対象物を３次元スキャンするための装置
本発明は、固定した光センサ（３）を通過する対象物を３次元スキャンするための装置であって、当該装置はスキャンすべき対象物を受容する機能を有し、ヘキサポッドとして構成された６脚の対象物キャリア（２）を有する装置に関する。構成の観点から経済的なだけでなく、スキャンプロセスを実行する際の容易な操作を可能にする装置を作るために、対象物がヘキサポッドに担持されたターンテーブル（５）に位置決めされることが発案される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定した光センサーを通過する対象物を３次元スキャンするための装置に関する。この装置は、ヘキサポッド（６脚構造体）又は６脚形の対象物キャリアの形状をし、スキャンすべき対象物を撮影する。
【背景技術】
【０００２】
スキャンすべき対象物が例えば光ストライプセンサなどの固定した光センサを通過する、３次元対象物をスキャンするための様々な方法が従来知られている。これらの従来の方法では、スキャナーで捕らえられた情報は全スキャンプロセスの最後に評価され、３次元表現として再生される。特に、記憶された基準値と現在捕らえられた実際の値の比較がなされない未知の対象物をスキャンする際、スキャンすべき対象物の全ての測定ポイントが実際にスキャナーで捕らえられる恐れがある。スキャンプロセスの最後の評価では、対象物の個々の部分領域が捕らえられていない又は完全には捕らえられていないと立証されると、慎重なポストスキャンを行なうために、マイクロメートルの範囲にあるこれらの領域を正確に述べることはほとんど不可能である。
【０００３】
スキャンすべき対象物を運搬・ガイドするために、例えば特許文献１は、ヘキサポッド又は６脚形の対象物キャリアの使用を開示する。これにより、その幾何学デザインのために、対象物は全ての６の自由度で移動することができる。しかしながら、従来見慣れた脚がサーボ駆動スピンドルモーターを有する、これらのヘキサポッドの構造及び操作は極めてコストが高く、複雑である。
【０００４】
【特許文献１】ＵＳ２００３／００８１７１７Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、スキャン操作を実行するための経済的で容易に操作される装置を創出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、本発明により、対象物がヘキサポッドに保持されたターンテーブルに位置決めされることで達成される。ヘキサポッドに配置された付加的なターンテーブルを使用することで、スキャンすべき対象物を光センサを通して移動させる一方で、対象物キャリアの６の自由度を使用することが特に容易になる。付加的なターンテーブルを使用することで、スキャンすべき対象物の容易で速い３６０°回転を可能にし、またこの場合ヘキサポッドの脚は互いに障害になるので、６つのヘキサポッド脚によってのみ生じる対象物キャリアの回転は３０°〜４０°に制限される。
【０００７】
本発明の実用的な実施形態によれば、光センサは光ストライプセンサとして構成される。このタイプのセンサは３次元対象物の操作に適することが判明した。
【０００８】
ヘキサポッドとして構成された対象物キャリアの経済的な構造及び取り扱いを保証するために、本発明のヘキサポッドは手動で移動させることができる受動的なヘキサポッドの形態を有する。その脚は縦にのみ伸長するように設計されると好ましい。発案された手動の調節によって、高価で、維持費の高いサーボ・スピンドルドライブを使用する必要はない。
【０００９】
本発明によれば、ヘキサポッドの長さ調節は、脚に取り付けられたばね機構によって実現されると好ましい。可能性のある他の変形例は、ヘキサポッドの脚を油圧又は空気圧により長さ調節可能に設計することである。
【００１０】
光センサに対するスキャンすべき対象物の空間的位置を確認するために、これらの構成部品の運動を捕らえる測定レセプタが、ヘキサポッドの脚と対象物キャリアのターンテーブルの両方に配置される。これらの測定レセプタは、計測パルスを記録するエンコーダーとして設計されると好ましい。
【００１１】
本発明により、スキャンすべき対象物を対象物キャリアに固定し、従って光センサーに対して固定するために、ターンテーブルがスキャンすべき対象物を固定するためのロック装置を有することが提案される。本発明の第１実施形態によれば、ロック装置は把持装置の形態を有する。
【００１２】
最後に、本発明により、別な実施形態によればロック装置は磁気的に作動する保持装置として設計されることが提案される。
【００１３】
装置のさらなる特徴及び利点は、固定した光センサを通過する対象物の３次元スキャンのための本発明の装置の実施例を描く付属の図面から理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図に示される、固定した光センサを通過する対象物を３次元スキャンするための装置は本質的には、フレーム１、当該フレーム１上に位置決めされた対象物キャリア２、及びフレーム１に固定して位置決めされ対象物キャリア２に指向した光センサ３からなる。
【００１５】
ヘキサポッドとして構成された対象物キャリア２は、専ら長さの点で調節できる６つの脚とヘキサポッドの脚４で支持されたターンテーブル５からなる。図から分かるように、ターンテーブル５はさらにスキャンされるべき対象物を固定するためのロック装置６を有する。
【００１６】
長さの点でのみ調節でき互いから１２０°の角度だけずれて設定された脚４のペア装置と、脚４で支持されたターンテーブル５の組み合わせにより、フレーム１内に位置決めされた固定した光センサ３に対して全ての６の自由度で、ロック装置６に固定された対象物を移動させることができる。一方で操作を容易にし、他方で製造費・維持費を最小にするために、ヘキサポッドは、受動的な、すなわち専ら手動で調節できるヘキサポッドとして構成される。
【００１７】
図示された実施形態では、ロック装置６は、スキャンすべき対象物がクランプにより固定される把持装置の形態を有する。もちろん、ロック装置６を例えば磁気的に作動される保持装置として構成することも可能である。
【００１８】
対象物キャリア２に位置決めされたスキャンすべき対象物の光センサ３に対する位置の捕捉を可能にするために、感知要素７がヘキサポッドの脚４及びターンテーブル５に位置決めされ、これらの構成部品４，５の移動を記録する。これらの感知要素７は計測パルスを記録するエンコーダーとして設計されると好ましい。
【００１９】
固定した光センサを通過する対象物を３次元スキャンするための装置は以下のように作動する。
【００２０】
スキャンプロセスを開始するために、スキャンすべき対象物、例えば顎の歯のインプリントは対象物キャリア２のロック装置６に固定され、キャリアを対象物キャリア２に動かないように連結する。
【００２１】
２次元の測定を行なう好ましくは光ストライプセンサの形式の光センサ３は、それがロック装置６に固定された対象物に常に指向するように、スキャン装置のフレーム１に固定して位置決めされる。
【００２２】
次いで、スキャンすべき対象物は、ターンテーブル５を回転させ、ヘキサポッドの伸長可能な脚４を短く及び長くすることにより光センサ３を通過し、当該スキャナーは全ての面でスキャンすべき対象物を捕らえる。
【００２３】
スキャン装置の使用者が完成のためにスキャンプロセスを見直すことができるように、ヘキサポッドの脚４及びターンテーブル５上の感知要素７で記録された計測パルスが、ソフトウェアを用いて、光センサ３に対するスキャンすべき対象物の位置を反映する３次元空間座標に変換される。これらの３次元空間座標は、光センサ３のそれぞれ対応する２次元情報に関連して設定され、これらの関連データから、３次元描画がリアルタイムで即座に作られる。これは、例えば、データライン９によりスキャン装置に連結したモニター８において直接、スキャン装置の使用者に示される。
【００２４】
スキャンプロセスを３次元描画としてこのように即座に描くことにより、使用者がすぐに、スキャン操作の間スキャンすべき対象物が完全に、すなわち一様に（継目なく）スキャンされたかどうかを確認することができる。使用者が、示された３次元描画を観察する際、測定データにまだギャップ（隙間）が存在すると気づいた場合、この描画は、測定データギャップがどこにあるかを使用者に直接正確に示し、それでこれらの不完全な部分はすぐに慎重に再びスキャンされる。
【００２５】
従って、固定した光センサを通過する対象物の３次元スキャンのための図示・説明された装置は、使用者が完成のためにスキャンプロセスをすぐに見直すことができることを特徴とする。加えて、スキャン装置は操作が簡単で、対象物キャリアの手動操作のために経済的に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】固定した光センサを通過する対象物を３次元スキャンするための装置である。
【符号の説明】
【００２７】
１ フレーム
２ 対象物キャリア
３ 光センサ
４ 脚
５ ターンテーブル
６ ロック装置
７ 感知要素
８ モニター
９ データライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定した光センサーを通過する対象物を３次元スキャンするための装置に関する。この装置は、ヘキサポッド（６脚構造体）又は６脚形の対象物キャリアの形状をし、スキャンすべき対象物を撮影する。
【背景技術】
【０００２】
スキャンすべき対象物が例えば光ストライプセンサなどの固定した光センサを通過する、３次元対象物をスキャンするための様々な方法が従来知られている。これらの従来の方法では、スキャナーで捕らえられた情報は全スキャンプロセスの最後に評価され、３次元表現として再生される。特に、記憶された基準値と現在捕らえられた実際の値の比較がなされない未知の対象物をスキャンする際、スキャンすべき対象物の全ての測定ポイントが実際にスキャナーで捕らえられる恐れがある。スキャンプロセスの最後の評価では、対象物の個々の部分領域が捕らえられていない又は完全には捕らえられていないと立証されると、慎重なポストスキャンを行なうために、マイクロメートルの範囲にあるこれらの領域を正確に述べることはほとんど不可能である。
【０００３】
スキャンすべき対象物を運搬・ガイドするために、例えば特許文献１は、ヘキサポッド又は６脚形の対象物キャリアの使用を開示する。これにより、その幾何学デザインのために、対象物は全ての６の自由度で移動することができる。しかしながら、従来見慣れた脚がサーボ駆動スピンドルモーターを有する、これらのヘキサポッドの構造及び操作は極めてコストが高く、複雑である。
【０００４】
【特許文献１】ＵＳ２００３／００８１７１７Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、スキャン操作を実行するための経済的で容易に操作される装置を創出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、本発明により、対象物がヘキサポッドに保持されたターンテーブルに位置決めされることで達成される。ヘキサポッドに配置された付加的なターンテーブルを使用することで、スキャンすべき対象物を光センサを通して移動させる一方で、対象物キャリアの６の自由度を使用することが特に容易になる。付加的なターンテーブルを使用することで、スキャンすべき対象物の容易で速い３６０°回転を可能にし、またこの場合ヘキサポッドの脚は互いに障害になるので、６つのヘキサポッド脚によってのみ生じる対象物キャリアの回転は３０°〜４０°に制限される。
【０００７】
本発明の実用的な実施形態によれば、光センサは光ストライプセンサとして構成される。このタイプのセンサは３次元対象物の操作に適することが判明した。
【０００８】
ヘキサポッドとして構成された対象物キャリアの経済的な構造及び取り扱いを保証するために、本発明のヘキサポッドは手動で移動させることができる受動的なヘキサポッドの形態を有する。その脚は縦にのみ伸長するように設計されると好ましい。発案された手動の調節によって、高価で、維持費の高いサーボ・スピンドルドライブを使用する必要はない。
【０００９】
本発明によれば、ヘキサポッドの長さ調節は、脚に取り付けられたばね機構によって実現されると好ましい。可能性のある他の変形例は、ヘキサポッドの脚を油圧又は空気圧により長さ調節可能に設計することである。
【００１０】
光センサに対するスキャンすべき対象物の空間的位置を確認するために、これらの構成部品の運動を捕らえる測定レセプタが、ヘキサポッドの脚と対象物キャリアのターンテーブルの両方に配置される。これらの測定レセプタは、計測パルスを記録するエンコーダーとして設計されると好ましい。
【００１１】
本発明により、スキャンすべき対象物を対象物キャリアに固定し、従って光センサーに対して固定するために、ターンテーブルがスキャンすべき対象物を固定するためのロック装置を有することが提案される。本発明の第１実施形態によれば、ロック装置は把持装置の形態を有する。
【００１２】
最後に、本発明により、別な実施形態によればロック装置は磁気的に作動する保持装置として設計されることが提案される。
【００１３】
装置のさらなる特徴及び利点は、固定した光センサを通過する対象物の３次元スキャンのための本発明の装置の実施例を描く付属の図面から理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図に示される、固定した光センサを通過する対象物を３次元スキャンするための装置は本質的には、フレーム１、当該フレーム１上に位置決めされた対象物キャリア２、及びフレーム１に固定して位置決めされ対象物キャリア２に指向した光センサ３からなる。
【００１５】
ヘキサポッドとして構成された対象物キャリア２は、専ら長さの点で調節できる６つの脚とヘキサポッドの脚４で支持されたターンテーブル５からなる。図から分かるように、ターンテーブル５はさらにスキャンされるべき対象物を固定するためのロック装置６を有する。
【００１６】
長さの点でのみ調節でき互いから１２０°の角度だけずれて設定された脚４のペア装置と、脚４で支持されたターンテーブル５の組み合わせにより、フレーム１内に位置決めされた固定した光センサ３に対して全ての６の自由度で、ロック装置６に固定された対象物を移動させることができる。一方で操作を容易にし、他方で製造費・維持費を最小にするために、ヘキサポッドは、受動的な、すなわち専ら手動で調節できるヘキサポッドとして構成される。
【００１７】
図示された実施形態では、ロック装置６は、スキャンすべき対象物がクランプにより固定される把持装置の形態を有する。もちろん、ロック装置６を例えば磁気的に作動される保持装置として構成することも可能である。
【００１８】
対象物キャリア２に位置決めされたスキャンすべき対象物の光センサ３に対する位置の捕捉を可能にするために、感知要素７がヘキサポッドの脚４及びターンテーブル５に位置決めされ、これらの構成部品４，５の移動を記録する。これらの感知要素７は計測パルスを記録するエンコーダーとして設計されると好ましい。
【００１９】
固定した光センサを通過する対象物を３次元スキャンするための装置は以下のように作動する。
【００２０】
スキャンプロセスを開始するために、スキャンすべき対象物、例えば顎の歯のインプリントは対象物キャリア２のロック装置６に固定され、キャリアを対象物キャリア２に動かないように連結する。
【００２１】
２次元の測定を行なう好ましくは光ストライプセンサの形式の光センサ３は、それがロック装置６に固定された対象物に常に指向するように、スキャン装置のフレーム１に固定して位置決めされる。
【００２２】
次いで、スキャンすべき対象物は、ターンテーブル５を回転させ、ヘキサポッドの伸長可能な脚４を短く及び長くすることにより光センサ３を通過し、当該スキャナーは全ての面でスキャンすべき対象物を捕らえる。
【００２３】
スキャン装置の使用者が完成のためにスキャンプロセスを見直すことができるように、ヘキサポッドの脚４及びターンテーブル５上の感知要素７で記録された計測パルスが、ソフトウェアを用いて、光センサ３に対するスキャンすべき対象物の位置を反映する３次元空間座標に変換される。これらの３次元空間座標は、光センサ３のそれぞれ対応する２次元情報に関連して設定され、これらの関連データから、３次元描画がリアルタイムで即座に作られる。これは、例えば、データライン９によりスキャン装置に連結したモニター８において直接、スキャン装置の使用者に示される。
【００２４】
スキャンプロセスを３次元描画としてこのように即座に描くことにより、使用者がすぐに、スキャン操作の間スキャンすべき対象物が完全に、すなわち一様に（継目なく）スキャンされたかどうかを確認することができる。使用者が、示された３次元描画を観察する際、測定データにまだギャップ（隙間）が存在すると気づいた場合、この描画は、測定データギャップがどこにあるかを使用者に直接正確に示し、それでこれらの不完全な部分はすぐに慎重に再びスキャンされる。
【００２５】
従って、固定した光センサを通過する対象物の３次元スキャンのための図示・説明された装置は、使用者が完成のためにスキャンプロセスをすぐに見直すことができることを特徴とする。加えて、スキャン装置は操作が簡単で、対象物キャリアの手動操作のために経済的に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】固定した光センサを通過する対象物を３次元スキャンするための装置である。
【符号の説明】
【００２７】
１ フレーム
２ 対象物キャリア
３ 光センサ
４ 脚
５ ターンテーブル
６ ロック装置
７ 感知要素
８ モニター
９ データライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定した光センサ（３）を通過する対象物を３次元スキャンするための装置であって、当該装置はスキャンすべき対象物を受容する機能を有するヘキサポッドの形状の６脚形の対象物キャリア（２）を有し、
対象物がヘキサポッドの１つに担持されたターンテーブル（５）に位置決めされることを特徴とする装置。
【請求項２】
光センサ（３）が光ストライプセンサとして構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ヘキサポッドが、手動でのみ調節できる受動的なヘキサポッドとして構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
ヘキサポッドの脚（４）が、長さのみ調節できるように構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
ヘキサポッドの脚（４）が、ばね機構によって調節されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
ヘキサポッドの脚（４）が、それらの長さが油圧により調節できるように構成されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
ヘキサポッドの脚（４）が、それらの長さが空気圧により調節できるように構成されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項８】
感知要素（７）が、ヘキサポッドの脚（４）及びターンテーブル（５）に位置決めされ、これらの構成部品（４，５）の移動を検知することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
感知要素（７）が、計測パルスを記録するエンコーダーとして設計されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
ターンテーブル（５）が、スキャンすべき対象物を固定するためにロック装置（６）を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
ロック装置（６）が把持装置として構成されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
ロック装置（６）が磁気的に作動する保持装置として構成されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
スキャンされた対象物の部分をすぐに３次元表示するためのモニター（８）が設けられることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１】
固定した光センサ（３）を通過する対象物を３次元スキャンするための装置であって、当該装置はスキャンすべき対象物を受容する機能を有するヘキサポッドの形状の６脚形の対象物キャリア（２）を有し、
対象物がヘキサポッドの１つに担持されたターンテーブル（５）に位置決めされることを特徴とする装置。
【請求項２】
光センサ（３）が光ストライプセンサとして構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ヘキサポッドが、手動でのみ調節できる受動的なヘキサポッドとして構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
ヘキサポッドの脚（４）が、長さのみ調節できるように構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
ヘキサポッドの脚（４）が、ばね機構によって調節されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
ヘキサポッドの脚（４）が、それらの長さが油圧により調節できるように構成されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
ヘキサポッドの脚（４）が、それらの長さが空気圧により調節できるように構成されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項８】
感知要素（７）が、ヘキサポッドの脚（４）及びターンテーブル（５）に位置決めされ、これらの構成部品（４，５）の移動を検知することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
感知要素（７）が、計測パルスを記録するエンコーダーとして設計されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
ターンテーブル（５）が、スキャンすべき対象物を固定するためにロック装置（６）を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
ロック装置（６）が把持装置として構成されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
ロック装置（６）が磁気的に作動する保持装置として構成されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
スキャンされた対象物の部分をすぐに３次元表示するためのモニター（８）が設けられることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【図１】
【公表番号】特表２００８−５３７０９４（Ｐ２００８−５３７０９４Ａ）
【公表日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５４５０１（Ｐ２００７−５５４５０１）
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００６／００１１４６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８４６９１
【国際公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（５０６３８８６１３）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００６／００１１４６
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８４６９１
【国際公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（５０６３８８６１３）
【Ｆターム（参考）】
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