JP2007303828A - 断面データ取得方法、システム、及び断面検査方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基準平面11P上に測定対象物12aを載置し、測定対象物12aを挟んで少なくとも3つのマーカー13aを配置する。次に、マーカー13aの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、測定対象物12aの三次元データを取得する。そして、3つのマーカー13aの三次元座標値に基づいて第1の平面π0を求め、3つのマーカーのうち、2つのマーカー131,132を通り、第1の平面π0に垂直な第2の平面π1を決定する。しかる後、第2の平面π1を決定づける平面方程式と三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを取得する。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明に係る断面データの取得方法を説明するための模式図である。ここでは、平坦な基準平面11Pを提供する固定ゲージ11の前記基準平面11P上に、飲料容器の形態を備える測定対象物12aが載置固定され、この測定対象物12aについての任意断面データを取得する例を示している。
まず図10に示すように、測定ステージ60を構成する固定ゲージ61の基準平面上61P上に、測定対象物51が固定される。ここでは測定対象物51は、自動車の前輪付近のアウターボディを構成するプレス部品を例示している。固定ゲージ61の基準平面上61P上には、予め所定の基準位置を提供する帯状の基準ブロック62(段差隙間検査のための治具)が支柱63を用いて複数立設されている。
次に、図11に示すように、基準平面上61P、測定対象物51及び基準ブロック62の表面に、写真測量用のマーカーが貼付される。本実施形態では、前記マーカーとして、所定個数のコードマーカー71(特許請求の範囲における「マーカー」に相当する)と無地マーカー72とが用いられている例を示している。コードマーカー71は、薄い円板状の基材の表面に、個体識別が可能な識別パターンが各々印刷されてなる。コードマーカー71(711〜717)は、基準平面上61Pに、測定対象物51及び基準ブロック62を挟むように、測定対象物51についての段差隙間検査の検査位置S1〜S4にワンペアずつ配置される。すなわち、検査位置S1には測定対象物51及び基準ブロック62を挟んで一対のコードマーカー711、712が貼付されており、このコードマーカー711、712(の中心)同士を結ぶ短絡線が、測定対象物51について断面データが取得される切断線となる。他の検査位置S2〜S4にも同様に、各々コードマーカー713、715、717のペア(これらについては、ペアの他方は図には表れていない)が配置される。なお、コードマーカー711〜717のペアの対応付けは、段差隙間検査の位置等に応じて、予めオペレータにより行われる。
図11に示したようなセッティングが完了したら、デジタルカメラ30により測定対象物51の撮影が行われる。この撮影は、基準平面上61P、測定対象物51及び基準ブロック62に貼付された全てのコードマーカー71及び無地マーカー72、さらにスケールバー52を含むように行われ、様々な位置、姿勢において複数枚のデジタル画像が取得される。撮影されたデジタル画像は、上述の写真測量処理部441(図8)へ送信され、コードマーカー71及び無地マーカー72の所在が画像処理により認識されると共に、これらマーカーの全円中心位置が視差を利用した写真測量の一般的手法に基づいて各々求められる。求められた位置情報は、各々のマーカーの三次元座標値としてRAM42(図7)に格納される。
続いて、コードマーカー71(711〜717)の三次元座標値を用いて、平面抽出部443により測定対象物51の断面を成す平面である第2の平面π1を求める演算が行われる。図12を参照して、この演算の手法を説明する。先ず、最初の検査位置S1を決定づけるコードマーカー711、712及び他のコードマーカー713〜717の一部又は全部(マーカー選択部444により選択されているマーカー)の三次元座標値を用いて、これらの座標を含む第1の平面π0が最小自乗近似法により求められる。つまり、第1の平面π0に最も近似する平面方程式のパラメータが求められる。
次に、三次元デジタイザ20により、測定対象物51及び基準ブロック62の三次元形状が測定される。通常、三次元デジタイザ20の測定エリアはさほど広くなく、測定対象物51が自動車のプレス部品のように大型のものである場合は、測定エリアを漸次シフトさせて複数回の測定を行い、測定対象物51の全域をカバーする。
続いて、統合処理部445により、三次元デジタイザ20による測定データを、写真測量により求められた無地マーカー72の三次元座標値を目標にして位置合わせすることで、座標値がマッチングされた統合データが生成される。統合処理部445により実行される処理の概要は次の通りである。先ず、三次元デジタイザ20による測定データにおいて、測定エリアC1内に存在する複数の無地マーカー72の中から3つの無地マーカー72が選択される。ここで選択される無地マーカー72は、可及的に真円度が高いもの、或いは円の直径が無地マーカー72の設計値により近いものである。すなわち、三次元デジタイザ20に正対した状態で測定された無地マーカー72が選択される。これは、無地マーカー72の中心点を求める演算が一層正確に行えるようにするためである。
その後、測定対象物51及び基準ブロック62の断面を成す平面である第2の平面π1を決定づける平面方程式と、測定対象物51及び基準ブロック62のポリゴンメッシュデータ(三次元データ)との交点が、断面演算部446により求められる。図16は、コードマーカー711、712の位置(図11、図12参照)において、測定対象物51及び基準ブロック62(実際はこれらのポリゴンメッシュ)に対して張られている第2の平面π1を模式的に示した斜視図である。そして、求められた交点をポリラインで結ぶことで、第2の平面π1により切断された箇所における測定対象物51の断面データが求められる。同様にして、第3〜第5の平面についても、先にステップ#14で求められRAM42に格納されている平面方程式を読み出して断面データが求められる。
しかる後、求められた断面データを用いて隙間段差検査が行われる。図17は、その検査方法を説明するための断面説明図である。いま、検査位置S1で張られた第2の平面π1において、測定対象物51の断面データ51S1と、左右の基準ブロック62の断面データ62S11,62S12とが取得されたものとする。基準ブロック62には、予め測定対象物51に対する高さ比較の基準となる第1基準位置f12,f22と、隙間測定の基準となる第2基準位置f14,f24とがそれぞれ準備されている。
ステップ#21で図9に示したステップ#11と同様にして、測定対象物51及び基準ブロック62の基準平面上61Pへの据え付けが完了したら、続いて図19に示すようにマーカーが適所に配置される。本実施形態では、写真測量を行わない代わりに、三次元デジタイザ20により三次元形状が測定可能な球マーカーが使用される。この球マーカーは、球体若しくは半球体の形状を有し、磁石などの接着部材が付設されてなる。
続いて、三次元デジタイザにより、測定対象物51及び基準ブロック62と、断面位置用球マーカー73及び位置合わせ用球マーカー74の三次元形状が測定される。三次元デジタイザ20による測定態様は、図13に示したものと同様である。この測定は、図20に示すように、測定エリアを順次シフトしながら、測定対象物51及び基準ブロック62を含む基準平面上61Pの略全域をカバーするように複数回行われる。この際、測定エリアC11とC12、C12とC13は、それぞれ一部測定エリアが重複するように測定が行われるが、この重複部に少なくとも断面位置用球マーカー73若しくは位置合わせ用球マーカー74が3個以上含まれるように各々の測定エリアが設定される。これは、後述する統合データの生成のためである。
三次元デジタイザ20によるステップ#23の測定により、測定エリアC11、C12、C13・・・の三次元形状の測定データ(x,y,z)が各々取得される。これにより、断面位置用球マーカー73及び位置合わせ用球マーカー74を含んだ、測定対象物51及び基準ブロック62のポリゴンメッシュ(三次元データ)が生成される。また、断面位置用球マーカー73及び位置合わせ用球マーカー74の中心点の三次元座標値も取得される。
続いて、測定対象物51及び基準ブロック62の断面を成す平面が求められる。断面を成す平面は、断面位置用球マーカー731〜737のうち、3つ以上のマーカーの三次元座標値に基づいて第1の平面π0を求め、例えば検査位置S1に配置された断面位置用球マーカー731、732を通り前記第1の平面π0に垂直な第2の平面π1(平面方程式)として求められる。同様にして、他の検査位置S2〜S4についても断面を成す平面の平面方程式が求められる。
そして、測定エリアC11、C12、C13・・・についての複数の三次元データを、特徴形状の一致度合いに基づいて一体に統合する処理が行われる。図21は、この統合処理を説明するための模式図である。図21(a)に示すように、例えば測定エリアC11と測定エリアC12とは、ステップ#23で説明した通り、少なくとも3つのマーカー(ここでは位置合わせ用球マーカー74)が重複するように測定領域が定められている。
π1 第2の平面
11、61 固定ゲージ
11P、61P 基準平面
12、12a、12b、51 測定対象物
13、13a、13b マーカー
20 三次元デジタイザ(測定手段/三次元形状測定装置)
30 デジタルカメラ(撮像手段)
40 パーソナルコンピュータ
441 写真測量処理部(座標値検出手段)
442 三次元形状演算部
443 平面抽出部(平面抽出手段)
444 マーカー選択部(選択手段)
445 統合処理部(統合手段)
446 断面演算部(断面演算手段)
447 表示制御部
62 基準ブロック
71 コードマーカー(マーカー)
72 無地マーカー
73、74 球マーカー
Claims (16)
- 基準平面上に測定対象物を載置し、前記基準平面上に、前記測定対象物を挟んで少なくとも3つのマーカーを配置するステップと、
前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、前記基準平面上に載置された前記測定対象物の三次元データを取得するステップと、
前記少なくとも3つのマーカーの三次元座標値に基づいて、第1の平面π0を求めるステップと、
前記少なくとも3つのマーカーのうち、2つのマーカーを通り、前記第1の平面π0に垂直な第2の平面π1を決定するステップと、
前記第2の平面π1を決定づける平面データと前記三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを取得するステップと
を含むことを特徴とする断面データ取得方法。 - 基準平面上に測定対象物を載置し、前記基準平面上に、前記測定対象物を挟んで4つ以上のマーカーを配置するステップと、
前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、前記基準平面上に載置された前記測定対象物の三次元データを取得するステップと、
前記4つ以上のマーカーから、その短絡線が前記測定対象物を横断する第1のマーカー及び第2のマーカーと、これらマーカーとは異なる第3のマーカーとの少なくとも3つのマーカーを選択するステップと、
前記少なくとも3つのマーカーの三次元座標値を求めるステップと、
前記少なくとも3つのマーカーの三次元座標値に基づいて、第1の平面π0を求めるステップと、
前記第1のマーカー及び第2のマーカーを通り、前記第1の平面π0に垂直な第2の平面π1を決定するステップと、
前記第2の平面π1を決定づける平面データと前記三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを取得するステップと
を含むことを特徴とする断面データ取得方法。 - 前記第2の平面π1を決定づける平面データが平面方程式で定められるデータであり、前記三次元データがポリゴンメッシュデータであって、
前記断面データは、前記平面方程式とポリゴンメッシュとの交点を結ぶポリラインとして取得されることを特徴とする請求項1又は2に記載の断面データ取得方法。 - 測定対象物の三次元データは、
前記測定対象物に所定の検出光を投光手段と、その反射光を受光する撮像手段とを備える測定手段を用い、
前記検出光の投受光により得られた撮像データに基づき、光投影法により求められることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の断面データ取得方法。 - 前記マーカーとして、ポイント位置が特定可能な平面状マーカーが用いられ、
前記マーカーの三次元座標値は、写真測量により求められることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の断面データ取得方法。 - 前記マーカーとして、球面を備える球マーカーが用いられ、
前記測定手段により、前記球マーカーが配置された前記基準平面を含めて前記検出光の投受光を行い、これにより得られた撮像データに基づき前記球マーカーの三次元座標値が求められることを特徴とする請求項4に記載の断面データ取得方法。 - 前記マーカーとして、各マーカーの個体識別を可能とする識別パターンが付与されたマーカーが用いられることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の断面データ取得方法。
- 前記球マーカーとして、前記球面の球径が異なる2種以上の球マーカーが用いられることを特徴とする請求項6に記載の断面データ取得方法。
- 測定対象物の三次元データを取得する測定手段と、
基準平面上に測定対象物を載置し、前記基準平面上に、前記測定対象物を挟んで少なくとも3つのマーカーが配置された状態において、これらマーカーの三次元座標値を求める座標値検出手段と、
前記測定手段により取得された三次元データを、前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせする統合手段と、
前記3つのマーカーの三次元座標値に基づいて第1の平面π0を求めると共に、前記少なくとも3つのマーカーのうち、2つのマーカーを通り、前記第1の平面π0に垂直な第2の平面π1を求める平面抽出手段と、
前記第2の平面π1を決定づける平面データと前記三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを求める断面演算手段と
を備えることを特徴とする断面データ取得システム。 - 測定対象物の三次元データを取得する測定手段と、
基準平面上に測定対象物を載置し、前記基準平面上に、前記測定対象物を挟んで配置された4つ以上のマーカーから、その短絡線が前記測定対象物を横断する第1のマーカー及び第2のマーカーと、これらマーカーとは異なる第3のマーカーとの少なくとも3つのマーカーを選択する選択手段と、
前記少なくとも3つのマーカーの三次元座標値を求める座標値検出手段と、
前記測定手段により取得された三次元データを、前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせする統合手段と、
前記3つのマーカーの三次元座標値に基づいて第1の平面π0を求めると共に、前記少なくとも3つのマーカーのうち、2つのマーカーを通り、前記第1の平面π0に垂直な第2の平面π1を求める平面抽出手段と、
前記第2の平面π1を決定づける平面データと前記三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを求める断面演算手段と
を備えることを特徴とする断面データ取得システム。 - 前記座標値検出手段は、
前記基準平面上に配置されたマーカーを含んだ画像を撮像する撮像手段と、
前記画像に基づき写真測量に関する演算を行う写真測量演算手段とを含むことを特徴とする請求項10又は11に記載の断面データ取得システム。 - 前記測定手段は、
前記測定対象物に所定の検出光を投光手段と、
その反射光を受光する撮像手段と、
前記検出光の投受光により得られた撮像データに基づき、光投影法を用いて三次元データを求めるデータ処理手段とを備える三次元形状測定装置からなることを特徴とする請求項10又は11に記載の断面データ取得システム。 - 前記三次元形状測定装置は、前記座標値検出手段を兼ねるものであり、
球面を備える球マーカーが配置された前記基準平面を含めて前記検出光の投受光を行い、これにより得られた撮像データに基づき前記球マーカーの三次元座標値を求める座標値検出部を備えることを特徴とする請求項12に記載の断面データ取得システム。 - 基準平面上に所定の基準位置を提供する基準ブロックと検査対象物とを離間して固定するステップと、
前記基準平面上に、前記基準ブロック及び検査対象物を挟んで少なくとも3つのマーカーを配置するステップと、
前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、前記基準平面上に固定された前記基準ブロック及び測定対象物の三次元データを取得するステップと、
前記少なくとも3つのマーカーの三次元座標値に基づいて、第1の平面π0を求めるステップと、
前記少なくとも3つのマーカーのうち、2つのマーカーを通り、前記第1の平面π0に垂直な第2の平面π1を決定するステップと、
前記第2の平面π1を決定づける平面データと前記三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを取得するステップと、
前記断面データから導出された検査対象物と基準ブロックの基準位置との位置関係が、予め定められた公差の範囲内であるか否かを判定するステップと
を含むことを特徴とする断面検査方法。 - 基準平面上に所定の基準位置を提供する基準ブロックと検査対象物とを離間して固定するステップと、
前記基準平面上に、前記基準ブロック及び検査対象物を挟んで4つ以上のマーカーを配置するステップと、
前記マーカーの三次元座標値に対して位置合わせが可能なように、前記基準平面上に固定された前記基準ブロック及び測定対象物の三次元データを取得するステップと、
前記4つ以上のマーカーから、その短絡線が前記測定対象物を横断する第1のマーカー及び第2のマーカーと、これらマーカーとは異なる第3のマーカーとの少なくとも3つのマーカーを選択するステップと、
前記少なくとも3つのマーカーの三次元座標値を求めるステップと、
前記少なくとも3つのマーカーの三次元座標値に基づいて、第1の平面π0を求めるステップと、
前記第1のマーカー及び第2のマーカーを通り、前記第1の平面π0に垂直な第2の平面π1を決定するステップと、
前記第2の平面π1を決定づける平面データと前記三次元データとの交点から、前記三次元データの断面データを取得するステップと、
前記断面データから導出された検査対象物と基準ブロックの基準位置との位置関係が、予め定められた公差の範囲内であるか否かを判定するステップと
を含むことを特徴とする断面検査方法。 - 前記基準ブロックが、前記検査対象物に対する高さ比較の基準となる第1基準位置、及び/又は、前記検査対象物に対する隙間測定の基準となる第2基準位置を含むことを特徴とする請求項14又は15に記載の断面検査方法。
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