(57)【要約】平らな表面にわたって、歪んだ行及び列のパターンに配置された参照点(4)の集合を、3つの参照点(4A、4B、4C)との関係において前記場所間の位置を決定することにより、前記表面上の場所の座標を確立するのに用いる。3次元製品(3)の測定に一般的に用いられる、旋回座標測定アーム(1)又は他のそのような空間測定装置の参照位置を確かめるのに、アレイは有用である。3次元参照点アレイは、直交層に配置された行及び列例えば部屋の床(5)、天井(6)及び壁(7、8、9)の、同様に分散された参照点のマトリクスから構成しうる。測定装置のプローブ(15)を3つの密接に位置決めされた参照点にわたって位置させれば、測定装置の位置の正確な座標を関連するデータプロセッシングシステムに自動的にロードするのに十分である。【選択図】図１
2004527750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間にわたり配置された参照点の集合であって、規定された近接域内に互いに位置する第1の組の3つの前記点により規定される三角形が、前記規定された近接域内に位置する、いずれの第2の組の3つの前記点により規定されるもう1つの三角形とも相違する、集合。
【請求項２】
行及び列の歪んだグリッドパターンに沿って配置された前記点のアレイを含み；
前記規定された近接域が、2×2サブアレイを規定する参照点から構成される請求項1の集合。
【請求項３】
行及び列の歪んだグリッドパターンの、直交的に配向した層に沿って配置された、前記点の立方体形のアレイをさらに含み；
前記規定された近接域が、3×3サブアレイを規定する参照点から構成される請求項2の集合。
【請求項４】
前記参照点が、支持表面にわたって位置決めされるベンチマークを含む請求項2の集合。
【請求項５】
前記支持表面が床を含む請求項4の集合。
【請求項６】
場所に位置決めされる旋回空間座標測定アームと組み合わされ；
前記アームがあるリーチを有し、且つプローブチップを含む請求項4の集合。
【請求項７】
前記ベンチマークが、前記プローブチップを収めるよう形状及び寸法決めされ、前記参照点を規定する軸を有する凸円錐状のくぼみを含む請求項6の組み合わせ。
【請求項８】
前記集合が、少なくとも1つの前記サブアレイを前記アームのリーチ内に含み、前記サブアレイ内の参照点のそれぞれが前記くぼみの一つにより規定される請求項7の組み合わせ。
【請求項９】
前記プローブチップが連続的に前記くぼみに挿入された際に前記サブアレイ中の参照点座標を自動的に計算する手段をさらに含む、請求項8の組み合わせ。
【請求項１０】
前記3つの参照点座標から、前記場所の座標を導く手段をさらに含む請求項9の組み合わせ。
【請求項１１】
前記空間内の場所から前記第1の点の組への距離及び方向が、前記場所から前記第2の点の組への距離及び方向と相違し；
それにより、前記場所の位置座標が、前記近接域内に互いに位置する前記点のいずれか3つとの関係におけるその距離及び方向から導かれうる請求項1の集合。
【請求項１２】
行及び列の歪んだグリッドパターンに沿って配置された前記点のアレイを含み；
前記規定された近接域が、2×2サブアレイを規定する参照点から構成される請求項11の集合。
【請求項１３】
行及び列の歪んだグリッドパターンの、直交的に配向した層に沿って配置された、前記点の立方体形のアレイを含み；
前記規定された近接域が、3×3サブアレイを規定する参照点から構成される請求項11の集合。
【請求項１４】
前記参照点が、支持表面にわたって位置決めされるベンチマークを含む請求項12の集合。
【請求項１５】
前記支持表面が床を含む請求項14の集合。
【請求項１６】
前記場所に位置決めされる旋回空間座標測定アームと組み合わされ；
前記アームがあるリーチを有し、且つプローブチップを含む請求項14の集合。
【請求項１７】
前記ベンチマークが、前記プローブチップに嵌合されるよう形状及び寸法決めされ、前記参照点を規定する軸を有する凸円錐状のくぼみを含む請求項16の組み合わせ。
【請求項１８】
前記集合が、少なくとも1つの前記サブアレイを前記アームのリーチ内に含み、前記サブアレイ内の参照点のそれぞれが前記くぼみの一つにより規定される請求項17の組み合わせ。
【請求項１９】
前記プローブチップが連続的に前記くぼみに挿入された際に前記サブアレイ中の参照点座標を自動的に計算する手段をさらに含む、請求項18の組み合わせ。
【請求項２０】
前記3つの参照点座標から、前記場所の座標を導く手段をさらに含む請求項19の組み合わせ。
【請求項２１】
固定された参照点のグローバル座標パターンと関連して移動可能な測定機器が用いられ、機器の位置が、前記機器の移動のそれぞれの後に、関連するデータプロセッサに入力される必要があるコンピュータ化された空間測定システムにおいて、歪んだグリッド線に沿って前記参照点を配置し、それにより前記位置が、合わせて三角形を形成しうる3つの前記参照点の位置を測定することにより、前記データプロセッサに自動的に入力されることを含む改善。
【請求項２２】
前記配置する工程が、規定された近接域内に互いに位置する前記点の第1の3つの組により規定される三角形が、前記規定された近接域に互いに位置する前記点の第2の3つの組により規定される他の三角形と対称でありうる可能性を避けるのに十分な量、前記参照点を線形グリッドパターン位置から空間的にオフセットすることを含む請求項21の改善。
【請求項２３】
前記規定された近接域が、2×2サブアレイにより規定される参照点から構成される請求項21記載の改善。
【請求項２４】
前記規定された近接域が、3×3サブアレイにより規定される参照点から構成される請求項21記載の改善。
【請求項２５】
前記空間的にオフセットする工程が、2次元の変動範囲内で、前記点の少なくとも一つを移動することを含む請求項21記載の改善。
【請求項２６】
前記空間的にオフセットする工程が、3次元の変動範囲内で、前記点の少なくとも1つを移動する含む請求項21の改善。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間測定装置及びある種の空間測定に関連して参照として用いられる座標グリッドパターンに関し、特には1998年11月3日に発行された私の米国特許明細書第5829148号に開示される種の旋回座標測定アームに関連して用いられる参照点アレイに関する。当該特許は本明細書に参照により組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
旋回空間座標測定アームは、典型的には1500mmの、各方向への限定されたリーチを有する。自動車等の大きな製品について測定をするとき、アームを多くの位置に動かさなくてはならない。これらの位置は、グローバル座標システムとも呼ばれる、単一の原点を有する大きな体積測定(volumetric)座標システムを参照して、正確に同定されなければならない。関節を有する限定されたリーチのアームでのグローバルな測定を達成するための最も一般的で最も実用的な方法は、アームの位置を、取り囲む参照グリッド又はマトリクス上の3つの既知の点に関連して規定することである。グリッド又はマトリクス上のそれぞれの参照点は、固有の識別子を持つ。操作者がアームを新しい位置に移動するたびに、アームプローブの先端が順次、グリッド又はマトリクス上の3つの識別された点上に位置決めされ、各参照点の固有の識別子を関連するデータプロセッシングシステムに操作者が手動で入力するたびに、データプロセッシングシステムは、その3つの測定を、アームの正確な位置を計算するのに用いる。続いてその位置の座標が、そのグローバル座標システムを参照した以降の測定の結果を決定する際に考慮される。操作者による3つの参照点識別子の手動の入力は、時間を費やすのみならず、人間による誤りに影響される。実際、作業環境においては、参照点識別子のラベリングは貧弱な照明条件や、ごみくずによる妨害により、読むのが難しくなりうる。入力キーバッド又はキーボードの操作における一つの数字の誤りが、誤った測定をもたらしうる。
【０００３】
本発明は、大きな製品に対する旋回空間座標測定アーム又は他の同様の空間測定装置の使用における上記の弱点をなくす試みからなされたものである。
【発明の開示】
【０００４】
本発明の第1の及び第2の目的は、測定機器の位置の決め直しを必要とする大きな製品にわたっての測定を行なう際に、測定機器の移動又は位置の決め直しが、人間の誤りを受ける人間の操作のどのようなものをも必要としない単純な操縦で関連するデータプロセッシングシステムに自動的にロードされる参照グリッド又はマトリクスパターンを提供することにより、限定されたリーチを有する旋回空間座標測定アーム又は同様の空間測定装置の使用を最適化すること、及びこれら及び他の形式の空間測定に使用するための新しい形式の空間参照パターンを提供することにある。
【０００５】
これらの及び他の価値ある目的が、歪んだ行及び列のパターン内の参照点であって、3つの密接に位置した参照点を合わせることにより規定されるいずれの三角形も、パターン全体内の全ての他の場所に見られるいずれの他のそのような三角形とも似てないものを、作業空間全体にわたってレイアウトすることにより達成される。続いて、測定装置の正確な位置を、作業空間内でのその移動後に精密に決定するため、3つの密接に離隔した参照点の位置を測定することが満たされる。これら3つの測定の結果から、関連するデータプロセッシングシステムが、測定装置がグローバル座標システム内において位置決めされた正確な場所を容易に計算し、それに従い全ての測定をオフセットすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図面を参照すると、図1には、3次元製品3(ここでは自動車車体)の測定を行なうために旋回空間座標測定アーム1及びそれに関連するデータプロセッサ2が用いられる、例示的な作業場の環境が示される。参照点又はベンチマーク4の座標パターンが、作業室の床5、天井6及び周囲を囲む壁7〜9に恒常的に付けられている。参照点は、アームがどの位置又は場所に置かれても、それらの点の3つが常に測定アーム1のリーチの中となるよう、配置され、間隔をあけられる。壁、床又は天井のそれぞれの上に、参照点は、例えば図面中に点線で示されるもののように、正確に並行且つ対称な座標線には従わない行及び列のパターンにアレンジされる。代わりに、参照点は、後に説明するようないくつかの重要な利点を与える、歪んだパターンにレイアウトされる。
【０００７】
図2に示される通り、それぞれのベンチマーク4は、床、壁又は天井の表面層12に恒常的に埋め込まれる小さなスラブ11から構成される。スラブの露出した表面内に、円錐状のくぼみ13が、アーム測定プローブのチップ15上のボール14を密接に収めるか収容するよう寸法決めされる。このくぼみは、ボール14が挿入された際、ボールの中心16がくぼみの軸19上の参照点に位置するような形状とされ寸法決めされる。明らかに等価な参照点の別例は、凹状円錐プローブチップにより接触される球面又は半球面のベンチマークを用いるものである。
【０００８】
参照点は、規定された近接域内に互いに位置する前記点の3つの第1の組4A、4B及び4Cにより規定される三角形17が、3つの前記点のいずれかの第2の組(但し前記第1及び第2の組は2以下の参照点を共有する)により規定される他の三角形18のいずれとも異なるように配置される。従って、測定機器が位置する作業空間内のいずれの位置又は場所から第1の三角形17を規定する第1の3点組への距離及び方向も、前記場所から全座標パターン中のいずれの他の場所の第2の三角形18を規定する点の組への距離及び方向とも異なる。従って、その場所の位置座標は、規定された近接域内に互いに位置するいずれかの3つの参照点の位置測定から正確に導くことができる。この規定された近接域は、2×2のサブアレイを規定する参照点から構成することができ、好ましくは3×3のサブアレイを規定される参照点から構成することができる。上記の実施例で壁上のグリッドパターンが床及び天井のそれらとの関係において直交方向である等、参照点グリッドの平面の異なる層が用いられる場合、求められる三角形形成参照点の近接域は3次元の2×2×2又は3×3×3サブアレイから構成されてもよい。
【０００９】
図3は、上面平面図において、3つの参照点をそれらのサブアレイ内でつなげることにより形成しうる、全てのとりうる三角形の形状を示す。2×2サブアレイ内においては、4つの三角形の形状21が見出されうる。
【００１０】
サブアレイが2×3フォーマットに拡張された場合、三角形の形状は2倍ではなく、さらに6つの追加の形状22及び23が可能になり、全部で14の形状となる。
【００１１】
3×3サブアレイにおいては、まず2×2アレイに見出されるものの4倍と同数の三角形の形状24がある；つまり16の形状がある。さらに、2×3アレイに見出される6つの追加の形状の4倍がある；つまり46個のさらなる形状がある。
【００１２】
そして、2以上の2×3サブアレイにわたり拡張する、20個の三角形形状25及び26がある。従って、3×3サブアレイにおいては84個の三角形形状が見出される。
【００１３】
立方体的な3×3×3のマトリクスにおいては、角度の鋭い形状26を除いたとして、三角形形状の数は2268個である。近接して離隔する4つの参照点を測定することを要件とした場合、つまり三角形ではなく、角錐を規定する4つの点を用いる場合、独自に実行しなければならない形状の数は劇的に減少する。三次元サブアレイの場合、三角形のいずれの2点をも、同一又は異なったレベルとしうることが理解されるべきである。実用上、極端に鋭角な三角形を形成する3つの参照点を選択するのを避けるのが便利であることが見出されている。そのような鋭角の三角形の使用は測定の正確性に影響しうる。例えば26の、2以上の2×3サブアレイを占める8つの形状の組において、以下の点の組；R Y Z、R W Z、T U X、T Y X、Z S T、Z U R、W T及びXUTを連結することにより鋭角三角形が得られる。これらの三角形は避けられうる。このことは、参照パターンの有用性に、僅かな影響しか与えない。なぜならば、同じスペース内に、有利に利用しうる多数の他の三角形があるからである。
【００１４】
グリッドパターンの歪みは好ましくは、単一の平面上の2次元の態様で達成されるものの、正規座標(regular coordinate)グリッド上に配置される場合、いずれの参照点のあるべき場所からの逸脱も、必要であれば3次元中のいずれの方向へも実行することができることもまた注意されるべきである。
【００１５】
歪んだ座標参照点アレイの構成は、4つめ及びそれ以降の参照点に適用される歪みを、トライアルアンドエラーの方法で連続的に計算することにより達成される。任意量の歪みを選択し、続いてその参照点から形成されうる全ての三角形を、既にオフセットされたアレイ中のいずれかの3つの点をつなげることにより形成される可能性のある他の全ての三角形との対照性についてチェックする。決定の工程は、以下の例に示される、比較的単純なコンピュータプログラムの使用により便利に達成されうる。
【００１６】
図4に示される、7つのグリッド行カウント(GRC)及び6つのグリッド列カウント(GCC)にアレンジされた、42個の全参照点グリッドカウント(GC)を有する正規座標グリッドパターン27を、本発明に則り歪めることをタスクとする。さらに各点28は、5つの変更行カウント(VRC)及びこれまた5つの変更列カウント(VCC)を有する、取り囲む平面変更アレイ29内において、その正常な位置から逸脱することが許されるとする。さらに、正常参照点グリッドは、行間の離隔即ちそのグリッド行ピッチ(GRP)に等しい列離隔即ちグリッド列ピッチ(GCP)を有するとする。
【００１７】
全ての参照点の歪んだ位置は、図5〜8に示されたフローダイアグラムに基づいたコンピュータプログラム、与えられたGCP、GRP、GCC及びGRCの使用により得ることができ、ここでTOLは各参照点スラブを設置するのに利用可能な許容性を表し、RNは乱数を表し、TC1、TC2、TC3…はトライアルカウント1、2、3等…に対応する。
【００１８】
参照点の変動が立方体形のサブアレイ又はレンジ30の範囲内で達成される場合、追加のパラメーターである変動レンジピッチ(VLP)を使用する必要があり、好ましくはVRPの2倍に設定する。
【００１９】
変動ピッチを設定し、あるパラメーターを入力した後、ある直線グリッドの点が確立される。続いて原点より先の各点を、ランダムな量オフセットする。その点を含む全てのとりうる三角形を、それまで保存された三角形の全てに対してチェックし、それらの三角形のうち対称な2つのものがないことを確認する。この工程を必要な頻度だけ繰返し、グリッド全体において一致しない固有の三角形を形成する。
【００２０】
図6〜9は、平面変動サブアレイを用いた、グリッド中の参照点のオフセット後の全てのとりうる三角形中の各点の構成、確認及び保存を示す。
【００２１】
規定された近接域内(即ちこの特定の点を含むサブアレイ内又はそれからの最大の垂直、水平又は対向の距離又は範囲内)の三角形のみが調べられる。
【００２２】
一旦歪められた座標参照点の集合が設置されたら、それを図10のフローダイアグラムにより示されたコンピュータプログラムを用いることにより、実際に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図1は、本発明の自己ローディング参照パターンを備えた作業サイトの透視図である。
【図２】図2は、参照点レイアウトの断面図である。
【図３】図3は、とりうる三角形の形態のマップである。
【図４】図4は、グリッドパターンのバリエーションのマップである。
【図５】図5は、参照パターンの創生に用いられるコンピュータプログラムのフローダイアグラムである。
【図６】図6は、参照パターンの創生に用いられるコンピュータプログラムのフローダイアグラムである。
【図７】図7は、参照パターンの創生に用いられるコンピュータプログラムのフローダイアグラムである。
【図８】図8は、参照パターンの創生に用いられるコンピュータプログラムのフローダイアグラムである。
【図９】図9は、参照パターンの創生に用いられるコンピュータプログラムのフローダイアグラムである。
【図１０】図10は、自己ローディングパターンを用いたコンピュータプログラムのフローダイアグラムである。
【図５】
2004527750.tif 000003
【図６】
2004527750.tif 000004
【図７】
2004527750.tif 000005
【図８】
2004527750.tif 000006
【図９】
2004527750.tif 000007
【図１０】
2004527750.tif 000008
【国際公開パンフレット】
2004527750.tif 000009
2004527750.tif 000010
2004527750.tif 000011
2004527750.tif 000012
2004527750.tif 000013
2004527750.tif 000014
2004527750.tif 000015
2004527750.tif 000016
2004527750.tif 000017
2004527750.tif 000018
2004527750.tif 000019
2004527750.tif 000020
2004527750.tif 000021
2004527750.tif 000022
2004527750.tif 000023
2004527750.tif 000024
2004527750.tif 000025
2004527750.tif 000026
2004527750.tif 000027
2004527750.tif 000028
2004527750.tif 000029
2004527750.tif 000030
2004527750.tif 000031
2004527750.tif 000032
2004527750.tif 000033
2004527750.tif 000034
【国際調査報告】
2004527750.tif 000035