JP2019090675A - 検査装置、検査システム、プログラムを記憶した記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元検査対象物の検査時間を短縮することにある。【解決手段】 板状部材を検査する検査装置であって、 前記板状部材の複数の面のうち１つの曲面の形状の計測を三次元計測機に実行させる計測実行部と、 前記計測された前記１つの曲面の点データを前記計測機から取得するデータ取得部と、 前記点データを前記板状部材の設計データと比較し、前記点データの前記設計データからの誤差を算出する比較処理部と、 前記算出された誤差に関する情報を検査結果として出力する検査結果出力部と、を備える検査装置。【選択図】図１

Description

本発明は、検査装置、検査システム、プログラムを記憶した記憶媒体に関する。

計測対象物を三次元座標にて計測し、設計データと比較することにより、計測対象物が適正な形状であるか否か判断する検査方法が知られている。例えば、特許文献１に記載の構成では、プローブを計測対象物であるワークの表面に接触させて、ワークの輪郭形状の座標を計測するとともに、計測データを三角形の網目で補間し、計測点及び補間した点の座標を設計データと比較することにより、ワークの設計データからの誤差を算出している。また、特許文献２に記載のシステムでは、カブラン水車羽根のように三次元的に複雑に変化する物体を加工するＮＣ機において、加工前の被加工物素材の形状を計測し、設計データが被加工物素材に入るか否かを判断する装置が記載されている。この装置では、ＮＣ機の刃物台に取り付けた計測機によって、被加工物素材を回転させながら光学的に計測し、計測結果を設計データと比較している。また、市販の携帯型三次元スキャナ及び比較検査ソフトウェアを使用して、計測対象物の形状を検査する方法がある。

特開２００３−１１４１２１号公報 特開平６−１７２９７号公報

特許文献１及び２に記載の構成では、計測及び比較処理に要する時間の短縮について考慮されていない。また、特許文献１及び２に記載の構成では、計測及び比較処理に使用するソフトウェアの操作の容易性についても考慮されていない。なお、汎用性の高い市販の三次元スキャナによる計測では、膨大な点群データを取得することも多く、その後のデータ処理にも時間がかかる。また、設計データであるＣＡＤデータとの比較検査までのプロセスにおいて、難解で煩雑なソフトウェア操作が必要になることもある。また、ソフトウェアの実行には、ワークスレーション級のコンピュータが必要になることもある。

本発明の目的は、上述した課題の少なくとも一部を解決することにある。

本発明の一側面によれば、 複数の面を有する三次元の計測対象物を検査する検査装置が提供される。この検査装置は、 前記計測対象物の前記複数の面のうち１つの面の形状の計測を計測機に実行させる計測実行部と、 前記計測された前記１つの面の点データを前記計測機から取得するデータ取得部と、 前記点データに間引き処理を適用する計測データ加工部と、 前記間引き処理後の点データを前記計測対象物の設計データと比較し、前記計測対象物の誤差を算出する比較処理部と、 前記算出された誤差に関する情報を検査結果として出力する検査結果出力部と、を備える。

一実施形態に係る検査システムの斜視図である。 台車に配置されたガイドベーンの平面図である。 台車に配置されたガイドベーンの側面図である。 ガイドベーンの計測機への設置を説明する平面図である。 制御装置の構成を示す概略ブロック図である。 検査装置の構成を示す概略ブロック図である。 メモリ中のデータ構成を示す概略図である。 ガイドベーンの斜視図である。 計測データの間引き処理を説明する説明図である。 間引きピッチの算出方法を説明する説明図である。 位置／姿勢合わせの処理の原理を説明する説明図である。 計測及び比較検査のフローチャートである。 検査結果を示す等高図の例である。 比較例に係る計測及び比較検査のフローチャートである。

図１は、一実施形態に係る検査システムの斜視図である。検査システム１は、三次元計測機である計測機２と、制御装置３とを備えている。計測機２は、直交ロボット１０と、センサ２０と、を備えている。直交ロボット１０は、Ｘ軸スライダ１１と、Ｙ軸スライダ１２とを備えている。Ｘ軸スライダ１１は、Ｙ軸スライダ１２の移動を案内するレールを備えている。Ｙ軸スライダ１２は、Ｘ軸スライダ１１のレール上を移動可能に係合しており、レールに沿ってＸ軸方向に案内されるように配置されている。Ｘ軸スライダ１１には、図示しないモータと、モータの回転をＹ軸スライダ１２の直動運動に変換する直動変換機構（例えば、ボールネジ機構）が設けられており、モータ及び直動変換機構によりＹ軸スライダ１２がＸ軸方向に沿って往復移動される。Ｘ軸スライダ１２は、ホルダ２３の移動を案内するレールを備えている。ホルダ２３にはセンサ２０が取り付けられている。ホルダ２３は、Ｙ軸スライダ１２のレールに係合しており、レールに沿ってＹ軸方向に案内されるように配置されている。Ｙ軸スライダ１２には、図示しないモータと、モータの回転をホルダ２３の直動運動に変換する直動変換機構（例えば、ボールネジ機構）が設けられており、モータ及び直動変換機構によりホルダ２３がＹ軸方向に沿って往復移動される。直交ロボットとしては、アイ・エー・アイ社の直交ロボット（型式： ICSB2-BF4S-A-150AQ-T2-3L-CT-CT、駆動方式：X軸,Y軸共に動力源サーボモーター、ボールネジ駆動、エンコード（位置データ積算）方式：アブソリュート）を使用することができる。

センサは、レーザ光を計測対象に照射し、その反射光を受光することにより、計測対象までの距離を計測する光学センサである。光学センサとしては、例えば、キーエンス社の超高速インラインプロファイル測定器ＬＪ−Ｖ７３００を使用することができる。

計測機２には、計測対象（ワーク）であるポンプのガイドベーン６０が、台車７０上に設置された状態で配置されている。ガイドベーン６０は、湾曲した等厚の板状部材であり、所定の設計データに基づいて成形される。ガイドベーン６０の素材は、平坦な等厚の板状部材であり、成形の前後で板厚の変化が小さい。ここで、等厚とは、板状部材の全領域にわたって実質的に同一の厚みを有することを意味する。成形後のガイドベーン６０は、素材の板状部材とほぼ同一の厚みを有し、全領域にわたって実質的に同一の厚みを有する。ガイドベーン６０は、溶接構造物の部材であり、寸法公差は比較的緩い。本実施形態では、寸法公差は±２ｍｍである。本実施形態は、等厚で比較的寸法公差が緩い板状部材の形状検査に好適に使用し得る。

図２Ａは、台車に配置されたガイドベーンの平面図である。図２Ｂは、台車に配置されたガイドベーンの側面図である。図２Ｃは、ガイドベーンの計測機への設置を説明する平面図である。ガイドベーン６０は、図２Ａに示すように、ポンプに取り付けられた際に、流体の入り口側となる入口側辺６１ａと、流体の出口側となる出口側辺６１ｄと、内胴側となる内胴側辺６１ｂと、外胴側となる外胴側辺６１ｃと、を有する。ガイドベーン６０は、隣接する各辺の交差部に角部を有している。角部はＲを有しても良い。ガイドベーン
６０は、台車７０に設置された状態で、圧力面６１が上側、負圧面６２が下側となり、下方に突出するように配置されている。ガイドベーン６０の外胴側辺６１ｃは、概ね直線状の部分を含み、この直線状部分が台車７０の一辺に一致するように、ガイドベーン６０が台車７０上に配置されている（図２Ａ）。また、ガイドベーン６０の出口側辺６１ｄは、台車７０の立板７１に当接するように配置されている。ガイドベーン６０の入口側辺６１ａと出口側辺６１ｄとは、台車７０の立板７１の高さの範囲内で、各辺が概ね同じ高さになるように台車７０上に配置される（図２Ｂ）。これは、計測対象物であるガイドベーン６０の圧力面６１のＸＹ平面における投影面積を最大化し、圧力面６１上の計測点の密度を均一化するためである。直交ロボット１０には、台車７０の位置決めのための構成として、Ｘ軸スライダ１１にストッパ１５ａ、１５ｂが設けられ、Ｙ軸スライダ１２にストッパ１５ｃが設けられている（図２Ｃ）。台車７０には、位置決めのための構成として、位置決めボルト７２ａ、７２ｂ、７２ｃが設けられている。台車７０は、ボルト７２ａ〜７２ｃがそれぞれストッパ１５ａ〜１５ｃに当接するように直交ロボット１０に配置され、位置決めされる。

図３Ａは、制御装置の構成を示す概略ブロック図である。制御装置３は、図１に示すように、計測機２にケーブルで接続されて配置される。具体的には、ロボット制御装置３２と直交ロボット１０とがケーブルにより接続される。ロボット制御装置３２は、ケーブルを介して、直交ロボット１０の各モータに駆動電流を供給するとともに、直交ロボット１０からセンサ２０のＸ、Ｙ座標を受け取るように構成されている。また、センサ制御装置３３とセンサ２０とがケーブルにより接続される。センサ制御装置３３は、ケーブルを介して、センサ２０に駆動信号を送るとともに、センサ２０から検出信号を受け取る。この例では、制御装置３は、ボックスの中に配置されているが、この構成に限定されない。制御装置３は、図３Ａに示すように、主制御装置としてのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３１と、ロボット制御装置３２と、センサ制御装置３３と、を備えている。ＰＣ３１、ロボット制御装置３２、センサ制御装置３３は、相互に有線又は無線により通信可能に接続されている。ロボット制御装置３２は、直交ロボット１０の動作を制御する制御装置である。センサ制御装置３３は、センサ２０の動作を制御する制御装置である。ＰＣ３１は、ロボット制御装置３２及びセンサ制御装置３３を介して直交ロボット１０及びセンサ２０の動作を制御し、計測対象物（ガイドベーン）のスキャンを実行する。

なお、以下の説明では、ＰＣ３１を検査装置又は比較検査装置として言及する場合がある。また、直交ロボット１０と、ロボット制御装置３２とを合わせて直交ロボットとして言及する場合がある。また、センサ２０と、センサ制御装置３３とを合わせてセンサとして言及する場合がある。また、直交ロボット１０と、ロボット制御装置３２と、センサ２０と、センサ制御装置３３とを合わせて、計測機２として言及する場合がある。

ＰＣ３１は、ＣＰＵ３４と、メモリ３５と、ディスプレイ３６とを備えている。ＣＰＵ３４は、メモリ３５に記憶されている検査プログラム（図３Ｃ）を実行し、その処理結果をメモリ３５に記憶し、及び／又は、ディスプレイ３６に表示可能に構成されている。メモリ３５は、不揮発性の記憶媒体（ＲＯＭ、フラッシュメモリ等）及び揮発性の記憶媒体（ＲＡＭ等）を含む。メモリ３５は、ＰＣ３１に内蔵されたメモリであっても、ＰＣ３１に有線又は無線で接続された別体のメモリであってもよい。メモリ３５は、設計データ、計測データ、等高図データ、検査プログラムを少なくとも記憶する（図３Ｃ）。設計データは、例えばＣＡＤデータである。計測データは、例えば、点群データ（点データの集合）である。等高図データは、計測対象物の高さの分布を表す図であり、コンタ図とも称される。また、検査プログラム、その他のデータ（設計データ、計測データ、等高図データ等）は、複数のメモリに分散されて記憶されてもよく、検査プログラム、その他のデータ（設計データ、計測データ、等高図データ等）の各々の一部が複数のメモリに分散されて記憶されてもよい。ディスプレイ３６は、本実施形態では、タッチパネルを有し、ユーザ
（作業者）からの入力をディスプレイ３６の画面を介して受け付け可能に構成されている。また、本実施形態では、ＰＣ３１は、タブレット型のＰＣであり、図１に示すように、制御装置ボックスの前面からディスプレイ３６の画面が露出するように設置されている。ＰＣ３１として、タブレット型ＰＣを使用することにより、入出力インターフェースを含めた構成を小型化することができる。但し、ディスプレイは、ＰＣと別体に設けてもよく、入力インターフェースも、キーボード、マウス等その他の入力デバイスとして、ディスプレイと別体としてもよい。

本実施形態では、ＣＰＵ３４は、検査プログラムを実行して検査装置として機能する。図３Ｂは、ＣＰＵ３４により実現される比較検査装置の概略構成を示している。同図に示すように、検査装置は、設計データ入力部５１と、計測実行部５２と、計測データ加工部５３と、位置姿勢調整部５４と、比較処理部（等高図作成部）５５と、検査結果記録部５６とを備えている。なお、本実施形態では、比較処理部５５において等高図を作成するが、これに限定されず、計測データと設計データの誤差に関する情報を何らかの形式で出力するものであればよい。

設計データ入力部５１は、ＵＳＢメモリ等の外部のメモリから設計データ（ＣＡＤデータ）を読み込み、メモリ３５に記憶する（図３Ｃ）。なお、設計データ入力部５１が、有線又は無線の通信を通じて設計データを取得するように構成してもよい。設計データは、計測対象物の設計データであり、計測対象物は、設計データに基づいて形成されたものである。本実施形態では、設計データ入力部５１は、ポンプのガイドベーン６０の設計データ（ＣＡＤデータ）を読み込む。

計測実行部５２は、ロボット制御装置３２及びセンサ制御装置３３に制御信号（駆動電流、駆動信号）を送信し、ロボット制御装置３２及びセンサ制御装置３３を介して、計測機２によるガイドベーン６０の圧力面６１の形状のスキャン（計測）を実行させる。具体的には、直交ロボット１０によってセンサ２０をガイドベーン６０の圧力面６１上でＸ軸及びＹ軸方向に移動させながら、センサ２０によってガイドベーン６０の圧力面６１の各計測位置の高さ（Ｚ軸方向の高さ）を検出し、各計測位置の点群データ（点データの集合）を取得する。各点データは、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸座標を有する。計測実行部５２は、ガイドベーン６０の圧力面６１の形状の計測データ（点データ）を取得すると、その計測データをメモリ３５に記憶する（図３Ｃ）。計測データは、ガイドベーン６０の圧力面６１上の各計測位置における点データの集合（点群データ）である。図４は、ガイドベーンの斜視図である。本実施形態では、ガイドベーン６０の圧力面６１の点データを計測し、側面６３の点データを計測しない。

計測データ加工部５３は、計測機２から取得した点データに間引き処理を実行する。図５は、計測データの間引き処理を説明する説明図である。図５（ａ）は、計測機２から取得する計測データ（点データ）Ｐ１〜Ｐ５を示す。符号８１は、計測対象物の表面（ガイドベーンの圧力面、曲面）を示す。図５（ｂ）は、各データ間を線分８２で接続したメッシュの断面プロファイルである。図５（ｃ）は、間引き処理後の点データ間を線分８３で接続したメッシュの断面プロファイルである。図５（ｄ）は、間引き処理前後のメッシュの断面プロファイルの比較を示す。図５（ｄ）において、ｅは設計公差幅を示す。ここで、間引き処理前の断面プロファイル（図５ｂ）と、間引き処理後の断面プロファイル（図５ｃ）とを比較すると、間引き処理後のプロファイルでは、間引き前のプロファイルに対して、間引き誤差Δｄが生じていることが分かる。本実施形態では、間引き処理後の点データ間の距離である間引きピッチ８４（図６参照）を以下のように制御することによって、計測対象物（ガイドベーン）の成形精度評価（比較検査）における実用上の問題を回避する。具体的には、間引き誤差Δｄが、設計公差幅内であり、かつ、センサ２０（計測機２）の有効精度以下になるように、間引きピッチ８４（図６参照）を求める。実際には、
センサの有効精度は設計公差幅より小さく選択されるので、間引きピッチは、センサの有効精度以下になるように求めればよい。

図６は、間引きピッチの算出方法を説明する説明図である。先ず、図６（ａ）に示すように、設計データに基づいて、ガイドベーン７０の両端の任意の位置を結ぶ線分９１を引く。次に、図６（ｂ）に示すように、線分９１を含む板厚（Ｚ軸方向）方向に平行な平面９２を定義する。図６（ｃ）に示すように、ガイドベーン７０の表面（曲面）と、平面９２との交線９３を二分割し、交線９３の各部分の端点ａ１、ａ２、ａ３を求める。次に、図６（ｄ）に示すように、３つの端点ａ１、ａ２、ａ３を通る円９４の半径（自由曲面の近似曲率半径）を求める。図６（ｅ）に示すように、点データａ２の両側の等距離の円９４の周上に点データｂ１、ｂ２を設定し、点データｂ１、ｂ２間を接続する線分と、円９４の点データａ２における接線との間の距離を間引き誤差８５とする。この間引き誤差８５が、設計公差幅ｅ及びセンサ（計測機）の有効精度以下になるように、間引きピッチ８４を求める。本実施形態では、ガイドベーンの設計公差幅ｅ＝±２ｍｍ、計測機の有効精度＝±０．５ｍｍであるので、間引き誤差８５は０．５ｍｍ以下であればよい。従って、間引きピッチ８４は、間引き誤差８５が０．５ｍｍ未満となる最大値として設定することができる。具体的には、円９４の円周上において点データｂ１、ｂ２を移動させながら、間引き誤差８５を変更し、間引き誤差８５が０．５ｍｍを未満になる点データｂ１、ｂ２間の間引きピッチ８４を求める。このように設定された間引きピッチを使用して、計測機２から取得した点データに間引き処理を実行すれば、成形精度評価（比較検査）における実用上の問題を回避しつつ、比較処理に要する負荷及び時間を大幅に低減することができる。

図３Ｂにおいて、位置姿勢調整部５４は、間引き処理後の点データからなる計測データ面と、設計データから得られる設計データ面との位置及び姿勢合わせの処理を実行する。図７は、位置／姿勢合わせの処理の原理を説明する説明図である。設計データ面１００は、ＣＡＤデータから得られる設計の正規形状である。計測データ面１１０は、計測により取得された点データの集合から作成した微小平面の集合形状（メッシュ）である。例えば、点データ間を線分で接続して作成される。位置及び姿勢合わせ処理では、図７（ａ）に示すように、設計データ面の重心１０１を算出し、重心１０１を設計データ面１００の法線方向に設計データ面１００上に投影した投影重心１０２を算出する。そして、設計データ面１００の任意の角部１０３と、投影重心１０２とを接続する線分１０４を算出する。この例では、ガイドベーン６０の入口側辺６１ａと外胴側辺６１ｃとが隣接する角部を選択している。また、図７（ｂ）に示すように、計測データ面１１０の重心１１１を算出し、重心１１１を計測データ面１１０の法線方向に計測データ面１１０上に投影した投影重心１１２を算出する。そして、計測データ面１１０の角部（設計データで選択する角部に対応）と、投影重心１１２とを接続する線分１１４を算出する。そして、図７（ｃ）に示すように、設計データ面１００の投影重心１０２と計測データ面１１０の投影重心１１２とが一致するように、設計データ面１００及び／又は計測データ面１１０を移動させ、設計データ面１００と計測データ面１１０の位置合わせを行う。また、設計データ面１００の線分１０４と計測データ面１１０の線分１１４とが一致するように、設計データ面１００及び／又は計測データ面１１０を回転させ、姿勢合わせを行う。また、さらに、各面の一致領域を増加させる必要がある場合には、計測データ面１１０及び／又は設計データ面１００を長手方向及び／又は幅方向に微小移動して、各面の一致領域を増加させる。また、これに代えて又はこれに加えて、計測データ面１１０及び／又は設計データ面１００を線分１０４、１１４の周りに回転させることで、各面の一致領域を増加させるようにしてもよい。なお、角部にＲを有する場合は、隣接する各辺の直線部分を延長した交点を角部の座標とすればよい。

設計データ（ＣＡＤデータ）と計測データを比較検査するには、事前に双方のデータの
位置と姿勢を合わせる必要がある。これを担う従来の比較検査ソフトウェアは、測定データが多面体の立体形状でなければ処理が難しいという問題があった。このため、計測対象物を異なる方向から数度測定し、多面体の形状データを取得し、その後に複数の計測データを統合しなければならないケースもある。一方、本実施形態では、計測対象物を等厚の板状部材に限定することで、上述したように、ガイドベーン６０の側面６３の計測を行うことなく、単一面としての圧力面６１の測定データと設計データとの位置及び姿勢合わせが可能とした。これにより、検査時間の短縮を実現している。

図３Ｂにおいて、比較処理部５５は、位置及び姿勢合わせ処理後の計測データ（点データ）と設計データとを比較し、各点データの設計データからの誤差を算出する。また、比較処理部５５は、誤差を誤差区分に分類する。計測データ（点データ）が設計データより大きい場合に誤差は正の値となり、計測データ（点データ）が設計データより小さい場合に誤差は負となる。例えば、誤差は、計測データ（点データ）のＺ座標から設計データのＺ座標を減算することにより算出する。誤差の区分は、例えば図９に示すように、−５ｍｍ、−４ｍｍ、−３ｍｍ、−２〜＋２ｍｍ（公差範囲）、＋３ｍｍ、＋４ｍｍ、＋５ｍｍのように、公差範囲と、公差範囲から１ｍｍごとに定義される区分とに設定することができる。ここで、３ｍｍの誤差区分は、誤差が２ｍｍ超３ｍｍ以下の範囲に対応する。なお、公差範囲、区分のピッチは、作業者から受け付けて設定を変更できるようにしてもよい。

比較処理部５５は、検査結果として、等高図（コンタ図）の画像データを作成し、ディスプレイ３６に表示する。つまり、比較処理部５５は、計測データの画像（この例では、ＸＹ投影面）を、誤差区分を識別する情報（色、濃淡、文字、数字、記号等）とともに表示する。図９は、検査結果を示す等高図の例である。図９の例では、−２〜＋２ｍｍ（公差範囲）の区分に緑色（Ｇ）が割り当てられ、−３ｍｍ、−４ｍｍ、−５ｍｍの区分にそれぞれ冷色系の色Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３が割り当てられ、＋３ｍｍ、＋４ｍｍ、＋５ｍｍの区分にそれぞれ暖色系の色Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３が割り当てられている。これにより、図９の等高図に示すように、計測データ面を誤差区分に応じた色とともに表示することができる。つまり、計測データと設計データとを比較するためのカラーマッピング処理（色分け等高描画）を行う。このような等高描画によれば、図９に示すように、計測データ面のどの領域にどのような誤差（正又は負、大きさ）が存在するか視認することができるので、不具合の種類及びその対策を容易に確認することができる。例えば、図９の等高図において、出口側辺６１ｄの付近では、内胴側辺６１ｂ側において色Ｒ１、色Ｒ２が存在して正の誤差があり、外胴側辺６１ｃ側において色Ｂ３、色Ｂ１が存在して負の誤差がある。この結果、出口側辺６１ｄの付近では、ひねり不足があることが分かる。また、入口側辺６１ａと内胴側辺６１ｂとが隣接する角部付近では、色Ｂ３〜Ｂ１が存在して負の誤差がある。この角部付近で曲げ過ぎがあることが分かる。このような不具合があることが分かれば、その後のガイドベーンの形状の修正作業が容易である。なお、誤差区分を示す情報としては、色に限らず、濃淡（グラデーション）でもよく、文字、数字、記号等でもよい。

図３Ｂにおいて、検査結果部５６は、等高図のデータを検査結果としてメモリ３５に記憶する（図３Ｃ）。

図８は、計測及び比較検査のフローチャートである。このフローチャートでは、計測及び比較検査の準備工程（Ｓ１）及び撤収行程（Ｓ３）を含めて記載している。計測及び比較検査の処理または作業は、準備工程（Ｓ１）、スキャン（計測）工程（Ｓ２）、後処理（比較検査）工程（Ｓ３）、及び撤収工程（Ｓ３）を含んでいる。

ステップＳ１の準備工程では、ワークとしてのガイドベーンの検査システムへの設置作業が行われる（ステップＳ１１）。この工程では、ガイドベーン６０を台車７０上に設置
し（図２Ａ）、ガイドベーン６０の姿勢を台車７０上で調整し（図２Ｂ）、台車７０を直交ロボット１０に位置決めして配置する（図２Ｃ）。この作業に要する時間は、３分程度である。作業時間は、初心者の作業による作業時間を示す。以下同様である。

計測工程（Ｓ２）及び比較検査工程（Ｓ３）では、具体的に、ステップＳ２１〜Ｓ２４の処理が実行される。ステップＳ２１では、設計データとしてのＣＡＤデータをＰＣ３１に入力する（図３Ｂの設計データ入力部５１）。作業者によるソフトウェアの操作は、例えば、以下のようになる。作業者は、ＰＣ３１のディスプレイ３６上でメニューボタン［ＣＡＤファイル］を選択し、［ファイルを開く］のダイアログから比較検査をしたい設計データ（IGES形式）ファイルを選択する。ソフトウェアのグラフィック領域に選択した部品の設計データのファイル名が表示される（例えば、ＣＡＤファイル名：“「製番」_「機名」”の形式）。この作業に要する時間は、０．５分程度である。

ステップＳ２２では、計測機２によってガイドベーン６０の圧力面６１の形状をスキャン（計測）する実行指示を行う（図３Ｂの計測実行部５２）。作業者は、例えば、ＰＣ３１のディスプレイ３６上で、メニューボタン［計測］を選択する。また、適宜、［コンタ図カラー設定］のダイアログで、等高図（コンタ図）の色分けの最大値、最小値を設定する。また、緑色で塗りつぶす設計公差の値も設定することができる。その後、メニューボタン［開始］を選択する。この作業に要する時間は、０．５分程度である。

ステップＳ２３では、計測機２によってガイドベーン６０の圧力面６１の形状のスキャンが実行され、計測データに対して、適宜、所定の処理（間引き処理、位置及び姿勢合わせ処理）が施された後、計測データと設計データとの誤差が算出される（図３Ｂの計測データ加工部５３、位置姿勢調整部５４）。また、ステップＳ２３では、誤差の情報に基づいて等高図（コンタ図）が作成され、ディスプレイ３６の画面に表示される（図３Ｂの比較処理部５５、図９）。この処理に要する時間は、１分程度である。ステップＳ２２におけるスキャンの実行指示の後、等高図の作成、表示まで自動で行われ、ステップＳ２３における作業者による操作は必要ない。なお、等高図に十字線を重ねて表示し、検査結果を確認する際に、作業者が十字線をドラッグすると、その位置のＸ、Ｙ座標値（原点からの）が表示され、主要なポイントの設計値との乖離量（誤差）も画面上に表示されるようにしてもよい。

ステップＳ２４では、検査結果として等高図のデータをメモリ３５に記録する。作業者は、メニューボタン［記録］を選択すると、ファイル名の確認ダイアログが表示されるので、内容を確認し、［登録］ボタンを押す。ファイル名の確認は省略してもよい。この作業に要する時間は、０．５分程度である。

ステップＳ３の撤収工程では、計測対象物（ガイドベーン６０）を乗せた台車７０を直交ロボット１０から搬出する搬出作業を行う（ステップＳ３１）。この作業に要する時間は、１分程度である。

以上より、計測及び比較検査に要する作業時間は、準備及び撤収工程を含めて、６．５分程度である。本実施形態によれば、計測及び比較検査に要する作業時間を大幅に短縮できる。また、比較例において後述するように計測対象物への光沢防止処理、マーカ貼付処理等が不要であり、作業者による準備及び撤収作業に要する労力及び時間が短縮される。また、ソフトウェアの操作も簡易である。

図１０は、比較例に係る計測及び比較検査のフローチャートである。比較例には、スキャナとしてＣＲＥＡＦＯＭ社のＨＡＮＤＹＳＣＡＮ ３Ｄ、計測ソフトウェアとしてスキャナ付属のＶｘＳｃａｎ、比較検査ソフトウェアとして３Ｄ ＳＹＳＴＥＭＳ社のＧｅｏ
ｍａｇｉｃ Ｖｅｉｆｙを使用した。比較例では、準備工程として、光沢防止工程（Ｓ５１）、マーカ貼付工程（Ｓ５２）、ワーク設置工程（Ｓ５３）が必要になる。これらの工程は、作業者による人力で行われるものであり、各工程に３分、１５分、２分の合計２０分を要する。光沢防止処理は、計測対象物の表面の光沢の影響を低減するために必要な処理である。なお、上述した本実施形態の検査システムで採用したセンサ（レーザープロファイル測定器）は、計測対象物の光沢影響が少ない特性があり、光沢防止処理とワーク拭き上げの作業は不要である。マーカは、計測対象物までの距離と姿勢を割り出すアイテムである。なお、上述した本実施形態の検査システム１は、直交ロボットの位置情報を利用できるため不要である。マーカ貼付とマーカ除去の作業が不要となる。

スキャン工程Ｓ２では、スキャン設定準備操作（Ｓ６１）、マーカスキャン（Ｓ６２）、サーフェススキャン（Ｓ６３）、メッシュ化処理（Ｓ６４）を実行する。スキャン設定準備操作（Ｓ６１）、マーカスキャン（Ｓ６２）は、マーカにより計測対象物までの距離と姿勢を割り出す処理であり、作業者がＰＣの画面を確認しつつ行う必要があり、時間と手間を要する。また、サーフェススキャン（Ｓ６３）では、板状の薄い計測対象物の場合、計測対象物の周端部の面も丁寧に取り込むため、計測データ量が大きくなる。このため、メッシュ化処理（Ｓ６４）にも時間がかかる。スキャン工程Ｓ２に要する合計の時間は、３０分程度である。

後処理工程Ｓ３では、ＣＡＤデータ入力（Ｓ７１）、メッシュデータ入力（Ｓ７２）、メッシュデータ不要データ削除（Ｓ７３）、ＣＡＤとメッシュのデータ位置合わせ（Ｓ７４）、全体偏差解析（Ｓ７５）、レポート生成（Ｓ７６）を実行する。計測ソフトウェアと比較ソフトウェアとが別のソフトウェアであるため、作業者の操作によりソフトウェア間でメッシュデータの受け渡しが必要になり、その分時間と手間を要する。また、他の処理も、作業者に複雑な操作を要し、時間がかかる。後処理工程Ｓ３に要する合計の時間は、１０分程度である。以上の比較例の計測及び検査処理に要する時間は、合計で７４分となる。上述した本実施形態の検査システムによる計測及び検査処理に要する時間は、６．５分であり、比較例の場合と比べて大幅に時間が短縮できたことが分かる。本実施形態の検査システムによる計測及び検査処理では、作業者に要する操作は、設計データデータの選択、計測実行の指示、等高図の表示指示などであり、操作が極めて容易になっている。

上述した本実施形態に係る検査システムによれば、溶接構造物の部材単体（例えば、曲げ板）の測定評価に特化することで、汎用的な三次元と比較して、計測及び検査処理に要する時間を大幅に短縮することができる。また、簡易な操作で一連の作業を完了できる。本実施形態に係る検査システムは、以下の特徴を有する。
（１）計測対象物が等厚の板状部材で、成形後の板厚変化が殆ど生じないことを前提に、単一面（曲面）のみの計測で十分な比較検査の精度を実現した。上述した例では、ガイドベーンの圧力面のみに限定した。なお、ガイドベーンの負圧面のみを計測するようにしてもよい。
（２）溶接構造物の部材の寸法公差は比較的緩いため、計測で取得する点群データを大幅に間引くことで処理するデータ量を削減した（図３Ｂの計測データ加工部５３）。
（３）計測対象物を絞り込み、計測データと設計データの位置及び姿勢合わせを、独自手法で実施することで比較検査処理前の処理を自動化するとともに、処理を高速化した（図３Ｂの位置姿勢調整部５４）。つまり、作業者の操作を介在させずに、計測データと設計データの位置及び姿勢合わせを自動的にかつ十分な精度で行うことができる。

上記実施形態から少なくとも以下の形態が把握できる。

第１形態によれば、 板状部材を検査する検査装置が提供される。この検査装置は、 前記板状部材の複数の面のうち１つの曲面の形状の計測を三次元計測機に実行させる計測
実行部と、 前記計測された前記１つの曲面の点データを前記計測機から取得するデータ取得部と、 前記点データを前記板状部材の設計データと比較し、前記点データの前記設計データからの誤差を算出する比較処理部と、 前記算出された誤差に関する情報を検査結果として出力する検査結果出力部と、を備える検査装置。
を備える。

第１形態によれば、計測対象を板状部材に限定し、計測箇所を１つの曲面に限定することにより、計測処理に要する時間、点データと設計データとの比較処理に要する負荷及び時間を大幅に低減することができる。等厚の板状部材であれば、１つの曲面の形状を測定することにより、板状部材が設計通りの形状であるか否かを十分な精度で判断することができることに着目したものである。

第２形態によれば、第１形態の検査装置において、 前記点データに間引き処理を適用する計測データ加工部を更に備え、 前記間引き処理では、前記間引き処理後の点データを線分で接続した輪郭と、前記データ取得部で取得した全ての点データを線分で接続した輪郭との誤差が、前記計測機の有効精度値以下となるように、前記間引き処理後の点データの間隔が設定されている。

第２形態によれば、さらに計測された点データに間引き処理を実行することにより、更に、比較処理に要する負荷及び時間を低減することができる。また、間引き処理後の点データからなる輪郭の誤差が計測機の有効精度以下となるようにすることで、検査の精度を確保しつつ、点データと設計データとの比較処理に要する負荷及び時間を大幅に低減することができる。

第３形態によれば、第１又は２形態の検査装置において、 前記検査装置は、前記点データからなる計測データ面と、前記設計データによる設計データ面とを位置合わせ及び姿勢合わせする位置姿勢調整部を更に備える。点データは、間引き処理前または後の点データの何れであっても良い。

第３形態によれば、計測された点データと、設計データとの間の位置及び姿勢合わせを行った後に、両者を比較するので、これにより、比較処理結果の精度を向上させることができる。

第４形態によれば、第３形態の検査装置において、 前記板状部材が角部を有する場合、前記計測された曲面は角部を有し、 前記位置姿勢調整部は、前記計測データ面および前記設計データ面の重心を各面の法線方向に投影した各投影重心が互いに一致するように位置合わせを行い、各面の投影重心と各面の前記角部とを接続する各線分が互いに一致するように姿勢合わせを行う。

第４形態によれば、投影重心により位置合わせし、投影重心と１つの角部を結ぶ線分により姿勢合わせを行うので、周端部の面（側面等）の計測を要することなく、一曲面の計測データを設計データに精度よく、位置及び姿勢合わせすることができる。これにより、比較処理結果の精度を向上させることができる。

第５形態によれば、第４形態の検査装置において、 前記位置姿勢調整部は、更に、前記計測データ面を長手方向及び／又は幅方向の方向に沿って移動させること、及び／又は、前記計測データ面の前記線分の周りに回転させることによって、前記計測データ面及び前記設計データ面の一致領域を増加させる。

第５形態によれば、例えば、投影重心、及び投影重心と１つの角部との間の線分による
位置及び姿勢合わせの結果、更に面の一致領域を増加させたい場合に、長手方向及び／又は幅方向の移動、及び／又は線分の周りの回転によって、更に面の一致領域を増加させることができる。これにより、比較処理結果の精度を向上させることができる。

第６形態によれば、第１乃至５形態の何れかにの検査装置において、 前記点データの誤差を複数の誤差区分のうちの１つに分類する誤差分類部を更に備え、 前記点データ及び各点データに対応する誤差区分に基づいて等高図を生成する等高図作成部と、を更に備える。

第６形態によれば、検査結果を等高図として表示するため、正又は負の誤差が存在する領域を視認することが可能である。これにより、板状部材のひねり過ぎ又はひねり不足、曲げ過ぎ又は曲げ不足、反り過ぎ又は反り不足などの不具合を容易に把握することができ、追加の成形により計測対象物の形状を修正することが容易になる。

第７形態によれば、第１乃至６形態の検査装置において、 前記板状部材は、等厚の板状部材である。 計測対象が等厚の板状部材であるため、１つの面の形状の測定により、板状部材が設計に基づき適切に形成されているか否かを高い精度で判断することができる。

第８形態によれば、第７形態の検査装置において、 前記検査対象物は、ポンプのガイドベーンである。ポンプのガイドベーンは、製造公差が比較的緩いため、１つの面の形状の計測で、また、更に計測した点データの間引き処理を行っても、十分に検査の精度を確保することができる。これにより、ガイドベーンの必要十分な範囲での検査を迅速かつ容易に行うことができる。

第９形態によれば、 前記計測機と、 第１乃至８形態の何れかの検査装置と、を備える検査システムが提供される。この検査システムによれば、第１乃至８形態で上述した作用効果を奏する。

第１０形態によれば、第９形態の検査システムにおいて、 前記計測機は、二次元直交ロボットと、前記直交ロボットに取り付けられた光学センサと、を有する。この場合、光学センサを移動させて計測対象物の計測を行うので、計測対象物までの距離と姿勢を決定するためのマーカを計測対象物に貼付する必要がなく、計測の準備、撤収作業に要する労力及び時間を低減することができる。

第１１形態によれば、板状部材を検査する方法をコンピュータに実行させるためのプログラムが記憶された不揮発性の記憶媒体が提供される。このプログラムは、 前記板状部材の複数の面のうち１つの曲面の形状の計測を三次元計測機に実行させ、 前記計測された前記１つの曲面の点データを前記計測機から取得し、 前記点データを前記板状部材の設計データと比較し、前記点データの前記設計データからの誤差を算出し、 前記算出された誤差に関する情報を検査結果として出力すること、をコンピュータに実行させる。第１１形態によれば、ソフトウェアによって、第１形態の作用効果を実現することができる。

第１２形態によれば、コンピュータで板状部材を検査する方法が提供される。この方法は、 前記板状部材の複数の面のうち１つの曲面の形状の計測を三次元計測機に実行させ、 前記計測された前記１つの曲面の点データを前記計測機から取得し、 前記点データを前記板状部材の設計データと比較し、前記点データの前記設計データからの誤差を算出し、 前記算出された誤差に関する情報を検査結果として出力すること、を含む。第１２形態によれば、第１形態と同様の作用効果を奏する。

以上、いくつかの例に基づいて本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。例えば、大型基板の形状は矩形に限定されず、正方形であってもよく、それ以外の多角形形状、例えば、五角形や六角形であってもよい。また、円形形状の基板を処理するめっき装置にも本発明が適用できることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

１ 検査システム
２ 計測機
３ 制御装置
１０ 直交ロボット
１１ Ｘ軸スライダ
１２ Ｙ軸スライダ
１５ａ〜１５ｃ ストッパ
２０ センサ
３１ ＰＣ
３２ ロボット制御装置
３３ センサ制御装置
３４ ＣＰＵ
３５ メモリ
３６ ディスプレイ
５１ ＣＡＤデータ入力部
５２ 計測実行部
５３ 計測データ加工部
５４ 位置姿勢調整部
５５ 比較処理部（等高図作成部）
５６ 検査結果記録部
６０ ワーク（計測対象物）
６１ 圧力面
６２ 負圧面
６３ 側面
７０ 台車
７１ 立板
７２ａ〜７２ｃ 位置決めボルト
８１ 計測対象物の表面（面）
８２、８３ 線分
８４ 間引きピッチ
８５ 間引き誤差
８６ 接線
９１ 線分
９２ 平面
９３ 交線
９４ 円弧
１００ ＣＡＤデータ
１０１ 重心
１０２ 投影重心
１０３ 角
１１０ 計測データ
１１１ 重心
１１２ 投影重心
１１３ 角

Claims (12)

1. 板状部材を検査する検査装置であって、
   前記板状部材の複数の面のうち１つの曲面の形状の計測を三次元計測機に実行させる計測実行部と、
   前記計測された前記１つの曲面の点データを前記計測機から取得するデータ取得部と、
   前記点データを前記板状部材の設計データと比較し、前記点データの前記設計データからの誤差を算出する比較処理部と、
   前記算出された誤差に関する情報を検査結果として出力する検査結果出力部と、
   を備える検査装置。
2. 請求項１記載の検査装置において、
   前記点データに間引き処理を適用する計測データ加工部を更に備え、
   前記間引き処理では、前記間引き処理後の点データを線分で接続した輪郭と、前記データ取得部で取得した全ての点データを線分で接続した輪郭との誤差が、前記計測機の有効精度値以下となるように、前記間引き処理後の点データの間隔が設定されている、検査装置。
3. 請求項１又は２に記載の検査装置において、
   前記検査装置は、前記点データからなる計測データ面と、前記設計データによる設計データ面とを位置合わせ及び姿勢合わせする位置姿勢調整部を更に備える、
   検査装置。
4. 請求項３に記載の検査装置において、
   前記板状部材が角部を有する場合、前記計測された曲面は角部を有し、
   前記位置姿勢調整部は、前記計測データ面および前記設計データ面の重心を各面の法線方向に投影した各投影重心が互いに一致するように位置合わせを行い、各面の投影重心と各面の前記角部とを接続する各線分が互いに一致するように姿勢合わせを行う、検査装置。
5. 請求項４に記載の検査装置において、
   前記位置姿勢調整部は、更に、前記計測データ面を長手方向及び／又は幅方向の方向に沿って移動させること、及び／又は、前記計測データ面の前記線分の周りに回転させることによって、前記計測データ面及び前記設計データ面の一致領域を増加させる、検査装置。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の検査装置において、
   前記点データの誤差を複数の誤差区分のうちの１つに分類する誤差分類部を更に備え、
   前記点データ及び各点データに対応する誤差区分に基づいて等高図を生成する等高図作成部と、
   を更に備える検査装置。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の検査装置において、
   前記板状部材は、等厚の板状部材である、検査装置。
8. 請求項７に記載の検査装置において、
   前記検査対象物は、ポンプのガイドベーンである、検査装置。
9. 前記計測機と、
   請求項１乃至８の何れかに記載の検査装置と、
   を備える、検査システム。
10. 請求項９に記載の検査システムにおいて、
    前記計測機は、二次元直交ロボットと、前記直交ロボットに取り付けられた光学センサと、を有する、検査システム。
11. 板状部材を検査する方法をコンピュータに実行させるためのプログラムが記憶された不揮発性の記憶媒体であって、
    前記板状部材の複数の面のうち１つの曲面の形状の計測を三次元計測機に実行させ、
    前記計測された前記１つの曲面の点データを前記計測機から取得し、
    前記点データを前記板状部材の設計データと比較し、前記点データの前記設計データからの誤差を算出し、
    前記算出された誤差に関する情報を検査結果として出力すること、をコンピュータに実行させるためのプログラムが記憶された記憶媒体。
12. コンピュータで板状部材を検査する方法であって、
    前記板状部材の複数の面のうち１つの曲面の形状の計測を三次元計測機に実行させ、
    前記計測された前記１つの曲面の点データを前記計測機から取得し、
    前記点データを前記板状部材の設計データと比較し、前記点データの前記設計データからの誤差を算出し、
    前記算出された誤差に関する情報を検査結果として出力すること、
    を含む方法。

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