JP2021128099A - 付属品の取り付け位置検査方法及び取り付け位置検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査体本体の法線方向に突出して取り付けられた付属品の取り付け位置を自動で精度良く検査可能な方法等を提供する。【解決手段】本発明は、光学式の３次元形状測定装置１を用いて被検査体Ｓ表面の３次元点群データを取得する第１ステップと、３次元点群データの座標系と、予め用意された被検査体の表面形状モデルの座標系とを合致させる第２ステップと、被検査体表面の３次元点群データと、付属品と被検査体本体の一部とを含む部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる第３ステップと、マッチング結果に基づき、３次元点群データにおける付属品の取り付け位置を特定する第４ステップと、を含む。【選択図】 図２

Description

本発明は、スパイラル鋼管に取り付けられる吊金具など、被検査体本体の法線方向に突出して取り付けられた付属品の取り付け位置を検査する方法及び装置に関する。特に、本発明は、光学式の３次元形状測定装置を用いて、付属品の取り付け位置を自動で精度良く検査可能な方法及び装置に関する。

図１は、付属品が取り付けられたスパイラル鋼管の一例を模式的に示す図である。図１（ａ）は付属品が取り付けられたスパイラル鋼管全体を示す図であり、図１（ｂ）は付属品である吊金具を示す図である。
図１に示すように、付属品付きのスパイラル鋼管Ｓは、スパイラル鋼管Ｓ１と、スパイラル鋼管Ｓ１の法線方向に突出して取り付けられた付属品（図１に示す例では、スパイラル鋼管Ｓ１の外面に取り付けられた吊金具Ｓ２）と、を備えている。吊金具Ｓ２は、製品の出荷時や施工現場での設置時に、スパイラル鋼管Ｓ１をクレーンで吊り下げて運搬するために取り付けられている。なお、付属品としては、吊金具Ｓ２の他に、例えば、スパイラル鋼管Ｓ１の内面に取り付けられたコマが知られている。

吊金具Ｓ２等の付属品は、作業者が図面を基に、スパイラル鋼管Ｓ１に手動で溶接して取り付けている。そして、付属品の取付け位置（姿勢を含む）が図面に記載の公差範囲内にあるか否かを別の作業者が検査している。この検査は、コンベックス等の測定器具を用いて手動で行っているが、手動であるため測定誤差が生じたり、測定自体の精度が良くても誤って記録される場合もある。
したがい、付属品の取り付け位置を自動で精度良く検査する方法が望まれている。

なお、例えば、特許文献１、２には、光学式の３次元形状測定装置を用いて被検査体の表面形状を測定する方法が提案されているが、スパイラル鋼管に取り付けられる吊金具など、被検査体本体の法線方向に突出して取り付けられた付属品の取り付け位置を精度良く検査することについては何ら提案されていない。

特許第５６７７７９８号公報 特許第６３７６０８１号公報

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、スパイラル鋼管に取り付けられる吊金具など、被検査体本体の法線方向に突出して取り付けられた付属品の取り付け位置を自動で精度良く検査可能な方法及び装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明者らは、光学式の３次元形状測定装置によって、付属品を含む被検査体の表面形状を測定することで、被検査体表面の３次元点群データを取得する一方、付属品を含む被検査体の設計仕様に基づく３次元ＣＡＤデータから作成された被検査体の表面形状モデルを用意することを考えた。そして、被検査体表面の３次元点群データと、付属品の部分的な表面形状モデルとをマッチングさせることで、被検査体表面の３次元点群データにおける付属品の取り付け位置を特定すれば、付属品の取り付け位置を自動で精度良く検査できるのではないかと考えた。

被検査体表面の３次元点群データと、付属品の部分的な表面形状モデルとのマッチング方法としては、両者から抽出した特徴量を用いる公知の方法を適用することが考えられる。マッチングに用いる特徴量としては、指定したキーポイント周りの情報を記述した特徴量や、複数のキーポイント間の関係を記述した特徴量が知られている。前者の特徴量としては、例えば、キーポイントの法線ベクトルと周辺の点の法線ベクトルとの内積のヒストグラムで表されるＳＨＯＴ（Signature of Histograms of Orientations）特徴量が知られている。後者の特徴量としては、任意に選択した２点の距離や内積で表されるＰＰＦ（Point Pair Feature）特徴量が知られている。ＰＰＦ特徴量は、前述の特許文献１にも記載されている。

ＳＨＯＴ特徴量を用いたマッチングは、キーポイントが少数であるため、３次元形状測定装置の測定範囲の死角になって、３次元点群データが取得できない部分があると、適切なマッチングを行うことができない可能性がある。
一方、ＰＰＦ特徴量を用いたマッチングは、３次元点群データの全データから得られるキーポイントを用いるため、３次元形状測定装置の測定範囲の死角になって、３次元点群データが取得できない部分があっても、マッチングを行うことが可能である。ただし、ＳＨＯＴ特徴量を用いたマッチングに比べると、マッチングが失敗し易い性質を有すると考えられる。

本発明者らが、被検査体表面の３次元点群データと、付属品の部分的な表面形状モデルとを、ＰＰＦ特徴量を用いてマッチングさせることを検討したところ、マッチングが失敗するケースが多く、その結果、被検査体表面の３次元点群データにおける付属品の取り付け位置を精度良く特定できないことが分かった。

そこで、本発明者らは更に鋭意検討した結果、被検査体表面の３次元点群データとマッチングさせる部分的な表面形状モデルに、付属品のみならず、被検査体本体の一部を含ませることで、マッチングの精度が高まり、その結果、被検査体表面の３次元点群データにおける付属品の取り付け位置を精度良く特定できることを見出した。
本発明は、上記本発明者らの知見に基づき完成したものである。

すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、被検査体本体と、前記被検査体本体の法線方向に突出して取り付けられた付属品と、を備える被検査体について、前記付属品の取り付け位置を検査する方法であって、以下の第１〜第５ステップを含む付属品の取り付け位置検査方法を提供する。
（１）第１ステップ：光学式の３次元形状測定装置によって前記被検査体の表面形状を測定することで、前記被検査体表面の３次元点群データを取得する。
（２）第２ステップ：前記第１ステップで取得した前記被検査体表面の３次元点群データの座標系と、予め用意された前記被検査体の表面形状モデルの座標系とを合致させる。
（３）第３ステップ：前記第２ステップで座標系の合致した前記被検査体表面の３次元点群データと、前記被検査体の表面形状モデルのうち、前記付属品と前記被検査体本体の一部とを含む前記被検査体の部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる。
（４）第４ステップ：前記第３ステップにおけるマッチング結果に基づき、前記被検査体表面の３次元点群データにおける前記付属品の取り付け位置を特定する。

本発明によれば、第１ステップを実行することにより、被検査体表面の３次元点群データが取得される。すなわち、被検査体本体表面及び付属品表面の３次元点群データが取得される。

次いで、本発明によれば、第２ステップを実行することにより、第１ステップで取得した被検査体表面の３次元点群データの座標系と、予め用意された被検査体の表面形状モデルの座標系とが合致する。被検査体の表面形状モデルは、例えば、設計仕様に基づく３次元ＣＡＤデータを変換することにより得られる三角メッシュ等で構成された表面形状モデルであり、被検査体本体の表面形状モデル及び付属品の表面形状モデルが含まれる。座標系を合致させる方法としては、例えば、被検査体本体がスパイラル鋼管等の円筒形である場合、３次元点群データに円筒をフィッティングさせるフィッティング処理を施し、フィッティングされた円筒の位置と、被検査体本体の表面形状モデルの位置とを合致させる方法が考えられる。更に、座標系の合致精度を高める上では、上記の方法を実行した後、３次元点群データのうち被検査体本体の端面（被検査体本体がスパイラル鋼管である場合には管端面）を含む部分的な３次元点群データを抽出して、この抽出した部分的な３次元点群データに平面をフィッティングさせるフィッティング処理を施し、フィッティングされた平面の位置と、被検査体本体の端面の表面形状モデルの位置とを合致させる方法を実行してもよい。

次いで、本発明によれば、第３ステップを実行することにより、第２ステップで座標系の合致した被検査体表面の３次元点群データと、被検査体の表面形状モデルのうち、付属品と被検査体本体の一部とを含む被検査体の部分的な表面形状モデルとがマッチングする。前述のように、本発明者らの知見によれば、被検査体表面の３次元点群データとマッチングさせる部分的な表面形状モデルに、付属品のみならず、被検査体本体の一部を含ませることで、マッチングの精度が高まる。
マッチング精度が高まるのは、マッチングさせる部分的な表面形状モデルが含む付属品の法線方向と被検査体本体の一部の法線方向とが異なるため、マッチングに用いる特徴量に有意差がつきやすいからだと考えられる。

最後に、本発明によれば、第４ステップを実行することにより、第３ステップにおけるマッチング結果に基づき、被検査体表面の３次元点群データにおける付属品の取り付け位置が特定される。前述のように、第３ステップにおけるマッチングの精度が高いため、第４ステップで、被検査体表面の３次元点群データにおける付属品の取り付け位置を精度良く特定できる。したがい、特定した付属品の取り付け位置が予め決められた公差範囲内であるか否か等を判定することで、付属品の取り付け位置を自動で精度良く検査可能である。

なお、第３ステップでマッチングさせる被検査体表面の３次元点群データとしては、第１ステップで取得した被検査体表面の３次元点群データ全体でもよいものの、付属品と被検査体本体の一部とを含み得る被検査体表面の部分的な３次元点群データに制限する方が好ましい。マッチングさせる対象を部分的な３次元点群データに制限することで、マッチング処理の負荷が低減して、処理速度を早めることができるからである。
すなわち、第２ステップの後、以下の第２Ａステップを実行することが好ましい。
（５）第２Ａステップ：前記第２ステップで座標系の合致した前記被検査体の表面形状モデルにおける前記付属品の位置に基づき、前記被検査体表面の３次元点群データのうち、前記付属品と前記被検査体本体の一部とを含み得る前記被検査体表面の部分的な３次元点群データを抽出する。
そして、本発明の第３ステップでは、第２Ａステップで抽出した被検査体表面の部分的な３次元点群データと、被検査体の部分的な表面形状モデルとをマッチングさせればよい。
第２Ａステップでは、被検査体の表面形状モデルの座標系と３次元点群データの座標系とが合致しているため、表面形状モデルにおける付属品の位置を基準として、この付属品の寸法よりも幾分広い範囲を抽出範囲として設定すれば、付属品と被検査体本体の一部とを含み得る被検査体表面の部分的な３次元点群データを抽出可能である。

本発明者らの知見によれば、第３ステップにおいて、被検査体表面の３次元点群データとマッチングさせる被検査体の部分的な表面形状モデルは、付属品以外に含まれる被検査体本体の一部の表面積が大きすぎても小さすぎてもマッチング精度が悪くなり、好ましい範囲が存在する。
具体的には、前記第３ステップにおいて、前記被検査体表面の３次元点群データとマッチングさせる前記被検査体の部分的な表面形状モデルは、前記被検査体本体の一部の表面積をＳＡ１とし、前記付属品の表面積（付属品の被検査体本体の法線方向に沿った大きな２平面の合計面積であり、当該２平面を繋ぐ端面の面積は、当該２平面の面積に比べて相対的に小さいため含まない）をＳＡ２とすると、以下の式（１）で表されることが好ましい。
０．２５≦ＳＡ１／ＳＡ２≦０．７５ ・・・（１）

前記第３ステップにおいて、前記被検査体表面の３次元点群データのＰＰＦ特徴量と、前記被検査体の部分的な表面形状モデルのＰＰＦ特徴量とを用いて、前記被検査体表面の３次元点群データと、前記被検査体の部分的な表面形状モデルとをマッチングさせることが好ましい。

上記の好ましい方法によれば、第１ステップにおいて、３次元形状測定装置の測定範囲の死角になって、３次元点群データが取得できない部分があっても、第３ステップにおいて、マッチングを行うことが可能である。

前記第１ステップで用いる前記光学式の３次元形状測定装置は、ＴＯＦ方式の３次元形状測定装置であることが好ましい。

上記の好ましい方法によれば、測定範囲が広いＴＯＦ（Time Of Flight）方式の３次元形状測定装置を用いることで、被検査体本体がスパイラル鋼管である場合のように、寸法が大きな被検査体であっても、３次元点群データを比較的容易に取得可能である。

本発明は、前記被検査体本体がスパイラル鋼管であり、前記付属品が吊金具である場合に特に有用である。

また、前記課題を解決するため、本発明は、被検査体本体と、前記被検査体本体の法線方向に突出して取り付けられた付属品と、を備える被検査体について、前記付属品の取り付け位置を検査する装置であって、前記被検査体の表面形状を測定する光学式の３次元形状測定装置と、前記被検査体の表面形状モデルが予め記憶されており、前記３次元形状測定装置による測定結果が入力され、所定の演算を実行する演算装置と、を備え、前記演算装置は、前記３次元形状測定装置による測定結果に基づき、前記被検査体表面の３次元点群データを生成する第１ステップと、前記第１ステップで取得した前記被検査体表面の３次元点群データの座標系と、予め用意された前記被検査体の表面形状モデルの座標系とを合致させる第２ステップと、前記第２ステップで座標系の合致した前記被検査体表面の３次元点群データと、前記被検査体の表面形状モデルのうち、前記付属品と前記被検査体本体の一部とを含む前記被検査体の部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる第３ステップと、前記第３ステップにおけるマッチング結果に基づき、前記被検査体表面の３次元点群データにおける前記付属品の取り付け位置を特定する第４ステップと、を実行する付属品の取り付け位置検査装置としても提供される。

本発明によれば、被検査体本体の法線方向に突出して取り付けられた付属品の取り付け位置を自動で精度良く検査可能である。

付属品が取り付けられたスパイラル鋼管の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る付属品の取り付け位置検査装置の概略構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る付属品の取り付け位置検査方法の第３ステップにおけるマッチング結果の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る付属品の取り付け位置検査方法を用いて、付属品の取り付け位置を検査した結果の一例を示す。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について、被検査体本体がスパイラル鋼管であり、付属品が吊金具である場合を例に挙げて説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る付属品の取り付け位置検査装置（以下、適宜、単に「検査装置」という）の概略構成を模式的に示す図である。
図２に示すように、本実施形態に係る検査装置１００は、被検査体本体（スパイラル鋼管）Ｓ１と、被検査体本体Ｓ１の外面に法線方向に突出して取り付けられた付属品（吊金具）Ｓ２と、を備える被検査体（吊金具付きスパイラル鋼管）Ｓについて、付属品Ｓ２の取り付け位置を検査する装置である。一般に、スパイラル鋼管は、外径が最大２５００ｍｍ程度であり、長さが最大７０ｍ程度である。また、一般に、吊金具は、スパイラル鋼管の端面から１〜２ｍ程度離れた位置において、径方向に対向して一対取り付けられる。
本実施形態に係る検査装置１００は、光学式の３次元形状測定装置１と、演算装置２と、を備えている。

３次元形状測定装置１は、被検査体Ｓに対して光を投受光することで、被検査体Ｓの表面形状を測定する装置である。具体的には、本実施形態の３次元形状測定装置１は、投光した光（レーザ光など）が被検査体Ｓで反射して受光されるまでの時間に基づき、被検査体Ｓの表面までの距離を測定し、光の投光方向をスキャンすることで、被検査体Ｓの表面形状を測定するＴＯＦ（Time Of Flight）方式の３次元形状測定装置である。ＴＯＦ方式の３次元形状測定装置は、測定範囲が広いため、被検査体本体Ｓ１がスパイラル鋼管である場合のように、寸法が大きな被検査体Ｓであっても、３次元点群データを比較的容易に取得可能である。ＴＯＦ方式の３次元形状測定装置の具体的構成は公知であるため、ここでは、その詳細な説明は省略する。ＴＯＦ方式の３次元形状測定装置１としては、例えば、ＦＡＲＯ社製レーザースキャナ「ＦｏｃｕｓＳ７０」を好適に用いることができる。
ただし、本発明で用いる３次元形状測定装置１としては、必ずしもＴＯＦ方式の３次元形状測定装置に限るものではなく、測定環境が許す限りにおいて、ステレオカメラ方式や、パターン投影方式の３次元形状測定装置を適用することも可能である。

本実施形態では、図２に示すように、１台の３次元形状測定装置１を、被検査体Ｓの端面ＳＥを測定範囲の略中心とする位置（符号１ａ、１ｂで示す位置）と、被検査体Ｓの付属品Ｓ２を測定範囲の略中心とする位置（符号１ｃ、１ｄ示す位置）との計４箇所の位置に移動させ、それぞれの位置で被検査体Ｓの表面形状を測定する。なお、少なくとも被検査体Ｓの長手方向（図２の左右方向）に隣り合う位置での３次元形状測定装置１の測定範囲はオーバラップする部分を有するように移動させる。すなわち、位置１ａでの３次元形状測定装置１の測定範囲と、位置１ｃでの３次元形状測定装置１の測定範囲とは、オーバラップする部分を有する。また、位置１ｂでの３次元形状測定装置１の測定範囲と、位置１ｄでの３次元形状測定装置１の測定範囲とは、オーバラップする部分を有する。そして、被検査体Ｓの表面形状を測定する前に、オーバラップする部分に校正片（例えば、基準球）を設置して、それぞれの位置１ａ〜１ｄの３次元形状測定装置１で校正片の位置を測定する。

演算装置２は、３次元形状測定装置１による測定結果が入力され、所定の演算を実行する。具体的には、演算装置２には、各位置１ａ〜１ｄの３次元形状測定装置１で測定した被検査体Ｓの表面形状と、各位置１ａ〜１ｄの３次元形状測定装置１で測定した校正片の位置とが入力される。そして、演算装置２は、位置１ａの３次元形状測定装置１で測定した校正片の位置と、位置１ａに隣り合う位置１ｃの３次元形状測定装置１で測定した校正片の位置とに基づき、これらの校正片の位置が合致するように、位置１ａの３次元形状測定装置１で測定した被検査体Ｓの表面形状と、位置１ｃの３次元形状測定装置１で測定した被検査体Ｓの表面形状とを合成して、被検査体Ｓの端面ＳＥから付属品Ｓ２（図２の上側の付属品Ｓ２）までの範囲を含む被検査体Ｓ表面の３次元点群データを生成（取得）する。同様にして、演算装置２は、位置１ｂの３次元形状測定装置１で測定した校正片の位置と、位置１ｂに隣り合う位置１ｄの３次元形状測定装置１で測定した校正片の位置とに基づき、これらの校正片の位置が合致するように、位置１ｂの３次元形状測定装置１で測定した被検査体Ｓの表面形状と、位置１ｄの３次元形状測定装置１で測定した被検査体Ｓの表面形状とを合成して、被検査体Ｓの端面ＳＥから付属品Ｓ２（図２の下側の付属品Ｓ２）までの範囲を含む被検査体Ｓ表面の３次元点群データを生成（取得）する。そして、生成した３次元点群データに対して、後述する各種の演算を実行する。

演算装置２は、例えば、上記の演算を実行するプログラムやアプリケーションがインストールされたコンピュータから構成される。具体的には、例えば、オープンソース系の「ＰＣＬ（Point Cloud Library）」や、ＭＶＴｅｃ社製「ＨＡＬＣＯＮ」のような公知の点群処理ライブラリをコンピュータに実装することで、演算装置２を構成可能である。上記の点群処理ライブラリは、点群データに加えて、表面データ（円筒、平面、三角メッシュ等で構成されたデータ）を扱うことが可能であり、スムージングや間引き処理等の前処理、座標や距離等に基づく点群データの抽出、座標変換、マッチング処理、フィッティング処理、点群データの寸法測定、立体表面の生成など、点群データや表面データに関する種々の演算を実行可能である。後述するＰＰＦ特徴量を用いたマッチング処理も上記の点群処理ライブラリによって実行可能である。

また、演算装置２には、被検査体Ｓの設計仕様に基づき作成された被検査体Ｓの表面形状モデルが予め記憶されている。具体的には、演算装置２には、設計仕様に基づく被検査体Ｓの３次元ＣＡＤデータが入力され、演算装置２は、この入力されたＣＡＤデータを三角メッシュ等で構成された表面形状モデルに変換して記憶する。

以下、上記の構成を有する検査装置１００を用いた付属品Ｓ２の取り付け位置検査方法（以下、適宜、単に「検査方法」という）について説明する。
本実施形態に係る検査方法は、第１ステップ〜第４ステップを含むことを特徴としている。以下、各ステップについて順次説明する。

＜第１ステップ＞
第１ステップでは、３次元形状測定装置１によって被検査体Ｓの表面形状を測定することで、被検査体Ｓ表面の３次元点群データを取得する。
具体的には、３次元形状測定装置１を位置１ａ〜１ｄの４箇所の位置に移動させ、それぞれの位置で被検査体Ｓの表面形状及び校正片の表面形状を測定する。これらの測定結果は、ＳＤカード等の記憶媒体等を介して、演算装置２に入力され、記憶される。演算装置２は、入力された測定結果に基づき、前述のようにして、被検査体Ｓの端面ＳＥから付属品Ｓ２までの範囲を含む被検査体Ｓ表面の３次元点群データを生成（取得）する。

＜第２ステップ＞
第２ステップでは、演算装置２が、第１ステップで取得した被検査体Ｓ表面の３次元点群データの座標系と、被検査体Ｓの設計仕様に基づき予め用意された被検査体Ｓの表面形状モデルの座標系とを合致させる。具体的には、演算装置２は、３次元点群データに円筒をフィッティングさせるフィッティング処理を施す。そして、演算装置２は、フィッティングされた円筒の位置と、被検査体本体Ｓ１の表面形状モデルの位置とを合致させる（例えば、フィッティングされた円筒を平行移動及び回転移動させて合致させる）ことで、上記の両座標系を合致させる。
更に、本実施形態では、座標系の合致精度を高めるために、演算装置２は、上記の処理を実行した後、３次元点群データのうち被検査体本体Ｓ１の端面ＳＥを含む部分的な３次元点群データを抽出して、この抽出した部分的な３次元点群データに平面をフィッティングさせるフィッティング処理を施す。そして、演算装置２は、フィッティングされた平面の位置と、被検査体本体Ｓ１の端面の表面形状モデルの位置とを合致させる（例えば、フィッティングされた平面を平行移動させて合致させる）ことで、上記の両座標系を精度良く合致させる。

＜第２Ａステップ＞
第２Ａステップでは、演算装置２が、第２ステップで座標系の合致した被検査体Ｓの表面形状モデルにおける付属品Ｓ２の位置に基づき、被検査体Ｓ表面の３次元点群データのうち、付属品Ｓと被検査体本体Ｓ１の一部とを含み得る被検査体Ｓ表面の部分的な３次元点群データを抽出する。第２ステップを実行することにより、被検査体Ｓの表面形状モデルの座標系と３次元点群データの座標系とが合致している。このため、付属品Ｓ２の寸法よりも幾分広い範囲を抽出範囲として演算装置２に設定しておけば、演算装置２は、表面形状モデルにおける付属品Ｓ２の位置を基準として、この付属品Ｓ２と被検査体本体Ｓ１の一部とを含み得る被検査体Ｓ表面の部分的な３次元点群データを抽出可能である。

＜第３ステップ＞
第３ステップでは、演算装置２が、第２Ａステップで抽出した被検査体Ｓ表面の部分的な３次元点群データと、被検査体Ｓの表面形状モデルのうち、付属品Ｓ２と被検査体本体Ｓ１の一部とを含む被検査体Ｓの部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる。
具体的には、本実施形態では、演算装置２が、被検査体Ｓ表面の部分的な３次元点群データのＰＰＦ特徴量と、被検査体Ｓの部分的な表面形状モデルのＰＰＦ特徴量とを用いて、被検査体Ｓ表面の部分的な３次元点群データと、被検査体Ｓの部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる。

図３は、第３ステップにおけるマッチング結果の一例を示す図である。図３（ａ）は、参考として、第２Ａステップで抽出した被検査体Ｓ表面の部分的な３次元点群データ（被検査体本体Ｓ１の一部の３次元点群データＳ１ｄ及び付属品Ｓ２の３次元点群データＳ２ｄ）と、被検査体Ｓの表面形状モデルのうち、付属品Ｓ２の表面形状モデルＳ２ｍのみとをマッチングさせた結果の一例を示す。図３（ｂ）及び図３（ｃ）は、第２Ａステップで抽出した被検査体Ｓ表面の部分的な３次元点群データ（被検査体本体Ｓ１の一部の３次元点群データＳ１ｄ及び付属品Ｓ２の３次元点群データＳ２ｄ）と、被検査体Ｓの表面形状モデルのうち、付属品Ｓ２の表面形状モデルＳ２ｍ及び被検査体本体Ｓ１の一部の表面形状モデルＳ１ｍとをマッチングさせた結果の一例を示す。

図３（ａ）に示すように、被検査体Ｓ表面の部分的な３次元点群データＳ１ｄ及びＳ２ｄ（図中、ドット状にプロットしたデータ）とマッチングさせる被検査体Ｓの部分的な表面形状モデルが、付属品Ｓ２の表面形状モデルＳ２ｍ（図中、塗りつぶしたモデル）のみの場合、３次元点群データＳ１ｄの影響が大きく、マッチングが失敗するケースが多い。
これに対して、本実施形態に係る検査方法の第３ステップでは、図３（ｂ）に示すように、被検査体Ｓ表面の部分的な３次元点群データＳ１ｄ及びＳ２ｄとマッチングさせる部分的な表面形状モデルが、付属品Ｓ２の表面形状モデルＳ２ｍ及び被検査体本体Ｓ１の一部の表面形状モデルＳ１ｍ（図中、塗りつぶしたモデル）であるため、適切なマッチングが可能である。
ただし、図３（ｃ）に示すように、被検査体Ｓ表面の部分的な３次元点群データＳ１ｄ及びＳ２ｄとマッチングさせる被検査体本体Ｓ１の一部の表面形状モデルＳ１ｍの表面積が大きすぎても、マッチング精度が悪くなり、マッチングが失敗するおそれがある。被検査体本体Ｓ１の一部の表面形状モデルＳ１ｍの表面積が小さすぎる場合も同様である。
したがい、本実施形態では、被検査体Ｓ表面の部分的な３次元点群データＳ１ｄ及びＳ２ｄとマッチングさせる被検査体Ｓの部分的な表面形状モデルとしては、被検査体本体Ｓ１の一部の表面積をＳＡ１とし、付属品Ｓ２の表面積（付属品Ｓ２の被検査体本体Ｓ１の法線方向に沿った大きな２平面の合計面積であり、当該２平面を繋ぐ端面の面積は、当該２平面の面積に比べて相対的に小さいため含まない）をＳＡ２とすると、以下の式（１）で表されるものを用いている。
０．２５≦ＳＡ１／ＳＡ２≦０．７５ ・・・（１）

＜第４ステップ＞
第４ステップでは、演算装置２が、第３ステップにおけるマッチング結果に基づき、被検査体Ｓ表面の３次元点群データにおける付属品Ｓ２の取り付け位置を特定する。例えば、図３（ｂ）に示す付属品Ｓ２の表面形状モデルＳ２ｍとマッチングした３次元点群データＳ２ｄが、被検査体Ｓの付属品Ｓ２の３次元点群データであると特定できるため、その３次元点群データＳ２ｄの位置を付属品Ｓ２の取り付け位置と特定できる。
したがい、演算装置２に、付属品Ｓ２の取り付け位置の予め決められた公差範囲を設定しておくことで、演算装置２は、第４ステップで特定した付属品Ｓ２の取り付け位置が予め決められた公差範囲内であるか否かを自動で判定可能である。すなわち、付属品Ｓ２の取り付け位置を自動で精度良く検査可能である。

図４は、本実施形態に係る検査方法を用いて、付属品Ｓ２の取り付け位置を検査した結果の一例を示す。図４（ａ）は、第３ステップにおいて、ＳＡ１／ＳＡ２＝０．６の部分的な表面形状モデルを用いてマッチングを行った場合の付属品Ｓ２の取り付け位置の特定（算出）結果を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すものと同じ被検査体Ｓに対して、第４ステップにおいて、ＳＡ１／ＳＡ２の値を変更してマッチングを行った場合のマッチングの良否を評価した結果を示す。図４（ｂ）に示す「〇」はマッチングが適切に行われたことを、「×」はマッチングが失敗したことを意味する。
設計仕様では、図４（ａ）に示す上側の付属品Ｓ２の取り付け位置は、被検査体Ｓの端面ＳＥから約５９９ｍｍであり、下側の付属品Ｓ２の取り付け位置は、被検査体Ｓの端面ＳＥから約６０１ｍｍである。本実施形態に係る検査方法（特に、ＳＡ１／ＳＡ２＝０．６）を用いれば、上側の付属品Ｓ２の取り付け位置は端面ＳＥから６５９．１ｍｍと算出（特定）され、下側の付属品Ｓ２の取り付け位置は端面ＳＥから６６１．５ｍｍと算出（特定）された。コンベックスを用いて各付属品Ｓ２の取り付け位置を測定したところ、上側の付属品Ｓ２の取り付け位置は端面ＳＥから６６２．５ｍｍで、下側の付属品Ｓ２の取り付け位置は端面ＳＥから６６２．５ｍｍであり、本実施形態に係る検査方法によれば、付属品の取り付け位置を自動で精度良く検査できることが確認できた。

また、図４（ｂ）から分かるように、前述の式（１）を満足する、すなわち、０．２５≦ＳＡ１／ＳＡ２≦０．７５となる被検査体Ｓの部分的な表面形状モデルをマッチングに用いることで、マッチングが失敗することなく、精度の良いマッチングを行うことが可能であり、この結果、付属品の取り付け位置を自動で精度良く検査できるといえる。

なお、本実施形態では、１台の３次元形状測定装置１を複数の位置に移動させて、それぞれの位置で被検査体Ｓの表面形状を測定する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、測定する位置毎に複数台の３次元形状測定装置１を設ける構成を採用することも可能である。

また、本実施形態では、被検査体本体Ｓ１がスパイラル鋼管であり、付属品Ｓ２が吊金具である場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、付属品Ｓ２がコマの場合にも適用可能である。また、被検査体本体Ｓ１と、被検査体本体Ｓ１の法線方向に突出して取り付けられた付属品Ｓ２と、を備えた被検査体Ｓである限りにおいて、種々の被検査体Ｓに適用可能である。

さらに、本実施形態では、第２Ａステップを含む場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、演算装置２の演算能力に余裕がある場合等であれば、第２Ａステップを省略し、第３ステップにおいて、第１ステップで取得した被検査体表面の３次元点群データ全体を被検査体の部分的な表面形状モデルとマッチングさせることも可能である。

１・・・３次元形状測定装置
２・・・演算装置
１００・・・検査装置
Ｓ・・・被検査体（吊金具付きスパイラル鋼管）
Ｓ１・・・被検査体本体（スパイラル鋼管）
Ｓ２・・・付属品（吊金具）

Claims (6)

1. 被検査体本体と、前記被検査体本体の法線方向に突出して取り付けられた付属品と、を備える被検査体について、前記付属品の取り付け位置を検査する方法であって、
   光学式の３次元形状測定装置によって前記被検査体の表面形状を測定することで、前記被検査体表面の３次元点群データを取得する第１ステップと、
   前記第１ステップで取得した前記被検査体表面の３次元点群データの座標系と、予め用意された前記被検査体の表面形状モデルの座標系とを合致させる第２ステップと、
   前記第２ステップで座標系の合致した前記被検査体表面の３次元点群データと、前記被検査体の表面形状モデルのうち、前記付属品と前記被検査体本体の一部とを含む前記被検査体の部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる第３ステップと、
   前記第３ステップにおけるマッチング結果に基づき、前記被検査体表面の３次元点群データにおける前記付属品の取り付け位置を特定する第４ステップと、
   を含む付属品の取り付け位置検査方法。
2. 前記第３ステップにおいて、前記被検査体表面の３次元点群データとマッチングさせる前記被検査体の部分的な表面形状モデルは、前記被検査体本体の一部の表面積をＳＡ１とし、前記付属品の表面積をＳＡ２とすると、以下の式（１）で表される、
   請求項１に記載の付属品の取り付け位置検査方法。
   ０．２５≦ＳＡ１／ＳＡ２≦０．７５ ・・・（１）
3. 前記第３ステップにおいて、前記被検査体表面の３次元点群データのＰＰＦ特徴量と、前記被検査体の部分的な表面形状モデルのＰＰＦ特徴量とを用いて、前記被検査体表面の３次元点群データと、前記被検査体の部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる、
   請求項１又は２に記載の付属品の取り付け位置検査方法。
4. 前記第１ステップで用いる前記光学式の３次元形状測定装置は、ＴＯＦ方式の３次元形状測定装置である、
   請求項１から３の何れかに記載の付属品の取り付け位置検査方法。
5. 前記被検査体本体は、スパイラル鋼管であり、
   前記付属品は、吊金具である、
   請求項１から４の何れかに記載の付属品の取り付け位置検査方法。
6. 被検査体本体と、前記被検査体本体の法線方向に突出して取り付けられた付属品と、を備える被検査体について、前記付属品の取り付け位置を検査する装置であって、
   前記被検査体の表面形状を測定する光学式の３次元形状測定装置と、
   前記被検査体の表面形状モデルが予め記憶されており、前記３次元形状測定装置による測定結果が入力され、所定の演算を実行する演算装置と、を備え、
   前記演算装置は、
   前記３次元形状測定装置による測定結果に基づき、前記被検査体表面の３次元点群データを生成する第１ステップと、
   前記第１ステップで取得した前記被検査体表面の３次元点群データの座標系と、予め用意された前記被検査体の表面形状モデルの座標系とを合致させる第２ステップと、
   前記第２ステップで座標系の合致した前記被検査体表面の３次元点群データと、前記被検査体の表面形状モデルのうち、前記付属品と前記被検査体本体の一部とを含む前記被検査体の部分的な表面形状モデルとをマッチングさせる第３ステップと、
   前記第３ステップにおけるマッチング結果に基づき、前記被検査体表面の３次元点群データにおける前記付属品の取り付け位置を特定する第４ステップと、
   を実行する付属品の取り付け位置検査装置。

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