JP2808959B2 - 灯台式センサでの計測による仮想点位置推定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、灯台式センサで、計
測光の方向を少しづつ変えることにより対象物の表面を
断続的に走査して、三角測量の原理によりその表面の断
面形状を計測して求めた計測点の点列から、二本の直線
を近似により定めて、それらの直線の交点を求めること
により仮想点の位置を推定するに際し、その推定精度を
向上させ得る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】灯台式センサは一般に、図９に示すよう
に、光源１からのレーザー光２をスキャン用ミラー３で
反射させて対象物４の表面上に照射し、そこからの反射
光を再びスキャン用ミラー３で反射させた後ＣＣＤセン
サ５で受光して、その受光位置から当該灯台式センサと
対象物４との距離を三角測量の原理で計測し、スキャン
用ミラー３の角度を少しずつ変化させることにてその照
射位置をずらし、対象物４の表面を断続的に走査して、
その表面の二次元断面形状に対応する計測点の点列座標
データをもたらす。また灯台式センサは通常、ＣＣＤセ
ンサ５の受光量に基づき図示しない受光量調節回路で光
源１の作動をフィードバック制御して、ＣＣＤセンサ５
の受光量が距離計測に適した範囲内に収まるようにレー
ザー光２の強さを調節している。

【０００３】かかる灯台式センサは、例えば自動車車体
の組立ライン内で、そこで組み立てられた車体の組立精
度を計測する際に用いられており、その組立精度計測は
例えば、あらかじめ車体の複数箇所について、それらの
箇所の車体パネルの概略Ｌ字状の二次元断面形状を持つ
部分を基準部位として設定し、それらの基準部位の各々
につきＬ字の各辺に対応する概略直線状の部分をそれぞ
れ近似した二本の直線の交点を仮想点として設定してお
き、組立ライン内では所定タクト時間内に、図10に示す
如く、実際に組み立てられた車体の、対象物としての車
体パネル６の上記各基準部位の始点と終点との間の表面
の二次元断面形状を、図９に示す構成の灯台式センサ７
で計測し、その計測結果から各基準部位につき得られた
計測点の点列から、それぞれ二本の直線Ｌ₁,Ｌ₂ を近似
により定めて、それらの直線の交点を演算で求めること
により仮想点Ｐの位置を推定し、それら推定により求め
た複数の仮想点の相互の位置関係と設計上の車体での上
記仮想点の相互の位置関係とを比較して位置誤差を求め
る、という方法で行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、所定タ
クト時間内で上記各基準部位についての形状計測を行い
得るように上記走査用ミラー３の角度変化を速くする
と、ＣＣＤセンサ５の受光量の変化速度が速すぎてフィ
ードバック制御が追いつかず、車体パネル６の表面の向
きや汚れ等に起因して受光量が不足して、計測点が幾つ
か抜け落ちてしまう場合があり、かかる場合にはそれら
の計測点の点列が実際の断面形状を充分表すものとなら
ないため、上記従来の推定方法では、その点列に基づい
て推定した仮想点Ｐの位置が実際の位置から多少ずれて
しまって、仮想点位置の推定精度ひいては組立誤差計測
精度を充分高め得ないという問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記従来の
灯台式センサでの計測による仮想点位置推定方法の課題
を有利に解決した方法を提供することを目的とするもの
であり、この発明の推定方法は、灯台式センサで、計測
光の方向を少しずつ変えることにより対象物の表面を断
続的に走査して、三角測量の原理によりその表面の断面
形状を計測して求めた計測点の点列から、二本の直線を
近似により定めて、それらの直線の交点を求めることに
より仮想点の位置を推定するに際し、前記点列中におけ
る計測点の欠落を調査して、その欠落が所定程度以上の
場合には、前記灯台式センサの位置を変更した後にその
灯台式センサで前記対象物表面の再走査を行って、再度
計測点の点列を求めることを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】上記したこの発明の仮想点位置推定方法によれ
ば、灯台式センサで対象物の表面の断面形状を計測して
求めた計測点の点列中に、対象物表面の向きや汚れ等に
起因する受光量の不足によって幾つか計測点の抜け落ち
が生じた場合でも、その計測点の欠落を調査して、その
欠落が所定程度以上の場合は灯台式センタの位置を変更
した後対象物表面の再走査を行って、再度計測点の点列
を求めるので、充分な数の計測点を用いて直線近似を行
うことになって、対象物表面の実際の断面形状に対する
計測点の点列が表す断面形状の誤差を減少させることが
でき、ひいては仮想点位置の推定精度を向上させること
ができる。

【０００７】

【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基づき詳細
に説明する。図１は、この発明の仮想点位置推定方法を
先に記した自動車車体の組立ライン内での組み立てられ
た車体の組立精度の計測に適用した一実施例の実施に用
いる車体組立精度計測装置を例示する構成図であり、こ
の実施例の方法では、概略従来の方法と同様、あらかじ
め車体の複数箇所について、それらの箇所の車体パネル
の概略Ｌ字状の二次元断面形状を持つ部分を基準部位と
して設定し、それらの基準部位の各々につきＬ字の各辺
に対応する概略直線状の部分をそれぞれ近似した二本の
直線の交点を仮想点として設定しておき、組立ライン内
では所定タクト時間内に、実際に組み立てられた車体の
車体パネル６の上記各基準部位の始点と終点との間の表
面の二次元断面形状を灯台式センサ７で計測し、その計
測結果から各基準部位につき得られた計測点の点列か
ら、それぞれ二本の直線Ｌ₁,Ｌ₂ を近似により定めて、
それらの直線の交点を演算で求めることにより仮想点Ｐ
の位置を推定し、それら推定により求めた複数の仮想点
の相互の位置関係と設計上の車体での上記仮想点の相互
の位置関係とを比較して位置誤差を求める、という手順
で車体組立精度計測を行う。

【０００８】しかして、かかる手順を行うためここにお
ける車体組立精度計測装置は、例えば図９に示すものと
同様に構成された灯台式センサ７と、例えば通常の直角
座標型ロボットの如く構成されたセンサ移動機構８と、
例えば通常のマイクロコンピュータにて構成された制御
部９とを具え、ここでセンサ移動機構８は、各々灯台式
センサ７を支持し、自動車車体の組立ライン内の所定の
計測工程に複数設置されて、その組立ライン内で組み立
てられてその計測工程に配置された車体の上記各基準部
位に対してそれぞれ灯台式センサ７を移動させ、制御部
９は、灯台式センサ７のスキャン用ミラーの振り角度や
振り速度を制御するとともに光源の発光強度を前記の如
くフィードバック制御し、さらにセンサ移動機構８の作
動を制御して、各灯台式センサ７を上記組み立てられた
車体の各基準部位に対しあらかじめ設定された所定位置
に配置する。

【０００９】さらにここにおける車体組立精度計測装置
は、例えば通常のマイクロコンピュータにて構成された
センサ出力信号変換部10と、例えば読出し書込み可能メ
モリにて構成された点列データ格納メモリ11と、例えば
通常のマイクロコンピュータにて構成された処理部12
と、例えば通常の読出し専用メモリにて構成された規格
値格納メモリ13とを具え、ここでセンサ出力信号変換部
10は、灯台式センサ７の出力信号を計測点の点列の座標
データに変換し、点列データ格納メモリ11は、センサ出
力信号変換部10が出力した点列座標データを格納し、処
理部12は、その点列データ格納メモリ10内の点列座標デ
ータを読み出してそれに基づき点列データの判断と仮想
点位置の推定処理と車体組立精度判定とを行い、そして
規格値格納メモリ13は、例えば図２（ａ）〜（ｃ）に示
す如き各基準部位についての設計上の車体パネル６上で
の各計測点Ｐ_S (sは計測点の番号; s ＝1,2,3, . . .
n）の位置とそれら計測点に基づく仮想点位置の座標お
よび、各基準部位毎にあらかじめ設定された、充分な精
度で直線近似を行うために最低限必要な正常な計測点の
数である規格数Ｍ_k (kは基準部位の番号; k ＝1,2,3, .
. .）を格納しており、それらを所要に応じて処理部12
に提供する。

【００１０】上記の如く構成されたこの車体組立精度計
測装置は、図３のフローチャートに示す手順に従って、
以下の如くしてこの実施例に基づく仮想点位置の推定お
よびそれに基づく車体の組立精度計測を行う。すなわち
ここでは、先ずステップ101で、制御部９が各基準部位
に対応する灯台式センサ７に、レーザー光での一回の走
査によって車体パネル６の断面形状計測を一度行わせ、
それによって灯台式センサ７が、各計測点について正常
時ならば図４（ａ）に示す如き、適宜設定された閾値を
越えるような充分高い山形波形となるビデオ信号を逐次
出力し、そのビデオ信号を、センサ出力信号変換部10
が、先ず上記閾値を用いて逐次図４（ｂ）に示す如き二
値化信号に変換し、その二値化信号が１である画素の位
置から図４（ｃ）に示すように図中破線で示す如きパネ
ル形状を表す各計測点Ｐ_S の直交座標値を求めて点列の
座標データに変換し、その点列データを、続くステップ
102で点列データ格納メモリ11が、図４（ｄ）に示す如
き各計測点の座標値を記述したテーブルとして一旦格納
する。

【００１１】ところで、上記計測工程に配置された車体
の各基準部位に対する灯台式センサ７の位置は、基準部
位の全体に亘って確実にビデオ信号が得られるように、
図５（ａ）および（ｄ）に示す如く、図中仮想線で示す
向きの設計上の車体パネルのＬ字の頂点と灯台式センサ
７とを結ぶ直線ｃがＬ字の各辺に対応する部分に対し等
しい角度となる（直線ｃに対しＬ字の各辺に対応する部
分が対称に位置する）ような位置に設定されが、実際の
車体パネル６の向きは、例えば図５（ａ）や図５（ｄ）
中実線で示すように設計上の車体パネルの向きに対して
傾いている場合があり、かかる場合に、図５（ｂ）や図
５（ｅ）中符号ａ，ｂで示すような直線ｃに対する角度
が大きく開いている方の辺の部分の計測点で反射したレ
ーザー光の受光量は不足気味となる。また実際の車体パ
ネル６の表面の向きが設計上の車体パネルの向きにほぼ
一致していても、パネル表面の汚れ等に起因して受光量
が不足気味となる場合もある。

【００１２】このような受光量不足の場合には、灯台式
センサ７は、その受光量不足の各計測点について図３
（ｅ）に示す如き上記閾値を越えられない低い山形波形
となるビデオ信号を逐次出力し、センサ出力信号変換部
10は、そのビデオ信号を上記閾値を用いて逐次図３
（ｆ）に示す如き二値化信号に変換するが、その二値化
信号が１である画素の位置が定まらないため、図３
（ｇ）に示すように受光量不足の計測点Ｐ_S の直交座標
値を(0, 0)として点列の座標データに変換し、続くステ
ップ102 で点列データ格納メモリ11がその直交座標値
(0, 0)を含む点列データを、図３（ｈ）に示す如くテー
ブルとして一旦格納する。

【００１３】次いでここではステップ103 で、処理部12
が、点列データ格納メモリ11中から各基準部位について
上記点列データを読出して、その点列データが正常か異
常かを判断する。この判断処理は図６に示すフローチャ
ートに従って行われ、ここでは先ずステップ201 でその
点列データ中の、直交座標値が(0, 0)でない正常な計測
点の数を数えて、その数値をｍ_k とし、次いでステップ
202 で、規格値格納メモリ13が上記のようにあらかじめ
格納している基準部位毎の正常な計測点の規格数から、
その点列データに対応する基準部位の規格数Ｍ_k を読出
して、その規格数Ｍ_k を上記正常な計測点の数ｍ_k と比
較し、正常な計測点数ｍ_k が規格数Ｍ_k を越えていれ
ば、欠落した計測点の数が少ないと判断できるためステ
ップ203 で点列データは正常と判断する一方、正常な計
測点数ｍ_k が規格数Ｍ_k 以下であれば、欠落した計測点
の数が多いと判断できるためステップ204 で点列データ
は異常と判断する。

【００１４】かかる判断処理の結果、何れかの基準部位
について点列データが異常と判断した場合には、計測状
態を変化させるため図３中のステップ103 からステップ
104へ進んで、処理部12が制御部９に、その異常があっ
た基準部位に対応するセンサ移動機構８を作動させてそ
こにおける灯台式センサ７の位置を移動させるよう指示
し、その後ステップ101 へ戻ってその異常があった基準
部位の再計測を行う。なお、灯台式センサ７の位置が図
５（ａ）および（ｄ）の何れの側にずれているか、ある
いは何れの側にずらせばさらに受光量が増やせるかは不
明であるため、上記移動は例えば、先ず図５（ｃ）に矢
印で示すように、灯台式センサ７を当初の計測位置から
車体パネル６の断面を含むような平面内でその車体パネ
ル６に対する向きが変わるような所定の方向（図では下
方）へ若干ずらし、上記再計測を行った後再度上記判断
を行った結果未だ点列データが異常の場合は、図５
（ｆ）に矢印で示すように、灯台式センサ７を当初の計
測位置へ一旦戻した後そこから上記平面内で先にずらし
た方向と逆の方向（図では上方）へ若干ずらす、という
手順で行う。

【００１５】そして一度目の計測あるいは再計測の後の
上記判断処理の結果、全ての基準部位について点列デー
タが正常と判断した場合には、図３中のステップ103 か
らステップ105 へ進み、処理部12が各基準部位につき、
その点列データが表す車体パネル６の二次元断面形状の
Ｌ字の両辺に対応する部分から二本の直線Ｌ₁,Ｌ₂ を近
似により定めて、それらの直線の交点を演算で求めるこ
とにより仮想点Ｐの位置を推定し、次いで、規格値格納
メモリ13からあらかじめ格納している基準部位毎の設計
上の車体での仮想点位置を読出して、上記推定により求
めた複数の仮想点Ｐの相互の位置関係と設計上の車体で
の仮想点の相互の位置関係とを比較し、位置誤差を求め
て、その誤差が所定範囲内であれば組立精度正常、誤差
が所定範囲外であれば組立精度異常と判定し、その判定
結果を出力する。

【００１６】上述の如くしてこの実施例の方法によれ
ば、所定タクト時間内で上記各基準部位についての形状
計測を行い得るように灯台式センサ７の走査用ミラーの
角度変化を速くした場合に、ＣＣＤセンサの受光量の変
化速度が速すぎてフィードバック制御が追いつかず、車
体パネル６の表面の向きや汚れ等に起因して受光量が不
足して、計測点が幾つか抜け落ちてしまった場合でも、
その計測点の欠落数を調査して、その欠落数が所定数以
上の場合は灯台式センタ７の位置を変更し、計測点が欠
落した部分での受光量が増えるようにした後、車体パネ
ル６の表面の再走査を行って、再度計測点の点列を求め
るので、充分な数の計測点を用いて直線近似を行うこと
になるため、車体パネル６の表面の実際の断面形状に対
する計測点の点列が表す断面形状の誤差を減少させるこ
とができ、ひいては仮想点Ｐの位置の推定精度を向上さ
せ得て、車体組立精度の判定の信頼性を向上させること
ができる。しかも、上記方法は、図３のステップ101 〜
104 の、時間がそれ程かからない車体パネル６の表面の
走査等のみを再度行い、ステップ105 の時間がかかる仮
想点算出演算等は一度だけ行うので、所定タクト時間内
でも充分実行することができる。

【００１７】ところで、計測点Ｐ_S の位置は通常、直線
近似の精度を良好ならしめるため、図７（ａ）に示すよ
うに、車体パネル６上でのそれらの間隔d₁,d₂, . . が
一定となるように設定されているので、車体パネル６の
表面の向きや汚れ等に起因して受光量が不足して、計測
点が幾つか抜け落ちた場合には、図７（ｂ）に示すよう
に、計測点の間隔d₁,d₂, . .も互いに異なったものとな
る。かかる点に着目してなされたこの発明の推定方法の
他の実施例を次に説明する。

【００１８】この実施例の方法では、先の実施例におけ
る装置の規格値格納メモリ13に、上記規格数Ｍ_k に代え
て、各基準部位毎にあらかじめ設定した、本来設定した
計測点位置から求まる平均計測点間隔より若干大きい数
値の規格数Ｄ_k (kは基準部位の番号; k ＝1,2,3, . .
.）を格納しておき、先の実施例における図３のステッ
プ103 で、図６に示す点列データの判断処理に代えて、
図８に示す点列データの判断処理を行い、他の部分は先
の実施例と同様とする。

【００１９】すなわちここでは、図３のステップ101 お
よびステップ102 で、車体パネル６の断面形状計測およ
びそれによって得た計測点Ｐ_S (sは計測点の番号; s ＝
1,2,3, . . . n）の点列データ（ただしここでは座標が
(0, 0)となった計測点は点列データ中に含めない。）の
格納を行った後、図３のステップ103 で処理部12が、点
列データ格納メモリ11中から各基準部位について上記点
列データを読出して、その点列データが正常か異常かを
図８に示すフローチャートに従って判断する。この判断
においては、先ず図８のステップ301 で、次式により平
均計測点間距離を算出してその数値をｄ_k とする。

【数１】

【００２０】次いでここではステップ302 で、規格値格
納メモリ13が上記のようにあらかじめ格納している基準
部位毎の規格数から、その点列データに対応する基準部
位の規格数Ｄ_k を読出して、その規格数Ｄ_k を上記平均
計測点間距離ｄ_k と比較し、平均計測点間距離ｄ_k が規
格数Ｄ_k 未満であれば、欠落した計測点の数が少ないと
判断できるためステップ303 で点列データは正常と判断
する一方、平均計測点間距離ｄ_k が規格数Ｄ_k 以上であ
れば欠落した計測点の数が多いと判断できるためステッ
プ304 で点列データは異常と判断する。そして、以後は
図３のステップ103 からその判断結果に従いステップ10
4 またはステップ105 へ進んで先の実施例と同様の処理
を行う。

【００２１】かかる実施例によれば、車体パネル６の表
面の向きや汚れ等に起因して受光量が不足して、計測点
が幾つか抜け落ちてしまった場合に、その計測点の欠落
を平均計測点間距離に基づき調査して、その欠落が所定
程度以上の場合は灯台式センタ７の位置を変更し、計測
点が欠落した部分での受光量が増えるようにした後、車
体パネル６の表面の再走査を行って、再度計測点の点列
を求めるので、先の実施例と同様、充分な数の計測点を
用いて直線近似を行うことになるため、車体パネル６の
表面の実際の断面形状に対する計測点の点列が表す断面
形状の誤差を減少させることができ、ひいては仮想点Ｐ
の位置の推定精度を向上させ得て、車体組立精度の判定
の信頼性を向上させることができる。そしてこの実施例
でも先の実施例と同様、図３のステップ101 〜104 の、
時間がそれ程かからない車体パネル６の表面の走査等の
みを再度行い、ステップ105 の時間がかかる仮想点算出
演算等は一度だけ行うので、所定タクト時間内でも充分
実行することができる。

【００２２】以上、図示例に基づき説明したが、この発
明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、一つの
マイクロコンピュータを上記実施例における制御部９と
処理部12とで共用するようにして良い。またこの発明の
方法は、車体組立ライン外での、車体組立精度計測や車
体パネル単体の形状精度計測に適用することもでき、さ
らに、車体パネル以外の対象物の計測にも適用すること
ができる。

【００２３】

【発明の効果】かくしてこの発明の仮想点位置推定方法
によれば、灯台式センサで対象物の表面の断面形状を計
測して求めた計測点の点列中に、対象物表面の向きや汚
れ等に起因する受光量の不足によって幾つか計測点の抜
け落ちが生じた場合でも、その計測点の欠落を調査し
て、その欠落が所定程度以上の場合は灯台式センタの位
置を変更した後対象物表面の再走査を行って、再度計測
点の点列を求めるので、充分な数の計測点を用いて直線
近似を行うことになって、対象物表面の実際の断面形状
に対する計測点の点列が表す断面形状の誤差を減少させ
ることができ、ひいては仮想点位置の推定精度を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の仮想点位置推定方法を自動車車体の
組立ライン内での組み立てられた車体の組立精度の計測
に適用した一実施例に用いる車体組立精度計測装置を例
示する構成図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は上記車体組立精度計測装置の
規格値格納メモリにあらかじめ格納する各基準部位の計
測点位置を例示する説明図である。

【図３】上記車体組立精度計測装置が上記実施例の方法
に基づき仮想点位置推定および車体組立精度計測を実行
する際の処理手順を示すフローチャートである。

【図４】（ａ）〜（ｈ）は上記車体組立精度計測装置が
上記実施例の方法に基づき計測点位置の計測を行う際の
作動状態をそれぞれ示す説明図である。

【図５】（ａ）〜（ｆ）は上記車体組立精度計測装置が
上記実施例の方法に基づき灯台式センサの位置を移動さ
せる際の作動状態をそれぞれ示す説明図である。

【図６】上記車体組立精度計測装置が上記実施例の方法
に基づき点列データの正常・異常を判断する際の処理手
順を示すフローチャートである。

【図７】（ａ）および（ｂ）は点列データの正常時およ
び異常時の計測点の状態をそれぞれ示す説明図である。

【図８】図７（ａ），（ｂ）に示す状態の差異に着目し
てなされたこの発明の他の実施例の方法に基づき点列デ
ータの正常・異常を判断する際の処理手順を示すフロー
チャートである。

【図９】従来例および上記両実施例の方法で用いる灯台
式センサーの構成を示す説明図である。

【図１０】従来の灯台式センサーでの計測による仮想点
位置の推定方法を示す説明図である。

【符号の説明】

６ 車体パネル ７ 灯台式センサ ８ センサ移動機構 ９ 制御部 10 センサ出力信号変換部 11 点列データ格納メモリ 12 処理部 13 規格値格納メモリ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 灯台式センサで、計測光の方向を少しず
   つ変えることにより対象物の表面を断続的に走査して、
   三角測量の原理によりその表面の断面形状を計測して求
   めた計測点の点列から、二本の直線を近似により定め
   て、それらの直線の交点を求めることにより仮想点の位
   置を推定するに際し、 前記点列中における計測点の欠落を調査して、その欠落
   が所定程度以上の場合には、前記灯台式センサの位置を
   変更した後にその灯台式センサで前記対象物表面の再走
   査を行って、再度計測点の点列を求めることを特徴とす
   る、灯台式センサでの計測による仮想点位置推定方法。