JP4269678B2 - 計測データ比較装置および形状品質評価システム - Google Patents
計測データ比較装置および形状品質評価システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製作物の形状について、その設計データと計測データとを比較する計測データ比較に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製作物が、設計どおりに製作されたかを確認するためには、製作物に対して形状計測を行い、得られた計測データを被比較データと比較することになる。この比較プロセスにおいては、両データを適当な比較基準位置に基づいて比較する必要があり、そのひとつの手法としてベストフィット法が知られている。
【０００３】
図７に、ベストフィットの工程を模式的に示した。図７（ａ）は、計測データ１０と被比較データ１２とが用意された状態を表しており、具体的には棒状の物質を３次元的に曲げ加工することで作られた曲線的な製作物の全範囲を描いている。図７（ｂ）の工程は、計測データ１０と被比較データ１２の全範囲を対象にフィッティングを行う過程を示したものであり、両データの対応点間の距離についての適当な評価関数が最小となる回転および平行移動の変換を探し出している。そして、フィッティング結果を図７（ｃ）に示した。このベストフィットの工程の後、同じ評価関数や、新たな評価基準を用いて計測データ１０と被比較データ１２を比較することで、製作物の形状を評価することができる。
【０００４】
なお、特許文献１には、多面体形状の一部に解析曲面をフィッティングする手段を繰り返す内容が開示されており、特許文献２には分布データに対し、ある分布関数をフィッティングさせた後に、残りの部分に他の分布関数をフィッティングさせる手段が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２８２８７７号公報
【特許文献２】
特開平９−２３２２４６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来技術においては、様々な特徴をもつ製作物の形状を適切に比較することができない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の計測データ比較装置は、製作物の形状計測を行って作成した計測データを、被比較データと比較する計測データ比較装置であって、同型の製作物毎に前記計測データと前記被比較データの部分的範囲を設定する部分的範囲設定手段と、回転および平行移動を行う変換パラメータにより前記部分的範囲を対象に変換を行い、変換された前記計測データと前記被比較データの近接度合いを求めることにより前記計測データと前記被比較データの前記部分的範囲についてフィッティングを行う手段と、前記計測データと前記被比較データの部分的範囲に対してフィッティングを行った結果得られた変換パラメータを、前記計測データと前記被比較データの部分的範囲以外の範囲にも適用する手段と、部分的範囲外を含む範囲について、前記座標変換された計測データと被比較データとを比較する比較手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
同じような形状を有する製作物毎に、同じ部分的範囲に対して比較基準位置を求める計算ができるため、同じ基準で両データを比較できる他、全範囲を基準として計算する場合よりも、計算時間の短縮を図ることができる。なお、被比較データとしては、設計データは勿論のこと、設計データに修正を加えたデータや、過去の同型の製作物から統計処理を行って求めたデータ等、様々なものを用いることが可能である。
【０００９】
また、本発明の計測データ比較装置は、製作物の形状計測を行って作成した計測データを、被比較データと比較する計測データ比較装置であって、製作物の形状特性に関連する情報を取得する手段と、取得した形状特性に基づいて前記計測データと前記被比較データの部分的範囲を設定する部分的範囲設定手段と、回転および平行移動を行う変換パラメータにより前記部分的範囲を対象に変換を行い、変換された前記計測データと前記被比較データの近接度合いを求めることにより前記計測データと前記被比較データの前記部分的範囲についてフィッティングを行う手段と、前記計測データと前記被比較データの部分的範囲に対してフィッティングを行った結果得られた変換パラメータを、前記計測データと前記被比較データの部分的範囲以外の範囲にも適用する手段と、部分的範囲外を含む範囲について、前記座標変換された計測データと被比較データとを比較する比較手段と、を備えることができる。これにより、与えられた様々な形状特性に基づいて、部分的範囲を正確かつ迅速に選択することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の計測データ比較装置においては、製作物は、製作精度が互いに異なる複数部分からなっていてもよく、その場合に、形状特性は、製作精度に関する特性であり、前記部分的範囲設定手段は、部分的範囲を、製作精度が相対的に高い部分から選んでも良い。
【００１１】
また、本発明の計測データ比較装置においては、製作物は、製作工程が互いに異なる複数部分からなっていてもよく、その場合に、前記形状特性は、製作工程に関する特性であり、前記部分的範囲設定手段は、部分的範囲を、製作工程が相対的に単純な部分から選んでも良い。
【００１２】
このように、製作誤差や製作工程を考慮して部分的範囲を選ぶことで、製作誤差が大きいと見込まれる部分や、製作工程が複雑な部分についての誤差を適切に求めることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の計測データ比較装置においては、製作物は、製作精度が高い部品に対して他の部品を結合することで作られていてもよく、その場合に、前記形状特性は、部品の製作精度に関する特性であり、
前記部分的範囲設定手段は、部分的範囲を、製作精度が高い部品から選んでも良い。
【００１４】
また、本発明の計測データ比較装置は、比較結果を表示手段に出力する比較結果表示手段を備えることも可能である。
【００１５】
また、本発明の計測データ比較装置の比較手段は、製作物の全範囲について両データを比較しても良い。
【００１６】
また、本発明の形状品質評価システムは、上述の計測データ比較装置と、比較結果に基づいて製作物の品質を評価する品質評価部と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態の構成の概要を表す概略図である。本実施の形態は、主たる構成物として、計測データ作成部１４、被比較データ保持部１６、計測データ比較部１８を含んでいる。これらの各部はそれぞれ独立した装置をなすように示しているが、もちろん、一つの装置に含まれていても良い。また、データ比較部１８の結果を品質と関連づける品質評価部を設けて、全体として、一体化した形状品質評価システムを構築していても良い。いずれにしても、各部は、適切にデータを取り扱うための演算手段、記憶手段、入出力手段等のコンピュータハードウエア資源を備えており、アプリケーションソフトウエアの指示に従って、ＯＳ（オペレーションシステム）ソフトウエアと協働して必要なデータ処理を行っている。
【００１９】
計測データ作成部１４は、製作物２０の形状の計測を行い、その計測結果に基づいて製作物２０の３次元形状データである計測データ２２を作成する。計測方法としては、様々な手段を用いることが可能であり、例えば、複数の方向から製作物２０を撮影し、得られた画像データから製作物２０の３次元形状を計算しても良いし、また、音波や光を製作物２０に向け発信し、反射波を受信するまでの時間から３次元形状を計算することも可能である。そして、作成する計測データ２２の形式も様々なものが可能であり、外表面における適当な（不等）間隔を持つ複数点についての３次元座標を得ても良いし、適当な関数でもって外形を表現することも可能である。得られた計測データ２２は、計測データ比較部１８に送られる。
【００２０】
被比較データ保持部１６は、計測データ２２と比較するための被比較データ２４を保持している。被比較データ２４としては、製作物２０を製作する際に基礎とする形状に係る設計データを使用することが可能であり、この場合には被比較データ保持部１６としてＣＡＤ装置を用いることが多い。設計データを用いることで、容易に被比較データを準備できる他、比較結果に基づいて設計データを修正するなどのフィードバックを行うことも可能となる。勿論、被比較データ２４として、設計データに修正を加えたデータや、多数の同型の製作物の計測データの平均値などを用いることも可能である。被比較データ２４のデータ形式としては、計測データ２２と同様に様々なものが可能であるが、ＣＡＤ装置で用いる設計データを使う場合には、外形を陰関数による自由曲線で表現する手段がしばしば用いられる。被比較データ２４は、計測データ比較部１８に送られる。
【００２１】
計測データ比較部１８は、計測データ２２を被比較データ２４との比較を行う。図２は、両データの比較にあたって、両データが比較可能となるように前処理を行う過程を示すフローチャートである。計測データ比較部１８は、まず、Ｓ２，Ｓ３において、計測データ２２と被比較データ２４を入手する。次に、計測データ２２および被比較データ２４から、部分的範囲を設定する（Ｓ４）。設定の方法としては、キーボード等の入力手段により直接的に設定することもできるし、ネットワークや記憶媒体等を通じて入力することで行うことも可能である。具体的には、被比較データ２４の空間座標の範囲を指定することができるし、被比較データ２４のデータ配列の添字の範囲などを直接指定することも可能である。また、ユーザインタフェースを設けて、モニタ等の表示部に製作物の形状を表示すると共に、表示された図の範囲を指定することで間接的にデータ範囲を指定できるようにしても良い。このような場合には、指定された図の範囲から、対応する座標や部分配列を算出するなどすれば良い。さらには、形状的特徴と計測データ２２や被比較データ２４との対応関係を算出可能にしておけば、「穴部の外周」のような形状的な特徴を用いて定義することも可能である。
【００２２】
この部分的範囲設定工程は、その都度入力して行うこともできるが、同形状の複数の製作物を同じように比較する観点からは、常に同じ基準とすることが望ましい。そこで、同形状の製作物毎に初期に部分的範囲を決定し、その後はこの部分的範囲を使いつづけることが可能となっている。ユーザは、異なる形状の製作物について比較する際には、予め用意してある部分的範囲に関するデータを指定するか、新たに指示を出して部分的範囲を設定することになる。もちろん、同形状の製作物に対し複数の部分的範囲を用意して、その都度ユーザに選択させることも可能である。
【００２３】
次のステップＳ５においては、部分的範囲について両データの比較基準位置を決定する。この比較基準位置決定工程の実装の手段には任意性があり、前に述べたいわゆるベストフィット法をこの部分的範囲に適用しても良いし、他の手法を用いてもよい。距離を関数とする評価関数によって近接の度合いを表現し、許容誤差範囲内でこの評価関数値を最小にする方法はこれらの一例であり、具体的には、両データの対応する各点の距離の最大値をもって評価関数値とする方法や、両データの対応する各点の距離に対し最小自乗法を適用する方法が挙げられる。最小自乗法を行う際には、その点が代表する面積等の適当な重みを考慮することも出来る。また、両データの質量中心を一致させるなどの制約を加えることも可能である。両データの対応する点の選び方も様々に可能であり、例えば、適当に定めた基準点からの弧長をもって対応する各点を決定しても良いし、被比較データ２４の表面から降ろした垂線との交点をもって計測データ２２の対応する点を定めることができる。計測データ２２あるいは被比較データ２４が点群によって表現される場合には、対応する点が正確に求まらないことがあり得るが、その場合には適当な補間を実施すれば良い。評価関数を最小とするフィッティング経路を求める数値アルゴリズムもいくつか考えられるが、最も単純なものは、変換パラメータを変動させたときの変化率に基づいて、変換パラメータを再度変動させる過程を許容誤差範囲に至るまで繰り返す逐次的方法であろう。この際の変換パラメータとしては、一般に３次元の回転角度と、平行移動とで十分であるが、計測データ２２に大きさの誤差が含まれる場合には、拡大縮小も含めることになる。
【００２４】
こうして、比較基準位置に配置するための変換が求まると、計測データ比較部１８の記憶部にこの変換が記憶されるとともに、残りの範囲についても計測データ２２と被比較データ２４とがこの変換に従った対応づけが行われる（Ｓ６）。そして、比較基準位置に基づいて両データの比較が実施される（Ｓ７）。この結果は、適当な出力部を通じて出力することができる（Ｓ８）。なお、比較計算がデータの一部についてのみ行われる場合には、Ｓ６の工程において、該当する範囲だけを対応づければ十分である。なお、対応づけとは、比較の際にこの変換の効果を含めることを意味しており、実際に変換を行って比較基準位置に配置したデータを求める必要はない。
【００２５】
図３には、図７の従来技術の例に対応して、本実施の形態の例を模式的に示した。図３（ａ）は、図７（ａ）と全く同じ図であり、図２のＳ２，Ｓ３において計測データ１０と被比較データ１２とを入手した状態を示している。図３（ｂ）は、図２のＳ４において設定された部分的範囲によって、計測データ１０上には境界点１０ａ，１０ｂによって挟まれ、被比較データ１２上には境界点１２ａ，１２ｂによって挟まれる部分的範囲が抽出された状態を示している。そして、この部分的範囲において、両データの対応点間の距離を基に近接度を示す評価関数が定義され、この評価関数を最小とする比較基準位置を求める計算が行われる。図３（ｃ）は、評価関数が比較基準位置に、計測データ１０を変換した様子を示している。図７の場合に比較して、全範囲について同じ誤差評価関数でみたフィッティングの精度は若干落ちるが、部分的範囲については非常に良く一致している。
【００２６】
以上の手段は、例えば、プレス成形による製作物に適用することで非常に有効に働く。そこで、まず、図４（ａ）−（ｃ）に、金属板材３０から自動車のフェンダ部３２をそのＣＡＤ装置上のフェンダ設計データに基づくプレス成形によって製作する一連の工程を示した。図４（ａ）は、金属板材３０をプレスしてフェンダ部３２のおおよその形状出しを行う絞工程が終わった状態である。図４（ｂ）は、金属板材３０の不要部分を切り落とす抜工程を実施して、フェンダ部３２の外形がほぼ得られた状態を示している。この段階で、絞工程において実施できなかった複雑なプレスが局所的に実施されることになる。すなわち、曲形状部３４ａ，３４ｂには曲工程が、寄曲形状部３６ａ，３６ｂには寄曲工程が実施され、図４（ｃ）のように加工される。図５と図６は、それぞれ、曲形状部３４ａのＡＡ’端面と寄曲形状部３６ａのＢＢ’端面の工程前後の状態を示したものである。図５の曲形状部３４ａは、金属板が段をもつように曲げられており、図６の寄曲形状部３６ａは、金属板がオーバーハング部をもつように複雑に曲げられている。
【００２７】
このように、プレス成形をした製品は、一般に、各部分によって変形される度合いが異なっている。したがって、加工に伴う誤差も各部によって異なっており、フェンダ部３２の場合には、絞工程だけを受けた部分に比べ、曲形状部３４ａ，３４ｂや寄曲形状部３６ａ，３６ｂは大きな加工誤差を含んでいる。したがって、製作物の加工精度を見る場合には、曲形状部３４ａ，３４ｂや寄曲形状部３６ａ，３６ｂについて特に厳密に評価する必要性が生じる。
【００２８】
本実施の形態は、このような状況で有効に作用する。すなわち、形状計測によって得られた計測データ２２であるフェンダ計測データと、被比較データ２４であるフェンダ設計データを比較する場合には、部分的範囲として、絞工程だけを受けた部分を与える。これにより、比較基準位置の計算から、製作精度が低いと推測される曲形状部３４ａ，３４ｂや寄曲形状部３６ａ，３６ｂの影響を排除することが可能となる。
【００２９】
こうして求められた比較基準位置に基づいて、両データの比較が行われる。比較手段は様々なものが可能であり、例えば、前に述べた誤差評価関数を全範囲に適用することも可能であるし、また、新たに別の誤差評価関数を定義しても良く、その際には、必ずしも全範囲を対象として比較を行わなくても良い。単純に両データを可視化表示することでも重要な情報を得ることができる。この比較は、製作物の品質管理に有用であるだけでなく、この比較結果に基づいて製作物の設計データを修正することで、誤差の大きな部分について集中的に改善を図ることが可能となる。また、得られた誤差の大きさを製作物の形状品質と対応づけることで、製作物の形状品質を評価することも可能である。
【００３０】
本実施の形態が有効に作用する製作物は、プレス成形による製作物にとどまらない。例えば、基材と一緒に型成形される樹脂においては、基材を部分的範囲として比較基準位置の計算を行うことが有効であるし、レーザー焼結による積層造形は、一体成形される土台部であるベースプレートを部分的範囲としても良いだろう。このように、製作精度が互いに異なる複数の部分からなる製作物に対しては、部分的範囲を製作精度が相対的に良いと見込まれる部分とすることで、本実施の形態を有効に適用することができる。また、別の見方からすれば、製作工程が互いに異なる複数部分からなる製作物に対しては、製作工程が相対的に単純である部分から部分的範囲を選べば良いと言うこともできる。すなわち、製作工程数が少ない部分や、同じ回数であっても変形の度合いが小さい部分などを相対的に単純である部分として、部分的範囲を選ぶことが出来る。
【００３１】
こうした部分から部分的範囲を選ぶ際には、ユーザ自身の知識に基づくことも可能であるが、ユーザの選択を支援する手段として形状特性を提供する手段を設けても良い。具体的には、被比較データに対し曲率や曲率の空間変化率等を計算する形状解析部、ＣＡＭ等からデータを取得するなどして製作工程について解析する製作工程解析部、あるいはユーザ自身の知識を入力して与える経験的解析部を設けることで、製作物の形状特性と関係した情報を得ることができる。そして、この解析結果を部分的範囲を選択する際にモニタ等の表示部に表示する過程や、適当な条件を満たす解析値だけを部分的範囲として選べるなどの制約を設けることで、部分的範囲の選択に必要な形状特性情報を提供することができる。
【００３２】
また、本実施の形態は、骨格となる部材に補助的な部品を溶接やボルト締めして作る製作物についても有効に実施することが可能である。この場合には、接続にあたって骨格となる部材を部分的範囲とすることで威力を発揮するであろう。すなわち、製作物が製作精度が高い部品に対して他の部品を結合することで作られる場合には、部分的範囲として製作精度が高い部分を選ぶことが有効であると言うことができる。このような場合にも、当然、ユーザの部分的範囲の選択支援を行う形状特性提供過程を実施することができる。
【００３３】
本実施の形態は、さらに、製作誤差の分布が不確かな製作物であっても効果的に実施可能である。このようなものについては、同型の製品が多数ある場合には、これらの計測データを基に統計処理することで、誤差の大小を判定することが可能であり、この情報を部分的範囲の選択の指針とすれば良い。他にも、構造的に重要な特定部分と他の適当な部分との間の相対的な比較を行うことを目的として、本実施の形態を利用することも有用である。例えば、特定部分として第三の部材への取付部付近を選択して部分的範囲に指定すれば、他の部分が第三の部材と干渉して取付の邪魔をすることがないかを確認することが精度よく行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態の構成を示す概略図である。
【図２】 本実施の形態の主要部のフローチャートである。
【図３】 本実施の形態の流れを示す説明模式図である。
【図４】 プレス成形の工程を示す平面図である。
【図５】 曲形状部の端面図である。
【図６】 寄曲工程の端面図である。
【図７】 従来のベストフィット法の説明模式図である。
【符号の説明】
１０，２２ 計測データ、１２，２４ 被比較データ、１４ 計測データ作成部、１６ 被比較データ保持部、１８ 計測データ比較部、２０ 製作物、３２フェンダ部、３４ａ，３４ｂ 曲形状部、３６ａ，３６ｂ 寄曲形状部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、製作物の形状について、その設計データと計測データとを比較する計測データ比較に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製作物が、設計どおりに製作されたかを確認するためには、製作物に対して形状計測を行い、得られた計測データを被比較データと比較することになる。この比較プロセスにおいては、両データを適当な比較基準位置に基づいて比較する必要があり、そのひとつの手法としてベストフィット法が知られている。
【０００３】
図７に、ベストフィットの工程を模式的に示した。図７（ａ）は、計測データ１０と被比較データ１２とが用意された状態を表しており、具体的には棒状の物質を３次元的に曲げ加工することで作られた曲線的な製作物の全範囲を描いている。図７（ｂ）の工程は、計測データ１０と被比較データ１２の全範囲を対象にフィッティングを行う過程を示したものであり、両データの対応点間の距離についての適当な評価関数が最小となる回転および平行移動の変換を探し出している。そして、フィッティング結果を図７（ｃ）に示した。このベストフィットの工程の後、同じ評価関数や、新たな評価基準を用いて計測データ１０と被比較データ１２を比較することで、製作物の形状を評価することができる。
【０００４】
なお、特許文献１には、多面体形状の一部に解析曲面をフィッティングする手段を繰り返す内容が開示されており、特許文献２には分布データに対し、ある分布関数をフィッティングさせた後に、残りの部分に他の分布関数をフィッティングさせる手段が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２８２８７７号公報
【特許文献２】
特開平９−２３２２４６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来技術においては、様々な特徴をもつ製作物の形状を適切に比較することができない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の計測データ比較装置は、製作物の形状計測を行って作成した計測データを、被比較データと比較する計測データ比較装置であって、同型の製作物毎に前記計測データと前記被比較データの部分的範囲を設定する部分的範囲設定手段と、回転および平行移動を行う変換パラメータにより前記部分的範囲を対象に変換を行い、変換された前記計測データと前記被比較データの近接度合いを求めることにより前記計測データと前記被比較データの前記部分的範囲についてフィッティングを行う手段と、前記計測データと前記被比較データの部分的範囲に対してフィッティングを行った結果得られた変換パラメータを、前記計測データと前記被比較データの部分的範囲以外の範囲にも適用する手段と、部分的範囲外を含む範囲について、前記座標変換された計測データと被比較データとを比較する比較手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
同じような形状を有する製作物毎に、同じ部分的範囲に対して比較基準位置を求める計算ができるため、同じ基準で両データを比較できる他、全範囲を基準として計算する場合よりも、計算時間の短縮を図ることができる。なお、被比較データとしては、設計データは勿論のこと、設計データに修正を加えたデータや、過去の同型の製作物から統計処理を行って求めたデータ等、様々なものを用いることが可能である。
【０００９】
また、本発明の計測データ比較装置は、製作物の形状計測を行って作成した計測データを、被比較データと比較する計測データ比較装置であって、製作物の形状特性に関連する情報を取得する手段と、取得した形状特性に基づいて前記計測データと前記被比較データの部分的範囲を設定する部分的範囲設定手段と、回転および平行移動を行う変換パラメータにより前記部分的範囲を対象に変換を行い、変換された前記計測データと前記被比較データの近接度合いを求めることにより前記計測データと前記被比較データの前記部分的範囲についてフィッティングを行う手段と、前記計測データと前記被比較データの部分的範囲に対してフィッティングを行った結果得られた変換パラメータを、前記計測データと前記被比較データの部分的範囲以外の範囲にも適用する手段と、部分的範囲外を含む範囲について、前記座標変換された計測データと被比較データとを比較する比較手段と、を備えることができる。これにより、与えられた様々な形状特性に基づいて、部分的範囲を正確かつ迅速に選択することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の計測データ比較装置においては、製作物は、製作精度が互いに異なる複数部分からなっていてもよく、その場合に、形状特性は、製作精度に関する特性であり、前記部分的範囲設定手段は、部分的範囲を、製作精度が相対的に高い部分から選んでも良い。
【００１１】
また、本発明の計測データ比較装置においては、製作物は、製作工程が互いに異なる複数部分からなっていてもよく、その場合に、前記形状特性は、製作工程に関する特性であり、前記部分的範囲設定手段は、部分的範囲を、製作工程が相対的に単純な部分から選んでも良い。
【００１２】
このように、製作誤差や製作工程を考慮して部分的範囲を選ぶことで、製作誤差が大きいと見込まれる部分や、製作工程が複雑な部分についての誤差を適切に求めることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の計測データ比較装置においては、製作物は、製作精度が高い部品に対して他の部品を結合することで作られていてもよく、その場合に、前記形状特性は、部品の製作精度に関する特性であり、
前記部分的範囲設定手段は、部分的範囲を、製作精度が高い部品から選んでも良い。
【００１４】
また、本発明の計測データ比較装置は、比較結果を表示手段に出力する比較結果表示手段を備えることも可能である。
【００１５】
また、本発明の計測データ比較装置の比較手段は、製作物の全範囲について両データを比較しても良い。
【００１６】
また、本発明の形状品質評価システムは、上述の計測データ比較装置と、比較結果に基づいて製作物の品質を評価する品質評価部と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態の構成の概要を表す概略図である。本実施の形態は、主たる構成物として、計測データ作成部１４、被比較データ保持部１６、計測データ比較部１８を含んでいる。これらの各部はそれぞれ独立した装置をなすように示しているが、もちろん、一つの装置に含まれていても良い。また、データ比較部１８の結果を品質と関連づける品質評価部を設けて、全体として、一体化した形状品質評価システムを構築していても良い。いずれにしても、各部は、適切にデータを取り扱うための演算手段、記憶手段、入出力手段等のコンピュータハードウエア資源を備えており、アプリケーションソフトウエアの指示に従って、ＯＳ（オペレーションシステム）ソフトウエアと協働して必要なデータ処理を行っている。
【００１９】
計測データ作成部１４は、製作物２０の形状の計測を行い、その計測結果に基づいて製作物２０の３次元形状データである計測データ２２を作成する。計測方法としては、様々な手段を用いることが可能であり、例えば、複数の方向から製作物２０を撮影し、得られた画像データから製作物２０の３次元形状を計算しても良いし、また、音波や光を製作物２０に向け発信し、反射波を受信するまでの時間から３次元形状を計算することも可能である。そして、作成する計測データ２２の形式も様々なものが可能であり、外表面における適当な（不等）間隔を持つ複数点についての３次元座標を得ても良いし、適当な関数でもって外形を表現することも可能である。得られた計測データ２２は、計測データ比較部１８に送られる。
【００２０】
被比較データ保持部１６は、計測データ２２と比較するための被比較データ２４を保持している。被比較データ２４としては、製作物２０を製作する際に基礎とする形状に係る設計データを使用することが可能であり、この場合には被比較データ保持部１６としてＣＡＤ装置を用いることが多い。設計データを用いることで、容易に被比較データを準備できる他、比較結果に基づいて設計データを修正するなどのフィードバックを行うことも可能となる。勿論、被比較データ２４として、設計データに修正を加えたデータや、多数の同型の製作物の計測データの平均値などを用いることも可能である。被比較データ２４のデータ形式としては、計測データ２２と同様に様々なものが可能であるが、ＣＡＤ装置で用いる設計データを使う場合には、外形を陰関数による自由曲線で表現する手段がしばしば用いられる。被比較データ２４は、計測データ比較部１８に送られる。
【００２１】
計測データ比較部１８は、計測データ２２を被比較データ２４との比較を行う。図２は、両データの比較にあたって、両データが比較可能となるように前処理を行う過程を示すフローチャートである。計測データ比較部１８は、まず、Ｓ２，Ｓ３において、計測データ２２と被比較データ２４を入手する。次に、計測データ２２および被比較データ２４から、部分的範囲を設定する（Ｓ４）。設定の方法としては、キーボード等の入力手段により直接的に設定することもできるし、ネットワークや記憶媒体等を通じて入力することで行うことも可能である。具体的には、被比較データ２４の空間座標の範囲を指定することができるし、被比較データ２４のデータ配列の添字の範囲などを直接指定することも可能である。また、ユーザインタフェースを設けて、モニタ等の表示部に製作物の形状を表示すると共に、表示された図の範囲を指定することで間接的にデータ範囲を指定できるようにしても良い。このような場合には、指定された図の範囲から、対応する座標や部分配列を算出するなどすれば良い。さらには、形状的特徴と計測データ２２や被比較データ２４との対応関係を算出可能にしておけば、「穴部の外周」のような形状的な特徴を用いて定義することも可能である。
【００２２】
この部分的範囲設定工程は、その都度入力して行うこともできるが、同形状の複数の製作物を同じように比較する観点からは、常に同じ基準とすることが望ましい。そこで、同形状の製作物毎に初期に部分的範囲を決定し、その後はこの部分的範囲を使いつづけることが可能となっている。ユーザは、異なる形状の製作物について比較する際には、予め用意してある部分的範囲に関するデータを指定するか、新たに指示を出して部分的範囲を設定することになる。もちろん、同形状の製作物に対し複数の部分的範囲を用意して、その都度ユーザに選択させることも可能である。
【００２３】
次のステップＳ５においては、部分的範囲について両データの比較基準位置を決定する。この比較基準位置決定工程の実装の手段には任意性があり、前に述べたいわゆるベストフィット法をこの部分的範囲に適用しても良いし、他の手法を用いてもよい。距離を関数とする評価関数によって近接の度合いを表現し、許容誤差範囲内でこの評価関数値を最小にする方法はこれらの一例であり、具体的には、両データの対応する各点の距離の最大値をもって評価関数値とする方法や、両データの対応する各点の距離に対し最小自乗法を適用する方法が挙げられる。最小自乗法を行う際には、その点が代表する面積等の適当な重みを考慮することも出来る。また、両データの質量中心を一致させるなどの制約を加えることも可能である。両データの対応する点の選び方も様々に可能であり、例えば、適当に定めた基準点からの弧長をもって対応する各点を決定しても良いし、被比較データ２４の表面から降ろした垂線との交点をもって計測データ２２の対応する点を定めることができる。計測データ２２あるいは被比較データ２４が点群によって表現される場合には、対応する点が正確に求まらないことがあり得るが、その場合には適当な補間を実施すれば良い。評価関数を最小とするフィッティング経路を求める数値アルゴリズムもいくつか考えられるが、最も単純なものは、変換パラメータを変動させたときの変化率に基づいて、変換パラメータを再度変動させる過程を許容誤差範囲に至るまで繰り返す逐次的方法であろう。この際の変換パラメータとしては、一般に３次元の回転角度と、平行移動とで十分であるが、計測データ２２に大きさの誤差が含まれる場合には、拡大縮小も含めることになる。
【００２４】
こうして、比較基準位置に配置するための変換が求まると、計測データ比較部１８の記憶部にこの変換が記憶されるとともに、残りの範囲についても計測データ２２と被比較データ２４とがこの変換に従った対応づけが行われる（Ｓ６）。そして、比較基準位置に基づいて両データの比較が実施される（Ｓ７）。この結果は、適当な出力部を通じて出力することができる（Ｓ８）。なお、比較計算がデータの一部についてのみ行われる場合には、Ｓ６の工程において、該当する範囲だけを対応づければ十分である。なお、対応づけとは、比較の際にこの変換の効果を含めることを意味しており、実際に変換を行って比較基準位置に配置したデータを求める必要はない。
【００２５】
図３には、図７の従来技術の例に対応して、本実施の形態の例を模式的に示した。図３（ａ）は、図７（ａ）と全く同じ図であり、図２のＳ２，Ｓ３において計測データ１０と被比較データ１２とを入手した状態を示している。図３（ｂ）は、図２のＳ４において設定された部分的範囲によって、計測データ１０上には境界点１０ａ，１０ｂによって挟まれ、被比較データ１２上には境界点１２ａ，１２ｂによって挟まれる部分的範囲が抽出された状態を示している。そして、この部分的範囲において、両データの対応点間の距離を基に近接度を示す評価関数が定義され、この評価関数を最小とする比較基準位置を求める計算が行われる。図３（ｃ）は、評価関数が比較基準位置に、計測データ１０を変換した様子を示している。図７の場合に比較して、全範囲について同じ誤差評価関数でみたフィッティングの精度は若干落ちるが、部分的範囲については非常に良く一致している。
【００２６】
以上の手段は、例えば、プレス成形による製作物に適用することで非常に有効に働く。そこで、まず、図４（ａ）−（ｃ）に、金属板材３０から自動車のフェンダ部３２をそのＣＡＤ装置上のフェンダ設計データに基づくプレス成形によって製作する一連の工程を示した。図４（ａ）は、金属板材３０をプレスしてフェンダ部３２のおおよその形状出しを行う絞工程が終わった状態である。図４（ｂ）は、金属板材３０の不要部分を切り落とす抜工程を実施して、フェンダ部３２の外形がほぼ得られた状態を示している。この段階で、絞工程において実施できなかった複雑なプレスが局所的に実施されることになる。すなわち、曲形状部３４ａ，３４ｂには曲工程が、寄曲形状部３６ａ，３６ｂには寄曲工程が実施され、図４（ｃ）のように加工される。図５と図６は、それぞれ、曲形状部３４ａのＡＡ’端面と寄曲形状部３６ａのＢＢ’端面の工程前後の状態を示したものである。図５の曲形状部３４ａは、金属板が段をもつように曲げられており、図６の寄曲形状部３６ａは、金属板がオーバーハング部をもつように複雑に曲げられている。
【００２７】
このように、プレス成形をした製品は、一般に、各部分によって変形される度合いが異なっている。したがって、加工に伴う誤差も各部によって異なっており、フェンダ部３２の場合には、絞工程だけを受けた部分に比べ、曲形状部３４ａ，３４ｂや寄曲形状部３６ａ，３６ｂは大きな加工誤差を含んでいる。したがって、製作物の加工精度を見る場合には、曲形状部３４ａ，３４ｂや寄曲形状部３６ａ，３６ｂについて特に厳密に評価する必要性が生じる。
【００２８】
本実施の形態は、このような状況で有効に作用する。すなわち、形状計測によって得られた計測データ２２であるフェンダ計測データと、被比較データ２４であるフェンダ設計データを比較する場合には、部分的範囲として、絞工程だけを受けた部分を与える。これにより、比較基準位置の計算から、製作精度が低いと推測される曲形状部３４ａ，３４ｂや寄曲形状部３６ａ，３６ｂの影響を排除することが可能となる。
【００２９】
こうして求められた比較基準位置に基づいて、両データの比較が行われる。比較手段は様々なものが可能であり、例えば、前に述べた誤差評価関数を全範囲に適用することも可能であるし、また、新たに別の誤差評価関数を定義しても良く、その際には、必ずしも全範囲を対象として比較を行わなくても良い。単純に両データを可視化表示することでも重要な情報を得ることができる。この比較は、製作物の品質管理に有用であるだけでなく、この比較結果に基づいて製作物の設計データを修正することで、誤差の大きな部分について集中的に改善を図ることが可能となる。また、得られた誤差の大きさを製作物の形状品質と対応づけることで、製作物の形状品質を評価することも可能である。
【００３０】
本実施の形態が有効に作用する製作物は、プレス成形による製作物にとどまらない。例えば、基材と一緒に型成形される樹脂においては、基材を部分的範囲として比較基準位置の計算を行うことが有効であるし、レーザー焼結による積層造形は、一体成形される土台部であるベースプレートを部分的範囲としても良いだろう。このように、製作精度が互いに異なる複数の部分からなる製作物に対しては、部分的範囲を製作精度が相対的に良いと見込まれる部分とすることで、本実施の形態を有効に適用することができる。また、別の見方からすれば、製作工程が互いに異なる複数部分からなる製作物に対しては、製作工程が相対的に単純である部分から部分的範囲を選べば良いと言うこともできる。すなわち、製作工程数が少ない部分や、同じ回数であっても変形の度合いが小さい部分などを相対的に単純である部分として、部分的範囲を選ぶことが出来る。
【００３１】
こうした部分から部分的範囲を選ぶ際には、ユーザ自身の知識に基づくことも可能であるが、ユーザの選択を支援する手段として形状特性を提供する手段を設けても良い。具体的には、被比較データに対し曲率や曲率の空間変化率等を計算する形状解析部、ＣＡＭ等からデータを取得するなどして製作工程について解析する製作工程解析部、あるいはユーザ自身の知識を入力して与える経験的解析部を設けることで、製作物の形状特性と関係した情報を得ることができる。そして、この解析結果を部分的範囲を選択する際にモニタ等の表示部に表示する過程や、適当な条件を満たす解析値だけを部分的範囲として選べるなどの制約を設けることで、部分的範囲の選択に必要な形状特性情報を提供することができる。
【００３２】
また、本実施の形態は、骨格となる部材に補助的な部品を溶接やボルト締めして作る製作物についても有効に実施することが可能である。この場合には、接続にあたって骨格となる部材を部分的範囲とすることで威力を発揮するであろう。すなわち、製作物が製作精度が高い部品に対して他の部品を結合することで作られる場合には、部分的範囲として製作精度が高い部分を選ぶことが有効であると言うことができる。このような場合にも、当然、ユーザの部分的範囲の選択支援を行う形状特性提供過程を実施することができる。
【００３３】
本実施の形態は、さらに、製作誤差の分布が不確かな製作物であっても効果的に実施可能である。このようなものについては、同型の製品が多数ある場合には、これらの計測データを基に統計処理することで、誤差の大小を判定することが可能であり、この情報を部分的範囲の選択の指針とすれば良い。他にも、構造的に重要な特定部分と他の適当な部分との間の相対的な比較を行うことを目的として、本実施の形態を利用することも有用である。例えば、特定部分として第三の部材への取付部付近を選択して部分的範囲に指定すれば、他の部分が第三の部材と干渉して取付の邪魔をすることがないかを確認することが精度よく行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態の構成を示す概略図である。
【図２】 本実施の形態の主要部のフローチャートである。
【図３】 本実施の形態の流れを示す説明模式図である。
【図４】 プレス成形の工程を示す平面図である。
【図５】 曲形状部の端面図である。
【図６】 寄曲工程の端面図である。
【図７】 従来のベストフィット法の説明模式図である。
【符号の説明】
１０，２２ 計測データ、１２，２４ 被比較データ、１４ 計測データ作成部、１６ 被比較データ保持部、１８ 計測データ比較部、２０ 製作物、３２フェンダ部、３４ａ，３４ｂ 曲形状部、３６ａ，３６ｂ 寄曲形状部。
Claims (8)
- 製作物の形状計測を行って作成した計測データを、被比較データと比較する計測データ比較装置であって、
同型の製作物毎に前記計測データと前記被比較データの部分的範囲を設定する部分的範囲設定手段と、
回転および平行移動を行う変換パラメータにより前記部分的範囲を対象に変換を行い、変換された前記計測データと前記被比較データの近接度合いを求めることにより前記計測データと前記被比較データの前記部分的範囲についてフィッティングを行う手段と、
前記計測データと前記被比較データの部分的範囲に対してフィッティングを行った結果得られた変換パラメータを、前記計測データと前記被比較データの部分的範囲以外の範囲にも適用する手段と、
部分的範囲外を含む範囲について、前記座標変換された計測データと被比較データとを比較する比較手段と、
を備えることを特徴とする計測データ比較装置。 - 製作物の形状計測を行って作成した計測データを、被比較データと比較する計測データ比較装置であって、
製作物の形状特性に関連する情報を取得する手段と、
取得した形状特性に基づいて前記計測データと前記被比較データの部分的範囲を設定する部分的範囲設定手段と、
回転および平行移動を行う変換パラメータにより前記部分的範囲を対象に変換を行い、変換された前記計測データと前記被比較データの近接度合いを求めることにより前記計測データと前記被比較データの前記部分的範囲についてフィッティングを行う手段と、
前記計測データと前記被比較データの部分的範囲に対してフィッティングを行った結果得られた変換パラメータを、前記計測データと前記被比較データの部分的範囲以外の範囲にも適用する手段と、
部分的範囲外を含む範囲について、前記座標変換された計測データと被比較データとを比較する比較手段と、
を備えることを特徴とする計測データ比較装置。 - 請求項２に記載の計測データ比較装置であって、
製作物は、製作精度が互いに異なる複数部分からなり、
前記形状特性は、製作精度に関する特性であり、
前記部分的範囲設定手段は、部分的範囲を、製作精度が相対的に高い部分から選ぶことを特徴とする計測データ比較装置。 - 請求項２に記載の計測データ比較装置であって、
製作物は、製作工程が互いに異なる複数部分からなり、
前記形状特性は、製作工程に関する特性であり、
前記部分的範囲設定手段は、部分的範囲を、製作工程が相対的に単純な部分から選ぶことを特徴とする計測データ比較装置。 - 請求項２に記載の計測データ比較装置であって、
製作物は、製作精度が高い部品に対して他の部品を結合することで作られ、
前記形状特性は、部品の製作精度に関する特性であり、
前記部分的範囲設定手段は、部分的範囲を、製作精度が高い部品から選ぶことを特徴とする計測データ比較装置。 - 請求項１または２に記載の計測データ比較装置であって、
比較結果を表示手段に出力する比較結果表示手段を備えることを特徴とする計測データ比較装置。 - 請求項１に記載の計測データ比較装置であって、
前記比較手段は、製作物の全範囲について両データを比較する、ことを特徴とする計測データ比較装置。 - 請求項１または２に記載の計測データ比較装置と、
比較結果に基づいて製作物の品質を評価する品質評価部と、を備えることを特徴とする形状品質評価システム。
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