DE112006003100B4 - Shape recognition device and distortion evaluation device - Google Patents
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Abstract
Formerkennungsvorrichtung zum Durchführen einer Formerkennung auf der Grundlage dreidimensionaler Messdaten für eine Messgegenstandsoberfläche, wobei die Formerkennungsvorrichtung umfasst: – ein Annäherungskurvenanwendungsmittel, das Messpunktegruppen, die einer gemeinsamen Querschnittsebene angehören und die erste Datensätze darstellen, durch in dieser Querschnittsebene liegende Kreisbogensegmente als erste Annäherungskurven in der Weise annähert, dass der Abstand aller Punkte einer jeweiligen Gruppe zum Kreisbogen innerhalb einer eingestellten Differenz liegt, – ein Krümmungsableitungsmittel zum Bestimmen der Krümmung der jeweiligen ersten Annäherungskurven, – ein Gleichmäßigkeitsbereichsbestimmungsmittel zum Bestimmen von Gleichmäßigkeitsbereichen, in denen die von dem Krümmungsableitungsmittel bestimmten Krümmungen entlang der Längsrichtung des Querschnitts insofern gleich sind, dass ihre Variationen keine Tendenz zeigen, – ein Annäherungskurvenableitungsmittel zum Extrahieren der Daten, die in jeweils einem Gleichmäßigkeitsbereich vorhanden sind als einen zweiten Satz von Daten und zum Ableiten einer zweiten Annäherungskurve, die eine bestimmte Krümmung hat, die sich auf diesen zweiten Satz von Daten bezieht.Shape recognition device for performing shape recognition on the basis of three-dimensional measurement data for a measurement object surface, wherein the shape recognition device comprises: an approximation curve application means which approximates groups of measurement points which belong to a common cross-sectional plane and which represent first data sets by means of circular arc segments lying in this cross-sectional plane as first approximation curves that the distance of all points of a respective group to the circular arc lies within a set difference, - a curvature deriving means for determining the curvature of the respective first approximation curves, - a uniformity area determining means for determining uniformity areas in which the curvatures determined by the curvature deriving means along the longitudinal direction of the cross section are the same in that their variations show no tendency, an approximation curve deriving means for extracting the Data present in each uniformity region as a second set of data and for deriving a second approximation curve having a certain curvature relating to this second set of data.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Formerkennungsvorrichtung, die an einer Messgegenstandsoberfläche auf der Grundlage dreidimensionaler Messdaten für diese Messgegenstandsoberfläche eine Formerkennung durchführt, sowie auf eine Verzerrungsbewertungsvorrichtung, die unter der Verwendung der Form der Messgegenstandsoberfläche, die erkannt wird, eine Verzerrung bewertet.The present invention relates to a shape recognition apparatus that performs shape recognition on a measurement object surface based on three-dimensional measurement data for this measurement object surface, and to a distortion evaluation device that evaluates distortion using the shape of the measurement object surface that is recognized.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Bei einer Körperoberfläche (Karosserieoberfläche), wie zum Beispiel einer Oberfläche eines Türblechs eines Automobils, das unter der Verwendung von Stahlblech hergestellt wird, kann sich manchmal eine Form entwickeln, die von einer ursprünglich konzipierten Form abweicht (d. h. eine Verzerrung), was an der Dicke und/oder der Zusammensetzung des verwendeten Stahlblechs liegen kann. Dabei wird eine Bestimmung, ob die Verzerrung innerhalb eines hinnehmbaren Bereichs ist oder nicht, über eine sensorische Prüfung von einem Facharbeiter vorgenommen. Diese Entscheidung kann jedoch nach einem vorbestimmten Standard nicht angemessen erfolgen, wenn der Facharbeiter nicht über genügend Erfahrung verfügt und tatsächlich schon verschiedene Verzerrungen beobachtet hat. Aus diesem Grund wird eine Verzerrungsbewertungsvorrichtung vorgeschlagen, die zum mechanischen Ermitteln bestimmter Charakteristiken aus der Verzerrung in der Messgegenstandsoberfläche, wie zum Beispiel einer Körperoberfläche (Karosserieoberfläche), konzipiert ist, wodurch die sensorische Prüfung des Grads der Verzerrung in einer quantitativen Weise ausgeführt wird.In a body surface (body surface) such as a surface of a door panel of an automobile manufactured by using steel sheet, a shape may sometimes develop that deviates from an originally designed shape (ie, distortion), in thickness and / or the composition of the steel sheet used. A determination as to whether the distortion is within an acceptable range or not is made by a skilled worker through a sensory examination. However, this decision can not be made adequately by a predetermined standard if the skilled worker does not have sufficient experience and has actually observed various distortions. For this reason, there is proposed a distortion evaluation apparatus designed to mechanically determine certain characteristics from the distortion in the measurement object surface such as a body surface (body surface), thereby performing the sensory examination of the degree of distortion in a quantitative manner.
Bei der Verzerrungsbewertungsvorrichtung, die in der
Aus
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Aufgaben der ErfindungObjects of the invention
Bei Körperoberflächen (Karosserieoberflächen), die durch Pressformung aus Stahlblech hergestellt werden, kann sich eine leichte Verzerrung, wie zum Beispiel ein Rückfedern oder dergleichen getrennt und zusätzlich zu der oben erwähnten Verzerrung und dergleichen bilden. In diesem Fall entsprechen für die Messgegenstandsoberfläche tatsächlich berechnete Daten nicht den CAD-Daten. Außerdem enthalten die Differenzdaten auch ein Rückfedern ausdrückende Informationen zusätzlich zu den die Verzerrung ausdrückenden Informationen. Bei den ein Rückfedern ausdrückenden Informationen handelt es sich jedoch um Informationen, welche die intrinsische Form der Messgegenstandsoberfläche ausdrücken, und es handelt sich um keine Verzerrung. Mit anderen Worten kann die in der
Da eine herkömmliche Verzerrungsbewertungsvorrichtung die Verzerrung der Messgegenstandsoberfläche auf der Grundlage einer ungenauen Formerkennung der Messgegenstandsoberfläche bewertet, kann nicht behauptet werden, dass eine genaue Verzerrungsbewertung durchgeführt wird.Since a conventional distortion evaluating device judges the distortion of the measurement object surface based on inaccurate shape recognition of the measurement object surface, it can not be said that an accurate distortion evaluation is performed.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des oben erwähnten Problems gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Formerkennungsvorrichtung vorzusehen, welche die Form einer Messgegenstandsoberfläche genau erkennen kann, selbst wenn ein Verzerrungsrückfedern oder dergleichen auftritt, und auch, eine Verzerrungsbewertungsvorrichtung vorzusehen, die eine Verzerrung auf der Grundlage der Formerkennungsergebnisse bewerten kann.The present invention has been made in view of the above-mentioned problem, and it is an object of the present invention to provide a shape recognition device which can accurately recognize the shape of a measurement object surface even if a distortion spring or the like occurs, and also to provide a distortion evaluation device comprising a Distortion can be assessed based on the shape recognition results.
Mittel zum Lösen des ProblemsMeans of solving the problem
Hinsichtlich der Formerkennungsvorrichtung wird die oben erwähnte Aufgabe gelöst durch eine Formerkennungsvorrichtung mit den Merkmalen nach dem Patentanspruch 1.With regard to the shape recognition apparatus, the above-mentioned object is achieved by a shape recognition apparatus having the features of
Das Annäherungskurvenanwendungsmittel wendet erste Annäherungskurven die eine bestimmte Krümmung aufweisen, entsprechend auf eine Vielzahl erster Datensätze entlang der Längsrichtung des Querschnitts unter den zweidimensionalen Querschnittsdaten der Messdaten an, welche die Rauheit der Messgegenstandsoberfläche ausdrücken, und leitet die Krümmung der Vielzahl der ersten Annäherungskurven ab. Mit anderen Worten kann die Tendenz der Variation in der Krümmung entlang der Längsrichtung des Querschnitts dadurch bestimmt werden, dass die lokale Krümmung an verschiedenen Positionen entlang der Längsrichtung des Querschnitts abgeleitet wird. The approach curve applying means applies first approximation curves having a certain curvature corresponding to a plurality of first data sets along the longitudinal direction of the cross section among the two-dimensional cross-sectional data of the measurement data expressing the roughness of the measurement object surface, and derives the curvature of the plurality of first approximation curves. In other words, the tendency of the variation in the curvature along the longitudinal direction of the cross section can be determined by deriving the local curvature at different positions along the longitudinal direction of the cross section.
Zusätzlich bestimmt das Gleichmäßigkeitsbereichsbestimmungsmittel den Gleichmäßigkeitsbereich, in dem die Krümmung entlang der Längsrichtung des Querschnitts gleich ist, auf der Grundlage von Variationsdaten der Vielzahl von Krümmungen, die durch das Krümmungsableitungsmittel entlang der Längsrichtung des Querschnitts abgeleitet wurden, und ist das Annäherungskurvenableitungsmittel zum Ableiten einer zweiten Annäherungskurve konstruiert, die eine bestimmte Krümmung hat, auf der Grundlage eines zweiten Satzes von Daten, die im Gleichmäßigkeitsbereich vorhanden sind, unter den zweidimensionalen Querschnittsdaten, die vom Gleichmäßigkeitsbereichsbestimmungsmittel bestimmt wurden. Ist die Krümmung entlang der Längsrichtung des Querschnitts gleich, d. h. kann ein Gleichmäßigkeitsbereich bestimmt werden, in dem die Querschnittsform der Messgegenstandsoberfläche eine im Wesentlichen bestimmte Krümmung aufweist, so kann ein zweiter Satz von Daten, der in diesem Gleichmäßigkeitsbereich vorhanden ist, extrahiert werden. Demgemäß entspricht die zweite Annäherungskurve, die eine gegebene Krümmung hat, die in Zuordnung zum zweiten Satz der Daten abgeleitet wird, dem Teil, in dem die Querschnittsform der Messgegenstandsoberfläche eine im Wesentlichen bestimmte Krümmung aufweist.In addition, the uniformity range determining means determines the uniformity range in which the curvature is equal along the longitudinal direction of the cross section based on variation data of the plurality of curvatures derived by the curvature deriving means along the longitudinal direction of the cross section, and is the approximation curve deriving means for deriving a second approximation curve which has a certain curvature based on a second set of data existing in the uniformity area among the two-dimensional cross-sectional data determined by the uniformity area determining means. If the curvature is the same along the longitudinal direction of the cross section, i. H. If a uniformity range can be determined in which the cross-sectional shape of the measurement object surface has a substantially determined curvature, a second set of data present in this uniformity region can be extracted. Accordingly, the second approximation curve having a given curvature derived in association with the second set of data corresponds to the part in which the cross-sectional shape of the measurement object surface has a substantially determined curvature.
Deshalb ist es durch die Verwendung der Formerkennungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung möglich, zweidimensionale Querschnittsdaten für einen Teil der Messgegenstandsoberfläche zu extrahieren, in dem die Querschnittsform eine im Wesentlichen bestimmte Krümmung aufweist, und zwar unabhängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit einer Verzerrung, die durch ein Rückfedern oder dergleichen verursacht wird. Als ein Ergebnis hiervon ist es möglich, die intrinsische Form der Messgegenstandsoberfläche, die keine Verzerrung enthält, zu bestimmen.Therefore, by using the shape recognizing apparatus of the present invention, it is possible to extract two-dimensional cross-sectional data for a part of the measurement object surface in which the cross-sectional shape has a substantially certain curvature, regardless of the presence or absence of distortion caused by springback the like is caused. As a result, it is possible to determine the intrinsic shape of the measurement object surface containing no distortion.
Hinsichtlich der Verzerrungsbewertungsvorrichtung, die zum Lösen der oben genannten Aufgabe verwendet wird, ist ein Verzerrungsdatenextraktionsmittel zum Vergleichen des zweiten Satzes von Daten, der im Gleichmäßigkeitsbereich vorhanden ist, der in der Formerkennungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt abgeleitet wurde, mit der zweiten Annäherungskurve, und zum Extrahieren von Daten als Verzerrungsdaten, deren Abweichung von der zweiten Annäherungskurve größer oder gleich eine eingestellte erlaubte Differenz ist, vorgesehen.As for the distortion evaluating apparatus used for achieving the above object, distortion data extracting means for comparing the second set of data existing in the uniformity range derived in the shape detecting apparatus according to the first aspect with the second approximating curve and for extracting of data as distortion data whose deviation from the second approximation curve is equal to or greater than a set allowable difference.
Gemäß dem oben genannten Aspekt kann eine Formdifferenz gegenüber der intrinsischen Form der Messgegenstandsoberfläche, die im zweiten Satz von Daten enthalten ist, durch Vergleichen der zweiten Annäherungskurve, welche die intrinsische Form der Messgegenstandsoberfläche ausdrückt, die keine Verzerrung enthält, mit einem zweiten Satz von Daten extrahiert werden, und dies kann als Verzerrungsdaten verwendet werden. Demgemäß ist eine genaue Bewertung der Verzerrung möglich.According to the above aspect, a shape difference from the intrinsic shape of the measurement object surface included in the second set of data can be extracted by comparing the second approximation curve expressing the intrinsic shape of the measurement object surface containing no distortion with a second set of data and this can be used as distortion data. Accordingly, an accurate evaluation of the distortion is possible.
Nach noch einem weiteren Aspekt der Verzerrungsbewertungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist das Verzerrungsdatenextraktionsmittel so konstruiert, dass die Extraktion der Verzerrungsdaten nicht für Daten aus den ersten Datensätzen durchgeführt wird, bei denen die Krümmung der ersten Annäherungskurven größer oder gleich einer eingestellten Krümmung unter den zweidimensionalen Querschnittsdaten ist.According to still another aspect of the distortion evaluation apparatus of the present invention, the distortion data extracting means is constructed such that the extraction of the distortion data is not performed for data from the first data sets in which the curvature of the first approximation curves is greater than or equal to a set curvature among the two-dimensional cross-sectional data.
Gemäß dem oben genannten Aspekt ist in dem Teil, in dem die Krümmung größer oder gleich einer vorbestimmten Krümmung ist, d. h. in dem Teil, in dem die Form der Messgegenstandsoberfläche vom Beginn an stark abweicht, diese Verzerrung nicht merklich, selbst wenn sie erzeugt wird, und kann daher bei der Bewertung ignoriert werden. Als ein Ergebnis hiervon können Hardwareressourcen effektiv genutzt werden, weil keine unnötige Bewertung einer Verzerrung durchgeführt wird.According to the above aspect, in the part where the curvature is greater than or equal to a predetermined curvature, i. H. in the part in which the shape of the measurement object surface deviates greatly from the beginning, this distortion does not noticeably even when it is generated, and therefore can be ignored in the evaluation. As a result, hardware resources can be effectively utilized because no unnecessary evaluation of distortion is performed.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 4040
- VerzerrungsbewertungsvorrichtungStrain evaluation device
- 4343
- AnnäherungskurvenanwendungsmittelApproach curve applying means
- 4444
- KrümmungsableitungsmittelCurvature deriving means
- 4545
- GleichmäßigkeitsbereichsbestimmungsmittelUniformity range determination means
- 4646
- AnnäherungskurvenableitungsmittelApproximation curve deriving means
- 4747
- VerzerrungsdatenextraktionsmittelDistortion data extracting means
- 5050
- FormerkennungsvorrichtungShape recognition device
Beste Weise zum Umsetzen der ErfindungBest way to implement the invention
Eine Roboterhand
A
Die Roboterhand
Das kontaktfreie dreidimensionale Messmittel
Die dreidimensionalen Daten, die wie oben beschrieben erzeugt werden, werden von der dreidimensionalen Messsteuerungseinheit
Die Formerkennungsvorrichtung
Ferner umfasst die Verzerrungsbewertungsvorrichtung
Das oben erwähnte Datenkonvertierungsmittel
Wie in der Kurve A-1 von
Auf der anderen Seite wird, wie in der Kurve A-2 von
In der folgenden Beschreibung wird eine Verarbeitung der zweidimensionalen Querschnittsdaten, die sich auf spezifische Messdaten der Messgegenstandsoberfläche beziehen, beschrieben; eine ähnliche Verarbeitung kann jedoch auch an anderen zweidimensionalen Querschnittsdaten durchgeführt werden, aus denen die Messgegenstandsoberfläche aufgebaut ist.In the following description, processing of the two-dimensional cross-sectional data related to specific measurement data of the Refer to the article surface described; however, similar processing may be performed on other two-dimensional cross-sectional data that makes up the subject matter surface.
Zuerst wird, wie in
Trotzdem kann es immer noch Fälle geben, bei denen kein optimaler Kreis gefunden werden kann.Nevertheless, there may still be cases where no optimal circle can be found.
In
Auf diese Weise kann eine Krümmung zu jedem Punkt bestimmt werden.In this way a curvature can be determined for each point.
Ein Beispiel für das zum Annähern eines Kreises im oben erwähnten System verwendetes Verfahren ist gezeigt; doch ist dieses System nicht immer fest. Zum Annähern eines größeren und genaueren Kreises, wäre es ebenfalls möglich, zu einem Verfahren zu wechseln, bei dem die Punkte von beiden Seiten subtrahiert werden, oder den Mittelpunkt Pi innerhalb des Annäherungsintervalls eines bestimmten Kreises zu bewegen.An example of the method used to approximate a circle in the above-mentioned system is shown; but this system is not always fixed. To approximate a larger and more accurate circle, it would also be possible to switch to a method in which the points are subtracted from either side, or to move the center P i within the approximation interval of a particular circle.
Als Nächstes bestimmt das Gleichmäßigkeitsbereichsbestimmungsmittel
In der vorliegenden Ausführungsform sind Informationen, die sich auf die Positionen entlang der Schnittrichtung der Messgegenstandsoberfläche beziehen, auf welche die Krümmungswerte der ersten Annäherungskurven angewendet werden, den entsprechenden Krümmungswerten zugeordnet, die innerhalb der Gleichmäßigkeitsbereiche vorhanden sind. Demgemäß bestimmt die Bestimmung der Gleichmäßigkeitsbereiche in Bezug auf die Krümmungsinformationen durch das Gleichmäßigkeitsbereichsbestimmungsmittel
Nachfolgend extrahiert das Annäherungskurvenableitungsmittel
Auf diese Weise handelt es sich bei den in
Darüber hinaus kann die Verzerrungsbewertungsvorrichtung
In allen Fällen, bei denen die Krümmung der ersten Annäherungskurven jedoch unter den zweidimensionalen Querschnittsdaten der Messgegenstandsoberfläche eine Rauheit aufzeigt, führt das Verzerrungsdatenextraktionsmittel
Darüber hinaus wird die Verzerrungsdatenextraktion auch nicht für Daten durchgeführt, die in Teilen außerhalb der Gleichmäßigkeitsbereiche, wie zum Beispiel den in
Auf diese Weise wird eine Form, die sich von der intrinsischen Form der Messgegenstandsoberfläche, die im zweiten Datensatz vorhanden ist, unterscheidet, durch Vergleichen der zweiten Annäherungskurven, welche die intrinsische Form der Messgegenstandsoberfläche, welche keine Verzerrung enthält, darstellt, wie sie durch die Formerkennungsvorrichtung
Im Funktionsblockdiagramm von
Bei der oben erwähnten Ausführungsform wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem das Rauschunterdrückungsmittel
Industrielle AnwendbarkeitIndustrial applicability
Die Formerkennungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann dazu verwendet werden, die Formen aller möglicher Arten von Gegenständen zu erkennen, solange diese Gegenstände eine Oberfläche mit einer vorgegebenen Krümmung aufweisen. Ferner kann die Verzerrungsbewertungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung zum Erstellen einer quantitativen Bewertung der Verzerrung in Körperoberflächen (Karosserieoberflächen) von Automobilen oder dergleichen verwendet werden. Demgemäß kann zum Beispiel eine Verzerrung, die in Fahrzeugtürblechen erzeugt wird, die durch eine Pressbearbeitung hergestellt wurden, unter festgelegten Kriterien entsprechend entdeckt werden, und können bei dieser Pressbearbeitung verwendete Formen entsprechend korrigiert werden, so dass die Verzerrung in der Folge nicht mehr auftritt. Ferner kann die Formerkennungsvorrichtung auch dazu verwendet werden, Gesenkpressendaten mit einer hohen Präzision zu realisieren, auf die eine sehr kleine Korrektur (in der Größenordnung von 0,1 mm) angewendet wird. Auf diese Weise ist die Verzerrungsbewertungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung für Gesenkinspektionen und dergleichen, die bei der Pressbearbeitung eingesetzt werden, ebenfalls extrem nützlich.The shape recognition device of the present invention can be used to recognize the shapes of all kinds of objects as long as these objects have a surface with a given curvature. Further, the distortion evaluation apparatus of the present invention may be used for establishing a quantitative evaluation of the distortion in body surfaces (car body surfaces) of automobiles or the like. Accordingly, for example, distortion generated in vehicle door panels made by press working can be correspondingly detected under specified criteria, and shapes used in this press machining can be correspondingly corrected so that the distortion no longer occurs in the sequence. Further, the shape recognition apparatus can also be used to realize high-precision die pressing data to which a very small correction (on the order of 0.1 mm) is applied. In this way, the distortion evaluating apparatus of the present invention is also extremely useful for die inspections and the like used in the press working.
Außerdem können durch das Ansammeln von Techniken durch die wiederholte Durchführung eines Prozesses einer Blechformkonstruktion, einer Formkonstruktion, einer Pressbearbeitung, einer Verzerrungsbewertung und einer Formkorrektur vorhersagende Techniken, einschließlich CAE (computer-aided engineering), die bei der Blechformkonstruktion und der Formkonstruktion angewendet werden, die tendenziell keine Verzerrung erzeugen, ebenfalls verbessert werden.In addition, by accumulating techniques by repeatedly performing a process of sheet metal forming, mold design, press working, warp evaluation, and shape correction, predictive techniques, including computer-aided engineering (CAE), used in sheet metal forming and mold design can be used tend to produce no distortion, also improved.
Darüber hinaus kann durch Nutzung des Umstands, dass das Bewertungsergebnis des Grads der Verzerrung in einer quantitativen Weise geliefert wird, die vorliegende Erfindung auch zum Bestimmen dessen eingesetzt werden, ob eine Bewertung eines Grads der Verzerrung durch menschliche Sinneswahrnehmung angemessen ist oder nicht; das heißt, dass die vorliegende Erfindung zum Weiterreichen der Erfahrung zur Ausbildung eines Menschen mit weniger Erfahrung zu einem Facharbeiter eingesetzt werden kann.Moreover, by utilizing the fact that the evaluation result of the degree of distortion is provided in a quantitative manner, the present invention can also be used to determine whether or not an evaluation of a degree of distortion by human sensory perception is appropriate; that is, the present invention can be used to pass on the experience of training a person with less experience to become a skilled worker.
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