JP2010091549A - Laser vision module and non-contact measuring instrument using same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザービジョンモジュール及びこれを用いた非接触計測装置に関するもので、より詳細には、被計測部材に対して非接触方式で形状を計測する装置、及び、そのためのレーザービジョンモジュールに関する。 The present invention relates to a laser vision module and a non-contact measurement apparatus using the same, and more particularly to an apparatus for measuring a shape of a member to be measured in a non-contact manner and a laser vision module therefor.
通常、船舶の外部パネルは推進抵抗を低減して水中を効率良く航海するために、複雑な非可展曲面形状をもつ厚さ10mm〜30mm程度の曲板部材で構成されている。この曲面の外部パネルを形成するためには、一般に線形加熱といわれる加工法を用いて、ガスバーナーなどで鋼板の表面を局部的に加熱し、その際に発生される塑性変形による鋼板の面外角変形や面内収縮変形を利用して所望する形状に加工している。 Usually, an outer panel of a ship is composed of a curved plate member having a complicated non-developable curved surface shape with a thickness of about 10 mm to 30 mm in order to reduce the propulsion resistance and efficiently navigate underwater. In order to form this curved outer panel, the surface of the steel sheet is locally heated with a gas burner or the like using a processing method generally called linear heating, and the out-of-plane angle of the steel sheet due to plastic deformation generated at that time. It is processed into a desired shape using deformation and in-plane shrinkage deformation.
また、このように加工された船舶の曲板部材などの工作物に対しては、所望する形態に正確に加工されたか否かを計測する必要があり、このような船舶用の曲板部材の計測のためには、巻尺、手工具、木製の型などを用いて作業者が計測を行っている。 Further, for a workpiece such as a curved plate member of a ship processed in this way, it is necessary to measure whether or not it has been accurately processed into a desired form. For measurement, an operator performs measurement using a tape measure, a hand tool, a wooden mold, or the like.
このような曲板部材の計測は、加工完了評価、加熱線生成及び加工完了後の切断線マーキング作業などに利用される。 Such measurement of the curved plate member is used for processing completion evaluation, heating wire generation, cutting line marking work after processing completion, and the like.
しかし、作業者の手作業で行われる計測技術により、大型の曲板部材を手作業で計測すると、計測時間が長くかかり、また、計測データの正確度が低いなど、多くの問題があった。特に、船舶の船首尾に用いられる曲板部材は、その形状が非常に多様であって、部位ごとに予め製作された木製の型を用いて加工及び計測するが、この木製の型がほとんど木で製作され、所望する曲面形状部材を正確に加工するためには、一つの曲板部材が完成されるまで数回繰り返し使用されることになる。そのため、周辺温度や作業者の管理ミスなどの様々な周辺要因により塑性変形が起って形状誤差が生じるなど、正確な加工や計測が困難であった。 However, when a large curved plate member is manually measured by a measurement technique performed manually by an operator, there are many problems such as a long measurement time and low accuracy of measurement data. In particular, curved plate members used at the stern of a ship have various shapes, and are processed and measured using a wooden die that has been manufactured in advance for each part. In order to accurately process a desired curved surface shaped member, it is repeatedly used several times until one curved plate member is completed. For this reason, it is difficult to perform accurate processing and measurement, such as plastic deformation due to various peripheral factors such as ambient temperature and operator management mistakes, resulting in shape errors.
一方、このような手作業計測技術の問題点を解決するために、被計測部材に対して非接触方式で形状を計測する非接触計測装置が提案された。 On the other hand, in order to solve such problems of the manual measurement technique, a non-contact measurement device that measures the shape of the member to be measured by a non-contact method has been proposed.
このような非接触計測装置は、レーザービジョンシステム(laser vision system)とも呼ばれ、線状のレーザービームを被計測部材に照射する単一のレーザー発生器、被計測部材に照射されたレーザービーム画像を撮像する単一のカメラなどを含み、レーザー発生器とカメラは単一の固定体に一体に設けられモジュール化されている。このようにモジュール化されたレーザー発生器、カメラ、及び固定体をレーザービジョンモジュール(laser vision module)と称する。 Such a non-contact measuring device is also called a laser vision system, which is a single laser generator that irradiates a member to be measured with a linear laser beam, and a laser beam image that has been irradiated to the member to be measured. The laser generator and the camera are integrated into a single fixed body and modularized. The modularized laser generator, camera, and stationary body are referred to as a laser vision module.
図1は、従来技術による非接触計測装置を用いて曲板部材の形状を計測する状況を示す図面である。 FIG. 1 is a view showing a situation in which the shape of a curved plate member is measured using a non-contact measuring device according to the prior art.
被計測部材の四角形状またはこれと類似形状の曲板部材10の形状を計測する際に、曲板部材10のエッジ(edge)面を計測するためには、先ず、曲板部材10の一側方向にレーザー発生器20による線状のレーザービーム21を照射した状態で、カメラ(図示せず)を用いて曲板部材10に照射されたレーザービーム画像を撮像し、レーザー発生器20を機械的に回転(図1の矢印方向)させて曲板部材10の他側方向にレーザー発生器20による線状のレーザービーム21を照射した状態で、カメラ(図示せず)を用いて曲板部材10に照射されたレーザービーム画像を撮像する。ここで、レーザー発生器20を回転させるとは、レーザー発生器20及びカメラがモジュール化されたレーザービジョンモジュールを機械的に回転させることを意味する。
In order to measure the edge surface of the
このようにカメラにより得られた画像から所定の計測点データを抽出し、計測点データはモデリング(modeling)により曲面に表現されて、曲板部材10の3次元形状計測データの生成の際にレーザービジョンモジュールの回転情報と共に用いられる。
Predetermined measurement point data is extracted from the image obtained by the camera in this way, and the measurement point data is expressed as a curved surface by modeling, and laser is generated when generating the three-dimensional shape measurement data of the
上述したように、従来技術を用いた非接触計測装置によれば、被計測部材のエッジを計測するためにはレーザービジョンモジュールの回転が必要となり、3次元形状計測データの生成の際にレーザービジョンモジュールの回転情報を利用しなければならない。 As described above, according to the non-contact measuring apparatus using the conventional technique, the laser vision module needs to be rotated in order to measure the edge of the member to be measured, and the laser vision is generated when generating the three-dimensional shape measurement data. Module rotation information must be used.
しかし、レーザービジョンモジュールの回転は機械的な方式により行われ、精密に回転制御を行っても機械的な特性のため、回転情報が不確実である。 However, the rotation of the laser vision module is performed by a mechanical method, and even if precise rotation control is performed, the rotation information is uncertain due to mechanical characteristics.
さらに、レーザービジョンモジュールに対する回転情報の不確実性は3次元形状計測データの生成の際に歪みを招くという問題点がある。 Further, the uncertainty of the rotation information for the laser vision module has a problem that it causes distortion when generating the three-dimensional shape measurement data.
一方、他の例として、一対のレーザービジョンモジュールを用いて被計測部材の一側の画像と他側の画像を別個のレーザービジョンモジュールから得る方案も考えられるが、非接触計測装置の製作コスト(cost)が増加するので、好ましくない。 On the other hand, as another example, a method for obtaining an image on one side of a member to be measured and an image on the other side from separate laser vision modules using a pair of laser vision modules is conceivable. cost) increases, which is not preferable.
本発明はこうした従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、十字状のレーザービームを被計測部材に照射するレーザー発生器と、被計測部材に照射された十字状のレーザービームによるレーザービーム画像を撮像する一対のカメラとを単一の固定体に一体に設けることで、被計測部材を計測するためにレーザービジョンモジュールを回転する必要がない。 The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and includes a laser generator that irradiates a member to be measured with a cross-shaped laser beam, and a cross-shaped laser beam that has been irradiated to the member to be measured. By integrally providing a pair of cameras for capturing the laser beam image by the single fixed body, it is not necessary to rotate the laser vision module in order to measure the member to be measured.
本発明によれば、被計測部材の計測のための回転が不要となったレーザービジョンモジュールにより得られた画像データに対し、垂直画像成分を除去するフィルタリング処理を行った後、フィルタリング処理された画像データから計測点データを抽出し、計測点データのモデリングにより曲面に表現されて3次元形状計測データを生成する。 According to the present invention, after performing filtering processing to remove vertical image components on image data obtained by a laser vision module that does not require rotation for measurement of a member to be measured, the filtered image Measurement point data is extracted from the data, and is represented on a curved surface by modeling the measurement point data to generate three-dimensional shape measurement data.
本発明の一実施形態によれば、十字状のレーザービームを被計測部材に照射するレーザー発生器と、上記被計測部材に照射された上記十字状のレーザービームによるレーザービーム画像を撮像する一対のカメラと、上記レーザー発生器と上記一対のカメラが一体に設けられている単一の固定体と、を含むレーザービジョンモジュールが提供される。 According to an embodiment of the present invention, a laser generator that irradiates a member to be measured with a cross-shaped laser beam, and a pair of laser beams that are captured by the cross-shaped laser beam irradiated to the member to be measured. There is provided a laser vision module including a camera, a single stationary body in which the laser generator and the pair of cameras are integrally provided.
本発明の他の実施形態によれば、十字状のレーザービームを被計測部材に照射するレーザー発生器、上記被計測部材に照射された上記十字状のレーザービームによるレーザービーム画像を撮像する一対のカメラ、及び上記レーザー発生器と上記一対のカメラが一体に設けられている単一の固定体、を含むレーザービジョンモジュールと、上記一対のカメラにより得られた画像データに対して、フィルタリングを行って垂直画像成分を除去する画像フィルタリング部と、上記画像フィルタリング部によりフィルタリング処理された画像データから計測点データを抽出し、計測点データのモデリングにより曲面に表現されて3次元形状計測データを生成する計測データ生成部と、上記レーザー発生器、上記一対のカメラ、上記画像フィルタリング部、及び上記計測データ生成部の動作を管理する制御部と、を含む非接触計測装置が提供される 。 According to another embodiment of the present invention, a laser generator that irradiates a member to be measured with a cross-shaped laser beam, and a pair of images that capture a laser beam image by the cross-shaped laser beam irradiated to the member to be measured. Filtering is performed on the image data obtained by the laser vision module including the camera, the laser generator and the single fixed body integrally provided with the pair of cameras, and the pair of cameras. An image filtering unit that removes vertical image components, and measurement point data extracted from the image data filtered by the image filtering unit, and expressed as a curved surface by modeling of the measurement point data to generate three-dimensional shape measurement data Data generator, laser generator, pair of cameras, image filtering , And non-contact measurement apparatus including a control unit for managing the operation of the measurement data generating unit is provided.
上述した本発明の一実施形態及び他の実施形態における上記レーザービジョンモジュールでは、上記一対のカメラのうち、一つのカメラの中心を上記レーザー発生器の中心に連結する第1仮想線と、他の一つのカメラの中心を上記レーザー発生器の中心に連結する第2仮想線とが相互直交する。 In the laser vision module according to one embodiment and the other embodiment of the present invention described above, the first imaginary line connecting the center of one of the pair of cameras to the center of the laser generator, and the other A second imaginary line connecting the center of one camera to the center of the laser generator is orthogonal to each other.
上記レーザー発生器は、上記固定体に一体に結合されたケースの内部で、上記十字状のレーザービームの交差軸を中心に回転可能に設けられる。 The laser generator is provided so as to be rotatable about the cross axis of the cross-shaped laser beam inside a case integrally coupled to the fixed body.
本発明の実施形態によれば、十字状のレーザービームを被計測部材に照射するレーザー発生器と、被計測部材に照射された十字状のレーザービームによるレーザービーム画像を撮像する一対のカメラとを単一の固定体に一体に設けることで、被計測部材の計測のためにレーザービジョンモジュールを回転する必要がなくなって、非接触計測装置の製作コストの上昇を最小化し、しかも3次元形状計測データの生成の際に歪みが発生しない効果がある。 According to an embodiment of the present invention, a laser generator that irradiates a member to be measured with a cross-shaped laser beam, and a pair of cameras that capture a laser beam image by the cross-shaped laser beam irradiated to the member to be measured. By providing a single fixed body as a single unit, it is not necessary to rotate the laser vision module to measure the member to be measured, minimizing the cost of manufacturing a non-contact measuring device, and 3D shape measurement data. There is an effect that distortion does not occur when generating.
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。さらに、本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Further, in the description of the present invention, when it is determined that the specific description of the known technology is not clear, the detailed description thereof will be omitted.
図2は、本発明の一実施例による非接触計測装置のレーザービジョンモジュールの斜視図である。 FIG. 2 is a perspective view of a laser vision module of a non-contact measuring device according to an embodiment of the present invention.
図2に示すように、本発明の一実施例によるレーザービジョンモジュール100は、十字状のレーザービーム111を被計測部材に照射するレーザー発生器110と、被計測部材に照射された十字状のレーザービーム111によるレーザービーム画像121,131を撮像する一対のカメラ120,130と、レーザー発生器110と一対のカメラ120,130が一体に設けられている単一の固定体140と、を含む。レーザー発生器110は固定体140に一体に結合されたケース150の内部で、十字状のレーザービーム111の交差軸を中心に回転可能に設けられる。一対のカメラ120,130は、第1カメラ120の中心をレーザー発生器110の中心に連結する第1仮想線と、第2カメラ130の中心をレーザー発生器110の中心に連結する第2仮想線とが相互直交するように固定体140に設けられる。
As shown in FIG. 2, a
このようなレーザービジョンモジュール100によれば、図3に示すように、被測定部材の曲板部材10に、レーザー発生器110から十字状のレーザービーム111が照射される。ここで、レーザー発生器110から照射された十字状のレーザービーム111を垂直ラインビームと水平ラインビームに分離して称する場合、一対のカメラ120,130のうちの一つのカメラは、垂直ラインビームによるレーザービーム画像を得るための手段となり、他のカメラは水平ラインビームによるレーザービーム画像を得るための手段となる。また、これのためには、垂直ラインビーム成分及び水平ラインビーム成分のうち、いずれか一つの成分を選択的にフィルタリングしなければならない。
According to such a
このようなフィルタリングのためには、カメラ120,130による画像獲得経路上にフィルタリング手段を備えるか、カメラ120,130により得られた画像データをフィルタリング処理する。本発明の一実施例では、後者の画像データをフィルタリング処理する方式を採用する。具体的に説明すると、一対のカメラ120,130のうちの一つカメラにより、十字状のレーザービーム111の垂直ラインビームが垂直画像成分として得られ、水平ラインビームが水平画像成分として得られると、他のカメラにより、十字状のレーザービーム111の垂直ラインビームが水平画像成分として得られ、水平ラインビームが垂直画像成分として得られることになる。
For such filtering, filtering means is provided on the image acquisition path by the
したがって、一対のカメラ120,130により得られた画像データをフィルタリング処理する際に、一対のカメラ120,130を基準にして、共通に垂直画像成分をフィルタリングして除去すれば、曲板部材10の3次元形状計測データを生成することができる。このようなフィルタリング過程については図4を参照して後述する。
Therefore, when the image data obtained by the pair of
固定体140に一体に結合されたケース150の内部で、レーザー発生器110を十字状のレーザービーム111の交差軸を中心に回転可能に設ける理由は、レーザー発生器110を回転させて、十字状のレーザービーム111をなす垂直ラインビームまたは水平ラインビームの光軸とカメラ120,130の光軸とを位置合わせ(align)するためである。
The reason why the
図4は、本発明による非接触計測装置のブロック構成図である。 FIG. 4 is a block diagram of the non-contact measuring apparatus according to the present invention.
図4に示すように、本発明の一実施例による非接触計測装置は、レーザー発生器110及び一対のカメラ120,130などを含むレーザービジョンモジュール100と、カメラ120,130により得られた画像データに対してフィルタリングを行って垂直画像成分を除去する画像フィルタリング部210と、画像フィルタリング部210によりフィルタリング処理された画像データから所定の計測点データを抽出し、計測点データのモデリングにより曲面に表現されて3次元形状計測データを生成する計測データ生成部220と、レーザー発生器110、カメラ120,130、画像フィルタリング部210、計測データ生成部220を制御して全体システムの動作を管理する制御部230とを含む。
As shown in FIG. 4, the non-contact measuring apparatus according to an embodiment of the present invention includes a
このような非接触計測装置は、第1カメラ120の中心をレーザー発生器110の中心に連結する第1仮想線と、第2カメラ130の中心をレーザー発生器110の中心に連結する第2仮想線とが相互直交するため、例えば、第1カメラ120により十字状のレーザービーム111の垂直ラインビームが垂直画像成分として得られ、水平ラインビームが水平画像成分として得られると、第2カメラ130には、十字状のレーザービーム111の垂直ラインビームが水平画像成分として得られ、水平ラインビームが垂直画像成分として得られる。
Such a non-contact measuring apparatus includes a first imaginary line that connects the center of the
そして、画像フィルタリング部210は制御部230の制御によりカメラ120,130から得られた画像データをフィルタリング処理する際に、垂直画像成分をフィルタリングして除去し、計測データ生成部220は制御部230の制御によりフィルタリング処理された画像データから所定の計測点データを抽出し、計測点データのモデリングにより曲面に表現されて3次元形状計測データを生成する。
The
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
100 レーザービジョンモジュール
110 レーザー発生器
120,130 カメラ
140 固定体
150 ケース
210 画像フィルタリング部
220 計測データ生成部
230 制御部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記被計測部材に照射された前記十字状のレーザービームによるレーザービーム画像を撮像する一対のカメラと、
前記レーザー発生器と前記一対のカメラが一体に設けられている単一の固定体と、
を含むレーザービジョンモジュール。 A laser generator that irradiates a member to be measured with a cross-shaped laser beam;
A pair of cameras for capturing a laser beam image by the cross-shaped laser beam irradiated on the member to be measured;
A single fixed body in which the laser generator and the pair of cameras are integrally provided;
Including laser vision module.
前記一対のカメラにより得られた画像データに対してフィルタリングを行って垂直画像成分を除去する画像フィルタリング部と、
前記画像フィルタリング部によりフィルタリング処理された画像データから計測点データを抽出し、計測点データのモデリングにより曲面に表現されて3次元形状計測データを生成する計測データ生成部と、
前記レーザー発生器、前記一対のカメラ、前記画像フィルタリング部、及び前記計測データ生成部の動作を管理する制御部と、
を含むことを特徴とする非接触計測装置。 A laser generator for irradiating a member to be measured with a cross-shaped laser beam, a pair of cameras for capturing a laser beam image by the cross-shaped laser beam irradiated to the member to be measured, and the laser generator and the pair of members A laser vision module including a single fixed body with which the camera is integrally provided; and
An image filtering unit that performs filtering on image data obtained by the pair of cameras to remove a vertical image component;
A measurement data generation unit that extracts measurement point data from the image data filtered by the image filtering unit, and that is expressed on a curved surface by modeling of the measurement point data to generate three-dimensional shape measurement data;
A control unit that manages operations of the laser generator, the pair of cameras, the image filtering unit, and the measurement data generation unit;
A non-contact measuring device comprising:
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