(57)【要約】  反射要素を有する目標機器１３が目標物１１に配置され、レーザービームがレーザー距離計１４の送信要素により目標機器１３へ送信され、レーザービームの少なくとも一部が部分的に反射要素３１で反射され、目標機器１３の画像が、光反射として部分的に反射されたレーザービームとともにカメラ装置１５によって記録され、目標機器１３の画像において光反射の焦点が判定され、反射要素３１で少なくとも部分的に反射されるレーザービームが受信ビームとしてレーザー距離計１４の受信要素に受信され、目標物１１への距離が受信ビームから算出され、カメラ装置１５の焦点距離、目標物１１への算出距離及び光反射の焦点の第１の画像座標から第１のオフセットが算出され、目標物１１の位置座標ＸＭ、ＹＭ、ＺＭが算出距離及び第１のオフセットから算出される工程からなる、少なくとも２次元の測定範囲１２における目標物１１の位置座標ＸＭ、ＹＭ、ＺＭを決定する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２次元の（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の測定範囲（１２）における目標物（１１）の位置座標（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）を決定する方法であって、
反射要素（３１）を有する目標機器（１３）が前記目標物（１１）に配置される工程と、
レーザービーム（４６）がレーザー距離計（１４）の送信要素（４１）により前記目標機器（１３）へ送信される工程と、
前記レーザービーム（４６）の少なくとも一部が部分的に反射要素（３１）で反射される工程と、
前記目標機器（１３）の画像（６１）が、光反射（６２）として前記部分的に反射されたレーザービーム（４６）とともにカメラ装置（１５）によって記録される工程と、
前記目標機器（１３）の前記画像（６１）において前記光反射（６２）の焦点（６３）が判定される工程と、
前記反射要素（３１）で少なくとも部分的に反射される前記レーザービーム（４６）が受信ビーム（４７）として前記レーザー距離計（１４）の受信要素（４２）に受信される工程と、
前記目標物（１１）への距離（Ｄ）が前記受信ビーム（４７）から算出される工程と、
前記カメラ装置（１５）の焦点距離（ｆ）、前記目標物（１１）への前記算出距離（Ｄ）、及び前記光反射（６２）の前記焦点（６３）の第１の画像座標（ＸＳ）から第１のオフセット（ｄ１）が算出される工程と、
前記目標物（１１）の前記位置座標（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）が前記算出距離（Ｄ）及び前記第１のオフセット（ｄ１）から算出される工程と
からなる方法。
【請求項２】
前記カメラ装置（１５）の前記焦点距離（ｆ）、前記目標物（１１）への前記算出距離（Ｄ）、及び前記光反射（６２）の前記焦点（６３）の前記第２の画像座標（ＹＳ）から第２のオフセット（ｄ２）が算出され、前記目標物（１１）の前記位置座標（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）がさらに前記第２のオフセット（ｄ２）から算出される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記目標機器（１３）の画像のシーケンスが前記カメラ装置（１５）で記録される、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】
前記カメラ装置（１５）で記録された前記画像のシーケンスから、前記光反射（６２）が発生する前記目標機器（１３）の画像（６１）として光反射が最も強い画像が判定される、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記光反射（６２）が発生する前記目標機器（１３）の前記画像（６１）が、前記カメラ装置（１５）で記録された前記画像のシーケンスからの複数の画像の平均化により判定される、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記カメラ装置（１５）での前記目標機器（１３）の前記画像の前記記録と、前記レーザー距離計（１４）での目標機器（１３）への前記距離測定と、が制御装置（１７）によって同時に開始される、ことを特徴とする請求項３乃至５の何れか１つに記載の方法。
【請求項７】
前記カメラ装置（１５）で記録された前記目標機器（１３）の画像が、前記制御装置（１７）によって前記レーザー距離計（１４）で測定された距離値に割り当てられる、ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１つに記載の方法を実施するための、少なくとも２次元の（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の測定範囲（１２）における目標物（１１）の位置座標（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）を決定するための装置（１０）であって、
反射要素（３１）を有し、前記目標物（１１）の前記位置座標（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）を決定する目標機器（１３）と、
レーザービーム（４６）を送信する送信要素（４１）と、前記受信ビーム（４７）として前記反射要素（３１）により少なくとも部分的に反射されるレーザービーム（４６）を受信する受信要素（４２）と、制御要素（４５）とを有するレーザー距離計（１４）と、
受信機器（４８）と、制御要素（４９）とを有するカメラ装置（１５）と、
お互いに垂直に配置され、交点（２８）で交差する第１の軸（２６）と第２の軸（２７）とを有する基準装置（１６）と、
前記レーザー距離計（１４）及び前記カメラ装置（１５）を制御する制御要素（５１）と、前記目標物（１１）の前記位置座標（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）を計算する判定要素（５２）とを有する制御装置（１７）と、
を備える装置。
【請求項９】
前記反射要素が回転対称体（３１）又は回転対称体の一部分として構成される、ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記レーザー距離計（１４）は前記レーザービーム（４６）を８０°を超える開角度に拡張するビーム形成光学システム（４４）を有する、ことを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ビーム形成光学システム（４４）が前記測定面（１２）と実質的に平行な方向に前記レーザービーム（４６）を拡張する、ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ビーム形成光学システム（４４）が前記測定面（１２）と実質的に垂直な方向に前記レーザービーム（４６）の視準又は焦点調節を実行する、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記レーザー距離計（１４）はモーターユニットを有し、前記モーターユニットは前記レーザービーム（４６）を前記測定面（１２）に垂直な回転軸又は旋回点の周りで旋回させる、ことを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１４】
前記レーザー距離計（１４）はビーム形成光学システムとモーターユニットとを有し、前記ビーム形成光学システムは前記レーザービーム（４６）を開角度が最大１０°に拡張し、前記モーターユニットは前記レーザービームを前記測定面に垂直な回転軸又は旋回点の周りで移動させる、ことを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１５】
前記目標機器がハンドヘルドのツール機器に装着されることを特徴とする請求項８乃至１４の何れか１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に記載の目標物の位置座標を決定するための方法及び請求項８の前文に記載の目標物の位置座標を決定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１から知られる方法及び装置は、目標物の２次元又は３次元位置座標を決定するためのものである。装置は、レーザー距離計と、カメラ装置と、基準装置と、制御装置とを備える。レーザー距離計は、レーザービームを送信する送信要素と、受信ビームとして目標物で少なくとも部分的に反射されるレーザービームを受信する受信要素とを有する。基準装置は、お互いに垂直に配置されて内部座標系を形成する第１及び第２の軸を有する。該座標系の第３の軸は、第１及び第２の軸と垂直で、これらの軸の交点を通る。装置は、方位角及び仰角を決定する第１及び第２の角度測定機器を備える。レーザー距離計の対象軸及びカメラ装置の視軸が目標物に合っている間は、カメラ装置で目標物の照準を正確に定めることができる。レーザー距離測定はレーザー距離計によって実行され、方位角及び仰角の値は角度測定機器によって決定される。２次元位置座標は距離値及び方位角から計算するが、３次元位置座標の計算には仰角も必要となる。
【０００３】
目標物の位置座標を決定する既知の装置には、そのような装置の複雑さと費用の増加につながる角度測定機器が少なくとも１つは必要となるという問題がある。またレーザー距離測定及び角度測定のために、レーザービームを目標物に正確に合わせなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許第０４８１２７８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、屋内での使用に適した２次元又は３次元の目標物の位置座標を決定する方法を提供することである。さらに、本発明の方法に適した目標物の位置座標を決定するための装置を提供し、装置への予算が限定的でも高精度で位置座標を計算できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
目標物の位置座標を決定するための本発明の方法は、独立請求項１により達成される。目標物の位置座標を決定するための本発明の装置は、独立請求項８により達成される。さらなる優れた改良については、従属項により特定される。
【０００７】
少なくとも２次元の測定範囲において目標物の位置座標を決定する本発明の方法は、
反射要素を有する目標機器が目標物に設置される工程と、
レーザー距離計の送信要素によりレーザービームが目標機器に送信される工程と、
少なくとも一部のレーザービームが部分的に反射要素で反射される工程と、
少なくとも部分的に反射されたレーザービームとともに目標機器の画像がカメラ装置により光反射として記録される工程と、
目標機器の画像で光反射の焦点が判定される工程と、
反射要素で少なくとも部分的に反射されたレーザービームがレーザー距離計の受信要素により受信ビームとして受信される工程と、
目標物への距離が受信ビームから算出される工程と、
カメラ装置の焦点距離、目標物への算出距離、及び光反射の焦点の第１画像座標から第１のオフセット（erster Abstand）が算出される工程と、
目標物の位置座標が上述の距離及び第１のオフセットから算出される工程と
からなる。
【０００８】
レーザー距離測定及びカメラ装置の画像における光反射を用いて目標物の位置座標を決定する方法には、高価な角度測定機器が必要でないにもかかわらず、位置座標を高精度で決定することができるという点で優れている。目標機器の反射要素は、目標機器の画像中で光反射として視認できるレーザービームの反射を生成する。本発明の方法は、固定した目標物及び移動する目標物に適している。
【０００９】
本発明の方法の展開によれば、カメラ装置の焦点距離、目標物への距離、光反射の焦点の第２の画像座標から第２のオフセット（zweiter Abstand）が算出され、さらに目標物の位置座標が第２のオフセットから算出される。測定空間における目標物の３次元位置座標の決定は第２のオフセットにより可能になる。目標機器の形状等により２次元又は３次元位置座標の決定に本発明の方法が利用できるか否かが決まる。円筒又は円筒の一部分のような目標機器を２次元位置座標の決定に用い、球又は球の一部分のような目標機器を３次元位置座標の決定に用いる。
【００１０】
目標機器の画像のシーケンスは、カメラ機で記録することが好ましい。目標機器に向けられるレーザービームは、開角度が８０°を超える拡張レーザービーム、移動レーザービーム、又は開角度が１０°未満の移動レーザービームとして形成することができる。レーザービームの拡張は、レーザービームの伝搬方向と垂直な１方向又は２方向において発生し得る。移動しない拡張レーザービームの場合は、レーザービームが目標機器の反射要素で少なくとも部分的に反射され、目標機器の画像に光反射を生成する。カメラ装置が目標機器の画像のシーケンスを記録すると、レーザービームが送信される限り光反射が視認できる。移動するレーザービームの場合、カメラ装置は光反射が発生する目標機の画像と光反射が発生しない画像の両方を記録する。
【００１１】
本発明の方法の第１の変形された形態において、カメラ装置で記録された画像のシーケンスから、光反射の最も強い画像が、光反射のある目標機器の画像として判定される。第１の変形形態は、カメラ装置で記録した画像のシーケンスに光反射がある画像と光反射がない画像の両方が含まれる、移動するレーザービームに主に適している。光反射の最も強い画像は、既知の画像処理技術を用いて判定することができる。
【００１２】
本発明の方法の第２の変形形態において、光反射がある目標機器の画像は、カメラ装置で記録した画像のシーケンスからの複数の画像の平均化により判定する。第２の変形形態は、レーザービームが送信される限り画像で光反射が視認される静止のレーザービームに主に適している。光反射がある複数の画像の平均化は、既知の画像処理技術を用いて実行することができる。
【００１３】
本発明の方法の好ましい形態では、カメラ装置での目標機器の画像の記録及びレーザー距離計での目標機器への距離の測定が制御装置によって同時に開始される。レーザー距離計及びカメラ装置は、目標機器への距離の測定と画像記録を同時に開始することで同期を図る。同期を図ると移動中の目標物への対応に便利である。距離測定の時間とカメラ装置の露光時間は通常異なることから、目標機器への距離の値と画像を同時に判定することができない。目標物への距離の測定値との記録画像は、同期を図ることで関連付けることができる。距離測定と画像の記録の時間が近いほど、位置座標の決定に伴う誤差が小さくなる。高速移動する目標物の場合、誤差を減らすには目標機器への距離の値と記録画像に適切な値が割り当てられていることが重要である。
【００１４】
制御装置によって、カメラ装置で記録した目標機器の画像がレーザー距離計で測定した距離値と関連付けられることが特に好ましい。目標機器への距離の測定値と記録画像に適切な値を割り当てることが高速移動の目標物の位置座標の決定に伴う誤差を減らすために特に重要である。レーザー距離計の制御要素は、距離測定開始から経過した時間を距離の測定値に割り当てることができる。同様にカメラ装置の制御要素は、画像記録開始から経過した時間を目標機器の各記録画像に割り当てることができる。同時に開始することにより、制御装置の判定要素は、目標機器への距離の測定値と記録画像をお互いに割り当てることができる。適切な割当基準の例としては、目標機器の時系列画像の距離値への割り当て、又は時系列の距離値の画像への割り当てがある。
【００１５】
特に本発明の方法を実施するために、少なくとも２次元の測定範囲における目標物の位置座標を決定するための本発明の装置は、
反射要素を有し、目標物の位置座標を特定する目標機器と、
レーザービームを送信する送信要素と、反射要素に少なくとも部分的に反射されたレーザービームを受信ビームとして受信する受信要素と、制御要素とを有するレーザー距離計と
受信機器と制御要素とを有するカメラ装置と
お互いに垂直に配置されて交点で交わる第１の軸と第２の軸とを有する基準装置と、
レーザー距離計及びカメラ装置を制御する制御要素と、目標物の位置座標を計算する判定要素とを有する制御装置とを備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明の装置は、角度測定機器を使用せずに目標物の位置座標の決定を可能とする。角度測定機器の使用が必須ではないことから、高精度で目標物の位置座標を測定することができる低価格の装置が実現する。レーザー距離計での距離測定とカメラ装置での目標機器の画像の記録は、制御装置の制御要素を介して同時に開始することができる。
【００１７】
好ましい態様において、反射要素は回転対称体として、又は回転対称体の一部として構成される。目標機器の反射要素の形状により、装置が２次元又は３次元位置座標の決定に使えるか否かが決まる。円筒又は円筒の複数部分が反射要素として２次元測定に適しており、球面又は球面の複数部分が３次元測定のための反射要素に適している。回転対称体は、表面から中心までの距離がすべての方向において同じであるので都合が良い。目標物の位置座標は円筒の軸又は球の中心に位置する。円筒又は球の半径は制御装置に保存されるか、又はオペレーターによって制御装置に入力される。位置座標の計算においては、目標機器の半径がレーザー距離計の測定距離及び光反射が発生する画像の座標に加えられる。
【００１８】
本発明の第１の変形された態様においては、レーザー距離計はレーザービームを８０°を超える開角度で拡張するビーム形成光学システムを有する。レーザービームの拡張は、レーザービームの伝播方向に垂直な１方向又は２方向で発生し得る。１方向での拡張により、２次元位置座標の決定に適した線状のビームが生成される。２方向での拡張により、３次元位置座標を決定するために球面の一部分のような拡張レーザービームが生成される。
【００１９】
ビーム形成光学システムによりレーザービームが拡張されると、静止レーザー距離計を使える可能性が生じる。レーザー距離計を有する計測器は、測定範囲外又は測定範囲の端に設置されるとともに、拡張レーザービームが測定範囲の全体を覆うように配置される。開角度が８０°を超えて拡張されたレーザービームは、２次元位置座標の決定に主に適している。レーザービームが２つの垂直な方向で球面の一部のように８０°を超える開角度で拡張され、かつレーザービームの出力が限定的である場合、受信したビームの出力密度が判定を実施するには低すぎる恐れがある。レーザービームに十分な出力があれば、球面の一部のように８０°を超える開角度で拡張したレーザービームを３次元位置座標の決定に用いることができる。
【００２０】
「ビーム形成光学システム」という用語は、レーザービームの拡張、視準、又は焦点調節を行う全てのビーム形成光学要素を包含する。ビーム形成光学システムは、１つ又は複数の光学機能が組み込まれた１つの光学要素又は連続的に配置された複数の光学要素から構成されるようにすることができる。円筒レンズ、円錐鏡、及び類似の光学要素は、レーザービームを拡張するビーム形成光学システムとして適している。
【００２１】
ビーム形成光学システムが測定面と実質的に平行な方向でレーザービームを拡張することが特に好ましく、またビーム形成光学システムが測定面と実質的に垂直な方向でレーザービームの視準又は焦点調節を実行することが特に好ましい。このビーム形成光学システムは２次元位置座標の決定に特に適しており、使用可能なレーザービームの出力が最適に利用されるので効果的である。測定面における２次元位置座標を決定する際に、測定面と垂直な方向にレーザービームを拡張する必要はない。レーザービームの限定された出力が測定面で配分される。
【００２２】
第２の変形された形態においては、レーザー距離計はモーターユニットを有し、モーターユニットはレーザービームを測定面に垂直な回転軸又は旋回点の周りで旋回させる。拡張後のレーザービームの出力密度が低すぎるためにレーザー距離測定に十分な出力の受信ビームが得られない場合には、このレーザービームの回転が有効である。測定面と垂直な回転軸の周りでのレーザービームの回転は、回転動作、スキャニング動作、又は追跡動作として実行が可能である。回転動作では、レーザービームを継続的に回転軸の周りを回転させる。スキャニング動作では、レーザービームが定期的に回転軸の周りを往復するように動く。追跡動作では、レーザービームが目標機器を追って移動する。レーザービームの旋回点の周りの回転は３次元位置座標の決定のために実行され、移動中の目標機器を追跡する追跡機器を使用して行うことが好ましい。第２の変形形態のモーターユニットは、レーザービームを視準又は焦点調節するビーム形成光学システムと組み合わせることができる。
【００２３】
第３の変形された形態において、レーザー距離計はビーム形成光学システムとモーターユニットとを有する。ビーム形成光学システムは開角度が最大１０°のレーザービームを拡張し、モーターユニットはレーザービームを測定面に垂直な回転軸又は旋回点の周りで移動させる。レーザービームの拡張及び回転軸（２次元）又は旋回点（３次元）の周りの回転は、組み合わせて実行することができる。レーザービームは最大１０°までビーム形成光学システムで拡張され、モーターユニットが拡張されたレーザービームを回転軸又は旋回点の周りで移動させる。ビームの拡張と回転を組み合わせることで、光反射の判定に十分な出力密度を有する受信ビームの検出が可能になる。レーザービームは、レーザービームの伝搬方向に垂直な１方向又は２方向で拡張し得る。レーザービームの回転は、回転動作、スキャニング動作、又は追跡動作として実行が可能である。
【００２４】
第１の好ましい実施例では、本発明の装置の目標機器がハンドヘルド（手持ち式）の機器に装着される。ハンドヘルドの機器による作業中は、本発明の装置を用いてツールの現在の位置座標を確認する。
【００２５】
本発明の模範的な実施例を図面に基づき以下記載する。これらの実施例は必ずしも正しい縮尺で書かれておらず、図面には説明がしやすいように概略的及び／又は若干の変更を加えてある。図面から直接認識できる教示に追加した事項については先行技術文献を参照されたい。本発明の技術的範囲から逸脱することなく実施例の形態及び詳細について変更を多数加えることができ得る。発明の詳細な説明、図面、及び請求項に開示された本発明の構成は、単独又は任意の組み合わせで、本発明の改良に不可欠なものとなる。さらに、本発明の技術的範囲には、発明の詳細な説明、図面及び／又は請求項に開示された少なくとも２つの特徴の組み合わせのすべてが含まれる。本発明の技術的範囲は以下で記載する好ましい実施例の具体的な形態又は詳細に限定されることもなければ、請求項が請求する法定主題との比較において限定されるであろう主題に限られることもない。引用された寸法幅については、記載されている数値は限定値であり、任意に適用及び変更可能である。簡素化のため、同一若しくは類似の要素、又は同一若しくは類似の機能を有する要素に同じ参照符号を用いている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】測定面における目標物の位置座標を決定する本発明の装置であって、目標機器と、レーザー距離計と、カメラ装置と、基準装置と、制御装置と、ハンドヘルド機器とから成る装置を示す概略図である。
【図２】レーザー距離計と、カメラ装置と、制御装置とを有する図１の装置のブロック図である。
【図３】カメラ装置で記録した目標機器の画像を、目標物の位置座標を決定するために判定される光反射としてのレーザービームとともに示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、測定範囲１２における目標物１１の位置座標ＸＭ、ＹＭを決定するための本発明の装置１０を示す。測定範囲１２は面として構成され、目標物１１の位置座標ＸＭ、ＹＭは２次元である。図１は装置１０の重要な構成要素の概略図である。
【００２８】
装置１０は、目標機器１３と、レーザー距離計１４と、カメラ装置１５と、基準装置１６と、制御装置１７と、ハンドヘルド機器１８とを備える。図１は目標機器１３とハンドヘルド機器１８が分離されて示されているが、代わりに目標機器をハンドルに組み込むこともできる。レーザー距離計１４、カメラ装置１５、基準装置１６、及び制御装置１７は計測器１９に組み込まれており、図１が示す実施例でこれらは装置スタンド２０に取り付けられている。ハンドヘルド機器１８は、制御要素２１と、ディスプレイ２３を含むディスプレイ要素２２と、操作機器２４とを有する。制御装置１７を計測器１９に組み込む配置の代わりに、ハンドヘルド機器１８に組み込む配置を採用することもできる。計測器１９とハンドヘルド機器１８は、通信リンク２５経由でお互いに接続されている。
【００２９】
基準装置１６は、お互いに垂直に配置されて交点２８で交差する第１及び第２の軸２６、２７を備える。第１及び第２の軸２６、２７は、内部座標系を構成する。座標系の第３の軸２９は、第１及び第２の軸２６、２７の交点２８を通るとともに、第１及び第２の軸２６、２７と垂直である。第１及び第２の軸２６、２７は、カメラ装置１５の画像面を構成する。カメラ装置１５の視線は第３の軸２９と平行である。
【００３０】
目標物１１の測定面１２での位置は、目標機器１３を用いて印される。目標機器１３は、レーザー距離計１４のレーザービームを部分的に反射する反射要素３１を有する。図１が示す実施例において、反射要素３１は円筒として構成され、目標物１１の位置座標は反射要素３１の円筒軸３２に位置している。本発明の装置１０にとって、中心に位置する目標物１１の位置座標が表面の各点から等距離になることが重要である。この条件は面内で円又は円の一部が形成される場合に満たされる。反射要素３１の表面から目標物１１への距離は制御装置１７に保存されるか、オペレーターにより制御装置１７に入力される。反射要素３１は測定スティック３３に留め付けることができ、オペレーターにより目標物１１に配置される。反射要素３１の円筒軸３２を測定面１２と垂直にするために、気泡水準器又はその他の傾きセンサー等のレベリング機器を測定スティック３３に組み込むことができる。測定スティック３３の代わりに、目標機器１３を壁若しくは天井に取り付けても、床に設置しても、又は車両若しくはツール機器等に設置してもよい。
【００３１】
目標物１１の２次元位置座標ＸＭ、ＹＭは、レーザー距離計１４と目標物１１の距離Ｄ及びカメラ装置１５の画像における反射レーザービームの画像座標から判定される。目標機器１３は測定面１２の目標物１１に配置される。反射要素３１の円筒軸３２は測定面１２に垂直となるようにする。計測器１９の内部座標系２６、２７とは異なる外部座標系で目標物１１の位置座標が判定されると、座標系の重ね合わせ又は位置変更及び／又は回転が実行され、続いて計測器１９に手動で入力するか、又は制御装置１７に自動的に送信する。計測器１９の軸２６、２７、２９は、例えば外部座標系の座標軸と平行に配置される。座標系の位置合わせ後に測定の実行が可能である。オペレーターはハンドル１８の開始ボタン又は開始コマンドで測定を開始する。
【００３２】
現存の目標物の位置座標の判定に加え、装置１０は位置座標の特定にも用いることができる。このため、ユーザはハンドルに組み込むことができる測定チップ等を備えた反射要素を測定面上で動かし、所定の位置座標を探索する。位置座標は手動でハンドルに入力するか、又は通信リンク経由で他の装置から本発明の装置へと送信する。
【００３３】
図２は、目標物１１の位置座標決定に不可欠な計測器１９の構成要素及び構成要素間の連携を表すブロック図である。計測器１９内には、レーザー距離計１４と、カメラ装置１５と、制御装置１７とがある。
【００３４】
レーザー距離計１４は同軸構造であって、レーザーダイオードとして構成された送信要素４１と、光検出器として構成された受信要素４２と、ビーム分割光学システム４３と、ビーム形成光学システム４４と、制御要素４５とを備える。レーザーダイオード４１は、目標機器１３に向けてレーザービーム４６を発信する。目標機器１３の反射要素３１で少なくとも部分的に反射されるレーザービームは、光検出器４２によって受信ビーム４７として検出される。制御要素４５は、レーザーダイオード４１及び光検出器４２と接続される。図２に示すレーザー距離計１４の同軸構造では、ビーム分割光学システム４３を用いて、レーザーダイオード４１によって発せられるレーザービーム４６が受信ビーム４７から空間的に分離される。レーザー距離計の代わりに、送信レーザービームと受信ビームが平行にオフセットされた二軸レーザー距離計を使用することができる。
【００３５】
ビーム形成光学システム４４は単一の光学要素として、又は複数の光学要素のシステムとして構成することができ、レーザービーム３６と受信ビーム３７の両方を形成する。点状の焦点レーザービームを用いる既知のレーザー距離計とは対照的に、本発明の装置１０においては、より大きな領域をレーザービーム４６で網羅する必要がある。これは、測定面１２でレーザービーム４６を拡張するか、及び／又は測定面１２に垂直な回転軸でレーザービーム４６を回転させることで達成される。図２は適切なビーム形成レンズ４４によりレーザービーム４６が拡張されるレーザー距離計１４を示す。とりわけ円筒レンズ及び円錐レンズ系等は、拡張のためのビーム形成光学システム４４として適している。
【００３６】
カメラ装置１５は、例えばＣＣＤカメラとして構成され、受信機器４８と、カメラ装置１５を制御するとともに記録された画像を判定する制御要素４９とを備える。２次元位置座標を決定するには、測定面１２上に配置された画素の行が必要である。３次元位置座標の場合、カメラ装置１５は複数の画素の行を有する。
【００３７】
制御装置１７は、レーザー距離計１４及びカメラ装置１５により、目標物１１の位置座標を決定するための本発明の方法を実施する。制御装置１７は、レーザー距離計１４及びカメラ装置１５を制御する制御要素５１と、目標物１１の位置座標ＸＭ、ＹＭを計算する判定要素５２とを備える。
【００３８】
図２が示すレーザー距離計１４及びカメラ装置１５の構成において、レーザー距離計１４は制御要素４５と、制御要素４９のカメラ装置１５とを有する。制御要素４５、４９は個別の制御要素として構成することも、又は制御装置１７とともに一般的な制御装置に統合することもできる。制御装置１７が計測器１９に配置された場合は、一般的な制御装置が有用である。対照的にハンドル１８に制御装置１７が配置された場合は、個別の制御要素としたほうが都合が良い。その理由は、レーザー距離計１４及びカメラ装置１５の粗データを通信リンク２５経由でハンドル１８へ送信する必要がないからである。
【００３９】
位置座標の決定は、オペレーターがハンドルの開始コマンドで開始する。開始コマンドは、制御装置１７の制御要素５１により、レーザー距離計１４への第１の制御コマンド及びカメラ装置１５への第２の制御コマンドに変換される。第１の制御コマンドに基づき、レーザー距離計１４の送信要素４１は、レーザービーム４６を送信する。レーザービーム４６は、反射要素３１に照射され、また反射要素３で部分的に反射される。レーザービーム４６の反射された部分は、受信ビーム４７としてレーザー距離計１４の受信要素４２に照射される。レーザー距離計１４の制御要素４５は、受信ビーム４７及びレーザービーム４６から分離された基準ビームからレーザー距離計１４と反射要素３１の距離を決定する。目標物１１の距離Ｄには、円筒の反射要素３１の半径Ｒが加えられる。
【００４０】
第２の制御コマンドに基づき、カメラ装置１５は目標機器１３の一連の画像を記録する。カメラ装置１５の画像は、既知の画像処理技術を用いて判定される。目標機器１３の少なくとも１つの画像において、反射要素３１で部分的に反射されたレーザービーム４６は、光反射として視認される。カメラ装置１５の制御要素５２は、既知の画像処理技術を用いて、光反射が最も強い目標機器１３の画像を決定する。光反射が最も強い画像の代わりに、光反射が視認された複数の画像を平均化することができる。
【００４１】
図３は、目標物１１の位置座標を決定するために判定される光反射６２とともに目標機器１３の画像６１を示す。画像６１は行及び列に配置された画素から成り、カメラ装置１５の解像度によって画素数が決まる。
【００４２】
目標機器１３の画像６１において、カメラ装置１５の制御要素４９は既知の画像処理技術を用いて光反射６２の焦点６３を判定する。カメラ装置１５の内部座標系２６、２７において、光反射６２の焦点６３は、第１の画像座標ＸＳと第２の画像座標ＹＳとを有する。光反射６２の焦点６３の画像座標ＸＳ、ＹＳから、カメラ装置１５の焦点距離ｆとともに、第１のオフセットｄ１及び第２のオフセットｄ２が算出される。
【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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