JP2017033374A - データ照合装置、設計データ修正装置、形状測定装置、データ照合方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】ＩＣＰ法を用いて照合対象データを基準データと照合する処理において、局所解に陥ることなく最適解を求めること。【解決手段】ＩＣＰ法を用いて基準データに対する照合対象データの誤差が最小になるように演算して第１解（誤差値ｄ１）を求め、第１解に対応する第１並進量および第１回転量の少なくとも一方を算出する第１演算部と、第１演算部により第１解が求められた後に、第１並進量とは異なる第２並進量および第１回転量とは異なる第２回転量の少なくとも１方を用いて演算を継続し、第１解における誤差よりも小さい誤差となる第２解（誤差値ｄ２）を求める第２演算部と、を備えることを特徴とするデータ照合装置を提供すること。【選択図】図４
Description
本発明は、データ照合装置、設計データ修正装置、形状測定装置、データ照合方法、およびプログラムに関する。
従来、射出成形などにより成形された製造品の形状が、設計仕様通りに製造されているか検証するために、製造品を３次元計測して得られた点群から成る計測データを、設計仕様の基準データと照合するデータ照合装置が知られていた。
データ照合装置では、照合対照となる計測データ（照合対象データ）の位置と姿勢を、基準データに合わせた上で、その差異を示す必要があった。そのために、照合対象データを構成する照合対象点群と、基準データを構成する基準点群との両者の位置と姿勢を合わせるＩＣＰ（Iterative Closest Point）法が採用されていた。ＩＣＰ法は、照合対象点群と基準点群との間で最近傍となる対応点のペアを探索する処理と、対応点間の距離の総和に相当する誤差関数を最小化（収束）するように一方の点群に対して剛体変換（並進と回転）を行う処理と、を繰り返し計算することにより、両点群の位置と姿勢を照合する方法である。
このようにして得られた剛体変換を一方の点群に適用し、両点群を比較することで、照合対象データと基準データとの差異が明確になり製造品の形状が設計仕様通りに製造されているか検証することができる。
データ照合装置では、照合対照となる計測データ（照合対象データ）の位置と姿勢を、基準データに合わせた上で、その差異を示す必要があった。そのために、照合対象データを構成する照合対象点群と、基準データを構成する基準点群との両者の位置と姿勢を合わせるＩＣＰ（Iterative Closest Point）法が採用されていた。ＩＣＰ法は、照合対象点群と基準点群との間で最近傍となる対応点のペアを探索する処理と、対応点間の距離の総和に相当する誤差関数を最小化（収束）するように一方の点群に対して剛体変換（並進と回転）を行う処理と、を繰り返し計算することにより、両点群の位置と姿勢を照合する方法である。
このようにして得られた剛体変換を一方の点群に適用し、両点群を比較することで、照合対象データと基準データとの差異が明確になり製造品の形状が設計仕様通りに製造されているか検証することができる。
また、製造品での検証はμｍ（マイクロメートル）オーダーの単位でその差異を検出する必要があるため、計測点群および基準点群の点の数は、数千から数万個といった大量な数量の点群を扱う必要がある。大量な数量の点群に対してＩＣＰ法を適用した結果、誤差関数を最小化する処理において局所的な範囲における局所解に収束されてしまうことがあった。つまり、大域的には当該局所解よりも更に小さい最適解があったとしても、その最適解に収束させることができず、結果的には最適ではない剛体変換が推定されてしまう場合があった。特許文献１では、大量数の点群から点群を間引いてＩＣＰ法を適用する方法により誤差関数を最適解に収束させ、その剛体変換を推定できるというものであった。
しかしながら、特許文献１に記載の照合方法を、上述したような製造品の検証に適用した場合には、相変わらず誤った剛体変換（並進と回転）が推定されてしまうことが多く生じていた。詳しくは、製造品の形状は上述したように、μｍといったオーダーで検証する必要があるために、数個の点を間引きしてしまうことにより対象物体における形状の特徴を表す部分のデータが欠落してしまう場合があった。そのため、実際は異なる位置と姿勢に剛体変換（並進と回転）されてしまっていたとしても、誤差関数を最適解として算出してしまい、正しい剛体変換（並進と回転）が行われたと誤判定されてしまっていた。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、ＩＣＰ法を用いて照合対象データを基準データと照合する処理において、局所解よりも更に小さい誤差関数に収束することができる最適解と、その最適解が導出された剛体変換（並進および回転）を求めることを目的とする。
［適用例１］本適用例に係るデータ照合装置は、基準点群から構成される基準データ、および照合対象点群から構成される照合対象データを記憶する記憶部と、ＩＣＰ法を用いて前記基準データに対する前記照合対象データの誤差が最小になるように演算して第１解を求め、前記第１解に対応する第１並進量および第１回転量の少なくとも一方を算出する第１演算部と、前記第１演算部が前記第１解を求めた後に、前記第１並進量とは異なる第２並進量および前記第１回転量とは異なる第２回転量の少なくとも一方を用いて演算を継続し、前記誤差が前記第１解よりも小さい第２解を求める第２演算部と、を備えることを特徴とする。
本適用例によれば、ＩＣＰ法を用いた基準データと照合対象データとの照合処理において、第２演算部は、第１演算部により第１解が求められた後に、第１解における誤差よりも小さい誤差となる第２解を求めている。従って、第１解が局所解であった場合は、更に小さい誤差関数に収束する第２解を最適解として求めることができる。また、第１演算部および第２演算部は、記憶された基準データおよび照合対象データを用いて演算しているため、両データの一部を欠落させることなく演算することが可能である。
従って、ＩＣＰ法を用いて照合対象データを基準データと照合する処理において、局所解よりも更に小さい誤差関数に収束することができる最適解と、その最適解が導出された剛体変換（並進および回転）を求めることができる。
従って、ＩＣＰ法を用いて照合対象データを基準データと照合する処理において、局所解よりも更に小さい誤差関数に収束することができる最適解と、その最適解が導出された剛体変換（並進および回転）を求めることができる。
［適用例２］上記適用例に記載のデータ照合装置は、前記第１演算部および前記第２演算部の少なくとも一方は、誤差関数の極小値を用いて前記第１解または前記第２解の少なくとも一方を求めることを特徴とする。
本適用例によれば、誤差関数が最小となる第１解または第２解を求めることができる。
［適用例３］上記適用例に記載のデータ照合装置の前記記憶部は、前記誤差の大きさを示す閾値を記憶し、前記第１演算部および前記第２演算部の少なくとも一方は、演算した前記誤差が前記閾値よりも小さい場合に前記第１解または前記第２解を求めることを特徴とする。
本適用例によれば、誤差関数の極小値が見つからない場合は、閾値を用いて第１解または第２解を求めることができる。
［適用例４］上記適用例に記載のデータ照合装置の前記記憶部は、前記誤差を演算する回数である演算回数を記憶し、前記第１演算部および前記第２演算部の少なくとも一方は、前記誤差を演算する回数が前記演算回数を超えた場合に、前記第１解または前記第２解を求めることを特徴とする。
本適用例によれば、誤差関数の極小値が見つからない場合や誤差関数が閾値まで達しない場合は、演算回数を用いて第１解または第２解を求めることができる。
［適用例５］上記適用例に記載のデータ照合装置の前記記憶部は、前記第２並進量および前記第２回転量の少なくとも一方を記憶し、前記第２演算部は、記憶された前記第２並進量および前記第２回転量の少なくとも一方を用いて前記第２解を求めることを特徴とする。
本適用例によれば、第１解の近傍に第２解が存在しない場合では、記憶された第２並進量および第２回転量の少なくとも一方を用いて第２解を求めることにより、効率良く第２解を求めることができる。
［適用例６］上記適用例に記載のデータ照合装置における前記基準データおよび前記照合対象データは、形状を表す形状データであることを特徴とする。
本適用例によれば、３次元または２次元の形状を照合することができる。
［適用例７］本適用例に係る設計データ修正装置は、上記適用例に記載のデータ照合装置と、前記第２演算部で求めた前記第２解を用いて設計データにフィードバックするフィードバック処理部と、を備えていることを特徴とする。
本適用例による設計データ修正装置によれば、第２解による最適解に基づいた正確なフィードバック情報を設計データに適用することができる。
［適用例８］上記適用例に記載の設計データ修正装置の前記設計データは前記基準データに基づいて生成されたＣＡＤデータであることを特徴とする。
本適用例によれば、ＣＡＤデータにフィードバックすることができる。
［適用例９］本適用例に係る形状測定装置は、上記適用例に記載のデータ照合装置と、形状を撮像する撮像部と、を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、撮像した形状情報に基づいて、形状を照合することができる。
［適用例１０］本適用例に記載のデータ照合方法は、基準点群から構成される基準データ、および照合対象点群から構成される照合対象データを記憶する記憶工程と、ＩＣＰ法を用いて前記基準データに対する前記照合対象データの誤差が最小になるように演算して第１解を求め、前記第１解に対応する第１並進量および第１回転量の少なくとも一方を算出する第１演算工程と、前記第１演算工程により前記第１解が求められた後に、前記第１並進量とは異なる第２並進量および前記第１回転量とは異なる第２回転量を用いて演算を継続し、前記誤差が前記第１解よりも小さい第２解を求める第２演算工程と、を含むことを特徴とする。
本適用例によれば、ＩＣＰ法を用いた基準データと照合対象データとの照合処理において、第２演算工程は、第１演算工程により第１解が求められた後に、第１解における誤差よりも小さい誤差となる第２解を求めている。従って、第１解が局所解であった場合は、更に小さい誤差関数に収束する第２解を最適解として求めることができる。また、第１演算工程および第２演算工程は、記憶された基準データおよび照合対象データを用いて演算しているため、両データの一部を欠落させることなく演算することが可能である。
従って、ＩＣＰ法を用いて照合対象データを基準データと照合する処理において、局所解よりも更に小さい誤差関数に収束することができる最適解と、その最適解が導出された剛体変換（並進および回転）を求めることができる。
従って、ＩＣＰ法を用いて照合対象データを基準データと照合する処理において、局所解よりも更に小さい誤差関数に収束することができる最適解と、その最適解が導出された剛体変換（並進および回転）を求めることができる。
［適用例１１］本適用例に記載のプログラムは、基準点群から構成される基準データ、および照合対象点群から構成される照合対象データを記憶する記憶工程と、ＩＣＰ法を用いて前記基準データに対する前記照合対象データの誤差が最小になるように演算して第１解を求め、前記第１解に対応する第１並進量および第１回転量の少なくとも一方を算出する第１演算工程と、前記第１演算工程により前記第１解が求められた後に、前記第１並進量とは異なる第２並進量および前記第１回転量とは異なる第２回転量を用いて演算を継続し、前記誤差が前記第１解よりも小さい第２解を求める第２演算工程と、を含むデータ照合方法をコンピューターにより実行させるプログラム。
本適用例によるプログラムは、コンピューターにより実行されることにより、ＩＣＰ法を用いた基準データと照合対象データとの照合処理において、第２演算工程は、第１演算工程により第１解が求められた後に、第１解における誤差よりも小さい誤差となる第２解を求めている。従って、第１解が局所解であった場合は、更に小さい誤差関数に収束する第２解を最適解として求めることができる。また、第１演算工程および第２演算工程は、記憶された基準データおよび照合対象データを用いて演算しているため、両データの一部を欠落させることなく演算することが可能である。
従って、ＩＣＰ法を用いて照合対象データを基準データと照合する処理において、局所解よりも更に小さい誤差関数に収束することができる最適解と、その最適解が導出された剛体変換（並進および回転）を求めることができる。
従って、ＩＣＰ法を用いて照合対象データを基準データと照合する処理において、局所解よりも更に小さい誤差関数に収束することができる最適解と、その最適解が導出された剛体変換（並進および回転）を求めることができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。
（実施形態１）
（データ照合システム）
図１は、データ照合システムの概要を表す説明図である。
まず、実施形態１に係わるデータ照合装置１を備えるデータ照合システム３の概略構成について説明する。
（データ照合システム）
図１は、データ照合システムの概要を表す説明図である。
まず、実施形態１に係わるデータ照合装置１を備えるデータ照合システム３の概略構成について説明する。
データ照合システム３は、金型射出成形により成形部品Ｆなどを大量生産する工場などに設置されるシステムであり、生産された成形部品Ｆの外観自動検査を行う。図１に示すように検査ライン９１では、成形された成形部品Ｆが、搬入口９１Ａから搬出口９１Ｂの方向に、搬送ベルトに載せられて搬送されている。図１に示す例では、これらの成形部品Ｆの検査面（上面と側面）における「そり」、「ひけ」、「ボイド」、「フローマーク」、「うねり」といった外観不良の欠点を検査している。外観不良の欠点には、軽微な欠点、中程度の欠点、重大欠点などがあり、データ照合システム３では、これらの欠点の程度や数量を計測して大量生産工程の品質情報を収集している。また、重大欠点は、外観の不良のみならず、機能的な不良を招く恐れがあるため、データ照合システム３では、重大欠点が発覚した時点で検査ライン９１を停止して、アラート等によりその旨を報知する役割も有している。重大欠点には、例えば、平坦面のうねりの程度により、後工程において他部品との嵌合や密着が不十分になるような機能的な不良を招く欠点が含まれている。
データ照合システム３は、データ照合装置１、３Ｄ計測器７、およびＣＡＤ８などから構成されている。それぞれの装置は、ネットワーク２によって各種データ送受信可能に接続されている。
３Ｄ計測器７は、撮像部７７、制御部７３を有し、制御部７３の制御により撮像部７７から計測データ７１を取得する。撮像部７７は、２台のＣＣＤ７７ＡおよびＣＣＤ７７Ｂ（Charge Coupled Device）から構成され、２方面からステレオ方式で撮像エリア９０に搬送された成形部品Ｆを撮像し、画像情報および距離情報を含む形状データを計測する。計測した形状データは、計測データ７１として３Ｄ計測器７の記憶部（図示は省略）に記憶される。計測データ７１には、成形部品Ｆの上端面と側端面においてμｍのオーダーで測定された３次元の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が格納されている。
尚、撮像部７７は、上述した画像情報を撮像する方式に限らず、３Ｄで形状を計測することが可能な方式であればよく、例えば、公知の光切断方式、パターン投影方式、ＣＴ（Computed Tomography）方式によって３Ｄ形状を測定し、計測データ７１を出力する構成であっても良い。
３Ｄ計測器７は、撮像部７７、制御部７３を有し、制御部７３の制御により撮像部７７から計測データ７１を取得する。撮像部７７は、２台のＣＣＤ７７ＡおよびＣＣＤ７７Ｂ（Charge Coupled Device）から構成され、２方面からステレオ方式で撮像エリア９０に搬送された成形部品Ｆを撮像し、画像情報および距離情報を含む形状データを計測する。計測した形状データは、計測データ７１として３Ｄ計測器７の記憶部（図示は省略）に記憶される。計測データ７１には、成形部品Ｆの上端面と側端面においてμｍのオーダーで測定された３次元の座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が格納されている。
尚、撮像部７７は、上述した画像情報を撮像する方式に限らず、３Ｄで形状を計測することが可能な方式であればよく、例えば、公知の光切断方式、パターン投影方式、ＣＴ（Computed Tomography）方式によって３Ｄ形状を測定し、計測データ７１を出力する構成であっても良い。
ＣＡＤ８は、制御部８５、ＣＡＤ基準データ８１、およびＣＡＤ設計データ８３を備えたＣＡＤ（Computer Assisted Drafting）装置である。ＣＡＤ８では、制御部８５の制御により、成形部品Ｆ、成形部品Ｆの射出成形に用いられる金型Ｍ、などの設計や製図が行われる。ＣＡＤ８の記憶部（図示は省略）には、成形部品Ｆの基準寸法情報を含む形状データであるＣＡＤ基準データ８１、および金型Ｍの設計寸法を表すＣＡＤ設計データ８３が管理されている。ＣＡＤ設計データ８３は、成形部品Ｆの金型Ｍを設計する際に利用される。尚、制御部８５は、フィードバック処理部に相当する。また、ＣＡＤ設計データ８３は設計データに相当する。
データ照合装置１は、制御部１０、記憶部３０、表示部５０、および操作部５１などを有した一般的なＰＣ（Personal Computer）であり、制御部１０の制御により各種機能が実現される。具体的には、データ照合装置１では、ＣＡＤ８からＣＡＤ基準データ８１を受信し、３Ｄ計測器７から撮像エリア９０を通過した成形部品Ｆの計測データ７１を受信し、ＣＡＤ基準データ８１と計測データ７１との差異箇所や差異分量の情報を表示部５０に出力する。差異の箇所や差異分量の大小によって、対象とする成型部品Ｆを良品とするか不良品とするか判定する。また、データ照合装置１では、良不良品の判定に限らず収集した成形部品Ｆの差異箇所や差異分量等の情報を記憶部３０に蓄積し、生産される成形部品Ｆの製造品質の状況などが把握可能な品質統計データなども管理する。
尚、データ照合装置１およびネットワーク２により接続された３Ｄ計測器７は、形状測定装置に相当する。また、尚、データ照合装置１およびネットワーク２により接続されたＣＡＤ８は、設計データ修正装置に相当する。
尚、データ照合装置１およびネットワーク２により接続された３Ｄ計測器７は、形状測定装置に相当する。また、尚、データ照合装置１およびネットワーク２により接続されたＣＡＤ８は、設計データ修正装置に相当する。
（データ照合装置）
図２は、データ照合装置の概要を示すブロック図である。
データ照合装置１は、制御部１０、記憶部３０、表示部５０、操作部５１、通信部５３、時計部５５などから構成されている。
制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを有して構成され、記憶部３０、表示部５０を含む各部を統括的に制御する。制御部１０は、基準データ取得部１１、照合対象データ取得部１３、並進回転量算出部１５、誤差算出部１７、収束判定部１９、および照合制御部２１などの機能部を有している。ただし、これらの機能部はあくまでも一例であり必ずしも全ての機能部を必須要件としなくても良い。また、これら以外の機能部を有していても良い。
図２は、データ照合装置の概要を示すブロック図である。
データ照合装置１は、制御部１０、記憶部３０、表示部５０、操作部５１、通信部５３、時計部５５などから構成されている。
制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーを有して構成され、記憶部３０、表示部５０を含む各部を統括的に制御する。制御部１０は、基準データ取得部１１、照合対象データ取得部１３、並進回転量算出部１５、誤差算出部１７、収束判定部１９、および照合制御部２１などの機能部を有している。ただし、これらの機能部はあくまでも一例であり必ずしも全ての機能部を必須要件としなくても良い。また、これら以外の機能部を有していても良い。
基準データ取得部１１は、ＣＡＤ基準データ８１を入力して、データ変換を行い、基準データ３１を出力する。詳しくは、基準データ取得部１１では、ＣＡＤ８などに固有のＣＡＤエンジンに依存する座標系およびデータ書式となっているＣＡＤ基準データ８１を、データ照合装置１の内部処理において用いられる３次元座標系のデータ形式である基準データ３１に変換する。
基準データ３１のデータ形式は、３次元座標系を表すデータ形式であり、基準データ３１と照合対象データ３３とを効率良く比較および照合するために、両者の原点と３次元座標の基本単位を合わせる。従って、基準データ取得部１１では、データ書式変換処理に加えて、原点に対応する位置へ移動する変換と、両者間の大きさを合わせるための拡大縮小変換処理も行う。変換した基準データ３１を記憶部３０に記憶する。
基準データ３１のデータ形式は、３次元座標系を表すデータ形式であり、基準データ３１と照合対象データ３３とを効率良く比較および照合するために、両者の原点と３次元座標の基本単位を合わせる。従って、基準データ取得部１１では、データ書式変換処理に加えて、原点に対応する位置へ移動する変換と、両者間の大きさを合わせるための拡大縮小変換処理も行う。変換した基準データ３１を記憶部３０に記憶する。
尚、基準データ３１は、照合対象データ３３と比較するために３次元座標上の点群であることが好適であるが、点群に限らず、ベクトルデータ、頂点とそれらを結ぶ直線や曲線を表す数式、直線や曲線から延在する平面を表す数式であっても良く、また、それらを組み合わせたものであっても良い。点群でない場合であっても、ラスタライズ処理などにより点群に変換することができる。尚、基準データ３１を構成する点群、または変換された点群は、基準点群に相当する。
照合対象データ取得部１３では、計測データ７１を入力して、データ変換を行い、照合対象データ３３を出力する。照合対象データ取得部１３では、まず、計測データ７１に含まれているノイズデータを除去する。計測データ７１を構成する画像情報や距離情報には、ノイズデータが混在されている。形状の特徴点などの情報を除去しないように公知の方法を適用し、ノイズデータを除去する。その後、基準データ３１と同一の３次元座標系の原点と基本単位へ各点の座標を変換する。変換された点群は、照合対象データ３３として記憶部３０へ記憶される。尚、照合対象データ３３を構成する点群が照合対象点群に相当する。
並進回転量算出部１５は、ＩＣＰ法を用いて剛体変換量（並進量と回転量）を算出する。詳しくは、基準データ３１および照合対象データ３３を入力として、両者の点群の対応関係を示す対応データ（図示は省略）を探索する。対応データは、照合対象データ３３の全ての点に対応する基準データ３１の各点のペアを示すデータであり、照合対象データ３３の点群の各点から基準データ３１上の最近傍点が選択されたペアが設定される。
次に、対応データにより示される点のペアを用いて、照合対象データ３３から基準データ３１への並進量Ｔと回転量Ｒを算出する。このようにして算出された並進量Ｔと回転量Ｒが、並進回転量算出部１５の出力となる。
尚、並進量Ｔと回転量Ｒはいずれか一方のみが、算出されても良い。例えば、基準データ３１と照合対象データ３３との間で、並進量Ｔまたは回転量Ｒのいずれか一方を予め一致させておくことにより、一致させた方はあらためて算出する必要がなくなる。また、以降、並進量Ｔと回転量Ｒの両方を算出する処理やそれらを参照する処理の説明があった場合では、並進量Ｔと回転量Ｒの両方を適用することを必須とせず、どちらか一方でも対応可能である。
尚、並進量Ｔと回転量Ｒはいずれか一方のみが、算出されても良い。例えば、基準データ３１と照合対象データ３３との間で、並進量Ｔまたは回転量Ｒのいずれか一方を予め一致させておくことにより、一致させた方はあらためて算出する必要がなくなる。また、以降、並進量Ｔと回転量Ｒの両方を算出する処理やそれらを参照する処理の説明があった場合では、並進量Ｔと回転量Ｒの両方を適用することを必須とせず、どちらか一方でも対応可能である。
誤差算出部１７は、並進回転量算出部１５により算出された並進量Ｔと回転量Ｒとを照合対象データ３３側に適用し、剛体変換（並進および回転）された照合対象データ３３と基準データ３１との（点群間の）距離を算出し、誤差ｄとして出力する。算出された誤差ｄが小さい（０に近い）程、基準データ３１と照合対象データ３３とが対応データが示す点のペア同士で同一箇所のデータである可能性が高いと推定することができる。
対応データが示す照合対象データ３３側の点群を点群Ａとして、対応データが示す基準データ３１側の点群を点群Ｂとする。また、点群Ａと点群Ｂとの距離を算出する関数をＦｕｎｃとすると、誤差ｄを次の式（１）のように表すことができる。
ｄ＝Ｆｕｎｃ（Ｂ−Ａ・（Ｔ，Ｒ）） ・・・ 式（１）
誤差ｄは、点群Ｂと、点群Ａに並進量Ｔおよび回転量Ｒを適用した点群（Ａ・（Ｔ，Ｒ））と、が関数Ｆｕｎｃによって算出された距離であることを示している。つまり、誤差ｄの値が０に限りなく近ければ、点群Ｂは、並進量Ｔおよび回転量Ｒによって剛体移動された点群Ａと照合できている可能性が高いことになる。
対応データが示す照合対象データ３３側の点群を点群Ａとして、対応データが示す基準データ３１側の点群を点群Ｂとする。また、点群Ａと点群Ｂとの距離を算出する関数をＦｕｎｃとすると、誤差ｄを次の式（１）のように表すことができる。
ｄ＝Ｆｕｎｃ（Ｂ−Ａ・（Ｔ，Ｒ）） ・・・ 式（１）
誤差ｄは、点群Ｂと、点群Ａに並進量Ｔおよび回転量Ｒを適用した点群（Ａ・（Ｔ，Ｒ））と、が関数Ｆｕｎｃによって算出された距離であることを示している。つまり、誤差ｄの値が０に限りなく近ければ、点群Ｂは、並進量Ｔおよび回転量Ｒによって剛体移動された点群Ａと照合できている可能性が高いことになる。
収束判定部１９は、誤差算出部１７により算出された誤差ｄを検証し、誤差ｄが最小値に収束されているか否か判定する。収束判定部１９には、収束条件が入力として与えられる。収束条件には、「極小値」、「閾値設定」、「回数設定」を選択することができる。
「極小値」は、誤算ｄの変化が減少傾向から増加傾向に変化した変化点の出現を収束とする条件である。具体的には式（１）により、並進量Ｔおよび回転量Ｒを変化させ、変動して算出される誤差ｄの微分係数または直近差分を算出して、負値から正値に変化した時点で、収束したと判定する。
「閾値設定」は、誤差ｄが所定の閾値ＴＨよりも小さくなった場合に収束とする条件である。具体的には、閾値ＴＨは、予め記憶部３０の収束条件データ３５に記憶された算術式を用いる。例えば、収束条件データ３５には、次のような算術式が記述されている。
ＩＦ ＬＭ＝ＮＵＬＬ ＴＨＥＮ １０μｍ ＥＬＳＥ ＴＨ＝ＬＭ×０．５ ・・・ 式（２）
式（２）では、極小値ＬＭが既に存在していた場合は、閾値ＴＨに極小値ＬＭに０．５を乗じた値を設定し、そうでない場合（ＬＭ＝ＮＵＬＬ）は閾値ＴＨに１０μｍを設定する算術式である。
閾値ＴＨの算出に用いられる固定値（上述の０．５および１０μｍなど）および算術式は、検査対象となる成形部品Ｆなどを先行試作によって計測し、計測した計測データ７１に基づいて決定される。成形部品Ｆなどの大量生産中においても、蓄積された計測データ７１のデータを統計的に分析して、収束条件として適切な閾値ＴＨを算出する算術式が決定され更新される。
尚、式（２）の例に示すように、極小値ＬＭが存在する場合は、閾値ＴＨは極小値ＬＭよりも小さい値（０に近い）が算出される算術式が定義されている。これは、同一の照合対象データ３３における収束条件としては、誤差ｄがより小さい値（０に近い）になっていることが好ましく、既に極小値ＬＭが求められていた場合では、極小値ＬＭよりも大きい閾値ＴＨで収束したと判定しないようにするためである。
ＩＦ ＬＭ＝ＮＵＬＬ ＴＨＥＮ １０μｍ ＥＬＳＥ ＴＨ＝ＬＭ×０．５ ・・・ 式（２）
式（２）では、極小値ＬＭが既に存在していた場合は、閾値ＴＨに極小値ＬＭに０．５を乗じた値を設定し、そうでない場合（ＬＭ＝ＮＵＬＬ）は閾値ＴＨに１０μｍを設定する算術式である。
閾値ＴＨの算出に用いられる固定値（上述の０．５および１０μｍなど）および算術式は、検査対象となる成形部品Ｆなどを先行試作によって計測し、計測した計測データ７１に基づいて決定される。成形部品Ｆなどの大量生産中においても、蓄積された計測データ７１のデータを統計的に分析して、収束条件として適切な閾値ＴＨを算出する算術式が決定され更新される。
尚、式（２）の例に示すように、極小値ＬＭが存在する場合は、閾値ＴＨは極小値ＬＭよりも小さい値（０に近い）が算出される算術式が定義されている。これは、同一の照合対象データ３３における収束条件としては、誤差ｄがより小さい値（０に近い）になっていることが好ましく、既に極小値ＬＭが求められていた場合では、極小値ＬＭよりも大きい閾値ＴＨで収束したと判定しないようにするためである。
「回数設定」は、反復して計算する回数を収束とする条件である。具体的には、算出される誤差ｄが減少傾向である間、式（１）に示した誤差ｄの繰り返し算出回数を加算し、所定の回数に達した場合は、収束したと判定する。所定の回数は、蓄積された計測データ７１のデータを統計的に分析して、収束条件として適切な回数が決定される。尚、「回数設定」の条件は、「極小値」および「閾値設定」の条件と組合せて用いられる場合が多い。つまり、「極小値」および「閾値設定」のいずれの収束条件においても収束したと判定されなかった場合に、「回数設定」を条件として適用する構成である。
照合制御部２１は、照合対象データ３３と基準データ３１とを照合して、詳細な差異データを算出する。具体的には、上述した基準データ取得部１１、照合対象データ取得部１３、並進回転量算出部１５、誤差算出部１７、および収束判定部１９の各機能部を制御して、最終的な並進量Ｔと回転量Ｒとを決定し、照合対象データ３３と基準データ３１とを照合して、詳細な差異データを算出する。算出した差異データに基づいて、成形部品Ｆを計測した計測データ７１と、ＣＡＤ基準データ８１との差異情報を表示部５０などに出力する。
尚、照合制御部２１において、１回目に誤差ｄが最小になるように並進量Ｔおよび回転量Ｒを算出する並進回転量算出部１５、誤差算出部１７、および収束判定部１９は、第１演算部に相当する。また、２回目以降に１回目の誤差ｄよりも小さい誤差ｄを算出する並進回転量算出部１５、誤差算出部１７、および収束判定部１９は第２演算部に相当する。第１演算部の処理（第１演算工程）および第２演算部の処理（第２演算工程）については、フローチャート図（図３）を用いて後述する。
尚、照合制御部２１は、記憶部３０に記憶されているプログラム４０が制御部１０により読み込まれることにより実行されて実現される。
尚、照合制御部２１は、記憶部３０に記憶されているプログラム４０が制御部１０により読み込まれることにより実行されて実現される。
記憶部３０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置によって構成され、制御部１０により読み出されて実行されるプログラム４０および基準データ３１、照合対象データ３３、収束条件データ３５、並進量回転量データ３７などのデータを記憶している。また、制御部１０により実行される各処理の処理中データ、処理結果などを一時的に記憶するワークエリア（図示は省略）を有している。
基準データ３１は、ＣＡＤ基準データ８１に対応するデータ照合装置１で管理される３次元座標系のデータである。基準データ３１は、基準データ取得部１１によりＣＡＤ基準データ８１が変換されて出力されたデータである。
照合対象データ３３は、計測データ７１に対応するデータ照合装置１で管理される３次元座標系のデータである。照合対象データ３３は、照合対象データ取得部１３により計測データ７１が変換されて出力されたデータである。
収束条件データ３５は、収束判定部１９による収束条件に用いられる所定の閾値ＴＨ、所定の回数、または、式（２）に例示したような算術式などが格納されているデータである。収束条件データ３５は、予め記憶部３０に格納されたデータである。また、データ照合処理の結果を反映した新たな情報に基づいて、これらのデータが更新されても良い。
並進量回転量データ３７は、並進回転量算出部１５により算出された並進量Ｔおよび回転量Ｒのデータ、誤差算出部１７により算出された誤差ｄなどが格納されたデータである。
プログラム４０は、制御部１０により読み込まれ実行されることにより、照合制御部２１の機能が実現される実行ステップが記録されたプログラムである。
照合対象データ３３は、計測データ７１に対応するデータ照合装置１で管理される３次元座標系のデータである。照合対象データ３３は、照合対象データ取得部１３により計測データ７１が変換されて出力されたデータである。
収束条件データ３５は、収束判定部１９による収束条件に用いられる所定の閾値ＴＨ、所定の回数、または、式（２）に例示したような算術式などが格納されているデータである。収束条件データ３５は、予め記憶部３０に格納されたデータである。また、データ照合処理の結果を反映した新たな情報に基づいて、これらのデータが更新されても良い。
並進量回転量データ３７は、並進回転量算出部１５により算出された並進量Ｔおよび回転量Ｒのデータ、誤差算出部１７により算出された誤差ｄなどが格納されたデータである。
プログラム４０は、制御部１０により読み込まれ実行されることにより、照合制御部２１の機能が実現される実行ステップが記録されたプログラムである。
表示部５０は、一般的なＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示パネルを有して構成され、制御部１０から出力される表示信号に基づく各種表示を行う表示装置である。表示部５０には、照合制御部２１において生成された照合対象データ３３と基準データ３１との差異データが３次元画像表示で、また、差異を表す数値や注意、警告等の文言が表示される。
操作部５１は、キーボード、マウス、ボタンスイッチやタッチパネル等を有して構成される入力装置であり、キー入力、マウス操作、ボタン押下、タッチパネル入力に対応する信号が制御部１０へ出力される。
操作部５１は、キーボード、マウス、ボタンスイッチやタッチパネル等を有して構成される入力装置であり、キー入力、マウス操作、ボタン押下、タッチパネル入力に対応する信号が制御部１０へ出力される。
通信部５３は、好適例としてＬＡＮ（Local Area Network）アダプターであり、３Ｄ計測器７およびＣＡＤ８の通信部（図示は省略）と共通の通信プロトコルを有し、ネットワーク２を介してデータ照合装置１と各種データを送受信可能に接続する。通信部５３は、ＣＡＤ８からＣＡＤ基準データ８１を受信し、３Ｄ計測器７から計測データ７１を受信し、制御部１０へ受け渡す。
（データ照合処理のフロー）
図３は、データ照合処理の流れを示すフローチャート図である。以下のフローは、データ照合方法に相当し、記憶部３０に格納されているプログラム４０が制御部１０に読み込まれて実行されることにより実現される処理である。また、本フローの実行により、照合制御部２１の機能が実現される。また、照合制御部２１からは、基準データ取得部１１、照合対象データ取得部１３、並進回転量算出部１５、誤差算出部１７、収束判定部１９の各機能が呼び出されて実現されている。
図４は、誤差ｄの収束を説明するグラフ図である。図４に示すＸ軸方向は、並進量Ｔまたは回転量Ｒ、またはその両者の増加方向を示している。Ｙ軸方向は、誤差ｄの大きさを示している。誤差ｄは、Ｘ軸側に近づくに連れ小さい数値になる。誤差ｄは、誤差値ｄ１で極小値ＬＭに達しており、誤差値ｄ２で閾値ＴＨに達している。また、誤差値ｄ１における並進量Ｔおよび回転量Ｒ、またはいずれか一方は、並進回転量ＴＲ１として示している。同様に、誤差値ｄ２では並進回転量ＴＲ２であること示している。
図３は、データ照合処理の流れを示すフローチャート図である。以下のフローは、データ照合方法に相当し、記憶部３０に格納されているプログラム４０が制御部１０に読み込まれて実行されることにより実現される処理である。また、本フローの実行により、照合制御部２１の機能が実現される。また、照合制御部２１からは、基準データ取得部１１、照合対象データ取得部１３、並進回転量算出部１５、誤差算出部１７、収束判定部１９の各機能が呼び出されて実現されている。
図４は、誤差ｄの収束を説明するグラフ図である。図４に示すＸ軸方向は、並進量Ｔまたは回転量Ｒ、またはその両者の増加方向を示している。Ｙ軸方向は、誤差ｄの大きさを示している。誤差ｄは、Ｘ軸側に近づくに連れ小さい数値になる。誤差ｄは、誤差値ｄ１で極小値ＬＭに達しており、誤差値ｄ２で閾値ＴＨに達している。また、誤差値ｄ１における並進量Ｔおよび回転量Ｒ、またはいずれか一方は、並進回転量ＴＲ１として示している。同様に、誤差値ｄ２では並進回転量ＴＲ２であること示している。
ステップＳ１１０では、データ照合処理の準備が行われる。詳しくは、以降の各ステップで用いられる閾値ＴＨ、収束判定に用いられる収束条件等が記憶部３０の収束条件データ３５などから読み込まれ内部変数に格納される。
ステップＳ１２０では、基準データ３１と照合対象データ３３を取得する。詳しくは、ＣＡＤ８からＣＡＤ基準データ８１を受信し、基準データ３１として記憶部３０に記憶する。３Ｄ計測器７から計測データ７１を受信し、照合対象データ３３として記憶部３０に記憶する。尚、本ステップは記憶工程に相当する。
ステップＳ１３０では、並進量Ｔと回転量Ｒの初期値を算出する。詳しくは、照合対象データ３３の点に対して最近傍の基準データ３１上の点を探索し、探索した点のペアを対応データとして記憶する。対応データは、照合対象データ３３の全ての点に対して行われる。対応データ同士が位置合わせするように並進量Ｔと回転量Ｒを算出する。最初に算出された並進量Ｔと回転量Ｒが初期値となる。また、初期値として単位行列や予め決められ剛体変換量を並進量Ｔおよび回転量Ｒに設定しても良い。
ステップＳ１４０では、誤差ｄを算出する。詳しくは、基準データ３１、照合対象データ３３、対応データ、並進量Ｔ、回転量Ｒを式（１）に適用し誤差ｄを算出する。
ステップＳ１５０では、誤差ｄが極小値であるか否か判定する。詳しくは、ステップＳ１６０，Ｓ１４０，Ｓ１５０の順に繰り返し処理されて算出される誤差ｄの変化を分析する。収束判定部１９に示した「極小値」による収束条件の処理が行われ、誤差ｄの変化が極小値ＬＭに収束した場合は（ステップＳ１５０；Ｙｅｓ）、ステップＳ１７０へ進み、そうでない場合は（ステップＳ１５０；Ｎｏ）、ステップＳ１６０へ進む。図４に示す例では、誤差ｄが誤差値ｄ１に達する直前までは、「Ｎｏ」（ステップＳ１５０；Ｎｏ）であり、誤差値ｄ１に達した時点で「Ｙｅｓ」（ステップＳ１５０；Ｙｅｓ）の判定となる。
ステップＳ１６０では、並進量Ｔおよび回転量Ｒを変化させる。詳しくは、並進量Ｔに変化量ΔＴを加え（更に並進させる）て、回転量Ｒに変化量ΔＲを加え（更に回転させる）る。尚、並進量Ｔと回転量Ｒの変化は、いずれか一方を変化させても良い。
次に、並進量Ｔと回転量Ｒの変化量ΔＴおよびΔＲが適用された剛体変換後の照合対象データ３３から基準データ３１への最近傍点である対応データ（ペア）を改めて探索し、更新する。ここで、更新された対応データ同士が位置合わせするように並進量Ｔと回転量Ｒを算出する。
次に、並進量Ｔと回転量Ｒの変化量ΔＴおよびΔＲが適用された剛体変換後の照合対象データ３３から基準データ３１への最近傍点である対応データ（ペア）を改めて探索し、更新する。ここで、更新された対応データ同士が位置合わせするように並進量Ｔと回転量Ｒを算出する。
ステップＳ１７０では、並進量Ｔおよび回転量Ｒを変化させる。誤差値ｄ１が極小値ＬＭであると判定された（ステップＳ１５０；Ｙｅｓ）後で、ステップＳ１６０と同様の処理が適用され、更に並進量Ｔと回転量Ｒに変化量ΔＴとΔＲを加える方向に適用される。ここでステップＳ１７０における並進量Ｔまたは回転量Ｒは、ステップＳ１５０で誤差値ｄ１を求めた際の並進量Ｔまたは回転量Ｒと異なっていればよい。
ステップＳ１８０では、誤差ｄを算出する。ステップＳ１４０と同様な処理が行われる。
ステップＳ１９０では、誤差ｄが閾値ＴＨよりも小さいか否か判定される。詳しくは、収束判定部１９に示した「閾値設定」による収束条件の処理が行われ、閾値ＴＨには、極小値ＬＭよりも小さい値（０に近い）が設定される。誤差ｄが閾値ＴＨよりも小さい場合は（ステップＳ１９０；Ｙｅｓ）、ステップＳ２００へ進み、小さくない場合は（ステップＳ１９０；Ｎｏ）、ステップＳ１７０へ戻り、処理を繰り返す。図４に示す例では、誤差ｄが誤差値ｄ１を超えて誤差値ｄ２に達する直前までは「Ｎｏ」であり、誤差値ｄ２に達した時点で「Ｙｅｓ」の判定となる。
ステップＳ２００では、並進量Ｔおよび回転量Ｒを決定する。詳しくは、ステップＳ１７０で変化させてきた並進量Ｔおよび回転量Ｒを決定する。つまり、照合対象データ３３に対して並進量Ｔおよび回転量Ｒを適用した場合に、基準データ３１と最も照合する可能性が高い並進量Ｔおよび回転量Ｒが求められている。
ステップＳ２１０では、基準データ３１と照合対象データ３３の差異を提示する。詳しくは、照合対象データ３３に対して並進量Ｔおよび回転量Ｒを適用した点群と、基準データ３１の点群を比較した差異情報を生成し、表示部５０へ出力する。
このようにして、誤差ｄは、極小値ＬＭにおいて誤差値ｄ１を有する並進回転量ＴＲ１に示す並進量Ｔおよび回転量Ｒが求められた後、ステップＳ１７０〜Ｓ１９０に示すように更に並進量Ｔおよび回転量Ｒを変化させ誤差値ｄ１よりも小さい誤差値ｄ２を検出している。誤差値ｄ２における並進回転量ＴＲ２に示す並進量Ｔおよび回転量Ｒを求めることができる。このようにして、極小値ＬＭとなる誤差値ｄ１のような局所解が算出された後に、収束したと判定し演算を終了することなく、更に演算を繰り返すことにより、極小値ＬＭよりも更に小さい誤差ｄとなる並進量Ｔおよび回転量Ｒを算出することができている。
尚、ステップＳ１３０，Ｓ１６０，Ｓ１７０は、並進回転量算出部１５の機能により実現され、ステップＳ１４０，Ｓ１８０は、誤差算出部１７の機能より実現される処理である。また、ステップＳ１５０，Ｓ１９０は、収束判定部１９の機能より実現される処理である。収束判定部１９の収束条件として「極小値」（ステップＳ１５０）および「閾値設定」（ステップＳ１９０）を選択した例を示しているが、それぞれに対して異なる収束条件を選択しても、収束条件を追加しても良い。例えば、ステップＳ１５０に対応するステップで「閾値設定」で、ステップＳ１９０に対応するステップで「収束条件」と「回数設定」のように変更することも可能である。
尚、ステップＳ１３０〜Ｓ１６０の処理は、第１演算工程（第１演算部による処理）に相当する。また、ステップＳ１５０で「Ｙｅｓ」の判定となった誤差ｄを算出した式（１）の解が、誤差ｄが最小になるように演算して得られた第１解に相当し、式（１）において算出された並進量Ｔおよび回転量Ｒは、それぞれ第１並進量および第１回転量に相当する。
尚、ステップＳ１７０〜Ｓ１９０の処理が、第２演算工程（第２演算部による処理）に相当する。また、ステップＳ１９０で「Ｙｅｓ」の判定となった誤差ｄを算出した式（１）の解が、第１解における誤差よりも小さい誤差となる第２解に相当し、式（１）において算出された並進量Ｔおよび回転量Ｒは、それぞれ第２並進量および第２回転量に相当する。
以上述べたように、本実施形態に係わるデータ照合装置１によれば、以下の効果を得ることができる。
照合制御部２１では、ＩＣＰ法を用いて基準データ３１と照合対象データ３３と照合する機能を備えている。具体的には、ＩＣＰ法を用いた並進回転量算出部１５による剛体変換量（並進量Ｔおよび回転量Ｒ）の算出と、誤差算出部１７による並進量Ｔおよび回転量Ｒとを適用して位置合わせが行われた状態での照合対象データ３３と基準データ３１との誤差ｄが算出されている。収束判定部１９では、収束条件を設定して誤差ｄが収束されているか判定している。収束判定部１９では、２段階の判定処理が行われる。１段階目では、ステップＳ１３０〜Ｓ１６０により算出された誤差ｄの判定である。この１段階目の収束は、誤差ｄが極小値ＬＭへ収束したことが判定されたものである。このような１段階目における収束では、局所的な収束（局所解）であることが多い。２段階目の判定が、ステップＳ１７０〜Ｓ１９０において行われる。２段階目では、収束判定部１９により極小値ＬＭより小さい閾値ＴＨを取得して、誤差ｄが閾値ＴＨよりも小さくなった場合に収束したとして判定している。このようにして２段階の判定処理が行われ、局所解よりも更に小さい誤差ｄに収束された剛体変換量（並進量Ｔと回転量Ｒ）を算出することができている。
また、並進回転量算出部１５および誤差算出部１７では、基準データ３１および照合対象データ３３を構成する点群を間引きすることなく全ての点を対象としてＩＣＰ法を用いた剛体変換処理を実現している。
従って、ＩＣＰ法を用いて照合対象データを基準データと照合する処理において、局所解よりも更に小さい誤差関数に収束することができる最適解と、その最適解における剛体変換（並進および回転）を求めることができている。
照合制御部２１では、ＩＣＰ法を用いて基準データ３１と照合対象データ３３と照合する機能を備えている。具体的には、ＩＣＰ法を用いた並進回転量算出部１５による剛体変換量（並進量Ｔおよび回転量Ｒ）の算出と、誤差算出部１７による並進量Ｔおよび回転量Ｒとを適用して位置合わせが行われた状態での照合対象データ３３と基準データ３１との誤差ｄが算出されている。収束判定部１９では、収束条件を設定して誤差ｄが収束されているか判定している。収束判定部１９では、２段階の判定処理が行われる。１段階目では、ステップＳ１３０〜Ｓ１６０により算出された誤差ｄの判定である。この１段階目の収束は、誤差ｄが極小値ＬＭへ収束したことが判定されたものである。このような１段階目における収束では、局所的な収束（局所解）であることが多い。２段階目の判定が、ステップＳ１７０〜Ｓ１９０において行われる。２段階目では、収束判定部１９により極小値ＬＭより小さい閾値ＴＨを取得して、誤差ｄが閾値ＴＨよりも小さくなった場合に収束したとして判定している。このようにして２段階の判定処理が行われ、局所解よりも更に小さい誤差ｄに収束された剛体変換量（並進量Ｔと回転量Ｒ）を算出することができている。
また、並進回転量算出部１５および誤差算出部１７では、基準データ３１および照合対象データ３３を構成する点群を間引きすることなく全ての点を対象としてＩＣＰ法を用いた剛体変換処理を実現している。
従って、ＩＣＰ法を用いて照合対象データを基準データと照合する処理において、局所解よりも更に小さい誤差関数に収束することができる最適解と、その最適解における剛体変換（並進および回転）を求めることができている。
（実施形態２）
図５は、実施形態２におけるデータ照合装置の概要を示すブロック図である。図６は、実施形態２におけるデータ照合処理の流れを示すフローチャート図である。図７は、実施形態２における誤差ｄの収束を説明するグラフ図である。
本実施形態に係わるデータ照合装置１０１について、これらの図を参照して説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
図５に示すようにデータ照合装置１０１は、制御部１１０および記憶部１３０を有して構成されている。制御部１１０は、照合制御部１２１、推定量取得部１２３、および推定量記憶部１２５を有して構成されている。
記憶部１３０は、プログラム１４０および推定量データ１４１を有して構成されている。
図７は、図４と同様なＸ軸方向およびＹ軸方向を有したグラフ図である。誤差ｄを表した曲線は、２箇所の極小値（極小値ＬＭ３および極小値ＬＭ５）を有しており、極小値ＬＭ３における誤差ｄおよび並進回転量は、誤差値ｄ３、並進回転量ＴＲ３であり、極小値ＬＭ５では、誤差値ｄ５、並進回転量ＴＲ５である。並進回転量ＴＲ３と並進回転量ＴＲ５との間には、並進回転量ＴＲ４が存在し誤差値ｄ４である。また、閾値ＴＨは、Ｙ軸方向において極小値ＬＭ３より小さく極小値ＬＭ５より大きい値である。Ｘ軸方向において、並進回転量ＴＲ３と並進回転量ＴＲ４との間隔には、並進回転量の推定量である推定量ＴＲｉが示されており、その間に記述されている誤差ｄの曲線部分（誤差値ｄ３と誤差値ｄ４の間の点線部分）は誤差ｄが算出されていない部分であることを表している。並進回転量ＴＲ４から並進回転量ＴＲ５の間隔には、並進回転量の変化量である変化量ΔＴＲが示されている。その間に記述されている誤差ｄの曲線部分（誤差値ｄ４と誤差値ｄ５の間の実線部分）は、誤差ｄが算出されている部分である。
図５は、実施形態２におけるデータ照合装置の概要を示すブロック図である。図６は、実施形態２におけるデータ照合処理の流れを示すフローチャート図である。図７は、実施形態２における誤差ｄの収束を説明するグラフ図である。
本実施形態に係わるデータ照合装置１０１について、これらの図を参照して説明する。尚、実施形態１と同一の構成部位については、同一の番号を使用し、重複する説明は省略する。
図５に示すようにデータ照合装置１０１は、制御部１１０および記憶部１３０を有して構成されている。制御部１１０は、照合制御部１２１、推定量取得部１２３、および推定量記憶部１２５を有して構成されている。
記憶部１３０は、プログラム１４０および推定量データ１４１を有して構成されている。
図７は、図４と同様なＸ軸方向およびＹ軸方向を有したグラフ図である。誤差ｄを表した曲線は、２箇所の極小値（極小値ＬＭ３および極小値ＬＭ５）を有しており、極小値ＬＭ３における誤差ｄおよび並進回転量は、誤差値ｄ３、並進回転量ＴＲ３であり、極小値ＬＭ５では、誤差値ｄ５、並進回転量ＴＲ５である。並進回転量ＴＲ３と並進回転量ＴＲ５との間には、並進回転量ＴＲ４が存在し誤差値ｄ４である。また、閾値ＴＨは、Ｙ軸方向において極小値ＬＭ３より小さく極小値ＬＭ５より大きい値である。Ｘ軸方向において、並進回転量ＴＲ３と並進回転量ＴＲ４との間隔には、並進回転量の推定量である推定量ＴＲｉが示されており、その間に記述されている誤差ｄの曲線部分（誤差値ｄ３と誤差値ｄ４の間の点線部分）は誤差ｄが算出されていない部分であることを表している。並進回転量ＴＲ４から並進回転量ＴＲ５の間隔には、並進回転量の変化量である変化量ΔＴＲが示されている。その間に記述されている誤差ｄの曲線部分（誤差値ｄ４と誤差値ｄ５の間の実線部分）は、誤差ｄが算出されている部分である。
実施形態１では、２段階の判定処理のうち１段階目の判定処理において誤差ｄが極小値ＬＭとなる局所解を求めた後で、２段階目の判定処理を、並進回転量ＴＲ１（図４）の直後から開始させていた。本実施形態では図７に示すように２段階目の判定処理を推定量ＴＲｉ分飛ばした位置から開始している点が異なる。
以降、図６に示すフローチャートを用いて説明する。以下のフローは、データ照合方法に相当し、記憶部１３０に格納されているプログラム１４０が制御部１１０に読み込まれて実行されることにより実現される処理である。また、本フローの実行により、照合制御部１２１の機能が実現される。また、照合制御部１２１からは、推定量取得部１２３および推定量記憶部１２５の機能が呼び出されて実現されている。
ステップＳ３１０では、データ照合処理の準備が行われる。ここでは、変数ｉに０がセットされる。
ステップＳ３２０では、基準データ３１および照合対象データ３３を取得し、記憶部１３０に記憶する。尚、本ステップは記憶工程に相当する。
ステップＳ３３０では、並進量Ｔと回転量Ｒの初期値を算出する。
ステップＳ３４０では、誤差ｄを算出する。
ステップＳ３３０では、並進量Ｔと回転量Ｒの初期値を算出する。
ステップＳ３４０では、誤差ｄを算出する。
ステップＳ３５０では、誤差ｄが極小値であるか否か判定する。誤差ｄが極小値ＬＭ３であると判定された場合は（ステップＳ３５０；Ｙｅｓ）、ステップＳ３７０へ進み、そうでない場合は（ステップＳ３５０；Ｎｏ）、ステップＳ３６０へ進む。
ステップＳ３６０では、並進量Ｔおよび回転量Ｒを変化させる。
ステップＳ３６０，Ｓ３４０，Ｓ３５０の順に繰り返し処理されて算出される誤差ｄが極小値ＬＭ３に達した場合に、ステップＳ３７０へ進む。
図７に示す例では、誤差ｄが誤差値ｄ３に達する直前までは、「Ｎｏ」（ステップＳ３５０；Ｎｏ）であり、誤差値ｄ３に達した時点で「Ｙｅｓ」（ステップＳ３５０；Ｙｅｓ）の判定となる。
ステップＳ３６０，Ｓ３４０，Ｓ３５０の順に繰り返し処理されて算出される誤差ｄが極小値ＬＭ３に達した場合に、ステップＳ３７０へ進む。
図７に示す例では、誤差ｄが誤差値ｄ３に達する直前までは、「Ｎｏ」（ステップＳ３５０；Ｎｏ）であり、誤差値ｄ３に達した時点で「Ｙｅｓ」（ステップＳ３５０；Ｙｅｓ）の判定となる。
ステップＳ３７０では、誤差ｄが閾値ＴＨよりも小さいか否か判定される。詳しくは、収束判定部１９に示した「閾値設定」による収束条件の処理が行われ、閾値ＴＨには、極小値ＬＭ３よりも小さい値（０に近い）が設定される。算出された誤差ｄが閾値ＴＨよりも小さい場合は（ステップＳ３７０；Ｙｅｓ）、ステップＳ４１０へ進み、小さくない場合は（ステップＳ３７０；Ｎｏ）、ステップＳ３８０へ進む。
ステップＳ３８０では、変数ｉに１を加算する。
ステップＳ３９０では、並進量および回転量の推定量（Ｔｉ，Ｒｉ）を取得する。具体的には、変数ｉで指定されたｉ個目の推定量（Ｔｉ，Ｒｉ）を記憶部１３０に格納されている推定量データ１４１から読み込む。推定量Ｔｉは、並進量の推定量、推定量Ｒｉは回転量の推定量である。尚、記憶部１３０に格納されている推定量データ１４１は、試作工程や事前の実験などにより、１組または複数組の推定量（Ｔｉ，Ｒｉ）をあらかじめ推定しているものである。
尚、本ステップでは、推定量取得部１２３の機能が実現される。
尚、本ステップでは、推定量取得部１２３の機能が実現される。
ステップＳ４００では、並進量Ｔに推定量Ｔｉを加え、回転量Ｒに推定量Ｒｉを加えて並進量Ｔおよび回転量Ｒを設定する。図７に示す例では、Ｘ軸方向において並進回転量ＴＲ３から推定量ＴＲｉが加算されて並進回転量ＴＲ４の位置に移動したことが示されている。つまり、並進回転量ＴＲ３〜ＴＲ４に示す間において、並進量Ｔ、回転量Ｒ、および誤差ｄの算出処理は行われていない。誤差値ｄ３から誤差値ｄ４までの誤差ｄが示す点線曲線部分は、仮に算出されたとした場合の誤差ｄの値を表している。
その後、ステップＳ４００からステップＳ３４０に進み、推定量が加えられた並進量Ｔおよび回転量Ｒを用いて誤差ｄが算出される。図７に示す並進回転量ＴＲ４、誤差値ｄ４がこの状態に相当する。
その後、ステップＳ３４０，Ｓ３５０，Ｓ３６０の処理が繰り返されることにより、並進回転量ＴＲ４から変化量ΔＴＲ（ステップＳ３６０）が加えられて並進回転量ＴＲ５まで達した時点で極小値ＬＭ５となり、誤差値ｄ５が算出されている。誤差値ｄ５は、閾値ＴＨより小さくなっているため（ステップＳ３７０；Ｙｅｓ）、ステップＳ４１０へ進む。
その後、ステップＳ４００からステップＳ３４０に進み、推定量が加えられた並進量Ｔおよび回転量Ｒを用いて誤差ｄが算出される。図７に示す並進回転量ＴＲ４、誤差値ｄ４がこの状態に相当する。
その後、ステップＳ３４０，Ｓ３５０，Ｓ３６０の処理が繰り返されることにより、並進回転量ＴＲ４から変化量ΔＴＲ（ステップＳ３６０）が加えられて並進回転量ＴＲ５まで達した時点で極小値ＬＭ５となり、誤差値ｄ５が算出されている。誤差値ｄ５は、閾値ＴＨより小さくなっているため（ステップＳ３７０；Ｙｅｓ）、ステップＳ４１０へ進む。
ステップＳ４１０では、推定量（Ｔｉ，Ｒｉ）を記憶する。詳しくは、並進回転量ＴＲ５における並進量Ｔおよび回転量Ｒをｉ個目の推定量（Ｔｉ，Ｒｉ）として記憶部１３０の推定量データ１４１に追加して格納する。推定量（Ｔｉ，Ｒｉ）を格納する時に、並進量Ｔから変化量ΔＴを、回転量Ｒから変化量ΔＲを減算して推定量（Ｔｉ，Ｒｉ）として格納しても良い。
推定量データ１４１には、収束した実績のある並進量Ｔおよび回転量Ｒが、推定量（Ｔｉ，Ｒｉ）として格納されている。また、推定量データ１４１には、１つの成形部品Ｆの計測データ７１に限らず、複数の成形部品Ｆを計測した計測データ７１に対応する照合対象データ３３に対する推定量（Ｔｉ，Ｒｉ）が蓄積されている。
尚、本ステップでは、推定量記憶部１２５の機能が実現される。
推定量データ１４１には、収束した実績のある並進量Ｔおよび回転量Ｒが、推定量（Ｔｉ，Ｒｉ）として格納されている。また、推定量データ１４１には、１つの成形部品Ｆの計測データ７１に限らず、複数の成形部品Ｆを計測した計測データ７１に対応する照合対象データ３３に対する推定量（Ｔｉ，Ｒｉ）が蓄積されている。
尚、本ステップでは、推定量記憶部１２５の機能が実現される。
ステップＳ４２０では、並進量Ｔおよび回転量Ｒを決定する。
ステップＳ４３０では、基準データ３１と照合対象データ３３の差異を提示する。
ステップＳ４３０では、基準データ３１と照合対象データ３３の差異を提示する。
尚、ステップＳ３１０から進んで、ステップＳ３３０〜Ｓ３６０の処理で、１回目にステップＳ３５０で「Ｙｅｓ」となるまでの処理は、第１演算工程（第１演算部による処理）に相当する。また、ステップＳ３５０で１回目の「Ｙｅｓ」の判定となった誤差ｄを算出した式（１）の解が、誤差ｄが最小になるように演算して得られた第１解に相当し、式（１）において算出された並進量Ｔおよび回転量Ｒは、それぞれ第１並進量および第１回転量に相当する。
尚、ステップＳ３７０〜Ｓ４００の処理および２回目以降のステップＳ３４０からＳ３６０が、第２演算工程（第２演算部による処理）に相当する。また、ステップＳ３７０で「Ｙｅｓ」の判定となった誤差ｄを算出した式（１）の解が、第１解における誤差よりも小さい誤差となる第２解に相当し、式（１）において算出された並進量Ｔおよび回転量Ｒは、それぞれ第２並進量および第２回転量に相当する。本処理は、記憶された第２並進量および第２回転量の少なくとも一方を用いて第２解を求めること、に相当する。
以上述べたように、本実施形態に係わるデータ照合装置１０１によれば、実施形態１の効果に加え更に以下の効果を得ることができる。
照合制御部１２１では、１段階目の極小値ＬＭ３に誤差ｄが達した後、推定量ＴＲｉ分飛ばして次の極小値の探索を試みる。推定量ＴＲｉは、推定量データ１４１に格納された複数の成形部品Ｆにおいて極小値に収束した実績に基づいて記憶されている情報である。推定量ＴＲｉ分飛ばした後で剛体変換することによって、誤差ｄが極小値に収束する可能性が高い。従って、ＩＣＰ法を用いて照合対象データを基準データと照合する処理において、局所解よりも更に小さい極小値を効率的に探索し、最適解とその最適解における剛体変換を速やかに求めることができる。
照合制御部１２１では、１段階目の極小値ＬＭ３に誤差ｄが達した後、推定量ＴＲｉ分飛ばして次の極小値の探索を試みる。推定量ＴＲｉは、推定量データ１４１に格納された複数の成形部品Ｆにおいて極小値に収束した実績に基づいて記憶されている情報である。推定量ＴＲｉ分飛ばした後で剛体変換することによって、誤差ｄが極小値に収束する可能性が高い。従って、ＩＣＰ法を用いて照合対象データを基準データと照合する処理において、局所解よりも更に小さい極小値を効率的に探索し、最適解とその最適解における剛体変換を速やかに求めることができる。
（変形例１）
図１を用いて説明する。
上述の実施形態では、ＣＡＤ８のＣＡＤ設計データ８３は、成形部品Ｆを射出成形するために用いられる金型Ｍの設計データであるとしたが、そのような用途に限定されず、データ照合装置１，１０１において基準データ３１と照合対象データ３３とに変換することができればどのような設計データであってもよい。
例えば、設計データは３Ｄプリンターにより製造される積層造形物や３Ｄプロッターによる切削造形物の設計図であっても良い。このような場合の設計データは、基準データに対して造形部材の材質による影響や、切削工具の切削精度や公差などの影響が反映されたデータとなる。
３Ｄプリンターや３Ｄプロッターなどで製造された製造品であっても、３Ｄ計測器７により計測した計測データ７１を出力することができる。データ照合装置１，１０１では、計測データ７１とＣＡＤ基準データ８１とを入力して、照合対象データ３３および基準データ３１に変換し、データを照合して精度の高い差異情報を出力する。ＣＡＤ８では、差異情報に基づいて設計データにフィードバックすることができる。
図１を用いて説明する。
上述の実施形態では、ＣＡＤ８のＣＡＤ設計データ８３は、成形部品Ｆを射出成形するために用いられる金型Ｍの設計データであるとしたが、そのような用途に限定されず、データ照合装置１，１０１において基準データ３１と照合対象データ３３とに変換することができればどのような設計データであってもよい。
例えば、設計データは３Ｄプリンターにより製造される積層造形物や３Ｄプロッターによる切削造形物の設計図であっても良い。このような場合の設計データは、基準データに対して造形部材の材質による影響や、切削工具の切削精度や公差などの影響が反映されたデータとなる。
３Ｄプリンターや３Ｄプロッターなどで製造された製造品であっても、３Ｄ計測器７により計測した計測データ７１を出力することができる。データ照合装置１，１０１では、計測データ７１とＣＡＤ基準データ８１とを入力して、照合対象データ３３および基準データ３１に変換し、データを照合して精度の高い差異情報を出力する。ＣＡＤ８では、差異情報に基づいて設計データにフィードバックすることができる。
（変形例２）
上述の実施形態および変形例では、成形部品Ｆ、積層造形物、切削造形物などの３Ｄ形状の物体を対象にデータ照合するとしていたが、そのような対象物に限定されず、データ照合装置１，１０１において基準データ３１と照合対象データ３３とに変換することができればどのような対象であってもよい。
例えば、建物の壁、床、天井等の模様、気象衛星等から撮像した気象映像、Ｗｅｂやクラウド環境上に掲載されている画像やデザイン、風景の画像、生体情報や環境情報などを計測して２次元や３次元情報としてプロットした情報など、のように照合対象として様々な対象を適用することができる。
上述の実施形態および変形例では、成形部品Ｆ、積層造形物、切削造形物などの３Ｄ形状の物体を対象にデータ照合するとしていたが、そのような対象物に限定されず、データ照合装置１，１０１において基準データ３１と照合対象データ３３とに変換することができればどのような対象であってもよい。
例えば、建物の壁、床、天井等の模様、気象衛星等から撮像した気象映像、Ｗｅｂやクラウド環境上に掲載されている画像やデザイン、風景の画像、生体情報や環境情報などを計測して２次元や３次元情報としてプロットした情報など、のように照合対象として様々な対象を適用することができる。
（変形例３）
上述の実施形態および変形例において、照合制御部２１では、照合対象データ３３に対して剛体変換（並進および回転）を適用し基準データ３１へ照合するとして説明したが、基準データ３１に対して剛体変換（並進および回転）を適用し照合対象データ３３へ照合するとしても良い。
上述の実施形態および変形例において、照合制御部２１では、照合対象データ３３に対して剛体変換（並進および回転）を適用し基準データ３１へ照合するとして説明したが、基準データ３１に対して剛体変換（並進および回転）を適用し照合対象データ３３へ照合するとしても良い。
（変形例４）
図１に示した撮像部７７を備える３Ｄ計測器７は、ＣＣＤを備えたタブレット端末、スマートフォン（携帯電話）、ノート型パソコン、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）であっても良い。また、これらの機器は、データ照合装置１，１０１の機能が備えられていても良い。更に、これらの機器には、ＣＡＤ８の機能が備えられていても良い。
図１に示した撮像部７７を備える３Ｄ計測器７は、ＣＣＤを備えたタブレット端末、スマートフォン（携帯電話）、ノート型パソコン、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）であっても良い。また、これらの機器は、データ照合装置１，１０１の機能が備えられていても良い。更に、これらの機器には、ＣＡＤ８の機能が備えられていても良い。
１…データ照合装置、２…ネットワーク、３…データ照合システム、７…３Ｄ計測器、８…ＣＡＤ、１０…制御部、１１…基準データ取得部、１３…照合対象データ取得部、１５…並進回転量算出部、１７…誤差算出部、１９…収束判定部、２１…照合制御部、３０…記憶部、３１…基準データ、３３…対象照合データ、３３…照合対象データ、３５…収束条件データ、３７…並進量回転量データ、４０…プログラム、５０…表示部、５１…操作部、５３…通信部、５５…時計部、７１…計測データ、７３…制御部、７７…撮像部、７７Ａ，Ｂ…ＣＣＤ、８１…ＣＡＤ基準データ、８３…ＣＡＤ設計データ、８５…制御部、９０…撮像エリア、９１…検査ライン、９１Ａ…搬入口、９１Ｂ…搬出口、１０１…データ照合装置、１１０…制御部、１２１…照合制御部、１２３…推定量取得部、１２５…推定量記憶部、１３０…記憶部、１４０…プログラム、１４１…推定量データ。
Claims (11)
- 基準点群から構成される基準データ、および照合対象点群から構成される照合対象データを記憶する記憶部と、
ＩＣＰ法を用いて前記基準データに対する前記照合対象データの誤差が最小になるように演算して第１解を求め、前記第１解に対応する第１並進量および第１回転量の少なくとも一方を算出する第１演算部と、
前記第１演算部が前記第１解を求めた後に、前記第１並進量とは異なる第２並進量および前記第１回転量とは異なる第２回転量の少なくとも一方を用いて演算を継続し、前記誤差が前記第１解よりも小さい第２解を求める第２演算部と、
を備えることを特徴とするデータ照合装置。 - 前記第１演算部および前記第２演算部の少なくとも一方は、誤差関数の極小値を用いて前記第１解または前記第２解の少なくとも一方を求めることを特徴とする請求項１に記載のデータ照合装置。
- 前記記憶部は、前記誤差の大きさを示す閾値を記憶し、
前記第１演算部および前記第２演算部の少なくとも一方は、演算した前記誤差が前記閾値よりも小さい場合に前記第１解または前記第２解を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデータ照合装置。 - 前記記憶部は、前記誤差を演算する回数である演算回数を記憶し、
前記第１演算部および前記第２演算部の少なくとも一方は、前記誤差を演算する回数が前記演算回数を超えた場合に、前記第１解または前記第２解を求めることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のデータ照合装置。 - 前記記憶部は、前記第２並進量および前記第２回転量の少なくとも一方を記憶し、
前記第２演算部は、記憶された前記第２並進量および前記第２回転量の少なくとも一方を用いて前記第２解を求めることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のデータ照合装置。 - 前記基準データおよび前記照合対象データは、形状を表す形状データであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のデータ照合装置。
- 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のデータ照合装置と、
前記第２演算部で求めた前記第２解を用いて、設計データにフィードバックするフィードバック処理部と、
を備えている設計データ修正装置。 - 前記設計データは前記基準データに基づいて生成されたＣＡＤデータであることを特徴とする請求項７に記載の設計データ修正装置。
- 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のデータ照合装置と、
形状を撮像する撮像部と、
を備えている形状測定装置。 - 基準点群から構成される基準データ、および照合対象点群から構成される照合対象データを記憶する記憶工程と、
ＩＣＰ法を用いて前記基準データに対する前記照合対象データの誤差が最小になるように演算して第１解を求め、前記第１解に対応する第１並進量および第１回転量の少なくとも一方を算出する第１演算工程と、
前記第１演算工程により前記第１解が求められた後に、前記第１並進量とは異なる第２並進量および前記第１回転量とは異なる第２回転量を用いて演算を継続し、前記誤差が前記第１解よりも小さい第２解を求める第２演算工程と、
を含むことを特徴とするデータ照合方法。 - 基準点群から構成される基準データ、および照合対象点群から構成される照合対象データを記憶する記憶工程と、
ＩＣＰ法を用いて前記基準データに対する前記照合対象データの誤差が最小になるように演算して第１解を求め、前記第１解に対応する第１並進量および第１回転量の少なくとも一方を算出する第１演算工程と、
前記第１演算工程により前記第１解が求められた後に、前記第１並進量とは異なる第２並進量および前記第１回転量とは異なる第２回転量を用いて演算を継続し、前記誤差が前記第１解よりも小さい第２解を求める第２演算工程と、
を含むデータ照合方法をコンピューターにより実行させるプログラム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015153939A JP2017033374A (ja) | 2015-08-04 | 2015-08-04 | データ照合装置、設計データ修正装置、形状測定装置、データ照合方法、およびプログラム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015153939A JP2017033374A (ja) | 2015-08-04 | 2015-08-04 | データ照合装置、設計データ修正装置、形状測定装置、データ照合方法、およびプログラム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017033374A true JP2017033374A (ja) | 2017-02-09 |
Family
ID=57986230
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015153939A Pending JP2017033374A (ja) | 2015-08-04 | 2015-08-04 | データ照合装置、設計データ修正装置、形状測定装置、データ照合方法、およびプログラム |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017033374A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018181056A (ja) * | 2017-04-17 | 2018-11-15 | 富士通株式会社 | 差分検知プログラム、差分検知装置、差分検知方法 |
| JP2019090675A (ja) * | 2017-11-14 | 2019-06-13 | 株式会社荏原製作所 | 検査装置、検査システム、プログラムを記憶した記憶媒体 |
| JPWO2021240670A1 (ja) * | 2020-05-27 | 2021-12-02 | ||
| WO2023127037A1 (ja) * | 2021-12-27 | 2023-07-06 | 日本電気株式会社 | 情報処理装置、情報処理方法、及びコンピュータ可読媒体 |
-
2015
- 2015-08-04 JP JP2015153939A patent/JP2017033374A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018181056A (ja) * | 2017-04-17 | 2018-11-15 | 富士通株式会社 | 差分検知プログラム、差分検知装置、差分検知方法 |
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| WO2021240670A1 (ja) * | 2020-05-27 | 2021-12-02 | 日本電気株式会社 | 異常検出システム、異常検出装置、異常検出方法、及びコンピュータ可読媒体 |
| JP7416233B2 (ja) | 2020-05-27 | 2024-01-17 | 日本電気株式会社 | 異常検出システム、異常検出装置、異常検出方法、及びプログラム |
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