JP2015190818A - Work support device, work support system, work support method and program - Google Patents

Work support device, work support system, work support method and program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a work support system for supporting improvement of work efficiency to total work completion.SOLUTION: The work support system includes: a measuring device for measuring three-dimensional shape data of an object to be measured; a moving device for moving at least either the object to be measured or the measuring device to change a measurement position of the object to be measured by the measuring device; and a work support device for controlling the moving device. The work support device includes: a candidate position setting section for setting a measurement position to be a candidate to an entire area of a measurement target range that is designated as the measurement target range in a surface of the object to be measured; a possible surface calculating section for calculating the number of surfaces of the object to be measured which can be measured, or an area for each of the set measurement positions; a prioritizing section for determining priorities of measurement in accordance with the calculated number of surfaces or area for each measuring direction; and a measurement control section which instructs the moving device to perform the measurement in each of the measuring directions in accordance with the determined priorities.

Description

本発明は、作業支援装置、作業支援システム、作業支援方法およびプログラムに関する   The present invention relates to a work support device, a work support system, a work support method, and a program.

測定対象の表面形状を測定するために、非接触3次元測定機が用いられている。非接触3次元測定機は、一般的には三角測量の原理を用いて対象面までの距離を測定するため、1つのカメラで対象物を撮像し、それとは異なる位置からレーザー光を対象物に照射する、あるいは投影光を対象物に照射する手段を用いている(光投影法)。別な方法では、1つのカメラで対象物を撮像し、それとは異なる位置から別のカメラで撮像する手段を用いている(ステレオカメラ法)。光投影法においては、投影する光の進行方向と投影される面が垂直であるほど鮮明に投影される。また、撮像するカメラの視線方向と撮像される面が垂直であるほど鮮明に撮像される。このような手段を用いるため、光投映法においてはある1回の測定で、なんらかの障害物の影(死角)となり照射されない面や撮像できない面(オクルージョン)、あるいは面の角度が垂直から大きく離れているために鮮明に照射されない面、あるいは鮮明に撮像されない面は、測定されない面となる。すなわち、1回の測定作業で測定できる面は、レーザー照射や投影光によって鮮明に照射される面であり、かつその光がカメラで鮮明に撮影できる面のみ、となる。
測定対象の形状が複雑であると、1回の測定作業ではオクルージョンが発生する場合が多く、装置を別の位置へ移動することで、このオクルージョン発生部分を測定可能とする必要がある。このように、複数回の測定作業を行うが、測定位置の選定および測定装置の移動は人による手作業で行われるのが一般的であった。
また、複数回の測定作業で得られる複数の表面形状データをつなぎ合わせて合成することによって、対象全体の測定データを得る。表面形状データを測定した際の対象物と測定装置の位置関係が定量的にわかる場合は、データのつなぎ合わせを自動で行うことが出来るが、人の手作業で行った場合は、つなぎ合わせるための相対位置を、これも人の手によって指定する必要がある。
このように複雑形状対象の測定において、対象物と測定装置の複数の位置関係を自動で算出することができれば、自動ステージや自動ロボットを用いた位置移動による測定が行えるようになり、また移動位置情報を用いることで、データのつなぎ合わせの自動化が行えるようになる。
In order to measure the surface shape of the measuring object, a non-contact three-dimensional measuring machine is used. In general, a non-contact three-dimensional measuring machine measures the distance to a target surface using the principle of triangulation, and images a target object with one camera, and laser light is applied to the target from a different position. A means for irradiating or irradiating an object with projection light is used (light projection method). In another method, an object is imaged with one camera, and a means for imaging with another camera from a different position is used (stereo camera method). In the light projection method, the projection is more vivid as the traveling direction of the projected light is perpendicular to the projected surface. Further, the image is captured more clearly as the direction of the line of sight of the camera to be imaged is perpendicular to the surface to be imaged. Because such a method is used, in the light projection method, a single measurement makes a shadow (dead angle) of some obstacle, the surface that is not illuminated, the surface that cannot be imaged (occlusion), or the angle of the surface is far away from the vertical. Therefore, a surface that is not clearly irradiated or a surface that is not clearly imaged is a surface that is not measured. That is, the surface that can be measured in one measurement operation is only a surface that is clearly irradiated by laser irradiation or projection light, and that light can be clearly captured by the camera.
When the shape of the measurement object is complicated, occlusion often occurs in one measurement operation, and it is necessary to make it possible to measure this occlusion occurrence portion by moving the apparatus to another position. As described above, the measurement operation is performed a plurality of times, and the selection of the measurement position and the movement of the measurement apparatus are generally performed manually by a person.
Moreover, the measurement data of the whole object are obtained by connecting and synthesizing a plurality of surface shape data obtained by a plurality of measurement operations. If the positional relationship between the target object and the measuring device when measuring the surface shape data is quantitatively understood, the data can be automatically joined. It is necessary to specify the relative position of this by human hand as well.
Thus, in the measurement of a complex shape object, if a plurality of positional relationships between the object and the measuring device can be automatically calculated, measurement by position movement using an automatic stage or an automatic robot can be performed, and the movement position By using the information, it becomes possible to automate the joining of data.

これに対し、例えば、特許文献1には、3次元測定やその他の種々の測定を支援するために、測定対象物の設計情報やCAD情報を参照することが開示されている。   On the other hand, for example, Patent Document 1 discloses that reference is made to design information and CAD information of an object to be measured in order to support three-dimensional measurement and other various measurements.

また、特許文献2には、被測定物の表面上に設定された複数の計測点に対応した計測経路上の非接触変位計の3次元位置情報を求めることによって表面形状寸法を精度良く測定する装置が開示されている。しかし、この方式は被測定物のある1点と装置との距離を測定する非接触測定装置を対象としているため、今回のように被測定物を高密度で測定するには、大変な時間が掛かるため、実用には向かない。   In Patent Document 2, surface shape dimensions are accurately measured by obtaining three-dimensional position information of a non-contact displacement meter on a measurement path corresponding to a plurality of measurement points set on the surface of an object to be measured. An apparatus is disclosed. However, since this method is intended for a non-contact measuring device that measures the distance between a certain point of the object to be measured and the device, it takes a tremendous amount of time to measure the object to be measured at high density as in this case. Because it takes, it is not suitable for practical use.

また、特許文献3には、CADデータと、3次元測定器の仕様情報とに基づいて、測定不可能部位であるか否かを判別する3次元測定システムが開示されている。しかしながら、本システムでは、局所的な解を与えるのみであり、全体的作業の効率化は期待できない。   Patent Document 3 discloses a three-dimensional measurement system that determines whether or not a site is not measurable based on CAD data and specification information of a three-dimensional measuring device. However, in this system, only a local solution is given, and the efficiency of the overall work cannot be expected.

特開2002−328952号公報JP 2002-328952 A 特公平7−18698号公報Japanese Examined Patent Publication No. 7-18698 特開2007−3285号公報JP 2007-3285 A

全体的な作業完了に向けた作業の効率化を支援する作業支援装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a work support device that supports the efficiency of work toward the completion of overall work.

上記課題を解決するために、本発明の作業支援装置は、作業対象物の表面のうち、作業対象範囲として指定された作業対象範囲の全域に対して、候補となる作業位置を設定する候補位置設定部と、前記候補位置設定部により設定された作業位置それぞれについて、作業可能な作業対象物の表面の数又面積を算出する可能面算出部と、前記可能面算出部により算出された表面の数又は面積に基づいて、作業位置の組合せを決定する決定部とを有する。   In order to solve the above problem, the work support device of the present invention is a candidate position that sets candidate work positions for the entire work target range specified as the work target range on the surface of the work target. For each of the work positions set by the candidate position setting unit, a setting unit, a possible surface calculation unit that calculates the number or area of the surfaces of work objects that can be worked on, and a surface calculated by the possible surface calculation unit And a determination unit that determines a combination of work positions based on the number or area.

好適には、作業は、3次元形状データの測定作業であり、前記候補位置設定部は、測定対象物の測定対象範囲の全周囲に対して、測定の方向を少なくとも前記作業位置として設定し、前記可能面算出部は、測定対象物の設計情報に基づいて、設定された測定方向それぞれについて、3次元形状の測定が可能な表面の数又は面積を算出し、前記決定部は、算出された表面の数又は面積に基づいて、測定方向の組合せを決定する。   Preferably, the work is a measurement work of three-dimensional shape data, and the candidate position setting unit sets a measurement direction as at least the work position with respect to the entire circumference of the measurement target range of the measurement target, The possible surface calculation unit calculates the number or area of surfaces capable of measuring a three-dimensional shape for each set measurement direction based on the design information of the measurement object, and the determination unit calculates A combination of measurement directions is determined based on the number or area of the surfaces.

好適には、前記候補位置設定部は、測定対象物の全周囲に対して、候補となる測定方向のみを設定し、前記可能面算出部は、設定された測定方向それぞれについて、測定可能な表面の数又は面積を算出し、それぞれの測定方向について、算出された表面の数又は面積に応じて、測定の優先順位を決定する順位決定部をさらに有し、前記決定部は、前記順位決定部により決定された優先順位と、許容されている測定回数又は測定時間とに基づいて、測定方向の組合せを決定する。   Preferably, the candidate position setting unit sets only candidate measurement directions for the entire circumference of the measurement object, and the possible surface calculation unit is capable of measuring each set measurement direction. A rank determining unit that determines the priority of measurement according to the calculated number or area of surfaces for each measurement direction, and the determining unit includes the rank determining unit The combination of the measurement directions is determined based on the priority order determined by the above and the allowable number of measurements or measurement time.

好適には、前記候補位置設定部は、測定対象物の全周囲に対して、候補となる測定方向のみを設定し、前記可能面算出部は、設定された測定方向それぞれについて、測定可能な表面の数又は面積を算出し、それぞれの測定方向について、算出された表面の数又は面積に応じて、測定の優先順位を決定する順位決定部と、前記順位決定部により決定された優先順位に従って、それぞれの測定方向で測定するよう指示する測定制御部とをさらに有する。   Preferably, the candidate position setting unit sets only candidate measurement directions for the entire circumference of the measurement object, and the possible surface calculation unit is capable of measuring each set measurement direction. In accordance with the priority determined by the rank determination unit, the rank determination unit that determines the priority of measurement according to the calculated number or area of the surface for each measurement direction, A measurement control unit for instructing measurement in each measurement direction;

好適には、測定対象物の設計情報と、3次元形状測定装置の仕様情報とに基づいて、前記候補位置設定部により設定されたいずれの測定方向からも測定できない不可能表面を特定する不可能面特定部をさらに有し、前記可能面算出部は、測定対象物の測定対象範囲における表面から、前記不可能面特定部により特定された不可能表面を除外し、不可能表面が除外された測定対象範囲の表面を対象として、それぞれの測定方向について、測定可能な表面の数又は面積を算出する。   Preferably, based on the design information of the measurement object and the specification information of the three-dimensional shape measurement apparatus, it is impossible to identify an impossible surface that cannot be measured from any measurement direction set by the candidate position setting unit. The possible surface calculation unit further excludes the impossible surface specified by the impossible surface specification unit from the surface in the measurement target range of the measurement object, and the impossible surface is excluded. The number or area of measurable surfaces is calculated for each measurement direction with respect to the surface of the measurement target range.

好適には、乱数を用いて、前記決定部により仮決定された測定方向の組合せの一部を、他の測定方向に入れ替える条件変更部をさらに有し、前記決定部は、仮決定された組合せと、前記条件変更部により変更された組合せとを比較して、採用する測定方向の組合せを決定する。   Preferably, a random number is used to further include a condition changing unit that replaces a part of the combination of the measurement directions provisionally determined by the determination unit with another measurement direction, and the determination unit includes the provisionally determined combination. And the combination changed by the condition changing unit to determine the combination of measurement directions to be adopted.

また、本発明に係る作業支援システムは、測定対象物の3次元形状データを測定する測定装置と、前記測定対象物及び前記測定装置の少なくとも一方を移動させて、前記測定装置による前記測定対象物の測定位置を変化させる移動装置と、前記移動装置を制御する作業支援装置とを有し、前記作業支援装置は、測定対象物の表面のうち、測定対象範囲として指定された測定対象範囲の全域に対して、候補となる測定位置を設定する候補位置設定部と、前記候補位置設定部により設定された測定位置それぞれについて、測定可能な測定対象物の表面の数又面積を算出する可能面算出部と、それぞれの測定方向について、前記可能面算出部により算出された表面の数又は面積に応じて、測定の優先順位を決定する順位決定部と、前記順位決定部により決定された優先順位に従って、それぞれの測定方向で測定するよう前記移動装置に指示する測定制御部とを有する。   In addition, the work support system according to the present invention includes a measurement device that measures three-dimensional shape data of a measurement object, and at least one of the measurement object and the measurement device is moved so that the measurement object is measured by the measurement device. And a work support device that controls the mobile device, and the work support device includes a whole area of the measurement target range designated as the measurement target range on the surface of the measurement target. A candidate position setting unit for setting a candidate measurement position, and a possible surface calculation for calculating the number or area of the surface of the measurement object that can be measured for each of the measurement positions set by the candidate position setting unit. And a rank determining unit that determines the priority of measurement according to the number or area of the surfaces calculated by the possible surface calculating unit for each measurement direction, and the rank determining unit According to the determined priority Ri, and a measurement control section for instructing the mobile device to measure in each measurement direction.

また、本発明に係る作業支援方法は、作業対象物の表面のうち、作業対象範囲として指定された作業対象範囲の全域に対して、候補となる作業位置を設定する候補位置設定ステップと、前記候補位置設定ステップにより設定された作業位置それぞれについて、作業可能な作業対象物の表面の数又面積を算出する可能面算出ステップと、前記可能面算出ステップにより算出された表面の数又は面積に基づいて、作業位置の組合せを決定する決定ステップとを有する。   Further, the work support method according to the present invention includes a candidate position setting step of setting candidate work positions for the entire work target range designated as the work target range among the surfaces of the work target; For each work position set by the candidate position setting step, based on the possible surface calculation step for calculating the number or area of the surface of the work target that can be worked on, and the number or area of the surface calculated by the possible surface calculation step And a determination step for determining a combination of work positions.

また、本発明に係るプログラムは、作業対象物の表面のうち、作業対象範囲として指定された作業対象範囲の全域に対して、候補となる作業位置を設定する候補位置設定ステップと、前記候補位置設定ステップにより設定された作業位置それぞれについて、作業可能な作業対象物の表面の数又面積を算出する可能面算出ステップと、前記可能面算出ステップにより算出された表面の数又は面積に基づいて、作業位置の組合せを決定する決定ステップとをコンピュータに実行させる。   Further, the program according to the present invention includes a candidate position setting step for setting a candidate work position for the entire work target range designated as the work target range on the surface of the work target, and the candidate position For each work position set by the setting step, based on the possible surface calculation step for calculating the number or area of the surface of the work target that can be worked on, based on the number or area of the surface calculated by the possible surface calculation step, A determination step for determining a combination of work positions;

本発明によれば、全体的な作業完了に向けた作業の効率化を支援する作業支援装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the work assistance apparatus which assists the efficiency improvement of the work toward the completion of the whole work can be provided.

実施形態にかかる作業支援システム2の概要を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline | summary of the work assistance system 2 concerning embodiment. 作業支援装置10にインストールされる作業支援プログラム11の機能構成を例示する図である。2 is a diagram illustrating a functional configuration of a work support program 11 installed in the work support apparatus 10. FIG. 3次元空間における方向の均等な128個への分割を例示した図である。It is the figure which illustrated the division | segmentation to the equal 128 pieces of the direction in three-dimensional space. 作業支援処理(S10)を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining work assistance processing (S10). 測定装置5のレーザー照射口5aからと照射されるレーザーの照射方向と、測定装置5のカメラ5bの受光方向との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the irradiation direction of the laser irradiated from the laser irradiation port 5a of the measuring apparatus 5, and the light reception direction of the camera 5b of the measuring apparatus 5. FIG. 測定装置5のレーザーの照射方向及び受光方向と、測定位置との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship of the irradiation position of a laser of the measuring apparatus 5, and a light reception direction, and a measurement position. 局所最適と全体的最適化を例示する図である。It is a figure which illustrates local optimization and global optimization. 測定対象物バルブボディのSTLデータを例示する図である。It is a figure which illustrates STL data of a measuring object valve body. 測定装置5の照射条件を例示する図である。It is a figure which illustrates the irradiation conditions of the measuring apparatus. 受光照射一致条件テーブルを例示する図である。It is a figure which illustrates a light reception irradiation coincidence condition table. 表面データ考慮テーブルを例示する図である。It is a figure which illustrates a surface data consideration table. 可視面/不可視面テーブルを例示する図である。It is a figure which illustrates a visible surface / invisible surface table. 共可視面を算出するための可視面/不可視面テーブルを例示する図である。It is a figure which illustrates the visible surface / invisible surface table for calculating a co-visible surface. 実証実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of a demonstration experiment.

(背景)
まず、本発明がなされた背景を説明する。
上に述べたように、非接触3次元測定装置による測定作業では、装置と測定対象との位置の決定は作業者の経験によって行われ、また測定対象の設置・移動は作業者の手によって行われている。そのため、測定対象が複雑な形状になると、熟練した作業者であっても、試行錯誤しながら複数回の測定を行うことがあった。また、経験の浅い作業者にとっては、効率のよい測定位置の決定が難しい作業であった。また、同じ測定対象に対して、例えば3カ月前の測定とまったく同じ位置から測定することは困難である。非接触3次元測定装置では、同じ測定対象であっても測定位置が異なると、測定誤差が違ってくることがあるため、同じような形状の測定対象に対しては、同じような測定位置から測定することが、製造時の形状誤差を評価する上で重要である。
このように試行錯誤のムダや、測定ごとに異なる位置から測定してしまう原因の根本は、測定位置の決定を作業者の経験に依っているためである。
(background)
First, the background of the present invention will be described.
As described above, in the measurement work using the non-contact three-dimensional measuring apparatus, the position of the apparatus and the measurement object is determined by the operator's experience, and the measurement object is installed and moved by the operator's hand. It has been broken. Therefore, when the measurement object has a complicated shape, even a skilled worker sometimes performs a plurality of measurements while performing trial and error. In addition, it is difficult for an inexperienced worker to determine an efficient measurement position. Moreover, it is difficult to measure from the same position as the measurement three months ago for the same measurement object. In non-contact 3D measurement equipment, even if the measurement object is the same, if the measurement position is different, the measurement error may be different. It is important to measure the shape error in manufacturing.
As described above, waste of trial and error and the root cause of measurement from different positions for each measurement are because determination of the measurement position depends on the experience of the operator.

本発明の目的は、実用で許容される所要時間の範囲内で、3次元の作業対象物について、作業のシミュレーションを行い、かつ、このシミュレーション結果に基づき全体的な作業を完了させることである。ここで、全体的な作業の完了とは、局所的な完全解決よりも、許容される時間内に作業対象物のできるだけ広い領域で作業を完了させることである。具体的には、3次元測定器を用いた測定対象物の測定において、3次元測定器によって測定可能な部位とそうでない部位との判別をオペレータにではなく自動的かつ全体的に行わせることにより、測定に要する時間および労力を削減することである。   An object of the present invention is to perform a work simulation on a three-dimensional work object within a range of required time allowed for practical use, and to complete the entire work based on the simulation result. Here, the completion of the overall work means that the work is completed in the widest possible area of the work object within an allowable time rather than the local complete solution. Specifically, in measurement of a measurement object using a three-dimensional measuring device, the operator can automatically and totally discriminate between a portion that can be measured by the three-dimensional measuring device and a portion that is not. To reduce the time and effort required for measurement.

なお、上記特許文献3では、3次元測定機を用いた測定対象物の測定において、測定可能な部位とそうでない部位との判別を、オペレータでなく自動的に行わせることにより、測定に要する時間および労力を削減するシステムが提示されている。しかしながら、本システムは、全体的作業の完了に向けたものでも、実用で許容される所要時間を意識したものでもない。例えば、角度の定義に関して、法線ベクトルnに、スカラー量であるαを加えて、測定限界方向LIMITを定義しているように説明されているが、実際の3次元空間内では、これだけでは測定限界方向LIMITを一意に定義することはできない。つまり、3次元の作業対象物全域を意識したものではない。また、測定位置の決定が効率的であるとはいえず、局所最適に陥る可能性が高い手法である。   In the above-mentioned Patent Document 3, in measurement of a measurement object using a three-dimensional measuring machine, the time required for measurement is determined by automatically determining a measurable part and a non-measurable part instead of an operator. And a system for reducing labor is presented. However, this system is not intended to complete the overall work, nor is it aware of the time required for practical use. For example, with respect to the definition of the angle, it is described that the measurement limit direction LIMIT is defined by adding α which is a scalar quantity to the normal vector n. The limit direction LIMIT cannot be uniquely defined. That is, it is not conscious of the entire three-dimensional work object. In addition, the determination of the measurement position is not efficient, and is a technique that is highly likely to fall into local optimization.

以下に説明する本実施形態の作業支援システムは、実用で許容される時間の範囲で、3次元の測定対象物(作業対象物)のできるだけ広い範囲にわたって、効率的に作業完了できるように支援するものであり、全体的かつ効率的なシミュレーション、及び、局所最適に陥らない最適化アルゴリズムを特徴とする。
なお、以下の実施形態では、3次元形状データの測定作業を作業の具体例として説明するが、例えば、支援対象となる作業は、3次元の対象物に対する塗装作業などであってもよい。
The work support system of the present embodiment described below supports the work to be completed efficiently over the widest possible range of the three-dimensional measurement object (work object) within a practically allowable time range. It is characterized by an overall and efficient simulation and an optimization algorithm that does not fall into local optimization.
In the following embodiment, measurement work of three-dimensional shape data will be described as a specific example of work. For example, the work to be supported may be a painting work on a three-dimensional object.

(作業支援システム)
図1は、実施形態にかかる作業支援システム2の概要を説明するための図である。
図1に例示するように、作業支援システム2は、測定装置5と、移動装置6と、作業支援装置10とを有する。
測定装置5は、測定対象物9の3次元形状データを測定する3次元測定装置である。測定装置5は、3次元測定に関する仕様(測定可能距離、測定可能角度など)に従い、測定対象物9の3次元形状データを測定する。測定装置5は、測定対象物の形状を非接触で測定するものであり、例えば、図1のように、上部5aからレーザー光を測定対象物にスキャンし、その様子を下部にあるカメラ5bで撮像し、三角測量することで測定対象物のある一部の表面形状を測定し、このような測定を測定対象物に対していろいろな方向から行い、得られた測定結果を合成することで、測定対象物の必要な箇所全体の形状を測定する装置である。なお、測定装置5のレーザー照射とカメラ受光部は、図1のように上下にわかれているものだけでなく、左右に分かれているものであってもよい。
(Work support system)
FIG. 1 is a diagram for explaining an overview of a work support system 2 according to the embodiment.
As illustrated in FIG. 1, the work support system 2 includes a measuring device 5, a moving device 6, and a work support device 10.
The measuring device 5 is a three-dimensional measuring device that measures three-dimensional shape data of the measurement object 9. The measuring device 5 measures the three-dimensional shape data of the measuring object 9 in accordance with the specifications (measurable distance, measurable angle, etc.) regarding the three-dimensional measurement. The measuring device 5 measures the shape of the measurement object in a non-contact manner. For example, as shown in FIG. 1, the laser beam is scanned from the upper part 5a onto the measurement object, and the state is observed by the camera 5b at the lower part. By imaging and triangulating, measuring the surface shape of a part of the measurement object, performing such measurement from various directions with respect to the measurement object, and combining the obtained measurement results, It is an apparatus for measuring the shape of the entire necessary part of the measurement object. In addition, the laser irradiation and camera light-receiving part of the measuring device 5 may be not only those vertically divided as shown in FIG.

移動装置6は、測定対象物9及び測定装置5の少なくとも一方を移動させて、測定装置5による測定対象物9の測定位置を変化させる。本例の移動装置6は、測定装置5を移動させる移動装置6Aと、測定対象物9を移動させる移動装置6Bとからなる。移動装置6Aは、アーム部分及び台車部分を有し、測定装置5を3次元方向に水平移動及び回転移動させ、移動装置6Bは、台車部分を有し、測定対象物9を水平移動させる。   The moving device 6 moves at least one of the measurement object 9 and the measurement device 5 to change the measurement position of the measurement object 9 by the measurement device 5. The moving device 6 of this example includes a moving device 6A that moves the measuring device 5 and a moving device 6B that moves the measuring object 9. The moving device 6A has an arm portion and a cart portion, and horizontally moves and rotates the measuring device 5 in the three-dimensional direction, and the moving device 6B has a cart portion and horizontally moves the measurement object 9.

作業支援装置10は、測定装置5及び移動装置6を制御して、3次元形状データの測定作業を支援する。具体的には、作業支援装置10は、測定装置5の仕様情報(測定可能距離及び測定可能角度など)と、移動装置6の仕様情報(移動可能範囲など)と、測定対象物9の設計情報(CADデータ)とが登録されており、これらの情報に基づいて、測定作業のシミュレーションを行って、測定位置の組合せを決定し、決定された測定位置で実際の測定を実施するように、測定装置5及び移動装置6を制御する。   The work support device 10 controls the measurement device 5 and the moving device 6 to support the measurement work of the three-dimensional shape data. Specifically, the work support device 10 includes specification information (such as a measurable distance and measurable angle) of the measuring device 5, specification information (such as a movable range) of the moving device 6, and design information of the measuring object 9. (CAD data) is registered, and based on such information, measurement work is simulated to determine a combination of measurement positions, and measurement is performed so that actual measurement is performed at the determined measurement positions. The device 5 and the moving device 6 are controlled.

なお、ある測定対象物の外形形状を測定するため、測定対象物9と測定装置5との位置関係は、例えば測定対象物9を3次元空間内のある位置に固定すると、測定装置5との位置関係は、対象物からの相対位置[X,Y,Z]と回転位置[Yaw,Pitch,Roll]の6変数で決定することができる。以下の説明では、便宜上、主に測定対象物9を固定し、測定装置5を移動させる方法を採用するが、実際の測定では測定装置5を動かしても、測定対象物9を動かしても、どちらでも構わない。
測定対象物9と測定装置5との相対位置関係Pは、P[X,Y,Z,Yaw,Pitch,Roll]の6つの変数で一意に決定することができる。例えば3次元空間内の原点位置に、測定対象物9を任意の姿勢で置く。このとき測定装置5の位置Pの変数であるX,Y,Zの範囲は、測定装置5の測定可能距離や測定対象物9のサイズにもよるが、例えばそれぞれ−1m〜+1mとし、Yawは−180度〜+180度、Pitchは−90度〜+90度、Rollは−180度〜+180度の範囲を持つと仮定する。この範囲内で、数多くの測定装置5の位置Pを仮定し、シミュレーションによりどの面が見えるかを算出することが可能である。測定装置5による測定対象物9の測定回数を例えば20回と仮定すると、1回目の位置をP1、2回目の位置をP2、20回目の位置をP20と表し、[P1,P2,…,P20]の組み合わせを定義することができ、これをPsetとする。作業支援装置10は、最も測定面積が大きくなる組み合わせPsetを、測定回数20回における最適な測定位置セットとする。これを算出するために、作業支援装置10は、6つの位置パラメータを可能範囲内で有限個数に等分割し、それぞれ総当たりで計算することが可能である。しかし、この方法では、ある範囲内を等分割する数が少ない場合は、計算精度が悪くなる。また、計算精度を上げるために分割数を増やすと、計算量が膨大になってしまい、有限時間内で終わらなくなってしまう。
そこで本作業支援システム2では、6つ全ての位置変数の等分割による総当たりは行わずに、計算量を抑えながら計算精度を高くする手法を採用する。本手法の特徴の一つに、正射影法を用いることが挙げられる。通常の3次元空間上では、実際のカメラ視線はある点から放射状に拡がる立体射影方式となるが、この方式では、測定対象物9と測定装置5との距離が変わると、カメラの見え方が異なるため、それぞれの距離で計算する必要があり、計算量が増える。一方で、正射影方式を用いると、カメラの見え方は、測定対象物9との距離に依存せず一定なので、計算量を抑えることができる。この手法についても後述する。
In addition, in order to measure the external shape of a certain measurement object, the positional relationship between the measurement object 9 and the measurement apparatus 5 is, for example, when the measurement object 9 is fixed at a certain position in a three-dimensional space. The positional relationship can be determined by six variables of a relative position [X, Y, Z] from the object and a rotational position [Yaw, Pitch, Roll]. In the following description, for the sake of convenience, a method of mainly fixing the measurement object 9 and moving the measurement apparatus 5 is adopted. However, in actual measurement, even if the measurement apparatus 5 is moved or the measurement object 9 is moved, Either one does not matter.
The relative positional relationship P between the measuring object 9 and the measuring device 5 can be uniquely determined by six variables P [X, Y, Z, Yaw, Pitch, Roll]. For example, the measuring object 9 is placed in an arbitrary posture at the origin position in the three-dimensional space. At this time, the range of X, Y, Z, which is a variable of the position P of the measuring device 5, depends on the measurable distance of the measuring device 5 and the size of the measuring object 9, for example, -1m to + 1m, respectively. It is assumed that -180 degrees to +180 degrees, Pitch is in the range of -90 degrees to +90 degrees, and Roll is in the range of -180 degrees to +180 degrees. Within this range, it is possible to calculate which surface is visible by simulation, assuming a number of positions P of the measuring device 5. Assuming, for example, that the measurement object 9 is measured 20 times by the measuring device 5, the first position is P1, the second position is P2, the twentieth position is P20, and [P1, P2,. ] Can be defined, and this is Pset. The work support apparatus 10 sets the combination Pset having the largest measurement area as an optimal measurement position set for 20 measurements. In order to calculate this, the work support device 10 can equally divide the six position parameters into a finite number within a possible range, and calculate the total number of each. However, in this method, when the number of equally dividing a certain range is small, the calculation accuracy is deteriorated. Further, if the number of divisions is increased in order to increase the calculation accuracy, the calculation amount becomes enormous and does not end within a finite time.
Therefore, this work support system 2 employs a technique of increasing the calculation accuracy while suppressing the calculation amount without performing brute force by equal division of all six position variables. One of the features of this method is the use of orthographic projection. In a normal three-dimensional space, the actual camera line of sight is a three-dimensional projection method that radiates from a certain point. In this method, when the distance between the measurement object 9 and the measurement device 5 changes, the way the camera looks is changed. Since it is different, it is necessary to calculate at each distance, and the calculation amount increases. On the other hand, when the orthographic projection method is used, the appearance of the camera is constant regardless of the distance to the measurement object 9, and thus the amount of calculation can be suppressed. This method will also be described later.

図2は、作業支援装置10にインストールされる作業支援プログラム11の機能構成を例示する図である。作業支援装置10は、作業支援プログラム11がインストールされたコンピュータ端末である。
図2に例示するように、作業支援プログラム11は、候補位置設定部100と、可能面算出部102と、不可能面特定部104と、決定部106と、優先順位決定部108と、条件変更部110と、測定制御部112とを有する。
作業支援プログラム11は、CD−ROMなどの記録媒体に記録され、この記録媒体を介して、作業支援装置10にインストールされる。なお、本例の作業支援プログラム11は、コンピュータプログラムであるが、これに限定されるものではなく、その一部又は全部がASICなどのハードウェアによって実現されてもよい。
また、作業支援装置10は、仕様情報データベース120及び設計情報データベース122を有する。仕様情報データベース(仕様情報DB)120には、測定装置5の仕様情報と、移動装置6の仕様情報とが格納されている。設計情報データベース(設計情報DB)122には、測定対象物9の設計情報(例えば、CADデータ)が格納されている。本例の設計情報DB122は、複数のポリゴンで形成されたSTL形式の形状データを格納する。
FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the work support program 11 installed in the work support apparatus 10. The work support apparatus 10 is a computer terminal in which the work support program 11 is installed.
As illustrated in FIG. 2, the work support program 11 includes a candidate position setting unit 100, a possible surface calculation unit 102, an impossible surface identification unit 104, a determination unit 106, a priority order determination unit 108, and a condition change Unit 110 and measurement control unit 112.
The work support program 11 is recorded on a recording medium such as a CD-ROM, and is installed in the work support apparatus 10 via this recording medium. The work support program 11 of this example is a computer program, but is not limited to this, and a part or all of the work support program 11 may be realized by hardware such as an ASIC.
In addition, the work support apparatus 10 includes a specification information database 120 and a design information database 122. The specification information database (specification information DB) 120 stores the specification information of the measuring device 5 and the specification information of the moving device 6. The design information database (design information DB) 122 stores design information (for example, CAD data) of the measurement object 9. The design information DB 122 of this example stores STL format shape data formed by a plurality of polygons.

候補位置設定部100は、測定対象物9の測定対象範囲の全周囲に対して、測定の方向を測定位置の候補として設定する。例えば、候補位置設定部100は、測定対象物9に関して、測定対象となる範囲の指定をユーザ入力により受け付け、指定された測定対象範囲の全周囲について、測定方向を候補として設定する。
本例の候補位置設定部100は、3次元空間における方向を、φとθの2つのパラメータで定義し、全ての方向を複数の(φ,θ)に分割したものを測定方向の候補に設定する。このとき、φとθを、例えば+180°〜−180°あるいは+90°〜−90°の範囲で等間隔で分割することもできるが、極地での粗密が発生するので、均等な分割手法を用いることもできる。例えば、候補位置設定部100は、図3のように均等に128個に分割すると、各方向をD1〜D128として定義し、測定方向の候補に設定する。分割数は、518個又は2048個等に増やすことで、角度分解能を上げることができる。
The candidate position setting unit 100 sets the measurement direction as a measurement position candidate for the entire circumference of the measurement target range of the measurement object 9. For example, regarding the measurement object 9, the candidate position setting unit 100 accepts designation of a range to be measured by user input, and sets the measurement direction as a candidate for the entire circumference of the designated measurement target range.
The candidate position setting unit 100 in this example defines the direction in the three-dimensional space with two parameters φ and θ, and sets all directions divided into a plurality of (φ, θ) as measurement direction candidates. To do. At this time, φ and θ can be divided at regular intervals within a range of, for example, + 180 ° to −180 ° or + 90 ° to −90 °. However, since unevenness occurs in the polar regions, an equal dividing method is used. You can also. For example, when the candidate position setting unit 100 is equally divided into 128 pieces as shown in FIG. 3, each direction is defined as D1 to D128 and set as a measurement direction candidate. The angle resolution can be increased by increasing the number of divisions to 518 or 2048.

可能面算出部102は、測定対象物9の設計情報に基づいて、候補位置設定部100により設定された測定方向それぞれについて、3次元形状の測定が可能な表面の数又は面積を算出する。例えば、可能面算出部102は、設計情報DB122に格納されている測定対象物9の設計情報と、仕様情報DB120に格納されている仕様情報とに基づいて、候補位置設定部100により設定された各測定方向から測定可能な面積を算出する。
本例の可能面算出部102は、測定装置5のカメラの焦点距離と被写界深度、カメラの視野範囲(X方向,Y方向)、照射部とカメラ受光部間の距離、レーザー光の照射範囲(X方向,Y方向)、等のパラメータ(仕様データ)を考慮し、ある点に対してある方向Drからカメラ画像の中心に点が位置するように受光(撮像)したとき、ある方向Diからレーザーが照射できるか否かを判定して、縦に受光方向Dr(Dr1〜Dr128)、横に照射方向Di(Di1〜Di128)を並べたテーブルを作成し、中に判定結果(○/×)を格納し、受光照射一致条件テーブル(図10)とする。さらに、可能面算出部102は、測定対象物の表面状態等も加味して、図11〜13のテーブルを生成し、各測定方向から測定可能な面積を算出する。
The possible surface calculation unit 102 calculates the number or area of surfaces on which the three-dimensional shape can be measured for each measurement direction set by the candidate position setting unit 100 based on the design information of the measurement object 9. For example, the possible surface calculation unit 102 is set by the candidate position setting unit 100 based on the design information of the measurement object 9 stored in the design information DB 122 and the specification information stored in the specification information DB 120. The measurable area is calculated from each measurement direction.
The possible surface calculation unit 102 of the present example includes the camera focal length and depth of field, the camera field of view range (X direction and Y direction), the distance between the irradiation unit and the camera light receiving unit, and laser light irradiation. When a parameter (specification data) such as a range (X direction, Y direction) is taken into consideration, when a light is received (imaged) from a certain direction Dr so that the point is located at the center of the camera image, a certain direction Di Whether or not the laser can be irradiated is determined, and a table in which the light receiving direction Dr (Dr1 to Dr128) is arranged vertically and the irradiation direction Di (Di1 to Di128) is arranged horizontally is created. ) And stored as a received light irradiation coincidence condition table (FIG. 10). Further, the possible surface calculation unit 102 generates the tables of FIGS. 11 to 13 in consideration of the surface state of the measurement object, and calculates a measurable area from each measurement direction.

不可能面特定部104は、測定対象物9の設計情報と、測定装置5の仕様情報とに基づいて、候補位置設定部100により設定されたいずれの測定方向からも測定できない不可能表面を特定する。
本例の不可能面特定部104は、レイトレーシングを用いて、ある面が、ある方向からみて、遮蔽物がないかどうかを判定し、いずれの測定方向からも測定できない不可視面を特定する。
The impossible surface specifying unit 104 specifies an impossible surface that cannot be measured from any measurement direction set by the candidate position setting unit 100 based on the design information of the measurement object 9 and the specification information of the measuring device 5. To do.
The impossible surface specifying unit 104 of this example uses ray tracing to determine whether a certain surface has a shielding object when viewed from a certain direction, and specifies an invisible surface that cannot be measured from any measurement direction.

決定部106は、可能面算出部102により算出された各測定方向の面積に基づいて、候補となる測定方向の中から、採用する測定方向の組合せを決定する。例えば、優先順位決定部108は、可能面算出部102により算出された各測定方向の面積に基づいて、候補となる測定方向の優先順位を決定し、決定部106は、優先順位決定部108により決定された優先順位と、許容されている測定回数又は測定時間とに基づいて、採用する測定方向の組合せを決定する。
本例の決定部106は、後述する最適化アルゴリズムを用いて、測定可能な面積の合計が最大となる測定方向の組合せを決定する。
Based on the area of each measurement direction calculated by the possible surface calculation unit 102, the determination unit 106 determines a combination of measurement directions to be adopted from candidate measurement directions. For example, the priority order determination unit 108 determines the priority order of the measurement direction as a candidate based on the area of each measurement direction calculated by the possible surface calculation unit 102, and the determination unit 106 uses the priority order determination unit 108. A combination of measurement directions to be employed is determined based on the determined priority order and the allowable number of measurements or measurement time.
The determining unit 106 of this example determines a combination of measurement directions that maximizes the total measurable area using an optimization algorithm described later.

優先順位決定部108は、例えば、可能面算出部102により算出された各測定方向の面積の広い順に、測定方向の優先順位を決定する。
条件変更部110は、乱数に基づいて、決定部106により決定された測定方向の組合せの一部を、他の候補となる測定方向に入れ替えて、測定可能な面積の合計の増減を評価し、測定可能な面積が最大となる測定方法の組合せを最適化する。図7に例示するように、決定部106が、既定の方法で、測定方向の組合せを決定すると、局所最適(図7の左側)に陥る可能性があるため、決定部106は、一旦、測定可能な面積が最大となる組合せを仮決定し、仮決定された組合せの一部を条件変更部110に変更させて、最適化された組合せ(図7の右側)を探索する。
For example, the priority order determination unit 108 determines the priority order of the measurement direction in order of increasing area of each measurement direction calculated by the possible surface calculation unit 102.
The condition changing unit 110 replaces a part of the combination of measurement directions determined by the determination unit 106 with other measurement directions based on random numbers, and evaluates the increase or decrease of the total measurable area, Optimize the combination of measurement methods that maximizes the measurable area. As illustrated in FIG. 7, when the determination unit 106 determines a combination of measurement directions by a predetermined method, there is a possibility that the determination unit 106 falls into a local optimum (left side in FIG. 7). A combination that maximizes the possible area is provisionally determined, and part of the provisionally determined combination is changed by the condition changing unit 110 to search for an optimized combination (right side in FIG. 7).

測定制御部112は、決定部106により決定された測定方向の組合せに基づいて、移動装置6を制御する。例えば、測定制御部112は、決定部106により決定された測定方向の組合せのうち、優先順位決定部108により決定された順位に従って、移動装置6に測定装置5を各測定位置(測定方向)に順に移動させる。   The measurement control unit 112 controls the moving device 6 based on the combination of measurement directions determined by the determination unit 106. For example, the measurement control unit 112 places the measurement device 5 in each measurement position (measurement direction) on the moving device 6 according to the order determined by the priority order determination unit 108 among the combinations of measurement directions determined by the determination unit 106. Move in order.

(作業支援方法)
図4は、作業支援処理(S10)を説明するフローチャートである。
図4に示すように、ステップ12(S12)において、候補位置設定部100は、設計情報DB122から、測定対象物9のCADデータ(STLデータ)を読み出し、測定対象範囲の指定を受け付ける。
候補位置設定部100は、指定された測定対象物の測定対象範囲の全域にわたって、候補となる測定方向を設定する。設定される測定方向は、面積が均等となる分割方法で分割されたものである。
(Work support method)
FIG. 4 is a flowchart for explaining the work support process (S10).
As shown in FIG. 4, in step 12 (S12), the candidate position setting unit 100 reads CAD data (STL data) of the measurement object 9 from the design information DB 122, and accepts designation of the measurement target range.
The candidate position setting unit 100 sets candidate measurement directions over the entire measurement target range of the specified measurement target. The measurement direction to be set is divided by a division method with an equal area.

ステップ14(S14)において、不可能面特定部104は、レイトレーシングによって、候補位置設定部100により設定された測定方向のいずれからも測定できない不可能表面(不可視面)を特定し、特定された不可能表面(不可視面)を可能面算出部102に通知する。   In step 14 (S14), the impossible surface specifying unit 104 specifies and specifies an impossible surface (invisible surface) that cannot be measured from any of the measurement directions set by the candidate position setting unit 100 by ray tracing. An impossible surface (invisible surface) is notified to the possible surface calculation unit 102.

ステップ16(S16)において、可能面算出部102は、測定装置5の仕様情報と、測定対象物の設計情報と、不可能面特定部104により特定された不可能表面とに基づいて、候補位置設定部100により設定された各測定方向で測定可能な面積を算出する。   In step 16 (S16), the possible surface calculation unit 102 determines the candidate position based on the specification information of the measuring device 5, the design information of the measurement object, and the impossible surface specified by the impossible surface specifying unit 104. An area that can be measured in each measurement direction set by the setting unit 100 is calculated.

ステップ18(S18)において、優先順位決定部108は、可能面算出部102により算出された各測定方向の測定可能面積に基づいて、各測定方向の優先順位を決定する。優先順位は、測定可能面積が広いほど高くなる。
決定部106は、優先順位決定部108により決定された優先順位と、許容されている測定回数又は測定時間とに基づいて、測定方向の組合せを仮決定する。
In step 18 (S18), the priority order determination unit 108 determines the priority order of each measurement direction based on the measurable area of each measurement direction calculated by the possible surface calculation unit 102. The priority increases as the measurable area increases.
The determination unit 106 temporarily determines a combination of measurement directions based on the priority determined by the priority determination unit 108 and the allowable number of measurements or measurement time.

ステップ20(S20)において、条件変更部110は、乱数を発生させて、乱数に従って、S18において仮決定された組合せの一部を他の測定方向に入れ替える。
ステップ22(S22)において、決定部106は、一部が入れ替えられた測定方向の組合せと、仮決定された測定方向の組合せとで、測定可能な面積に基づいて比較し、より測定可能面積が広い組合せを採用する。
作業支援処理(S10)は、既定回数だけ、S20及びS22の処理を繰り返すと、S26の処理に移行する。
In step 20 (S20), the condition changing unit 110 generates a random number and replaces a part of the combination temporarily determined in S18 with another measurement direction according to the random number.
In step 22 (S22), the determination unit 106 makes a comparison based on the measurable area between the combination of the measurement directions partially replaced and the combination of the temporarily determined measurement directions. Adopt a wide combination.
In the work support process (S10), when the processes of S20 and S22 are repeated a predetermined number of times, the process proceeds to S26.

ステップ26(S26)において、測定制御部112は、決定部106により決定された測定方向の組合せと、優先順位決定部108により決定された優先順位とに基づいて、移動装置6及び測定装置5を制御し、決定された組合せの測定方向から、決定された優先順位で測定対象物の3次元形状を測定させる。   In step 26 (S26), the measurement control unit 112 moves the mobile device 6 and the measurement device 5 based on the combination of the measurement directions determined by the determination unit 106 and the priority determined by the priority determination unit 108. And control to measure the three-dimensional shape of the measurement object with the determined priority from the measurement direction of the determined combination.

(詳細な処理内容及び結果検証)
・対象とする形状データの準備
効率のよい測定を行うために、測定対象物の形状データ(CADデータ)を準備する。この形状データを作業支援装置10に取り込み、シミュレーション演算を行い、いかに効率のよい測定装置の測定位置を決定するか、が重要である。ここでは、測定対象物の形状データが、複数のポリゴンで形成されるSTL形式である場合を対象とする。このようなSTLデータは、測定対象物を製造するために設計段階で作成されることが一般的である。例えば、図8で示す測定対象物バルブボディのSTLデータは、59,240個の三角形ポリゴン面からなっている。またその表面積は82858mmである。すべての面が測定できれば良いが、チューブの内面等どうやっても測定できない面(不可視面)が発生するため、作業支援装置10は、まず測定可能な面か、不可能な面かを分離し、測定可能な面をどうやって効率よく測定するかを決定する、という手順で行う。
(Detailed processing contents and result verification)
-Preparation of target shape data In order to perform efficient measurement, prepare target object shape data (CAD data). It is important how to import this shape data into the work support apparatus 10 and perform a simulation calculation to determine an efficient measurement position of the measurement apparatus. Here, the case where the shape data of the measurement object is in the STL format formed by a plurality of polygons is targeted. Such STL data is generally created at the design stage in order to manufacture a measurement object. For example, the STL data of the measurement target valve body shown in FIG. 8 is composed of 59,240 triangular polygon surfaces. Its surface area is 82858 mm 2 . It is sufficient if all surfaces can be measured. However, since an invisible surface (invisible surface) such as the inner surface of the tube is generated, the work support apparatus 10 first separates the measurable surface from the unmeasurable surface and performs measurement. The procedure is to determine how to measure the possible surface efficiently.

・方向の分割
3次元空間における方向を、φとθの2つのパラメータで定義する。また、候補位置設定部100は、全ての方向を複数の(φ,θ)に分割したものを測定方向の候補として設定する。このとき、φとθを、例えば+180°〜−180°あるいは+90°〜−90°の範囲にて等間隔で分割することもできるが、極地での粗密が発生するので、均等な分割手法を用いることもできる。例えば均等に128個に分割すると、各方向はD1〜D128に分割できる。分割数を512個や2048個等に増やす事で、角度分解能を上げることができる。
-Direction division The direction in the three-dimensional space is defined by two parameters φ and θ. In addition, the candidate position setting unit 100 sets all directions divided into a plurality of (φ, θ) as measurement direction candidates. At this time, φ and θ can be divided at equal intervals within a range of, for example, + 180 ° to −180 ° or + 90 ° to −90 °. However, since unevenness occurs in the polar regions, an equal dividing method is used. It can also be used. For example, if it is equally divided into 128, each direction can be divided into D1 to D128. The angle resolution can be increased by increasing the number of divisions to 512, 2048, or the like.

・受光照射一致条件テーブルの作成
測定装置5には、カメラの焦点距離と被写界深度、カメラの視野範囲(X方向、Y方向)、照射部とカメラ受光部間の距離、レーザー光の照射範囲(X方向、Y方向)、等のパラメータ(仕様データ)がある。可能面算出部102は、これら測定装置5のパラメータ(仕様)を考慮し、図5(A)に例示するように、ある点に対してある方向Drからカメラ画像の中心に点が位置するように受光(撮像)したとき、ある方向Diからレーザーが照射できるか、を判定する。可能面算出部102は、図10に例示するように、縦に受光方向Dr(Dr1〜Dr128)、横に照射方向Di(Di1〜Di128)を並べたテーブルを作成し、中に判定結果(○/×)を格納し、受光照射一致条件テーブルを生成する。
受光方向と照射方向のなす角度が小さいと、図6(B)に示すように、測定距離は離れ、角度が大きいと、図6(C)に示すように、測定距離は近づく。例えば、カメラ受光の方向をDr1とした場合、測定装置5のパラメータ条件を考慮すると、レーザーで照射する方向をDi2とするには、Dr1とDi2のなす角度が小さいため、図6(B)に示すように、測定装置5を遠くに配置することになる。Dr1とDi2を満たす測定位置はこのひとつしかないので、決定部106は、この2つの測定方向を決定できれば、ある点に対する測定装置5の相対位置を示す6つのパラメータ[X,Y,Z,Yaw,Pitch,Roll]を一意に決定できる。同様にDr1とDi3では、2方向のなす角度が大きいため、図6(C)に示すように、測定装置5を近くに配置することになる。
また、DrとDiのなす角にも配置可能な範囲がある。その範囲を、仮に5.7°〜22.6°とすると、DrとDiのなす角は、図9のとおりなので、測定装置5がとりうる角度条件(○)は、Di2,Di3,Di4,Di5の4つのみで、他は測定装置5がとれない位置条件(×)となる。
同様に、Dr2,Dr3と同じ評価を行うと、図10のようになり、これを受光照射一致条件テーブルとする。可能面算出部102は、測定装置5のパラメータ(仕様データ)だけで、このテーブルを決定できる。
・ Creation of matching table for received light irradiation conditions The measuring device 5 includes a focal length and a depth of field of the camera, a visual field range of the camera (X direction and Y direction), a distance between the irradiation unit and the camera light receiving unit, and laser light irradiation. There are parameters (specification data) such as ranges (X direction, Y direction). The possible surface calculation unit 102 considers the parameters (specifications) of the measurement device 5 and, as illustrated in FIG. 5A, the point is positioned at the center of the camera image from a certain direction Dr with respect to a certain point. When light is received (imaged), it is determined whether the laser can be irradiated from a certain direction Di. The possible surface calculation unit 102 creates a table in which the light receiving direction Dr (Dr1 to Dr128) is arranged vertically and the irradiation direction Di (Di1 to Di128) is arranged horizontally, as illustrated in FIG. / X) is stored, and a received light irradiation coincidence condition table is generated.
When the angle between the light receiving direction and the irradiation direction is small, the measurement distance is separated as shown in FIG. 6B, and when the angle is large, the measurement distance is approached as shown in FIG. 6C. For example, when the camera light receiving direction is Dr1, considering the parameter conditions of the measuring device 5, the angle formed by Dr1 and Di2 is small in order to set the laser irradiation direction to Di2. As shown, the measuring device 5 is arranged far away. Since there is only one measurement position that satisfies Dr1 and Di2, if the determination unit 106 can determine these two measurement directions, the six parameters [X, Y, Z, Yaw indicating the relative position of the measurement device 5 with respect to a certain point are determined. , Pitch, Roll] can be uniquely determined. Similarly, in Dr1 and Di3, since the angle formed by the two directions is large, as shown in FIG.
Also, there is a range that can be arranged at the angle formed by Dr and Di. Assuming that the range is 5.7 ° to 22.6 °, the angle between Dr and Di is as shown in FIG. 9, and the angle condition (O) that the measuring device 5 can take is Di2, Di3, Di4. There are only four of Di5, and the others are position conditions (x) that the measuring apparatus 5 cannot take.
Similarly, when the same evaluation as Dr2 and Dr3 is performed, the result is as shown in FIG. The possible surface calculation unit 102 can determine this table only with the parameters (specification data) of the measuring device 5.

・面ごとの評価
続いて、可能面算出部102は、測定対象物の形状データにおける面ごとの評価を行う。面は、三角形ポリゴンで表されるので、各頂点の3次元座標を持つ。各頂点の中心点を計算することで、面の中心座標を算出できる。また、表裏があり、表側の面法線方向情報を持つ。
Evaluation for Each Surface Subsequently, the possible surface calculation unit 102 performs evaluation for each surface in the shape data of the measurement object. Since the surface is represented by a triangular polygon, it has three-dimensional coordinates of each vertex. By calculating the center point of each vertex, the center coordinates of the surface can be calculated. Moreover, there are front and back, and has surface normal direction information on the front side.

・表面データの考慮
可能面算出部102は、測定対象物の表面状態を考慮する。測定対象物のある面の状態について、光の入射角が面の垂直方向から何度のとき、反射する光の、ある方向における強度分布を実験等により得ることができる。これを拡散反射特性という。可能面算出部102は、この特性に基づき、1番目のある面F1について、入射方向Diから光が入射した時、反射方向Drに対して、カメラで測定可能な量の光を反射できるかどうかを判定する。また、可能面算出部102は、この判定のまえに、図10による照射受光同時条件を考慮し、図10のテーブルで同時条件を満たさない場合、表面データを考慮せずとも不可視面であると判定できるため、計算時間の短縮につながる。
可能面算出部102は、1番目の面F1について、DrとDiそれぞれD1〜D128までの全ての方向のうち、図10のテーブルで○が付いている条件のみについて判定を行う。可能面算出部102は、結果が可視であれば○を、面F1に関する表に埋め、のこりは×として、図11の表面データ考慮テーブルとする。
-Consideration of surface data The possible surface calculation unit 102 considers the surface state of the measurement object. With respect to the state of the surface of the measurement object, the intensity distribution in a certain direction of the reflected light can be obtained by experiments or the like when the incident angle of the light is many times from the direction perpendicular to the surface. This is called diffuse reflection characteristics. Based on this characteristic, the possible surface calculation unit 102 can reflect the amount of light measurable by the camera with respect to the reflection direction Dr when light is incident on the first surface F1 from the incident direction Di. Determine. Further, the possible surface calculation unit 102 considers the irradiation / light reception simultaneous condition shown in FIG. 10 before this determination, and if the simultaneous condition is not satisfied in the table of FIG. 10, the surface is not visible without considering the surface data. Since it can be determined, the calculation time is shortened.
The possible surface calculation unit 102 makes a determination for only the conditions marked with “◯” in the table of FIG. 10 among all directions from Dr1 to Di128 for the first surface F1. If the result is visible, the possible surface calculation unit 102 embeds a circle in the table relating to the surface F1 and sets the remainder as x to be the surface data consideration table in FIG.

・レイトレーシングによる、可視面/不可視面テーブルの作成
不可視面特定部104は、レイトレーシングを用いて、ある面が、ある方向からみて、遮蔽物がないかどうかを判定する。不可視面特定部104は、1番目の面F1について、D1〜D128の方向に対してレイトレーシング法を用いて干渉の有無チェックを行うことで、不可視面を判定する。判定の結果、干渉がある方向のDrとDiの要素はすべて不可視(×)となる。
ここで、図11のテーブルのうち、全ての項目が×であるDrで、かつ全ての項目が×であるDiの方向についてはレイトレーシングの結果を考慮せずとも不可視であると判定するため、計算時間の短縮につながる。
不可視面特定部104は、1番目の面F1について、D1〜D128までの全ての方向についてレイトレーシングにて判定することで、受光照射の表に○、×の結果を埋めて、図12の可視/不可視面テーブルとする。
不可視面特定部104は、F1〜F59240までの全ての面を、D1〜D128までの全ての方向について判定する。
-Creation of Visible Surface / Invisible Surface Table by Ray Tracing The invisible surface specifying unit 104 determines whether a certain surface has a shielding object when viewed from a certain direction using ray tracing. The invisible surface specifying unit 104 determines the invisible surface by checking the presence or absence of interference using the ray tracing method in the directions of D1 to D128 for the first surface F1. As a result of the determination, all the elements of Dr and Di in the direction where there is interference are invisible (x).
Here, in the table of FIG. 11, in order to determine that the direction of Di where all the items are x and all the items are x, the direction of Di is not visible without considering the result of ray tracing. It leads to shortening of calculation time.
The invisible surface specifying unit 104 embeds the results of ○ and × in the table of received light irradiation by determining by ray tracing for all directions from D1 to D128 for the first surface F1, and visible in FIG. / Invisible surface table.
The invisible surface specifying unit 104 determines all surfaces from F1 to F59240 in all directions from D1 to D128.

以上で、どの面が、どの方向から受光するために、どの方向から照射すると、測定できるかの判定結果をまとめたテーブルを面の数だけ作成することができた。○が示すのは、該当する面を測定するための受光方向と照射方向である。面の中心座標は頂点の重心演算によって算出され、2つの方向が決定されると6つの相対位置パラメータ[X,Y,Z,Yaw,Pitch,Roll]が決定することから、1つの○に対して、測定対象物に対する測定装置5の位置パラメータが決定することとなる。
このテーブルにおいて、ひとつも○のついていない面番号の面は、不可視面とする。これにより、測定対象の面に対して、可視面と不可視面の抽出を行うことができた。
続いて、どうにかすれば測定ができる面のうち、どのように効率的に測定するかを指定する方法(測定作業の効率化)について記述する。
As described above, it is possible to create as many tables as the number of the surfaces in which the determination results indicating which surface can receive light from which direction and from which direction the light can be measured can be measured. The circles indicate the light receiving direction and the irradiation direction for measuring the corresponding surface. The center coordinates of the surface are calculated by calculating the center of gravity of the vertex, and when two directions are determined, six relative position parameters [X, Y, Z, Yaw, Pitch, Roll] are determined. Thus, the position parameter of the measuring device 5 with respect to the measurement object is determined.
In this table, the surface with no surface number is not visible. Thereby, the visible surface and the invisible surface could be extracted from the surface to be measured.
Next, a method for specifying how to measure efficiently among the surfaces that can be measured by somehow (efficiency of measurement work) will be described.

・可視条件○に対する共可視面の算出
ある面Fについて、DiとDrが1〜128のうち、全てが×となっている面は不可視面である。○が一つでもある場合は、そのときのDi方向から照射し、Dr方向から受光することで、その面の測定が行えることを示す。可能面算出部102は、すべての○の数をカウントし、その数をk個とし、可視条件○をE(Enable)と表し、図13に示すように、その全てについて固有の番号E1〜Ekを振る。
一般的に、可視面である面Fの、DiとDrのテーブルにはEが複数ついているはずである。複数のEがついている条件のうち、ひとつの条件を取り出すと、そのEnにおける照射方向Diと受光方向Drを満たす測定装置5の測定位置P[X,Y,Z,Yaw,Pitch,Roll]が一意に決まる。また、測定装置5の測定位置P[X,Y,Z,Yaw,Pitch,Roll]が一意に決まれば、その測定位置条件ではF1〜F59240のうち、どの面が可視かをシミュレーションによって決定することが可能である。この、Enを測定する際に同時に測定可能となる面を、測定可能条件Enにおける共可視面と呼び、可能面算出部102は、AFn(AccompanyFace)の配列にどの面が共可視かを配列で格納する。また、共可視面の面積の合計をSA(SumArea)とする。1番目の測定可能条件E1で、面番号2,3,4,5の面が共可視であり、その合計面積が100mm2であるなら、可能面算出部102は、AF1={2,3,4,5}という情報を格納し、SA1=100とする。
-Calculation of co-visible surface with respect to visible condition (circle) About the certain surface F, among Di and Dr 1-128, the surface where all are x is an invisible surface. When there is even one circle, it indicates that the surface can be measured by irradiating from the Di direction and receiving light from the Dr direction. The possible surface calculation unit 102 counts all the numbers of ○, sets the number to k, and represents the visibility condition ○ as E (Enable). As shown in FIG. Shake.
In general, the Di and Dr tables on the surface F, which is the visible surface, should have a plurality of Es. If one condition is extracted from the conditions with a plurality of E, the measurement position P [X, Y, Z, Yaw, Pitch, Roll] of the measuring device 5 that satisfies the irradiation direction Di and the light receiving direction Dr at that En is obtained. Determined uniquely. Further, if the measurement position P [X, Y, Z, Yaw, Pitch, Roll] of the measurement device 5 is uniquely determined, it is determined by simulation which surface is visible among F1 to F59240 under the measurement position condition. Is possible. The surface that can be measured simultaneously when measuring En is called a co-visible surface under the measurable condition En, and the possible surface calculation unit 102 uses an array to determine which surface is co-visible in the AFn (Accompanyy Face) array. Store. The total area of the co-visible surfaces is SA (SumArea). In the first measurable condition E1, if the surfaces of surface numbers 2, 3, 4, and 5 are co-visible and the total area is 100 mm2, the possible surface calculation unit 102 determines that AF1 = {2, 3, 4 , 5} and SA1 = 100.

・測定条件Eの削減
上記の手法では、測定可能な○の数だけ、Eが発生する。測定条件の数が多いと、測定順を決定する際の計算量が多くなることから、「可視条件○に対する共可視面の算出」の手順で行った、ある可視面Fにおける全ての○をEに置き換えることはせずに、可能面算出部102は、数あるEのなかでも、可視面Fnを測定する際にもっとも良い条件をEnとし、その際の共可視面をAFnとして配列に格納し、その際の共可視面積合計をSAnとすることができる。ここでいう「もっとも良い条件」とは、受光方向が対象面の法線方向(正確には、法線方向の真逆の向き)にもっとも近い方向の測定位置である。その中でも選択肢が複数ある場合は、測定対象物までの測定距離が最大値と最小値の中間にもっとも近い位置、とする。
これにより、Eの数は、可視面の数を超えることはなくなり、計算量を抑えることができる。
-Reduction of measurement condition E In the above method, E is generated in the number of measurable ○. When the number of measurement conditions is large, the amount of calculation for determining the measurement order increases. Therefore, all the ○ s in a certain visible surface F, which are performed in the procedure of “calculation of co-visible surface for visible conditions ○”, are represented by E The possible surface calculation unit 102 stores, in the array, the best condition for measuring the visible surface Fn as En, and the co-visible surface at that time as AFn, among the various Es. In this case, the total co-visible area can be set to SAn. The “best condition” here is a measurement position in a direction in which the light receiving direction is closest to the normal direction of the target surface (more precisely, the direction opposite to the normal direction). If there are a plurality of options, the measurement distance to the measurement object is the closest position between the maximum value and the minimum value.
Thereby, the number of E does not exceed the number of visible surfaces, and the amount of calculation can be suppressed.

・実際の受光方向と照射方向からの装置位置の決定と、共可視面の判定
実際に演算を行ったところ、全部で59240面あるうち、不可視面が2591面あり、可視面が56649面あると算出された。もっとも良い条件での受光方向と照射方向について、共可視面を算出すると、共可視面は全部で9048個の面からなり、その面積は16508mm2であった。
・ Determining the device position from the actual light receiving direction and irradiation direction, and determining the co-visible surface. When the calculation was actually performed, there were 2591 invisible surfaces out of 59240 in total, and 56649 surfaces visible. Calculated. When the co-visible surfaces were calculated for the light receiving direction and the irradiation direction under the best conditions, the co-visible surfaces consisted of 9048 surfaces in total, and the area was 16508 mm 2.

・測定順の決定1(方法A 測定可能面積の大きい視点から順に測定)
優先順位決定部108は、共可視面積SAのもっとも大きい測定条件Enを、第一の測定条件P1とする。P1=Enとなる。条件Enで測定される面を共可視面AFnとし、可視面からAFnを除いた残りの可視面を残可視面R1と呼ぶ。優先順位決定部108は、残可視面に対して、再度すべての条件Eに対する共可視面を算出する。優先順位決定部108は、この中でもっともSAの大きい測定条件Eを、第二の測定条件P2とする。全可視面R1のうち、測定条件P1とP2で測定される共可視面を除いた面を新たな残可視面R2とする。このようにして、優先順位決定部108は、許容された測定回数分だけ、Pnを決定していく。
-Determination of measurement order 1 (Method A: Measure from the viewpoint with the largest measurable area)
The priority determining unit 108 sets the measurement condition En having the largest co-visible area SA as the first measurement condition P1. P1 = En. A surface measured under the condition En is defined as a co-visible surface AFn, and the remaining visible surface obtained by removing AFn from the visible surface is referred to as a remaining visible surface R1. The priority order determination unit 108 calculates the co-visible surfaces for all the conditions E again with respect to the remaining visible surfaces. The priority order determination unit 108 sets the measurement condition E having the largest SA among them as the second measurement condition P2. Of all visible surfaces R1, a surface excluding the co-visible surfaces measured under the measurement conditions P1 and P2 is defined as a new remaining visible surface R2. In this way, the priority order determination unit 108 determines Pn for the permitted number of measurements.

具体的には次のように行う。
計算例
(1)全ての面59240から、これまでの計算により可視面が56649面、不可視面が2591面あると算出される。面ごとに最適な撮像条件を1つ決定する場合、測定条件も可視面と同じ数の56649個あり、これをE1〜E56649とする。
(2)全ての測定条件E1〜E56649に測定装置5を配置したときに測定できる面を計算し、それらの面を共可視面とし、AFに格納する。AF1〜AF56649の共可視面グループができる。またそれぞれ共可視面の合計面積を算出し、SA1〜SA56649に代入する。
(3)SA1〜SA56649のうち、最大面積のものを第一の装置位置P1とする。
(4)すべての可視面のうち、P1による測定可能面を除いた面を抽出し、残可視面R1とする。
(5)(2)と同様に、残可視面R1のうち、P1を除いた全ての測定条件E1〜E56649に測定装置5を配置したときに測定できる面を計算し、それらの面をAF1〜AF56649に格納する。またその面積をSA1〜SA56649に代入する。
(6)(3)と同様に、SA1〜SA56649のうち、最大面積のものを第二の装置位置P2とする。
(7)以下、優先順位決定部108は、繰り返し(2)〜(4)を行い、測定位置の優先順位を決定する。
Specifically, this is performed as follows.
Calculation Example (1) From all the surfaces 59240, it is calculated that there are 56,649 visible surfaces and 2591 invisible surfaces by the calculations so far. When determining one optimal imaging condition for each surface, there are 56649 measurement conditions, which are the same number as the visible surface, and these are designated as E1 to E56649.
(2) Calculate planes that can be measured when the measuring apparatus 5 is arranged under all the measurement conditions E1 to E56649, make those planes co-visible planes, and store them in the AF. A co-visible surface group of AF1 to AF56649 is formed. In addition, the total area of the co-visible surfaces is calculated and assigned to SA1 to SA56649.
(3) Among SA1 to SA56649, the one with the largest area is defined as the first device position P1.
(4) Out of all visible surfaces, the surface excluding the measurable surface by P1 is extracted and set as the remaining visible surface R1.
(5) Similarly to (2), among the remaining visible surface R1, the surfaces that can be measured when the measuring device 5 is arranged under all the measurement conditions E1 to E56649 except for P1 are calculated, and those surfaces are AF1 to AF1. Store in AF56649. Further, the area is assigned to SA1 to SA56649.
(6) Similarly to (3), among SA1 to SA56649, the one with the largest area is defined as the second device position P2.
(7) Hereinafter, the priority order determination unit 108 repeats (2) to (4) to determine the priority order of the measurement positions.

・測定順の決定2(方法B 制限された回数にて、最大面積を測定できる装置位置)
上記(測定順の決定1)では、共可視面積SAのもっとも大きい測定条件Enから順に測定条件Pnを決定した。例えば、測定回数が10回と限定されている場合に方法1を用いると、得られた10個の測定位置は局所解に陥っている可能性がある。これを防ぐため、作業支援装置10は、MCMC法(マルコフ連鎖モンテカルロ法)を用いる。MCMC法では、最初のP1からP10までを上記方法Aを用いて決定する。続いて、条件変更部110が、この10個の測定位置を、乱数に従って一つずつランダムに変更し、測定面積が増加したか否かを評価する。
・ Determination of measurement order 2 (Method B Position of the device that can measure the maximum area with a limited number of times)
In the above (determination of measurement order 1), the measurement conditions Pn are determined in order from the measurement condition En having the largest co-visible area SA. For example, when Method 1 is used when the number of times of measurement is limited to 10 times, the obtained 10 measurement positions may fall into a local solution. In order to prevent this, the work support apparatus 10 uses the MCMC method (Markov chain Monte Carlo method). In the MCMC method, the first P1 to P10 are determined using the method A. Subsequently, the condition changing unit 110 randomly changes the ten measurement positions one by one according to a random number, and evaluates whether or not the measurement area has increased.

具体的には次のように行う。
(1)最初の一巡は、決定部106が方法Aを用いて測定位置の組合せを決定する。これを初期状態とする。この測定位置をP1=a1,P2=b1,…,P10=j1とし、この状態の組合せを
P[a1,b1,c1,d1,e1,f1,g1,h1,i1,j1]
とする。また、この組合せで測定される可視面の面積を
SA[a1,b1,c1,d1,e1,f1,g1,h1,i1,j1]
とする。
(2)条件変更部110は、P1の測定位置a1を(a1,b1,c1,…,j1以外から)ランダムに選択し直し、a2とする。この
P[a2,b1,c1,d1,e1,f1,g1,h1,i1,j1]
を、次の測定位置の組合せと仮定し、この組合せで測定される可視面の面積を
SA[a2,b1,c1,d1,e1,f1,g1,h1,i1,j1]
とする。
(3)決定部106は、最初の組合せの面積と、新たに仮定した組合せの面積の比rを計算する。
r = SA[a2,b1,c1,d1,e1,f1,g1,h1,i1,j1] / SA[a1,b1,c1,d1,e1,f1,g1,h1,i1,j1]
(4)0<=R<1となるような、一様な乱数Rを生成する。
(5)決定部106は、R<rなら、仮定した組合せを、新しい組合せとして採用し、R>=rなら、仮定を棄却し、これまでの組合せをそのまま採用する。
この説明では、R<rとなり、新しい組合せとして採用することとする。
P[a2,b1,c1,d1,e1,f1,g1,h1,i1,j1]
(6)続いて、条件変更部110は、b1を(a2,b1,c1,…,j1以外から)ランダムに選択し直し、b2とする。この
P[a2,b2,c1,d1,e1,f1,g1,h1,i1,j1]
を、次の測定位置の組合せと仮定し、この組合せで測定される可視面の面積を
SA[a2,b2,c1,d1,e1,f1,g1,h1,i1,j1]
とする。
(7)(3)と同様に、決定部106は、新たに仮定した組合せの面積の比rを計算する。
r = SA[a2,b2,c1,d1,e1,f1,g1,h1,i1,j1] / SA[a2,b1,c1,d1,e1,f1,g1,h1,i1,j1]
(8)(4)及び(5)と同様に、条件変更部110は、乱数Rを生成し、rと比較し、R<rなら、仮定した組合せを、新しい組合せとして採用し、R>=rなら、仮定を棄却し、これまでの組合せをそのまま採用する。
(9)(6)〜(8)と同様に、条件変更部110は、ランダムに選択し直す対象をc1,d1,…,j1と変更し、決定部106が評価を行う。
(10)以上で2巡目の評価が完了した。決定部106は、この評価を複数回繰り返して探索を行い、最大面積の撮像が行える測定位置の組合せを最適組合せとする。
Specifically, this is performed as follows.
(1) In the first round, the determination unit 106 determines a combination of measurement positions using the method A. This is the initial state. This measurement position is P1 = a1, P2 = b1,..., P10 = j1, and this combination of states is P [a1, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1, i1, j1].
And Further, the area of the visible surface measured by this combination is SA [a1, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1, i1, j1].
And
(2) The condition changing unit 110 reselects the measurement position a1 of P1 at random (from other than a1, b1, c1,..., J1) and sets it to a2. This P [a2, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1, i1, j1]
Is the combination of the following measurement positions, and the area of the visible surface measured by this combination is SA [a2, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1, i1, j1].
And
(3) The determination unit 106 calculates a ratio r between the area of the first combination and the area of the newly assumed combination.
r = SA [a2, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1, i1, j1] / SA [a1, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1, i1, j1]
(4) Generate a uniform random number R such that 0 <= R <1.
(5) If R <r, the determination unit 106 adopts the assumed combination as a new combination, and if R> = r, rejects the assumption and adopts the previous combination as it is.
In this description, R <r, and a new combination is adopted.
P [a2, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1, i1, j1]
(6) Subsequently, the condition changing unit 110 reselects b1 at random (from other than a2, b1, c1,..., J1) to b2. This P [a2, b2, c1, d1, e1, f1, g1, h1, i1, j1]
Is the combination of the following measurement positions, and the area of the visible surface measured by this combination is SA [a2, b2, c1, d1, e1, f1, g1, h1, i1, j1].
And
(7) Similar to (3), the determination unit 106 calculates the area ratio r of the newly assumed combination.
r = SA [a2, b2, c1, d1, e1, f1, g1, h1, i1, j1] / SA [a2, b1, c1, d1, e1, f1, g1, h1, i1, j1]
(8) As in (4) and (5), the condition changing unit 110 generates a random number R, compares it with r, and if R <r, adopts the assumed combination as a new combination, and R> = If r, the assumption is rejected and the previous combination is used as is.
(9) Similarly to (6) to (8), the condition changing unit 110 changes the objects to be reselected at random to c1, d1,..., J1, and the determining unit 106 performs evaluation.
(10) The second round of evaluation has been completed. The determination unit 106 repeats this evaluation a plurality of times to perform a search, and sets a combination of measurement positions where imaging of the maximum area can be performed as an optimal combination.

・結果の検証
方法Aを用いて測定位置を計算した。また、この計算結果に従い実測定を行い、図14の結果が得られた。結果を、人の手で測定した場合と比較したところ、図14に示すように、従来手法(手作業)では、測定希望面積に対して、20回で72.1%、58回で87.6%の面積を測定できた。一方で、本手法では、12回で75.0%、20回で83.4%、28回で86.2%の面積を測定できた。熟練者でなくとも、手作業に比べて測定回数を減らすことができる可能性を示した。
また、測定方向の組合せを決定するために必要な計算量を比較した。本実施形態の方法による場合は、約3時間であり、比較例では、約711.9時間(29.7日)となった。姿勢決定には、回転自由度3つ(Yaw,Pitch,Roll)と平行移動3つ(X,Y,Z)がある。本実施形態では、
方向について、128×128→16,384個(照射・受光方向それぞれ128個)
移動について、59,240個(前例の通りの面の数)
両者を掛けて、970,588,160回の計算となる。
一方、比較例では、
方向について、24×12×24→69,120個(Yaw,Rollは360度、Pitchは180度を15度で分割)
移動について、150×150×150→3,375,000個(XYZそれぞれ150cmを1cmずつ分割)
両者を掛けて、233,280,000,000回の計算となる。
これらを比較すると、計算量で、比較例は、本実施形態の237.3倍の計算量となる。本実施形態の実証実験では、計算に概ね3時間掛かるから、比較例では、約711.9時間(29.7日)が掛かると想定される。測定方向の組合せを決定するためだけに数日以上を要するため、比較例は全く実用に適さない。
-Verification of results The measurement position was calculated using Method A. Moreover, actual measurement was performed according to this calculation result, and the result of FIG. 14 was obtained. As shown in FIG. 14, the result was compared with the case where the measurement was performed by human hand. As shown in FIG. 14, in the conventional method (manual operation), 72.1% for 20 times and 87. An area of 6% could be measured. On the other hand, in this method, the area of 75.0% at 12 times, 83.4% at 20 times, and 86.2% at 28 times could be measured. Even if it was not an expert, the possibility of reducing the number of measurements compared to manual work was shown.
Also, the amount of calculation required to determine the combination of measurement directions was compared. In the case of the method of this embodiment, it was about 3 hours, and in the comparative example, it was about 711.9 hours (29.7 days). The posture determination includes three rotational degrees of freedom (Yaw, Pitch, Roll) and three parallel movements (X, Y, Z). In this embodiment,
128 × 128 → 16,384 directions (128 irradiation and light receiving directions each)
59,240 for movement (number of faces as in previous example)
Multiplying both results in 970, 588, 160 calculations.
On the other hand, in the comparative example,
About direction, 24 × 12 × 24 → 69,120 (Yaw, Roll is 360 degrees, Pitch is 180 degrees divided by 15 degrees)
About movement, 150 × 150 × 150 → 3,375,000 (XYZ is divided into 1cm by 1cm)
Multiplying both results in 233,280,000,000 calculations.
When these are compared, the calculation amount is 237.3 times that of the present embodiment in the comparative example. In the demonstration experiment of the present embodiment, it takes approximately 3 hours for the calculation. Therefore, in the comparative example, it is assumed that approximately 711.9 hours (29.7 days) are required. Since several days or more are required only to determine the combination of measurement directions, the comparative example is not suitable for practical use.

以上説明したように、本実施形態における作業支援システム2によれば、3次元測定作業において、効率的に作業できる測定位置の組合せを実用可能な時間内に決定することができる。   As described above, according to the work support system 2 in the present embodiment, in the three-dimensional measurement work, a combination of measurement positions at which work can be performed efficiently can be determined within a practical time.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Understood.

なお、上記実施形態では、各測定方向から測定可能な面積に基づいて、測定方向の優先順位及び測定方向の組合せを決定したが、各測定方向から測定可能な面の数に基づいて、測定方向の優先順位及び測定方向の組合せを決定してもよい。   In the above embodiment, the combination of the measurement direction priority and the measurement direction is determined based on the area measurable from each measurement direction, but the measurement direction is determined based on the number of surfaces measurable from each measurement direction. A combination of priority and measurement direction may be determined.

2…作業支援システム
5…測定装置
6…移動装置
10…作業支援装置
11…作業支援プログラム
100…候補位置設定部
102…可能面算出部
104…不可能面特定部
106…決定部
108…優先順位決定部
110…条件変更部
112…測定制御部
120…仕様情報データベース
122…設計情報データベース
2 ... Work support system 5 ... Measuring device 6 ... Moving device 10 ... Work support device 11 ... Work support program 100 ... Candidate position setting unit 102 ... Possible surface calculation unit 104 ... Impossible surface identification unit 106 ... Determination unit 108 ... Priority order Determination unit 110 ... condition changing unit 112 ... measurement control unit 120 ... specification information database 122 ... design information database

Claims (9)

作業対象物の表面のうち、作業対象範囲として指定された作業対象範囲の全域に対して、候補となる作業位置を設定する候補位置設定部と、
前記候補位置設定部により設定された作業位置それぞれについて、作業可能な作業対象物の表面の数又面積を算出する可能面算出部と、
前記可能面算出部により算出された表面の数又は面積に基づいて、作業位置の組合せを決定する決定部と
を有する作業支援装置。
A candidate position setting unit that sets candidate work positions for the entire work target range designated as the work target range among the surfaces of the work target;
For each work position set by the candidate position setting unit, a possible surface calculation unit that calculates the number or area of the surfaces of work objects that can be worked,
A work support apparatus comprising: a determination unit that determines a combination of work positions based on the number or area of surfaces calculated by the possible surface calculation unit.
作業は、3次元形状データの測定作業であり、
前記候補位置設定部は、測定対象物の測定対象範囲の全周囲に対して、測定の方向を少なくとも前記作業位置として設定し、
前記可能面算出部は、測定対象物の設計情報に基づいて、設定された測定方向それぞれについて、3次元形状の測定が可能な表面の数又は面積を算出し、
前記決定部は、算出された表面の数又は面積に基づいて、測定方向の組合せを決定する
請求項1に記載の作業支援装置。
The work is a measurement work of 3D shape data,
The candidate position setting unit sets the measurement direction as at least the work position with respect to the entire circumference of the measurement target range of the measurement object,
The possible surface calculation unit calculates the number or area of surfaces capable of measuring a three-dimensional shape for each set measurement direction based on design information of a measurement object,
The work support apparatus according to claim 1, wherein the determination unit determines a combination of measurement directions based on the calculated number or area of surfaces.
前記候補位置設定部は、測定対象物の全周囲に対して、候補となる測定方向のみを設定し、
前記可能面算出部は、設定された測定方向それぞれについて、測定可能な表面の数又は面積を算出し、
それぞれの測定方向について、算出された表面の数又は面積に応じて、測定の優先順位を決定する順位決定部
をさらに有し、
前記決定部は、前記順位決定部により決定された優先順位と、許容されている測定回数又は測定時間とに基づいて、測定方向の組合せを決定する
請求項2に記載の作業支援装置。
The candidate position setting unit sets only candidate measurement directions for the entire circumference of the measurement object,
The possible surface calculation unit calculates the number or area of surfaces that can be measured for each set measurement direction,
For each measurement direction, it further comprises a rank determining unit that determines the measurement priority according to the calculated number or area of the surface,
The work support apparatus according to claim 2, wherein the determination unit determines a combination of measurement directions based on the priority order determined by the order determination unit and an allowable number of measurements or measurement time.
前記候補位置設定部は、測定対象物の全周囲に対して、候補となる測定方向のみを設定し、
前記可能面算出部は、設定された測定方向それぞれについて、測定可能な表面の数又は面積を算出し、
それぞれの測定方向について、算出された表面の数又は面積に応じて、測定の優先順位を決定する順位決定部と、
前記順位決定部により決定された優先順位に従って、それぞれの測定方向で測定するよう指示する測定制御部と
をさらに有する
請求項2に記載の作業支援装置。
The candidate position setting unit sets only candidate measurement directions for the entire circumference of the measurement object,
The possible surface calculation unit calculates the number or area of surfaces that can be measured for each set measurement direction,
For each measurement direction, according to the calculated number or area of the surface, a rank determination unit that determines the measurement priority,
The work support apparatus according to claim 2, further comprising: a measurement control unit that instructs to perform measurement in each measurement direction according to the priority order determined by the order determination unit.
測定対象物の設計情報と、3次元形状測定装置の仕様情報とに基づいて、前記候補位置設定部により設定されたいずれの測定方向からも測定できない不可能表面を特定する不可能面特定部
をさらに有し、
前記可能面算出部は、測定対象物の測定対象範囲における表面から、前記不可能面特定部により特定された不可能表面を除外し、不可能表面が除外された測定対象範囲の表面を対象として、それぞれの測定方向について、測定可能な表面の数又は面積を算出する
請求項3に記載の作業支援装置。
An impossible surface specifying unit for specifying an impossible surface that cannot be measured from any measurement direction set by the candidate position setting unit based on the design information of the measurement object and the specification information of the three-dimensional shape measuring apparatus; In addition,
The possible surface calculation unit excludes the impossible surface specified by the impossible surface specifying unit from the surface in the measurement target range of the measurement object, and targets the surface of the measurement target range from which the impossible surface is excluded. The work support device according to claim 3, wherein the number or area of measurable surfaces is calculated for each measurement direction.
乱数を用いて、前記決定部により仮決定された測定方向の組合せの一部を、他の測定方向に入れ替える条件変更部
をさらに有し、
前記決定部は、仮決定された組合せと、前記条件変更部により変更された組合せとを比較して、採用する測定方向の組合せを決定する
請求項5に記載の作業支援装置。
A condition changing unit that replaces a part of the combination of the measurement directions provisionally determined by the determination unit with another measurement direction using a random number;
The work support apparatus according to claim 5, wherein the determination unit determines a combination of measurement directions to be employed by comparing the provisionally determined combination with the combination changed by the condition change unit.
測定対象物の3次元形状データを測定する測定装置と、
前記測定対象物及び前記測定装置の少なくとも一方を移動させて、前記測定装置による前記測定対象物の測定位置を変化させる移動装置と、
前記移動装置を制御する作業支援装置と
を有し、
前記作業支援装置は、
測定対象物の表面のうち、測定対象範囲として指定された測定対象範囲の全域に対して、候補となる測定位置を設定する候補位置設定部と、
前記候補位置設定部により設定された測定位置それぞれについて、測定可能な測定対象物の表面の数又面積を算出する可能面算出部と、
それぞれの測定方向について、前記可能面算出部により算出された表面の数又は面積に応じて、測定の優先順位を決定する順位決定部と、
前記順位決定部により決定された優先順位に従って、それぞれの測定方向で測定するよう前記移動装置に指示する測定制御部と
を有する
作業支援システム。
A measuring device for measuring the three-dimensional shape data of the measurement object;
A moving device that moves at least one of the measurement object and the measurement device to change a measurement position of the measurement object by the measurement device;
A work support device for controlling the mobile device,
The work support device includes:
A candidate position setting unit that sets candidate measurement positions for the entire measurement target range designated as the measurement target range among the surfaces of the measurement target;
For each measurement position set by the candidate position setting unit, possible surface calculation unit for calculating the number or area of the surface of the measurement object that can be measured,
For each measurement direction, according to the number or area of the surface calculated by the possible surface calculation unit, a rank determination unit that determines the priority of measurement,
A work support system comprising: a measurement control unit that instructs the mobile device to perform measurement in each measurement direction according to the priority order determined by the order determination unit.
作業対象物の表面のうち、作業対象範囲として指定された作業対象範囲の全域に対して、候補となる作業位置を設定する候補位置設定ステップと、
前記候補位置設定ステップにより設定された作業位置それぞれについて、作業可能な作業対象物の表面の数又面積を算出する可能面算出ステップと、
前記可能面算出ステップにより算出された表面の数又は面積に基づいて、作業位置の組合せを決定する決定ステップと
を有する作業支援方法。
A candidate position setting step for setting candidate work positions for the entire work target range designated as the work target range among the surfaces of the work target;
For each work position set by the candidate position setting step, a possible surface calculation step for calculating the number or area of the surfaces of work objects that can be worked,
A determination step of determining a combination of operation positions based on the number or area of surfaces calculated by the possible surface calculation step.
作業対象物の表面のうち、作業対象範囲として指定された作業対象範囲の全域に対して、候補となる作業位置を設定する候補位置設定ステップと、
前記候補位置設定ステップにより設定された作業位置それぞれについて、作業可能な作業対象物の表面の数又面積を算出する可能面算出ステップと、
前記可能面算出ステップにより算出された表面の数又は面積に基づいて、作業位置の組合せを決定する決定ステップと
をコンピュータに実行させるプログラム。
A candidate position setting step for setting candidate work positions for the entire work target range designated as the work target range among the surfaces of the work target;
For each work position set by the candidate position setting step, a possible surface calculation step for calculating the number or area of the surfaces of work objects that can be worked,
A program for causing a computer to execute a determination step of determining a combination of work positions based on the number or area of surfaces calculated by the possible surface calculation step.
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