CN101223414B - 形状检查方法及装置 - Google Patents

Abstract

在无需为制品的每种样式准备检验台的情况下，实施形状检查。具有将被测物放置在实测用检验台的第1工序；获取与该被测物的表面形状相关的信息的第2工序；根据获得的与被测物的表面形状相关的信息，计算出被测物在失重状态下的形状数据的第3工序；根据被测物在失重状态下的形状数据，重新计算出被放置于规定检验台的状态下的被测物的形状数据，根据该重新计算的形状数据，判断被测物1的品质的第4工序。

Description

形状检查方法及装置 

技术领域

本发明涉及形状检查方法及装置，特别涉及适合于汽车用窗玻璃的形状检查的方法及装置。 

背景技术

目前，汽车用窗玻璃使用对应于汽车的设计的各种弯曲形状的玻璃。这些窗玻璃是将以浮法等制成的平板状的玻璃板切成所需形状后，加热软化，通过压制成形等弯曲成形而得。侧窗玻璃和后窗玻璃一般采用强化玻璃，因此通过将弯曲成形后的处于加热状态的玻璃板立即风冷，可制成所谓的物理强化玻璃。 

另一方面，被用于挡风玻璃的夹层玻璃是将切成大致同一形状的2块玻璃板以2块重叠的状态放置于环状的工卡具上，在炉内进行加热，从而自重弯曲成所需的弯曲形状。弯曲成形后被慢慢冷却，没有像强化玻璃那样被风冷强化。然后，在成形了的2块玻璃板之间夹入透明树脂制的中间膜(聚乙烯醇缩丁醛等)，实施真空袋内的预压接处理以及其后的高压釜内的加热·加压处理，从而制成玻璃板和中间膜形成一体的夹层玻璃。 

将这样制成的弯曲玻璃安装于汽车上时，被要求高精度的形状再现性。如果是门玻璃，由于通过搭乘者的操作而上下滑动开闭，若无法再现所需的设计形状，则使其滑动时可能会与周边的金属构件等撞击或刮擦而破损。此外，即使是挡风玻璃和后窗玻璃等的固定窗，如果形状的再现性差，则向开口部的安装变得困难，还可能会产生透视变形(透过玻璃的影像变形的现象)或反射变形(玻璃面照出的影像变形的现象)等窗玻璃特有的问题。 

因此，以往将弯曲成形后的玻璃板搭载于被称作检具(ゲ一ジ)的检验台(例如参照专利文献1)来进行形状检查，仅将具有规定的形状精度的玻璃用于汽车的制造。检具是具有与规定的设计形状一致地制成的搭载面的检验模具，该搭载面中埋入有多个距离传感器。通过测定自型面至玻璃板背面的距离，测定与设计形状的偏差，从而评价形状的精度。以往，对全部或抽选的部分成形了的玻璃板进行这样的采用检具的检查。

专利文献1：日本专利特开平4-242103号公报 

发明的揭示 

然而，采用检具的检查中，需要将每1块玻璃板搭载于检具上的操作，生产性的提高方面存在极限。此外，需要对最终制品的每种样式都准备检具，因此为了适应目前多种多样的汽车生产，需要巨大数量的检具。此外，检具具有与窗玻璃同等程度或更大的大小，为每种样式准备的多个检具的保管上也存在需要大规模的场地的问题。如果考虑到将来的修补用途，还存在必须长时间保管这些检具的问题。 

本发明的目的在于解决这样的问题，提供不需要为制品的每种样式准备检验台就可以实施的形状检查方法及装置。 

为了实现上述目的，本发明所提供的形状检查方法的特征在于，具有将被测物放置在具有支撑所述被测物的、长度可调整的第1、第2和第3支撑点部的3点支撑检验台、即实测用检验台的第1工序；获取与该被测物的表面形状相关的信息的第2工序；根据与上述被测物的表面形状相关的信息，计算出被测物在失重状态下的形状数据的第3工序；根据上述被测物在失重状态下的形状数据，重新计算出被放置于规定检验台的状态下的被测物的形状数据，根据该重新计算的被测物的形状数据，判断上述被测物的品质的第4工序。 

此外，本发明的形状检查方法的一种形态包含以下的构成。即，理想的是上述被测物在失重状态下的形状数据是根据由实测而得的与上述被测物的表面形状相关的信息，利用计算机模拟对施加了与重力反向的力时的状态进行再现而得。理想的是具有根据上述第3工序中计算出的上述被测物在失重状态下的形状数据和与上述被测物相关的规定设计形状数据之间的比较，判断上述被测物的品质的工序，来代替上述第4工序。理想的是上述第2工序对上述被测物进行摄像，通过拍摄的图像获取与被测物的表面形状相关的信息。 

此外，本发明所提供的形状检查方法的另一形态的特征在于，具有根据被放置在规定检验台的状态下的被测物的设计形状数据，计算出失重状态下的被测物的设计形状数据的第1工序；根据失重状态下的上述被测物的设计形状数据，计算出被放置在具有支撑所述被测物的、长度可调整的第1、第2和第3支撑部的3点支撑检验台、即实测用检验台的状态下的被测物的设计形状数据的 第2工序；将上述被测物放置在上述实测用检验台的第3工序；获取与该被测物的表面形状相关的信息的第4工序；根据被放置于上述实测用检验台的状态下的被测物的设计形状数据以及与上述被测物的表面形状相关的信息，判断上述被测物的品质的第5工序。 

此外，本形态理想的是，上述被测物在失重状态下的设计形状数据由针对被放置于规定的检验台的状态下的上述被测物的设计形状数据，利用计算机模拟对施加了与重力反向的力时的状态进行再现而得。理想的是具有根据被放置于规定的检验台的状态下的被测物的设计形状数据，计算出被测物被放置于实测用检验台的状态下的被测物的设计形状数据的工序，来代替上述第1工序和上述第2工序。理想的是上述第4工序对上述被测物进行摄像，通过拍摄的图像获得与被测物的表面形状相关的信息。 

另外，本发明的形状检查方法理想的是，上述被测物为玻璃板。 

此外，本发明所提供的形状检查装置的特征在于，具有放置被测物用的实测用检验台；获取与该被测物的表面形状相关的信息的摄像机；计算机，所述计算机根据与上述被测物的表面形状相关的信息，计算出在失重状态下的上述被测物的形状数据，根据上述被测物在失重状态下的形状数据，重新计算出被放置在规定的检验台的状态下的上述被测物的形状数据，根据该重新计算出的形状数据判断上述被测物的品质。 

此外，本发明的形状检查装置的一种形态包含以下的构成。即，上述计算机根据上述计算出的上述被测物在失重状态下的形状数据和与上述被测物相关的规定的设计形状数据之间的比较，判断上述被测物的品质，以此代替重新计算出被放置在规定的检验台的状态下的上述被测物的形状数据，根据该重新计算出的形状数据判断上述被测物的品质。 

此外，本发明所提供的形状检查装置的另一形态的特征在于，具有放置被测物用的实测用检验台；获取与该被测物的表面形状相关的信息的摄像机；计算机，所述计算机根据被放置在规定的检验台的状态下的被测物的设计形状数据，计算出失重状态下的被测物的设计形状数据，根据失重状态下的上述被测物的设计形状数据，计算出被放置于实测用检验台状态下的被测物的设计形状数据，根据该计算出的设计形状数据以及与上述被测物的表面形状相关的信息，判断上述被测物的品质。 

此外，作为一种形态，上述计算机根据被放置在规定的检验台的状态下的被测物的设计形状数据，计算出被测物被放置在实测用检验台的状态下的被测物的设计形状数据，以此代替根据被放置在规定的检验台的状态下的被测物的设计形状数据，计算出失重状态下的被测物的设计形状数据，根据失重状态下的上述被测物的设计形状数据，计算出被放置于实测用检验台状态下的被测物的设计形状数据。 

另外，本发明的形状检查装置理想的是，上述实测用检验台具有支撑上述被测物的第1、第2和第3支撑部。 

本发明通过根据被测定的被测物的形状再现失重状态(即排除了重力影响的状态)下的形状，可以在不受由重力产生的挠曲的影响的情况下，判断被测物的形状品质。此外，通过求出将该失重状态的被测物放置在规定检验台的状态，可以在不实际准备多个检验台的情况下，再现使用这些检验台时的检查。 

另外，具备支撑被测物的第1、第2和第3支撑部的实测用检验台为3点支撑的检验台，所以不受被测物形状的限制，可以保证支撑该被测物，因此在可以通用这一点上是理想的。 

此外，通过根据被测物的设计形状数据再现失重状态下的形状，求出放置在实测用检验台的状态，可以与将被测物放置在通用的实测用检验台的状态下测定的形状进行比较评价，能够在不实际准备多个检验台的情况下，再现使用这些检验台时的检查。另外，通过预先根据设计形状数据求出放置在实测用检验台的状态，可以减少对被测物进行测定后的计算量，顺利地进行检查。 

附图的简单说明 

图1为表示本发明的检查装置的一种实施方式的说明图。 

图2为表示检验台的平面图(图1的II-II′线向视图)。 

图3(a)、(b)为表示本发明的检查方法的一种实施方式的流程图。 

图4(a)～(c)为用于说明检查步骤的模式图。 

图5为表示本发明的形状测定系统的一种实施方式的说明图。 

图6为表示形状测定用的光学系统的截面图。 

图7为表示彩色图案的概要的说明图。 

图8为表示基本图案的平面图。 

图9为表示用彩色摄像机对构成基本图案的8种颜色进行摄像后的红成分、绿成分和蓝成分的强度的图。 

图10(a)为表示关注红成分时呈现的条纹图案的平面图，(b)为表示关注蓝成分时呈现的条纹图案的平面图。 

图11为表示形状测定的一种实施方式的流程图。 

图12为表示法线向量的求法的说明图。 

图13为表示对于1个采样点根据反射像求法线向量的步骤的流程图。 

图14(a)、(b)为表示在采样点附近映出的基本图案的反射像的平面图。 

图15(a)、(b)为在采样点附近映出的基本图案的反射像的局部放大的平面图。 

图16为表示形成反射像的情况的说明图。 

图17为表示形成反射像的情况的说明图。 

图18为表示形成反射像的情况的说明图。 

图19为表示被用于法线向量的修正的修正向量的说明图。 

图20为表示本发明的另一实施方式的说明图。 

图21(a)、(b)为表示本发明的检查方法的另一实施方式的流程图。 

图22(a)～(d)为说明检查步骤用的模式图。 

图23(a)为表示本发明的实施例中的玻璃板的形状模型(有限元网格)的平面图，(b)、(c)为表示模拟的结果和实测值的比较结果的平面图。 

符号的说明 

1：被测物，2：面光源，3：彩色图案，4：彩色图案中所开的孔，5：主彩色摄像机，6、7：副彩色摄像机，8：计算机，9：主彩色摄像机的视野，10、11：副彩色摄像机的视野，12：构成彩色图案的基本图案，13：存在于基本图案内的第1条纹图案，14：存在于基本图案内的第2条纹图案，15：主彩色摄像机的观察点，16：被测物上的采样点，17：彩色图案上的参照点，18：法线向量，19：入射角，20：反射角，21：用彩色摄像机拍摄的采样点的像，22：位于主彩色摄像机的视野中的采样点中最先求法线向量的点，23：用主彩色摄像机拍摄反射像时在点22映出的参照点，24：基准点，25：点22附近的参照点，26：用主彩色摄像机拍摄反射像时在点25映出的参照点，27：同时进入主彩色摄像机、副彩色摄像机的视野的采样点，28：用副彩色摄像机拍摄反射像时在点27映出的参照点，29：基于主彩色摄像机的反射像求得的点27的法线向量，30：预测参照点，31：计算预测参照点时算出的光路，32：基于副彩色摄像机的反射像求得的点27的法线向量，33：修正向量，110：检验台，111：架台，112：支杆，120：计算机，121：摄像机，122：键盘，123：显示器，124：存储装置。 

实施发明的最佳方式 

以下，对本发明的一种实施方式进行说明。 

图1为表示本发明的检查装置的一种实施方式的说明图。如该图所示，检验台110(相当于权利要求中所述的实测用检验台)中，俯视时矩形的架台111上向上方突出地安装有用于支撑玻璃板等被测物1的背面的3根支杆112(参照图2)。3根支杆112以分别位于三角形的顶点的状态配置于架台111的上表面。各支杆112的前端安装有以树脂等制成的垫片，被测物1被放置于其上。通过使用3根支杆，如果适当调整各支杆的配置和长度，则不论怎样的玻璃板形状，都可以支撑玻璃板的背面，因此是理想的。 

另一方面，被测物1的上方配置有用于对被测物1的表面进行拍摄的摄像机121，具备用于获取通过摄像机121拍摄的图像并进行所获图像的图像处理等的由个人计算机或工作站等构成的计算机120。计算机120上连接有各种输入输出设备，例如具备键盘122、LCD等显示器123和硬盘驱动装置等存储装置124等。存储装置124中存有所拍摄的图像的数据、用于实施图像处理或摄像机的驱动控制等的程序等。 

以下，对本发明的检查步骤进行说明。 

图3为表示本发明的检查方法的一种实施方式的流程图。图4(a)～(c)为用于说明检查步骤的模式图。首先，用人手或机械手(未图示)将被测物1放置在图1的检验台110上(步骤S1，图4(a))。接着，使用摄像机121拍摄被测物1的上表面，通过计算机120获取拍摄的图像(步骤S2)。接着，计算机120通过图像处理提取被测物1的轮廓形状和表面的斜度等，计算出被测物1的三维形状后，通过公知的方法生成有限元网格(步骤S3)。形状计算的具体步骤后述。 

接着，根据计算出的被测物1的形状，通过模拟求出失重状态下的三维形状1a(步骤S4，图4(b))。这时，被测物1的形状因重力的影响而稍有挠曲，但挠曲方式根据支撑点的个数和位置而发生变化，因此不适合根据这时计算出的形状进行后段的模拟(步骤S5)。因此，本发明中，再现放置于检验台110前的被测物1的形状1a(特别是失重状态下的形状)，采用该形状。形状计算的具体步骤后述。 

接着，根据计算出的失重状态下的形状1a，重新计算出搭载于规定检验台130(相当于权利要求中所述的规定检验台)的状态下的形状1b(步骤S5)，评价形状的品质(步骤S6，图4(c))。评价中，假设放置于规定检验台130的状态，在设置于搭载面的多个距离传感器的位置、即规定的评价点，计算出自检验台 130的搭载面至步骤S5中计算出的被测物1的形状1b的背面的距离，从而进行评价。 

如上所述，本发明根据搭载于通用的检验台110的状态下的形状数据，求出搭载于规定检验台130的状态下的形状数据1b，从而起到不需要针对每个制品的样式准备检验台的良好效果。此外，可以根据步骤S3中计算出的被测物1在失重状态下的形状数据1a和与被测物1相关的规定设计形状数据(CAD数据)之间的比较，判断被测物1的品质，来代替步骤S5。比较中，使得在规定检验台130中支撑被测物1的预定点中的至少3点失重状态下的被测物1的形状数据1a和设计形状数据的坐标一致，在设置于规定检验台130的搭载面的多个距离传感器的位置、即规定的评价点，计算出被测物1在失重状态下的形状数据1a和设计形状数据的偏差量，通过该偏差量是否在规定范围内来进行评价。该评价在被测物1为不易因重力影响而变形的形状、姿态的情况下可以减少计算机120的计算量，所以是理想的。 

另外，步骤S4中的失重状态下的三维形状1a的计算方法有若干种方法，例如可以采用如下所示的方法。首先，对于步骤S1中测得的三维形状，通过施加与重力反向且与重力同样大小的力来代替作为外力所加的重力，从而模拟排除了重力影响的形状(即失重状态下的形状)，将所得形状设定为“初始形状”(步骤S41)。这时，需要支撑玻璃板而使其不因所加的力而移动，因此在对应于上述3点支撑的位置的玻璃板的上表面，采用向下对玻璃板进行3点支撑的构件(相当于图4(b)的假想支杆112a)。 

接着，通过计算机模拟再现将该“初始形状”的玻璃板放置在3点支撑的检验台的状态(步骤S42)。然后，比较通过该模拟所得的形状和步骤S3中得到的基于实测的三维形状数据(步骤S43)，如果两者的各网格中的节点的位置一致，则判断上述再现的失重状态的形状准确。 

但是，一般两者间经常产生差异，因此确认每个用于模拟的网格的节点产生何种程度的误差，各节点的误差的平均值在规定值以上时(步骤S44)，使上述“初始形状”变形来消除该误差(步骤S45)，回到步骤S42再次进行同样的处理。当然，可以根据误差的最大值是否超过规定值进行判断，也可以根据误差的最小值是否低于规定值进行判断，或者可以仅根据事先设定的特定节点的误差进行判断。然后，重复步骤S42～S45，直至步骤S44中的判断结果收敛，如果各节点的误差收敛至规定的误差范围内，则将这时的“初始形状”确定为“失 重状态下的三维形状”(步骤S46)。将上述误差范围定至何种程度根据制品的形状、大小或JIS(日本工业标准)等标准中的要求值等适当设定。 

以下，对通过摄像实测被测物的表面形状的方法进行具体说明。 

图5为表示形状检查装置的基本结构的说明图。如该图所示，在汽车用玻璃等具有镜面的被测物1的上方设置面光源2。在面光源2的发光面设置彩色图案3。为了拍摄彩色图案3在被测物1上映出的反射像，配置1台主彩色摄像机和至少1台副彩色摄像机。这些彩色摄像机相当于图1的摄像机121。对彩色摄像机的数量没有限制，这里使用主彩色摄像机5以及副彩色摄像机6和7，共计3台彩色摄像机。主彩色摄像机5被配置于面光源2的内部，通过彩色图案3中所开的孔4拍摄被测物1上映出的反射像。副彩色摄像机6和7配置在面光源2的外侧，拍摄被测物1上映出的反射像。个人计算机等计算机8与彩色摄像机5、6、7连接，使用公知的图像处理技术分析通过这些摄像机拍摄的反射像，求出被测物1的形状。光学系统和被测物被置于XYZ坐标系中，Z轴取铅垂方向。面光源2的边与X轴、Y轴平行。以下，将记述光学系统整体的配置的XYZ坐标系称作全局坐标系，将全局坐标系中的坐标称作全局坐标。 

作为面光源2，使用在框体内部配置多个荧光灯并将发光面以玻璃板覆盖的光源。作为粘附于该发光面的彩色图案3，可以使用在透明或光扩散性的树脂膜上印刷(例如喷墨印刷)彩色图案而得的图案。彩色图案3可以粘附于1块覆盖玻璃的表面，也可以用2块覆盖玻璃夹着。面光源2的亮度较好是尽可能均匀，因此精心设计放入框体内部的荧光灯的配置。此外，彩色图案3所用的树脂膜较好是非透明而使光扩散透过的材质。由此，面光源2的亮度不均可以得到减轻。彩色摄像机5、6和7只要是面阵摄像机即可，没有特别限定。 

图6为光学系统的YZ平面的局部截断侧面图，表示3台彩色摄像机的位置、视野的关系。主彩色摄像机5的姿态为竖直向下，在视野9的范围内拍摄反射像。副彩色摄像机6在视野10的范围内拍摄反射像，呈被测物1上视野10的一部分与视野9的一部分重叠的姿态。同样地，副彩色摄像机7也在视野11的范围内拍摄反射像，呈被测物1上视野11的一部分与视野9的一部分重叠的姿态。这3台彩色摄像机在全局坐标系中固定，因此位置和姿态可以作为已知信息获得。 

图7为彩色图案3的说明图。彩色图案3是将基本图案12作为一个单位，将多个基本图案不相互重复地紧密排列而得的图案。因此，彩色图案3为在纵向和横向中的任意方向上基本图案12都周期性出现的图案。 

图8为基本图案12的详细说明图。基本图案12由6×6的微小矩形图案构成，各微小矩形图案被施以颜色12a～颜色12h的共8种颜色中的任一种色彩。并且，如图8所示，基本图案12上附带有由水平和垂直方向构成局部坐标系。以下，将表示基本图案12内部的点的位置的坐标称作局部坐标。图8所示的基本图案的情况下，局部坐标的成分取0～6的元量纲的值。通过这些局部坐标，可以描述基本图案12内部的任意位置。例如，图8的基本图案12中，左下的点表示(0，0)，中央的点表示(3，3)，右上的点表示(6，6)。局部坐标的各成分并不局限于整数，例如可以是(2.5，3.3)等描述。以下，将基本图案12内部的点的位置称作局部坐标。 

对于构成基本图案的8种颜色预先如下调整颜色。 

图9表示用摄像机拍摄的构成基本图案的8种颜色时所得的图像的红成分、绿成分、蓝成分。图的纵轴表示各颜色成分。使颜色12a、颜色12b、颜色12c不包含蓝成分，红成分都使其为相同强度。颜色12a、颜色12b、颜色12c的差别在于绿成分的强度。同样地，使颜色12d、颜色12e、颜色12f不包含红成分，蓝成分都使其为相同强度。颜色12d、颜色12e、颜色12f的差别在于绿成分的强度。颜色12g的红成分、绿成分和蓝成分为相同强度，颜色12h没有红成分、绿成分和蓝成分中的任一种。另外，颜色12g的红成分、绿成分的强度分别与颜色12a、颜色12b、颜色12c的红成分和颜色12d、颜色12e、颜色12f的蓝成分相同。 

通过将构成基本图案12的8种颜色如上所述进行调整，可以使基本图案12内部存在相互正交的2个条纹图案。如果用彩色摄像机拍摄基本图案12并仅关注红成分，则如图10(a)所示，出现条纹图案13。同样地，如果仅关注蓝成分，则如图10(b)所示，出现条纹图案14。由此，如果采用本实施方式，则使用的彩色图案为1个，但通过改变关注的颜色成分，可以获得相互正交的2个条纹图案。由图10可知，条纹图案13对应于H方向的局部坐标，条纹图案14对应于V方向的局部坐标。虽然较好是条纹图案13和14正交，但也可以是其它角度，可以选择不呈平行的范围内的倾斜角度。 

以下，对本发明的形状测定的原理进行说明。 

图11为表示形状测定的一种实施方式的流程图。如该图所示，基于镜面反射的法则，求出预先生成于被测物上的采样点的法线向量，最终进行积分计算，从而求出被测物的形状。首先，求出位于主彩色摄像机的视野内的采样点的法 线向量，然后求出位于副彩色摄像机的视野内的采样点的法线向量(步骤S11、S12、S13)。然后，对于通过副彩色摄像机求得的法线向量加以修正，使其与通过主彩色摄像机求得的法线向量具有连续性(步骤S14)。最后，将通过法线向量得到的面的斜率进行积分，获得被测物的形状(步骤S15)。对于积分计算的具体方法，可以使用公知的方法，例如可以使用日本专利特开2005-345383号公报或日本专利特开平11-211440号公报中所揭示的方法。 

图12表示对于1个采样点求法线向量的情况。在这里，对于使用主彩色摄像机5求法线向量的想法进行说明。假设从位于观察点15的彩色摄像机(未图示)拍摄被测物1上的采样点16时，映出彩色图案3上的参照点17的反射像。在这里，考虑求出采样点16的法线向量18。在采样点16映出参照点17的反射像时，从参照点17发出的光在被测物1上的采样点16被反射后，到达彩色摄像机的观察点15。根据镜面反射的法则，在采样点16光的入射角19和反射角20相等。因此，如果已知观察点15、反射点16、参照点17的全局坐标，就可以确定法线向量18。 

如上所述，法线向量18的计算需要观察点15、反射点16、参照点17的全局坐标，将它们分为已知信息和未知信息进行整理如下。首先，彩色摄像机5固定，所以其观察点15为已知信息。采样点16为需要求出形状的被测物1上的点，本来是未知信息，但如果是汽车用玻璃，则可以给出如设计形状等的近似值。测定时放置汽车用玻璃的位置也是已知的，所以可以将采样点16作为已知信息处理。相对地，参照点17根据实际的被测物1的形状而变化，因此每次被测物1变化时都必须求出参照点17的位置。彩色图案3的位置固定，因此参照点17的全局坐标中的Z成分为已知信息，但XY成分为未知信息。综上所述，求法线向量18所需的信息中的未知信息为参照点17的全局坐标的XY成分，求出该成分成为反射像分析的主要目的。 

图13为表示计算出1个采样点的法线向量的步骤的流程图。最初，着眼于采样点附近的反射像，求出在采样点映出的参照点的局部坐标(步骤S21)。接着，基于局部坐标和后述的约束条件，确定参照点的全局坐标(步骤S22)。最后，使用镜面反射的法则，计算采样点的法线向量(步骤S23)。 

在这里，对作为图13的流程图的最初的步骤的参照点的局部坐标计算的方法进行说明。如图8所示，彩色图案3是周期性地铺满基本图案12而成的图案。因此，任意参照点都必定位于基本图案12的某一位置，可以求出其局部坐标。 

图14为在采样点16的附近映出的基本图案12的反射像。图14(a)对应于反 射像的红成分，图14(b)对应于反射像的蓝成分。另外，图14为镜像，所以需要注意图14(a)相对于图10(a)左右互换。此外，汽车用玻璃为曲面，所以一般如图14所示拍摄到变形的图案。点21为通过彩色摄像机5获取的采样点16的像。本实施方式中，通过分析点21附近的反射像，求出参照点17的局部坐标。 

图14中，在求局部坐标方面有3条重要的信息。它们是， 

其1：点21位于条纹图案的白色区域，还是位于黑色区域； 

其2：位于附近的条纹图案的白色区域(但是不包括图8中的颜色12g的区域)的彩色图像中的绿成分的强度； 

其3：至夹着点21的条纹边界的长度。 

图15为将图14的点21附近进一步扩大而得的图像。图15(a)对应于反射像的红成分，图15(b)对应于反射像的蓝成分。图15(a)中，将点21至条纹边界的长度设为d0_h、d1_h。其中，将至水平方向的局部坐标小的条纹边界的长度设为d0_h，将两边界中水平方向的局部坐标小的一方设为h0。同样地，图15(b)中，将点21至条纹边界的长度设为d0_v、d1_v。依然，将至垂直方向的局部坐标小的条纹边界的长度设为d0_v，将两边界中垂直方向的局部坐标小的一方设为v0。这时，点21的局部坐标通过式(1)、式(2)给出。 

(点21的水平方向局部坐标成分)＝d0_h/(d0_h+d1_h)+h0…(1) 

(点21的垂直方向局部坐标成分)＝d0_v/(d0_v+d1_v)+v0…(2) 

为了准确地求出h0或v0，本实施方式中使用前述3条信息中的其1、其2的信息，准确地确定h0或v0。作为例子，考虑确定h0的情况。该情况下，点21如果在图14(a)中位于白色区域，h0的候选值范围缩小至0、2、4。相反地，如果位于黑色区域，h0的候选值范围缩小至1、3、5。然后，通过考察图14(a)中在点21附近且位于白色区域(但是不包括图8中的颜色12g的区域)的彩色图像中的绿成分，可以从3个h0的候选值中选择一个。 

如上所述，通过考察在采样点附近映出的反射像，可以求出参照点的局部坐标。然而，基本图案12在彩色图案3的内部周期性地配置有多个，因此即使知道了局部坐标，参照点的全局坐标也并未确定为唯一的一个。参照点的全局坐标通过在以前述方法所求得的局部坐标的信息上附加约束条件来确定。约束条件的给出方法根据情况有3种，所以下面分别进行说明。表1表示3种约束条件。 

[表1] 

采样点的种类	约束条件
		主彩色摄像机的视野内最先求出法线  向量的采样点	全局坐标已知的基准点
在附近的采样点映出的参照点已经确  定的采样点	在附近的采样点映出的参照点

副彩色摄像机的视野内的采样点中已  经通过自其它摄像机的信息确定了法  线向量的采样点

根据已确定的法线向量预测的参  照点

在这里，对第1种约束条件进行说明。 

图16表示彩色摄像机5拍摄采样点22时拍到的参照点23的反射像的情况。在这里，假设采样点22是进入彩色摄像机5的视野的采样点中最先求出法线向量的采样点。图16中，彩色图案3上的基准点24假设其全局坐标已知。理想的是，基准点24具有可以容易地与彩色图案3中的其它点区别的明显的特征。例如，一种方法是采用彩色图案3中所开的孔4(参照图5)附近的点。或者，也可以考虑将基本图案中的1个区域以除图8所示的8种颜色以外的颜色上色，将其中心点作为基准点24的方法。通过选择参照点23尽可能接近基准点24的采样点22，可以根据与基准点24的位置关系准确地求出参照点23的全局坐标。 

采样点22的选定通过计算机模拟进行。假定被测物1为设计形状，通过光线追踪预测对应于各采样点的参照点位置。将其中参照点最接近基准点24的采样点作为采样点22即可。如上所述，仅通过本实施方式，对于最先计算法线向量的采样点，将全局坐标已知的基准点作为约束条件计算出法线向量。 

接着，对第2种约束条件进行说明。 

图17表示彩色摄像机5拍摄采样点25时拍到的参照点26的反射像的情况。在这里，假设采样点25是图16中位于最先求得了法线向量的采样点22附近的点。在采样点22映出的参照点23的全局坐标通过前述的方法已知。确定参照点26的全局坐标时，考虑将参照点23作为新的约束点。如果将采样点的间隔取得非常短，则可以将在附近的2个采样点映出的参照点2点间的距离抑制在基本图案12的尺寸以下。这时，将具有与参照点26相同的局部坐标的点中最接近参照点23的点认定为真正的参照点26即可。如上所述，通过将在附近的采样点映出的参照点位置作为约束条件，可计算出法线向量。通过将采样点22作为出发点向周围推广同样的计算，可以对彩色摄像机5的视野内的采样点求出法线向量。 

最后，对第3种约束条件进行说明。 

图18表示彩色摄像机7拍摄采样点27时拍到的参照点28的反射像的情况。在这里，假设采样点27位于彩色摄像机5和7的视野重叠的区域内。采样点27进入了彩色摄像机5的视野，所以应该已通过使用图16、图17说明了的方法求出了法线向量29。在这里，考虑使用彩色摄像机7拍到的反射像重新求出采样点27的法线向量。因此，需要参照点28的全局坐标，本实施方式中计算出参照点28的全局坐标时利用已知的法线向量29。 

图18中，在假定采样点27的法线向量与已知的法线向量29等同的情况下，预测参照点30为彩色摄像机7拍到的参照点的预测位置。光路31根据镜面反射的法则算出，光路31与彩色图案3的交点即为预测参照点30。如果准确把握彩色摄像机5和7的位置、姿态，则可以将具有与参照点28相同的局部坐标的点中最接近预测参照点30的点认定为真正的参照点28。其结果为，可以基于彩色摄像机7的观察点信息求出采样点28的法线向量。然后，可以将采样点27作为出发点，求出位于彩色摄像机7的视野内的其它采样点的法线向量。这时，使用上述的第2种约束条件即可。 

如图18所示，同一采样点进入多台彩色摄像机的视野的情况下，本实施方式中根据各彩色摄像机的图像求出法线向量。为了求出法线向量，需要彩色摄像机的观察点、采样点、参照点的全局坐标，但实际的测定中它们存在误差，根据各彩色摄像机的图像求得的法线向量并不严格一致。 

图19为图18中的采样点27附近的放大图。法线向量29为根据彩色摄像机5的图像求得的采样点27的法线向量，法线向量32为根据彩色摄像机7的图像求得的采样点27的法线向量。采样点27的法线向量是唯一的，所以本实施方式中求出以法线向量29和法线向量32的差给出的修正向量33，修正根据彩色摄像机7的图像求得的法线向量。即，将在根据彩色摄像机7的图像求得的法线向量上加上修正向量33而得的向量作为正确的法线向量。该修正向量不仅适用于彩色摄像机5和彩色摄像机7的视野重叠的区域内的采样点，还适用于所有位于彩色摄像机7的视野内的采样点。通过以上的修正处理，位于彩色摄像机5和7的视野内的采样点形成连续的法线向量分布。 

此外，上述法线向量的误差校正也可以使用以下的方法，使用图18进行说明。参照点28为彩色摄像机7拍摄采样点27时拍到的点。在假定采样点27的法线向量与已知的法线向量29等同的情况下，预测参照点30为彩色摄像机7拍到 的参照点的预测位置。在这里，将具有与参照点28相同的局部坐标的点中最接近预测参照点30的点认定为真正的参照点28，求出该参照点28和预测参照点30的偏差。在彩色摄像机5和彩色摄像机7的视野重叠的区域的采样点的所有位置求出该参照点和预测参照点的偏差。实施坐标变换，从而在所有位置消除求得的参照点和预测参照点的偏差。该坐标变换不仅适用于彩色摄像机5和彩色摄像机7的视野重叠的区域内的采样点，还适用于位于彩色摄像机7的视野内的采样点。通过如上所述实施坐标变换，根据彩色摄像机5的图像求得的采样点的法线向量和根据彩色摄像机7的图像求得的采样点的法线向量一致。通过以上的校正处理，位于彩色摄像机5和7的视野内的采样点形成连续的法线向量分布。 

对于彩色摄像机6也与彩色摄像机7同样地进行法线向量的计算和修正。由此，对于被测物1所生成的所有采样点求得法线向量，这些法线向量形成连续的分布。通过将根据法线向量所得的面的斜率进行积分，获得被测物1的形状。 

另外，上述中对在检验台110上静止的状态的被测物1的检查进行了说明，但本发明并不局限于此。例如，如图20所示，也可以采用将检验台110设置于传送带等搬运设施上，对被与检验台110一起搬运的被测物1进行拍摄检查的结构。该情况下，通过被测物1的两侧以适当的倾角设置副摄像机6a、6b、7a、7b，即使是曲率大的被测物(例如汽车用后窗玻璃)也可以容易地实现拍摄和检查。 

以下，对本发明的另一实施方式进行说明。获取玻璃板的表面形状信息的结构与上述实施方式的图1和图2相同，所以略去说明，对检查步骤进行说明。 

图21为表示本发明的检查方法的一种实施方式的流程图。图22(a)～(d)为说明检查步骤用的图。首先，图1的计算机120根据与被测物1相关的规定的设计形状数据1c(CAD数据)通过模拟求出失重状态下的三维形状1d(步骤S31，图4(b))。设计形状数据1c为设计形状，通过被测物1的设计形状数据1c设计规定的检验台130。因此，被测物1的设计形状数据1c就是放置在检验台130的状态的被测物1的形状(图4(a))，通过该设计形状数据1c进行计算。在这里，放置在检验台130的状态的被测物1的设计形状数据1c因重力影响而稍有挠曲，所以为了后段的模拟(步骤S32)，考虑到对应于检验台130的支撑点的个数和位置的挠曲方式，算出放置在检验台130前的被测物1的设计形状数据1d(特别是失重状态下的形状)。设计形状数据1d的计算方法后述。 

接着，根据计算出的失重状态下的设计形状数据1d，计算出放置在通用的检验台11a的状态下的设计形状数据1e(步骤S32，图4(c))。在这里，计算出的设计形状数据1e被存储于硬盘等存储装置124中。然后，用人手或机械手(未图示)将被测物1放置在图1的检验台110上(步骤S33，图4(d))。接着，使用摄像机121拍摄被测物的上表面，通过计算机120获取拍摄的图像(步骤S34)。接着，计算机120通过图像处理提取被测物1的轮廓形状和表面的斜度等，计算出被测物1的三维形状后，通过公知的方法生成有限元网格(步骤S35)。形状计算的具体步骤与前述的实施方式相同，略去说明。 

接着，根据存储于存储装置124中的计算出的设计形状数据1e和步骤S35中计算出的被测物1的三维形状的比较，评价形状的品质(步骤S36)。比较中，使得在检验台110中支撑被测物1的3点计算出的设计形状数据1e和步骤S35中计算出的被测物1的三维形状的坐标一致，对于规定的评价点，计算出步骤S35中计算出的被测物1的三维形状和计算出的设计形状数据1e的偏差量，以该偏差量是否在规定范围内来进行评价。 

如上所述，本发明中，通过根据放置在规定的检验台130的状态下的设计形状数据求出放置在通用的检验台110的状态下的设计形状数据，可以实现基于设计形状数据和放置在通用的检验台110的状态下的设计形状数据的比较的评价，起到不需要针对制品的每种样式准备检验台的良好的效果。此外，可以根据与被测物1相关的规定的设计形状数据1c计算出放置在通用的检验台110a的状态下的设计形状数据，以此代替步骤S31和步骤S32。该计算方法在被测物1为不易因重力影响而变形的形状、姿态的情况下可以减少计算机120的计算量，所以是理想的。 

另外，步骤S31中的失重状态下的三维形状的计算方法有若干种方法，例如可以采用如下所示的方法。首先，对于设计形状数据的三维形状，通过施加与重力反向且与重力同样大小的力来代替作为外力所加的重力，从而模拟排除了重力影响的形状(即失重状态下的形状)，将所得形状设定为“初始形状”(步骤S311)。这时，需要支撑玻璃板而使其不因所加的力而移动，因此在对应于上述规定的检验台的支撑位置的玻璃板的上表面，采用向下对玻璃板进行支撑的构件。 

接着，通过计算机模拟再现将该“初始形状”的玻璃板放置在规定的检验台的状态(步骤S312)。然后，比较通过该模拟所得的形状和设计形状数据(步 骤S313)，如果两者的各网格中的节点的位置一致，则判断上述再现的失重状态的形状准确。 

但是，一般两者间经常产生差异，因此确认每个用于模拟的网格的节点产生何种程度的误差，各节点的误差的平均值在规定值以上时(步骤S314)，使上述“初始形状”变形来消除该误差(步骤S315)，回到步骤S312再次进行同样的处理。当然，可以根据误差的最大值是否超过规定值进行判断，也可以根据误差的最小值是否低于规定值进行判断，或者可以仅根据事先设定的特定节点的误差进行判断。然后，重复步骤S312～S315，直至步骤S314中的判断结果收敛，如果各节点的误差收敛至规定的误差范围内，则将这时的“初始形状”确定为“失重状态下的三维形状”(步骤S316)。将上述误差范围定至何种程度根据制品的形状、大小或JIS(日本工业标准)等标准中的要求值等适当设定。 

实施例 

以下，为了验证图3(b)所示的再现失重状态的方法的合理性，进行计算机模拟，所以对其具体内容进行说明。 

图23(a)为表示本发明的实施例中的玻璃板的形状模型的平面图，该图(b)、(c)为表示模拟的结果和实测值的比较结果的平面图。 

首先，如该图(a)所示，假设正视时近似梯形的玻璃板的形状模型为由无数的板弯曲要素(正视时四边形且厚度“0”的要素)的集合形成的形状模型，使用它进行基于有限元法的挠曲分析。这时，玻璃板的板厚设为2.8mm，杨氏模量设为70600MPa，泊松比设为0.23。此外，分析软件采用美国阿巴卡斯公司(ABAQUS，Inc.)的ABAQUS/Standard。 

在这里，图中的黑圆标记和黑三角标记表示支撑玻璃板的点。实测以黑圆标记的点进行3点支撑的状态的玻璃板的形状后，同样地实测黑圆标记和黑三角标记共计6点支撑的玻璃板的形状。接着，将通过3点支撑获得的玻璃板的形状设定为图3(b)的步骤S41中所示的“初始形状”，适当重复图3(b)所示的流程，确定失重状态的形状。然后，使用通过该模拟得到的失重状态的形状，模拟6点支撑的状态，将其结果与实际通过检验台的6点支撑得到的形状进行比较，对存在何种程度的形状误差进行考察。 

其结果为图23(b)所示的结果，通过深浅表示形状误差。确认在该图的左下角，模拟结果和实测值中的对应节点(网格的节点)之间的误差(Z方向的位移)为-0.3mm，但玻璃板的中央部附近为0mm，随着接近右上角，到达+0.2mm。即， 面内的形状误差控制在±0.3mm，为较好的结果。另外，上述中，将没有误差的情况以“0”表示，将作为基准的一方的节点在另一方的节点之下时以“-”表示，相反地，将作为基准的一方的节点在另一方的节点之上时以“+”表示。此外，X、Y方向的位移量极小，所以本实施例中仅关注Z方向的位移，测定形状误差。 

此外，将3点支撑的实测值设定为步骤S41中的初始形状，根据该初始形状模拟失重状态，使用其结果再次模拟3点支撑的状态后，呈该图(c)所示的结果。即，该图左侧角为-0.13mm，但越靠右侧角越大，在玻璃板的中央部附近为0mm，在最右端到达+0.14mm左右，这方面也呈现较好的结果。 

产业上利用的可能性 

如上所述，本发明提供适合于汽车用窗玻璃的形状检查的形状检查方法和检查装置。此外，本发明当然并不局限于汽车用途，还可以适用于轨道车辆、航空器、船舶、建筑物等中所使用的窗玻璃的检查。此外，并不局限于玻璃板的检查，还可以适用于其他的镜面体、板状体和透镜等的检查。 

另外，在这里引用2005年7月15日提出申请的日本专利申请2005-206498号的说明书、权利要求书、附图和摘要的所有内容作为本发明说明书的揭示。 

Claims (10)

1.形状检查方法，其特征在于，具有，

将被测物放置在具有支撑所述被测物的、长度可调整的第1、第2和第3支撑部的3点支撑检验台、即实测用检验台的第1工序；获取与该被测物的表面形状相关的信息的第2工序；根据与上述被测物的表面形状相关的信息，计算出被测物在失重状态下的形状数据的第3工序；根据上述被测物在失重状态下的形状数据，重新计算出被放置于规定检验台的状态下的被测物的形状数据，根据该重新计算的被测物的形状数据，判断上述被测物的品质的第4工序。

2.如权利要求1所述的形状检查方法，其特征在于，上述被测物在失重状态下的形状数据是根据由实测而得的与上述被测物的表面形状相关的信息，利用计算机模拟对施加了与重力反向且与重力同样大小的力时的状态进行再现而得。

3.如权利要求1或2所述的形状检查方法，其特征在于，具有根据上述第3工序中计算出的上述被测物在失重状态下的形状数据和与上述被测物相关的规定设计形状数据之间的比较，判断上述被测物的品质的工序，来代替上述第4工序。

4.如权利要求1或2所述的形状检查方法，其特征在于，上述第2工序对上述被测物进行摄像，通过拍摄的图像计算出与被测物的表面形状相关的信息。

5.形状检查方法，其特征在于，具有，

根据被放置在规定检验台的状态下的被测物的设计形状数据，计算出失重状态下的被测物的设计形状数据的第1工序；根据失重状态下的上述被测物的设计形状数据，计算出被放置在具有支撑所述被测物的、长度可调整的第1、第2和第3支撑部的3点支撑检验台、即实测用检验台的状态下的被测物的设计形状数据的第2工序；将上述被测物放置在上述实测用检验台的第3工序；获取与该被测物的表面形状相关的信息的第4工序；根据被放置于上述实测用检验台的状态下的被测物的设计形状数据以及与上述被测物的表面形状相关的信息，判断上述被测物的品质的第5工序。

6.如权利要求5所述的形状检查方法，其特征在于，上述被测物在失重状态下的设计形状数据由针对被放置于规定的检验台的状态下的上述被测物的设计形状数据，利用计算机模拟对施加了与重力反向且与重力同样大小的力时的状态进行再现而得。

7.如权利要求6所述的形状检查方法，其特征在于，具有根据被放置于规定的检验台的状态下的被测物的设计形状数据，计算出被放置于实测用检验台的状态下的被测物的设计形状数据的工序，来代替上述第1工序和上述第2工序。

8.如权利要求5～7中任一项所述的形状检查方法，其特征在于，上述第4工序对上述被测物进行摄像，通过拍摄的图像计算出与被测物的表面形状相关的信息。

9.如权利要求1～2或者5-7中任一项所述的形状检查方法，其特征在于，上述被测物为玻璃板。

10.如权利要求9所述的形状检查方法，其特征在于，上述玻璃板为汽车用窗玻璃。

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