特許 6309938 ３次元位置計測システム、３次元位置計測用プローブ、及びキャリブレータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6309938

(24)【登録日】2018年3月23日

(45)【発行日】2018年4月11日

(54)【発明の名称】３次元位置計測システム、３次元位置計測用プローブ、及びキャリブレータ

(51)【国際特許分類】

   G01B 21/00 20060101AFI20180402BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20180402BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20180402BHJP

   G01C 15/06 20060101ALI20180402BHJP

【ＦＩ】

   G01B21/00 P

   G01B11/00 H

   G01C15/00 101

   G01C15/06 T

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-228414(P2015-228414)

(22)【出願日】2015年11月24日

(65)【公開番号】特開2017-96738(P2017-96738A)

(43)【公開日】2017年6月1日

【審査請求日】2017年5月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000207816

【氏名又は名称】大豊精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081776

【弁理士】

【氏名又は名称】大川 宏

(72)【発明者】

【氏名】栗山 幸雄

【審査官】 櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００５−５３７５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１６００６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５６６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２２１０２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−６２０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５２０７４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

Ｇ０１Ｂ １１／００−１１／３０

Ｇ０１Ｂ ５／００− ５／３０

Ｇ０１Ｃ １５／００

Ｇ０１Ｃ １５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

赤外線照射可能な複数のカメラと、
基部、前記基部に設けられた複数の反射マーカ、及び前記基部に設けられた位置特定部を有するプローブと、
前記複数のカメラから取得した前記複数の反射マーカに関する撮像データに基づいて、三角測量の原理により、３次元座標における前記位置特定部の位置を演算する演算装置と、
を備える３次元位置計測システムにおいて、
前記基部は、第一表面と、前記第一表面から円柱状に突出した複数の円柱状部位と、前記第一表面のうち少なくとも前記円柱状部位の周囲に形成された反射抑制領域と、を備え、
前記反射マーカは、前記円柱状部位の突出端面を覆うように前記突出端面上に配置されている３次元位置計測システム。

【請求項2】

前記基部は、前記突出端面の中央から前記反射マーカを貫通して突出するピン状部位を備え、
前記反射マーカの中央には、前記ピン状部位が挿通された貫通孔が形成されている請求項１に記載の３次元位置計測システム。

【請求項3】

前記反射マーカは、白系色の表面と接着面である裏面とを有するとともに、前記貫通孔が形成された円形シート状のシールである請求項２に記載の３次元位置計測システム。

【請求項4】

前記円柱状部位には、前記突出端面の中央に凹部が形成され、
前記ピン状部位は、前記基部とは別体であって、前記凹部に着脱可能に固定されている請求項２又は３に記載の３次元位置計測システム。

【請求項5】

前記複数のカメラは、それぞれ別体であって独立して設置可能に形成されている請求項１〜４の何れか一項に記載の３次元位置計測システム。

【請求項6】

前記円柱状部位の突出長さは、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である請求項１〜５の何れか一項に記載の３次元位置計測システム。

【請求項7】

基部と、前記基部に設けられた複数の反射マーカと、前記基部に設けられた位置特定部と、を備え、複数のカメラから取得した前記複数の反射マーカに関する撮像データに基づいて、三角測量の原理により、３次元座標における前記位置特定部の位置を演算する３次元位置計測システムに用いられる３次元位置計測用プローブであって、
前記基部は、第一表面と、前記第一表面から円柱状に突出した複数の円柱状部位と、前記第一表面のうち少なくとも前記円柱状部位の周囲に形成された反射抑制領域と、を備え、
前記反射マーカは、前記円柱状部位の突出端面を覆うように前記突出端面上に配置されている３次元位置計測用プローブ。

【請求項8】

赤外線照射可能な複数のカメラと、
複数のマーカと位置特定部とを有するプローブと、
前記複数のカメラから取得した前記複数のマーカに関する撮像データに基づいて、三角測量の原理により、３次元座標における前記位置特定部の位置を演算する演算装置と、
を備える３次元位置計測システムに対して、キャリブレーションの際に用いられるキャリブレータであって、
基部と、前記基部に設けられた３つ以上の反射マーカと、を備え、
前記基部は、第一表面と、前記第一表面から円柱状に突出した３つ以上の円柱状部位と、前記第一表面のうち少なくとも前記円柱状部位の周囲に形成された反射抑制領域と、を有し、
前記反射マーカは、前記円柱状部位の突出端面を覆うように前記突出端面上に配置されているキャリブレータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、３次元位置計測システム、３次元位置計測用プローブ、及びキャリブレータに関する。

【背景技術】

【0002】

昨今、複数のカメラが設置された撮像対象スペース（撮像可能空間）において、プローブの特定点の位置（３次元座標における位置）を計測する３次元位置計測システムが開発されている。例えば、モーションキャプター装置では、複数のカメラにより形成された撮像対象スペース内において、カメラから照射された赤外線（光）を、人間の関節等に取り付けられた球状の反射マーカが反射し、その反射した画像がカメラで撮像される。そして、少なくとも２つの撮像データに基づいて、三角測量の原理により反射マーカの３次元座標上の位置が測定される。モーションキャプターに関する技術としては、例えば特開２０１４−２１１４０４号公報に記載されている。３次元位置計測システムは、モーションキャプター装置と同様の原理により、プローブの特定点の３次元座標上の位置を計測（測定）するシステムである。

【0003】

現在の３次元位置計測システムは、例えば、２つのカメラが常時所定距離だけ離れた状態で物理的に固定されたカメラセットと、複数の反射マーカが設けられたプローブと、２つのカメラが撮像した反射マーカの撮像データに基づいて三角測量の原理によりプローブの特定点の位置を演算する演算装置と、で構成されている。演算装置は、主に、コンピュータ及びコンピュータにインストールされた計測ソフトウェアで構成されている。プローブは、ハンディプローブであって、ユーザが持ち運ぶことができるように形成されている。この３次元位置計測システムは、例えば、工業製品（自動車やその部品等）の各部の寸法の計測・検査に用いられる。このような３次元座標計測に関する技術としては、例えば特表２０１３−５２８７９５号公報や特開２０１５−１２５６４１号公報に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−２１１４０４号公報

【特許文献2】特表２０１３−５２８７９５号公報

【特許文献3】特開２０１５−１２５６４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の３次元位置計測システムでは、２つのカメラの離間距離が一定であり且つ２つのカメラが一定方向を撮像するカメラセットを用いているため、予め設定されたカメラ位置関係に基づき、位置計測及びキャリブレーションは比較的容易に精度良く実行することができる。

【0006】

しかしながら、この３次元位置計測システムでは、２つのカメラ位置・向きが固定されているため、自由な撮像対象スペースの形成は困難である。そこで、発明者は、モーションキャプター装置のように、それぞれ独立して設置可能な複数のカメラを用いることで、より自由に撮像対象スペースを形成することを発想した。そして、発明者は、このような発想のもと、新たな課題に想到した。

【0007】

具体的に、上記の３次元位置計測システムでは、配置自由な複数のカメラにより形成された撮像対象スペース内において、上記プローブにより、あらゆる方向から特定位置（例えば工業製品の各部位置）を計測すると、カメラの撮像向きによってはその精度が低下する。これは、上記プローブが、上記カメラセットのカメラ構成を前提として構成されているためであると考えられる。赤外線反射の撮像データは安定しない。また一方で、全方位に対して反射することができる球状の反射マーカが存在するが、球状の反射マーカは、真球加工に高度な技術が必要となり、製造精度やコストの面で問題がある。位置計測精度の観点では、反射マーカの球状の形状誤差が、位置計測のずれになり得る。

【0008】

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、複数のカメラの位置が変更可能なシステムであっても、簡易に製造可能なプローブにより、特定部位の３次元座標上の位置を精度良く計測することができる３次元位置計測システム、並びにそれに用いる３次元位置計測用プローブ及びキャリブレータ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】

【0009】

本発明の３次元位置計測システムは、赤外線照射可能な複数のカメラと、基部、前記基部に設けられた複数の反射マーカ、及び前記基部に設けられた位置特定部を有するプローブと、前記複数のカメラから取得した前記複数の反射マーカに関する撮像データに基づいて、三角測量の原理により、３次元座標における前記位置特定部の位置を演算する演算装置と、を備える３次元位置計測システムにおいて、前記基部は、第一表面と、前記第一表面から円柱状に突出した円柱状部位と、前記第一表面のうち少なくとも前記円柱状部位の周囲に形成された反射抑制領域と、を備え、前記反射マーカは、前記円柱状部位の突出端面を覆うように前記突出端面上に配置されている。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、反射マーカが第一表面から突出した位置に配置されている分、反射マーカは、カメラの撮像方向（赤外線照射方向）の正面からずれた向きに配置されたとしても、赤外線照射をより良く反射するとともに、反射マーカと反射抑制領域とのより明確な輪郭線を演算装置に提供することができる。これにより、演算装置は、複数のカメラの相対位置が変更可能な場合でも、反射マーカの位置を精度良く演算することができ、ひいてはプローブの位置特定部の３次元座標上の位置を精度良く計測することができる。また、プローブとしては、円柱状部位と当該端面を覆う反射マーカとを備える構成であるため、その製造に高度な加工技術を必要とせず、簡易且つ精度良くプローブを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態の３次元位置計測システムの構成を示す構成図である。

【図2】本実施形態のプローブの構成を示す構成図である。

【図3】本実施形態のプローブの構成を説明するための断面図である。

【図4】凸状キャリブレータの構成を示す構成図である。

【図5】球状キャリブレータの構成を示す構成図である。

【図6】実験例１における球状キャリブレータの計測結果を示す説明図である。

【図7】実験例１における凸状キャリブレータの計測結果を示す説明図である。

【図8】実験例２における球状プローブの構成を示す構成図である。

【図9】実験例２におけるＹ軸回転を説明するための説明図である。

【図10】実験例２におけるＸ軸回転を説明するための説明図である。

【図11】実験例２における球状プローブのＹ軸回転の計測結果を示す説明図である。

【図12】実験例２におけるプローブ２のＹ軸回転の計測結果を示す説明図である。

【図13】実験例２における球状プローブのＸ軸回転の計測結果を示す説明図である。

【図14】実験例２におけるプローブ２のＸ軸回転の計測結果を示す説明図である。

【図15】実験例２における凹状ターゲットを有するプローブのＹ軸回転の計測結果を示す説明図である。

【図16】実験例２における凹状ターゲットを有するプローブのＸ軸回転の計測結果を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。ただし、図面は説明のための概念図であり、寸法等は厳密ではない。特に図３では、プローブ２を縦方向（厚み方向）に大きく伸ばして表している。

【0013】

本実施形態の３次元位置計測システムＡは、図１に示すように、複数のカメラ１と、プローブ２と、演算装置３と、を備えている。なお、カメラ１及び演算装置３については、公知の装置であるため、詳細な説明は省略する。カメラ１は、画像を撮像する撮像部１１と、赤外線を照射する照射部１２と、を備えている。カメラ１は、例えばカメラセンサや光学式カメラである。カメラ１は、例えば部屋の壁面（天井等）に固定されている。なお、各カメラ１は、単独で移動可能なスタンド式（例えば三脚式）でも良い。複数のカメラ１により、撮像対象スペースＳが形成されている。

【0014】

プローブ２は、測定される信号を伝えるためのユニットであって、カメラ１で撮像されることにより自身の位置に関するデータ（情報）を演算装置３に提供する。プローブ２は、撮像対象スペースＳ内で、ユーザが片手で持ち運ぶことができるハンディタイプのプローブである。プローブ２は、３次元位置計測用プローブである。

【0015】

具体的に、プローブ２は、図２及び図３に示すように、基部２１、基部２１に設けられた複数の反射マーカ２２、及び基部２１に設けられた位置特定部２３を備えている。基部２１は、全体として角柱状の部材（例えば樹脂製部材）であって、第一表面２１ａと、角柱状部位２１１と、複数の円柱状部位２１２と、反射抑制領域２１３と、ピン状部位２１４と、棒状部位２１５と、を備えている。第一表面２１ａは、角柱状部位２１１の一面である。角柱状部位２１１の形状は、任意である。本実施形態の角柱状部位２１１は、例として、五角柱状（平面視が五角形状）に形成されている。第一表面２１ａは、五角形状の面のうちの一方の面である。プローブ２には、例えば第一表面２１ａの反対側に、ユーザが持つための把持部（図示せず）が設けられている。

【0016】

円柱状部位２１２は、角柱状部位２１１の第一表面２１ａから円柱状に突出した部位である。円柱状部位２１２の第一表面２１ａからの突出長さ（高さ）は、１ｍｍに設定されている。この突出長さは、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍであることが好ましい。反射マーカ２２の位置を計測する際に、計測器と円柱状部位２１２の側面とを当接（係合）させることで、計測器を容易に位置決めでき、より精度良く円柱状部位２１２の位置を計測することができる。したがって、計測器（例えば棒状器具）が円柱状部位２１２の側面にひっかかる（係合する）程度の突出量が必要となる。この位置計測作業のしやすさの観点から、円柱状部位２１２の突出長さは０．５ｍｍ以上であることが好ましい。そして、円柱状部位２１２の突出長さが大きくなるほど、斜めから撮像した場合に、他の円柱状部位２１２と重なる可能性が高くなる。また、加工精度の観点から、突出長さが大きくなるほど円柱形状の加工精度を維持し難い。これらの観点から円柱状部位２１２の突出長さは、１．５ｍｍ以下であることが好ましい。円柱状部位２１２は、本実施形態のように角柱状部位２１１と一体的に形成されても良く、角柱状部位２１１に貫通孔（又は雌ネジ孔）を設け、そこに嵌め込まれる（螺合される）別体の円柱状部材であっても良い。

【0017】

円柱状部位２１２は、第一表面２１ａ上に５つ形成されている。５つの円柱状部位２１２は、演算装置３がプローブ２の向きを認識することができるように、その軌跡が略Ｖ字状（又は略Ｕ字状）となるように配置されている。なお、最外殻の３つ（最大三角形を形成する３点）の円柱状部位２１２以外の２つの円柱状部位２１２は、演算装置３にプローブ２の３次元空間内の向きと傾きを認識させる目的で設けられており、不均等に配置されている。

【0018】

反射抑制領域２１３は、第一表面２１ａのうちの少なくとも円柱状部位２１２の周囲に形成されている。本実施形態では、反射抑制領域２１３が、第一表面２１ａ全体に形成されている。反射抑制領域２１３は、赤外線の反射を抑制するために、第一表面２１ａに黒系色塗料が塗布された（又は黒系色の部材で形成された）領域である。黒系色は、黒色や濃紺色など赤外線（光）を反射しにくい色を意味する。つまり、本実施形態において、円柱状部位２１２の周囲を含む第一表面２１ａは、黒系色になっている。

【0019】

ピン状部位２１４は、円柱状部位２１２の突出端面２１２ａの中央から反射マーカ２２を貫通して突出するピン状（例えば凸状、凸弧状、円柱状、円錐状）の部位である。本実施形態のピン状部位２１４は、基部２１とは別体の円柱状の部材である。円柱状部位２１２には、円形状である突出端面２１２ａの中心位置に、凹部２１２ｂが形成されている。ピン状部位２１４は、凹部２１２ｂに取り外し可能に嵌合（ここでは圧入）されている。つまり、ピン状部位２１４は、凹部２１２ｂに着脱可能に固定されている。ピン状部位２１４の突出端面２１２ａからの突出長さ（高さ）は、５ｍｍ程度に設定されている。またピン状部位２１４の半径は、１．５ｍｍ程度である。ピン状部位２１４は、取り外し可能であり、反射マーカ２２が配置された後に取り外され、位置計測時の際にはプローブ２上に存在しないように運用される。なお、ピン状部位２１４は、円柱状部位２１２と一体に形成されても良い。

【0020】

棒状部位２１５は、角柱状部位２１１の側面（第一表面２１ａの１つの頂点に対応する側面）から突出した棒状の部位である。棒状部位２１５の先端部は、凸弧状（例えば球面状）に形成されている。棒状部位２１５の先端部は、円錐状又は角錐状であっても良い。

【0021】

反射マーカ２２は、赤外線を反射するためのものであり、円柱状部位２１２の突出端面２１２ａを覆うように突出端面２１２ａ上に配置されている。つまり、５つの反射マーカ２２のそれぞれが、対応する円柱状部位２１２上に配置されている。反射マーカ２２は、少なくとも露出部分が白系色に形成されている。反射マーカ２２は、突出端面２１２ａの形状に合わせた円形状に形成されている。反射マーカ２２及び突出端面２１２ａは、真円であり、本実施形態では同径（例えば半径１０〜３０ｍｍ）に形成されている。本実施形態の反射マーカ２２は、白系色の表面と接着可能な裏面とを有するとともに、中央に貫通孔２２ａが形成された円形シート状のシールである。反射マーカ２２（白系色）の表面は、公知の反射材料、例えばガラス系原料（又は塗料）により形成されている。また、反射マーカ２２の中心位置には、ピン状部位２１４が挿通された貫通孔２２ａが形成されている。つまり、反射マーカ２２はドーナツ状（円環状）シールといえる。反射マーカ２２と突出端面２１２ａは、ピン状部位２１４が貫通孔２２ａに挿通された状態で、接着固定されている。このように、１つの円柱状部位２１２と１つの反射マーカ２２とが、１つの凸状ターゲットＴを形成している。つまり、本実施形態のプローブ２は、５つの凸状ターゲットＴを有している。

【0022】

位置特定部２３は、棒状部位２１５の先端部（突出端部）に設定されている。換言すると、棒状部位２１５の先端部が、位置特定部２３である。位置特定部２３は、演算装置３により３次元位置を計測する対象であり、プローブ２のうちの任意の部位に設定される。ユーザが位置特定部２３を計測対象物（例えば工業製品）Ｂの計測したい位置に当接させ、演算装置３が位置特定部２３の位置を計測することで、計測対象物Ｂの当該位置を計測することができる。

【0023】

演算装置３は、複数のカメラ１から取得した複数の反射マーカ２２に関する撮像データに基づいて、三角測量の原理により、３次元座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）における位置特定部２３の位置を演算する装置である。具体的に、演算装置３は、ＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータ３１と、当該コンピュータ３１で作動する計測ソフトウェア３２と、を備えている。計測ソフトウェア３２は、例えば市販のソフトウェア（３次元位置計測やモーションキャプチャーに関するソフトウェア）を利用することができる。コンピュータ３１は、すべてのカメラ１と通信可能に接続されている。

【0024】

演算装置３は、カメラ１から受信した撮像データから、反射マーカ２２の画像上（ピクセル上）の輪郭（輪郭線）を演算する。輪郭は、白黒の境界に基づき決定される。演算装置３は、演算された輪郭の形状から、その輪郭形状の重心（中心）位置を演算する。演算装置３は、演算された重心位置を当該反射マーカ２２の位置として認識する。演算装置３は、反射マーカ２２の中心位置を反射マーカ２２の位置として認識することを前提に、３次元位置を計測するように設定されている。例えば、１つのカメラ１から受信した撮像データにおいて、輪郭が円形であった場合、当該円の中心が反射マーカ２２の位置となるため、演算装置３は、その輪郭の中心位置（２次元座標）を算出する。また、例えば輪郭が楕円状であった場合、演算装置３は、楕円の比率からその重心位置（２次元座標）を演算し、それを反射マーカ２２の位置とする。輪郭は、例えば白黒が共存するピクセルに基づいて判定される。つまり、輪郭が明確であるほど、精度良く反射マーカ２２の位置が計測される。

【0025】

演算装置３は、２以上のカメラ１の撮像データに基づいて、三角測量の原理により、反射マーカ２２の３次元座標を演算する。演算装置３は、例えば、（Ｘ、Ｙ）座標上の反射マーカ２２の位置データと、（Ｙ、Ｚ）座標上の反射マーカ２２の位置データに基づいて、反射マーカ２２の（Ｘ、Ｙ、Ｚ）座標上の位置を演算する。演算装置３は、すべての反射マーカ２２の３次元座標を算出し、そこからプローブ２の位置や向きを把握し、位置特定部２３の３次元座標上の位置を算出する。プローブ２における反射マーカ２２と位置特定部２３との位置関係は、予め計測されており、演算装置３に記憶（設定）されている。当該位置関係は、例えば高精度の３次元測定器（例えば３次元レーザースキャナ等）で計測することが好ましい。演算装置３は、機能として、輪郭演算部及び重心演算部を備えているといえる。

【0026】

（実験例１）
ここで、本実施形態の上記ターゲットＴ（突出長さ１ｍｍ）を有する凸状キャリブレータ（「キャリブレータ」に相当する）８と、球状のターゲットを有する球状キャリブレータ９とを、２点間ピッチの計測精度の観点で比較する。２点間ピッチは、対象の２点の３次元座標を計測し、当該座標から距離を演算したものである。図４に示すように、凸状キャリブレータ８は、直方体状の部位８１の一面にそれぞれ離間して３つのターゲットＴ１、Ｔ２、Ｔ３が設けられている。ターゲットＴ１は部位８１の一端部に配置され、ターゲットＴ２は部位８１の他端部に配置され、ターゲットＴ３はターゲットＴ１とターゲットＴ２とを結ぶ直線上における中間点ではない位置（ターゲットＴ１寄り）に配置されている。

【0027】

球状キャリブレータ９は、図５に示すように、棒状の部位９１にそれぞれ離間してターゲットＰ１、Ｐ２、Ｐ３が設けられている。ターゲットＰ１〜Ｐ３は、部位９１から同方向（直交方向）に突出した棒状の部位９２の先端に球状の反射マーカ９３が設置されて構成されている。ターゲットＰ１は部位９１の一端部に配置され、ターゲットＴ２は部位９１の他端部に配置され、ターゲットＰ３はターゲットＰ１とターゲットＰ２とを結ぶ直線上における中間点ではない位置（ターゲットＰ１寄り）に配置されている。ターゲットＴ１とターゲットＴ２の離間距離ｔ（２点間ピッチ）と、ターゲットＰ１とターゲットＰ２の離間距離ｐは、同じ（又はほぼ同じ）である。なお、別途、計測装置により計測された離間距離ｔ、ｐの実寸（真値）は、４９９．９４ｍｍであった。

【0028】

上記同様の３次元位置計測システムにて、離間距離ｔ、ｐを、同位置において、キャリブレータ８、９を回転（Ｙ軸回転）させた２つの向きで計測した。向きは、０°位置（所定正面から見て、ターゲットＴ１、Ｐ１が右側、ターゲットＴ２、Ｐ２が左側となる位置）と、１８０°位置（同所定正面から見て、ターゲットＴ１、Ｐ１が左側、ターゲットＴ２、Ｐ２が右側となる位置）である。計測空間（撮像対象スペースＳ）内において、キャリブレータ８、９を手持ちで固定し、３０秒間隔でサンプリングした。

【0029】

図６及び図７に示すように、凸状キャリブレータ８の計測結果（図７）は、球状キャリブレータ９の計測結果（図６）に比べて、０°位置と１８０°位置での離間距離ｐの計測値の差、バラツキ、真値からのずれが小さい。真値との差は、球状キャリブレータ９が０．０７ｍｍであり、凸状キャリブレータ８が０．０３ｍｍであった。バラツキは、球状キャリブレータ９が０．２ｍｍであり、凸状キャリブレータ８が０．０４ｍｍであった。容積精度差は、球状キャリブレータ９が０．１５ｍｍであり、凸状キャリブレータ８が０．０２ｍｍであった。また、凸状キャリブレータ８の計測結果では、球状キャリブレータ９の計測結果で現れたスパイクノイズが現れなかった。このように、本実施形態のターゲットＴを有する凸状キャリブレータ８のほうが、球状ターゲットを有する球状キャリブレータ９よりも、３次元位置計測において有利であることが分かった。特に、手持ちで計測する場合でも、凸状キャリブレータ８は、キャリブレータの計測値のバラツキが小さいため、カメラキャリブレーションの精度が向上し、結果として位置特定部２３の位置を精度良く計測することができる。

【0030】

（実験例２）
実験例２では、本実施形態のプローブ２と、球状プローブ７とを比較した。球状プローブ７は、図８に示すように、棒状部７１と、４つのターゲット７２と、位置特定部７３と、を備えている。ターゲット７２は、棒状枝部７２１と、棒状枝部７２１の先端に配置された球状の反射マーカ７２２と、で構成されている。実験例２では、図９及び図１０に示すように、所定のカメラ正面に対して、位置特定部２３、７３を位置決めした状態で（位置特定部２３、７３を中心に）、プローブ２、７をＹ軸回りに回転させて（図９の１→２→３の向きに回転させて）位置計測し、また別途、Ｘ軸回りに回転させて（図１０の１→２の向きに回転させて）位置計測した。Ｙ軸回転は、カメラレンズに対する横振り（左右振り）を意味し、Ｘ軸回転は、カメラレンズに対する縦振り（前後振り）を意味する。具体的に、Ｙ軸回転の実験では、第一向き（図９の１）で１０回サンプリングし、第一向きから４５°回転させた第二向き（図９の２）で１０回サンプリングし、第二向きから４５°回転させた第三向き（図９の３）で１０回サンプリングした。Ｘ軸回転の実験では、水平（上向き）から垂直（正面向き）に動かす間（図１０の１から２に回転させる間）に、連続的に３０回サンプリングした。

【0031】

図１１及び図１２に示すように、プローブ２の計測結果（図１２）は、球状プローブ７の計測結果（図１１）に比べて、Ｙ軸回転においてバラツキが小さいことが分かった。同様に、図１３及び図１４に示すように、プローブ２の計測結果（図１４）は、球状プローブ７の計測結果（図１３）に比べて、Ｘ軸回転においてもバラツキが小さいことが分かった。つまり、プローブ２のほうが向きの変化があっても位置測定精度を高く維持することができる。なお、図１５及び図１６に示すように、プローブ２と、平板状の基部に凹状のターゲットを複数有するプローブとを比較すると、凸状のターゲットＴを有するプローブ２の計測結果（図１２及び図１４）ほうが、凹状のターゲットを有するプローブの計測結果（図１５及び図１６）よりも、位置測定精度において優れていることが分かる。このターゲットの凹凸は、いずれも計測器との当接を可能とし、プローブにおけるターゲットの位置精度（計測精度）を向上させることになる。このように、ターゲットＴを有するプローブ２では、カメラ正面から向きがズレた場合でも、反射マーカ２２の輪郭が精度良く読み取られ、コンピュータで解析される反射マーカ２２の中心座標の位置測定精度が高い。

【0032】

（作用効果）
本実施形態によれば、反射マーカ２２がカメラ１に対して正面（円形状に見える位置）を向いていない場合でも、すなわち反射マーカ２２が斜めから撮像されている場合でも、反射マーカ２２が第一表面２１ａから飛び出した位置にあり且つその周囲が反射を抑制する部位（黒系色部位）であるため、カメラ１が反射マーカ２２の輪郭（例えば楕円状）をより明確に撮像することができる。したがって、複数のカメラ１の配置（カメラ同士の距離等）や向きを、反射マーカ２２を撮像可能な範囲（想定作業範囲）で自由に設定したとしても、反射マーカ２２の位置を精度良く検出することができ、ひいては位置特定部２３の位置を精度良く計測することができる。具体的に、プローブ２を用いることで、演算装置３が、カメラ１の撮像データに基づいて反射マーカ２２の輪郭をより精度良く判定でき、それにより輪郭の重心すなわち反射マーカ２２の中心位置を精度良く計測することができる。そして、演算装置３は、精度良く演算された複数の反射マーカ２２の位置に基づき、反射マーカ２２の３次元座標を演算し、複数の反射マーカ２２の３次元座標から位置特定部２３の３次元座標を計測する。したがって、本実施形態によれば、位置特定部２３の３次元座標上の位置を、より精度良く計測することができる。

【0033】

また、本実施形態によれば、上記作用があるため、プローブ２と複数のカメラ１を用いたキャリブレーションの精度も向上する。２つのカメラ１の離間距離が常に物理的に固定されている場合、演算装置３において予めカメラ１の位置を正確に定義しておくことが可能である。したがって、この場合、従来のプローブ２構成であっても、キャリブレーションの精度は保たれる。しかしながら、壁面等の固定物に設置する設置式のカメラや、移動可能なスタンドに固定されたカメラなど、独立して設置可能な（撮像対象スペースＳを変更可能な）複数のカメラにより撮像対象スペースＳを形成する場合、カメラ間の距離等を予め設定することができず、キャリブレーション精度の維持が難しくなる。本実施形態によれば、このような場合でも、演算装置３が反射マーカ２２の輪郭を精度良く認識することができるため、キャリブレーション精度を高精度に維持することができる。本実施形態のキャリブレーションは、例えば、プローブ２を２つのカメラ１で撮像し、それらの撮像データに基づいて演算装置３が行う。

【0034】

また、本実施形態によれば、円柱状部位２１２及び円形状の反射マーカ２２を製造すれば良く、製造に高度な技術（例えば反射マーカ２２を真球に形成する等）を必要としない。精度向上には球の加工精度の向上が求められる。本実施形態によれば、簡素なプローブ２で計測精度を向上させることができる。そして、簡素な形状であるため、プローブ２をより高精度に形成することができる。これにより、位置計測の精度も向上する。なお、従来の球状の反射マーカの場合、空中に配置されることが多く、その周囲が白っぽく撮像され、境界の明確性が低下する場合がある。本実施形態によれば、反射マーカ２２の周囲が反射抑制領域２１３であるため、境界の明確性は確保される。輪郭の判定精度は、白黒の境界がぼやけたり欠けたりすることで低下する。本実施形態によれば、従来のプローブよりも白黒の境界が明確になっている。

【0035】

また、本実施形態によれば、基部２１がピン状部位２１４を有し且つ反射マーカ２２が貫通孔２２ａを有するため、突出端面２１２ａに反射マーカ２２（シール）を配置・接着させる際、作業者はピン状部位２１４を貫通孔２２ａに通すように反射マーカ２２を配置すれば良い。これにより、自動的に突出端面２１２ａの中心と反射マーカ２２の中心が一致し、作業者は、容易且つ精度良く反射マーカ２２を円柱状部位２１２と同軸的に設置することができる。つまり、本実施形態によれば、反射マーカ２２の固定作業の作業性を向上させることができる。そして、ピン状部位２１４は、突出端面２１２ａ及び反射マーカ２２の中央に位置しているため、反射マーカ２２の輪郭の読み取り（明確性）への影響は抑制される。撮像データにおいて、反射マーカ２２の中央部分がぼやけていても、輪郭の読み取りには影響しない。つまり、本実施形態によれば、位置計測精度を維持しつつ、作業性を向上させることができる。

【0036】

また、本実施形態によれば、反射マーカ２２の配置が完了した後に、ピン状部位２１４を凹部２１２ｂから取り外すことができる。位置計測開始前に、ピン状部位２１４を取り外すことにより、作業者が作業しやすく、且つ、万が一ピン状部位２１４が反射マーカ２２の反射の妨げになる可能性を排除することができる。つまり、本実施形態によれば、より確実に境界の読み取りへの影響を排除することができる。上記のように、ピン状部位２１４を取り外すことで凹部２１２ｂが露出しても、そこは反射マーカ２２の中央部分であるため、輪郭の読み取り（すなわちターゲットＴの位置の読み取り）には影響がない。

【0037】

（その他）
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、基部２１の形状は、上記に限られず、第一表面２１ａが形成されていれば良く、例えば多角形の板状や、円盤状などであっても良い。また、ピン状部位２１４、凹部２１２ｂ、及び貫通孔２２ａは、なくても良い。また、反射マーカ２２は、突出端面２１２ａに形成されても良く、例えば突出端面２１２ａに白系色の原料（反射材等）が塗布（配置）されて形成されても良い。ただし、シール状の反射マーカ２２を用いることにより、作業者は、容易且つ精度良く貼り付け作業をすることができる。また、ターゲットＴは、プローブ２の向きの検知の観点から５つ以上形成されることが好ましい。また、ピン状部位２１４は、白系色に形成されても良い。また、ピン状部位２１４は、反射マーカ２２の貼り付け後に、自身の根元部又は中間の部位で折って排除できるように谷部が形成されていても良い。

【符号の説明】

【0038】

１：カメラ、 ２：プローブ、 ２１：基部、 ２１ａ：第一表面、
２１２：円柱状部位、 ２１２ａ：突出端面、 ２１３：反射抑制領域、
２１４：ピン状部位、 ２１５：棒状部位、 ２１２ｂ：凹部、
２２：反射マーカ、 ２２ａ：貫通孔、 ８：凸状キャリブレータ、
２３：位置特定部、 Ａ：３次元位置計測システム、 Ｓ：撮像対象スペース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】