JP5145291B2 - レーザービジョンモジュール及びこれを用いた非接触計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザービジョンモジュール及びこれを用いた非接触計測装置に関するもので、より詳細には、被計測部材に対して非接触方式で形状を計測する装置、及び、そのためのレーザービジョンモジュールに関する。

通常、船舶の外部パネルは推進抵抗を低減して水中を効率良く航海するために、複雑な非可展曲面形状をもつ厚さ１０ｍｍ〜３０ｍｍ程度の曲板部材で構成されている。この曲面の外部パネルを形成するためには、一般に線形加熱といわれる加工法を用いて、ガスバーナーなどで鋼板の表面を局部的に加熱し、その際に発生される塑性変形による鋼板の面外角変形や面内収縮変形を利用して所望する形状に加工している。

また、このように加工された船舶の曲板部材などの工作物に対しては、所望する形態に正確に加工されたか否かを計測する必要があり、このような船舶用の曲板部材の計測のためには、巻尺、手工具、木製の型などを用いて作業者が計測を行っている。

このような曲板部材の計測は、加工完了評価、加熱線生成及び加工完了後の切断線マーキング作業などに利用される。

しかし、作業者の手作業で行われる計測技術により、大型の曲板部材を手作業で計測すると、計測時間が長くかかり、また、計測データの正確度が低いなど、多くの問題があった。特に、船舶の船首尾に用いられる曲板部材は、その形状が非常に多様であって、部位ごとに予め製作された木製の型を用いて加工及び計測するが、この木製の型がほとんど木で製作され、所望する曲面形状部材を正確に加工するためには、一つの曲板部材が完成されるまで数回繰り返し使用されることになる。そのため、周辺温度や作業者の管理ミスなどの様々な周辺要因により塑性変形が起って形状誤差が生じるなど、正確な加工や計測が困難であった。

一方、このような手作業計測技術の問題点を解決するために、被計測部材に対して非接触方式で形状を計測する非接触計測装置が提案された。

このような非接触計測装置は、レーザービジョンシステム（laser vision system）とも呼ばれ、線状のレーザービームを被計測部材に照射する単一のレーザー発生器、被計測部材に照射されたレーザービーム画像を撮像する単一のカメラなどを含み、レーザー発生器とカメラは単一の固定体に一体に設けられモジュール化されている。このようにモジュール化されたレーザー発生器、カメラ、及び固定体をレーザービジョンモジュール（laser vision module）と称する。

図１は、従来技術による非接触計測装置を用いて曲板部材の形状を計測する状況を示す図面である。

被計測部材の四角形状またはこれと類似形状の曲板部材１０の形状を計測する際に、曲板部材１０のエッジ（edge）面を計測するためには、先ず、曲板部材１０の一側方向にレーザー発生器２０による線状のレーザービーム２１を照射した状態で、カメラ（図示せず）を用いて曲板部材１０に照射されたレーザービーム画像を撮像し、レーザー発生器２０を機械的に回転（図１の矢印方向）させて曲板部材１０の他側方向にレーザー発生器２０による線状のレーザービーム２１を照射した状態で、カメラ（図示せず）を用いて曲板部材１０に照射されたレーザービーム画像を撮像する。ここで、レーザー発生器２０を回転させるとは、レーザー発生器２０及びカメラがモジュール化されたレーザービジョンモジュールを機械的に回転させることを意味する。

このようにカメラにより得られた画像から所定の計測点データを抽出し、計測点データはモデリング（modeling）により曲面に表現されて、曲板部材１０の３次元形状計測データの生成の際にレーザービジョンモジュールの回転情報と共に用いられる。

日本特開１９９６−０８６６１６号公報 韓国特許登録第１０−０２９２６１０号公報 日本特開２０００−０４６５２９号公報 日本特開１９９７−１５９４１８号公報

上述したように、従来技術を用いた非接触計測装置によれば、被計測部材のエッジを計測するためにはレーザービジョンモジュールの回転が必要となり、３次元形状計測データの生成の際にレーザービジョンモジュールの回転情報を利用しなければならない。

しかし、レーザービジョンモジュールの回転は機械的な方式により行われ、精密に回転制御を行っても機械的な特性のため、回転情報が不確実である。

さらに、レーザービジョンモジュールに対する回転情報の不確実性は３次元形状計測データの生成の際に歪みを招くという問題点がある。

一方、他の例として、一対のレーザービジョンモジュールを用いて被計測部材の一側の画像と他側の画像を別個のレーザービジョンモジュールから得る方案も考えられるが、非接触計測装置の製作コスト（cost）が増加するので、好ましくない。

本発明はこうした従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、十字状のレーザービームを被計測部材に照射するレーザー発生器と、被計測部材に照射された十字状のレーザービームによるレーザービーム画像を撮像する一対のカメラとを単一の固定体に一体に設けることで、被計測部材を計測するためにレーザービジョンモジュールを回転する必要がない。

本発明によれば、被計測部材の計測のための回転が不要となったレーザービジョンモジュールにより得られた画像データに対し、垂直画像成分を除去するフィルタリング処理を行った後、フィルタリング処理された画像データから計測点データを抽出し、計測点データのモデリングにより曲面に表現されて３次元形状計測データを生成する。

本発明の一実施形態によれば、十字状のレーザービームを被計測部材に照射するレーザー発生器と、上記被計測部材に照射された上記十字状のレーザービームによるレーザービーム画像を撮像する一対のカメラと、上記レーザー発生器と上記一対のカメラが一体に設けられている単一の固定体と、を含むレーザービジョンモジュールが提供される。

本発明の他の実施形態によれば、十字状のレーザービームを被計測部材に照射するレーザー発生器、上記被計測部材に照射された上記十字状のレーザービームによるレーザービーム画像を撮像する一対のカメラ、及び上記レーザー発生器と上記一対のカメラが一体に設けられている単一の固定体、を含むレーザービジョンモジュールと、上記一対のカメラにより得られた画像データに対して、フィルタリングを行って垂直画像成分を除去する画像フィルタリング部と、上記画像フィルタリング部によりフィルタリング処理された画像データから計測点データを抽出し、計測点データのモデリングにより曲面に表現されて３次元形状計測データを生成する計測データ生成部と、上記レーザー発生器、上記一対のカメラ、上記画像フィルタリング部、及び上記計測データ生成部の動作を管理する制御部と、を含む非接触計測装置が提供される 。

上述した本発明の一実施形態及び他の実施形態における上記レーザービジョンモジュールでは、上記一対のカメラのうち、一つのカメラの中心を上記レーザー発生器の中心に連結する第１仮想線と、他の一つのカメラの中心を上記レーザー発生器の中心に連結する第２仮想線とが相互直交する。

上記レーザー発生器は、上記固定体に一体に結合されたケースの内部で、上記十字状のレーザービームの交差軸を中心に回転可能に設けられる。

本発明の実施形態によれば、十字状のレーザービームを被計測部材に照射するレーザー発生器と、被計測部材に照射された十字状のレーザービームによるレーザービーム画像を撮像する一対のカメラとを単一の固定体に一体に設けることで、被計測部材の計測のためにレーザービジョンモジュールを回転する必要がなくなって、非接触計測装置の製作コストの上昇を最小化し、しかも３次元形状計測データの生成の際に歪みが発生しない効果がある。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

従来技術による非接触計測装置を用いて曲板部材の形状を計測する状況を示す図面である。 本発明の一実施例による非接触計測装置のレーザービジョンモジュールの斜視図である。 本発明の一実施例による非接触計測装置を用いて曲板部材の形状を計測する状況を示す図面である。 本発明の一実施例による非接触計測装置のブロック構成図である。

以下、本発明の好ましい実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。さらに、本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。

図２は、本発明の一実施例による非接触計測装置のレーザービジョンモジュールの斜視図である。

図２に示すように、本発明の一実施例によるレーザービジョンモジュール１００は、十字状のレーザービーム１１１を被計測部材に照射するレーザー発生器１１０と、被計測部材に照射された十字状のレーザービーム１１１によるレーザービーム画像１２１，１３１を撮像する一対のカメラ１２０，１３０と、レーザー発生器１１０と一対のカメラ１２０，１３０が一体に設けられている単一の固定体１４０と、を含む。レーザー発生器１１０は固定体１４０に一体に結合されたケース１５０の内部で、十字状のレーザービーム１１１の交差軸を中心に回転可能に設けられる。一対のカメラ１２０，１３０は、第１カメラ１２０の中心をレーザー発生器１１０の中心に連結する第１仮想線と、第２カメラ１３０の中心をレーザー発生器１１０の中心に連結する第２仮想線とが相互直交するように固定体１４０に設けられる。

このようなレーザービジョンモジュール１００によれば、図３に示すように、被測定部材の曲板部材１０に、レーザー発生器１１０から十字状のレーザービーム１１１が照射される。ここで、レーザー発生器１１０から照射された十字状のレーザービーム１１１を垂直ラインビームと水平ラインビームに分離して称する場合、一対のカメラ１２０，１３０のうちの一つのカメラは、垂直ラインビームによるレーザービーム画像を得るための手段となり、他のカメラは水平ラインビームによるレーザービーム画像を得るための手段となる。また、これのためには、垂直ラインビーム成分及び水平ラインビーム成分のうち、いずれか一つの成分を選択的にフィルタリングしなければならない。

このようなフィルタリングのためには、カメラ１２０，１３０による画像獲得経路上にフィルタリング手段を備えるか、カメラ１２０，１３０により得られた画像データをフィルタリング処理する。本発明の一実施例では、後者の画像データをフィルタリング処理する方式を採用する。具体的に説明すると、一対のカメラ１２０，１３０のうちの一つカメラにより、十字状のレーザービーム１１１の垂直ラインビームが垂直画像成分として得られ、水平ラインビームが水平画像成分として得られると、他のカメラにより、十字状のレーザービーム１１１の垂直ラインビームが水平画像成分として得られ、水平ラインビームが垂直画像成分として得られることになる。

したがって、一対のカメラ１２０，１３０により得られた画像データをフィルタリング処理する際に、一対のカメラ１２０，１３０を基準にして、共通に垂直画像成分をフィルタリングして除去すれば、曲板部材１０の３次元形状計測データを生成することができる。このようなフィルタリング過程については図４を参照して後述する。

固定体１４０に一体に結合されたケース１５０の内部で、レーザー発生器１１０を十字状のレーザービーム１１１の交差軸を中心に回転可能に設ける理由は、レーザー発生器１１０を回転させて、十字状のレーザービーム１１１をなす垂直ラインビームまたは水平ラインビームの光軸とカメラ１２０，１３０の光軸とを位置合わせ（align）するためである。

図４は、本発明による非接触計測装置のブロック構成図である。

図４に示すように、本発明の一実施例による非接触計測装置は、レーザー発生器１１０及び一対のカメラ１２０，１３０などを含むレーザービジョンモジュール１００と、カメラ１２０，１３０により得られた画像データに対してフィルタリングを行って垂直画像成分を除去する画像フィルタリング部２１０と、画像フィルタリング部２１０によりフィルタリング処理された画像データから所定の計測点データを抽出し、計測点データのモデリングにより曲面に表現されて３次元形状計測データを生成する計測データ生成部２２０と、レーザー発生器１１０、カメラ１２０，１３０、画像フィルタリング部２１０、計測データ生成部２２０を制御して全体システムの動作を管理する制御部２３０とを含む。

このような非接触計測装置は、第１カメラ１２０の中心をレーザー発生器１１０の中心に連結する第１仮想線と、第２カメラ１３０の中心をレーザー発生器１１０の中心に連結する第２仮想線とが相互直交するため、例えば、第１カメラ１２０により十字状のレーザービーム１１１の垂直ラインビームが垂直画像成分として得られ、水平ラインビームが水平画像成分として得られると、第２カメラ１３０には、十字状のレーザービーム１１１の垂直ラインビームが水平画像成分として得られ、水平ラインビームが垂直画像成分として得られる。

そして、画像フィルタリング部２１０は制御部２３０の制御によりカメラ１２０，１３０から得られた画像データをフィルタリング処理する際に、垂直画像成分をフィルタリングして除去し、計測データ生成部２２０は制御部２３０の制御によりフィルタリング処理された画像データから所定の計測点データを抽出し、計測点データのモデリングにより曲面に表現されて３次元形状計測データを生成する。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１００ レーザービジョンモジュール
１１０ レーザー発生器
１２０，１３０ カメラ
１４０ 固定体
１５０ ケース
２１０ 画像フィルタリング部
２２０ 計測データ生成部
２３０ 制御部

Claims (2)

1. 十字状のレーザービームを被計測部材に照射するレーザー発生器、前記被計測部材に照射された前記十字状のレーザービームによるレーザービーム画像を撮像する一対のカメラ、及び前記レーザー発生器と前記一対のカメラが一体に設けられている単一の固定体を含むレーザービジョンモジュールと、
   前記一対のカメラにより得られた画像データに対してフィルタリングを行って垂直画像成分を除去する画像フィルタリング部と、
   前記画像フィルタリング部によりフィルタリング処理された画像データから計測点データを抽出し、計測点データのモデリングにより曲面に表現されて３次元形状計測データを生成する計測データ生成部と、
   前記レーザー発生器、前記一対のカメラ、前記画像フィルタリング部、及び前記計測データ生成部の動作を管理する制御部と、を含み、
   前記一対のカメラのうち、一つのカメラの中心を前記レーザー発生器の中心に連結する第１仮想線と、他の一つのカメラの中心を前記レーザー発生器の中心に連結する第２仮想線とが相互直交することを特徴とする非接触計測装置。
2. 前記レーザー発生器は、前記固定体に一体に結合されているケースの内部で、前記十字状のレーザービームの交差軸を中心に回転可能に設けられることを特徴とする請求項１に記載の非接触計測装置。

Images