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JP-2026514847-A - 移動物体の三次元走査用スキャナシステム

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Abstract

スキャナシステムであって、静止外側リング部材及び回転内側リング部材を有するリングアセンブリを含む。回転内側リング部材は、静止外側リング部材に対して回転可能に構成されている。さらに、回転内側リング部材に取り付けられた少なくとも１つのスキャナを備え、該スキャナは、レーザスキャナまたはイメージスキャナである。スキャナシステムは、複数の物体をリングアセンブリに通過させるためのコンベヤ部材も含む。したがって、スキャナは、回転内側リング部材と共に回転するように構成されており、複数の物体がリングアセンブリを通過するときに、その外面を走査して、各物体の三次元（３Ｄ）モデルを生成する。 【選択図】図１Ａ

Inventors

  • ミアーズ、グラント・カムデン

Assignees

  • ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20240610
Priority Date
20230622

Claims (20)

  1. スキャナシステムであって、 静止外側リング部材、及び、前記静止外側リング部材に対して回転可能な回転内側リング部材を含むリングアセンブリと、 前記回転内側リング部材に取り付けられ、かつ、レーザスキャナまたはイメージスキャナのうちの少なくとも１つを含む、少なくとも１つのスキャナと、 前記リングアセンブリを通過するように複数の物体を搬送するためのコンベヤ部材とを備え、 前記少なくとも１つのスキャナは、前記回転内側リング部材と共に回転して、前記複数の物体が前記リングアセンブリを通過するときに、前記複数の物体の外表面を走査することにより、前記複数の物体のそれぞれの三次元（３Ｄ）モデルを生成する、スキャナシステム。
  2. 前記レーザスキャナは、三角測量レーザスキャナ、構造化光レーザスキャナ、パルスレーザスキャナ、または変調光レーザスキャナの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のスキャナシステム。
  3. 前記イメージスキャナは、３Ｄモデルを生成するための少なくとも１つのカメラを含む、請求項１に記載のスキャナシステム。
  4. 前記少なくとも１つのカメラは、多写真撮像システム、写真測量撮像システム、立体撮像システム、またはシルエット撮像システムのうちの少なくとも１つの一部であるように構成される、請求項３に記載のスキャナシステム。
  5. 前記コンベヤ部材は、コンベヤベルト、オーバーヘッドコンベヤ、または重力アシストチャネルの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のスキャナシステム。
  6. 前記回転内側リング部材に取り付けられ、かつ、その周囲に周方向に配置された複数のスキャナをさらに備え、 前記少なくとも１つのスキャナは、前記複数のスキャナの１つである、請求項１～４のいずれか一項に記載のスキャナシステム。
  7. 前記複数のスキャナは、前記回転内側リング部材の周方向において、均等な距離を置いて配置されている、請求項６に記載のスキャナシステム。
  8. 前記複数のスキャナは、前記回転内側リング部材の周囲において、不均等な距離を置いて配置されている、請求項６に記載のスキャナシステム。
  9. 前記複数のスキャナは、少なくとも第１のスキャナ及び第２のスキャナを含み、 前記第１のスキャナ及び前記第２のスキャナは、それぞれ、前記回転内側リング部材の第１の位置及び第２の位置に取り付けられており、 前記第１の位置及び前記第２の位置は、前記回転内側リング部材において互いに対向している、請求項６に記載のスキャナシステム。
  10. 前記少なくとも１つのスキャナは、時計回り方向または反時計回り方向のいずれか一方において一定の回転速度で回転する、請求項１に記載のスキャナシステム。
  11. 前記少なくとも１つのスキャナは、時計回り方向または反時計回り方向のいずれか一方において可変速度で回転する、請求項１に記載のスキャナシステム。
  12. 前記静止外側リング部材及び前記回転内側リング部材は同心円状に形成されており、 前記回転内側リング部材は、前記静止外側リング部材及び前記回転内側リング部材の間に配置された複数のローラー要素を介して、前記静止外側リング部材に対して回転可能になっている、請求項１に記載のスキャナシステム。
  13. 前記回転内側リング部材は、前記静止外側リング部材に取り付けられたリング状トラックを含み、 前記少なくとも１つのスキャナは、前記リング状トラックに取り付けられている、請求項１に記載のスキャナシステム。
  14. 前記回転内側リング部材は、前記静止外側リング部材に取り付けられた複数のリング状トラックを含み、 前記複数のリング状トラックの各々には、前記複数のスキャナのうちの少なくとも１つが取り付けられており、 前記複数のリング状トラックは、少なくとも第１のリング状トラック及び第２のリング状トラックを含む、請求項１３に記載のスキャナシステム。
  15. 前記第１のリング状トラック及び前記第２のリング状トラックは、互いに反対方向に回転するように構成されている、請求項１４に記載のスキャナシステム。
  16. 少なくとも１つのリング部材、及び、前記少なくとも１つのリング部材に取り付けられ、かつ、弧状の経路を画定する少なくとも１つのトラックを含むリングアセンブリと、 前記少なくとも１つのトラックに沿って移動可能に取り付けられ、かつ、レーザスキャナまたはイメージスキャナの少なくとも一方を含む少なくとも１つのスキャナと、 複数の物体を、前記リングアセンブリの開口部に通過させるためのコンベヤ部材とを備え、 前記少なくとも１つのスキャナは、前記少なくとも１つのトラックの前記弧状の経路の少なくとも一部に沿って移動し、前記複数の物体の各々が、前記リングアセンブリの前記開口部を通過するときに、前記複数の物体の外面を走査することにより、前記複数の物体の各々の三次元（３Ｄ）モデルを生成する、スキャナシステム。
  17. スキャナシステムを介して複数の物体を走査する方法であって、 レーザスキャナまたはイメージスキャナの少なくとも一方を含む、前記スキャナシステムにおける少なくとも１つのスキャナを、前記スキャナシステムの静止外側リング部材に対して回転可能な回転内側リング部材に回転可能に取り付けるステップと、 複数の物体をコンベヤ部材に配置するステップと、 前記コンベヤ部材を介して、前記スキャナシステムのリングアセンブリに前記複数の物体を通過させるステップと、 前記回転内側リング部材を介して、前記少なくとも１つのスキャナを回転させるステップと、 前記少なくとも１つのスキャナの回転中において、前記複数の物体が前記リングアセンブリを通過するときに、前記複数の物体の各々の三次元（３Ｄ）モデルを生成するべく、前記複数の物体の外面を走査するステップとを有する、方法。
  18. 前記レーザスキャナは、三角測量レーザスキャナ、構造化光レーザスキャナ、パルスレーザスキャナ、または変調光レーザスキャナの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記イメージスキャナは、前記３Ｄモデルを生成するための少なくとも１つのカメラを含み、 前記少なくとも１つのカメラは、多写真撮像システム、写真測量撮像システム、立体撮像システム、またはシルエット撮像システムの少なくとも１つの一部である、請求項１７または１８に記載の方法。
  20. 前記コンベヤ部材は、コンベヤベルト、オーバーヘッドコンベヤ、または重力補助チャネルのうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の方法。

Description

（関連出願の相互参照） 本願は、２０２３年６月２２日に出願された米国特許出願第１８／３３９，４４９号に基づく優先権を主張するものであり、当該米国特許出願は、ここで参照することにより、その全体が本明細書に組み込まれる。 本開示は一般的にスキャナシステムに関し、より詳細には、移動物体の円形三次元走査を行うスキャナシステムに関する。 現代の製造業は、高度に自動化された精密なプロセスで行われている。現代の機械の精度及び各種三次元（３Ｄ）プリンティング手法における忠実度の向上は、あらゆる人工製品分野において、新たな性能や品質の向上を約束するものである。現代の製造プロセスの大部分が完璧な３Ｄモデル及び高精度な機械を用いている一方で、これらのツールの有用性は、実際に製造された部品を測定するために用いられる計測技術に依存している。物体の計測は、許容誤差、プロセス調整、設計プロセスへのフィードバックを提供し、製造された部品の忠実度を大幅に高める。製造された部品は、従来、ハンドヘルドカメラやノギスなどの工具を用いて検査されてきた。より最近の技術としては、レーザが物体に沿って移動するときに、その高さを測定するレーザラインスキャナや、人や機械のアームによる操作によって、複数の角度から走査して３Ｄモデルを生成するハンドヘルド３Ｄスキャナがある。単一の物体の３Ｄ走査は、物体をプラットフォーム上に配置して、物体またはプラットフォームのいずれかを自動的に回転させることによっても行われる。場合によっては、３Ｄスキャナを直線的に移動させながら、物体をプラットフォーム上で回転させることもある。したがって、従来の走査技術は、一般的に二次元での走査、または一度に一つの静止／回転物体の３Ｄ走査を行うように設計されている。これら２つの制約はいずれも、３Ｄ部品を大量に安価で生産する上で問題となる。 したがって、本明細書は、（製造ラインからの物体などの）大量の移動物体を迅速かつ容易に３Ｄ走査することが可能なスキャナシステムに関する。 当業者を対象とする本願発明の完全かつ実施可能な開示は、添付の図面を参照する明細書に記載されており、以下のように記載されている。 本明細書に従った、スキャナシステムの実施形態の透視図である。図１Ａのスキャナシステムの上面図である。本明細書に従った、リングアセンブリ及び３Ｄスキャナを有するスキャナシステムの実施形態の正面図であり、具体的には、３Ｄスキャナを第１の位置に配置した状態を示す図である。図２Ａのスキャナシステムの正面図であり、具体的には、スキャナシステムの３Ｄスキャナを異なる第２の位置に配置したときにおける、３Ｄスキャナがスキャナシステムのリングアセンブリを介して回転する様子を示す図である。本明細書に従った、リングアセンブリ及び複数の３Ｄスキャナを有するスキャナシステムの実施形態の正面図であり、具体的には、複数の３Ｄスキャナを第１の方向に配置した状態を示す図である。図３Ａのスキャナシステムの正面図であり、具体的には、複数の３Ｄスキャナを異なる第２の方向に配置したときにおける、複数の３Ｄスキャナがスキャナシステムのリングアセンブリを介して回転する様子を示す図である。本明細書に従った、リングアセンブリ及び複数の３Ｄスキャナを有するスキャナシステムの実施形態の正面図であり、具体的には、複数の３Ｄスキャナがスキャナシステムのリングアセンブリの周囲において、不均等な距離を置いて配置されている状態を示す図である。本明細書に従った、リングアセンブリ及び複数の３Ｄスキャナを有するスキャナシステムの実施形態の正面図であり、具体的には、第１の３Ｄスキャナがスキャナシステムのリングアセンブリの第１側に配置され、第２の３Ｄスキャナがリングアセンブリの対向する第２側に配置されている状態を示す図である。本明細書に従った、リングアセンブリ及び３Ｄスキャナを有するスキャナシステムの実施形態の概略図であり、具体的には、移動物体が重力アシストチャネルを介してリングアセンブリを通過する状態を示す図である。本明細書に従った、スキャナシステムのコントローラに含まれる可能性のある構成要素のブロック図を示す図である。本明細書に従った、リングアセンブリ及び３Ｄスキャナを有するスキャナシステムの他の実施形態の正面図であり、具体的には、リングアセンブリが静止外側リング部材及び前記静止外側リング部材に取り付けられたリング状トラックを有する状態を示す図である。本明細書に従った、リングアセンブリ及び３Ｄスキャナを有するスキャナシステムの実施形態における内部の部分拡大図であり、具体的には、リングアセンブリの単一のリング状トラックが、リングアセンブリの静止外側リング部材に結合されている状態を示す図である。本明細書に従った、リングアセンブリ及び３Ｄスキャナを有する他の実施形態における内部の部分拡大図であり、具体的には、リングアセンブリの複数のリング状トラックが静止外側リング部材に取り付けられている状態を示す図である。本明細書に従った、スキャナシステムを介して複数の移動物体を走査する方法の実施形態のフローダイアグラムを示す図である。 本願発明の実施形態について、図面に例示したいくつかの例を参照しつつ、詳細に説明する。各実施例は、本願発明を限定するものではなく、本願発明を説明するために提示されるものである。実際、本願発明の範囲または精神を逸脱することなく、当業者にとって種々の修正及び変更が可能であることは明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として例示または記載された特徴は、他の実施形態と組み合わせることにより、さらに他の実施形態を導くことができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内に含まれるそのような修正や変更を包含することを意図している。 現代の製造業は、高度に自動化された精密なプロセスで行われている。現代の機械の精度及び各種３Ｄプリンティング手法における忠実度の向上は、あらゆる人工製品分野において、新たな性能や品質の向上を約束するものである。現代の製造プロセスの大部分が完璧な３Ｄモデルや高精度な機械を用いている一方で、これらのツールの有用性は、実際に製造された部品を測定するために用いられる計測技術に依存している。物体の計測は、許容誤差、プロセス調整、設計プロセスへのフィードバックを提供し、製造された部品の忠実度を大幅に高める。製造された部品は、従来、ハンドヘルドカメラやノギスなどの工具を用いて検査されてきた。より最近の技術としては、物体が静止レーザの前を通過するときに、物体の高さを測定する静止式レーザラインスキャナや、人間や機械のアームによる操作によって、複数の角度から走査して３Ｄモデルを生成するハンドヘルド３Ｄスキャナがある。単一の物体の３Ｄ走査は、物体を静止プラットフォーム上に配置し、物体またはプラットフォームのいずれかを自動的に回転させることによっても行われる。場合によっては、３Ｄスキャナを直線的に移動させながら、物体をプラットフォーム上で回転させることもある。しかしながら、このようなプロセスでは、（製造ラインからのもののような）大量の移動物体を、迅速かつ容易に３Ｄ走査することはできない。むしろ、従来の走査技術は、一般的に二次元での走査、または一度に単一の固定／回転物体の３Ｄ走査を行うように設計されている。これらの２つの制約はいずれも、３Ｄ部品を大量に安価で生産する上で問題となる。 したがって、ある実施形態において、本開示は、静止外側リング部材及び回転内側リング部材を有するリングアセンブリと、回転内側リング部材に取り付けられ、物体（例えば、物体の外面）の３Ｄモデルを、物体がリングアセンブリの中心を通過するときに走査・レンダリングする３Ｄスキャナとを備えたスキャナシステムに関する。より具体的には、ある実施形態において、リングアセンブリ（したがって、回転内側リング部材）は中心開口部を有しており、その開口部の内径に３Ｄスキャナが取り付けられている。したがって、本開示のスキャナシステムは、回転内側リング部材の中心開口部を物体が通過するときに、大量の物体を自動的に走査することが可能である。ある実施形態では、本開示のスキャナシステムは、生産ラインを通過する製造部品を走査することができる。生成された３Ｄモデルについて、その後、品質管理の目的で、元の３Ｄモデルと自動的に比較することができる。本開示のスキャナシステムは、成果物の品質管理、ヒトの３Ｄモデル生成、ロケット部品の公差測定、または本明細書に記載された走査技術の恩恵を受けることができる他のいかなる用途においても、大量自動３Ｄ走査のために用いることができる。 任意の適切な３Ｄスキャナを用いてもよく、それには、例えばレーザスキャナ、イメージスキャナ、またはそれらの組み合わせが挙げられる。そのため、ある実施形態において、３Ｄスキャナは、回転内側リング部材の中心開口部の周りで回転しながら、物体の方を向くように配置される。いくつかの実施形態では、３Ｄスキャナは、回転トラックに取り付けられてもよく、あるいは、リングアセンブリ全体の内径（本明細書では回転内側リング部材と呼ぶ）が、外側リング部材（静止外側リング部材）の相対位置に対して移動可能であってもよい。したがって、ある実施形態において、物体は、回転内側リング部材の開口部を通過して、その通過中に全方向から３Ｄ走査される。これに応じて、ある実施形態では、再構成ソフトウェアを用いて３Ｄスキャナから収集されたデータを、物体の３Ｄモデルに変換することができる。コンベヤ部材などの補助装置は、この後の処理段階において除去されてもよい。生成された３Ｄモデルを、その後、表示したり、所望の３Ｄモデルと比較したり、互いに比較したりしてもよい。 図面を参照すると、図１Ａ～７は、本明細書に従った、複数の物体を走査するスキャナシステム１００のある実施形態の各種図である。特に、図１Ａは本明細書に従った、スキャナシステム１００のある実施形態の簡略化された側面透視図であり、図１Ｂは図１Ａに示すスキャナシステム１００の上面図である。図２Ａ及び２Ｂは、本明細書に従った、スキャナシステム１００のある実施形態の正面図である。図３Ａ及び３Ｂは、本明細書に従った、他のスキャナシステム１００のある実施形態の正面図である。図４は、本明細書に従った、さらに他のスキャナシステム１００のある実施形態の正面図である。図５は、本明細書に従った、さらに他のスキャナシステム１００のある実施形態の正面図である。図６は、本明細書に従った、さらに他のスキャナシステム１００のある実施形態の概略図である。図７は、本明細書に従った、スキャナシステムのコントローラに含まれる可能性のある構成要素のブロック図である。 したがって、図１Ａ～５に概略的に示すように、スキャナシステム１００は、静止外側リング部材１０４及び回転内側リング部材１０６を有するリングアセンブリ１０２を含む。さらに、図に示すように、回転内側リング部材１０６は、静止外側リング部材１０４に対して回転可能になっている。より具体的には、図２Ａ～５に概略的に示すように、静止外側リング部材１０４及び回転内側リング部材１０６は、互いに同心円状に配置されている。加えて、ある実施形態において、回転内側リング部材１０６は、静止外側リング部材１０４と回転内側リング部材１０６との間に配置された複数のローラー要素（例えば、ボールベアリング）やトラックなど、適切な手段を用いて静止外側リング部材１０４に対して回転可能であってもよい。 さらに、図に示すように、スキャナシステム１００は、回転内側リング部材１０６に取り付けられた少なくとも１つのスキャナ１０８を含む。したがって、スキャナ１０８は、任意の適切な速度で回転軸Ｒの周りを回転するように構成される。ある実施形態では、例えば、スキャナ１０８は、時計回り方向及び