JP2010538286A - レコーディングマシンビジョンシステム - Google Patents

Abstract

物体が供給された後に該物体の品質管理を行う方法及びそのためのシステムが開示される。製造後に、物体は測定マシンビジョンシステムを用いてチェックされる。マシンビジョンシステムの測定結果は、対応する較正データと共にデータシステムに記録される。較正データがわかっている場合、実際の物体がすでに供給されておりかつ場合により最終製品に取り付けられたという時に、記録された画像から新しい測定を後で行うことができる。

Description

本発明は測定技術に関し、特に、マシンビジョンシステムを用いて物体を測定することに関する。

工業生産過程に関連して、製造に関連して、かつ物体の品質管理に関連して多くの測定が行われる。従来、これらの測定は、座標測定機を用いて行われてきた。この種のシステムでは、測定システムは、機械的にプロービングすることによって物体の所望の位置（ポイント）を測定する。従来のシステムの利点には、高い精度とアプリケーション数とが含まれる。該測定システムの弱点は、その遅さにある。更に、かかるシステムは、測定された物体における全ての偏差を検出しない。例えば、物体に作られた孔を測定する場合、孔の周囲の所望の数の位置（ポイント）をプローブすることによって孔が測定される。物体が欠陥のある部分を含む場合、測定デバイスのプローブが欠陥のある部分と接触するときにだけ、欠陥のある部分が検出される。

この問題を解決するために、全体として物体を知覚して物体内のあらゆる偏位している形を検出することができる様々な種類のマシンビジョンシステムが開発されてきた。特に好適なマシンビジョンシステムは、測定システムのカメラ及び指示デバイスが同じ測定空間に対して較正されるマシンビジョンシステムである。この測定空間は、三次元であることが望ましい。そういったシステムの１つは、例えば国際公開第ＷＯ０２０８６４１８号に示されている。

上記のシステムを品質管理に使用することは、非常に大量の物体が製造されている生産ライン産業に特に役立つ。この種の産業では、スタッフは、各製造物を点検することができない。独自の製品にこれらの物体を使用する産業にも同様の必要性がある。例えば、自動車産業では、製品がユーザにとって安全であることが、非常に重要である。従って、品質は優れていなければならない。構成部品に欠陥があると疑われる場合、このことは、点検キャンペーンにつながって、そこで車両は特定の部品を点検するサービスを要求されるかもしれない。このことは、部品が突然破損して非常な危険を生じさせる場合に特に必要である。通常、かかるキャンペーンは、非常に費用がかかる。なぜなら、欠陥のある部品の数を正確に限定することは不可能であり、製造された欠陥部品の実際の数よりも多くの欠陥のおそれのある部品が安全措置のために点検されるからである。更に、例えば測定を行うことが不可能であったので、生産段階において測定されてこなかったような物体の部分に欠陥が表れる可能性がある。例えば、マシンビジョンシステムを用いて溶接シームの品質を測定することは、難しい作業であると知られている。

国際公開第ＷＯ０２０８６４１８号

上記の特徴のため、公知の技術によるシステムの問題を解決して、測定結果及び測定データの利用の信頼性を改善することができる改善された測定システムに対する明らかな需要がある。

本発明の目的は、新しいタイプの測定システムを開示することである。新しいタイプの測定システムは、新しい物理的な測定イベントなしに以前に測定された物体について新しい測定を行うために使用される。

本測定システムは、公知の技術による較正されたマシンビジョンシステムを利用する。システムは、測定システムの測定画像及び較正データを記録することができる。較正データの代わりに、同様に、実際の較正データを算出するために必要なデータが記録されてもよい。このデータは、データベースに格納され、新しい測定が必要な場合に該データベースから該データを後で取り出すことができる。新しい測定を行う際に、測定システムによって捕捉された画像と較正データとが結合されて新しい測定を行うことができる。測定をバッチランとしてプログラムすることが可能であって、その結果、非常に大量の物体さえ再測定することができるか、または、物体の新しい特性または項目を測定することができる。

本発明による１つの実施形態において、本発明による方法は、物体を測定するために測定マシンビジョンシステムに適用され、該マシンビジョンシステムは測定空間に対して較正される。該物体は、一意の識別子が与えられてもよい。該システムは、少なくとも２つのカメラを含むカメラシステム及び該カメラシステムに接続されたデータシステムを含む。本発明は、該システムが、該カメラシステムを用いて該物体を測定し、該データシステムに該画像を記録し、問題の測定イベントの該較正データを該記録された画像に関連付けるよう構成されていることを特徴とする。本発明による１つの実施形態において、該システムは更に、該カメラシステムと同じ測定空間に対して較正された指示デバイスを含む。

本発明による１つの実施形態において、該システムは更に、該画像及び対応する測定イベントを格納するデータウェアハウスを含む。

本発明による１つの実施形態において、測定システムは、各測定の後に、自己較正するよう構成されている。該システムは通常、三次元測定空間に対して較正される。

本発明による１つの実施形態において、測定システムは更に、該測定イベントの該記録された画像及び該較正データに基づいて該物体を再測定するよう構成されている。該物体を再測定することによって、全体にわたって再度所望の測定を行うことが可能である。これらは、最初の測定におけるのと同じ測定または完全に新しい特性を含むことができる。該測定に使用されるアルゴリズム及び技術が開発されてより良い結果が得られる場合、同じ測定を繰り返すことは有利となる。

本発明の利点は、事後測定によって物体の品質管理を改善することである。通常、物体は大量に生産され、大きいロットでは物体のほんの一部に欠陥のあることが普通のことである。問題を修正する従来の方法は、欠陥のあるロットの部品を含む全ての最終製品を点検することである。これは、ユーザに危険を生じさせるかもしれない製品において、特に重要である。かかる製品の例は、車両及び電気装置を含む。車両の欠陥部品は、例えば交通事故を生じさせるかもしれない。電気装置における欠陥部品は、例えば火事を生じさせるかもしれない。部品及び最終製品が一意の識別子を与えられている場合、費用のかかる選別検査を必要とせずに欠陥品を追跡することが可能となる。

コスト効率良く完全な品質を実現することは不可能であるので、生産された物体の品質をコスト効率良く保証する方法及びシステムの必要性がある。品質管理システムは完全ではないので、物体が供給された後でさえも、物体の品質を保証するシステムの必要性がある。本発明は、この問題に対する解決法を提供する。

本発明による１つの方法を示す図である。 本発明による１つのシステムを示す図である。

図１は、本発明による１つの方法を示す。本発明によるシステムを使用する際に、測定システムは較正されていなければならない（ステップ１０）。様々な種類の測定システムがあり、該測定システムは多様な方法で較正することができる。例えば、測定システムは、一組のカメラ及び指示デバイスまたは他の照明器を含むことができる。システムは通常、三次元測定空間に対して較正されるが、該システムはまた、他のいかなる種類の測定空間に対して較正されてもよい。本発明の見地から、実質的な特徴は、全ての関連する較正データを記録して測定イベントに関連付けることができるということである。較正は、特定の間隔で繰り返されてもよいしまたは各測定の間に繰り返されてもよい。

一旦システムが較正されると、実際の測定を行うことができる（ステップ１１）。また、多様な測定イベントがある。例えば、システムが多数の測定カメラを含む場合、システムに備え付けられたカメラのうちの一部だけが特定の測定において使用されてもよい。このことは測定結果の精度に影響を及ぼさない。なぜなら、通常、測定されるべき全ての詳細が全てのカメラから見えるというわけではないからである。

最後に、実施された較正データ及び測定結果は、アーカイビングのために記録される（ステップ１２）。測定結果及び較正データは、各測定イベントに対応する較正データを後で取り出すことができるような方法で記録される。このことは、例えば、対応する較正データが各測定結果と関連して記録されるアーカイブを生成することによって行うことができるか、またはアーカイブにおいて各測定結果とともに較正データを記録することが望ましくなくて、参照システムが生成されかつ較正ファイルの参照が測定に関連付けられて、その参照がデータシステムにおいて別個に記録されるアーカイブを生成することによって行うことができる。通常、測定システムは、カメラで画像を捕捉する測定システムであって、記録された測定イベントのデータは多数の画像である。測定システムのどの部分が物体の画像を捕捉するために使用されたかについての情報及び対応する較正データまたは較正データへの参照がこれらの画像に関連付けられてもよい。例えばレーザインジケータなどの指示デバイスが測定イベントにおいて使用される場合、インジケータに関するデータも記録することができる。

上記の方法で得られた測定イベントは、後で検査することができる。例えば、特定の製造ロットが欠陥のある物体を含むということがわかっている場合、該製造ロット全体に対応する測定イベントを精査することができる。識別データは各物体に関連付けられなければならず、物体はこの識別データを使用して後で追跡することができる。例えば、製造された物体が車両に組み込まれるクランクシャフトである場合、製造業者は、データベースからこの特定のクランクシャフトの測定イベントを取り出すために使用することができるクランクシャフト識別データと関連付けられていなければならない。次に、物体は再測定される。特に役立つこの情報について、自動車製造業者は、この特定のクランクシャフトがどの車両に組み込まれたかについて知っていなければならない。クランクシャフトが再測定において欠陥があるとわかった場合、該クランクシャフトは交換されなければならない。本発明を利用することによって、クランクシャフトの交換は、欠陥を示す特定の車両を対象とすることができる。同じ欠陥を、同じ製造ロットの全てのクランクシャフトにおいて探してもよく、全ての欠陥のある項目が交換を要求されてもよい。

本発明による方法はまた、製造の時点で利用できる測定装置によって行われなかったような事後測定を可能にする。例えば、画像から溶接シームを測定することは、従来のマシンビジョン測定システムにとって極めてむずかしい作業である。技術の進歩で、測定をより確実に行うことができ、将来、欠陥のある溶接シームがより信頼できる測定において検出される可能性がある。新しい技術による方法が全ての記録された測定イベントに適用される場合、これらの欠陥のある溶接シームをそのとき測定イベントから識別することができる。よって、本発明による方法では、疑わしい物体が物理的に検査される必要はないが、代わりに、高度な測定方法を用いて測定イベントを処理することによって、欠陥のある項目を、記録された一組の測定イベントから見つけることができるといったような方法で、物体の品質管理を可能にする。

図２は、本発明による１つのシステムを示す。図２のシステムは、３つのカメラ２３乃至２５を備えたマシンビジョンシステムを含む。カメラの数はアプリケーションにより変化するが、通常、測定の信頼性はカメラの数を増やすことによって改善される。現在のところ、カメラの数を限定する要素はコストであるので、将来、システムはずっと多くのカメラを含むことは明らかである。カメラ２３乃至２５は、それぞれ支持体２０乃至２２に固定されている。支持体は、可能な限り不動でマシンビジョンシステムの支持体構造上に固定することができるいかなる構造であってもよい。本明細書において示されていない固定構造物は、例えば金属の骨組みであってもよい。図２において、物体２６の画像は、カメラ２３乃至２５で捕捉される。カメラ２３乃至２５は、画像を記録して測定イベントを算出するためにデータシステム２７に更に接続される。データシステム２７は、測定に役立つ他のデバイスに更に接続されてもよい。

通常、データシステム２７は、データベースサーバ２８に更に接続される。データベースサーバ２８は産業環境から離れてより自由に配置することができるので、このことは有利である。非常に多数の画像及び関連する較正データは、図１に示した方法によるデータベースサーバ２８に記録されるので、使用される記録システムは、高容量のものでなければならない。記録システムについての多様な代替システムがあり、記録されることになっているデータの量により選択が行われなければならない。また、記録したデータを削除することも可能である。システムを例えばサービスステーション及びスクラップヤードデータシステムに接続することが可能であって、部品または最終製品が使用から回収されるときに、該部品に関する測定データが削除されてもよい。例えば、自動車産業の場合、車が廃棄されるときである。一方、例えば１０年のアーカイビングの後に完全に破壊されるテープに測定イベントを記録することも可能である。

全ての実際の測定結果がデータシステム２７で処理される資料から得られるので、同じ基礎資料を使用して測定を後に繰り返すことができる。測定イベントの基礎資料は、カメラで捕捉される画像並びに画像に対応するカメラ及び場合により他の構成部品についての較正データを含む。このように、全ての測定イベントは、例えば資料をテープから抽出することによってかつ各測定イベントを再処理することによって繰り返すことができる。再処理は、より高度なアルゴリズムを用いて最初の測定を繰り返すことかまたは既存の資料に基づいて完全に新しい測定を行うことを含むことができる。通常、再測定は、バッチランとして行われる。その結果、全ての物体について測定イベントを繰り返すには、通常、２〜３時間から数日を要する。測定イベントを繰り返すために必要な時間は、当然ながら測定資料の範囲及び測定される物体の数によって決まる。

較正データは、測定を行うために使用される三次元マシンビジョンシステムのパラメータを参照する。これらのパラメータは、システムの機械構造における変更のために、その時々において変化するかもしれない。このことが、測定の追跡及び評価が既存の画像に由来するときに、測定時点で効果的だった較正がわかっていなければならない理由である。

測定マシンビジョンシステムはカメラ画像において見える全ての位置（ポイント）を測定することが可能であるので、以前の測定において無視された物体を、後に既存の画像から測定することができる。ここで、また、この特定の時間の較正が必要である。

較正方法は、絶え間なく発達している。例えば画像がこの目的のために配された参照マークまたは他の項目を示す場合などの、測定画像が適切な情報を含む場合、新しくかつ改善された較正を、既存の画像を使用して算出することができる。このように、既存の画像から新しくかつより正確な測定結果を得ることが可能である。この種の較正の修正は、以前の較正によって支援されてもよい。

通常、記録されたデータは、測定に使用された画像及び測定の間使用された較正、または、較正のために必要な参照マークまたは他の項目が見られるように画像を捕捉するという条件下の測定画像だけを含む。

通常、三次元測定マシンビジョンシステムにおける較正データは、各カメラについて以下のパラメータを含む。１）較正空間におけるカメラの位置、即ち、いわゆる外部方位、位置Ｘ、Ｙ、Ｚ及び空間軸κ、φ、ω（カッパ、ファイ、オメガ）に対するカメラの回転、２）画像を捕捉するためのカメラの内部パラメータ、即ち、いわゆる内部方位：画像センサのサイズ、及び３）用いられる光学機器についての位置及び画像の収差データ、即ちいわゆるレンズ収差パラメータ。

上記の区分は、較正データを分類する１つの可能な方法である。しかしながら、他の種類のパラメータの組を算出することも可能である。他の種類のパラメータの組において、条件（パラメータ）は、物理的に測定できる大きさに直接結びついていない。

実際の較正データに加えて、システムの構造に関するかつ測定状況に関する多くの他の種類のデータ並びに画像で開示されない多くの他の種類のデータを必要に応じて記録することができる。このことは、例えば、測定温度、材料についての温度係数、絶対光量値等を含む。組み合わされた全てのこの履歴データによって、新しい測定を行って、既存の結果を評価し、過去にさかのぼって既存の結果を改善することさえ可能になる。

本発明は、単に上述の例示となる実施形態に限定されない。代わりに、多くの変化形が、請求の範囲で画定される本発明の概念の範囲内で可能である。

Claims (13)

1. 測定マシンビジョンシステムを用いて物体を測定する方法であって、前記マシンビジョンシステムは、測定空間に対して較正されており、前記方法は、
   一組のカメラを用いて物体の画像を捕捉するステップを含み、
   前記方法は更に、
   データシステムに前記画像を記録するステップと、
   問題となっている測定イベントの前記較正データまたは前記較正データの算出に必要な情報を前記記録された画像に関連付けるステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記測定システムは、三次元測定空間に対して較正されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 少なくとも２つのカメラが、前記測定システムに対して較正されることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 指示デバイスが、前記測定システムに対して較正されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の方法。
5. 前記物体は、前記測定イベントの前記記録された画像及び前記較正データを使用して再測定されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の方法。
6. 前記物体は、一意の識別子を与えられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の方法。
7. 測定マシンビジョンシステムを用いて物体を測定するシステムであって、前記マシンビジョンシステムは、測定空間に対して較正されており、
   前記システムは、
   測定されている物体（２６）と、
   少なくとも２つのカメラ（２３乃至２５）を含むカメラシステムと、
   前記カメラシステムに接続されたデータシステム（２７）と、
   を含み、
   前記システムは、
   前記カメラシステムを用いて前記物体を測定し、
   前記データシステムに前記画像を記録し、
   問題となっている測定イベントの較正データまたは前記較正データの算出に必要な情報を前記記録された画像に関連付けることを特徴とするシステム。
8. 前記システムは更に、前記画像及び前記対応する測定イベントを格納するための外部データウェアハウス（２８）を含むことを特徴とする請求項７記載のシステム。
9. 前記カメラシステムと同じ測定空間に対して較正される指示デバイスを更に含むことを特徴とする請求項７または８記載のシステム。
10. 前記測定システムは、各測定の後に自己較正することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１に記載のシステム。
11. 前記測定システムは、三次元測定空間に対して較正されることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１に記載のシステム。
12. 前記測定システムは更に、前記測定イベントの前記記録された画像及び前記較正データを使用して前記物体を再測定することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１に記載のシステム。
13. 前記測定された物体は、一意の識別子を与えられることを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１に記載のシステム。

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