方位センサ９２０からの読取り値に基づいて決定してもよい。
【００５６】
２Ｄスキャナ９１０は、第１の位置合せ位置１１１２で２Ｄスキャンデータを収集し、第２の位置合せ位置１１１４でさらに２Ｄスキャンデータを収集する。場合によっては、これらのスキャンは、第１の位置合せ位置１１１２に対する第２の位置合せ位置１１１４での３Ｄ測定装置の位置および方位を決定するのに十分でもよい。他の場合では、２組の２Ｄスキャンデータでは、プロセッサシステム９５０が、第１の並進値、第２の並進値、および第１の回転値を正確に決定できるようにするには不十分である。中間スキャン位置１１２０で２Ｄスキャンデータを収集することによって、この問題を回避することができる。一実施形態では、２Ｄスキャンデータは、一定間隔、たとえば１秒に１回の割合で収集され、処理される。このようにして、各形状は、連続した２Ｄスキャン１１２０において容易に識別される。３つ以上の２Ｄスキャンが得られる場合、プロセッサシステム９５０は、第１の位置合せ位置１１１２から第２の位置合せ位置１１１４まで移動するときの並進値および回転値を決定する際に、連続した全ての２Ｄスキャンからの情報を使用するよう選択してもよい。あるいは、プロセッサは、マッチしている形状の適切な対応関係を確実にするよう単に中間の２Ｄスキャンを使用して、最終計算での第１のスキャンおよび最後のスキャンのみを使用するよう選択してもよい。ほとんどの場合、マッチングの確度は、連続した複数の２Ｄスキャンからの情報を組み込むことによって改善される。
【００５７】
第１の並進値、第２の並進値、および第１の回転値は、２Ｄスキャナ、３Ｄスキャナ、および３Ｄ測定装置において同じであるが、それというのも全てが、その他に対して強固に保持されているからである。
【００５８】
３Ｄ測定装置８００が、第２の位置合せ位置１１１４まで移動する。一実施形態では、３Ｄ測定装置８００は停止し、ブレーキがロックされて３Ｄスキャナを静止状態に保持する。一代替実施形態では、たとえば、位置／方位センサ９２０が動きの欠如を通知することによって移動可能なプラットフォームが停止すると、プロセッサシステム９５０は３Ｄスキャンを自動的に開始する。３Ｄ測定装置８００内の３Ｄスキャナ２０は、物体１１０２の３Ｄスキャンをとる。この３Ｄスキャンは、第２の３Ｄスキャンと呼ばれて、第１の位置合せ位置で取得された第１の３Ｄスキャンと区別する。
【００５９】
プロセッサシステム９５０は、既に計算済みの第１の並進値、第２の並進値、および第１の回転値を適用して、第１の３Ｄスキャンに対する第２の３Ｄスキャンの位置および方位を調整する。この調整は、「第１の位置合せ」を実現するものと見なしてもよく、位置合せターゲット（オーバラップ領域１１５０での自然な形状でもよい）を近接近させる。プロセッサシステム９５０は細かい位置合せを実行し、そこで第１の３Ｄスキャンに対する第２の３Ｄスキャンの６つの自由度に微調整を加える。プロセッサシステム９５０は客観的な数学的基準に基づいて微調整を加え、これは、２Ｄスキャンデータに適用された数学的基準と同じでもよく、またはそれと異なっていてもよい。たとえば、この客観的な数学的基準は、オーバラップしていると判定されたスキャンデータの各部分について、２乗した残余誤差の合計を最小化する基準でもよい。あるいは、この客観的な数学的基準は、オーバラップ領域での複数の形状に適用してもよい。位置合せでの数学的計算は、たとえばラインセグメントの集合によって、生の３Ｄスキャンデータまたは３Ｄスキャンデータの幾何学的表現に適用してもよい。
【００６０】
オーバラップ領域１１５０の外側では、第１の３Ｄスキャンおよび第２の３Ｄスキャンの位置合せされた値が、位置合せされた３Ｄデータセットにおいて結合される。オーバラップ領域の内側では、位置合せされた３Ｄデータセットに含まれる３Ｄスキャン値は、第１のスキャンおよび第２のスキャンの位置合せされた値からの３Ｄスキャナデータの何らかの組合せに基づいている。
【００６１】
図１５には、３Ｄ座標を測定し、位置合せするための方法１５００の各要素が示してある。
【００６２】
要素１５０５は、プロセッサシステム、３Ｄスキャナ、２Ｄスキャナ、および移動可能なプラットフォームを備える３Ｄ測定装置を設けるステップを含む。プロセッサシステムは、３Ｄスキャナ制御装置、２Ｄスキャナプロセッサ、外部コンピュータ、および遠隔ネットワークアクセス用のクラウドコンピュータのうち少なくとも１つを有する。プロセッサシステム内のこれら処理要素のいずれも、単一のプロセッサまたは複数の分散処理要素を備えてもよく、この処理要素は、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、ＦＰＧＡ、または他の任意のタイプのコンピューティング装置でもよい。この処理要素は、コンピュータ記憶装置にアクセスする。３Ｄスキャナは、第１の光源、第１のビーム操向装置、第１の角度測定装置、第２の角度測定装置、および第１の受光器を有する。第１の光源は、光の第１のビームを放出するように構成され、このビームは、一実施形態ではレーザ光のビームである。第１のビーム操向装置が設けられて、第１の方向に向かって、第１の物体点にまで光の第１のビームを操向する。ビーム操向装置は、ミラー２６などの回転ミラーでもよく、または別のタイプのビーム操向機構でもよい。たとえば、３Ｄスキャナは、垂直軸周りで回転する第１の構造体が配置される基台を含んでもよく、この構造体には、水平軸周りで回転する第２の構造体を配置してもよい。このタイプの機械組立体を使用する場合、光のビームは、第２の構造体および所望の方向での点から直接放出してもよい。数多くの他のタイプのビーム操向機構が実現可能である。ほとんどの場合、ビーム操向機構は１つまたは２つのモータを備える。第１の軸周りの第１の回転角、および第２の軸周りの第２の回転角によって、第１の方向が決定される。第１の角度測定装置は、第１の回転角を測定するように構成され、第２の角度測定装置は、第２の回転角を測定するように構成される。第１の受光器は、第１の反射光を受信するように構成され、この第１の反射光は、第１の物体点によって反射された光の第１のビームの一部分である。第１の受光器は、第１の反射光に応答して第１の電気信号を生成するようにさらに構成される。第１の受光器は、プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には第１の電気信号に基づいて、第１の物体点までの第１の距離を決定するようにさらに構成され、３Ｄスキャナは、プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部にはこの第１の距離、第１の回転角、および第２の回転角に基づいて、第１の物体点の３Ｄ座標を決定するように構成される。２Ｄスキャナ付属品は、第２の光源、第２のビーム操向装置、第３の角度測定装置、および第２の受光器を有する２Ｄスキャナを備える。第２の光源は、光の第２のビームを放出するように構成される。第２のビーム操向装置は、第２の方向に向かって、第２の物体点にまで光の第２のビームを操向するように構成される。第２の方向は、第３の軸周りの第３の回転角によって決定され、第３の角度測定装置は、第３の回転角を測定するように構成される。第２の受光器は、第２の反射光を受信するように構成され、この第２の反射光は、第２の物体点によって反射された光の第２のビームの一部分である。第２の受光器は、第２の反射光に応答して第２の電気信号を生成するようにさらに構成される。２Ｄスキャナは、プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には第２の電気信号に基づいて、第２の物体点までの第２の距離を決定するように構成される。２Ｄスキャナは、プロセッサシステムと協働して、少なくとも一部には第２の距離、および第３の回転角に基づいて、第２の物体点の２Ｄ座標を決定するようにさらに構成される。移動可能なプラットフォームは、３Ｄスキャナおよび２Ｄスキャナを運ぶように構成される。３Ｄスキャナは、２Ｄスキャナに対して固定され、移動可能なプラットフォームは、第３の軸に垂直な平面上を移動するように構成される。
【００６３】
要素１５１０は、プロセッサシステムを用い、３Ｄスキャナと協働して、物体面上の点の第１の集合の３Ｄ座標を決定するステップを含み、この３Ｄスキャナは、第１の位置合せ位置に固定配置される。
【００６４】
要素１５１５は、プロセッサシステムと協働して、２Ｄスキャナによって複数の２Ｄスキャンセットを得るステップを含む。複数の２Ｄスキャンセットのそれぞれは、第１の位置合せ位置から第２の位置合せ位置まで２Ｄスキャンが移動するときに収集された、物体面上の点の１組の２Ｄ座標である。複数の２Ｄスキャンセットのそれぞれは、第１の位置合せ位置に対して異なる位置で、２Ｄスキャナによって収集される。
【００６５】
要素１５２０は、第１の並進方向に対応する第１の並進値、第２の並進方向に対応する第２の並進値、および第１の配向軸に対応する第１の回転値を、プロセッサシステムによって決定するステップを含み、第１の並進値、第２の並進値、および第１の回転値は、少なくとも一部には、第１の数学的基準に従って複数の２Ｄスキャンセットのフィッティングに基づいて決定される。
【００６６】
要素１５２５は、プロセッサシステムを用い、３Ｄスキャナと協働して、物体面上の点の第２の集合の３Ｄ座標を決定するステップを含み、この３Ｄスキャナは、第２の位置合せ位置に固定配置される。
【００６７】
要素１５３５は、点の第１の集合と点の第２の集合の両方に存在する位置合せターゲット間の対応関係を、プロセッサシステムによって識別するステップを含み、この対応関係が、少なくとも一部には、第１の並進値、第２の並進値、および第１の回転値に基づく。
【００６８】
要素１５４５は、少なくとも一部には第２の数学的基準に基づいた、点の位置合せされた３Ｄ集合の３Ｄ座標、位置合せターゲット間の対応関係、点の第１の集合の３Ｄ座標、および点の第２の集合の３Ｄ座標を決定するステップを含む。要素１５５０は、点の位置合せされた３Ｄ集合の３Ｄ座標を記憶するステップを含む。
【００６９】
プロセッサ、制御装置、コンピュータ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡなどの用語は、この文書内では、機器内に配置してもよく、機器全体を通して複数の要素内に分散してもよく、または機器の外部に配置してもよいコンピューティング装置を意味するものと理解される。
【００７０】
限定された数の実施形態だけに関連して本発明を詳細に説明してきたが、本発明は、こうして開示された実施形態に限定されないことを容易に理解されたい。むしろ、本発明を修正して、任意の数の変形、改変、置換え、またはこれまでに説明しなかった同等な構成を組み込むことができるが、これらは、本発明の精神および範囲と同じである。さらに、本発明の様々な実施形態を説明してきたが、本発明の各態様は、説明した実施形態のほんのいくらかを含んでいるに過ぎないことを理解されたい。したがって、本発明は、前述の説明によって限定されるものと理解すべきではなく、添付の特許請求の範囲に記載の範囲によってのみ限定されるものである。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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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１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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