特許ウォッチ

公開番号2025145430
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-03
出願番号2024045606
出願日2024-03-21
発明の名称自己位置推定装置及び自己位置推定方法並びにカメラ相対位置調整方法
出願人株式会社東京精密
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01C 15/00 20060101AFI20250926BHJP(測定;試験)
要約【課題】広角レンズを使用することなく自己位置推定の精度を向上させることが可能な自己位置推定装置及び自己位置推定方法を提供する。
【解決手段】自己位置推定装置50は、プローブヘッド12に搭載され互いに異なる方向を撮影方向とする複数のカメラ20A、20Bを用いて、それぞれターゲット群14A、14Bを撮影した複数の画像を取得する画像取得部60と、複数の画像に基づき、プローブヘッド12の位置及び姿勢を検出する自己位置推定部62と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
プローブヘッドに搭載され互いに異なる方向を撮影方向とする複数のカメラを用いて、それぞれターゲット群を撮影した複数の画像を取得する画像取得部と、
前記複数の画像に基づき、前記プローブヘッドの位置及び姿勢を検出する自己位置推定部と、
を備える自己位置推定装置。
続きを表示（約 690 文字）【請求項２】
前記自己位置推定部は、
前記複数の画像から前記ターゲット群の各ターゲットの位置を示す特徴点を検出する特徴点検出部と、
前記特徴点検出部で検出された各前記特徴点を用いて、前記ターゲット群における前記各ターゲットの再投影誤差が最小となる前記プローブヘッドの位置及び姿勢を最適化演算により求める最適化演算部と、
を有する請求項１に記載の自己位置推定装置。
【請求項３】
前記複数のカメラの撮影方向は互いに直交している、
請求項１又は２に記載の自己位置推定装置。
【請求項４】
前記カメラの数は２つである、
請求項３に記載の自己位置推定装置。
【請求項５】
プローブヘッドに搭載され互いに異なる方向を撮影方向とする複数のカメラを用いて、それぞれターゲット群を撮影した複数の画像を取得する画像取得ステップと、
前記複数の画像に基づき、前記プローブヘッドの位置及び姿勢を検出する自己位置推定ステップと、
を含む自己位置推定方法。
【請求項６】
プローブヘッドに搭載され互いに異なる方向を撮影方向とする複数のカメラを用いて、それぞれターゲット群を撮影した複数の画像を取得する画像取得ステップと、
前記複数の画像に基づき、前記複数のカメラの相対位置を検出する相対位置検出ステップと、
前記相対位置検出ステップで検出した前記相対位置に基づき、前記複数のカメラの位置及び姿勢を調整する調整ステップと、
を含むカメラ相対位置調整方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、プローブヘッドの自己位置を推定可能な自己位置推定装置及び自己位置推定方法並びにカメラ相対位置調整方法に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来より、ポータブル型の三次元座標測定機（ＣＭＭ：Coordinate Measuring Machine）をロボットに持たせて、大物ワークの測定を自動で行うことが行われている。数十μｍ程度の精度要求に対しては、ポータブル型の三次元座標測定機にて要求を満足しつつあるが、十μｍ以下の高精度要求においてはブリッジ型の三次元座標測定機で対応しているのが現状である。
【０００３】
また、数十μｍ程度の精度を実現するための技術として、レーザトラッカやマーカを利用した測定方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。これらは、ベースステーションに仰角と方位角の首振り機能を備えており、さらに距離センサ又はカメラを備えて測定ヘッドの距離や姿勢を計算する。この測定方法によれば、首振り機構の可動範囲や距離センサの測長範囲が長いため、広範囲での測定が可能となる。
【０００４】
しかしながら、レーザトラッカやマーカなどを利用した測定方法では、主に首振り機構の角度精度の限界により、ベースステーションと測定ヘッドの距離が大きくなるに従い測定精度が悪化する傾向になる。
【０００５】
一方、三次元空間上の位置が既知のターゲットをカメラで撮影した画像からカメラの自己位置（位置及び姿勢）を検出する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この方法によれば、各ターゲットの三次元空間上の位置と、撮影された画像上の各ターゲットの位置とを関連付けて計算を行うことにより、比較的単純な機構で高精度（５μｍ以下）を得やすいメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０２０－１４８５１５号公報
特開２０２２－３０８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、カメラを用いてターゲットを撮影した画像から自己位置を検出する方法においては、以下に説明するように、カメラにより撮影された画像上のターゲットの位置を示す座標（ターゲット座標）に誤差が存在すると、その誤差の影響により、カメラの主点（カメラ座標系の原点）にばらつきが生じ、自己位置の推定精度を招く要因となる。
【０００８】
図９から図１１は、三次元空間上のターゲット１００がカメラの画像平面１０２に投影される様子を示した図である。図９は、画像平面１０２上のターゲット座標（画像平面１０２に投影されたターゲット１０４の位置を示す座標）に誤差がない場合を示している。図１０は、画像平面１０２上のターゲット座標に誤差がある場合を示している。図１１は、広角レンズを用いると画像平面１０２上のターゲット座標の誤差が低減される様子を示している。
【０００９】
上記方法では、三次元空間上のターゲット１００の位置を示す座標（三次元座標）と、画像平面１０２上のターゲット座標との対応関係から、カメラ主点１０６を求めることができる。この場合、図９に示すように、画像平面１０２上のターゲット座標に誤差がない場合は、カメラ主点１０６の位置を示す三次元座標も誤差なく一点に定まる。
【００１０】
しかしながら、図１０に示すように、画像平面１０２上のターゲット座標に誤差がある場合は、その誤差を取りうる範囲に応じて、上記対応関係から求められるカメラ主点１０６の位置がばらつくことになる。すなわち、画像平面１０２上のターゲット座標の誤差の影響により、カメラ主点１０６の位置は、図９においてハッチングで示した領域に示す主点誤差範囲１０８においてばらつくことになる。特にカメラの撮影方向（光軸方向）が顕著に影響を受ける。
（【００１１】以降は省略されています）

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